一种阀体在超低温环境下的变形量检测装置和检测方法与流程

1.本发明涉及阀门检测设备技术领域，具体的，涉及一种阀体在超低温环境下的变形量检测装置。


背景技术：

2.阀门是用来开闭管路、控制流向、调节和控制输送介质的参数的管路附件。超低温阀门一般用于液氦、液氢、液化天然气以及空气分离等低温系统，输送介质为液氦、液氢、液化天然气、液氮、液氧等低温流体的阀门。
3.由于材料一般都具有热胀冷缩的特性，在常温下密封性能良好的阀门，在超低温的环境下则可能会发生泄露；阀门在超低温环境下发生泄露的原因一般是因为阀体自身的收缩量，与安装在其内孔中的密封圈的收缩量不一致，且超出了两者公差的允许量。但过度增加两者的公差精度要求，会极大的增加唇形密封圈在阀体上的安装难度。目前，一般是通过通过对阀门进行密封试验，具体来说，是把阀门两端密封，放入液氮池里浸泡，达到要求温度时进行超低温阀门密封测试，并根据一批阀门的泄露率调整上述的公差值。
4.然而，根据泄漏率的结果反作用于阀体的设计，会造成大量成本的浪费，而且难以在泄露率和阀门安装难度之间取得平衡。


技术实现要素：

5.为此，本发明提出一种阀体在超低温环境下的变形量检测装置，以能够有利于超低温阀门及其上密封圈槽的尺寸及其公差设计。
6.本发明的技术方案如下：
7.第一方面，本发明提供一种阀体在超低温环境下的变形量检测装置，其包括：
8.基座；
9.液氮浸泡池，相对于所述基座固定设置；
10.三点式内径千分尺，设于所述基座上；
11.驱动组件，包括升降驱动单元和水平驱动单元；所述升降驱动单元包括分别设于所述基座上的第一动力装置和升降台座，所述第一动力装置驱使所述升降台座在所述基座上下降或上升；所述水平驱动单元包括设于所述升降台座上的第二动力装置和水平台座，所述第二动力装置驱使所述水平台座在所述升降台座上水平移动，且所述水平台座上设有阀体固定单元；所述驱动组件用于驱使所述阀体固定单元上的阀体由所述液氮浸泡池至所述三点式内径千分尺的输送。
12.进一步的，所述阀体固定单元包括固定杆和分离杆；
13.所述固定杆与所述水平台座固连并向下延伸，且所述固定杆上设有夹持部，所述夹持部包括第三动力装置和两个夹持件，由所述第三动力装置驱使，两个所述夹持件夹持或松脱所述分离杆；
14.所述分离杆上设有用于承装所述阀体的阀体固定部。
15.进一步的，所述液氮浸泡池包括箱体和盖板组件，所述箱体内设有顶部敞口的腔体；
16.所述盖板组件包括相对布置的两个盖板，两个所述盖板分别可滑动的设于箱体上，且两个所述盖板上分别设有夹紧件，两个所述盖板相对滑动至遮盖所述腔体的所述敞口时，两个所述盖板上的所述夹紧件夹紧所述分离杆。
17.进一步的，所述分离杆上设有两个相对布置的承夹平面；
18.所述固定杆的底端上设有安装板，所述第三动力装置包括固设在所述安装板上的电机，以及可转动的设于所述安装板上并与所述电机的电机轴连接的丝杠，且所述丝杠包括左旋段和右旋段；
19.两个所述夹持件之一与所述左旋段螺接，两个所述夹持件另一与所述右旋段螺接；由所述电机驱使，两个所述夹持件夹持两个所述承夹平面。
20.进一步的，所述基座上设有千分尺固定部；
21.所述千分尺固定部包括固定座和活动座，所述固定座固设于所述基座上，且所述固定座上开设有通孔，所述活动座穿设在所述通孔内，所述活动座的外周和所述通孔的内壁之间抵接有弹性件；
22.贯穿所述活动座开设有安装孔，所述三点式内径千分尺的固定管固定穿设在所述安装孔内。
23.进一步的，所述活动座远离所述阀体的一端上开设有若干插装孔，各所述插装孔环所述安装孔均匀、间隔设置；且各所述插装孔内分别插装有电热单元。
24.进一步的，所述弹性件为气囊。
25.进一步的，还包括封闭罩和真空发生装置，所述封闭罩与所述基座围成容纳腔，所述液氮浸泡池和所述驱动组件分别设于所述容纳腔内；
26.所述真空发生装置位于所述容纳腔的外侧，且所述真空发生装置的输入端与所述容纳腔连通，用于在所述容纳腔内形成真空；所述弹性件为气囊。
