摘　要：论述燃气安全阀耐用性自动测试系统超压自动切断、欠压自动切断和超流量自动切断耐用性试验的实现方法，介绍测试系统的硬件设计和软件设计，分析了测试系统的优点。

关键词：燃气安全阀；  耐用性试验；  自动测试系统

Development of Automatic Test System for Gas Safety Valve Durability

Abstract：The methods for achieving durability tests such as automatic overpressure shut-off．Automatic underpressure shut-off and excessive flow automatic shut-off by automatic test system for gas safety valve durability are described．The design of hardware and software of the automatic test system is introduced，and its advantages are analyzed．

Key words：gas safety va]ve；durability test；automatic test system

1　概述

随着人们对燃气安全重视程度的日益提高，燃气安全阀不断发展，燃气安全阀的功能日益增多，尤其是确保燃气安全方面的性能，如超压自动切断功能、欠压自动切断功能、超流量自动切断功能等。

为确保燃气安全阀的质量，需要在燃气安全阀产品的研发和检验阶段开展大量的相关试验。其中耐用性试验一方面能够检验燃气安全阀性能的优劣，另一方面可以反映燃气安全阀的使用寿命，是检验燃气安全阀性能的重要试验之一。对于燃气安全阀的耐用性试验，试验条件与普通燃气阀门的耐用性试验相比，更加繁琐和复杂，且涉及到复位要求，依靠传统的耐用试验机无法完成相关的测试；若依靠人工完成燃气安全阀的耐用性试验(相关的产品标准规定，阀门的耐用性试验次数为几千次、几万次，甚至是几十万次)，则需要反复地进行试验条件的变换和手动复位，试验过程面临工作效率低下、试验条件的控制不够精确等难点。对于要求进行几十万次耐用性试验的燃气安全阀，手动耐用性试验更是无法实现的。

为了高效率、高精度地完成燃气安全阀的耐用性试验，国家燃气用具质量监督检验中心自主研发了燃气安全阀的耐用性自动测试系统。

2　燃气安全阀的工作原理

不同的燃气安全阀的功能和结构各异，其工作原理各不相同。本文以某一型号具备超压切断功能的燃气安全阀^[1]为例，简要介绍该型号燃气安全阀的工作原理，其各种状态见图1～3。

如图l所示，此型号燃气安全阀在未通气状态下，阀瓣在重力作用下下落，磁铁3吸附上锁气片4，主阀瓣7关闭阀口9，燃气安全阀处于切断状态。当燃气安全阀通气后，若不上提复位钮进行手动复位，燃气安全阀进睁压力无法克服磁铁3吸附上锁气片4的磁力作用，燃气安全阀将一直处于如图l所示的切断状态。

如图2(图注同图l)所示，当燃气安全阀的进口压力处于阀门的正常工作压力范围内时，上提复位钮l，在燃气安全阀进口燃气压力和磁场力的共同作用下，由阀杆2、上锁气片4、橡胶膜片6、主阀瓣7和副阀瓣8组成的组件处于悬浮的平衡状态，阀口9开启，燃气安全阀处于正常的工作状态。值得注意的是，只有当燃气安全阀的进口压力处于阀门的正常工作压力范围内时，才能够通过提拉复位钮进行手动复位，若燃气安全阀的进口压力低于正常工作压力范围的下限时，则手动复位后组件无法处于悬浮平衡状态，磁铁3吸附上锁气片4，阀口9关闭，燃气安全阀无法正常工作。

如图3(图注同图l)所示，当燃气安全阀的进口压力超过正常工作压力范围的上限时，组件的悬浮平衡状态将被破坏，阀杆2上移，磁铁3吸附下锁气片5，副阀瓣8关闭阀口9，燃气安全阀实现超压切断功能。当燃气安全阀的进口压力恢复至正常工作压力范围内时，需要手动下压复位钮1，使得组件重新恢复悬浮的平衡状态，阀口9开启，燃气安全阀恢复如图2所示的正常工作状态。

