CN101341336A - 用于检测特别是真空泵的压缩机内的可燃性气氛的设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于在压缩机运行期间检测压缩机内的可燃性气氛的设备。设备包括可选择地使用隔离装置连接在压缩机和压缩机的排放道之间的测试室；位于测试室内用于点火测试室内存在的任何可燃性流体混合物的点火器件；和与测试室相关的用于监测指示了测试室内的燃烧的参数和用于向控制器输出指示了参数的信号的感测装置。

Description

用于检测特别是真空泵的压缩机内的可燃性气氛的设备

技术领域

本发明涉及可燃性气氛检测的领域，且在一个例子中用于检测由真空泵泵送的流体内的可燃性气氛。

背景技术

真空泵可以使用在通常被称为“中央”真空系统的系统中，其中单一的真空泵或多个真空泵用于从多个不同的封闭处抽吸流体，它经常用于多个不同的实验室。因此，由这样的中央真空系统抽排的流体可能具有不确定的成分和浓度。当以隔离方式泵送时可能不导致任何特定的危险威胁的流体在与类似地无害的物质混合时，当在真空泵内混合在一起时生成了危险的潜在地可燃的气氛。

如果泵送的流体内的可燃性流体混合物与氧化剂的比(在后文中称为泵送流体的浓度)位于一定的极限之间时，即位于爆炸上限和爆炸下限之间时(通常表达为空气内的体积百分比)，则如果存在点火源则将发生燃烧。

可以通过将一定量的净化气体引入到真空泵内来减轻在真空泵内生成的可燃性气氛，该净化气体稀释了包含在真空泵内的潜在的危险混合物。稀释保证泵送流体的浓度保持在与特定的流体混合物相关的低爆炸下限以下。如果真空泵抽排已知过程的副产品，则可以容易地可辨别所要求的净化气体的适当的水平。然而，在一些情形中，例如在中央真空系统中，泵送流体就有不确定的成分且因此可能需要将相当大量的净化气体引入到泵内，以保证在所有时间都满足安全性要求。净化气体的使用导致消耗品的成本增加，且可能对于泵送过程的效益是有害的。通过将相当大量的净化气体引入到真空泵内，待通过真空泵运输的流体的体积显著地增加。因此，需要提供更大容量的泵以适应增加的流体体积。与使用较高容量的泵相关的缺点是增加的资本费用，增加的体积测定覆盖区和增加的动力要求。

因此，希望提供与流体混合物的特定成分无关地检测可燃性气氛的装置，以实现用于减轻例如中央真空泵送装备的设备内的可燃性气氛的形成的技术，以更有效且更高效地使用该设备。在一个例子中，可以避免过度使用净化气体。

发明内容

根据本发明提供了用于检测压缩机内的可燃性气氛的设备，设备包括：

连接在压缩机和压缩机的排放道之间的用于从排放道接收流体的测试室；

用于从压缩机和排放道隔离由测试室接收的流体的隔离装置；

位于测试室内的用于点燃隔离的流体的点火器件；和

与测试室相关的用于监测指示了测试室内的燃烧的参数的感测装置。

通过提供通过物理上点燃流体样本而检测了是否存在可燃性气氛的设备，可以实现与待检测的可燃性流体混合物的成分无关地检测任何可燃性气氛的设备。因此，可以以合适的方式减轻不确定的成分的可燃性气氛的潜在的形成，例如典型地由中央真空系统所经历的。可以去除对于连续引入大量净化气体来稀释泵送流体的需要。

测试室可以连接到压缩机的入口或连接到在压缩机的入口和出口之间的沿压缩机位于中途的端口。

隔离装置可以通过阀装置提供，优选地是一对例如球阀的正作用阀，一个阀位于测试室入口处且第二阀位于测试室出口处。替代地，设备可以构造为使得隔离装置的部分可以与测试室整合。测试室可以包括具有至少两个位置的旋转单元，即实现了通过测试室在排放道和压缩机之间的流体连通的第一位置，和用于将测试室与排放道和压缩机隔离的第二位置。

