具有在線檢測功能的安全閥及其檢測系統的製作方法
2023-05-21 02:38:56 1
專利名稱：具有在線檢測功能的安全閥及其檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種安全設備，特別涉及一種具有在線檢測功能的安全閥及其檢測系統。
背景技術：
安全閥是壓力容器、鍋爐及管道安全裝置中應用最廣的安全器件。當壓力容器中介質壓力由於某種原因而升高超過規定值時，安全閥內部構件閥瓣上受到壓力介質的作用力大於閥門內彈簧或其他構件產生的作用力，閥門自動開啟，從而可以排放壓力介質，以防止壓力容器、鍋爐或管道內壓力進一步升高；當壓力容器中介質壓力由於安全閥的排放而降低到一定值時，安全閥內彈簧或其他構件產生的作用力大於壓力介質的作用力時，安全閥又自動關閉，阻止介質繼續排放。安裝在設備上的安全閥需要定期檢測以保證其正常工作，現有的一般形式的安全閥在檢測時需要從設備上拆下，然後在離開生產線的試驗臺上進行檢測，不僅操作麻煩，過程煩雜，而且需要停止相關設備的運行，從而影響正常生產，對於需要連續穩定運行的裝置設備，這種檢測方式更加難於使用。為了克服這一問題，需要發展安全閥的在線檢測技術，現有的一種在線檢測技術是安全閥在工作狀態下，使用外部安裝的液壓驅動附加裝置，對閥杆提供附加提升外力，使安全閥在內壓和附加力的作用下達到人為洩漏的開啟狀態，通過計算附加力和內壓及密封面積來計算安全閥的開啟壓力，從而判斷彈簧的壓緊力是否滿足要求；這種技術人為操作因素對檢測結果影響很大，由於液壓系統需要人工操作，而安全閥開啟時間很短，外加提舉力難以精確控制，操作中往往出現開啟過量的現象，影響檢測的精度，另外在實際操作中，安全閥剛達到開啟的狀態往往很難準確確定，操作時經常使用的方法是通過肉眼觀察閥杆的上升，或聽介質的排洩聲來確定安全閥是否開啟，這樣會產生較大的檢測誤差。與前述技術相近似的是專利申請號為02144602.4的中國發明專利公開的一種「具有在線檢測功能的安全閥」，這種安全閥與前述技術不同的是在閥瓣與閥杆之間設置了液壓密封結構，形成帶有雙邊密封的微型液壓缸，在檢測時直接將加壓介質通入此微型液壓缸中使安全閥達到人為洩漏的開啟狀態，從而檢測安全閥的開啟壓力；這種安全閥雖然在結構上相對於一般的安全閥作了一定的改進，仍然需要外加液壓加載機構，同樣需要人工判斷安全閥的開啟度，因而其檢測誤差亦較大。專利申請號為99805355.4的中國發明專利公開了一種「減壓安全閥監控裝置」，這種監控裝置包括鄰近安全閥設置的傳感器輸入模塊及與之連接的位置傳感器、壓力傳感器、洩漏傳感器，所述位置傳感器安裝在減壓安全閥閥杆上部，用於測量閥瓣相對於閥座的位置；所述壓力傳感器安裝在安全閥的入口和出口，用於測量安全閥的入口與出口處的壓力；所述洩漏傳感器接近安全閥並靠近噴嘴設置，檢測噴嘴和關閉部件之間的流體洩漏，這種監控裝置對安全閥的結構作了改動，可以實現一定的在線檢測功能，但亦存在缺點及不足(1)由於實際安全閥頂部是可拆卸的(一般是法蘭螺栓結構或者是螺紋結構)，因此對於不同大小的安全閥，在閥杆閉合狀態下，位移傳感器勢必有初始位移，才能保證檢測，這樣會造成各個安全閥安裝拆卸過程繁瑣、檢測的初始位移參量不一致；此外，設置位移傳感器的目的是檢測閥瓣與閥座出現脫離(分離)，但是通常在常溫下安裝的位移傳感器，在操作中，沒有出現閥瓣與閥座相對位移的情況下，由於操作溫度升高或降低，閥杆也出現冷熱變形(伸縮)，在高溫或低溫下會出現的這種並不反映閥瓣分離的變形容易造成判斷失誤；另外，變阻器式的位移傳感器在長期使用後，因為觸頭摩擦、磨損的原因，會導致接觸不良、或線圈短路，導致檢測誤差加大。(2)檢測安全閥流體入口和出口壓力的壓力傳感器目的是計算洩漏量，由於該專利並沒有同時檢測溫度，因此，流體在微量洩漏狀態下的熱物理性質參數無法得知，計算的洩漏量不可能符合實際，因為安全閥的工作流體通常是可壓縮氣體或者易揮發閃蒸的飽和液體，它們的物理性質參數與流體洩漏狀態下局部的溫度和壓力有關，而與容器主體區溫度下的物理性質參數不同，只有同時測取溫度，才能夠從流體物理性質資料庫中準確查出計算流量的物理性質參數。(3)洩漏傳感器利用閥口流體洩漏時出現的噪聲來檢測和判斷洩漏，這種檢測方式的主要問題是周圍環境出現的隨機性尖銳噪聲與流體通過閥口產生洩漏的噪聲完全屬於同種性質，同時可能聲壓級還高很多，因此，在這裡檢測到的噪聲很可能是別的地方出現的，由於聲源眾多，微小洩漏產生的噪聲難以準確檢測，所以這種利用洩漏產生噪音的檢測方式在生產現場很難滿意地實施。此外，這種安全閥監控技術功能仍不完善，尤其是不能反應安全閥的某些重要信息如開啟壓力的變化、彈簧性能(例如壓緊力，密封比壓)的變化等。
發明內容