3　测试系统的功能设计

燃气安全阀耐用性自动测试系统可完成安全阀的超压自动切断耐用性试验、欠压自动切断耐用性试验、超流量自动切断耐用性试验。

燃气安全阀耐用性自动测试系统的试验原理见图4。

其中调压器2的出口压力设定为待测燃气安全阀的超压自闭压力(稍高于正常工作压力上限值)，调压器4的出口压力设定为待测燃气安全阀的额定工作压力(处于阀门正常工作压力范围内)。

3．1　超压自动切断耐用性试验功能

3．1．1燃气安全阀的超压自动切断功能

具备超压自动切断功能的燃气安全阀，当安全阀的入口压力升高至超压自闭压力时，安全阀能够自动切断；故障排除、阀门的进口压力恢复至安全阀的正常工作压力范围内时，安全阀才能够通过手动复位重新开启。

用户在燃气表前加装具备超压自动切断功能的燃气安全阀，能够有效地避免超压燃气事故的发生^[2]。

3．1．2耐用性试验功能的实现

如图4所示，在进行燃气安全阀的超压自动切断耐用性试验时，首先进行试验工况的设定：开启电磁阀l，关闭电磁阀3和电磁阀6，开启电磁阀5(待测燃气安全阀8的入口压力为额定工作压力)和电磁阀ll，手动调节手动球阀l0的开度(将待测燃气安全阀8的流量调节为正常工作流量)，并手动复位待测燃气安全阀8，令待测燃气安全阀8处于正常工作状态。开启复位机构(复位机构由电机、凸轮、安全阀固定装置和位置传感器组成)和变频器，通过PLC控制变频器，进而控制复位机构中电机的转速，令凸轮的转速满足耐用性试验频率的要求。

试验台的初始设定状态设定完毕后，即开始进行安全阀的超压自动切断耐用性试验：通过PLC发出电信号，电磁阀一5关闭，电磁阀3开启(待测燃气安全阀8的入l：3压力为规定的超压自闭压力)，待测燃气安全阀8自动切断。待测燃气安全阀8自动切断后，待测燃气安全阀8的出口压力降至0，当压力变送器9反馈至PLC的待测燃气安全阀8的出口压力降为0时，PLC即可判定待测燃气安全阀已自动切断。PLC发出电信号，电磁阀3关闭，电磁阀5开启。电动机带动凸轮转动，完成待测燃气安全阀8的复位。当与电机相连接的凸轮带动阀杆到达极限位置时，复位机构的位置传感器向PLC发出电信号，PLC即判定待测燃气安全阀8复位完毕，延迟2s后发出超压切换信号。至此完成一个耐用性试验的测试循环。

压力变送器7的作用在于对超压自动切断耐用性试验过程进行监控。在正常的工作状态下，压力变送器7反馈的压力应为待测燃气安全阀8的额定工作压力和超压自闭压力的不断切换，并与相应的设定值一致。若出现压力异常时，说明测试系统的工作状态出现异常，PLC发出异常报警信号并切断电磁阀1，停机检修。

与复位机构相连接的变频器能够通过PLC进行控制，调节复位机构中减速电机的转速和转动方向，进而对耐用性试验的试验频率进行控制。

3．2　欠压自动切断耐用性试验功能

3．2．1  燃气安全阀的欠压自动切断功能

具备欠压自动切断功能的燃气安全阀，当安全阀的入口压力低于正常工作压力范围的下限时，安全阀能够自动切断；故障排除、阀门的进口压力恢复至安全阀的正常工作压力范围时，安全阀才能够通过手动复位重新开启。

若在下游用户加装具备欠压自动切断功能的燃气安全阀，当燃气公司进行停气检修或发生突发性的第三方施工挖断燃气管道的事故时，室内燃气管道中的燃气压力将降低，当安全阀入l：3处的燃气压力低于正常工作压力范围的下限时，安全阀即自动切断。安全阀需要手动进行复位，且安全阀的入口压力处于正常工作压力范围内时才能够手动复位成功，因而加装具备欠压自动切断的燃气安全阀能够有效地避免事故的发生，进一步确保下游用户的生命财产安全^[3-5]。