点火器件可以由电热塞提供，特别是如果预计到隔离流体可能容易点燃时。替代地，在隔离流体较不容易点燃的情形中，可以通过高能点火源提供点火器件。点火源可以构造为输送具有在0.15焦至100焦范围内的能量的火花，优选地在1焦至20焦范围内，且更优选地为10焦能量的区域内。可以提供控制装置以用于控制点火器件的激活。点火器件可以构造为以预先确定的时间间隔被激活，该时间间隔与通过测试室接收的被隔离装置隔离的流体重合。点火器件可以构造为在每次由测试室接收的流体被隔离装置隔离时被重复地激活。点火器件可以构造为对于预先确定的持续时间激活。

感测装置可以包括一组或多组位于测试室内或与测试室流体连通的压力传感器，离子化传感器，热传感器和氧传感器。感测装置也可以包括位于压缩机的排放道内或与排放道流体连通的参考传感器，以用于监测参考参数，测试室的参数可以与该参考参数对比。

本发明也提供了用于抑制可燃性气氛在压缩机内升级的设备，包括：

前述的检测设备；和

用于从感测装置接收一个或多个信号且用于控制抑制装置以抑制任何检测到的可燃性气氛在压缩机内升级的控制器。

抑制装置可以包括气体净化系统以用于在由检测设备检测到可燃性气氛时将净化气体输送到压缩机。净化气体输送位置、输送量和/或输送持续时间可以取决于如下参数的一个或多个：监测到的压力增加的幅度；监测到的压力增加的持续时间；和在测试室内检测到的可燃性气氛的次数。替代地或补充地，抑制装置可以构造为终止压缩机的运行或将压缩机隔离以防止任何另外的可燃性流体进入压缩机。

压缩机可以是真空泵。因此，本发明也提供了泵送装备，包括：

真空泵；和

用于抑制可燃性气氛在真空泵内的升级的前述设备。

根据本发明也提供了检测压缩机内的可燃性气氛的方法，包括如下步骤：

将流体样本从压缩机的排放道转移到测试室；

将由测试室接收的流体样本与压缩机和排放道隔离；

激活测试室内的点火器件；和

监测指示了测试室内的燃烧的参数。

转移步骤可以包括打开隔离装置以使得流体样本能通入到测试室内，且隔离步骤可以包括关闭隔离装置以防止流体进一步通过隔离装置。激活步骤可以对于第一时间期间执行。在测试室与压缩机隔离时可以重复地激活点火器件，以抑制沉积物在点火器件上的积累，使得维持了点火器件的功能性。

指示了监测的参数的信号可以从传感器输出到控制器，以用于确定在测试室内是否发生了燃烧，优选地取决于监测压力确定。

可以取决于确定的结果而通过向抑制装置提供信号来抑制可燃性气氛的升级来抑制可燃性气氛在压缩机内的升级。抑制装置可以由净化系统提供，以此净化气体被输送到压缩机以稀释其内的流体。

可以通过激活点火器件第二时间期间而周期性地清洁点火器件，该第二时间期间长于正常运行期间所要求的第一时间期间。此第二时间期间可以在10秒至10分钟的范围内，优选地在30秒至2分钟的范围内。此清洁步骤实现了提供稳健的点火源，这因此提高了即使在压缩机连续的正常运行后也检测到可燃性气氛的可能性。

附图说明

如下仅通过例子参考附图更详细地描述本发明，各图为：

图1图示了用于检测真空泵内的可燃性气氛的设备；

图2图示了可以实施在图1的设备内的测试室的替代构造；和

图3图示了图1的设备与用于控制向泵的净化气体供给的控制器。

具体实施方式

在图1中图示了用于检测存在可燃性气氛，即存在可燃性流体混合物的积累的设备，该可燃性流体混合物的浓度在特定的流体混合物的可燃烧极限内。该设备适合于用于在任何器件内在该器件运行期间检测可燃性气氛。然而，在此例子中，设备用于检测压缩机内的可燃性气氛，该压缩机在此例子中通过真空泵10实施。真空泵10从入口道20接收流体混合物且将流体混合物通过排放道30排放。用于检测泵10内的可燃性气氛的存在的设备包括在排放道30和真空泵10之间延伸的旁通道40。如所图示，旁通道40可以终止于提供在真空泵10的壳体内的多个净化端口50的一个处。替代地，旁通道40可以终止在真空泵10的入口处。

