CN1702361A - 具有在线检测功能的安全阀及其检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有在线检测功能的安全阀，包括上阀体、下阀体、阀座、阀瓣组件，上阀体与下阀体为可拆卸的固定连接结构，阀座及阀瓣组件位于上阀体与下阀体形成的空间内，所述阀瓣组件包括密封瓣、阀杆、弹簧、上压紧环、下压紧环；本安全阀内部还包括有传感器，所述传感器位于阀瓣组件上。本发明将适应于安全阀内部构形及其运动和变形特点的传感元件设计布置在内部构件上，与安全阀成为一体，或者直接成为安全阀的一个提供检测对象状态变化参数的内部检测元件，或者将安全阀的工作构件同时变成监测元件，真正实现了安全阀的在线检测与故障诊断，精度高，操作方便，可明显提高各种压力设备使用的安全性，降低检测监控的难度及成本，市场前景较好。

Description

具有在线检测功能的安全阀及其检测系统

                              技术领域

本发明涉及一种安全设备，特别涉及一种具有在线检测功能的安全阀及其检测系统。

                              背景技术

安全阀是压力容器、锅炉及管道安全装置中应用最广的安全器件。当压力容器中介质压力由于某种原因而升高超过规定值时，安全阀内部构件阀瓣上受到压力介质的作用力大于阀门内弹簧或其他构件产生的作用力，阀门自动开启，从而可以排放压力介质，以防止压力容器、锅炉或管道内压力进一步升高；当压力容器中介质压力由于安全阀的排放而降低到一定值时，安全阀内弹簧或其他构件产生的作用力大于压力介质的作用力时，安全阀又自动关闭，阻止介质继续排放。安装在设备上的安全阀需要定期检测以保证其正常工作，现有的一般形式的安全阀在检测时需要从设备上拆下，然后在离开生产线的试验台上进行检测，不仅操作麻烦，过程烦杂，而且需要停止相关设备的运行，从而影响正常生产，对于需要连续稳定运行的装置设备，这种检测方式更加难于使用。为了克服这一问题，需要发展安全阀的在线检测技术，现有的一种在线检测技术是安全阀在工作状态下，使用外部安装的液压驱动附加装置，对阀杆提供附加提升外力，使安全阀在内压和附加力的作用下达到人为泄漏的开启状态，通过计算附加力和内压及密封面积来计算安全阀的开启压力，从而判断弹簧的压紧力是否满足要求；这种技术人为操作因素对检测结果影响很大，由于液压系统需要人工操作，而安全阀开启时间很短，外加提举力难以精确控制，操作中往往出现开启过量的现象，影响检测的精度，另外在实际操作中，安全阀刚达到开启的状态往往很难准确确定，操作时经常使用的方法是通过肉眼观察阀杆的上升，或听介质的排泄声来确定安全阀是否开启，这样会产生较大的检测误差。与前述技术相近似的是专利申请号为02144602.4的中国发明专利公开的一种“具有在线检测功能的安全阀”，这种安全阀与前述技术不同的是在阀瓣与阀杆之间设置了液压密封结构，形成带有双边密封的微型液压缸，在检测时直接将加压介质通入此微型液压缸中使安全阀达到人为泄漏的开启状态，从而检测安全阀的开启压力；这种安全阀虽然在结构上相对于一般的安全阀作了一定的改进，仍然需要外加液压加载机构，同样需要人工判断安全阀的开启度，因而其检测误差亦较大。专利申请号为99805355.4的中国发明专利公开了一种“减压安全阀监控装置”，这种监控装置包括邻近安全阀设置的传感器输入模块及与之连接的位置传感器、压力传感器、泄漏传感器，所述位置传感器安装在减压安全阀阀杆上部，用于测量阀瓣相对于阀座的位置；所述压力传感器安装在安全阀的入口和出口，用于测量安全阀的入口与出口处的压力；所述泄漏传感器接近安全阀并靠近喷嘴设置，检测喷嘴和关闭部件之间的流体泄漏，这种监控装置对安全阀的结构作了改动，可以实现一定的在线检测功能，但亦存在缺点及不足：(1)由于实际安全阀顶部是可拆卸的(一般是法兰螺栓结构或者是螺纹结构)，因此对于不同大小的安全阀，在阀杆闭合状态下，位移传感器势必有初始位移，才能保证检测，这样会造成各个安全阀安装拆卸过程繁琐、检测的初始位移参量不一致；此外，设置位移传感器的目的是检测阀瓣与阀座出现脱离(分离)，但是通常在常温下安装的位移传感器，在操作中，没有出现阀瓣与阀座相对位移的情况下，由于操作温度升高或降低，阀杆也出现冷热变形(伸缩)，在高温或低温下会出现的这种并不反映阀瓣分离的变形容易造成判断失误；另外，变阻器式的位移传感器在长期使用后，因为触头摩擦、磨损的原因，会导致接触不良、或线圈短路，导致检测误差加大。(2)检测安全阀流体入口和出口压力的压力传感器目的是计算泄漏量，由于该专利并没有同时检测温度，因此，流体在微量泄漏状态下的热物理性质参数无法得知，计算的泄漏量不可能符合实际，因为安全阀的工作流体通常是可压缩气体或者易挥发闪蒸的饱和液体，它们的物理性质参数与流体泄漏状态下局部的温度和压力有关，而与容器主体区温度下的物理性质参数不同，只有同时测取温度，才能够从流体物理性质数据库中准确查出计算流量的物理性质参数。(3)泄漏传感器利用阀口流体泄漏时出现的噪声来检测和判断泄漏，这种检测方式的主要问题是周围环境出现的随机性尖锐噪声与流体通过阀口产生泄漏的噪声完全属于同种性质，同时可能声压级还高很多，因此，在这里检测到的噪声很可能是别的地方出现的，由于声源众多，微小泄漏产生的噪声难以准确检测，所以这种利用泄漏产生噪音的检测方式在生产现场很难满意地实施。此外，这种安全阀监控技术功能仍不完善，尤其是不能反应安全阀的某些重要信息如：开启压力的变化、弹簧性能(例如压紧力，密封比压)的变化等。

