CN101151485B - 安全阀测试 - Google Patents

Abstract

一种测量安全阀的状态的方法，包括：测量随着阀的密封力改变的状态参数。可以从在线测量结果来确定所述状态参数，所述在线测量结果诸如阀将打开的压强pso和阀将泄漏的压强psl的测量结果。

Description

安全阀测试

技术领域

本发明涉及安全阀，具体上涉及安全阀的状态的确定。

背景技术

可以使用在弹簧操作的安全阀上进行的力测量来确定安全阀已经被调整到设置的压强。这个测试通常包括阀轴上的轴提升力测量，同时观察轴和盘位移以及管线压强，并且如果可以对于有效密封区域获得一个值，则产生阀打开的压强读数。对于理想状态下的安全阀，这个设置的压强也是阀开始泄漏的压强。但是，实际上，特别是在金属对金属的密封安全阀中，阀开始泄漏的压强psl总是小于阀打开的压强pso。在良好状态下，这个差别是小的，但是一般这个差别很大。重要的是尽可能可靠地测量这个差，因为过大的差会损害安全阀的功能。特别是，如果所述差大，则当阀工作时，在已经与阀座硬接触的盘上产生足够密封力所需的相当大额外弹簧负荷会限制阀抬升，使得释放孔径变得不足以提供足够的压强释放。因此，阀的实际打开(在没有任何机械阻碍的情况下)将在比所期望的明显更高的压强达到。当阀然后关闭时，密封力越大，则系统压强必须下降得更多以实现密封，使得阀将周期变距更长。

公知在用于确定设置压强的安全阀在线测试中使用提升力测量。也已知从两个不同线处的提升力或服务压强的测量结果来计算阀的有效密封面积。但是，本发明使用开始打开压强pso和开始泄漏压强psl之间的关系来测量阀的状态。

发明内容

因此，本发明提供了一种用于测量安全阀的状态的方法，所述方法包括：测量随着阀的密封力改变的状态参数。这个参数可以是密封力本身，或可以是任何其它的适当参数。所述方法可以包括：确定随着将使得阀打开的压强pso改变的阀打开参数。所述阀打开参数可以是使得阀打开的提升力，或它可以是pso本身。

所述状态参数可以与阀的pso或psl相关或与两者相关，或被布置成随着阀的pso或psl改变或随着两者改变，以及所述状态参数可以与psl和pso之间的差或psl与pso的比率相关，或被布置成随着psl和pso之间的差或psl与pso的比率改变。状态参数随着密封力的提高是提高还是降低并不重要，在它们之间存在线性关系还是非线性关系也不重要。

所述方法可以包括：确定随着将使得阀泄漏的压强psl改变的泄漏参数。所述泄漏参数可以是将使得阀泄漏的提升力，或可以是psl本身。

可以通过测量或通过设置为预定值来确定所述阀打开参数或泄漏参数。

按照本发明的另一个方面，提供了一种用于确定安全阀的密封力f的方法，所述安全阀包括被偏置与阀座接触的阀盖构件，所述方法包括步骤：

测量在所述阀盖构件的入口侧上作用第一流体压强pr1的情况下的第一阀提升力F1；

测量在所述阀盖构件的入口侧上作用第二流体压强pr2的情况下的第二阀提升力F2；以及

从所述两个阀提升力测量结果来计算密封力f。

因此，在本发明中，可以按测试顺序将力测量结果带到离线测试工作台或试验台，以测量迄今为止安全阀中的隐藏密封力，其确定它们在使用中的有效性。

所述阀盖构件可以包括附接到阀轴上的阀盘，并且所述阀提升力可以是阀轴提升力。

这些测量结果可用于使用已知公式来确定阀的有效密封面积A：

$A=\frac{F1-F2}{\mathrm{pr}2-\mathrm{pr}1}$

在执行阀提升力测量之前，可以将阀调整到期望的开始泄漏压强值psl。这是阀开始泄漏的压强值，并且可以大于被施加到阀盘的第一或第二流体压强。

这个有效密封面积然后可以用于计算阀的密封力，所述密封力f等于阀提升力(其可以是F1或F2)和平衡相应的入口流体力所需的力(其可以分别是A.(psl-pr1)或A.(ps1-ps2))之间的差。这可以被表达为：

f＝F1-A.(psl-pr1)或

f＝F2-A.(psl-pr2)

将有效密封面积A代入上述公式，这些可以被表达为：

$f=F1-\left(\frac{\mathrm{psl}-\mathrm{pr}1}{\mathrm{pr}2-\mathrm{pr}1}\right)(F1-F2)$ 或

$f=F2-\left(\frac{\mathrm{psl}-\mathrm{pr}2}{\mathrm{pr}2-\mathrm{pr}1}\right)(F1-F2)$

其中，pr1≤pr2≤ps1。

如果已经确定了所述开始泄漏压强值psl，则可以使用这些公式，从在两个不同工作压强pr1和pr2的提升力测量结果F1和F2来计算密封力f。

优选的是，流体压强之一pr2可以是预期的安全阀工作压强。在这种情况下，对应的力被称为热提升力Fh。第一流体压强pr1可以等于阀盖构件的出口侧上的压强，其可以是大气压强。作为表压获得压强读数，因此在这种情况下，pr1＝0，并且所述力被称为冷提升力Fc。阀的有效密封面积的表达变为：

