本发明公开了一种用于测试阀门阀杆流致振动的实验台及方法，属于工业阀门设计领域。实验台包括依次连通并构成实验回路的储水箱、水泵、稳压压力容器、第一截止阀、第一直管、阀门组件、第二直管和第二截止阀；阀门组件包括阀体、阀盖和阀杆，阀杆伸出阀盖的底部固定有能关闭阀体内腔的阀瓣，顶部固定有压电式加速度传感器；在调节槽底部的阀杆外侧填充软密封，用于柔性支撑阀杆和密封阀内流体介质；在调节槽内设有能通过夹紧力对阀杆形成固定约束的第一卡块和第二卡块，第一卡块和第二卡块能在调节槽内沿阀杆上下移动。本发明能辅助研究阀门阀杆流致激励，为各种工况下阀杆设计提供指导，最大程度地避免阀杆振动及断裂问题。
1.一种利用用于测试阀门阀杆流致振动的实验台测试阀门阀杆流致振动的方法，其特
征在于，所述用于测试阀门阀杆流致振动的实验台包括依次连通并构成实验回路的储水箱（1）、水泵（2）、稳压压力容器（3）、第一截止阀（4）、第一直管（5）、阀门组件（6）、第二直管（7）和第二截止阀（12）；所述阀门组件（6）包括阀体（61）、阀盖（62）和阀杆（65），阀体（61）顶部密封固定有阀盖（62），阀盖（62）的中部轴向开设调节槽（67），阀杆（65）位于调节槽（67）的中心并同轴设置；阀杆（65）伸出阀盖（62）的底部固定有能关闭阀体（61）内腔的阀瓣，顶部固定有压电式加速度传感器；在所述调节槽（67）底部的阀杆（65）外侧填充软密封（63），用于柔性支撑阀杆（65）和密封阀内流体介质；在所述调节槽（67）内设有能通过夹紧力对阀杆（65）形成固定约束的第一卡块（64）和第二卡块（66），第一卡块（64）和第二卡块（66）能在调节槽（67）内沿阀杆（65）上下移动；
在所述调节槽（67）外侧的阀盖（62）上分别轴向开设两条径向贯通的固定槽（68），两条固定槽（68）分别位于第一卡块（64）和第二卡块（66）的同侧，通过将两个固定螺栓（69）分别横穿两条固定槽（68）实现对第一卡块（64）和第二卡块（66）的夹紧；所述固定螺栓（69）的头部位于阀盖（62）外侧，并装有带内螺纹的固定垫块（610），固定螺栓（69）能沿所在固定槽（68）轴向移动；在位于每条固定槽（68）两侧的阀盖（62）上分别开设与固定槽（68）轴向平行的两条螺纹孔组，每条螺纹孔组均包括若干螺纹孔（621）；所述固定垫块（610）的两侧分别开设固定孔，固定孔通过外加螺栓实现与螺纹孔（621）的配合固定，进而实现固定垫块（610）和固定螺栓（69）在竖直方向上的固定；
S1：打开第一截止阀（4）和第二截止阀（12），使目标介质充满整个实验回路；调整水泵（2）的输出压力，以维持第一截止阀（4）和第二截止阀（12）阀门工况的实际压差；调节第一截止阀（4）和第二截止阀（12）的阀门工况分别为最小开度、额定开度和最大开度，在三个阀门开度下，分别调整第一卡块（64）和第二卡块（66）对阀杆（65）的夹紧位置，以调整阀杆（65）的固支点；通过实时监测压电式加速度传感器获得的振动形态，找到阀杆（65）振动最大的固支点，并得到阀杆（65）在实际工况下的振动情况；
S2：关闭水泵（2），放空阀门组件（6）中的目标介质；利用激振器对阀杆（65）产生激励，且能量大小足够使整个阀杆（65）产生振动；采集若干组不同激励下压电传感器的振动加速度位移情况，基于频域识别方法，获取阀杆（65）的模态参数；通过对比阀杆（65）在不同模态频率下的模态振型以及通过步骤S1获得的实际工况下的振动情况，分析阀杆（65）在流场中的漩涡脱落频率以及涡激振动频率，进而实现阀杆（65）流致振动的测试。