本發明的目的在於克服現有安全閥檢測技術存在的缺點，提供一種結構簡單、合理，檢測誤差小，精度高，工作安全可靠的可實現在線檢測功能的安全閥。
本發明的另一目的在於提供一種對上述具有在線檢測功能的安全閥進行監控的檢測系統。
本發明的目的通過下述技術方案實現本具有在線檢測功能的安全閥包括上閥體、下閥體、閥座、閥瓣組件，上閥體與下閥體為可拆卸的固定連接結構，閥座及閥瓣組件位於上閥體與下閥體形成的空間內，所述閥瓣組件包括密封瓣、閥杆、彈簧、上壓緊環、下壓緊環；其特徵在於本安全閥還包括有傳感器，所述傳感器設置於閥瓣組件上並通過連接線連接至安全閥外。
所述閥瓣組件的密封瓣與安裝設備相連接的一端設置有凹孔，凹孔的開口處設置有承壓膜片，傳感器設置於凹孔中或者承壓膜片上，並通過設置於凹孔壁的信號線連接至安全閥外。
所述凹孔可為各種不同的形狀，如軸對稱形狀(半球形、圓臺形、圓錐形、階梯圓柱形、階梯圓臺形、圓臺與圓柱組合形等)或非軸對稱形狀(方形、橢圓柱形等)。
所述傳感器設置於凹孔的具體形式為傳感器位於凹孔頂部、凹孔壁面或凹孔空間中；所述傳感器設置於承壓膜片上的具體形式為傳感器位於承壓膜片的一側或兩側；所述凹孔壁上開有通孔連通至密封瓣外側，與傳感器相連接的導線通過通孔連接至密封瓣外，並進一步連接至安全閥外；所述承壓膜片與密封瓣的連接方式為焊接、可拆卸連接或者採用快裝式並帶有密封結構的連接方式連接。
所述設置於凹孔內的傳感器包括電阻式傳感器、壓電式傳感器、熱電偶傳感器、光電傳感器、霍爾傳感器、電感傳感器、電容傳感器、光導纖維傳感器；不同類型的傳感器可以根據需要安裝入凹孔內進行壓力、溫度、變形、位移等參數的測量。由於凹孔內的空間較小，前述各種形式的傳感器都需要參考現有的尺寸較大的傳感器縮小比例或尺寸設計製成，其結構及作用原理與現有的傳感器相近似。
為了監控彈簧的各種變量，可在彈簧、閥杆、閥瓣外套、上壓緊環、下壓緊環或上、下壓緊環之間設置傳感器進行檢測；所述上壓緊環或下壓緊環上可安裝位移傳感器，檢測彈簧在預緊、正常工作以及超壓開啟過程中或當彈簧出現故障，如產生裂紋、由於介質腐蝕產生承載截面減小等情況下的彈簧力的變化；所述位移傳感器可為電磁式、應變式或光電式位移傳感器等。特別地，可在上壓緊環與壓緊螺母之間安裝測力環，在測力環上設置變形或力傳感器(如應變式傳感器)，用於檢測預緊狀態下施加的預緊力是否滿足要求，同時還可以監測運行中的彈簧力變化的情況，例如當彈簧受到腐蝕介質的作用產生截面減薄或者出現局部微裂紋時，彈簧力可能出現變化；或者在下壓緊環與閥杆支撐凸臺間安裝力傳感器(如壓電式傳感器)，用於測量彈簧力大小的變化。
所述彈簧外側設置有應變式傳感器用於檢測彈簧力傳遞能力；為了防止應變式傳感器受外界影響，可刷上塗層將傳感器保護起來。
為了監測彈簧力的變化，亦可在所述閥杆中部對稱位置上用去除材料的方式加工對稱的豎向條形槽或環向凹槽，以減小閥杆剛度，增大閥杆的變形量，在豎向條形槽內或環向凹槽內設置傳感器(如位移傳感器)；為了防止位移傳感器受外界影響，可以刷上塗層將對傳感器實施保護。
為了檢測安全閥在不同開啟狀態的洩漏量，可以設置洩口內外壓差傳感器以及溫度傳感器，兩者配合可計算出洩漏量的大小；具體結構可為微壓差計傳感器的兩個測口分別設置於安全閥流道內部和閥口外部，傳感器主體部分可以設置於安全閥外部；溫度傳感器可以採用熱電偶，放置在安全閥的流道內部或者布置於膜片上。
為了監測密封瓣的開啟高度，可以在密封瓣與閥瓣外套之間設置傳感器，如光電傳感器、電磁傳感器、光導纖維傳感器等；通過這些傳感器可以有效地精確監測密封瓣與閥瓣外套的相對位移，從而實現閥瓣開啟高度的檢測。
所述安全閥可為全啟式安全閥或微啟式安全閥或其他彈簧加載型安全閥。
一種對上述具有在線檢測功能的安全閥進行監控的檢測系統，包括設置於閥瓣組件上的傳感器、數據採集處理組件，數據採集處理組件與所述傳感器相連接。
所述數據採集處理組件由信號輸入模塊、信號變換模塊、A/D轉換模塊、信號處理模塊等連接組成；其中，信號輸入模塊主要實現非電量信號的提取；信號變換模塊實現信號放大、過濾、調製等功能；A/D轉換模塊主要實現信號的數位化轉換；信號處理模塊完成對信號的進一步處理，主要是指利用帶微處理器的單片機、掌上電腦、微型計算機、大型計算機或者其他數據處理設備，通過計算機語言編程技術，對獲得的信號進行波形、時域、頻域等分析，或者將信號處理得到的數據實時顯示、記錄、存儲，以便得到關於安全閥運行狀態的各種信息。
利用數據採集處理組件、相應的接口以及創建相應的監測控制軟體、數據分析處理軟體，本發明可以實現網絡化的遠程監測與無線監控。