27.第二方面，本发明提供一种阀门在超低温环境下的变形量检测方法，应用如上所述的阀体在超低温环境下的变形量检测装置，包括以下步骤：
28.将阀体固定在阀体固定单元上，对正找平；
29.驱动组件将阀体移动至三点式内径千分尺的检测位置，由三点式内径千分尺分别测量阀体内各孔的直径；
30.驱动组件将阀体由检测位置移动至液氮浸泡池内，待阀体浸泡至温度稳定；
31.驱动组件将阀体由液氮浸泡池移动至检测位置，由三点式内径千分尺再次测量阀体的各孔径。
32.进一步的，所述驱动组件将阀体由检测位置移动至液氮浸泡池内，待阀体浸泡至温度稳定，包括：
33.阀体进入液氮浸泡池内后，驱动组件与阀体脱离，由液氮浸泡池固定阀体。
34.本发明的工作原理及有益效果为：
35.本发明提供的阀体在超低温环境下的变形量检测装置及检测方法，其中的变形量检测装置，通过由驱动组件将阀体自液氮浸泡池移动至三点内径千分尺进行检测，由于驱动组件能够具有极高的精度，使阀体在进入液氮浸泡前，以及在进入液氮浸泡后处于同一
位置进行检测，从而能够更为精确的测量出阀体在液氮浸泡后的变形量，另外，由于无需人工接触阀体，也就可避免浸泡液氮后的阀体对人身造成伤害。
附图说明
36.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
37.图1为待测阀体的结构示意图；
38.图2为本发明实施例提供的变形量检测装置的整体结构示意图；
39.图3为图2中a处的局部放大图；
40.图4为图2中f向视图；
41.图5为图2中b处的局部放大图；
42.图6为图4中c-c处的剖视图；
43.图7为本发明实施例提供的导向块与导向槽的配合示意图；
44.图8为图2中e向视图；
45.图9为图8中d-d处的剖视图。
46.图中：100-阀体，110-第一内孔，120-第二内孔，130-第三内孔，140-中口，200-基座，210-底板，211-支撑柱，220-侧板，300-液氮浸泡池，310-箱体，311-导向槽，3111-限位面， 320-盖板组件，321-盖板，3211-导向块，322-浮动板，323-第一弹性件，400-三点式内径千分尺，500-驱动组件，510-升降驱动单元，511-第一动力装置，512-升降台座，520-水平驱动单元，521-第二动力装置，522-水平台座，523-阀体固定单元，5231-固定杆，52311-安装板，5232
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分离杆，52321-承夹平面，52322-内三爪卡盘，5233-夹持部，52331-左旋段，52332-右旋段， 5234-夹紧件，600-千分尺固定部，610-固定座，620-活动座，630-第二弹性件。
具体实施方式
47.待测超低温变形量的阀体100的结构可参考图1所示，在其内部形成有供介质流通的通道，该通道包括串接的、由两端向中部直径依次增大的若干个内孔，为了便于描述，本实施例称其为第一内孔110、第二内孔120和第三内孔130；本实施例的变形量检测装置即是为了测量第二内孔120和第三内孔130在超低温例如-196℃的环境下，与常温25℃时相比的变形量，由于第二内孔120和第三内孔130分别安装支撑圈和唇形密封圈，其受冷变形将影响与密封圈之间密封，因此该数据对于设计超低温固定球阀的唇形密封圈沟槽尺寸及其公差具有很强的指导意义
48.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
49.实施例一
50.本实施例提供一种阀体在超低温环境下的变形量检测装置，参考图2所示，其包括基座 200、液氮浸泡池300、三点式内径千分尺400和驱动组件500；其中，液氮浸泡池300相对于基座200固定设置；三点式内径千分尺400设于基座200上；驱动组件500包括升降驱动
