膜式燃气表气流分配阀密封性动态检测技术

权亚强， 梁永增

(成都秦川物联网科技股份有限公司，四川成都 610100)

1 气流分配阀结构及工作原理

膜式燃气表采用2室4腔结构，是利用柔性膜片计量室进行测量的气体体积流量计，主要由机芯、外壳、计数器等组成，机芯由计量体、气流分配阀等部件组成。其基本原理是把气体通入体积恒定的计量室，充满后再排出，在此过程中，通过一定的传动机构，把充排气的次数转换为体积，并传送到计数器上显示出来。

气流分配阀安装在膜式燃气表计量体上，是控制膜式燃气表内部燃气有序进入和排出计量体的一组过流元件，是膜式燃气表的核心部件，包括阀盖和阀座。阀座的接触面在燃气表运行过程中处于水平静止状态，在燃气气流作用下，阀盖在阀座上绕中轴做旋转运动，依靠气流压力和阀盖的自重实现阀盖与阀座接触面的密封，同时实现已计量燃气和未计量燃气的密封隔离以及计量体的自动运行，保证计量的准确性。

阀座、阀盖结构见图1。阀盖绕中轴在阀座的支撑下旋转，是气流分配阀实现计量体进气分配、排气收集与输送的运动部件。其接触面包括集气腔外环接触面、进气口内环接触面以及排气腔内环接触面(见图1红色部分)。

图1 阀盖、阀座结构

阀座是与计量体所有计量腔的通气口及计量体排气口密封连接、实现气流分配阀连续有序向所有计量腔分配气体并排出气体的静止元件。其接触面包括计量腔通气口外环和内环接触面、各计量腔通气口之间的隔栅接触面、计量腔排气口内环接触面(见图1红色部分)。

气流分配阀阀座和阀盖接触面密封性良好是保证膜式燃气表计量准确、贸易结算公平的前提，与阀座和阀盖接触面的粗糙度[1]以及平面度息息相关。

2 传统气流分配阀密封性检测方法

要实现气流分配阀阀座和阀盖接触面密封性的检验，传统上需要采用两个步骤：首先分别独立对阀座和阀盖接触面的粗糙度及平面度进行检测，再采用静压力法对气流分配阀的密封性进行检测[1-2]。

传统气流分配阀密封性检测方法存在的不足：检测平面度和粗糙度只能估算密封性，不能直接检测阀座、阀盖之间的泄漏流量，检测准确性低；静压力法只能检测阀座、阀盖静止于固定位置时阀座、阀盖之间的泄漏流量，无法真实反映气流分配阀实际工作条件下的动态密封情况。

3 气流分配阀密封性动态检测技术

针对上述不足，笔者的研发团队研发出了一种燃气表气流分配阀检测设备(已获得国家专利，专利号：ZL 201620784207.7[3])，通过模拟膜式燃气表使用状态下气流分配阀阀座和阀盖的相对运动，检测动态下气流分配阀密封性是否满足使用要求，得到的参数更加准确，结果更加可靠，提高了计量的准确性，能有效解决上述问题。

3.1 动态检测设备结构

气流分配阀密封性动态检测设备主要部件包括固定装置、压紧装置、排气装置、驱动装置、负压装置、检测装置。固定装置、压紧装置、排气装置及驱动装置见图2。

图2 压紧装置、固定装置、压紧装置、排气装置及驱动装置

3.1.1 固定装置

固定装置由底座、中轴、立板、安装板等组成，固定装置结构见图3。

固定装置底座尺寸可根据燃气表阀座形状大小确定，在底座上设置凹陷部，用于与阀座配合；底座上焊接有中轴，其作用是为阀盖绕阀座相对转动提供固定点；立板垂直于底座安装，立板和安装板垂直连接，安装板平行于底座。

为模拟气流分配阀的真实工作状态，需保证阀座与底座之间的密封性，即阀座安装于底座后，阀座与底座的所有接触位置均需要密封处理，使阀座与底座之间形成密封区域，以不影响检测结果。

为了实现阀座和底座之间的密封，需在底座凹陷部内设置弹性密封层，以实现阀座与底座所有接触位置的密封。弹性密封层采用硅胶密封垫制成，结构见图4。底座与阀座每个接触位置均通过弹性密封层密封连接，弹性密封层与阀座相接触位置设置有凹槽，凹槽的槽宽略小于阀座与弹性密封层的贴合面的宽度。在检测前，通过按压阀座使阀座朝弹性密封层方向运动，令弹性密封层发生形变，排挤出凹槽内的气体，停止按压后，弹性密封层恢复形变，将阀座吸附在底座上，实现阀座和底座的真空密封，保证在检测过程中阀座与底座的连接位置不漏气，提高气流分配阀密封性检测的准确性。

