阀门泵验用平衡泵验法研究

　　概述

　　阀门的传统泵验方法有夹泵和拉泵两类泵验形式，拉泵主要运用于两法兰结构阀门，适用范围比较窄，如果坡口端或承插焊端等无法兰结构，阀门也要用拉泵台架泵验，那么只能在阀门泵验前人为的保留泵验用工艺法兰等结构，这样不符合规范要求又浪费材料，增加生产成本。由于夹泵即可以用于两法兰结构阀门又可用于坡口端结构阀门，所以近几年，许多生产厂家为了解决上述问题，逐渐增加了夹泵泵验阀门的适用范围，但是传统夹泵是利用泵验台施加的夹紧力实现被泵验阀门和泵验台架间的密封，虽然适用范围较广，但是由于夹紧力的作用，对被泵验阀门的密封试验结果影响较大。

　　针对夹泵试验台架的夹紧力对被测试阀门试验结果的影响，在夹泵法基础上，开发出平衡泵验法。

　　平衡泵验结构特点

　　平衡泵验法是将夹泵台架和平衡泵验装置两者集成为小系统，利用夹泵台架和平衡泵验装置以及被泵验阀门理论泵验压力达到压力平衡，减少夹泵台架夹紧力对被测试阀门试验结果的影响的一种方法。

　　对于夹泵台架的要求，需要此台架为丝杠驱动，不建议采用液压驱动，液压驱动需要动力源不间断提供动力，即台架在整个泵验过程中一直在给阀门施加夹紧力，而丝杠存在自锁功能，可以将泵验台架的左右牌坊锁定于某一需要位置，从而可以消除夹泵台架夹紧力对被泵验阀门的影响。平衡泵验装置结构如下图所示：

　　从上图可以看出平衡泵验装置由缸体、活塞、连接螺母、螺塞、泵验板等组成，再加上密封件O型圈就可以在泵验台架上实施泵验工作了，缸体固定于泵验台架，活塞可以在缸体固定于泵验台架，活塞可以在缸体内腔滑动，同时配有O型圈可以保证其密封，泵验通过连接螺母和螺塞固定在活塞一侧，连同活塞运动，同时泵验板与活塞之间配置O型圈，保证泵验板与活塞之间可以建立密封，泵验板与阀门通过O型圈或其他密封件建立密封从而实施平衡泵验工作。

　　工作原理

　　平衡泵验装置工作时，缸体内腔、通道及阀门内腔充满试验介质，可以把泵验装置和阀门看成一个整体容器，容器内部各处水压相等。活塞左侧由于受到水压的作用，存在一个将其向右推的作用力F₁，水压作用力F的计算公式为式(1)：

　　F=P×S=P×π×R₂=P×π×(^D/₂)²，式中F表示压力，P表示压力，R表示受力物体半径，D表示受力物体直径，π表示圆周率。

　　则活塞左侧受力F₁为式(2)：

　　F₁=P×S₁=P×π×R₁²=P×π×(^D₁/₂)²，式中F₁表示活塞左侧受力，P表示压力，R₁表示活塞半径，D₁表示活塞直径，π表示圆周率。

　　根据上述理论，可以得到泵验板右侧的受力F₂，为式(3)：

　　F₂=P×S₂=P×π×R₂²=P×π×(^D₂/₂)²;式中F₂表示泵验板右侧受力，P表示原理，R₂表示泵验板半径，D₂表示泵验板直径，π表示圆周率。

　　在平衡泵验装置结构图中，可以看出将活塞和泵验板看成一个整体，那么如果希望达到平衡泵验的目标，即阀门受到的外力很小，只能尽量使活塞和泵验板两侧的受力均衡，如果两侧收录完全相同或右侧受力大于左侧，则阀门完全不受外力，但阀门与泵验板由于没有外力使O型圈产生一个预变性，则无法建立密封，所以我们只能使左侧受力稍大于或约等于右侧受力，即F₁≈F₂。

　　F₁>≈F₂

　　P×S₁>≈P×S₂

　　P×π×R₁²>≈P×π×R₂²

　　P×π×(^D₁/₂)²>≈P×π×(^D₂/₂)²

　　即D₁>≈D₂

　　实战优化

　　通过理论分析及计算，平衡泵验法在理论上完全可行，并且经过实际验证，实际参数与理论计算结构基本吻合，但是此平衡泵验方法相对传统夹泵方法，平衡泵验装置造价较高，如果每一个阀门口径只能对应一个平衡泵验装置，那么生产成本非常大，为此，经过研究和分析，将平衡泵验装置进行改进优化，一组平衡泵验装置可以满足多个口径阀门泵验，运用上述原理，将平衡泵验装置改良，如下图所示。

　　根据实际生产需要，将活塞设计成多档阶梯式结构，每一档可以对应不同口径的阀门泵验，即口径1阀门泵验时，试验介质通过主导流孔注满阀门内腔及活塞内腔A，实现1档平衡泵验。当口径2阀门泵验时，试验介质通过主导流孔和副导流孔同时注满缸体内腔A和B，从而实现2档平衡泵验，同样道理，也可以将平衡泵验装置设计成3档或更多档平衡泵验。

　　结论

　　平衡泵验法相比较传统的夹泵有许多优点，其中最重要的优点是在泵验过程中，阀门受到的外力大大降低，阀门的变形也随之降低，最真实的模拟使用工况，使测试阀门的试验数据更加准确。

　　同时相比较以前，核电阀门的泵验大量采用拉泵台架，在阀体两端增加工艺法兰，这样做不仅不满足核电规范，在阀门泵验结束后还要对阀门进行整机车坡口工序，坡口加工结束后要对坡口处进行RT和PT无损探伤，如果无损探伤不合格，还需要对阀门进行挖补处理，并且很可能会整机拆解，这样即浪费大量材料，又浪费大量人力资源，而且阀门的质量难以得到保证。

　　目前阀门行业已经广泛的采用了平衡泵验方法对阀门实施泵验，正是由于实施了平衡泵验法，每年节省的材料费、人工费可达数十万，再加上阀门质量上的提高，为阀门行业提高的产品品质所产生的经济效益就更加无法计算了。