单元510和水平驱动单元520，升降驱动单元510包括分别设于基座200上的第一动力装置 511和升降台座512，第一动力装置511驱使升降台座512在基座200上下降或上升；水平驱动单元520包括设于升降台座512上的第二动力装置521和水平台座522，第二动力装置521 驱使水平台座522在升降台座512上水平移动，且水平台座522上设有阀体固定单元523；驱动组件500用于驱使阀体固定单元523上的阀体100由液氮浸泡池300至三点式内径千分尺400的输送。
51.本实施例的变形量检测装置，由升降驱动单元510和水平驱动单元520依次带动阀体固定单元523升降移动和水平移动，使阀体固定单元523上的阀体100能够在液氮浸泡池300 和三点式内径千分尺400的检测位置间移动。从而可由驱动组件500首先将阀体100移动至检测位置，由三点式内径千分尺400分别检测上述第二内孔120和第三内孔130的直径；再由驱动组件500将阀体100移动至液氮浸泡池300进行浸泡，使阀体100达到需要的超低温；在阀体100达到需要的超低温后，再由驱动组件500将阀体100移动至检测位置，由三点式内径千分尺400再次检测第二内孔120和第三内孔130的直径；通过对两次检测结果的比较，可得知阀体在超低温环境下的变形量，以为阀体100及与其配合的密封圈的设计提供相关数据。
52.本实施例的变形量检测装置，通过由驱动组件500带动阀体100在检测位置和液氮浸泡池300之间移动，一方面，由于驱动组件500的移动能够具有极高的精度，从而能够使阀体 100在常温检测和超低温检测时的位置具有极好的一致性，进而可使对阀体100变形量的检测更为准确；另一方面，由驱动组件500带动阀体100移动，能够避免操作人员接触阀体100，能够避免超低温的阀体100对操作人员造成人身伤害。
53.参考图2所示，本实施例的基座200包括底板210和设置在底板210一侧的侧板220。前述的第一动力装置511包括设于侧板220上的第一电机，以及可转动的设于侧板220上的第一丝杠，该第一电机的电机轴与第一丝杠连接，第一电机可带动第一丝杠转动；在升降台座512上固设有第一螺母，该第一螺母与第一丝杠螺接；且在侧板220上固设有导轨，并在升降台座512上设有可在该导轨上导向滑动的滑块；第一丝杠向不同方向转动时，升降台座 512对应的上升或下降。水平台座522在升降台座512上的设置，可参考升降台座512在侧板220上的设置结构，在此不再赘述。
54.需要说明的是，本实施例的升降台座512和水平台座522的移动方向正交即可，升降台座512的升降方向并不限定为竖直方向；例如升降台座512的升降方向可以与竖直方向有一定的夹角，本实施例下述时将以升降台座512的升降方向为竖直方向对其进行描述。
55.本实施例中，参考图2和图3所示，上述的阀体固定单元523包括固定杆5231和分离杆 5232；其中，固定杆5231与水平台座522固定连接并向下延伸，且该固定杆5231上设有夹持部5233，该夹持部5233包括第三动力装置和两个夹持件，由该第三动力装置驱使，两个夹持件夹持或松脱分离杆5232；且在该分离杆5232上设有用于承装阀体100的阀体固定部。
56.也即是说，本实施例的检测装置，阀体100具体是固定在分离杆5232上，夹持部5233 夹持分离杆5232时，也即是分离杆5232与固定杆5231固定连接，此时，驱动组件500能够带动分离杆5232上的阀体100移动，使阀体100移动至所需的位置；夹持部5233松脱分离杆5232时，固定杆5231与分离杆5232分离。
57.本实施例中，通过设置上述结构的固定杆5231和分离杆5232，可使固定杆5231与