$A=\frac{\mathrm{Fc}-\mathrm{Fh}}{\mathrm{pr}2}$

并且，可以使用下述公式来计算密封力f：

$f=\mathrm{Fc}-\frac{\mathrm{psl}}{\mathrm{pr}2}(\mathrm{Fc}-\mathrm{Fh})$

其中，pr2≤psl。

也可以计算阀打开的压强，即开始打开压强值pso。其是阀开始泄漏的压强ps1和由于作用于有效密封面积A上的密封力f的压强之和。

$\mathrm{pso}=\mathrm{psl}+\frac{f}{A}$

可以随后计算比率f/Fc(其中，通过所述盖构件的流体压强差为0来测量Fc)，以给出安全阀的状态等级的指示。所述比率越低，所述阀的质量越好。

如果不知道“冷”提升力Fc并且在两个不同压强pr1和pr2获得提升力测量结果，则可以使用下述比率来计算所述状态等级：

$\frac{f}{(f+\mathrm{psl}.A)}$

或者，可以使用下述公式来计算作为百分比的状态等级：

也可以当安装阀时计算所述阀的当前状态等级。可以使用下述方式来确定当前状态等级Qg：

$\mathrm{Qg}=\frac{\mathrm{fg}}{\mathrm{fg}+\mathrm{psl}.A}$

其中，fg是当前密封力。

这还可以被表示为：

$\mathrm{Qg}=1-\frac{\mathrm{psl}}{\mathrm{pso}}$

其中，psl是开始泄漏压强，以及pso是开始打开压强。

这使得能够在安装阀时监测阀的状态。

按照本发明的另一个方面，提供了一种用于确定安全阀的密封力的装置，所述装置包括安全阀、力传感器、位移传感器、压强传感器和用于向阀入口施加流体压强的部件。

优选的是，所述压强传感器被布置成测量阀提升力。所述位移传感器可以测量到10μm的精度。

所述装置可以还包括调整器，其在使用中压缩所述阀中的弹簧。这使得阀入口中的气压达到预定压强，在此压强下，阀开始泄漏，所述预定压强被称为开始泄漏压强。

优选的是，所述装置也包括控制阀，其被布置成排气阀入口。这使得可以测量在通过阀盖构件的流体压强差为0的情况下的阀轴提升力。

所述装置可以还包括处理器，其被配置成控制阀入口压强、记录传感器读数、以及计算密封力f。所述处理器可以被布置成记录当位移传感器第一次检测到阀盖构件的位移时的力传感器读数。这提供了一种自动测试系统。

所述装置可以被布置成计算阀的状态等级f/Fc，并且产生指示状态等级的输出。也可以提供显示器，其被布置成产生指示状态等级的显示。

本发明还提供了使用psl和pso之间的关系作为安全阀的质量状态的度量。

可以从在线测试(诸如提升力测试)测量pso，或可以在离线测试中测量它。

本发明还提供了使用psl和pso之间的关系或由设置压强的在线确定，来测量或特征化安全阀的质量状态，pso被限定为阀开始泄漏的压强psl和由于作用于有效密封面积A上的密封力f的压强之和。

可以由阀提升力或通过任何其它适当方法来确定开始泄漏压强。

本发明还提供了一种用于测量安全阀的状态的方法，所述方法包括步骤：测量阀打开的压强pso。

所述方法可以进一步包括：提供psl值或随着psl改变的其它任何参数，并且使用那个参数或值以及测量的pso来限定阀的状态度量。当阀在线时或当阀离线时，可以测量随着psl改变的参数。

可以通过测量打开阀所需的力，或通过任何其它方法(诸如通过测量打开阀的流体压强)，由阀提升力测试(诸如轴提升测试)来测量pso。

本发明还提供了一种用于测量安全阀的质量的装置，其包括力传感器、位移传感器、压强传感器和用于向阀入口施加流体压强的部件。

所述装置可以被布置成执行本发明的所述方法。

附图说明

参见附图，仅仅通过示例来说明本发明的优选实施例，其中：

图1是可以应用本发明的安全阀的剖面；

图2示出了按照本发明实施例的安装在测试台上的图1的安全阀的前视图；

图3示出了当所述测试结构在位时图2的安全阀和测试台的侧视图；

图4是按照本发明第二实施例的阀和测试装置的示意图。

图5示出了按照本发明的另一个实施例的安全阀和测试装置。

具体实施方式

参见图1，被示出为在使用中的法兰管释放安全阀1包括阀入口6、阀出16和限定阀孔径的阀座7。阀盘8形式的阀盖构件通过阀弹簧9被偏置为与阀座7接触，并且被安装在阀轴11的下端。所述阀轴11沿着弹簧套10的中心轴延伸，弹簧套10包含阀弹簧9。在通常操作下，阀保持关闭，盘8覆盖阀座中的孔径，直到入口6中的压强足以将盘8抬起离开阀座7。弹簧9的偏置力被调整为使得所述阀在所需设置压强下打开。

如上所述，阀1将打开的压强pso大于其将开始泄漏的压强psl。这两个压强之间的差乘以所述压强所作用的阀盘8的有效面积被称为阀的密封力f。这给出了下述关系：

Pso＝psl+f/A                          (1)

其可以被重写为：

f＝A(pso-ps1)                         (2)