本發明相對現有技術具有如下的優點及效果(1)本發明將適應於安全閥內部構形及其運動和變形特點的傳感元件設計布置在內部構件上，與安全閥成為一體，或者直接成為安全閥的一個提供檢測對象狀態變化參數的內部檢測元件，或者將安全閥的工作構件同時變成監測元件，真正實現了安全閥的在線檢測與故障診斷，精度高，操作方便。(2)由於安全閥運行中的狀態參數可以隨時得到，因此分布在裝置中或者工廠內的安全閥群可以實現集中監測與統一管理，也可以根據特定的安全閥進行特殊的跟蹤管理，實現針對具體問題的特殊分析與具體處理，對特別重要的安全閥可以實現特殊的監控，對於正常運行的安全閥可以延長維護周期，對長期正常工作的安全閥降低監護級別等，都有充分的現實依據；因此，可以充分合理地實現生產系統中的安全閥群的可靠運行與科學管理。(3)由於安全閥本身集成了監測功能元件，因此，安全閥的性能變化，可以結合安全閥運行資料庫的歷史與現實數據以及故障特徵辨識資料庫的參數進行準確的判斷，實現安全閥安全工作閾限的設置以及超限報警、預警系統建立，從而實現有針對性的檢驗和維護，可以節省以往安全閥維護中的大量花費，避免人工操作可能發生的危險，因而更加安全可靠；同時，由於檢測元件與安全閥自成一體，因此可以充分掌握安全閥的工作性能參數的變化情況，可以有目的地針對檢測元件反應出來的安全閥工作參數的變化，確定具體的安全閥是否需要檢驗、修理或更換，判斷準確性更高。(4)本發明可以實現的功能多樣，使用者可以單獨檢測彈簧的工作狀態或者可能出現的故障；也可以單獨檢測工作過程中彈簧是否具備足夠的初始密封力和工作密封力或者彈簧在各個狀態下的壓縮量(位移)；也可以單獨檢測安全閥閥瓣洩口的各種參數，如洩漏時局部介質溫度、壓力、壓力差等參數值；亦可檢測閥瓣在各種狀態下的位移等；根據使用目的，本發明也可以將多種檢測功能綜合在一起使用，同時檢測或者監控多個狀態參數，實現安全閥的綜合狀態檢測與長期性能變化的預測。(5)本發明可顯著提高各種壓力設備使用的安全性，降低檢測監控的難度及成本，可有效克服現有安全閥檢測技術存在的操作繁雜、精度低、功能單一、對正常生產影響較大的缺點；由於安全閥使用極其廣泛，所以本發明的適用範圍較廣，推廣使用本發明可帶來較好的經濟效益。
圖1是現有的微啟式安全閥的結構示意圖。
圖2是本發明具有在線檢測功能的安全閥的結構示意圖。
圖3是本發明具有在線檢測功能的安全閥另一結構的示意圖。
圖4是本發明具有在線檢測功能的安全閥又一結構的示意圖。
圖5是本發明具有在線檢測功能的安全閥再一結構的示意圖。
圖6是本發明具有在線檢測功能的安全閥第五種結構的示意圖。
圖7是本發明具有在線檢測功能的安全閥第六種結構的示意圖。
圖8是本發明具有在線檢測功能的安全閥第七種結構的示意圖。
圖9是本發明具有在線檢測功能的安全閥第八種結構的示意圖。
圖10是本發明具有在線檢測功能的安全閥第九種結構的示意圖。
圖11是本發明具有在線檢測功能的安全閥第十種結構的示意圖。
圖12是本發明具有在線檢測功能的安全閥第十一種結構的示意圖。
圖13是本發明具有在線檢測功能的安全閥第十二種結構的示意圖。
圖14是本發明具有在線檢測功能的安全閥第十三種結構的示意圖。
圖15是本發明具有在線檢測功能的安全閥第十四種結構的示意圖。
圖16是本發明具有在線檢測功能的安全閥第十五種結構的示意圖。
圖17是本發明具有在線檢測功能的安全閥第十六種結構的示意圖。
圖18是本發明具有在線檢測功能的安全閥第十七種結構的示意圖。
圖19是本發明具有在線檢測功能的安全閥第十八種結構的示意圖。
圖20是本發明具有在線檢測功能的安全閥第十九種結構的示意圖。
圖21是本發明具有在線檢測功能的安全閥第二十種結構的示意圖。
圖22是本發明具有在線檢測功能的安全閥第二十一種結構的示意圖。
圖23是現有的全啟式安全閥的結構示意圖。
圖24是本發明具有在線檢測功能的安全閥第二十二種結構的示意圖。
圖25是本發明具有在線檢測功能的安全閥第二十三種結構的示意圖。
圖26是本發明具有在線檢測功能的安全閥第二十四種結構的示意圖。
圖27是本發明具有在線檢測功能的安全閥第二十五種結構的示意圖。
圖28是本發明具有在線檢測功能的安全閥第二十六種結構的示意圖。
圖29是本發明具有在線檢測功能的安全閥第二十七種結構的示意圖。
圖30是本發明具有在線檢測功能的安全閥第二十八種結構的示意圖。
圖31是本發明具有在線檢測功能的安全閥第二十九種結構的示意圖。
圖32是本發明具有在線檢測功能的安全閥第三十種結構的示意圖。
圖33是本發明具有在線檢測功能的安全閥第三十一種結構的示意圖。
圖34是本發明具有在線檢測功能的安全閥第三十二種結構的示意圖。
圖35是本發明具有在線檢測功能的安全閥第三十三種結構的示意圖。
圖36是本發明安全閥檢測系統的結構示意圖。
圖37是圖36所示安全閥檢測系統的數據採集組件的結構示意圖。
