CN110546412A - 带传感器接头及使用该带传感器接头的监视系统 - Google Patents

带传感器接头及使用该带传感器接头的监视系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供能够可靠地在流体泄漏前检测接头松弛的带传感器接头。密封构造包括：接头构件，其形成流路；以及垫圈，其与所述接头构件相对，在与所述接头构件之间形成密封，所述接头构件的与垫圈相对的相对面包括：第一平面；环状的密封突起，其从所述第一平面突出；以及第二平面，其形成在与所述第一平面相比距所述垫圈的距离更远离的位置，在所述第二平面或所述垫圈的与第二平面相对的相对部中的至少某一方设有传感器。

Description

带传感器接头及使用该带传感器接头的监视系统
技术领域
本发明涉及使流体流路连接的接头等且能够检测接头等的松弛的带传感器接头等。
背景技术
近年来，面向低碳社会而用于供给作为汽车用等燃料电池的燃料的氢气的加氢站正在普及，在其所使用的配管设备中使用很多管接头等。在该配管设备中流动的氢气在-40℃、70MPa以上这样的超低温、超高压条件下使用，因此希望配管设备使用的接头具有也能够耐受这种流体的性能。
作为面向这样的加氢站使用的接头，考虑密封性能的可靠性，以往研究了面向半导体制造装置而应用的使用金属垫圈的接头。(专利文献1)
不限于上述接头，接头会由于流体的输送、振动等而随时间经过产生松弛，特别是在加氢站中成为严重问题。
针对接头松弛的问题，通常定期使用扭矩扳手等进行加固拧紧以进行维护，但这需要人手且对于未产生松弛的接头也全部需要检查而需要大量时间。
若仅对产生松弛的接头进行加固拧紧，则需要恰当掌握有无松弛，例如考虑在接头设置用于检测有无松弛的传感器。
作为设有传感器的接头，已有专利文献2公开的构造，在所谓双压缩环接头(twocompression ring joint)类型的接头中，在带螺纹主体及带螺纹螺母、前部套管、后部套管及带螺纹主体的颈部分设有传感器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3517719号公报
专利文献2:日本专利第6006446号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对使用金属垫圈的接头等设有用于检测松弛的传感器的带传感器接头等。
第1发明是一种密封构造，其包括：接头构件，其形成流路；以及垫圈，其与所述接头构件相对，在与所述接头构件之间形成密封，所述接头构件的与垫圈相对的相对面包括：第一平面；环状的密封突起，其从所述第一平面突出；以及第二平面，其形成在与所述第一平面相比距所述垫圈的距离更远离的位置，在所述第二平面或所述垫圈的与第二平面相对的相对部中的至少某一方设有传感器。
在该第1发明的密封构造中，在第二平面或所述垫圈的与第二平面相对的相对部中的至少某一方设有传感器，因此例如在接头等开始松弛时，所具备的传感器能够感测面压等降低。与流体的密封性相关的密封部是第一平面和环状的密封突起部，因此在传感器检测到面压等下降的阶段，接头的密封性处于良好状态。
因此，若在所设置的传感器检测到某个固定值以下的面压等的情况下发出警报，则在使用数量众多的接头的加氢站等中，仅对发出警报的接头进行加固拧紧等维护即可，不需要像以往那样定期地对全部接头进行检查维护，因此能够大幅度缩减维护时间。
第2发明在第1发明所述的密封构造的基础上，特征在于，所述传感器是应变传感器或压力传感器。