可以使用随着密封力改变的多个参数以多种方式来测量密封力。如果密封力的改变将导致状态参数的改变，状态参数和密封力之间的关系不重要。例如，可以将方便度量Q限定为：

Q＝1-psl/pso                          (3)

参见图2和3，为了按照本发明第一实施例在离线工作台测试中测试阀1，通过夹子3将阀入口6夹到测试台2上，进行气密连接，并将压缩空气管4连接到测试台2下侧的阀入口6。压缩空气管4连接到压缩空气源，其压强可以通过压强传感器来监测并因此被控制。这使得能够控制和测量入口压强。

测试结构5形成轴提升力测量装置的一部分，并且替换当阀1在使用中时在位的阀帽和提升杆。安全阀轴11的顶端从弹簧套10突出，并且由测试力机构的爪13抓住其小的端法兰12。夹子14将测试结构5紧固在弹簧套10上，并且螺纹弹簧调整套圈15的顶端仅仅在这些夹子14之上可见。但是，可以明白，存在可以使用的许多样式的轴顶和耦接机构。

所述测量装置包括：位移传感器18，其被布置成测量阀盘的任何移动；以及力传感器20，其测量施加到阀盘8的提升力。它们一起使得系统能够确定将阀盘8抬起与阀座7脱离接触所需的力。通过液压致动器22来提供所述提升力。

安全阀1被调整成使得阀在所选压强下开始泄漏。这意味着一旦阀入口6中的压强达到所选水平，则空气将在阀座7和阀盘8之间泄露。在这个阶段，阀盘从其关闭位置的位移仍然基本上是0，因为太小而不能被位移传感器测量到。当安全阀1被安装在测试台2上以设置所述开始泄漏压强时，来自管4的压缩空气被准许进入安全阀1的入口6。压强传感器监测入口6中的压强。弹簧9然后被调整器15压缩，直到阀在所选压强psl下泄漏。可以通过倾听或使用出口法兰16处的气动传感器或电子传感器来识别这个泄漏点。

然后，通过测试台连接上游的控制阀(未示出)来排气阀入口空气供应4。通过所述阀的压强差，即阀入口6和出口16(其是大气压强)之间的压强差因此是0。在这种状态下，启动提升力测量装置5，并且通过力传感器来测量第一提升力F1，在这种情况下是“冷”轴提升力Fc。这是通过阀盘8没有任何压强差的情况下的提升力。

然后通常气动地将第二入口压强pr2施加到阀入口6，其中pr2≤psl。这个压强pr2一般比开始泄漏压强psl小得多，诸如小15％-25％。这个第二压强pr2可以对应于阀的通常工作压强或安装时安全阀1的贮存压强。当仍然施加该第二压强时，对于轴11执行第二提升力测试，获得第二“热”提升力值Fh。

然后使用两个阀轴提升力测量结果Fc和Fh来计算有效盘密封面积A，并且与开始泄漏压强psl一起，来计算阀盘8和阀座7之间存在的密封力f。

密封力f是阀盘8和阀座7之间存在的力，其大于平衡阀的泄漏点处的流体力所需的力(其通过A.psl给出)。密封面积A是当阀关闭时阀盘8暴露于入口压强的有效面积。总弹簧力因此是(A.psl+f)，其必须等于当向阀盘施加0附加压强时测量的第一“冷”提升力Fc。

这可以被表达为：

Fc-f＝A.psl                     (4)

当向阀盘8施加第二压强pr2时，抬起阀轴11所需的力Fh将小于当不施加任何附加压强时抬起阀轴11所需的力Fc。这个力差被给出为A.pr2，因此，使用施加到阀盘8的这个第二入口压强pr2，可以将第二阀轴提升力Fh表达为：

Fh-f＝A.(psl-pr2)               (5)

从公式(4)减去公式(5)产生有效盘密封面积A的表达式，有效盘密封面积A是阀座7的顶部表面的半径宽度内的圆面积：

$A=\frac{\mathrm{Fc}-\mathrm{Fh}}{\mathrm{pr}2}---\left(6\right)$

公式(6)现在可以被代入公式(5)中，以得到密封力f的值：

$f=\mathrm{Fc}-\frac{\mathrm{psl}}{\mathrm{pr}2}(\mathrm{Fc}-\mathrm{Fh})---\left(7\right)$

这个表达式给出了在开始泄漏压强psl下安全阀中的所需密封力f的值。

在大于阀1开始泄漏的压强的阀入口6中的某个压强下，阀盘8被抬起，破坏了阀盘8和阀座7之间的接触。通过测试结构5中的位移传感器来检测所述移动，并且在这个点，阀将已经开始打开。建立并分析位移相对于时间以及力相对于时间的图，使得可以确定阀打开的点的力。阀盘8的位移被测量到10μm的精度。

阀打开而不是刚刚开始泄漏的压强被给出为阀泄漏的压强psl和对应于密封力f的压强之和。这个开始打开压强pso可以因此被表达为：

$\mathrm{pso}=\mathrm{psl}+\frac{f}{A}---\left(8\right)$

这可以通过使用公式(6)给出的表达式代入密封面积A来计算。

也可以从获得的值来计算100f/Fc％的百分比，即f与Fc的比率(其中Fc是当pr1是0时打开阀所需的提升力)。这个比率给出了安全阀的质量的度量：所述百分比越低，则质量越好。例如，100f/Fc＜5的阀比率表示阀在良好状态下，100f/Fc＜9的阀比率表示阀在满意状态下，100f/Fc＞25指示阀不适合使用。这个值被称为阀的状态等级，并且将受到密封表面的状态、移动部分的自由度和对齐、弹簧配置、阀通道的清洁度和侵蚀以及其它因素的影响。