圖38是本發明安全閥檢測系統的另一結構的示意圖。
具體實施例方式
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述。
實施例1圖1示出了現有的微啟式安全閥的具體結構，由圖1可見，現有的微啟式安全閥包括上閥體1、下閥體2、閥座3、閥瓣組件，上閥體1與下閥體2為可拆卸的固定連接結構(螺栓連接)，閥座3及閥瓣組件位於上閥體1與下閥體2形成的空間內，所述閥瓣組件由調節螺母4、上壓緊環5、彈簧6、下壓緊環7、閥杆8、密封瓣9、閥瓣外套10相連接構成。圖2示出了本發明具有在線檢測功能的安全閥的具體結構，本發明安全閥由圖1所示微啟式安全閥改造而成，由圖2可見，本安全閥在現有的微啟式安全閥的調節螺母4與上壓緊環5之間軸對稱設置了測力環11，在測力環11的外側面或內側面貼有應變片12，構成應變式監測傳感器；主要用於監測預緊狀態下施加的預緊力是否滿足要求，同時還可以監測運行中的彈簧力變化的情況，例如當彈簧6受到腐蝕介質的作用產生截面減薄或者出現局部裂紋、斷裂或在較高較低溫度作用下彈簧軟化或硬化時，彈簧力可能出現變化。此外，從彈簧力的變化還可以間接監測閥瓣的工作狀態監測，如開啟狀態和開啟高度的變化，以及閥口堵塞、密封面破壞等狀態的識別。
實施例2本發明具有在線檢測功能的安全閥的另一結構如圖3所示，由圖3可見，本安全閥一方面在圖1所示的微啟式安全閥的調節螺母4與上壓緊環5之間軸對稱設置了壓電式傳感器13，用於監測彈簧力的變化，另一方面，在閥瓣組件的密封瓣9與安裝設備相連接的一端設置有錐圓臺與圓柱組合形的凹孔14，凹孔14的開口處設置有承壓膜片15，承壓膜片15連接有螺紋環16(設置有外螺紋)，所述凹孔14的圓柱形部分設置有內螺紋，所述承壓膜片15通過螺紋環16與所述凹孔14的圓柱形部分螺紋連接，在承壓膜片15與凹孔壁之間設置有密封圈17進行密封，在所述凹孔14的底部設置有應變片12，用於檢測從閥杆8傳遞而來的彈簧力的變化，在凹孔14底部與承壓膜片15之間設置有變阻器式傳感器18，用於檢測承壓膜片15的位移，從而監測閥座通道內部的壓力、溫度以及閥口密封狀態的變化。
實施例3
本實施例的具體結構如圖4所示，本安全閥除下述特徵外同實施例1在閥瓣組件的密封瓣9與安裝設備相連接的一端設置有階梯圓柱形的凹孔14，凹孔14的開口處設置有承壓膜片15，承壓膜片15連接有螺紋環16(設置有內螺紋)，所述凹孔14的較小的圓柱形部分設置有內螺紋，另設一階梯圓柱體19通過較小端的外螺紋與所述凹孔14的內螺紋相連接，所述階梯圓柱體19通過較大端的外螺紋與承壓膜片15的螺紋環16相連接，從而將承壓膜片15固定於凹孔14的開口處，在承壓膜片15與凹孔壁之間設置有密封圈17進行密封，在所述凹孔14的底部設置有應變片12，用於檢測從閥杆傳遞而來的彈簧力的變化，在承壓膜片15上亦設置有應變片12，用於檢測承壓膜片15的位移，從而監測閥座通道內部的壓力。本實施例設置階梯圓柱體19的目的在於方便安裝與分拆承壓膜片15及相關的傳感器。
實施例4本實施例的具體結構如圖5所示，本安全閥由圖1所示微啟式安全閥改造而成，其與圖1所示安全閥相比存在以下不同的特徵在閥瓣組件的密封瓣9與安裝設備相連接的一端設置有圓臺與圓柱組合形的凹孔14，凹孔14的開口處設置有承壓膜片15，承壓膜片15連接有螺紋環16(設置有外螺紋)，所述凹孔14的圓柱形部分設置有內螺紋，所述承壓膜片15通過螺紋環16與所述凹孔14的圓柱形部分螺紋連接，在承壓膜片15與凹孔壁之間設置有密封圈17進行密封，在所述凹孔14的底部設置有應變片12，用於檢測從閥杆傳遞而來的彈簧力的變化，在承壓膜片15上亦設置有應變片12，用於檢測承壓膜片15的位移，從而監測閥座通道內部的壓力變化以及密封狀態的變化；所述承壓膜片15為波紋膜片，由於其為撓性構件，在相同的載荷下位移變形量較大，所以其靈敏度高，可以較明顯地反映壓力的變化。
實施例5本實施例的具體結構如圖6所示，本安全閥除下述特徵外同實施例2在承壓膜片15之上設置有應變片12作為位移傳感器，用於檢測承壓膜片15的位移，從而監測閥座通道內部的壓力以及密封狀態的變化。
實施例6本實施例的具體結構如圖7所示，本安全閥除下述特徵外同實施例2所述承壓膜片15為波紋膜片；由於其為撓性構件，在相同的載荷下位移變形量較大，所以其靈敏度高，可以較明顯地反映壓力以及密封狀態的變化。
實施例7本實施例的具體結構如圖8所示，本安全閥除下述特徵外同實施例5所述承壓膜片15沒有連接螺紋環16，而是直接焊接固定在凹孔14的開口處。
實施例8本實施例的具體結構如圖9所示，本安全閥除下述特徵外同實施例3將承壓膜片15的螺紋環與階梯圓柱體結合成一體，形成一僅在較小端圓柱體具有外螺紋的階梯圓柱體塊20，所述階梯圓柱體塊20與凹孔14螺紋連接，所述承壓膜片15焊接固定在階梯圓柱體塊20的開口處。