测试室60位于旁通道40内，且与真空泵10和排放道30通过隔离阀70隔离。阀70优选地是正作用阀，例如闸式阀或球阀。

图2图示了替代的测试室60′，它可以作为测试室60和正作用阀70的替代使用，或仅替代测试室60。测试室60′包括位于旁通道40内的可旋转单元62。密封元件64提供在旁通道40和旋转单元62之间，以封闭它们之间的任何潜在的泄漏路径。可旋转单元62可以在第一位置中如图示与旁通道40成直线地定向，以允许通过测试室60′在排放道30和真空泵10之间的流体连通。然而，可旋转单元62可以绕轴线66旋转到第二位置(通过虚线指示)，以将测试室60′隔离，且因此从排放道30和真空泵10隔离流体样本。

点火器件80位于测试室60；60′内。在一些情形中，例如当预计到待测试的流体混合物将容易点燃时，电热塞用作合适的点火器件80。在其他情形中，流体混合物将更难于点燃，且因此需要使用高能点火源作为点火器件80，例如如果待采样的泵送流体的浓度远离化学计量的值，且趋向于流体混合物的爆炸极限。在实践中，非常稀薄混合物(即接近混合物的可燃性下限的那些混合物)最可能出现在压缩机的正常运行中，且虽然这样的混合物是可燃的，但它们不易点燃。如果可以促使这样的稀薄混合物被点燃使得它们可以在早期被检测到，则可以避免其成分更接近化学计量的值的可燃性气氛的建立，且因此避免潜在地导致更有力的爆燃。高能点火源能输送其能量值在0.15至100焦之间的火花。优选地，点火源能输送其能量值在1至20焦之间的火花，更优选地大约10焦。在热学上，火花优选地达到10000开区域内的温度。火花可以在1μs至10秒范围内的持续时间被激活，但优选地在正常运行中被激活1ms至3ms。

当一些流体混合物被点燃时，例如特别是富混合物(即泵送流体的浓度趋向于爆炸上限的那些混合物)，可能产生高水平的微粒副产品，例如烟灰。高能点火源典型地易于积累这些副产品。如果这些副产品显著地在点火源的表面上聚积，则将不利地影响点火源的性能。在一些情况下，有利的是重复地激活点火源直至空气承载的烟灰微粒沉淀。这时，有源部件，即点火源的电极和电极附近的绝缘体的表面保持大体上无沉积物，且维持了点火源的有效运行。

烟灰或其他沉积物可能形成在火花塞的电极上，且沉积物的聚积可能导致电极之间的间隙被桥接。替代地，流体混合物的属性可能使得电极表面涂覆有材料。在任一情况中，电极的污染可能妨碍火花塞生成火花。在这样的情形下，可初始化火花塞运行的清洁循环。清洁循环涉及生成其持续时间显著地长于正常运行循环所要求的持续时间的火花。例如，火花塞的电极可以在五秒到十分钟范围内的持续时间被激活，优选地在30秒到两分钟的范围内。虽然最初将不生成火花，由电极输送的功率足以烧掉形成在其表面上的任何沉积物。换言之，电极表面的清洁通过在此较长的持续时间激活电极而实现。一旦沉积物已烧掉，则电极将以火花塞的正常运行模式工作。

清洁循环优选地现场执行而不将点火器件从其正常运行位置移开。然而，特别是在电极变得被严重地污染的情况中，可以优选地将火花塞从设备移开且与设备远程地激活火花塞清洁循环。第二火花塞可以定位在测试室60；60′内以保证设备的持续运行。

