CN1114040C - 隔膜泵及隔膜失效监测装置 - Google Patents

Abstract

一种隔膜失效监测系统，用于检测隔膜泵隔膜的泄漏。该系统包括泵(10)，该泵具有一个工作室(16)，内装工作液(30)；一个泵送室(14)，用以泵送材料进入和送出泵；和一个隔膜(18)，用以将工作室与泵送室隔离。一个第一光纤(52)与工作室相连接，用以传输一光学信号穿过工作液。一个第二光纤(60)与工作室相连接，用以接收由第一光纤传出的光学信号。一个电信号建立装置(56)，在光信号从第一光纤传出，穿过未被污染的工作液到达第二光纤时，建立第一电信号。此电信号建立装置，在光信号从第一光纤传出，穿过被污染了的工作液到达第二光纤时，建立第二电信号。当第二电信号被建立时，据此，污染材料穿过隔膜进入工作室的泄漏问题可被检测到。

Description

隔膜泵及隔膜失效监测装置

本申请要求于1996年6月28日提交的美国分案申请No 60/020,838的优先权。

发明的技术领域

本发明涉及一种隔膜泵，该隔膜泵用于泵送泥浆，特别涉及一种监测系统，该监测系统用于确定该泵的隔膜已开始失效。

发明的背景技术

泥浆泵常与燃气发生器配套使用，用以将煤、焦碳和/或碳的泥浆送入燃气发生器，以便转化为一氧化碳和氢。一种众所周知的隔膜泵具有一种柔性的隔膜，该隔膜通常是由橡胶或某种其它耐用的柔性材料制成。隔膜的挠曲变形或脉动是由油的增压和减压所引起，油压的增减是根据泥浆泵活塞或柱塞的运动。通常使用乙二醇基(glycol-based)油作为工作液，用以驱动隔膜。隔膜将油和泵的机构与泵送室或传送室隔离开，该泵送室是用作泥浆进出泵用的。

因此，当泥浆泵正常运转时，泥浆被吸入泵室并泵送出泵室之外，均不会碰到泵的驱动机构和工作液。泥浆泵的隔膜，由于泥浆在吸入和泵出泵送室运动过程中的研磨特性，会遭受磨损。最终，这种泥浆在隔膜上的磨损作用将使隔膜破裂，由于泥浆杂混到泵的机构和泵的工作液中而导致泵的失效。尽管期望由泥浆运动所导致的磨损使泵隔膜是逐渐变坏的，但隔膜的突然破裂会在无法预报的时候发生。

典型的泥浆泵常设有一观察点，通常由维修人员定期监测，以检测泵内油的可以看到的污染，这样可预测即将来临的泵隔膜破裂。然而，肉眼观察监测并不是检测泵隔膜即将破裂的可靠方法，这是由于在隔膜失效的早期阶段，隔膜的微小渗漏一般不是肉眼看得出的。

一旦泥浆泵由于隔膜破裂而不能使用，燃气发生器的运行必须关闭，而泥浆泵或是修理或是更换。燃气发生器运行的任何关闭都是累赘和昂贵的，这是由于燃气发生器关闭和启动运行，以及泥浆泵的修理与更换操作都是很费时和价格昂贵，并需要立即有技术熟练人员。

虽然可以根据统计数据粗略地预报隔膜什么时候会破裂，现在还没有一种已知的方法，在泵的机械发生严重损害之前，精确地预报隔膜早期阶段的破损。于是，常需要熟练的技术人员监测和维护泥浆泵的运行。

因此，需要提供一种可靠的方法和装置，用于对泥浆泵隔膜的早期阶段失效进行检测，以便在隔膜失效造成泵机械造成严重损坏之前关闭泥浆泵。

发明的内容

本发明的几个目的之一在于提供一种新颖的方法和装置，用于检测隔膜泵隔膜的任何恶化状况，这种恶化会导致隔膜的微小渗漏。本发明的另一目的在于提供一种新颖的方法和装置，用于在隔膜破裂造成泵送装置损坏之前，检测隔膜泵隔膜即将来临的破裂。本发明的另一目的在于提供一种方法和装置，用于检测隔膜泵隔膜即将来临的破裂而不用人员监测隔膜泵。本发明的另一目的在于提供一种新颖的方法和装置，该装置采用光学信号检测隔膜泵隔膜的恶化状况或即将来临的破裂。

根据本发明，提供了一种隔膜失效监测系统，用于自动检测隔膜泵隔膜的泄漏。这种隔膜泵设有一个泵送室，该泵送室设有一泥浆进口和一泥浆出口。隔膜泵还设有一工作室，其中装有工作液。隔膜将泵送室和工作室分开并将泥浆与工作液隔离。一个往复运动的活塞，经工作液作用于隔膜，使隔膜产生挠曲脉动，从而将泥浆吸入并泵送出泵送室。