从表达式(6)和(7)，可获得：

f＝Fc-psl.A                                   (9)

但是所述状态等级比率是f/Fc。因此

$f/\mathrm{Fc}=1-\frac{\mathrm{psl}.A}{\mathrm{Fc}}---\left(10\right)$

但是，进一步事实上

Fc/A＝pso                                     (11)

因为流体压强使得其平衡在安全阀1的特定设置下的整个弹簧力。从(11)在(10)中获得

f/Fc＝1-psl/pso                               (12)

也可以从两个不同流体压强下的轴提升力测量结果获得有效密封面积A和阀密封力f的值，其中，pr1大于大气压强。

如果对应的轴提升力是F1(在压强pr1下)和F2(在压强pr2下)，则有效密封面积A将被给出为：

$A=\frac{F1-F2}{\mathrm{pr}2-\mathrm{pr}1}---\left(13\right)$

这个表达式本身是从用于确定设置压强的安全阀在线测试中得知的。

可以将用于有效密封面积的这个表达式代入公式(4)和(5)的更一般形式以给出表达式：

$f=F1-\left(\frac{\mathrm{psl}-\mathrm{pr}1}{\mathrm{pr}2-\mathrm{pr}1}\right)(F1-F2)---\left(14\right)$

以及：

$f=F2-\left(\frac{\mathrm{psl}-\mathrm{pr}2}{\mathrm{pr}2-\mathrm{pr}1}\right)(F1-F2)---\left(15\right)$

其中，pr1≤pr2≤psl。

这些然后可以用于从两个不同流体压强下的提升力测量结果来计算密封力。

如果使用两个不同非零流体压强下的测量结果，则可能不知道“冷”提升力Fc的值。则可以使用下述表达式来计算阀的状态等级：

可以从上述公式(14)和公式(15)的任何一个获得密封力f的值。

可以明白，除了冷提升力Fc，还可以使用相关力，诸如阀的总弹簧力。在特定情况下，这些可以是相同的。

可以手动执行所述测试。但是，在本发明的另一个实施例中，测试装置可以通过自动序列在计算机上记录测量结果并计算结果。参见图4，在这个实施例中，控制器30连接到被布置成感测阀入口压强的压强传感器32、泵电机36、位移传感器18和力传感器20。阀抬升致动器22被控制器30控制以便向阀轴施加提升力，并且施加的力和结果产生的阀盘位移被控制器30测量和监测。

控制器30控制向压缩空气管提供压缩空气，因此控制向阀入口提供压缩空气。阀入口中的压强被压强传感器32监测，并馈送回控制器30，使得能够有控制地将阀入口中的压强设置到所需压强。位移传感器18和力传感器20形成附接到阀1的测试装置的一部分。控制器30控制泵电机36、排气阀34和阀提升致动器30来遵循上述测试顺序。阀盘8的位移和抬升阀盘所需的力被记录，并且这些测量结果被馈送回控制器30。具体上，当第一次检测到来自位移传感器的信号时，记录力测量结果。然后计算有效密封面积A、密封力f和开始打开压强的值。

在一个替代实施例中，阀提升致动器中的液压被手动泵控制。记录的位移和力值然后被控制器30用于计算有效密封面积A、密封力f和开始打开压强。这种布置减少了系统所使用的功率量，并且使得所述系统能够在没有电源时使用。

在另一个实施例中，阀盘被从下推动的冲头移位，而不是从上面被抬起。这种布置降低了由测试装置占用的空间量，因为所述冲头由位于测试台内的致动器移动。然后使用可以用于检测阀轴顶端的移动的任何适当感测装置来测量所述阀盘的位移，所述感测装置诸如激光束位移传感器。

可以明白，可以对于开始泄漏压强值psl的一个范围执行密封力测量，以给出安全阀的效率的整体视图。而且，这些值将根据阀的维护和磨损状态而改变，并且可以作为可能已经被执行的任何修理工作的度量。

虽然在如上所述的实施例中，离线执行所有测试，但是可以在一些情况下在线执行所述测试，阀暴露于两个或更多的不同服务压强。当紧急需要测试结果时，或当系统不可能保持足够长的时间不工作以执行离线测试时，以及当等待系统将不运行(所谓的停歇)所需的适当时间太长时，这是特别期望的。在其它情况下，安全阀被原地焊接，因此将阀从系统中取出以执行离线测试可能不实际。

可以使用状态等级的在线监测来监测机械状态变化，并且状态等级的在线监测特别有益于披露阀的任何机械性损坏。检修前后的状态等级的监测也提供了一种检修的客观评价。

因此在另一个实施例中，在安装阀之前执行离线工作台测试，这给出了有效密封面积A、开始泄漏压强psl的初始值以及初始状态等级Q，其中Q＝f/Fc。这些值全部如上所述被确定，然后被记录在证书上。因此，可以安装新的或被修理过的阀，用于通过示出这些初始值的证书进行服务。