                              发明内容

本发明的目的在于克服现有安全阀检测技术存在的缺点，提供一种结构简单、合理，检测误差小，精度高，工作安全可靠的可实现在线检测功能的安全阀。

本发明的另一目的在于提供一种对上述具有在线检测功能的安全阀进行监控的检测系统。

本发明的目的通过下述技术方案实现：本具有在线检测功能的安全阀包括上阀体、下阀体、阀座、阀瓣组件，上阀体与下阀体为可拆卸的固定连接结构，阀座及阀瓣组件位于上阀体与下阀体形成的空间内，所述阀瓣组件包括密封瓣、阀杆、弹簧、上压紧环、下压紧环；其特征在于：本安全阀还包括有传感器，所述传感器设置于阀瓣组件上并通过连接线连接至安全阀外。

所述阀瓣组件的密封瓣与安装设备相连接的一端设置有凹孔，凹孔的开口处设置有承压膜片，传感器设置于凹孔中或者承压膜片上，并通过设置于凹孔壁的信号线连接至安全阀外。

所述凹孔可为各种不同的形状，如轴对称形状(半球形、圆台形、圆锥形、阶梯圆柱形、阶梯圆台形、圆台与圆柱组合形等)或非轴对称形状(方形、椭圆柱形等)。

所述传感器设置于凹孔的具体形式为：传感器位于凹孔顶部、凹孔壁面或凹孔空间中；所述传感器设置于承压膜片上的具体形式为：传感器位于承压膜片的一侧或两侧；所述凹孔壁上开有通孔连通至密封瓣外侧，与传感器相连接的导线通过通孔连接至密封瓣外，并进一步连接至安全阀外；所述承压膜片与密封瓣的连接方式为焊接、可拆卸连接或者采用快装式并带有密封结构的连接方式连接。

所述设置于凹孔内的传感器包括电阻式传感器、压电式传感器、热电偶传感器、光电传感器、霍尔传感器、电感传感器、电容传感器、光导纤维传感器；不同类型的传感器可以根据需要安装入凹孔内进行压力、温度、变形、位移等参数的测量。由于凹孔内的空间较小，前述各种形式的传感器都需要参考现有的尺寸较大的传感器缩小比例或尺寸设计制成，其结构及作用原理与现有的传感器相近似。

