日本SMC速度控制阀动态稳定性试验之信号处理

日本SMC速度控制阀动态稳定性试验之信号处理

日本SMC速度控制阀模型及其试验系统

　　日本SMC速度控制阀的型腔复杂，流程曲折（图1），试验是在不同压比和相对升程下进行的。

　　日本SMC速度控制阀模型及部分动态压力测点位置

　　式中：L —调节阀的阀杆提升高度，mm

　　Dn—阀芯-阀座间的配合直径，mm

　　日本SMC速度控制阀在阀杆升程较大或全开工况，阀内*小通道是阀座的节流断面处。如果阀杆升程较小，阀芯和阀座形成的环形通道面积也可能小于阀座节流断面处的通流面积。一般将阀芯和阀座上部形成的环形通道称为*个喷管通道，在升程很小时环形通道的面积是*小通道。将阀座称为第二个喷管通道，其节流断面处是第二个喷管通道中面积*小处。

　　日本SMC速度控制阀为了全面认识阀门内的复杂流动特性，在阀腔进口、阀腔顶端、阀座节流断面处、阀座渐扩段和阀芯头部等部位设置了测点，还在阀座节流断面处和阀芯头部布置多个测点。通过对各测点的测量，进行各点测量数据的处理和结果的关联分析，可以得出在不同工作条件下阀内流动特性。

　　日本SMC速度控制阀试验系统（图2）所用介质为空气。为使进口气流均匀性较好，由高压气源来的空气经过扩压段、稳压段、收敛段后进入调节阀，气流经阀芯和阀座间的环形通道后流入阀座，经阀座渐扩段压后进入排气管道，将排气管道引入地下排气口后排出室外，以降低噪音。气流进口和出口方向成90°。试验中气体流量、压力和温度均有专门的测量管段。

　　日本SMC速度控制阀为了尽可能减小接触测量对调节阀内的流畅的干扰，采用了美国Kulite传感器公司生产的压阻式动态压力传感器。该传感器集成硅敏感元件，并采用光刻法制成微小尺寸，从而使传感器具有很高的固有频率，低迟滞和优良的热性能和环境性能，优越的静态性能和动态性能，并且牢固耐用。试验选用的是XCQ-062系列，传感器直径Φ=1.6mm，长度L=12mm，工作温度范围为-55～204℃，固有频率为330～500KHz，测量精度为满量程的0.1%。被测介质为非导电性、无腐蚀性的液体和气体。由于传感器微小，试验时设计和制造了专门的紧固装置，以便于安装和拆卸。

　　日本SMC速度控制阀在时，校准的方法一般包括静态校准和动态校准，而且应该*行静态校准以确定传感器是线性的，然后才能进行动态校准。但是要给出一些标准的动态压力是比较困难的，所以目前对于动态压力的测量，一般仍采用静态标准。经验表明，只有整个测压系统的响应频率足够高，采用静态过的测压系统来测量动态压力，结果有足够的精度。本文试验采用了测压范围为0～0.35MPa和0～0.17MPa两种传感器，满量程输出为100mV，这2种微小型动态压力传感器的静态结果如图3所示。

　　日本SMC速度控制阀高频动态采集和分析系统可以进行多通道并行动态采集、具有高速、大容量和瞬态数字化的优点，是集测量、分析和结果输出为一体的高性能综合性测量系统。它具有高度稳定的电路设计和仪器结构设计，优良的硬件和软件模块化特性，可方便的应用于瞬态采集和动态过程监测纪录等测试领域，同时可作并行多通道数据采集。各采集通道把数据分别存入各自的缓冲器中，内部计算机通过统一的总线处理这些数据（图4）。

　　日本SMC速度控制阀通过在阀座节流断面处、阀芯头部等阀体内各关键部位设置测点，利用微小型高频动态压力传感器及其采集系统，进行多种工况和多个方位的试验研究，对流场动态压力信号进行采集、处理和分析，探讨由于阀内气体流动引发的阀门工作的稳定性。

　　日本SMC速度控制阀属典型的机械或机电类产品，但它跟手动的阀的*区别在于其结合了现代信息技术后可通过现场总线技术对其进行调节，极大地增强了调节阀在控制系统中的重要地位。调节阀的主要功能是通过改变通流部分的面积进而改变阀后压力、温度、流量等参数以适应不同工况的需要。在某些工况，调节阀内可能由于流体流动强烈的非定常性而影响阀门工作的稳定性，甚至引起阀门的振动。仅就调节阀门安全性而言，阀杆振动和断裂等事故曾经发生。这些现象基本上与流体诱发的阀门不稳定有关，即调节阀内气体（液体）流动的不稳定导致阀门的振动，其中阀杆-阀芯的振动表现比较明显。本文试验利用微小型高频动态压力传感及其采集系统，对引起调节阀杆振动或不稳定的工况进行数据采集、处理和分析，通过动态压力变化和阀杆振动特性测试及相应的结果，研究阀内流场对阀门工作稳定性的影响。