分离杆5232相连接，以由驱动组件500带动阀体100在检测位置和液氮浸泡池300之间移动。还可使固定杆5231与分离杆5232相脱离，以切断固定杆5231与分离杆5232之间的热传递。具体的来说，在阀体100于液氮浸泡池300内浸泡时，阀体100达到测定温度需要1至2个小时，若阀体100一直与驱动组件500保持连接，一方面，阀体100与驱动组件500之间的热传递，会导致驱动组件500的温度降低，可能会导致驱动组件500的各部件冷缩，影响驱动组件500的移动精度；另一方面，由于驱动组件500与空气具有较大的接触面积，因此还会增加阀体100与空气之间的热交换，延长阀体100到达测定温度的时间，增加液氮的消耗量。而本实施例中，通过设置固定杆5231与分离杆5232的连接和分离，在阀体100进行液氮时，切断其与驱动组件500的热传递，也就可避免上述问题。
58.参考图3所示，本实施例中，在分离杆5232上设有两个相对布置的承夹平面5231。并在固定杆5231的底端上设有安装板52311，上述的第三动力装置包括固设在安装板52311上的第三电机，以及可转动的设于安装板52311上并与第三电机的电机轴连接的螺杆，且该螺杆包括串接的左旋段52331和右旋段52332；
59.两个夹持件之一与左旋段52331螺接，两个夹持件另一与右旋段52332螺接；由此，当丝杠向不同的方向转动时，两个夹持件将向相远离或相靠近的方向移动；具体的来说，以丝杠顺时针转动，两个夹持件向相靠近的方向移动为例，当丝杠逆时针转动时，两个夹持件将向相远离的方向移动。此时，通过由电机带动丝杠顺时针转动，两个夹持件将能够夹紧分离杆5232的两个承夹平面5231，使固定杆5231与分离杆5232连接；电机带动丝杠逆时针转动时，两个夹持件能够松开分离杆5232，使固定杆5231与分离杆5232松开。
60.本实施例中，通过在分离杆5232上设置两个相对布置的承夹平面5231，并采用夹持部 5233夹紧或松开两个承夹平面5231的方式完成固定杆5231与分离杆5232的连接或松脱；与分离杆5232采用圆柱状的杆体相比，在将分离杆5232与固定杆5231脱离，使分离杆5232 受到下述的盖板321上的夹紧件5234的夹紧时，由于制造精度受限，分离杆5232不可避免的会有一定的角度偏转；此时，再将分离杆5232与固定杆5231连接时，分离杆5232相对于固定杆5231会具有一定的角度偏转，影响驱动组件500对阀体100的移动精度。本实施例中，通过设置上述的承夹平面5231，在分离杆5232发生一定角度的转动后，能够由夹持件与承夹平面5231的配合，重新对分离杆5232进行定位，也就可使固定杆5231与分离杆5232具有较高重复定位精度。
61.参考图3所示，本实施例的阀体固定部具体是设置在分离杆5232底端上的内三爪卡盘 52322，该内三爪卡盘52322能够固定阀体100的中口140，需要说明的是，内三爪卡盘52322 的具体结构和工作原理可参考现有技术，在此对其不再赘述。
62.在上述结构的基础上，参考图2所示，本实施例的液氮浸泡池300固设在底板210上，且该液氮浸泡池300具体是通过若干个隔热效果较好的支撑柱211支撑在底板210上，通过将液氮浸泡池300经支撑柱211支撑在底板210上，能够减少液氮浸泡池300与底板210之间的热传递，减少液氮消耗。
63.参考图2和图4所示，本实施例的液氮浸泡池300具体包括箱体310和盖板组件320，其中，箱体310内设有顶部敞口的腔体，该腔体用于盛装液氮。盖板组件320包括相对布置的两个盖板321，两个盖板321分别可滑动的设于箱体310上，且两个盖板321上分别设有夹紧件5234，两个盖板321相对滑动至遮盖腔体的敞口时，两个盖板321上的夹紧件5234 夹紧分
离杆5232。
64.也即是说，本实施例的液氮浸泡池300，在驱动组件500将阀体100由腔体的敞口置入腔体内后，可由两个盖板321遮盖该腔体的敞口，并由两个盖板321上的夹紧件5234夹紧分离杆5232，以固定分离杆5232及分离杆5232上的阀体100。