图3 固定装置结构

图4 弹性密封层结构

3.1.2 压紧装置

压紧装置关键部件主要包括压紧板和气缸组件。

① 压紧板

压紧板结构见图5，其由第一横板、第二横板以及直板组成。第一横板和第二横板平行设置，直板垂直连接于第一横板和第二横板；第一横板滑动连接于立板，其上设有排气孔。立板和第一横板形成了导轨、导套的结构，第一横板沿着立板的高度方向滑动，立板具有导向作用，第一横板的滑动方向平行于中轴的轴线方向，使整个压紧板滑动更加平稳可靠。

图5 压紧板结构

② 气缸组件

气缸组件安装在安装板上，其输出轴驱动连接压紧板，驱使压紧板沿平行于中轴的轴线方向往复移动，使其在移动过程中压紧在阀座上，进而使阀座压紧在弹性密封层上，令阀座与底座之间的密封更加牢固可靠。

3.1.3 排气装置

排气装置是一段小管道，排气装置与阀座排气口之间通过压紧板上的排气孔相连，排气装置、排气孔以及阀座排气口之间设置有密封件，用于密封连接。气缸组件通过气缸组件输出轴带动压紧板向下压紧在阀座上，第一横板与阀座接触，使第一横板排气孔与阀座排气口紧密接触，保证排气孔与阀座排气口之间的密封性。

3.1.4 驱动装置

驱动装置(安装在压紧板上)的输出轴用于驱动阀盖，驱使阀盖相对于阀座转动。驱动装置的动力由微型电动机提供，阀座和阀盖都安装在中轴上，微型电动机的输出轴上安装有键型齿，键型齿与阀盖上的键槽配合，通过电动机提供动力，带动阀盖绕着中轴在阀座上旋转运动，模拟了膜式燃气表真实的工作状态。阀座、阀盖与底座之间形成密封区域，密封区域通过阀座排气口与排气装置连通。驱动装置结构见图6。

图6 驱动装置结构

3.1.5 负压装置

负压装置主要部件为负压泵。负压泵通过检测装置、排气装置与阀座排气口连通，抽取空气使得阀座、阀盖和底座形成的密封区域内产生负压，若存在显著泄漏，因压差的存在，气体会从外部进入密封区域内，实现泄漏量的检测。

3.1.6 检测装置

检测装置位于负压泵与排气装置之间，用于检测气体的流量。气流分配阀密封性动态检测设备关键管路连接见图7，检测装置包括流量计、压力表、调压阀以及可编程逻辑控制器(PLC控制器)。排气装置、流量计、调压阀依次连通，气体从排气装置流出，依次经过流量计、调压阀以及负压泵。流量计对气体的流量进行记录，并得到平均泄漏量和最大泄漏量；压力表对管路内的气体压力进行测量；调压阀能够对管路内的气体压力进行调节；负压泵为管路提供负压，使管路内的气压小于外界气压。

负压泵、驱动装置和流量计分别与PLC控制器通过控制电路连接。PLC控制器根据流量计输出的流量判断密封性是否合格； PLC控制器还能够控制驱动装置的转速，进而控制阀盖的旋转速度；PLC控制器还能够通过控制电路控制负压泵的工作状态。在实际操作时，通过调压阀对管道中的气压进行调整，进而便于测量不同压力状态下阀盖和阀座之间的密封性能，以得到更加准确的结果。

图7 气流分配阀密封性动态检测设备关键管路连接

3.2 动态检测过程

气流分配阀密封性检测设备结构简单合理，通过模拟燃气表气流分配阀阀座和阀盖真实的工作状态，使气流分配阀的密封性检测结果真实、可靠。

气流分配阀与弹性密封层形成的密封区域通过阀座的排气口、压紧装置上的排气孔、排气装置与检测装置连通，负压泵使得密封区域产生负压。在阀盖绕中轴相对阀座转动过程中，因密封区域内气压小于外部大气压，若阀盖与阀座接触面之间存在泄漏点，则在压差的作用下，外部气体会通过泄漏点进入密封区域内，通过与密封区域连通的排气装置进入检测装置，实现泄漏量的检测。检测装置中的流量计通过对气体体积计量来判断动态下的阀盖和阀座的密封性是否合格，即在其他条件相同的情况下，采用标准阀座和阀盖作为参考，通过将检测到的气体体积与采用标准阀座和阀盖情况下检测到的气体体积做对比，从而判断被检测阀座和阀盖密封性是否合格。压力表能够对管路中的气体压力进行检测，调压阀能够对管路中的气体压力进行调节，以实现对气流分配阀密封性更加精准的检测。气体流向见图8。

图8 气体流向

本检测设备能够分别对阀座和阀盖进行动态泄漏流量检测，即可以采用标准阀座作为参考，判断阀盖是否合格；或者采用标准阀盖作为参考，判断阀座是否合格。也能对指定阀座、阀盖成对进行动态泄漏流量检测，检测结果更加可靠、准确。

4 结语

本文所述膜式燃气表气流分配阀密封性动态检测技术克服了传统检测技术存在的不足，能够快速、准确地对阀座和阀盖进行动态泄漏流量检测，结果可靠、准确。膜式燃气表气流分配阀密封性检测设备结构简单合理，便于制造加工，使用时操作方便，能有效提高膜式燃气表的生产效率和产品质量。