2.根据权利要求1所述的测试阀门阀杆流致振动的方法，其特征在于，所述水泵（2）为
3.根据权利要求1所述的测试阀门阀杆流致振动的方法，其特征在于，所述实验回路上
还设有用于测量并显示流量的流量表（11），第一截止阀（4）和第一直管（5）之间设有第一压力表（13），第二直管（7）和第二截止阀（12）之间设有第二压力表（10）。
4.根据权利要求3所述的测试阀门阀杆流致振动的方法，其特征在于，所述流量表
（11）、第一压力表（13）、第二压力表（10）和压电式加速度传感器均与数据处理及显示模块连接。
5.根据权利要求1所述的测试阀门阀杆流致振动的方法，其特征在于，所述第一直管
（5）和第二直管（7）均通过原装支撑进行约束，使其保持水平。
6.根据权利要求1所述的测试阀门阀杆流致振动的方法，其特征在于，所述第一截止阀
（4）和第一直管（5）之间还设有第一软管（8），第二直管（7）和第二截止阀（12）之间还设有第二软管（9），第一软管（8）和第二软管（9）能起到隔振的作用。
7.根据权利要求1所述的测试阀门阀杆流致振动的方法，其特征在于，所述储水箱（1）、水泵（2）和稳压压力容器（3）采用原装支撑的方式使其保持稳定，在不满足原装支撑的条件下采用固定的刚性支撑。
8.根据权利要求1所述的测试阀门阀杆流致振动的方法，其特征在于，所述模态参数的
一种用于测试阀门阀杆流致振动的实验台及方法
技术领域
[0001] 本发明属于阀门设备技术领域，特别涉及一种用于测试阀门阀杆流致振动的实验台及方法。
背景技术
[0002] 阀门中流体流速往往相对较高，其内流道及阀后管道处均存在强烈的湍流，阀门内的漩涡脱落现象易出现在阀杆之后，漩涡脱落处产生的脉动升力与阻力以及阀门内的湍流作用，均会导致阀杆易发生强烈的振动，最终导致阀杆断裂问题，阀杆断裂对过程的系统的正常运行产生极大的威胁。
[0003] 目前，对于阀门阀杆流致振动的研究往往基于计算流体动力学的仿真分析，获得内部流场的湍流特性，但不能验证其正确与否；此外，阀内阀杆的模态参数识别是同样也是研究流致振动问题的关键，针对阀门模态的研究，数值模拟对于边界条件以及材料特性设置的不准确性，与实际工程应用情况会存在偏差。
[0004] 目前针对阀门振动的实验台往往只针对特定的工况监测其在特定激励下以及工况下的阀杆振动情况进行评估，没有深入发掘导致振动的根本原因并进行针对性地改善阀门结构及内部流动，并且针对阀门阀杆模态参数识别的装置及实验相对较少。因此，有必要通过阀杆流激实验准确探究流致振动机理，达到更好的避免阀杆流致振动的效果。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种用于测试阀门阀杆流致振动的实验台及方法，以提高阀门阀杆流致振动的机理研究，提高阀门阀杆在运行条件下的稳定性以及可靠性。
[0006] 本发明所采用的具体技术方案如下：
[0007] 第一方面，本发明提供了一种测试阀门阀杆流致振动的实验台，包括依次连通并构成实验回路的储水箱、水泵、稳压压力容器、第一截止阀、第一直管、阀门组件、第二直管和第二截止阀；
[0008] 所述阀门组件包括阀体、阀盖和阀杆，阀体顶部密封固定有阀盖，阀盖的中部轴向开设调节槽，阀杆位于调节槽的中心并同轴设置；阀杆伸出阀盖的底部固定有能关闭阀体内腔的阀瓣，顶部固定有压电式加速度传感器；在所述调节槽底部的阀杆外侧填充软密封，用于柔性支撑阀杆和密封阀内流体介质；在所述调节槽内设有能通过夹紧力对阀杆形成固定约束的第一卡块和第二卡块，第一卡块和第二卡块能在调节槽内沿阀杆上下移动。