作为密封构造松弛的原因，在使接头构件与垫圈紧固的紧固机构为螺纹的情况下，是螺纹向松弛方向的微小旋转或温度变化引起的材料收缩，若螺纹松弛则引起螺纹紧固时产生的应变或接头构件等的面压下降，能够通过由传感器检测该应变或面压的下降等，可靠地检测接头松弛。
第3发明在第1发明或第2发明所述的密封构造的基础上，特征在于，所述第一平面与所述环状的密封突起相比位于内侧，所述第二平面与所述环状的密封突起相比位于外侧。
所述第一平面与所述环状的密封突起相比位于内侧，所述第二平面与所述环状的密封突起相比位于外侧，所述第二平面或所述垫圈的与第二平面相对的相对部中的至少某一方设有传感器，因此在该传感器检测到松弛等的阶段，由所述第一平面部分及所述环状的密封突起部分形成的密封部维持良好状态。
第4发明是一种接头，其包括：一对接头构件，其形成流路；环状的垫圈，其夹设在所述一对接头构件之间；以及紧固机构，其连结所述一对接头构件，在所述接头中，所述接头构件的与所述垫圈相对的相对面包括：第一平面；环状的密封突起，其从所述第一平面突出；以及第二平面，其形成在与所述第一平面相比距所述垫圈的距离更远离的位置，在所述第二平面及所述垫圈的与所述第二平面相对的相对位置中的至少某一方设有传感器。
第5发明在第4发明所述的接头的基础上，特征在于，所述传感器是应变传感器或压力传感器。
第6发明在第4发明或第5发明所述的接头的基础上，其特征在于，所述第一平面与所述环状的密封突起相比位于内侧，所述第二平面与所述环状的密封突起相比位于外侧。
第7发明是一种封闭塞，其包括：接头构件，其形成流路；以及圆板状的封闭板，其与所述接头构件相对；以及紧固机构，其连结所述接头构件和所述封闭板，在所述封闭塞中，所述接头构件的与所述封闭板相对的相对面包括：第一平面；环状的密封突起，其从所述第一平面突出；以及第二平面，其形成在与所述第一平面相比距所述圆板状的封闭板的距离更远离的位置，在所述第二平面及所述垫圈的与所述第二平面相对的相对位置中的至少某一方设有传感器。
第8发明在权利要求7所述的封闭塞的基础上，所述传感器是应变传感器或压力传感器。
第9发明在权利要求7或8所述的封闭塞的基础上，所述第一平面与所述环状的密封突起相比位于内侧，所述第二平面与所述环状的密封突起相比位于外侧。
第10发明是一种监视系统，其监视具有第4发明至第6发明的接头的流体供给设备的所述接头的松弛，所述监视系统的特征在于，包括：通信部，其接收来自所述传感器的信号；以及判定部，其将从所述传感器接收到的信号与规定值对比，判定接头的紧固状态是否合格。
根据第10发明，将由安装在第4发明至第6发明所述的接头上的传感器检测的信号以与接头建立了关联的电路或远离接头的外部电路通过有线或无线方式接收，从而能够对加氢站等大量使用的接头的松弛进行集中管理。
根据本第10发明，将以特定的识别编号识别出的带传感器接头所具备的传感器检测到的面压或应变的值，以带有传感器的识别编号的信号形式，通过有线或无线方式向服务器等发送，因此在服务器等内对该信号进行处理，从而能够自动向监视者发送流体供给设备等的哪个接头的面压或应变是怎样的值以及当前是否需要维护。通过该自动化，能够大幅度削减此前定期对全部接头进行检查的麻烦，且能够在发生流体泄漏前可靠地进行加固拧紧等维护。
第11发明在第10发明所述的监视系统的基础上，其特征在于，在紧固状态不合格的情况下进行警告。
由于监视系统自动发出警告，因此不需要监视者始终进行监视器等的监视。
第12发明是一种流体供给装置，其为具有第11发明的监视系统的流体供给装置，所述流体供给装置的特征在于，在进行警告的同时，使在包含所述接头的流路中设置的阀封闭或开放。