为了监控弹簧的各种变量，可在弹簧、阀杆、阀瓣外套、上压紧环、下压紧环或上、下压紧环之间设置传感器进行检测；所述上压紧环或下压紧环上可安装位移传感器，检测弹簧在预紧、正常工作以及超压开启过程中或当弹簧出现故障，如产生裂纹、由于介质腐蚀产生承载截面减小等情况下的弹簧力的变化；所述位移传感器可为电磁式、应变式或光电式位移传感器等。特别地，可在上压紧环与压紧螺母之间安装测力环，在测力环上设置变形或力传感器(如应变式传感器)，用于检测预紧状态下施加的预紧力是否满足要求，同时还可以监测运行中的弹簧力变化的情况，例如当弹簧受到腐蚀介质的作用产生截面减薄或者出现局部微裂纹时，弹簧力可能出现变化；或者在下压紧环与阀杆支撑凸台间安装力传感器(如压电式传感器)，用于测量弹簧力大小的变化。

所述弹簧外侧设置有应变式传感器用于检测弹簧力传递能力；为了防止应变式传感器受外界影响，可刷上涂层将传感器保护起来。

为了监测弹簧力的变化，亦可在所述阀杆中部对称位置上用去除材料的方式加工对称的竖向条形槽或环向凹槽，以减小阀杆刚度，增大阀杆的变形量，在竖向条形槽内或环向凹槽内设置传感器(如位移传感器)；为了防止位移传感器受外界影响，可以刷上涂层将对传感器实施保护。

为了检测安全阀在不同开启状态的泄漏量，可以设置泄口内外压差传感器以及温度传感器，两者配合可计算出泄漏量的大小；具体结构可为：微压差计传感器的两个测口分别设置于安全阀流道内部和阀口外部，传感器主体部分可以设置于安全阀外部；温度传感器可以采用热电偶，放置在安全阀的流道内部或者布置于膜片上。

为了监测密封瓣的开启高度，可以在密封瓣与阀瓣外套之间设置传感器，如光电传感器、电磁传感器、光导纤维传感器等；通过这些传感器可以有效地精确监测密封瓣与阀瓣外套的相对位移，从而实现阀瓣开启高度的检测。

所述安全阀可为全启式安全阀或微启式安全阀或其他弹簧加载型安全阀。

一种对上述具有在线检测功能的安全阀进行监控的检测系统，包括设置于阀瓣组件上的传感器、数据采集处理组件，数据采集处理组件与所述传感器相连接。

所述数据采集处理组件由信号输入模块、信号变换模块、A/D转换模块、信号处理模块等连接组成；其中，信号输入模块主要实现非电量信号的提取；信号变换模块实现信号放大、过滤、调制等功能；A/D转换模块主要实现信号的数字化转换；信号处理模块完成对信号的进一步处理，主要是指利用带微处理器的单片机、掌上电脑、微型计算机、大型计算机或者其他数据处理设备，通过计算机语言编程技术，对获得的信号进行波形、时域、频域等分析，或者将信号处理得到的数据实时显示、记录、存储，以便得到关于安全阀运行状态的各种信息。