65.本实施例的液氮浸泡池300，通过设置上述的结构，一方面，与腔体一直处于敞口状态相比，本实施例的方案能够通过由盖板321遮挡腔体的敞口，减少液氮的散逸和流失，减少液氮的消耗，缩短阀体100需要的浸泡时间；另一方面，两个盖板321在遮挡腔体的敞口的同时，还能固定分离杆5232，与单独设置固定分离杆5232的结构相比，本实施例的方案能够简化该变形量检测装置的结构。
66.参考图2、图4和图5所示，本实施例的盖板组件320还包括能够驱使两个盖板321向相靠近或相远离的方向移动的第四动力装置，该第四动力装置与第三动力装置的结构大致相同，不同的地方在于：该第四动力装置的电机及丝杠安装在浮动板322上，该浮动板322经由第一弹性件323支撑在基座200的底板210上。
67.在此基础上，本实施例中，在箱体310上设有导向槽311，并在各盖板321上分别设有能够在导向槽311内导向滑动的导向块3211；以通过导向块3211在导向槽311内的滑动，为盖板321在箱体310上的滑动进行导向。
68.在此基础上，本实施例提供了一种结构较优的导向槽311和导向块3211，具体的来说，参考图6和图7所示，本实施例的导向槽311设置在箱体310的侧壁上，且导向槽311为设于箱体310的两相侧上的两个，对应两个导向槽311，盖板321上的导向块3211也为两个。且各侧上的导向槽311分别对应两个盖板321设置的两段；由箱体310的两端向箱体310中部的方向，各段导向槽311的与导向块3211贴合的上限位面3111倾斜向下延伸。
69.本实施例中，通过设置上述结构的导向槽311，以及将第四动力装置设置在浮动板322 上，能够使盖板321在向遮盖敞口的方向滑动时，还具有一定的向下的位移，从而能够使盖板321更好的压紧设置在箱体310顶端面上的密封条，提高盖板321和箱体310之间的密封效果，以有利于下述的真空发生器对容纳腔进行抽真空操作。
70.参考图2、图8和图9所示，本实施例中，在基座200上设有千分尺固定部600；该千分尺固定部600包括固定座610和活动座620；其中，固定座610固定设置在基座200上，且该固定座610上开设有通孔，前述的活动座620具体穿设在该通孔内，且活动座620的外周和通孔的内壁之间抵接有第二弹性件630；贯穿活动座620开设有安装孔，前述的三点式内径千分尺400的固定管固定穿设在该安装孔内。
71.其中，三点式内径千分尺400分辨率最低能够达到0.001mm，其可采用现有产品，在此对其结构和工作原理不再详述。由于三点式内径千分尺400采用自定心原理测量内孔直径，本实施例中，通过将千分尺固定部600采用上述的结构，由于活动座620和基座200之间经由弹性件支撑，从而使该三点式内径千分尺400能够沿基座200的任一径向平移，并能够调整该三点式内径千分尺400的轴线与基座200轴线的夹角，从而能够得到更为准确的测量结果。
72.参考图9所示，本实施例中，上述的弹性件为套设在活动座620上的气囊，且该气囊优选为沿活动座620的轴向间隔布置的两个。通过将弹性件设置为气囊，由于气囊在具有弹性的同时，还能够为活动座620和基座200之间提供较好的密封效果，能够方便下述的真空
发生装置为容纳腔进行抽真空操作。
73.本实施例中，参考图9所示，在活动座620远离阀体100的一端上开设有若干插装孔，且各插装孔环安装孔均匀、间隔设置；各插装孔内分别插装有电热单元。其中，电热单元即是能够将电能转换为热能的结构，其可采用现有产品，在此不再赘述。
74.在阀体100进行超低温冷却后，由三点式内径千分尺400对阀体100进行变形量的测量时，为了得到准确的变型量数量，需要同时测量多组数据，使三点式内径千分尺400与阀体 100的接触时间较长，阀体100和三点式内径千分尺400之间的热传递会降低三点式内径千分尺400的温度，而该三点式内径千分尺400需要人为操作测量，为了测量结果准确，操作人员需要空手操作，因此三点式内径千分尺400温度过低可能会给操作人员带来不适；而且，一般三点式内径千分尺400适用于常温环境，定制超低温环境使用的千分尺需要高昂的成本。