實施例9本實施例的具體結構如圖10所示，本安全閥除下述特徵外同實施例4所述承壓膜片15為拱形膜片。拱形膜片亦為撓性構件，同樣具有靈敏度高的優點。
實施例10本實施例的具體結構如圖11所示，本安全閥除下述特徵外同實施例8在階梯圓柱體塊20的較小端圓柱體內的圓柱孔依次安裝絕緣支架21及線圈22，磁芯23通過連杆24及硬芯25連接於承壓膜片15上，所述磁芯23軸對稱伸入所述線圈22的內孔中，磁芯23與線圈22相配合即可監測承壓膜片15的位移，從而監測閥座通道的狀態參數變化。
實施例11本實施例的具體結構如圖12所示，本安全閥除下述特徵外同實施例10所述磁芯23由線圈26繞制在連杆24上代替，所述線圈26通過電後亦產生與磁芯23效果相同的磁場。
實施例12本實施例的具體結構如圖13所示，本安全閥除下述特徵外同實施例10所述磁芯23由連接於連杆24上的觸頭27所代替，觸頭27與線圈22相接觸，形成變阻式傳感器，所述變阻式傳感器亦可監測承壓膜片15的位移，從而監測閥座通道的狀態參數變化。
實施例13本實施例的具體結構如圖14所示，本安全閥除下述特徵外同實施例4在凹孔14底部及承壓膜片15上都沒有設置應變片，取而代之的是在密封瓣9上開有通孔，並安裝有穿過通孔的兩組入射光纖28-1、28-2及兩組反射光纖29-1、29-2，兩組入射光纖28-1、28-2的光源來自發光二極體(圖中未示出)，兩組反射光纖29-1、29-2的光路與光電管(圖中未示出)連接，兩組入射光纖28-1、28-2及兩組反射光纖29-1、29-2在密封瓣9的凹孔14內通過支承架30進行固定，兩組入射光纖28-1、28-2的開口分別朝上及朝下，與凹孔14底端及承壓膜片15相對，兩組反射光纖29-1、29-2亦如此設置，在凹孔14底端及承壓膜片15上分別設置反射面31-1、31-2，使兩組入射光纖28-1、28-2射出的光線經反射面31-1、31-2反射後可射入兩組反射光纖29-1、29-2內；如承壓膜片15因閥座通道狀態變化產生了位移變化(由下側入射光纖28-2及反射光纖29-2監測)或彈簧壓力等彈簧工作狀態發生變化(由上側入射光纖28-1及反射光纖29-1監測)，那麼下側或上側光纖的反射光線亦會發生變化，從而使光通量發生變化，與光纖相對的光電管的輸出亦發生變化，所以監測下側或上側光纖的反射光線的變化可以監控閥座通道內部狀態參數的變化或彈簧壓力等彈簧工作狀態的變化。
實施例14
本實施例的具體結構如圖15所示，本安全閥除下述特徵外同實施例5在承壓膜片15上沒有設置有應變片(在凹孔14底端仍設置有應變片12檢測彈簧力)，取而代之的是在密封瓣9上開有通孔，並安裝有穿過通孔的光纖32，所述光纖32的光源來自發光二極體(圖中未示出)，另一端的光路接通光電管(圖中未示出)，所述光纖32在密封瓣9的凹孔14內通過上支承33和下支承34結合進行固定，具體是在上支承33和下支承34相對的表面設置有可相對嵌入的波紋槽33-1、34-1，所述光纖32位於上、下支承33、34可相對嵌入的波紋槽33-1、34-1之間；所述下支承34通過連接杆24、硬芯25與承壓膜片15相連接，上支承33與凹孔14底端相頂接；當承壓膜片15因閥座通道內部的壓力變化產生了位移變化，與承壓膜片15相連接的下支承34的波紋槽34-1可頂壓光纖32使其彎曲(上支承33相對靜止)，由於光纖32的彎曲使光通量輸出發生變化，從而使與光纖32相對的光電管的輸出亦發生變化，所以監測光纖32的射出光線的變化可以監控閥座通道內部的工作狀態的變化。
實施例15本實施例的具體結構如圖16所示，本安全閥除下述特徵外同實施例5在凹孔14底部及承壓膜片15上都沒有設置應變片，取而代之的是在密封瓣9上開有通孔，並安裝有穿過通孔的兩組光纖(分別為上光纖35和下光纖36)，兩組光纖35、36位於凹孔14內的部分分別通過保持架37、上支承38、中支承39、下支承40、連杆24、硬芯25固定設置，具體為保持架37部分嵌入與承壓膜片15相連接的螺紋環16的內孔中，保持架37中心開有孔，中支承39位於所述孔中並與保持架37配合固定在一起(相對密封瓣9主體固定)，上、下支承38、40分別位於中支承39的上、下側，在中支承39的上側面及上支承38的下側面設置有可相對嵌入的波紋槽，同樣在中支承39的下側面及下支承40的上側面設置有可相對嵌入的波紋槽，所述上光纖35位於上、中支承38、39可相對嵌入的波紋槽之間，所述下光纖36位於中、下支承39、40可相對嵌入的波紋槽之間，上、下支承38、40分別通過連杆24、硬芯25與凹孔14底部及承壓膜片15相固定。當承壓膜片15因閥座通道內部的壓力變化產生了位移變化，與承壓膜片15相連接的下支承40的波紋槽可頂壓下光纖36使其彎曲(中支承39相對靜止)，由於下光纖36的彎曲使光通量發生變化，從而使與下光纖36相對的光電管的輸出亦發生變化，所以監測下光纖36光通量的變化可以監控閥座通道內部的工作狀態的變化；同理，上支承38及上光纖35配合作用可監測彈簧壓力等彈簧工作狀態的變化。