监测系统与工作室配合使用，该工作室内装有隔膜泵的工作液。监测系统设有一第一光学纤维，安装在工作室，用以将光信号穿过工作液传送到装在对面的第二光学纤维。当光信号穿过未被污染的工作液时，监测系统产生一个第一电信号，而当光信号穿过已被污染的工作液时，则产生一个与第一电信号不同的电信号。这样，当一个与第一电信号不同的信号被监测系统检测出来，作为隔膜失效的第一征兆可以被检测出来。

在本发明的一个实施例中，此监测系统包括一个空心的光学传感器，紧密安装在泵的工作室以便容纳一部分工作液。第一和第二光纤均连接在光学传感器上，以便经光学传感器中的工作液传送和接收光信号。

本发明还提供一种检测隔膜泵的隔膜泄漏的方法，其中该泵具有一个装工作液的工作室。此方法包括将一光信号穿过工作液传送到一个信号接收器以转换成一电信号。该方法还包括：以穿过未被污染的工作液所接收到的光信号建立一个第一电信号起基准测量的作用，而以穿过已被污染的工作液所接收到的光信号建立一个不同于第一电信号的第二电信号。根据上述方法，当第二电信号建立时，由于隔膜失效而造成的污染即可被检测出来。

因此，本发明解决了隔膜泵隔膜的微小泄漏和即将来临的破裂的检测问题。本发明通过使用一种光学监测系统实现了上述目的，该监测系统依赖泵内工作液污染而引起的光吸收的变化，在泵装置产生严重损害之前，指出隔膜的恶化或即将来临的破裂。

附图说明

在附图中：

图1为结合本发明之一实施例的泥浆泵隔膜失效监测系统经简化的剖面示意图；

图2为光学传感器及其相关的电子元件的放大图；和

图3为光学传感器的透视图。

同样的标记在附图的各视图中表明同样的相应元件。

具体实施方式

参见附图的图1，泥浆泵总的用数字10表明。

泥浆泵10包括泵体12，泵体上有泵送室14；工作室16和柔性隔膜18，该隔膜将泵送室14和工作室16隔开。泵送室14经泵入口22接受泥浆20的进入流24，再经泵出口28输出泥浆20的输出流26，进入众所周知的部分氧化反应器(图中未示出)，例如像美国专利No.5,545,238所公开的那种型式。泥浆20可以是煤、焦碳和/或碳的泥浆。工作室16内装以有限的定量的工作液30，例如任何一种合适的油。

活塞32前后往复运动以激动工作室16中的工作液30作用于柔性隔膜18上，该隔膜推荐用合适的已知柔性的耐用材料例如橡胶制成。

光学传感器34安装在泵10上，位于工作室16处，该传感器有一个空心圆柱形传感器体38。传感器体38上的固定端40有带O形圈42的颈部41和夹紧法兰44。颈部41连同O形圈42装入泵体12的孔46中(参见图2)，该孔位于工作室16的壁上与颈部呈无漏损连接。夹紧法兰44以适当方式紧固在泵体上，例如用伸入法兰44的螺栓孔47(见图3)用螺栓(图中未画出)紧固。在这种安排下，工作腔16中的一部分工作液30会经过颈部41的开口49分布于光学传感器34的空心部48中。传感器体38的另一端50有一个大家知道的合适的观察塞51。

参见图1和图2，一个第一纤维光缆52具有大家知道的合适结构，其一端作为发射端53经众所周知的连接柱54，用无漏损连接方式与传感器体38的一侧相连接。发射端53于是与传感器体38的空心部空间相连通。该纤维光缆52的另一端55，在第一接头57处与光学放大器56相连接。光学放大器56是由Florida，Tampa的Tri-Tronics公司制造，产品品牌为Model No.SALG。

第二纤维光缆60类似于第一纤维光缆52，其一端作为接收端64，经连接柱61，用无漏损连接方式与传感器体38的相对一侧相连接。纤维光缆60的另一端62在第二接头63处与光学放大器56相连接。发射端53与接收端64的大致距离为3至5英寸。

光学放大器56是检测线路66的组成部分，该检测线路包括一众所周知的电源70，该电源为Astec公司所销售的品牌为ACB24N1.2；和一个隔离信号调节器80，该信号调节器是Action Instruments销售的Transpak Model 2703-2000。

光学放大器56，电源70和隔离信号调节器80通过导线110，112，114相互连通。检测线路66以众所周知的方式与众所周知的分布式控制系统120相连通，该控制系统为Honeywell公司销售的，品牌为ATM。