一旦阀已经被安装并被使用了一段时间，则在压强p2下测量在线“热”提升力Gh。然后，这个值与已知的安装前的值一起被用来计算开始打开压强pso，其中

$\mathrm{pso}=\frac{\mathrm{Gh}}{A}+p2---\left(17\right)$

并且计算当前密封力fg，其中

fg＝Gh-(psl-p2)A                        (18)

当前密封力的值用于使用下述表达式来计算当前状态等级Qg：

$\mathrm{Qg}=\frac{\mathrm{fg}}{\mathrm{fg}+\mathrm{psl}.A}---\left(19\right)$

使用公式(17)和(18)，这也可以被表达为：

$\mathrm{Qg}=1-\frac{\mathrm{psl}}{\mathrm{pso}}---\left(20\right)$

可以随后比较在使用一段时间后阀的当前状态等级Qg和阀安装之前离线确定的初始状态等级Q。

与如上所述的其它方法一样，可以通过图4的装置以自动方式来执行这个处理。

因为密封力f与psl和pso之间的差有关，并且因此也与psl与pso的比率有关，因此其将受到psl的改变或pso的改变的影响。因此，如果密封力f提高，则所述状态等级Q也一般提高。显然，可以将所述状态等级布置成如果密封力提高则降低。但是一般，所述状态等级被布置成如果密封力改变则改变。

在理想情况下，psl＝pso，并且状态等级Qg将为0。阀的任何机械性损坏将导致阀提升力Gh的提高和开始打开压强pso的提高，导致当前状态等级Qg的提高。但是，来自在线监测的Qg的提高仅仅给出了任何机械性损坏的指示，并且依赖于检测阀打开并仅可以直接测量pso的这种在线测试不测量由于密封表面损坏而导致的psl值的任何降低。但是，机械性损坏有可能伴随有密封表面的变差，并且因此这些在线测试可以给出是否需要进一步的离线工作台测试的指示。例如，在线测量的开始打开压强pso的提高(导致大致为9或10的当前状态等级Qg)指示需要进一步的离线测试。然后可以离线确定变差的psl，并且计算状态等级Q的充分提高。在检修阀之后，测量新的psl，并且也可以在重新安装阀之前将其记录在另一个证书中。理想上，检修后的阀应当具有不大于大约6的状态等级Q。

如上所述，为了精确地测量阀状态的变差，需要测量psl和pso。虽然这一般使用位移传感器不可能，但是现在已经开发了高度灵敏的振动传感器，其可以根据泄漏引起的振动或噪声来检测通过阀的气体泄漏。这样的传感器包括：声传感器和超声传感器，其被布置成检测例如空气中的振动；或被布置成检测系统的固体部分(特别是接近阀的部分)中的振动的传感器。这些传感器具有优点：它们可以检测当阀在线时通过阀的气体泄漏，因此它们可以使得能够在线测量psl以及pso，因此能够在线进行阀状态的精确测量。

参见图5，在本发明的另一个实施例中，阀1在线连接，以及测试装置5附接到其顶部，就像在图1和2中那样。阀入口6耦接到入口管24，入口管24再连接到安全阀所保护的加压系统。阀出口16耦接到出口管26，空气可以通过出口管26从打开的阀1泄露。以对于声振动敏感的传感器形式的振动传感器28附接到接近阀出口16的出口管26。其被用作流体泄漏传感器，被布置用来感测通过阀的流体泄漏。尽管所述声传感器在此被示出为附接到出口管，其也可以被固定到阀体的任何部分，或事实上被固定到附带管道工程的任何点。

系统控制器30被布置用来接收来自振动传感器28、位移传感器18和力传感器20的信号，并且控制向阀施加提升力的致动器22的操作。所述系统还包括压强传感器32，其被布置用来测量阀入口6处的气流压强。实际上，这个传感器可以位于加压系统中可以测量系统压强的任何方便点。

在本发明的这个实施例中，控制器30被布置用来以自动方式执行阀测试。为了执行所述测试，控制器被布置用来将由致动器20施加到阀的提升力从0提高。当提升力是0时，阀一般将完全关闭，并且没有气流通过其泄露。这假定系统压强pr低于psl。显然，如果不是这样，则阀将在使用中泄漏。当提升力提高时，其将逐渐地开始克服意欲将阀保持关闭的阀弹簧9的力。当盘8上的净力达到一定水平时，气流将开始通过阀泄漏。这种气流的泄漏将产生噪声，这被振动传感器28检测到。来自振动传感器的信号将一般以容易检测何时流体开始通过阀泄漏的方式来改变。控制器被布置用来分析来自振动传感器28的信号，以确定何时第一次发生气体的泄漏，并且记录在那个点被施加到阀盘的“热泄漏”提升力Fhl。这个力等于由被施加到阀密封面积的开始泄漏压强psl产生的力和系统压强pr与同一阀密封面积的乘积之间的差。因此，控制器30可以从Fhl和pr的测量值来确定psl。

在流体开始通过阀泄露时的点，阀盘的位移一般大致为0或至少很低。这是因为当泄露开始时其仍然与阀座接触。阀盘8没有与阀座7分离，仅仅阀盘8压向座7的力减小了。因此，位移传感器18不能检测到此点的流体泄露。这就是为什么需要独立的流体泄露传感器(在这种情况下是声传感器)来检测流体通过阀泄露的点。