利用数据采集处理组件、相应的接口以及创建相应的监测控制软件、数据分析处理软件，本发明可以实现网络化的远程监测与无线监控。

本发明相对现有技术具有如下的优点及效果：(1)本发明将适应于安全阀内部构形及其运动和变形特点的传感元件设计布置在内部构件上，与安全阀成为一体，或者直接成为安全阀的一个提供检测对象状态变化参数的内部检测元件，或者将安全阀的工作构件同时变成监测元件，真正实现了安全阀的在线检测与故障诊断，精度高，操作方便。(2)由于安全阀运行中的状态参数可以随时得到，因此分布在装置中或者工厂内的安全阀群可以实现集中监测与统一管理，也可以根据特定的安全阀进行特殊的跟踪管理，实现针对具体问题的特殊分析与具体处理，对特别重要的安全阀可以实现特殊的监控，对于正常运行的安全阀可以延长维护周期，对长期正常工作的安全阀降低监护级别等，都有充分的现实依据；因此，可以充分合理地实现生产系统中的安全阀群的可靠运行与科学管理。(3)由于安全阀本身集成了监测功能元件，因此，安全阀的性能变化，可以结合安全阀运行数据库的历史与现实数据以及故障特征辨识数据库的参数进行准确的判断，实现安全阀安全工作阈限的设置以及超限报警、预警系统建立，从而实现有针对性的检验和维护，可以节省以往安全阀维护中的大量花费，避免人工操作可能发生的危险，因而更加安全可靠；同时，由于检测元件与安全阀自成一体，因此可以充分掌握安全阀的工作性能参数的变化情况，可以有目的地针对检测元件反应出来的安全阀工作参数的变化，确定具体的安全阀是否需要检验、修理或更换，判断准确性更高。(4)本发明可以实现的功能多样，使用者可以单独检测弹簧的工作状态或者可能出现的故障；也可以单独检测工作过程中弹簧是否具备足够的初始密封力和工作密封力或者弹簧在各个状态下的压缩量(位移)；也可以单独检测安全阀阀瓣泄口的各种参数，如泄漏时局部介质温度、压力、压力差等参数值；亦可检测阀瓣在各种状态下的位移等；根据使用目的，本发明也可以将多种检测功能综合在一起使用，同时检测或者监控多个状态参数，实现安全阀的综合状态检测与长期性能变化的预测。(5)本发明可显著提高各种压力设备使用的安全性，降低检测监控的难度及成本，可有效克服现有安全阀检测技术存在的操作繁杂、精度低、功能单一、对正常生产影响较大的缺点；由于安全阀使用极其广泛，所以本发明的适用范围较广，推广使用本发明可带来较好的经济效益。