传感器90与测试室60；60′相关，以监测指示了其内的燃烧的存在的参数。在此例子中使用了压力传感器90，然而，也可以单独地或与其他传感器类型之一组合地实现快速响应的热传感器、氧传感器或离子化传感器。第二传感器100可以用作参考传感器以帮助消除被监测的参数数据内的背景趋向或噪声。替代地，类似的比较可以通过使用在点火源激活前通过传感器90监测的压力作为参考压力来实现。

在图1中图示了净化系统110，其中净化气体源120提供为选择地与真空泵10流体连通。净化气体系统110包括多个净化管线130，每个管线提供有各自的可变阀140，使得净化气体可以在沿真空泵10的不同的位置输送。图1图示了分别位于真空泵入口处、沿真空泵壳体的中途处和真空泵10的排放处的净化端口50。

在运行中，流体通过真空泵10运输且通过排放道30从真空泵离开。阀70被打开以因此呈现了在真空泵10与排放道30之间延伸通过测试室60；60′的跳过的旁通道40。旁通道40在位于排放处上游的净化端口50处结合真空泵10，但如以上所述它可以位于真空泵10的入口处。邻近真空泵10的旁通道的部分40a内的压力因此低于邻近排放道30处的旁通道的部分40b内的压力。因此，由旁通道40经历的压力梯度使得流体的样本从排放道30沿旁通道的部分40b转移且到测试室60；60′内。在足以大体上替换了测试室60内的流体的时间期间后，阀70(或可旋转单元62)被关闭，以将保持在测试室60；60′内的流体样本隔离。此时间期间可以是预先确定的持续时间，或可以取决于真空泵10的当前的速度。

阀70的关闭用于抑制任何火焰锋面从测试室60；60′的传播。一旦阀已关闭，则点火器件80被激活以试图初始化在测试室60；60′内隔离的流体的燃烧。如果包含在测试室60；60′内的流体的样本是可燃性的且其浓度在爆炸下限和爆炸上限之间，则发生燃烧。如果流体样本本质上不可燃，或虽是可燃性类型的但泵送流体的浓度在爆炸极限之外，则不发生燃烧。传感器90监测了多个指示了是否发生燃烧事件的参数的至少一个，例如压力或温度。阀70然后打开，测试室60；60′的内含物通过前述的压力梯度被运输到真空泵10的端口50处，且待测试的新鲜的流体样本进入测试室60；60′。

通过控制器150确定在测试室60；60′内是否发生了燃烧事件，如在图3中图示。指示了被监测参数的信号由控制器150从传感器90接收。传感器90可以连续地监测参数以建立数据的历史迹线。替代地，传感器90可以监测是否超过了阈值，且当超过此阈值时发送信号到控制器150。在任一情形中，如以上所述，第二传感器100可以用于监测测试室60；60′外侧的相同的参数。通过为控制器150提供来自第二传感器100的参考数据，可以将被监测的参数的全局改变与在测试室内由传感器90局部地监测到的改变分开。因此，可以提高对燃烧存在的确定精确性。控制器150也可以用于控制阀70(和/或可旋转单元62)的促动，以进一步增加测试过程的自动化。

如在图3中指示，控制器150控制了可变阀140的促动，可变阀140又控制了待输送的净化气体通过净化端口50向真空泵10的流动。当检测到测试室60；60′内的燃烧事件时，可认为通过真空泵10运输的至少一些流体是可燃性的，且其浓度为如果提供点火源则可燃烧，从而导致真空泵10内的爆炸。点火源可以生成在任何具有移动金属部件的器件内。如果这些部件中的任何部件相互接触，则可以初始化火花。接触可以在这样的情况中发生，即例如真空泵的压缩机的设备的情况由于过度使用而恶化，从而导致部件不对齐且因此增加了撞击的可能性。即使不存在部件的撞击以生成火花的可能性，在泵内的热环境也可能被提高以增加可能发生自燃的风险。这样的提高的温度可能在其中真空泵被加热以抑制泵送流体凝结的情形中经历。净化气体的输送通过稀释泵10内的气氛而减轻了在泵10内的显著量的可燃流体的形成和随后的升级。