3．2．2耐用性试验功能的实现

如图4所示，在进行燃气安全阀的欠压自动切断耐用性试验时，首先进行试验工况的设定，设定方法与3．1．2一致。

试验台的初始设定状态设定完毕后，即开始进行安全阀的欠压自动切断耐用性试验：通过PLC发出电信号，电磁阀6开启，通过增加待测燃气安全阀8入口端试验介质放散流量的方式将待测燃气安全阀8的入l3压力降至低于正常工作压力范围的下限，待测燃气安全阀8自动切断。待测燃气安全阀8自动切断后，待测燃气安全阀8的出口压力降至0，当压力变送器9反馈至PLC的待测燃气安全阀8的出口压力降为0时，PLC即可判定待测燃气安全

阀8已自动切断。PLC发出电信号，电磁阀6关闭。电动机带动凸轮转动，完成待测燃气安全阀8的复位。当与电机相连接的凸轮带动阀杆到达极限位置时，复位机构的位置传感器向PLC发出电信号，PLC即判定待测燃气安全阀8复位完毕，延迟2S后发出欠压切换信号。至此完成一个耐用性试验的测试循环。

3．3　超流量自动切断耐用性试验功能

3．3．1燃气安全阀的超流量自动切断功能

具备超流量自动切断功能的燃气安全阀，当安全阀的流量超过正常工作流量范围的上限时，安全阀能够自动切断；故障排除、通过阀门的流量恢复至安全阀的正常工作流量时，安全阀才能够通过手动复位重新开启。

用户燃气表后的旋塞阀开启，且灶具连接软管脱落导致的燃气泄漏事故是目前居民燃气事故中最常见的案例^[6]。当灶具连接软管脱落时，燃气管道与大气相通，会导致燃气管道内的流量瞬间增大。若燃气管道卜加装具有超流量自动切断功能的燃气安全阀，安全阀能够在灶具连接软管脱落的瞬间自动切断燃气通路，有效地防止燃气的进一步泄漏。

3．3．2耐用性试验功能的实现

如图4所示，在进行燃气安全阀的超流量自动切断耐用性试验时，首先进行试验工况的设定：开启电磁阀1，关闭电磁阀3、电磁阀6和电磁阀ll，开启电磁阀5(待测燃气安全阀8的入口压力为额定工作压力)。手动调节手动球阀10的开度，令手动球阀10处于全开状态。开启复位机构和变频器，通过PLC控制变频器，进而控制复位机构中电机的转速，令凸轮的转速满足耐用性试验频率的要求。手动复位待测燃气安全阀9，令待测燃气安全阀8处于开启状态。

试验台的初始设定状态设定完毕后，即开始进行安全阀8的超流量自动切断耐用性试验：通过PLC发出电信号，电磁阀ll开启，流经待测燃气安全阀的流量超过正常工作流量的上限，待测燃气安全阀8自动切断。待测燃气安全阀8自动切断后，待测燃气安全阀8的出口压力降至0，当压力变送器9反馈至PLC的待测燃气安全阀8的出口压力降为0时，PLC即可判定待测燃气安全阀8已自动切断。PLC发出电信号，电磁阀11关闭。电动机带动凸轮转动，完成待测燃气安全阀8的复位。当与电机相连接的凸轮带动阀杆到达极限位置时，复位机构的位置传感器向PLC发出电信号，PLC即判定待测燃气安全阀8复位完毕，延迟2s后发出信号，电磁阀11开启。至此完成一个耐用性试验的测试循环。

4　测试系统的设计

4．1　测试系统的硬件设计

本测试系统采用的气源为0.8MPa的压缩空气，通过调压器降压至待测燃气安全阀的额定工作压力和超压自闭压力。所采用的调压器是JYT-0.6型调压器，调压器的进口压力范围为0.03～1.56MPa，将调压器进行改装，将其出口压力分别调至待测燃气安全阀的额定工作压力和超压自闭压力。采用的电磁阀为VX2120-02-5G1-B型电磁阀，通径为DNl0mm，驱动线圈电压为24V。采用的手动球阀为DNl5mm的黄铜材料球阀。采用的压力变送器为上润AK系列压力变送器，精度为0.4级。