控制器30然后继续提高提升力，并监测和记录来自位移传感器18和力传感器20的信号。在某个点，阀盘8开始从阀座7抬离。然后可以例如通过绘制位移相对于提升力的图来分析传感器信号，以确定当指示阀盘8位于从阀座7抬离的点时施加的“热打开”提升力Fho。这是由提升机构和系统的中的流体施加到阀盘8的总的向上力等于来自弹簧和其它因素的向下力的点。在此点，通过阀的流体流非常小，但是将与上述第一次泄露有区别，指示阀已经打开。再次，所述控制器记录在那个点施加的“热”提升力Fho，这个力等于由施加到阀密封面积A的开始打开压强pso产生的力和执行测试时系统压强pr与同一阀密封面积的乘积之间的差。因此，控制器30可以从Fho和pr的测量值来确定pso。

控制器30然后被布置用来使用两个记录的提升力Fhl和Fho来计算阀状态的指示，在这种情况下是以用于指示阀状态的阀状态等级的形式。在这种情况下，使用上述公式(2)来计算状态等级。但是，可以明白，可以使用其它形式的指示或状态等级，其给出密封力f或psl和pso之间的差的某个度量。事实上，所述系统可以仅仅被布置用来计算所述密封力f。

所述控制器也被布置用来确定阀的密封力f，其是两个力Fhl和Fho之间的差，通过下述被给出：

f＝Fho-Fhl                                    (21)

对于下述情况，这个表达式可以被进一步有益地发展：其中，通过分别由声/振动传感器和高灵敏度轴移动传感器控制的第一和第二轴提升力测试，来在线测量psl和pso。

如果在这种情况下第一力被表示为Fhl并且第二力被表示为Fho，同时管线压强是pl，则：

ps1＝pl+Fhl/A                                 (22)

并且

pso＝pl+Fho/A                                 (23)

其中，清楚地，Fhl≤Fho。向(21)中代入(22)和(23)，并且化简：

$f/\mathrm{Fc}=Q=\frac{\mathrm{Fho}-\mathrm{Fhl}}{\mathrm{Fho}+A.\mathrm{pl}}---\left(24\right)$

在此，Q代表安全阀的状态等级。可以看出，在表达式中出现有效密封面积A，并且除非可以通过例如另外的冷提升测试(0流体压强下)来测量它，否则必须从制造商的信息或其它数据来找到它。

但是，应当注意，用于计算状态等级的这个公式对于A值中的误差相当敏感。这是因为通常A.pl项仅仅是总的分母Fho+A.pl的值的大约2/3或3/4。因此，这个公式使得能够很精确地测量所述状态，即使不很精确地知道有效密封面积A。

如果有可能执行冷测试，则所述分母变为总的弹簧力Fc，并且状态等级可以被写为

$Q=\frac{\mathrm{Fho}-\mathrm{Fhl}}{\mathrm{Fc}}---\left(25\right)$

为了从力Fhl和Fho得到psl和pso的值，控制器30需要使用有效密封面积A的值。其可以是当制造阀时测量并被输入到控制器中的值。或者，可以从阀座17的外部测量和内部测量的座直径的平均值来确定其值。但是，在这个实施例中，通过测量来确定它。控制器30被布置为测量当系统在0压强时的“冷”提升力Fc，其是在0系统压强下打开阀所需的力。以与如上所述的“热”提升力Fho相同的方式来测量它。然后，可以使用这个测量结果与“热”提升力Fho以及测量热提升力时的系统压强pr一起，使用下述公式来计算阀密封面积的值：

A＝(Fc-Fho)/pr                                (26)

这是用于确定座面积的最全面方式，因为其是使用在线安装的阀整体测量的。

这种测量阀的状态的方法具有下述优点，特别是在在线测量中，可以从单提升行程来测量psl和pso，使得迅速并且有效。

可以明白，这种确定密封面积的方法可以被概括为测量在任何两个系统压强pr1和pr2下的提升力，其中，分别对于“热”提升力Fho1和Fho2，pr1≤pr2。系统压强pr1和pr2与相关“热”提升力一起被记录，因此通过下述公式来给出密封面积：

A＝(Fho1-Fho2)/(pr2-pr1)                      (27)

虽然在如上所述的实施例中，以自动方式来执行测试。但是手动控制测试也是同样可能的。例如，可以手动提高由致动器22提供的力。在一些情况下，可以省略所述致动器，并且例如使用螺纹提升机构来手动改变提升力。类似地，来自振动传感器28的输出可以以放大的声输出的形式，以便操作人可以倾听当阀开始泄露时产生的噪声。也可以通过操作人来监测位移传感器输出，以确定何时已经打开阀。最后，可以手动记录Fhl和Fho的测量结果。

可以明白，测量Fhl和Fho的顺序并不重要。虽然在提升机构的单个行程中测量两者是有效的，但是也可以在Fhl之前测量Fho，并且可以在独立的测试中进行所述测量。

在本发明的另一个实施例中，虽然系统压强pr大于0，但是被阀弹簧9施加到阀盘8的力被调整直到阀开始泄露。这使用调整套圈15来实现。可以使用来自振动传感器28的放大的声输出来检测阀泄露。这有效地使得开始泄露压强psl等于系统压强。由阀提升机构5施加的提升力然后被提高，直到检测到阀已经打开。这个提升力Fho因此是阀密封力f的直接测量结果。然后将psl的值记录为系统压强，并且通过公式(1)来提供pso的值。然后可以例如使用公式(3)来确定所述状态等级。