                              附图说明

图1是现有的微启式安全阀的结构示意图。

图2是本发明具有在线检测功能的安全阀的结构示意图。

图3是本发明具有在线检测功能的安全阀另一结构的示意图。

图4是本发明具有在线检测功能的安全阀又一结构的示意图。

图5是本发明具有在线检测功能的安全阀再一结构的示意图。

图6是本发明具有在线检测功能的安全阀第五种结构的示意图。

图7是本发明具有在线检测功能的安全阀第六种结构的示意图。

图8是本发明具有在线检测功能的安全阀第七种结构的示意图。

图9是本发明具有在线检测功能的安全阀第八种结构的示意图。

图10是本发明具有在线检测功能的安全阀第九种结构的示意图。

图11是本发明具有在线检测功能的安全阀第十种结构的示意图。

图12是本发明具有在线检测功能的安全阀第十一种结构的示意图。

图13是本发明具有在线检测功能的安全阀第十二种结构的示意图。

图14是本发明具有在线检测功能的安全阀第十三种结构的示意图。

图15是本发明具有在线检测功能的安全阀第十四种结构的示意图。

图16是本发明具有在线检测功能的安全阀第十五种结构的示意图。

图17是本发明具有在线检测功能的安全阀第十六种结构的示意图。

图18是本发明具有在线检测功能的安全阀第十七种结构的示意图。

图19是本发明具有在线检测功能的安全阀第十八种结构的示意图。

图20是本发明具有在线检测功能的安全阀第十九种结构的示意图。

图21是本发明具有在线检测功能的安全阀第二十种结构的示意图。

图22是本发明具有在线检测功能的安全阀第二十一种结构的示意图。

图23是现有的全启式安全阀的结构示意图。

图24是本发明具有在线检测功能的安全阀第二十二种结构的示意图。

图25是本发明具有在线检测功能的安全阀第二十三种结构的示意图。

图26是本发明具有在线检测功能的安全阀第二十四种结构的示意图。

图27是本发明具有在线检测功能的安全阀第二十五种结构的示意图。

图28是本发明具有在线检测功能的安全阀第二十六种结构的示意图。

图29是本发明具有在线检测功能的安全阀第二十七种结构的示意图。

图30是本发明具有在线检测功能的安全阀第二十八种结构的示意图。

图31是本发明具有在线检测功能的安全阀第二十九种结构的示意图。

图32是本发明具有在线检测功能的安全阀第三十种结构的示意图。

图33是本发明具有在线检测功能的安全阀第三十一种结构的示意图。

图34是本发明具有在线检测功能的安全阀第三十二种结构的示意图。

图35是本发明具有在线检测功能的安全阀第三十三种结构的示意图。

图36是本发明安全阀检测系统的结构示意图。

图37是图36所示安全阀检测系统的数据采集组件的结构示意图。

图38是本发明安全阀检测系统的另一结构的示意图。

                              具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

实施例1

图1示出了现有的微启式安全阀的具体结构，由图1可见，现有的微启式安全阀包括上阀体1、下阀体2、阀座3、阀瓣组件，上阀体1与下阀体2为可拆卸的固定连接结构(螺栓连接)，阀座3及阀瓣组件位于上阀体1与下阀体2形成的空间内，所述阀瓣组件由调节螺母4、上压紧环5、弹簧6、下压紧环7、阀杆8、密封瓣9、阀瓣外套10相连接构成。图2示出了本发明具有在线检测功能的安全阀的具体结构，本发明安全阀由图1所示微启式安全阀改造而成，由图2可见，本安全阀在现有的微启式安全阀的调节螺母4与上压紧环5之间轴对称设置了测力环11，在测力环11的外侧面或内侧面贴有应变片12，构成应变式监测传感器；主要用于监测预紧状态下施加的预紧力是否满足要求，同时还可以监测运行中的弹簧力变化的情况，例如当弹簧6受到腐蚀介质的作用产生截面减薄或者出现局部裂纹、断裂或在较高较低温度作用下弹簧软化或硬化时，弹簧力可能出现变化。此外，从弹簧力的变化还可以间接监测阀瓣的工作状态监测，如开启状态和开启高度的变化，以及阀口堵塞、密封面破坏等状态的识别。

实施例2

本发明具有在线检测功能的安全阀的另一结构如图3所示，由图3可见，本安全阀一方面在图1所示的微启式安全阀的调节螺母4与上压紧环5之间轴对称设置了压电式传感器13，用于监测弹簧力的变化，另一方面，在阀瓣组件的密封瓣9与安装设备相连接的一端设置有锥圆台与圆柱组合形的凹孔14，凹孔14的开口处设置有承压膜片15，承压膜片15连接有螺纹环16(设置有外螺纹)，所述凹孔14的圆柱形部分设置有内螺纹，所述承压膜片15通过螺纹环16与所述凹孔14的圆柱形部分螺纹连接，在承压膜片15与凹孔壁之间设置有密封圈17进行密封，在所述凹孔14的底部设置有应变片12，用于检测从阀杆8传递而来的弹簧力的变化，在凹孔14底部与承压膜片15之间设置有变阻器式传感器18，用于检测承压膜片15的位移，从而监测阀座通道内部的压力、温度以及阀口密封状态的变化。

实施例3

本实施例的具体结构如图4所示，本安全阀除下述特征外同实施例1：在阀瓣组件的密封瓣9与安装设备相连接的一端设置有阶梯圆柱形的凹孔14，凹孔14的开口处设置有承压膜片15，承压膜片15连接有螺纹环16(设置有内螺纹)，所述凹孔14的较小的圆柱形部分设置有内螺纹，另设一阶梯圆柱体19通过较小端的外螺纹与所述凹孔14的内螺纹相连接，所述阶梯圆柱体19通过较大端的外螺纹与承压膜片15的螺纹环16相连接，从而将承压膜片15固定于凹孔14的开口处，在承压膜片15与凹孔壁之间设置有密封圈17进行密封，在所述凹孔14的底部设置有应变片12，用于检测从阀杆传递而来的弹簧力的变化，在承压膜片15上亦设置有应变片12，用于检测承压膜片15的位移，从而监测阀座通道内部的压力。本实施例设置阶梯圆柱体19的目的在于方便安装与分拆承压膜片15及相关的传感器。

实施例4

本实施例的具体结构如图5所示，本安全阀由图1所示微启式安全阀改造而成，其与图1所示安全阀相比存在以下不同的特征：在阀瓣组件的密封瓣9与安装设备相连接的一端设置有圆台与圆柱组合形的凹孔14，凹孔14的开口处设置有承压膜片15，承压膜片15连接有螺纹环16(设置有外螺纹)，所述凹孔14的圆柱形部分设置有内螺纹，所述承压膜片15通过螺纹环16与所述凹孔14的圆柱形部分螺纹连接，在承压膜片15与凹孔壁之间设置有密封圈17进行密封，在所述凹孔14的底部设置有应变片12，用于检测从阀杆传递而来的弹簧力的变化，在承压膜片15上亦设置有应变片12，用于检测承压膜片15的位移，从而监测阀座通道内部的压力变化以及密封状态的变化；所述承压膜片15为波纹膜片，由于其为挠性构件，在相同的载荷下位移变形量较大，所以其灵敏度高，可以较明显地反映压力的变化。