当泵10工作时，活塞32按预定速率前后往复运动。活塞32对工作液30往复作用，强迫隔膜18前后挠曲变形。沿图1中箭头A和B所示方向作用于泵送室14中的泥浆20上。隔膜18的挠曲变形将泥浆20经泵送室14以传统方式泵入燃气发生器(未示出)。在泵送过程进行中，由光放大器56经第一纤维光缆52生成一种以可见光的形式的光信号。光信号在发射端53发射，并穿过光学传感器34中的工作液30，到达第二纤维光缆60的接收端64。

光信号推荐为高亮度绿色光，该光信号由光放大器56产生并经过第一纤维光缆52，第二纤维光缆60传回光放大器56。光放大器56将光能转换成电压，例如转换成1至10伏的电压信号。电压信号可被光放大器56放大和/或补偿调节为模拟量输出。电压信号可根据光亮度而变化。例如，1伏的信号可代表光源无光照而10伏的信号可表示光源的光照。光放大器56可以用众所周知的方式设置为任何模拟值以表示正常的光照传输，例如设置成9伏。

如果在工作室16中的工作液30被泥浆20中某些部分所污染，该泥浆是从隔膜18上的一些针孔或经过任何隔膜上相对小的开口处泄漏的，工作液30的颜色将发生变化，一般结果是使工作液30变黑。当工作液30变黑，由发射端53至接收端64的光信号的强度降低。由光放大器56响应光信号的电压信号于是将降低，以表示工作液30因泥浆20进入工作室16的结果而变黑，表明这是由于隔膜18早期恶化或早期破裂阶段微小泄漏。模拟光学传感器34内工作液30状态的电信息被转换成一种希望的可测量参数例如毫安，并经隔离信号调节器80，送入分布式控制系统120。

这样，当隔膜18不泄漏时，工作液30将是清洁的，第二纤维光缆60接收到的光信号将比较强，这是由于未被污染的工作液30已知的透明度和由于清洁的工作液30对光信号的吸收最小。相应的电压信号将被光放大器56生成以表示未被污染的工作液的状况。

当隔膜18因针孔，裂纹或其它任何形式的早期破损而造成的泄漏情况发展导致隔膜18开始失效，工作液30的清洁度降低或被污染，这是由于一部分泥浆20已穿过隔膜18漏入了工作液30中。这种情况下，第二纤维光缆60从第一纤维光缆52接收到，并传向光放大器56的光信号为较弱的光信号。光信号之所以较弱是因为较暗的已被污染的工作液30，将吸收更多从第一纤维光缆52传出的光信号。由光放大器56所产生的电压信号将较弱以表明工作液30已被污染。

如上所述，可见工作液30的轻度污染即可被测出以指出导致隔膜泄漏的早期阶段的恶化现象，发出隔膜18即将破裂的信号。一旦将工作液30的污染在泵发生严重损坏之前检测出来，可采取修补性手段而不需完全关闭泥浆泵10和相配的燃气发生器。此外，可只更换隔膜18进行维修而不必大拆泥浆泵10的工作机构。因此，根据本发明早期检测出隔膜18的泄漏可显著节省费用和对燃气发生器运行系统的最小干扰。

尽管对本发明已通过一简单的推荐实施例给予了说明，可以预见的对发明的各种修改和替换都不脱离本发明的范围，这对本领域的普通技术人员是显而易见的。

Claims (10)

1.一种隔膜失效监测装置，用于检测隔膜泵的隔膜泄漏，该监测装置包括：

a)一个泵，该泵有一个工作室，该工作室内装有可传送光线的工作液；一个泵送室，其用于泵送材料进入和送出泵；和一个隔膜，其将工作室和泵送室分离；

b)第一光纤，其与所述工作室相连，以将一光学信号传输并穿过所述工作液；

c)第二光纤，其与所述工作室相连，与所述第一光纤留有间距地安装，且不与所述第一光纤在所述工作室处相连接，以接收穿过所述工作液从所述第一光纤传来的所述光学信号；

d)一电信号发生器，其与所述第二光纤相连，以产生第一电信号，该电信号对应于光衰减的最小光学信号值，此时，从所述第一光纤至所述第二光纤的光信号传输穿过未受污染的工作液；

e)所述电信号发生器产生一个与第一电信号不同的第二电信号，该第二电信号对应于比光衰减的最小光信号值较高的光衰减的光信号值，此时，从所述第一光纤至所述第二光纤的光信号传输穿过处于污染状态的工作液，因此，当所述第二电信号建立时，污染材料经过隔膜进入工作室中工作液内的泄漏可被检测到，这种污染材料是被泵送材料的一部分；