[0009] 作为优选，所述水泵为变频水泵，稳压压力容器为液罐。
[0010] 作为优选，所述实验回路上还设有用于测量并显示流量的流量表，第一截止阀和第一直管之间设有第一压力表，第二直管和第二截止阀之间设有第二压力表。
[0011] 作为优选，所述流量表、第一压力表、第二压力表和压电式加速度传感器均与数据处理及显示模块连接。
[0012] 作为优选，所述第一直管和第二直管均通过原装支撑进行约束，使其保持水平。
[0013] 作为优选，所述第一截止阀和第一直管之间还设有第一软管，第二直管和第二截止阀之间还设有第二软管，第一软管和第二软管能起到隔振的作用。
[0014] 作为优选，所述储水箱、水泵和稳压压力容器采用原装支撑的方式使其保持稳定，在不满足原装支撑的条件下采用固定的刚性支撑。
[0015] 作为优选，在所述调节槽外侧的阀盖上分别轴向开设两条径向贯通的固定槽，两条固定槽分别位于第一卡块和第二卡块的同侧，通过将两个固定螺栓分别横穿两条固定槽实现对第一卡块和第二卡块的夹紧；所述固定螺栓的头部位于阀盖外侧，并装有带内螺纹的固定垫块，固定螺栓能沿所在固定槽轴向移动；在位于每条固定槽两侧的阀盖上分别开设与固定槽轴向平行的两条螺纹孔组，每条螺纹孔组均包括若干螺纹孔；所述固定垫块的两侧分别开设固定孔，固定孔通过外加螺栓实现与螺纹孔的配合固定，进而实现固定垫块和固定螺栓在竖直方向上的固定。
[0016] 第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述实验台测试阀门阀杆流致振动的方法，具体如下：
[0017] S1：打开第一截止阀和第二截止阀，使目标介质充满整个实验回路；调整水泵的输出压力，以维持第一截止阀和第二截止阀阀门工况的实际压差；调节第一截止阀和第二截止阀的阀门工况分别为最小开度、额定开度和最大开度，在三个所述的阀门开度下，分别调整第一卡块和第二卡块对阀杆的夹紧位置，以调整阀杆的固支点；通过实时监测压电式加速度传感器获得的振动形态，找到阀杆振动最大的固支点，并得到阀杆在实际工况下的振动情况；
[0018] S2：关闭水泵，放空阀门组件中的目标介质；利用激振器对阀杆产生激励，且能量大小足够使整个阀杆产生振动；采集若干组不同激励下压电传感器的振动加速度位移情况，基于频域识别方法，获取阀杆的模态参数；通过对比阀杆在不同模态频率下的模态振型以及通过步骤S1获得的实际工况下的振动情况，分析阀杆在流场中的漩涡脱落频率以及涡激振动频率，进而实现阀杆流致振动的测试。
[0019] 作为优选，所述模态参数的识别方法采用SIMO方法，即单点激励多点输出。
[0020] 本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
[0021] 1)本发明可用于测试阀门流致振动的流场湍流的作用以及测试阀门阀杆模态参数特性的功能，进而提高阀门的动态性能。
[0022] 2)本发明可用于阀杆流致振动的漩涡脱落以及压力脉动激振的机理研究，从流场角度解释导致阀门振动的压力脉动以及涡脱落现象，进而提高阀门的稳定性以及可靠性。
附图说明
[0023] 图1为本发明实验台的结构示意图；
[0024] 图2为阀门组件的正剖图(a)和阀杆局部俯视放大图(b)；
[0025] 图3为阀盖的正视图；