75.本实施例中，通过设置上述的电热单元，由该电热单元为三点式内径千分尺400进行加热，一方面，能够使三点式内径千分尺400保持适合的温度，方便操作人员操作；另一方面，还能够避免低温可能会给三点式内径千分尺400带来的测量结果上的影响。
76.本实施例的变形量测量装置还包括封闭罩和真空发生装置；其中，封闭罩与基座200围成封闭的容纳腔，前述的液氮浸泡池300和驱动组件500分别设置在该容纳腔内；前述的千分尺固定部600固定在封闭罩的侧壁上。真空发生装置位于封闭罩的外侧，该真空发生装置的抽气端与容纳腔连通。
77.其中，真空发生装置例如为真空泵，真空泵可采用现有产品，由真空泵对腔体进行抽真空的具体原理可参考现有技术，在此不再赘述。
78.本实施例中，通过形成上述的容纳腔，一方面，在进行阀体100的浸泡时，真空具有较好的隔热效果，能够减少液氮浸泡池300与外界的热交换，减少液氮消耗；另一方面，在完成阀体100的浸泡后，可先将容纳腔内的气体抽出，避免容纳腔内的水蒸气冷却凝结在阀体 100的孔壁上，避免影响测量结果。再一方面，在进行阀体100的测量时，可加速液氮气化向容纳腔中释放，降低容纳腔的温度，使阀体100的低温能够保持更长的时间，从而能够使测量结果更能反映阀体100在低温下的变形量。
79.本实施例还提供了一种阀门在超低温环境下的变形量检测方法，其应用如上所述的变形量检测检测装置，该检测方法包括以下步骤：
80.将阀体100固定在阀体固定单元523上，对正找平；
81.驱动组件500将阀体100移动至三点式内径千分尺400的检测位置，由三点式内径千分尺400分别测量阀体100内各孔的直径；
82.驱动组件500将阀体100由检测位置移动至液氮浸泡池300内，待阀体100浸泡至温度稳定；
83.驱动组件500将阀体100由液氮浸泡池300移动至检测位置，由三点式内径千分尺400 再次测量阀体100的各孔径。
84.其中，驱动组件500将阀体100由检测位置移动至液氮浸泡池300内，待阀体100浸泡至温度稳定，包括：
85.阀体100进入液氮浸泡池300内后，驱动组件500与阀体100脱离，由液氮浸泡池300 固定阀体100。
86.具体的来说，该变形量检测方法包括：
87.第一步，通过分离杆5232上的内三爪卡盘52322固定阀体100的中口140，然后将阀体 100对正找平；
88.第二步，驱动组件500将阀体100移动至测量位置后，随着驱动组件500带动阀体100 平移，操作人员操作三点式内径千分尺400测量并记录第二内孔120轴向上多个位置，以及第三内孔130轴向上多个位置的直径；
89.第三步，驱动组件500带动阀体100移动至液氮浸泡池300内，两个盖板321向相靠近的方向移动，夹紧分离杆5232；然后，固定杆5231上的夹持部5233与分离杆5232脱离，使固定杆5231与分离杆5232脱离；
90.第四步，盖上封闭罩，使封闭罩与基座200形成密封的容纳腔，由真空发生装置对容纳腔进行抽真空；
91.第五步，阀体100浸泡预定时间、例如两小时后；向容纳腔内充入干燥后的空气，由夹持部5233夹持分离杆5232，然后使两个盖板321向相反方向移动，再由驱动组件500带动阀体100移动至检测位置；
92.第六步，对容纳腔持续进行抽真空的操作，同时，由操作人员操作三点式内径千分尺400 测量并记录第二内孔120轴向上多个位置，以及第三内孔130轴向上多个位置的直径；
93.第七步，处理数据，得出阀体在超低温环境下的变形量。
94.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。