在另一个实施例中，可以监测阀的状态，而不必测量安全阀的精确密封面积，因为可以从制造商的数据或可用车间物理测量结果来获得适当值。因此在这个实施例中，测量开始泄露压强和开始打开压强，并且查看它们以通过保证所选的开始泄露压强psl与开始打开压强pso不差别太大或差别超过预定量，来保证密封力f不过高，或不超过预定极限。这是通过下述方式在离线情况下进行的：通过弹簧调整到可听嘶嘶声或通过仪器的第一次泄露检测，将安全阀的psl设置到所需值。

仪器可以使用阀体或其附近的声纳或超声波感测、阀打开出口处的热流检测或阀上或附近的振动感测。然后，通过单个冷测试来测量阀盘上的总的弹簧力以给出Fc。

从假定或已知密封面积A，可以使用下述公式来确定pso：

pso＝Fc/A                                    (28)

然后可以将允许psl与pso不同的极限选择在例如5％。如果超过这个极限，则通过研磨、修补和检修来加工阀，直到实现5％的极限。可以明白，所测量的精确参数再一次不重要，但是例如，psl和pso之间的差在这种方法中被用作状态参数。

根据阀被布置用来保护的系统，所述流体可以是气体、或气体和液体的混合物、或在一些情况下仅仅是液体。

Claims (51)

1.一种用于测量安全阀的状态的方法，所述阀包括阀座、阀弹簧、以及由所述阀弹簧偏置为与所述阀座接触的盖构件，所述方法包括：

确定所述盖构件将开始打开的第一压强，

确定低于所述第一压强的第二压强，在所述第二压强，所述阀将开始泄露，所述盖构件的位移基本上是0，

限定随着所述第一和第二压强之间的差改变的状态参数，

确定所述状态参数的值从而确定所述阀的状态。

2.按照权利要求1的方法，其中，所述状态参数与密封力f有关，所述密封力f是存在于所述盖构件和阀座之间的力，其大于在所述阀的泄露点平衡所述盖构件上的流体力所需的力，并被限定为f＝(pso-psl)A，其中，所述pso是第一压强，即，所述pso是使得所述阀打开所需的压强，所述psl是第二压强，即，所述psl是使得所述阀泄露所需的压强，以及A是有效阀密封面积。

3.按照权利要求2的方法，其中，由将使得所述阀打开的提升力来确定所述第一压强。

4.按照权利要求1的方法，其中，由将使得阀泄漏的提升力来确定所述第二压强。

5.按照权利要求1-3的任何一个的方法，其中，通过测量来确定所述第一或第二压强。

6.按照权利要求1-3的任何一个的方法，其中，通过设置来确定所述第一或第二压强。

7.按照权利要求1-3的任何一个的方法，包括：向盖构件施加提升力，从而使得流体通过所述阀泄露，以及测量泄露发生时的泄露产生提升力。

8.按照权利要求4的方法，其中，通过振动传感器来至少部分地感测泄露，所述振动传感器被布置用来感测由流体泄露引起的振 动。

9.按照权利要求1-3的任何一个的方法，包括记录所述第二压强的度量。

10.按照权利要求1-3的任何一个的方法，包括：向所述盖构件施加提升力，由此使得所述阀打开，并且测量阀打开时的阀打开提升力。

11.按照权利要求7的方法，其中，将所述提升力朝着所述泄露产生提升力的方向增加，所述泄露产生提升力被测量为当泄露发生时施加的力。

12.按照权利要求10的方法，其中，将所述提升力朝着所述阀打开提升力的方向增加，以及所述阀打开提升力被测量为当发生阀打开时施加的力。

13.按照权利要求1-3的任何一个的方法，包括：

(i)向所述盖构件施加提升力，从而使得流体通过所述阀泄露，以及测量泄露发生时的泄露产生提升力，其中将提升力朝着所述泄漏产生提升力的方向增加，并且泄露产生提升力被测量为当泄漏发生时施加的力，以及

(ii)向所述盖构件施加提升力，由此使得所述阀打开，并且测量阀打开时的阀打开提升力，其中将所述提升力朝着所述阀打开提升力的方向增加，以及所述阀打开提升力被测量为当发生阀打开时施加的力。