本测试系统采用的减速电机，额定功率为0.4kW，减速齿轮箱的减速比为1：300。控制电机转速的变频器为VFD-M型单相变频器，工作频率为0～55Hz。变频器的实际工作频率可通过手动调节，也可以通过通信接口和输入端口输入进行调节。此变频器具有转速可调、扭矩恒定的运行优点，故而能够在比较宽泛的频率范围内实现电机的稳定运行，提高了测试系统的适用范围。本测试系统可定频运转，也可通过程序控制变频器的实际工作频率进行变频调节。

本测试系统采用的可编程控制器(PLC)为西门子SL7-200可编程控制器，内部集成有国家燃气用具质量监督检验中心自主开发的耐用性试验自动测试控制程序。

本测试系统设置了带有触摸屏的通用计算机，用以完成耐用性试验的参数设置、试验状态监控、停机检修、试验数据的存储和输出等工作，人机界面更加友好。

4．2　测试系统的软件设计

本测试系统采用STEP 7-MicrowIN编程软件作为编程工具，将燃气安全阀的超压自动切断耐用性试验、欠压自动切断耐用性试验和超流量自动切断耐用性试验以模块化的方法分别编写控制程序，并将每一个试验模块嵌入到PLC中。

超压自动切断耐用性自动测试程序框图见图5，其中P1为图4中压力变送器7反馈至PLC的压力值，P2为图4中压力变送器9反馈至PLC的压力值。

每一个耐用性试验均存在其独立的操作界面，并将全部界面显示于一个综合界面上，界面的切换采用弹出窗口的方式。燃气安全阀的超压自动切断耐用性试验的操作界面见图6。

试验前需要输入阀门的额定工作压力、超压自闭压力、耐用性试验次数、切断信号延时时间和切断信号时间给定值(用以调节减速电机的转速)，选择电机的转动方向，点击“启动”按钮，即开始安全阀的超压自动切断耐用性测试。在测试过程中，实时显示阀门入口的压力值和试验次数的完成值。在耐用性测试试验正常进行过程中，“试验正常”区域闪烁橘黄色；当测试系统检测到异常信号时，立即切断电磁阀1，耐用性试验暂停，“试验异常停机”区域闪烁橘黄色。对测试系统进行全面的检查，排除故障后，点击“继续试验”按钮即可继续进行耐用性试验。

5　测试系统的优点

本测试系统的功能强大，能够完成燃气安全阀的超压自动切断耐用性试验、欠压自动切断耐用性试验和超流量自动切断耐用性试验的自动测试。

本测试系统的适用范围比较广。测试系统采用的调压器经改装后，出口压力能够根据安全阀的进口压力进行设定，拓宽了测试系统的安全阀进口压力的适用范围。燃气安全阀出口侧手动球阀的设置，能够通过手动调节来调节试验管路的流量，确保了测试系统能够适用于不同额定流量的燃气安全阀。通过改变复位机构中自制的安全阀固定装置和复位装置，以及通过变频器的设定来改变电机的转速和转向，能够实现多种结构形式安全阀的自动复位功能。

通过进一步完善控制程序，在测试系统上加装压力变送器、流量计和相应的数据传输工具，能够为测试系统添加耐用性试验过程中相关参数的实时记录、储存和输出等功能。燃气安全阀耐用性试验过程中的相关参数包括超压或欠压自动切断瞬间燃气安全阀的实际进口压力、超流量切断时燃气安全阀的实际流量和切断响应时间等。

6　结论及建议

燃气安全阀耐用性自动测试系统能够高效率、高精度地自动完成燃气安全阀的超压自动切断、欠压自动切断和超流量自动切断耐用性试验，为燃气安全阀的检验和研发工作提供充分便利的实验条件，其拓展的试验参数实时临控、记录、储存和输出功能还能够为燃气安全阀功能的开发和改进提供详细、准确的实验数据。

参考文献：

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[3]李洲平，段其刚，韩晓龙．燃气管网的检漏及泄漏抢修[J]．城市燃气，2011(8)：35-37．

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[5]朱万美．燃气事故预防及应急抢险预案编制提纲[J]．煤气与热力，2008，28(3)：B46-B48．

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本文作者：李玉春  张乃方

作者单位：深圳市燃气集团股份有限公司

中国市政工程华北设计研究总院