實施例16本安全閥由圖1所示微啟式安全閥改造而成，具體結構如圖17所示，其與圖1所示安全閥相比存在以下不同的特徵所述上壓緊環5與下壓緊環7之間設置有電感式傳感器41，所述電感式傳感器41與上壓緊環5和下壓緊環7固定連接，電感式傳感器41的支撐環41-1與閥杆8或線圈41-2之間滑動接觸，用於檢測閥杆8的位移變化，從而監測彈簧壓緊力或其他狀態參數的變化。
實施例17本實施例的具體結構如圖18所示，本安全閥除下述特徵外同實施例16所述上壓緊環5與下壓緊環7之間設置有變阻式傳感器18，所述變阻式傳感器18的線圈18-1與上壓緊環5固定連接，觸頭18-2與下壓緊環7固定連接，並且線圈18-1與閥杆8滑動接觸，用於檢測閥杆8的位移變化，從而監測彈簧壓緊力或其他狀態參數的變化。
實施例18本實施例的具體結構如圖19所示，本安全閥除下述特徵外同實施例16所述上壓緊環5與下壓緊環7之間設置有電容式傳感器42，所述電容式傳感器42的兩個極板42-1、42-2分別與上、下壓緊環5、7固定連接，並與閥杆8滑動接觸連接，用於檢測閥杆8的位移變化，從而監測彈簧壓緊力或其他狀態參數的變化。
實施例19本實施例的具體結構如圖20所示，本安全閥由圖1所示微啟式安全閥改造而成，其與圖1所示安全閥相比存在以下不同的特徵所述彈簧6的外側面貼上應變片12，用於檢測彈簧力或其他狀態參數的變化。
實施例20本實施例的具體結構如圖21所示，本安全閥由圖1所示微啟式安全閥改造而成，其與圖1所示安全閥相比存在以下不同的特徵在所述閥杆8中部對稱位置上用去除材料的方式加工三個對稱的豎向條形槽8-1，以減小閥杆8剛度，增大閥杆8的變形量，在豎向條形槽8-1內或外部設置應變片12，用於監測彈簧力或其他狀態參數的變化；為了防止應變片受外界影響，可刷上塗層將傳感器保護起來。
實施例21本實施例的具體結構如圖22所示，本安全閥由圖1所示微啟式安全閥改造而成，其與圖1所示安全閥相比存在以下不同的特徵所述閥杆8開有環形槽8-2，在所述環形槽8-2內表面貼上應變片12，用於監測彈簧力或其他狀態參數的變化；為了防止應變片受外界影響，可刷上塗層將其保護起來。設置環形槽的目的在於便於安裝和保護傳感器。
實施例22圖23示出了現有的全啟式安全閥的具體結構，由圖23可見，現有的全啟式安全閥包括上閥體1、下閥體2、閥座3、閥瓣組件，上閥體1與下閥體2為可拆卸的固定連接結構(螺栓連接)，閥座3及閥瓣組件位於上閥體1與下閥體2形成的空間內，所述閥瓣組件由調節螺母4、上壓緊環5、彈簧6、下壓緊環7、閥杆8、反衝盤43、密封瓣9相連接構成。圖24示出了本發明具有在線檢測功能的安全閥的具體結構，本發明安全閥由圖23所示全啟式安全閥改造而成，由圖24可見，本安全閥在現有的全啟式安全閥的上壓緊環5與下壓緊環7之間設置有電感式傳感器41，所述電感式傳感器41與實施例16所述相同，用於檢測閥杆8的位移變化，從而監測彈簧壓緊力或其他狀態參數的變化。
實施例23本實施例的具體結構如圖25所示，本安全閥由圖23所示全啟式安全閥改造成，其與圖23所示安全閥相比存在以下不同的特徵在閥瓣組件的密封瓣9與安裝設備相連接的一端設置有弧形面與圓柱組合形的凹孔14，所述凹孔14與通孔相連通，凹孔的下端開口處設置有承壓膜片15，承壓膜片15連接有螺紋環16(設置有外螺紋)，所述凹孔14的圓柱形部分設置有內螺紋，所述承壓膜片15通過螺紋環16與所述凹孔14的圓柱形部分螺紋連接，在承壓膜片15與凹孔壁之間設置有密封圈17進行密封，在承壓膜片15上設置有應變片12，用於檢測承壓膜片15的位移，從而監測閥座通道內部的壓力或其他狀態參數的變化；在凹孔14的弧形面部分軸對稱均勻分布設置有三片或三片以上的應變片12，除了用於測量彈簧力的變化之外，還可測量密封瓣9、密封面的偏心載荷。
實施例24本實施例的具體結構如圖26所示，本安全閥除下述特徵外同實施例17一方面將反衝盤43與密封瓣9配合端的凹孔44加工有倒角，在此凹孔44的底端設置有應變片12，用於測量由閥杆8傳遞而來的彈簧壓緊力的變化；另一方面，將承壓膜片15直接焊接在密封瓣凹孔14的開口處，除在承壓膜片15上設置應變片12測量承壓膜片15的位移外，還在承壓膜片15上設置薄膜熱電偶傳感器45，用於測量承壓膜片15溫度、壓力及其工作狀態參數的變化，根據壁面的溫度可以推算洩漏口流體的溫度，測量壓力亦如此。