根据第12发明，在流体供给装置所具有的接头中的特定的接头松弛的情况下，在进行了警告时，即使监视者因夜间等不在场，也能够通过进行在流路设置的阀的封闭或开放而自动防止流体从流体供给装置泄漏。
发明的效果
根据本发明的带传感器接头等，能够针对数量众多的接头在流体泄漏前可靠地检测接头的松弛，能够容易地进行节省工时的维护。
附图说明
图1是示出本发明的带传感器接头的第1实施例的整体构成的纵剖视图。
图2是示出第1实施例的要部紧固前的形状的放大纵剖视图。
图3是示出第1实施例的要部紧固后的形状的放大纵剖视图。
图4是示出对第1实施例的带传感器接头进行了紧固时的螺母的旋转角度与紧固扭矩的关系的曲线图。
图5是示出本发明的带传感器接头的第2实施例的整体构成的纵剖视图。
图6是示出第2实施例的要部紧固前的形状的放大纵剖视图。
图7是示出本发明的带传感器接头的第3实施例的整体构成的纵剖视图。
图8是对具有带传感器接头的流体供给设备的接头的松弛进行监视的系统图。
图9是示出监视系统的步骤的图。
具体实施方式
以下参照附图，例示地详细说明本发明的优选实施例。但是，本实施例中记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等及各种制造条件只要没有特别明确的记载均只不过是说明例，而并非旨在将本发明的范围限定于此。
在图1到图3中，示出作为本发明的带传感器接头的第1实施例的管接头类型。需要说明的是，图1及图2示出带传感器接头紧固前的状态，图3示出紧固后的形状。
如图1所示，带传感器接头包括第1管状接头构件1及第2管状接头构件2、夹设在第1管状接头构件1的右端面与第2管状接头构件2的左端面之间的环状垫圈3和保持环状垫圈3并保持于第1管状接头构件1的保持器5，通过从第2接头构件2侧与第1接头构件1螺纹嵌合的螺母4，第2接头构件2固定在第1接头构件1上。在各接头构件1、2的对接端面的径向的大致中央部，分别形成有环状的密封突起7、8，在其外周部分别形成有环状的过紧固防止用突起9、10。
垫圈3的两个端面为与轴向正交的平坦面。在垫圈3的外周面设有由向外凸缘构成的防脱部3b。
两个接头构件1、2及垫圈3为SUS316L制。两个接头构件1、2的内径与垫圈3的内径相等。作为两个接头构件1、2及垫圈3的材质，能够适当采用除了SUS316L以外的不锈钢或其他金属。
在螺母4的右端部形成有向内凸缘11，该凸缘11的一部分嵌入在第2接头构件2的周围。在螺母4的左端部的内周形成有内螺纹12，其与在第1接头构件1的右侧形成的外螺纹14螺纹嵌合。在第2接头构件2的左端部外周形成有向外凸缘13，在其与螺母4的向内凸缘11之间夹设共转防止用的推力球轴承6。
在本实施例中，传感器S在第1管状接头构件1的右端面埋入1个，在环状垫圈3的右端面埋入1个。
设置传感器的方法包括在安装传感器的接头构件或垫圈设置凹部并在将传感器设置该凹部中且使用粘接剂等埋入的方法、将传感器压入嵌合在凹部中的方法、钎焊方法、粉末冶金烧结方法等多种方法，但不限定于以上方法。
在将来自传感器的信号以有线方式向带传感器接头的外部取出的情况下，附图中虽未图示，但在接头构件或垫圈开设有使信号线穿过的贯通孔。
图2详细示出本发明的管接头的第1实施例的要部，各密封突起7、8的截面为圆弧状，在各对接端面上的密封突起7、8的内外两侧形成有内侧平坦面15、16及外侧平坦面17、18。内侧平坦面15、16与外侧平坦面17、18相比向左右方向垫圈3侧突出。
图2中的内侧平坦面15、16与所述第一平面相当，外侧平坦面17、18与所述第二平面相当。