抑制可燃性气氛的升级且避免爆炸的替代的方法是断开可燃性流体到真空泵10内的流动，从而又防止了气氛的积累且终止了真空泵10的运行，以防止将另外的流体抽吸到真空泵内，和去除潜在的点火源。

将净化气体引入是优选的选择，因为可以实现真空泵10的运行的连续性。输送净化气体可以由控制器150初始化且然后对于预先确定的持续时间继续。在此持续时间结束时，可以终止输送且继续采样以确认已驱散了可燃性气氛。采样可以在整个净化气体输送中持续，以监测泵送流体的浓度以确定是否输送了足够的净化气体。给定中央真空系统的属性，可能的是任何可燃性气氛将以零星方式生成，且因此可能更有效的是在积累期间提供净化气体而非以连续基础提供。

在另一个实施例中，涉及在测试室60；60′内发生的任何燃烧事件或爆炸的数量、持续时间和幅度的数据通过控制器150维持。控制器150可以使用前述数据来确定是否要求将净化气体输送到真空泵10，以稀释潜在的可燃性气氛。此外，数据可以用于确定输送的持续时间和流量，且确定净化气体应最合适地输送到真空泵10的哪个部分处。然后相应地控制可变阀140。如果净化气体需在真空泵10的入口处引入，则其流量优选地低，以避免对入口流动的破坏。替代地，在净化气体在真空泵10的排放处或沿泵在入口和出口之间的中途处引入的情况中，可以将增加的净化气体的量输送到泵而不影响入口流动和压力，且因此不影响真空泵10的容量。

如果另外的净化气体不足以减轻真空泵10内的可燃性流体的积累，则可能变得需要初始化真空泵10的关闭或隔离，以防止其内发生潜在的爆炸。

在测试室60；60′和真空泵10之间的距离显著的情况中，测试室60；60′内的流体样本可能比真空泵10内的流体混合物明显地冷。因此，样本可能不代表真空泵10内的流体混合物，特别是如果所考虑的流体混合物包括可凝结物质时，因为流体混合物的可燃性属性可能被改变。因此，希望对排放道30进行热控制以维持流体混合物处于大体上恒定的温度，以防止形成在真空泵10内可能不存在的凝结物。热控制可以通过提供加热的排放道30、加热的旁通道40和/或加热的测试室60；60′来实现。

Claims (39)

1.一种用于在压缩机运行期间检测压缩机内的可燃性气氛的设备，该设备包括：

连接在压缩机和压缩机的排放道之间的用于从排放道接收流体的测试室；

用于从压缩机和排放道隔离由测试室接收的流体的隔离装置；

位于测试室内的用于点燃隔离的流体的点火器件；和

与测试室相关的用于监测指示了测试室内的燃烧的参数的感测装置。

2.根据权利要求1所述的设备，其中测试室连接到压缩机入口。

3.根据权利要求1所述的设备，其中测试室连接到压缩机的位于其入口和出口之间的端口。

4.根据任何前述权利要求所述的设备，其中隔离装置包括阀装置。

5.根据权利要求4所述的设备，其中阀装置包括一对正作用阀，一个位于测试室的入口处且第二个位于测试室的出口处。

6.根据权利要求5所述的设备，其中正作用阀由球阀提供。

7.根据任何前述权利要求所述的设备，其中隔离装置的至少部分与测试室整合且包括旋转单元，所述的旋转单元具有实现了通过测试室在排放道和压缩机之间的流体连通的第一位置，和用于将测试室与排放道和压缩机隔离的第二位置。