實施例25本實施例的具體結構如圖27所示，本安全閥除下述特徵外同實施例24將反衝盤43與密封瓣9配合端的凹孔44底部加工成半圓形。
實施例26本實施例的具體結構如圖28所示，本安全閥除下述特徵外同實施例23所述承壓膜片15為波紋膜片，直接焊接在密封瓣凹孔14的下端開口處，在波紋膜片15與密封瓣凹孔14上端弧形面之間設置有位移傳感器46，所述位移傳感器46的一部分伸入所述通孔內以螺紋連接方式固定。
實施例27本實施例的具體結構如圖29所示，本安全閥除下述特徵外同實施例23所述平片狀承壓膜片15直接焊接在密封瓣凹孔14的下端開口處，在承壓膜片15上設置薄膜熱電偶傳感器45，用於測量承壓膜片15的溫度，進而估算洩口流體的溫度變化，根據壁面的溫度可以推算洩漏口流體的溫度。
實施例28本實施例的具體結構如圖30所示，本安全閥除下述特徵外同實施例23所述密封瓣凹孔14上部不是弧形面，而是圓錐臺面，在圓錐臺面部分軸對稱均勻分布設置有三片或三片以上的應變片12，設置圓錐臺面可更有利於布置應變式傳感器；另設一與密封瓣通孔螺紋連接的階梯圓柱形體47，階梯圓柱形體47的大端亦設置有螺紋，承壓膜片15連接有內螺紋環16，承壓膜片15通過內螺紋環16與階梯圓柱形體47的大端相連接，在內螺紋環16與密封瓣凹孔壁之間設置有密封圈17。這種連接方式便於安裝及分拆承壓膜片及傳感器。
實施例29本實施例的具體結構如圖31所示，本安全閥與實施例14公開的安全閥結構相類似，其不同點在於本安全閥為全啟式安全閥，密封瓣9上的開孔位於密封瓣9伸入反伸盤的一端，光纖32插入安全閥後從此端穿入密封瓣9的凹孔14中，在凹孔14中經上、下支承33、34後又從此端伸出，進而引出安全閥。本安全閥的作用原理與實施例14相近似。
實施例30本實施例的具體結構如圖32所示，本安全閥除下述特徵外同實施例1為了監測密封瓣9的開啟高度，在密封瓣9與閥瓣外套10之間設置光電傳感器，具體為在閥瓣外套10與密封瓣9相對的端面開有相鄰的小孔(周向位置如A-A視圖所示)，相鄰的小孔呈一定夾角設置，分別安裝發光二極體47和光敏元件48(位置關係如局部視圖所示)，在密封瓣9端面上安裝反射面49，發光二極體47發出的光線經反射面49反射後由光敏元件48所接收。當閥瓣外套10與密封瓣9的相對距離發生改變時，由發光二極體47入射光敏元件48的光量發生改變，通過本光電傳感器可以有效地精確監測密封瓣9與閥瓣外套10的相對位移。
實施例31本實施例的具體結構如圖33所示，本安全閥除下述特徵外同實施例1為了監測密封瓣的開啟高度，在密封瓣與閥瓣外套之間設置電磁傳感器50，具體為在密封瓣9與閥瓣外套10相配合面內安裝線圈50-1，在閥瓣外套10與密封瓣9相配合面內安裝磁芯50-2，所述線圈50-1與磁芯50-2產生電磁感應，當閥瓣外套10與密封瓣9的相對距離發生改變時，感應量即發生變化，利用本電磁傳感器可以有效地精確監測密封瓣9與閥瓣外套10的相對位移。
實施例32本實施例的具體結構如圖34所示，本安全閥除下述特徵外同實施例1為了監測密封瓣9的開啟高度，在密封瓣9與閥瓣外套10之間設置光纖傳感器51，具體為在閥瓣外套10內設置有通孔，通孔內安裝有入射光纖51-1和接收光纖51-2，入射光纖51-1與光源(如發光二極體)相對，接收光纖51-2與光電元件(如光電管)相對，在密封瓣9與入射光纖51-1及接收光纖51-2相對的端面安裝有反射面51-3，入射光纖51-1射出的光線經反射面51-3反射後射入接收光纖51-2，由接收光纖51-2傳送至光電元件，當閥瓣外套10與密封瓣9的相對距離發生改變時，接收光纖51-2的光接收量即發生變化，所以本裝有光纖傳感器的安全閥可以精確地監測密封瓣9與閥瓣外套10的相對位移。
實施例33
本實施例的具體結構如圖35所示，本安全閥除下述特徵外同實施例1為了監測密封瓣9的開啟高度，在閥瓣外套10的對稱位置設置發光二極體47和光敏元件48，具體為在閥瓣外套10沿著直徑對稱位置設置發光二極體47和光敏元件48(可以成組設置)，在對應的閥杆8位置上設置通孔8-1，由發光二極體47發出的光可以通過閥杆8由對稱位置處安裝的光敏元件48接收，當閥杆8由於密封瓣9的帶動發生相對閥瓣外套10的距離改變時，通孔8-1內的光通量發生變化，從而造成光敏元件48產生的光電流發生變化，所以本安全閥可以精確地監測密封瓣9與閥瓣外套10的相對位移，即密封瓣9開啟高度的變化。
