阀门密封性自动化检测系统设计

阀门是控制流体流量和流向的重要设备，其密封性直接影响着阀门的使用效果和安全性能，因此，在工业生产中对阀门泄漏率的精确检测非常重要。针对使用国内阀门泄漏率检测装置精度低、使用国外阀门泄漏率检测装置成本高的问题，采用直压法检测阀门密封性的原理，开发出一套低成本、高精度的直压法阀门泄漏率自动化检测系统。该系统由可编程序控制器PLC (programmable logic controller)、触摸屏和传感器等组件组成。通过触摸屏设置系统的相关参数，将信号发送给PLC，PLC对获取的输入信号进行处理，根据写入的程序将输出信号传输给执行器，最后将检测结果传回到触摸屏。测试的全过程为自动进行，通过借助人机交互，可以方便地进行基本参数的设置，并最终实现对阀门泄漏率的自动化检测。

阀门泄漏率是指阀门在关闭状态下，通过阀门密封面与密封面之间的泄漏量。阀门泄漏率与阀门密封性能有关， 密封性能好的阀门泄漏率低， 然而阀门的密封性会随着长期使用逐渐下降， 导致流体泄漏。

在欧洲，机械指令要求机器的设计和制造方式应避免对人类造成潜在风险，为此已经制定了一系列与液压系统安全相关的欧洲标准，并有相关标准作为补充，例如压力设备法规[1]。阀门泄漏不仅造成资源浪费和环境污染， 还严重威胁系统运行的安全稳定性， 甚至危及工作人员的安全， 可能导致人身伤亡事故。

因此，如何精确检测阀门泄漏问题成为一个重要的课题。

在工业生产中， 常用的阀门泄漏检测方法有水检法、直压法、差压法、气体示踪法、超声波检测法、卤素法等。水检法检测工件是否泄漏是将待测工件内部充入一定压力的气体，然后将其密封后浸入水中观察，若有气泡冒出，则工件内部存在泄漏。姚晓凯[2]通过Faster R-CNN 目标检测算法，验证了基于卷积神经网络的气密性水检法的可行性与有效性，这种方法提高了检测速度，但无法准确判断泄漏位置， 且检测成本较高。差压法是将待测工件和标准件中同时充入一定压力的气体，稳压一段时间后，检测待测工件和标准件之间的压力差，进而判断待测工件是否存在泄漏的问题。刘洋[3]通过制作一系列容积已知的标准容积容器和一系列漏率已知的标准漏孔进行组合测试，最终快速准确地测试出阀门的泄漏量， 但这种方法需要精确预估阀门及配套测试管路的容积，存在一定的误差。气体示踪法是将待测工件中充入可追踪的气体，如氦气或二氧化碳，然后用气体探测仪来检测气体泄漏的位置和程度。曾宪阳、池作和等[4]通过此方法来检测气体在管道中的流动，这种方法也可以检测阀门和管道内部是否存在泄漏，测量偏差较小，但对阀门或管道的安装条件较高，增加了检测成本。超声波检测法是用超声波传感器检测待测工件上泄漏点产生的超声波， 从而进行泄漏判断， 这种方法应用范围广， 检测精度高， 但成本高昂。

卤素法是将加热至850℃~950℃的铂金属放置在卤素环境中，根据铂在卤素的催化作用下发射电子而产生的电流大小进行泄漏判断，这种方法易对环境造成破坏，且误差大。此外，金耀、朱振雷[5]等研究了一种密封间隙可调整变化的间隙密封结构，该结构能使活塞中部自适应地发生径向变形，使缸筒内壁和活塞外表面的密封间隙减小，进而减少泄漏量。黄亮、郭知龙[6]等设计出一种封隔器的新型密封结构， 并对其密封性能和承压能力进行了理论计算和试验研究。

为了解决上述阀门密封性检测方法存在的问题，如何设计一套安全可靠、成本较低且高效率的阀门密封性测试系统成为文章的研究重点，并通过对其进行测试验证，最终证明了这套系统的可行性，从而