8.根据任何前述权利要求所述的设备，其中点火器件由电热塞提供。

9.根据权利要求1至7的任何项所述的设备，其中点火器件由高能点火源提供。

10.根据权利要求9所述的设备，其中点火源构造为输送具有0.15焦至100焦范围内的能量的火花。

11.根据权利要求10所述的设备，其中点火源构造为输送具有1焦至20焦范围内的能量的火花。

12.根据权利要求11所述的设备，其中点火源构造为输送具有大约10焦的能量的火花。

13.根据权利要求9至12的任何项所述的设备，其中点火源构造为输送1μs至10秒范围内的持续时间的火花。

14.根据权利要求13所述的设备，其中点火源构造为输送1毫秒至3毫秒范围内的持续时间的火花。

15.根据任何前述权利要求所述的设备，包括用于控制点火器件的激活的控制装置。

16.根据任何前述权利要求所述的设备，其中点火器件构造为以预先确定的时间间隔激活。

17.根据任何前述权利要求所述的设备，其中点火器件构造为重复地激活。

18.根据任何前述权利要求所述的设备，其中感测装置包括位于测试室内或与测试室流体连通的压力传感器。

19.根据任何前述权利要求所述的设备，其中感测装置包括位于测试室内或与测试室流体连通的离子化传感器、热传感器和氧传感器的组的至少一个。

20.根据权利要求18或19所述的设备，其中感测装置包括位于压缩机的排放道内或与排放道流体连通的用于监测参考参数的参考传感器，所述的参考参数可以与指示了测试室内的燃烧的所述的参数对比。

21.一种用于在压缩机运行期间抑制可燃性气氛在压缩机内升级的设备，包括：

根据任何前述权利要求的设备；和

用于从感测装置接收一个或多个信号且用于控制抑制装置以抑制任何检测到的可燃性气氛在压缩机内升级的控制器。

22.根据权利要求21所述的设备，其中抑制装置包括气体净化系统，以用于在检测到可燃性气氛时将净化气体输送到压缩机。

23.根据权利要求22所述的设备，其中净化气体输送位置、输送量和输送持续时间的组中的一个取决于监测到的压力增加的幅度、监测到的压力增加的持续时间和检测到可燃性气氛的次数的组中的至少一个。

24.根据权利要求21至23的任何项所述的设备，其中抑制装置构造为隔离和/或终止压缩机的运行。

25.根据任何前述权利要求所述的设备，其中压缩机是真空泵。

26.一种泵送装备，包括：

真空泵；和

用于抑制可燃性气氛在真空泵内的升级的根据权利要求21至24的任一项所述的设备。

27.根据权利要求26所述的泵送装备，包括排放道，其中排放道和/或测试室包括加热装置，以用于抑制其内包含的流体的凝结。

28.一种在压缩机运行期间检测压缩机内的可燃性气氛的方法，包括如下步骤：

将流体样本从压缩机的排放道转移到测试室；

将由测试室接收的流体样本与压缩机和排放道隔离；

激活测试室内的点火器件；和

监测测试室内的参数。

29.根据权利要求28所述的方法，其中转移步骤包括打开隔离装置以使得流体样本能通入到测试室内，且隔离步骤包括关闭隔离装置以防止流体进一步通过隔离装置。

30.根据权利要求28至30的任一项所述的方法，其中激活步骤包括重复地激活点火器件以抑制沉积物在其上的积累。

31.根据权利要求28至30的任一项所述的方法，其中监测的参数是压力。

32.根据权利要求28至31的任一项所述的方法，包括如下步骤：

从传感器向控制器输出指示了监测的参数的信号；和

取决于监测的参数确定测试室内是否发生了燃烧。

33.一种抑制可燃性气氛在设备内升级的方法，包括：

通过使用根据权利要求28至32的任何项所述的方法检测可燃性气氛；和

向抑制装置提供信号以抑制可燃性气氛的升级。

34.根据权利要求33所述的方法，其中抑制装置由净化系统提供，方法包括将净化气体输送到压缩机以稀释其内的流体的步骤。

35.根据权利要求28至34的任何项所述的方法，其中对于第一时间期间激活点火器件以点燃室内的流体，且通过对于长于第一时间期间的第二时间期间激活点火器件来周期性地清洁点火器件。

36.根据权利要求35所述的方法，其中第一时间期间在1μs到10秒的范围内。

37.根据权利要求36所述的方法，其中第一时间期间在1ms到3ms的范围内。

38.根据权利要求35至37的任何项所述的方法，其中第二时间期间在5秒到10分钟的范围内。

39.根据权利要求38所述的方法，其中第二时间期间在30秒到2分钟的范围内。

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