各过紧固防止用环状突起9、10与密封突起7、8相比向左右方向垫圈3侧突出，在欲相比于恰当的紧固进一步紧固时，将保持器5从其两面按压。各过紧固防止用环状突起9、10保护组装前的各接头构件1、2的密封突起7、8，由此防止对密封性具有重大影响的密封突起7、8损伤。
图2是将手动进行了螺母4紧固的状态放大示出的图，如该图所示，若螺母4被紧固，则密封突起7、8的最突出端首先与垫圈3的端面抵接，但此时，在各接头构件1、2的内侧平坦面15、16与垫圈3的左右端面之间分别存在第1间隙G1，在各接头构件1、2的外侧平坦面17、18与垫圈3的左右端面之间分别存在比第1间隙G1大的第2间隙G2。另外，在过紧固防止用环状突起9、10与保持器5之间存在更大的第3间隙G3。即G1＜G2＜G3。若从手动进行了紧固的状态通过扳手等进一步对螺母4进行紧固，则垫圈3变形，首先第1间隙G1变为0。此时，第2间隙G2不是0。并且，在恰当的紧固时，如图3所示，第2间隙G2也变为0，内侧平坦面15、16与垫圈3的左右端面的内缘部紧密接触，各接头构件1、2的内周1a、2a与垫圈3的内周3a成为大致齐平面。即，不存在成为液体积存部的凹部。需要说明的是，过紧固防止用环状突起9、10与保持器5之间的第3间隙G3在此时仍未变为0。然后，若由此进一步紧固，则过紧固防止用环状突起9、10与保持器5之间的第3间隙G3变为0，针对紧固的阻力变得非常大，防止过紧固。
在上述第1实施例中，各接头构件1、2的密封突起7、8使密封突起7、8的基端部的外周面沿轴向延伸。各密封突起7、8的截面的轮廓形状包括从各接头构件1、2的对接端面向径向外侧延伸的圆弧部7b、8b，和从该端面沿周向延伸且与圆弧部7b、8b的顶端相连的直线部7a、8a。
图4是关于第1实施例，以螺母4的旋转角度为纵轴，以紧固扭矩为横轴而研究两者关系的图。第1实施例的带传感器接头将手动进行了紧固时的各过紧固防止用环状突起9、10与保持器5的距离设为0.15mm。因此，外侧平坦面17、18与垫圈3抵接时的过紧固防止突起9、10与保持器5的距离理论上为0.03mm。并且，在以手动进行了紧固的状态为基准使螺母旋转了约85°时，过紧固防止突起9、10与保持器5接触，由此，曲线图的倾斜更加接近水平。因此，使螺母4旋转了约85°时的紧固扭矩的手感非常强，由此能够在进行紧固作业时感知紧固结束。
具体参照图4的曲线图可见，标绘了螺母旋转角度和紧固扭矩的曲线图被分为三个区域：在旋转角度为0°到θ1°范围且紧固扭矩为0到T1范围的区域即A区间、旋转角度为θ1°到θ2°且紧固扭矩为T1到T2范围的区域即B区间及旋转角度为θ2°到θ3°且紧固扭矩为T2到T3范围的区域即C区间。
A区间为螺母的旋转角度的原点到θ1°的区间，其中，该原点设为手动拧紧螺母4而密封突起7、8的最突出端首先与垫圈3的端面抵接的状态，螺母的旋转角度θ1°为，若通过扳手等进一步对螺母4进行紧固，则垫圈3变形而第1间隙G1首先变为0的螺母的旋转角度。
若从螺母的旋转角度θ1°进一步紧固，则第2间隙G2也变为0，此时的螺母的旋转角度为θ2°。该螺母的旋转角度θ1°～θ2°的区间为B区间。
若从螺母的旋转角度θ2°进一步紧固，则过紧固防止用环状突起9、10与保持器5之间的第3间隙G3变为0，针对紧固的阻力非常大。将此时的螺母的旋转角度设为θ3°，则螺母的旋转角度θ2°～θ3°的区间为C区间。
可见，随着从A区间到B区间、进而从B区间到C区间旋转螺母，连接图4的标绘点的直线的倾斜变小。这表明，随着从A区间进入B区间、进而从B区间进入C区间，以很小的旋转角度产生更大的紧固扭矩。
作为接头松弛的原因，在实施例1中是由于螺母的松弛或材料收缩，扭矩在图4的曲线图中从右向左演变，最终发生流体泄漏。