f)一个空心的光学传感器，其紧固在工作室上，以接受一部分工作液，其中，所述第一光纤和所述第二光纤位于所述光学传感器的两侧；

g)所述第一光纤具有一个发射端，以使所述光信号传输穿过所述工作液，所述第二光纤具有一个接收端，以接收所述被传输的光信号，所述电信号发生器包括一个光学放大器；和

h)一个隔离信号调节器，其与所述光学放大器相连接；一个分布式控制系统，其与所述隔离信号调节器相连接，其中，所述第一和第二电信号从所述光学放大器经过所述隔离信号调节器被送入所述分布式控制系统。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述隔膜包括橡胶。

3.如权利要求1所述的装置，还包括一个电源，该电源与所述光学放大器和所述隔离信号调节器连通。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述光信号包括一种高亮度绿色光。

5.如权利要求1所述的装置，其中，所述传感器的外壳具有两个端部，其中的一个端部是固定端，以在工作室处固定在隔膜泵上，所述固定端具有一朝向所述工作室的开口，这样，当隔膜泵工作时，传感器的外壳可以从工作室接收工作液。

6.如权利要求1所述的装置，其中，所述传感器的外壳具有与所述第一光纤相连的第一连接元件和与所述第二光纤相连的第二连接元件，所述第一和第二元件位于所述光学传感器的两侧。

7.如权利要求5所述的装置，其中，在所述传感器的外壳的另外一端设有一观察元件，以允许多个侧观察所述光学传感器的内部空心空间。

8.一种隔膜泵，其包括：

a)一个工作室，其内装工作液；一个泵送室，其使泵送材料进入和送出泵；和一个隔膜，其工作室和泵送室隔离；

b)一光学传感器，其包括一空心的传感器外壳，该外壳具有两个端部和围绕这两个端部的侧壁，从而使所述传感器外壳限定了一空心空间，其中一个端部是固定端，以在工作室处固定在隔膜泵上，所述固定端具有通向所述空心空间的开口，所述固定端包括把所述传感器壳体固定在所述工作室外侧的固定元件，这样，通向所述传感器外壳的空心空间的开口与所述隔膜泵的工作室相连通，从而，当所述隔膜泵工作时，传感器壳体可以从隔膜泵的工作室接收工作液，所述传感器外壳的另外一端远离所述隔膜泵；

c)第一光纤，其与所述传感器外壳相连接，以穿过所述传感器外壳的空心空间传送光信号；

d)第二光纤，其与所述传感器外壳相连接，与所述第一光纤相间隔地设置，在所述传感器外壳处不与所述第一光纤相连接，以从所述第一光纤接收所述光信号；

e)用于提供两个不同电信号的信号产生装置，第一电信号对应于光衰减的最小光信号值，这时，从所述第一光纤至所述第二光纤的光信号穿于处于未受污染状态所述传感器外壳的空心空间内的工作液；而第二电信号不同于第一电信号，对应于比光衰减的最小光信号值较大的光衰减的光信号值，这时，从所述第一光纤至所述第二光纤的光信号穿过处于受污染状态所述传感器外壳的空心空间内的工作液；因此，当所述第二信号建立时，污染材料即被泵送材料的一部分的泄漏穿过所述隔膜泵的隔膜进入所述工作室的工作液可以通过传感器外壳的所述一端部的开口流入所述光学传感器外壳的空心空间，并且，污染材料的所述泄漏问题可在所述传感器外壳内被检测到；

f)所述传感器的外壳具有与所述第一光纤相连的第一连接元件和与所述第二光纤相连的第二连接元件；

g)所述第一和第二连接元件位于所述光学传感器的两侧；所述第一光纤具有一个与所述第一连接元件相连的发射端和其另外一端，所述第二光纤具有一个与所述第二连接元件相连的接收端和其另外一端；所述提供第一和第二电信号的信号产生装置包括一个与第一和第二光纤的另外一端相连的光学放大器；

h)所述光信号包括一种高亮度绿色光；

i)一个隔离信号调节器，其与所述光学放大器相连接；一个分布式控制系统，其与所述隔离信号调节器相连接，其中，所述第一和第二电信号从所述光学放大器经过所述隔离信号调节器被送入所述分布式控制系统。

9.如权利要求8所述的装置，还包括一个电源，该电源与所述光学放大器和所述隔离信号调节器连通。

10.如权利要求8所述的装置，其中，在所述传感器的外壳的另外一端设有一观察元件，以允许从外侧观察所述光学传感器的内部空心空间。

Images