14.按照权利要求3的方法，包括感测阀的打开。

15.按照权利要求14的方法，其中，通过位移传感器来至少部分地感测阀的打开，所述位移传感器被布置用来感测盖构件的位移。

16.按照权利要求1-3的任何一个的方法，其中，向连接到所述盖构件的刚性元件施加提升力。

17.按照权利要求1的方法，包括步骤：

测量在盖构件的入口侧上作用第一流体压强pr1时的第一阀提升力F1； 

测量在盖构件的入口侧上作用第二流体压强pr2时的第二阀提升力F2；以及

从所述两个阀提升力测量结果来计算状态参数。

18.按照权利要求17的方法，包括步骤：使用入口压强的改变和阀提升力的结果改变的比率来确定所述阀的有效密封面积A。

19.按照权利要求18的方法，其中，使用下面的公式来确定有效密封面积：

20.按照权利要求1-3的任何一个的方法，包括步骤：将所述阀调整到期望的开始泄漏压强值，所述开始泄漏压强值为所述第二压强psl。

21.按照权利要求17的方法，其中，使用下面的公式来计算密封力f：

或

其中，pr1≤pr2≤psl，并且其中psl是开始泄露压强。

22.按照权利要求17的方法，其中，第一流体压强pr1等于在盖构件的出口侧上作用的流体压强。

23.按照权利要求22的方法，其中，pr1＝0，并且使用下面的公式来确定所述阀的有效密封面积A：

24.按照权利要求22或权利要求23的方法，其中计算密封力f的步骤使用公式：

其中，pr2≤psl，并且其中psl是开始泄露压强。

25.按照权利要求1-3或17-19的任何一个的方法，其中，所述状态参数是密封力。 

26.按照权利要求1-3或17-19的任何一个的方法，其中，所述状态参数是基于密封力f与冷提升力Fc的比率。

27.按照权利要求1-3或17-19的任何一个的方法，其中，使用下面的比率来计算所述阀的状态参数

其中，psl是开始泄露压强，A是有效阀密封面积，并且f是密封力。

28.按照权利要求1-3或17-19的任何一个方法，其中，使用下面的比率来计算所述阀的状态参数：

其中，psl是开始泄露压强，Fh1是第一热泄漏提升力，Fh2是第二热泄漏提升力，f是密封力，pr1是第一流体压强，以及pr2是第二流体压强。

29.按照权利要求1-3或17-19的任何一个的方法，其中，阀的状态参数是密封力f与冷提升力Fc的比率，并且使用下面的比率来计算：

30.按照权利要求1的方法，其中，所述状态参数是使用下面的公式来确定的当前状态等级Qg：

其中，fg是当前密封力，A是有效密封面积，并且psl是开始泄露压强。

31.按照权利要求1的方法，其中，所述状态参数是使用下面的公式确定的当前状态等级Qg：

其中，psl是开始泄露压强，pso是开始打开压强。

32.按照权利要求1的方法，其中，所述状态参数是使用下面的 公式来确定的状态等级Q：

其中Fho是热打开提升力，Fhl是热泄漏提升力，A是有效密封面积并且pl是管线压强。

33.按照权利要求1-3或17-19的任何一个的方法，其中，所述状态参数被布置用来随着阀将泄露的压强和阀将打开的压强之间的差改变。

34.根据权利要求1所述的方法，其中盖构件的入口侧由所述阀弹簧偏置为与所述阀座接触并将第一和第二压强施加到盖构件的入口侧。

35.一种用于确定安全阀的密封力的装置，包括力传感器、位移传感器、压强传感器和用于向阀入口施加流体压强的部件以及控制器，所述控制器被布置用来控制阀入口压强、记录来自传感器的读数、以及计算随着阀的密封力改变的状态参数，其中，所述密封力f是存在于盖构件和阀座之间的力，其大于在所述阀的泄露点平衡所述盖构件上的流体力所需的力，并被限定为f＝(pso-psl)A，其中，pso是使得阀打开所需的压强，psl是使得阀泄露所需的压强，以及A是有效阀密封面积。

36.按照权利要求35的装置，其中，所述力传感器被布置用来测量阀提升力。

37.按照权利要求36的装置，还包括调整器，所述调整器在使用中压缩阀弹簧，以允许阀入口中的空气压强达到预定压强，其中，所述阀弹簧压缩为使所述盖构件与所述阀座接触。

38.按照权利要求35或36的装置，还包括控制阀，其被布置用来对所述阀入口进行排气。

39.按照权利要求35或36的装置，其中，所述控制器被布置用来记录当位移传感器第一次检测到盖构件的位移时的力传感器读数。

40.按照权利要求35或36的装置，所述装置被布置用来使用比率f/Fc来计算状态参数，其中Fc是冷提升力。 

41.按照权利要求35或36的装置，所述装置被布置用来产生用于指示所述状态参数的输出。

42.按照权利要求35或36的装置，还包括显示器，其被布置用来产生用于指示所述状态参数的显示。

43.一种用于测试安全阀的装置，包括：力施加部件，其被布置用来向盖构件施加提升力；以及测量部件，其被布置用来测量足以使得流体通过阀泄露的提升力以及足以使得阀打开的提升力。

44.按照权利要求43的装置，其中，所述测量部件包括流体泄露检测部件，其被布置用来检测流体通过阀的泄露。

45.按照权利要求44的装置，其中，所述流体泄露检测部件包括振动传感器。

46.按照权利要求43或44的装置，其中，所述测量部件包括阀打开检测部件，其被布置用来检测阀的打开。

47.按照权利要求46的装置，其中，所述阀打开检测部件包括位移传感器。

48.按照权利要求43的装置，还包括：处理部件，其被布置用来记录所述两个测量的力，并且从它们得到阀的状态的测量结果。

49.按照权利要求44的装置，还包括：处理部件，其被布置用来记录所述两个测量的力，并且从它们得到阀的状态的测量结果。

50.按照权利要求49的装置，其中，所述处理部件被布置用来接收来自所述泄露检测部件的信号，并且从其确定何时发生流体泄露。

51.按照权利要求48-50中任一项的装置，其中，所述处理部件被布置用来接收来自位移传感器的信号，并且从其确定何时发生阀打开。 

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