实施例1中设置的传感器位于作为第二平面的外侧平坦面17、18和/或垫圈3的径向上的与外侧平坦面17、18相对的相对位置，因此成为C区间的螺母旋转角度与紧固扭矩的关系，即使是微小的松弛角度紧固扭矩也大幅度下降，传感器检测的面压或应变也能够高灵敏度地进行检测。因此，若预先在径向上在第2间隙G2的位置设置传感器，则能够在松弛的初始阶段高灵敏度地进行松弛检测。
图5示出并非在实施例1这样的管状接头而是在块接头上设有传感器的实施例2。如该图所示，块接头1包括具有相互连通的流体通路31a、32a的第1及第2块状接头构件31、32、作为使接头构件31、32彼此结合的紧固机构的螺栓33、垫圈3、保持器(未图示)和传感器S。
在实施例2中也与实施例1同样地，如将图5的要部放大的图6所示，将对螺栓33手动进行了紧固的状态放大示出，如该图所示，若继续对螺栓33进行紧固，则密封突起7、8的最突出端首先与垫圈3的端面抵接。此时，在各块状接头构件31、32的内侧平坦面(无附图标记)与垫圈3的上下端面之间分别存在第1间隙G1，在各块状接头构件31、32的外侧平坦面(无附图标记)与垫圈3的上下端面之间分别存在比第1间隙G1大的第2间隙G2。另外，在块状接头构件31与32之间存在比两倍第2间隙G2大的间隙。若从手动进行了紧固的状态通过扳手等进一步对螺栓33进行紧固，则垫圈3变形，首先第1间隙G1变为0。此时第2间隙G2不是0。并且，在恰当的紧固时，虽未图示，但第2间隙G2也变为0，内侧平坦面(无附图标记)与垫圈3的上下端面的内缘部紧密接触，各块状接头构件31、32的内周与垫圈3的内周成为大致齐平面。即，成为液体积存部的凹部消失。需要说明的是，块状接头构件31与32之间的间隙此时仍没有变为0。并且，若由此进一步紧固，则该间隙变为0，针对紧固的阻力变得非常大，防止过紧固。
图7示出取代图1所示的第2管状接头构件2，而更换为封闭塞主体20、封闭板21和脱落防止构件22的封闭塞的整体构成。密封构造与图1所示的接头相同而省略说明。
在该封闭塞中，在封闭板21及封闭塞主体20的作用下，流路在该部分被封堵，但由于流体流通至第1管状接头构件1，因此即使是上述构造的封闭塞，第1管状接头构件1也仍然为形成流路的接头构件。
图8示出包含对具有带传感器接头的流体供给设备的带传感器接头的松弛进行监视的服务器等的监视系统。
检测到的信号以信息形式，通过有线或无线方式从带传感器接头的传感器向服务器的通信部发送。预先在服务器的输入部输入发生流体泄漏时的信号的大小乘以安全系数得到的信号的大小的值，该信息被保持在存储部中。由判定部对从传感器接收的信号的大小的值与在存储部中存储的值进行对比，在从传感器接收的信号的大小的值小于在存储部中存储的值的情况下，判定为面压等减小而开始松弛，因此能够将来自判定部的包含警告的信息向显示部发送，并监视具有带传感器接头的流体供给设备的带传感器接头的松弛。
来自判定部的信息与各带传感器接头的识别编号建立关联，因此能够自动获得哪个接头需要维护的信息。
在图8所示的系统中，服务器的通信部还包括用于发送来自判定部的包含警告的信息的信号发送电路，因此能够将其信息使用互联网络向外部终端发送。由此，即使在流体供给设备所在的现场或非放置服务器的房间的外部，也能够始终进行流体供给设备的监视。
来自判定部的信息中的警告信息，具体来说是针对服务器具有的显示部或外部终端的显示部的报警画面显示信息、针对服务器所具有的扬声器或外部终端的扬声器的声音警告信息、以及针对监视室所具有的监视器画面的警告显示信息、向整个工厂发出的扬声器等的警告声音信息等多种警告信息。