[0026] 其中：1、储水箱；2、水泵；3、稳压压力容器；4、第一截止阀；5、第一直管；6、阀门组件；7、第二直管；8、第一软管；9、第二软管；10、第二压力表；11、流量表；12、第二截止阀；13、第一压力表；61、阀体；62、阀盖；63、软密封；64、第一卡块；65、阀杆；66、第二卡块；67、调节槽；68、固定槽；69、固定螺栓；610、固定垫块；621、螺纹孔。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
[0028] 如图1所示，为本发明提供的一种用于测试阀门阀杆流致振动的实验台，该实验台包括储水箱1、水泵2、稳压压力容器3、第一截止阀4、第一直管5、阀门组件6、第二直管7和第二截止阀12。其中，储水箱1和水泵2之间通过金属管道连通，水泵2和稳压压力容器3之间通过金属管道连通，稳压压力容器3和第一直管5之间通过金属管道连通，且在稳压压力容器3和第一直管5之间的金属管道上设有第一截止阀4，第一直管5与阀门组件6的进水口连通，阀门组件6的出水口与第二直管7连通，第二直管7和储水箱1之间通过金属管道连通，且在第二直管7和储水箱1之间的金属管道上设有第二截止阀12。也就是说，储水箱1、水泵2、稳压压力容器3、第一截止阀4、第一直管5、阀门组件6、第二直管7和第二截止阀12依次连通，并共同构成实验回路。
[0029] 在实际应用时，水泵2可以采用变频水泵，以便于根据所需的阀门工况调节输出压力。稳压压力容器3可以采用液罐，也可以采用其他容器，只要能够使目标介质在稳压压力容器3中可以实现稳压作用。第一直管5和第二直管7均可以通过原装支撑对其进行约束，使其管路保持水平。储水箱1、水泵2和稳压压力容器3采用原装支撑的方式使其保持稳定，在不满足原装支撑的条件下采用固定的刚性支撑。实验回路上还可以增设流量表11，流量表11最好设置在第二直管7与储水箱1之间的管路上，以便于测量并显示经过阀门组件6的介质流量。在第一截止阀4和第一直管5之间设有第一压力表13，第二直管7和第二截止阀12之间设有第二压力表10，通过第一压力表13和第二压力表10能够分别测量阀门组件6进出口处的压力情况。在第一截止阀4和第一直管5之间可以增设第一软管8，在第二直管7和第二截止阀12之间设置第二软管9，第一软管8和第二软管9能起到隔振的作用，以便于进一步稳定进入阀门组件6的目标介质。
[0030] 如图2所示，阀门组件6主要包括阀体61、阀盖62和阀杆65。阀体61顶部密封固定有阀盖62，两者可以通过螺栓可拆卸式连接。阀盖62的中部轴向开设调节槽67，阀杆65位于调节槽67的中心，阀盖62、调节槽67和阀杆65均为同轴设置。其中，调节槽67可以设置为横截面为矩形的结构，高度可以根据实际需要进行调整，越大的高度可以覆盖更多的阀杆65，从而能够在阀杆流致振动的测试中找到更准确的固支点。调节槽67的底部封闭，在调节槽67底部的阀杆65外侧填充软密封63，填充的软密封63不仅可以用于阀杆65的柔性支撑，防止阀杆65左右晃动，还能够进一步密封阀内流体介质，防止其溢出。阀杆65伸出阀盖62的底部固定有能关闭阀体61内腔的阀瓣，顶部固定有压电式加速度传感器。为了使实验回路中的流量、压力和激励响应信号等数据能够实时处理并显示出来，可以将流量表11、第一压力表13、第二压力表10和压电式加速度传感器均与数据处理及显示模块连接。
