[发明专利]阀门及其执行器的扭矩和行程测量系统的标定装置及方法

说明书

本发明提供一种阀门及其执行器的扭矩和行程测量系统的标定装置，其包括：电动阀门执行器，其包括：蜗杆和蜗轮，蜗轮的输出轴通过扭矩传感器与摩擦式扭矩限制器相连接，以通过扭矩传感器采集蜗杆的动态扭矩数值；光纤光栅传感器，沿轴线方向埋设在蜗杆的外周面上，其中心波长随蜗杆旋转作周期性变化；光纤旋转滑环，其转子出线与光纤光栅传感器的尾纤连接，其定子出线与光纤光栅解调仪连接；扭矩信号检测模块以及上位机。本发明通过实时测量不同负载下埋设于蜗杆外周面的光纤光栅传感器的中心波长与电动阀门执行器输出扭矩，进而实现对测量系统动态扭矩测量的精确标定，且根据该标定装置标定的测量系统具有抗电磁干扰的功能。

技术领域

本发明涉及阀门及执行器扭矩测量领域，具体涉及一种阀门及其执行器的扭矩和行程测量系统的标定装置及方法。

背景技术

能源化工行业(尤其是核电行业)中电动阀门作为控制管路内易燃易爆、有毒有害或有腐蚀性介质通断、流向、流量、压力和温度等的关键元件，一旦出现卡阻等故障，会造成巨大经济损失甚至人员伤亡。电动阀门的连续和正常运行对能源化工行业中设备的安全可靠运行至关重要。与电动阀门运行状态和综合性能息息相关的诸多参数中，动态变化的阀杆扭矩和行程是两个重要参数。因此，有必要对电动阀门及其执行器输出轴扭矩和行程进行实时、在线、精确测量。这将为阀门的设计制造提供重要基础数据，亦为阀门的预防性维护提供有力技术支持。

阀门扭矩是驱动阀门开启或关闭动作所须施加的作用力或扭矩。现有直接或间接测量电动阀门及其执行器扭矩的方法包括：扭矩传感器法、应变片法、力传感器、表面声波法和电参量法等。现有技术公开了：在电动阀门执行器输出轴与待测阀门阀杆之间安装扭矩传感器，直接测量阀门动态过程中的扭矩(具体被以下文件所公开：专利文件CN101943636A“全自动阀门电动装置试验台及其测试方法”；专利文件CN 102012291A“大扭矩阀门扭矩监测系统”；专利文件CN 105759786A“基于物联网技术的阀门远程故障诊断系统”；专利文件CN 106197558B“一种阀门状态在线监测系统及其工作方法”；专利文件CN106353018A“一种复杂工况下电动阀门动态扭矩连续测试装置”；专利文件CN 109974770 A“一种电动阀状态检测系统及方法”；专利文件CN 110579345 A“回转式阀门电动阀门执行器综合测试装置”；以及专利文件CN111272414A“高压阀寿命试验装置”)；或在电动阀门执行器输出轴与待测阀门之间安装粘贴有应变片的从动轴，通过测量与从动轴成45°方向的应力，测量电动阀门执行器的输出扭矩(被专利文件CN201921394201.9“一种具有扭矩测量功能的电动阀门执行器”所公开)，但这两种方法破坏了原系统的完整性，不适用于在线测量，且动态扭矩传感器不适用于超过5万Nm的扭矩测量。此外，现有技术也公开了通过测定阀门电动阀门执行器输出扭矩与电机电、磁信号之间关系，间接测量阀门扭矩(具体被专利文件CN 2583652 Y“一种阀杆扭矩测量装置”和专利文件CN201220119820.9“电动执行机构阀杆扭矩测量控制装置”所公开)，但这种方法易受电磁干扰。另外，现有技术还公开了利用安装阀门电动阀门执行器蜗杆轴端面的压力传感器测量蜗杆轴向推力(被专利文件CN2508079 Y“压力传感测扭矩的装置”公开)或电感式传感器测量蜗杆轴向位移，间接测量电动阀门执行器输出扭矩，但电类传感器易受电磁干扰，且不耐辐照，在核电环境中无法适用。

行程是指电动阀门执行器输出轴在转动时带动配套的阀门阀杆动作所产生的直位移或角位移。阀门行程测量对于精准获取实时阀位，保证阀门开度有重要作用。目前阀门行程测量领域应用最广泛的是电类传感器，比如电位器、编码器、霍尔传感器等，但电类传感器易受电磁干扰，且不耐辐照辐照，在核电等恶劣环境下无法适用。

目前，表征阀门状态的扭矩、行程参数往往由不同传感装置测定，没有一套系统可以利用一种传感装置实现电动阀及其执行器扭矩和行程同步测量，更无法实现对测量系统动态扭矩测量的精确标定。而测量系统的扭矩标定不精确则导致测量系统对电动阀及其执行器扭矩测量结果不精确，无法准确反映电动阀门运行状态。

发明内容