图9是示出从监视系统的监视开始到监视结束或警告发送的流程的图，图9的(A)示出监视者向监视系统发出命令信号时的流程(S10～S17)，图9的(B)示出以程序进行的监视的流程(S20～S25)。
附图标记说明
1：第1管状接头构件
2：第2管状接头构件
3：垫圈
3b：防脱部
4：螺母
5：保持器
6：球轴承
7、8：密封突起
7a、8a：直线部
7b、8b：圆弧部
9、10：过紧固防止用突起
11：凸缘
12：内螺纹
S：传感器
15、16：内侧平坦面(第一平面)
17、18：外侧平坦面(第二平面)
G1：第1间隙
G2：第2间隙
G3：第3间隙
21：封闭板
31、32：块状接头构件
31a、32a：流体通路
33：螺栓

Claims (12)

1.一种密封构造，其特征在于，包括：
接头构件，其形成流路；以及
垫圈，其与所述接头构件相对，在与所述接头构件之间形成密封，
所述接头构件的与垫圈相对的相对面包括：第一平面；环状的密封突起，其从所述第一平面突出；以及第二平面，其形成在与所述第一平面相比距所述垫圈的距离更远离的位置，
在所述第二平面或所述垫圈的与第二平面相对的相对部中的至少某一方设有传感器。
2.根据权利要求1所述的密封构造，其特征在于，
所述传感器是应变传感器或压力传感器。
3.根据权利要求1或2所述的密封构造，其特征在于，
所述第一平面与所述环状的密封突起相比位于内侧，所述第二平面与所述环状的密封突起相比位于外侧。
4.一种接头，其包括：
一对接头构件，其形成流路；
环状的垫圈，其夹设在所述一对接头构件之间；以及
紧固机构，其连结所述一对接头构件，
所述接头的特征在于，
所述接头构件的与所述垫圈相对的相对面包括：第一平面；环状的密封突起，其从所述第一平面突出；以及第二平面，其形成在与所述第一平面相比距所述垫圈的距离更远离距离的位置，
在所述第二平面及所述垫圈的与所述第二平面相对的相对位置中的至少某一方设有传感器。
5.根据权利要求4所述的接头，其特征在于，
所述传感器是应变传感器或压力传感器。
6.根据权利要求4或5所述的接头，其特征在于，
所述第一平面与所述环状的密封突起相比位于内侧，所述第二平面与所述环状的密封突起相比位于外侧。
7.一种封闭塞，其包括：
接头构件，其形成流路；
圆板状的封闭板，其与所述接头构件相对；以及
紧固机构，其连结所述接头构件和所述封闭板，
所述封闭塞的特征在于，
所述接头构件的与所述封闭板相对的相对面包括：第一平面；环状的密封突起，其从所述第一平面突出；以及第二平面，其形成在与所述第一平面相比距所述圆盘状的封闭板的距离更远离的位置，
在所述第二平面及所述垫圈的与所述第二平面相对的相对位置中的至少某一方设有传感器。
8.根据权利要求7所述的封闭塞，其特征在于，
所述传感器是应变传感器或压力传感器。
9.根据权利要求7或8所述的封闭塞，其特征在于，
所述第一平面与所述环状的密封突起相比位于内侧，所述第二平面与所述环状的密封突起相比位于外侧。
10.一种监视系统，其对具有权利要求4至6的接头的流体供给设备的所述接头的松弛进行监视，所述监视系统的特征在于，包括：
通信部，其接收来自所述传感器的信号；以及
判定部，其将从所述传感器接收到的信号与规定值对比，判定接头的紧固状态是否合格。
11.根据权利要求10所述的监视系统，其特征在于，
在紧固状态不合格的情况下进行警告。
12.一种流体供给装置，其具有权利要求11的监视系统，
所述流体供给装置的特征在于，
在进行警告的同时，使在包含所述接头的流路中设置的阀封闭或开放。
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