[0031] 在调节槽67内设有能通过夹紧力对阀杆65形成固定约束的第一卡块64和第二卡块66，第一卡块64和第二卡块66能在调节槽67内沿阀杆65上下移动。为了实现第一卡块64和第二卡块66在竖直方向的位置固定，可以采用下述结构：在调节槽67外侧的阀盖62上分别轴向开设两条固定槽68，每条固定槽68均径向贯通调节槽67和所在处阀盖62外壁，两条固定槽68分别位于第一卡块64和第二卡块66的同侧，通过将两个固定螺栓69分别横穿两条固定槽68，实现对第一卡块64和第二卡块66的夹紧。固定螺栓69与阀杆65的轴向垂直，且能沿所在固定槽68轴向移动，通过夹紧卡块以实现对阀杆不同位置的固定夹紧。固定螺栓69的头部位于阀盖62外侧，尾部与对应的卡块紧密接触。固定螺栓69的头部装有带内螺纹的固定垫块610，在位于每条固定槽68两侧的阀盖62上分别开设与固定槽68轴向平行的两条螺纹孔组，每条螺纹孔组均包括若干螺纹孔621，如图3所示。固定垫块610的两侧分别开设固定孔，固定孔通过外加螺栓实现与螺纹孔621的配合固定，进而实现固定垫块610和固定螺栓69在竖直方向上的固定。在实际应用过程中，可以先确定第一卡块64和第二卡块66对阀杆的夹紧位置，随后将固定垫块610通过螺纹配合固定于阀盖外侧的螺纹孔621上，最后将固定螺栓69穿过固定垫块610，实现对卡块的夹紧固定。
[0032] 本发明的上述实验台在实际应用时，只需要在实际开度及工况下，通过改变阀杆固支点达到最大振动，随后测试此时的模态参数，通过对比不同模态频率下的模态振型以及实际工况下的振动情况，分析流场中漩涡脱落频率以及涡激振动频率。具体方法如下：
[0033] S1：打开第一截止阀4和第二截止阀12，使目标介质充满整个实验回路。调整水泵2的输出压力，以维持第一截止阀4和第二截止阀12阀门工况的实际压差。由于阀门通常在实际应用的工况下存在三个开度，从小到大依次为，最小开度、额定开度以及最大开度。因此，调节第一截止阀4和第二截止阀12的阀门工况分别为最小开度、额定开度和最大开度，在三个的阀门开度下，分别调整第一卡块64和第二卡块66对阀杆65的夹紧位置，以调整阀杆65的固支点。通过实时监测压电式加速度传感器获得的振动形态，找到阀杆65振动最大的固支点(根据漩涡频率与阀杆模态频率相等的情况下，阀杆会出现共振现象，阀杆会出现最大的振动)，并得到阀杆65在实际工况下的振动情况。
[0034] S2：关闭水泵2，放空阀门组件6中的目标介质。利用激振器对阀杆65产生激励，且能量大小足够使整个阀杆65产生振动。采集若干组不同激励下压电传感器的振动加速度位移情况，基于频域识别方法，获取阀杆65的模态参数。模态参数是系统的固有属性，包括模态频率、模态振型、模态质量、模态刚度、模态阻尼等，不随着外界改变。基于频域识别的方法，获得模态参数。模态振型对应若干的模态频率，即在哪些频率下发生较大的振动。通常来说外激励频率与模态频率相近的时候振动较大。因此，在已知模态参数的情况下，通过对比阀杆65在不同模态频率下的模态振型以及通过步骤S1获得的实际工况下的振动情况，分析阀杆65在流场中的漩涡脱落频率以及涡激振动频率，进而实现阀杆65流致振动的测试。
[0035] 在实际应用时，模态参数的识别方法可以采用SIMO方法，即单点激励多点输出。本发明能辅助研究阀门阀杆流致激励，为各种工况下阀杆设计提供指导，最大程度地避免阀杆振动及断裂问题。
[0036] 以上的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