實施例34利用前述具有在線檢測功能的全啟式安全閥實現的安全閥群檢測系統的結構如圖36所示，包括設置於閥瓣組件上的傳感器、數據採集處理組件，傳感器通過穿過安全閥相應構件開孔的連接線52與安全閥外的信號傳輸電纜53相連接，信號傳輸電纜53同時與數據採集處理組件相連接；所述數據採集處理組件如圖37所示，由信號輸入模塊、信號變換模塊、A/D轉換模塊、信號處理模塊連接構成，其中，信號輸入模塊主要實現非電量信號的提取；信號變換模塊實現信號放大、過濾等功能；A/D轉換模塊主要實現信號的數位化轉換；信號處理模塊完成對信號的進一步處理，主要是指利用帶微處理器的單片機、掌上電腦、微型計算機、大型計算機或者其他數據處理設備，通過計算機語言編程技術，對獲得的信號進行波形、時域、頻域等分析，或者將信號處理得到的數據實時顯示、記錄、存儲，以便得到關於安全閥運行狀態的各種信息，甚至實現自動報警或者發出預警信息。
實施例35利用前述具有在線檢測功能的微啟式安全閥實現的安全閥群檢測系統的結構如圖38所示，其結構及作用方式與實施例32相近似；利用數據採集處理組件、相應的接口以及創建相應的監測控制軟體、數據分析處理軟體，還可以實現安全閥的網絡化遠程監測與無線監控。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種具有在線檢測功能的安全閥，包括上閥體、下閥體、閥座、閥瓣組件，上閥體與下閥體為可拆卸的固定連接結構，閥座及閥瓣組件位於上閥體與下閥體形成的空間內，所述閥瓣組件包括密封瓣、閥杆、彈簧、上壓緊環、下壓緊環；其特徵在於包括有傳感器，所述傳感器設置於閥瓣組件上並通過連接線連接至安全閥外。
2.根據權利要求1所述的具有在線檢測功能的安全閥，其特徵在於所述閥瓣組件的密封瓣與安裝設備相連接的一端設置有凹孔，凹孔的開口處設置有承壓膜片，傳感器設置於凹孔中或者承壓膜片上，並通過設置於凹孔壁的信號線連接至安全閥外。
3.根據權利要求2所述的具有在線檢測功能的安全閥，其特徵在於所述凹孔為軸對稱形狀或非軸對稱形狀。
4.根據權利要求2所述的具有在線檢測功能的安全閥，其特徵在於所述傳感器設置於凹孔的具體形式為傳感器位於凹孔頂部、凹孔壁面或凹孔空間中；所述傳感器設置於承壓膜片上的具體形式為傳感器位於承壓膜片的一側或兩側；所述凹孔壁上開有通孔連通至密封瓣外側，與傳感器相連接的導線通過通孔連接至密封瓣外，並進一步連接至安全閥外；所述承壓膜片與密封瓣的連接方式為焊接、可拆卸連接或者採用快裝式並帶有密封結構的連接方式連接。
5.根據權利要求1或2所述的具有在線檢測功能的安全閥，其特徵在於所述傳感器為電阻式傳感器、壓電式傳感器、熱電偶傳感器、光電傳感器、霍爾傳感器、電感傳感器、電容傳感器、光導纖維傳感器。
6.根據權利要求1或2所述的具有在線檢測功能的安全閥，其特徵在於在彈簧、閥杆、閥瓣外套、上壓緊環、下壓緊環或上、下壓緊環之間設置傳感器。
7.根據權利要求6所述的具有在線檢測功能的安全閥，其特徵在於所述上壓緊環或下壓緊環上安裝位移傳感器，所述位移傳感器為電磁式、應變式或光電式位移傳感器；或在上壓緊環與壓緊螺母之間安裝測力環，在測力環上設置變形或力傳感器；或者在下壓緊環與閥杆支撐凸臺間安裝力傳感器。
8.根據權利要求6所述的具有在線檢測功能的安全閥，其特徵在於所述彈簧外側設置有應變式傳感器。
9.根據權利要求6所述的具有在線檢測功能的安全閥，其特徵在於所述閥杆中部對稱位置上用去除材料的方式加工對稱的豎向條形槽或環向凹槽，在豎向條形槽內或環向凹槽內設置應變式傳感器。
10.根據權利要求1或2所述的具有在線檢測功能的安全閥，其特徵在於在密封瓣與閥瓣外套之間設置光電傳感器、電磁傳感器、光導纖維傳感器。
11.一種對權利要求1～10任一項所述安全閥進行監控的檢測系統，其特徵在於包括設置於閥瓣組件上的傳感器、數據採集處理組件，數據採集處理組件與所述傳感器相連接；所述數據採集處理組件由信號輸入模塊、信號變換模塊、A/D轉換模塊、信號處理模塊連接組成。
全文摘要
本發明提供一種具有在線檢測功能的安全閥，包括上閥體、下閥體、閥座、閥瓣組件，上閥體與下閥體為可拆卸的固定連接結構，閥座及閥瓣組件位於上閥體與下閥體形成的空間內，所述閥瓣組件包括密封瓣、閥杆、彈簧、上壓緊環、下壓緊環；本安全閥內部還包括有傳感器，所述傳感器位於閥瓣組件上。本發明將適應於安全閥內部構形及其運動和變形特點的傳感元件設計布置在內部構件上，與安全閥成為一體，或者直接成為安全閥的一個提供檢測對象狀態變化參數的內部檢測元件，或者將安全閥的工作構件同時變成監測元件，真正實現了安全閥的在線檢測與故障診斷，精度高，操作方便，可明顯提高各種壓力設備使用的安全性，降低檢測監控的難度及成本，市場前景較好。
文檔編號F16K17/04GK1702361SQ20051003312
公開日2005年11月30日 申請日期2005年2月4日 優先權日2005年2月4日
發明者郭崇志 申請人:華南理工大學