实施例5

本实施例的具体结构如图6所示，本安全阀除下述特征外同实施例2：在承压膜片15之上设置有应变片12作为位移传感器，用于检测承压膜片15的位移，从而监测阀座通道内部的压力以及密封状态的变化。

实施例6

本实施例的具体结构如图7所示，本安全阀除下述特征外同实施例2：所述承压膜片15为波纹膜片；由于其为挠性构件，在相同的载荷下位移变形量较大，所以其灵敏度高，可以较明显地反映压力以及密封状态的变化。

实施例7

本实施例的具体结构如图8所示，本安全阀除下述特征外同实施例5：所述承压膜片15没有连接螺纹环16，而是直接焊接固定在凹孔14的开口处。

实施例8

本实施例的具体结构如图9所示，本安全阀除下述特征外同实施例3：将承压膜片15的螺纹环与阶梯圆柱体结合成一体，形成一仅在较小端圆柱体具有外螺纹的阶梯圆柱体块20，所述阶梯圆柱体块20与凹孔14螺纹连接，所述承压膜片15焊接固定在阶梯圆柱体块20的开口处。

实施例9

本实施例的具体结构如图10所示，本安全阀除下述特征外同实施例4：所述承压膜片15为拱形膜片。拱形膜片亦为挠性构件，同样具有灵敏度高的优点。

实施例10

本实施例的具体结构如图11所示，本安全阀除下述特征外同实施例8：在阶梯圆柱体块20的较小端圆柱体内的圆柱孔依次安装绝缘支架21及线圈22，磁芯23通过连杆24及硬芯25连接于承压膜片15上，所述磁芯23轴对称伸入所述线圈22的内孔中，磁芯23与线圈22相配合即可监测承压膜片15的位移，从而监测阀座通道的状态参数变化。

实施例11

本实施例的具体结构如图12所示，本安全阀除下述特征外同实施例10：所述磁芯23由线圈26绕制在连杆24上代替，所述线圈26通过电后亦产生与磁芯23效果相同的磁场。

实施例12

本实施例的具体结构如图13所示，本安全阀除下述特征外同实施例10：所述磁芯23由连接于连杆24上的触头27所代替，触头27与线圈22相接触，形成变阻式传感器，所述变阻式传感器亦可监测承压膜片15的位移，从而监测阀座通道的状态参数变化。

实施例13

本实施例的具体结构如图14所示，本安全阀除下述特征外同实施例4：在凹孔14底部及承压膜片15上都没有设置应变片，取而代之的是在密封瓣9上开有通孔，并安装有穿过通孔的两组入射光纤28-1、28-2及两组反射光纤29-1、29-2，两组入射光纤28-1、28-2的光源来自发光二极管(图中未示出)，两组反射光纤29-1、29-2的光路与光电管(图中未示出)连接，两组入射光纤28-1、28-2及两组反射光纤29-1、29-2在密封瓣9的凹孔14内通过支承架30进行固定，两组入射光纤28-1、28-2的开口分别朝上及朝下，与凹孔14底端及承压膜片15相对，两组反射光纤29-1、29-2亦如此设置，在凹孔14底端及承压膜片15上分别设置反射面31-1、31-2，使两组入射光纤28-1、28-2射出的光线经反射面31-1、31-2反射后可射入两组反射光纤29-1、29-2内；如承压膜片15因阀座通道状态变化产生了位移变化(由下侧入射光纤28-2及反射光纤29-2监测)或弹簧压力等弹簧工作状态发生变化(由上侧入射光纤28-1及反射光纤29-1监测)，那么下侧或上侧光纤的反射光线亦会发生变化，从而使光通量发生变化，与光纤相对的光电管的输出亦发生变化，所以监测下侧或上侧光纤的反射光线的变化可以监控阀座通道内部状态参数的变化或弹簧压力等弹簧工作状态的变化。

实施例14

本实施例的具体结构如图15所示，本安全阀除下述特征外同实施例5：在承压膜片15上没有设置有应变片(在凹孔14底端仍设置有应变片12检测弹簧力)，取而代之的是在密封瓣9上开有通孔，并安装有穿过通孔的光纤32，所述光纤32的光源来自发光二极管(图中未示出)，另一端的光路接通光电管(图中未示出)，所述光纤32在密封瓣9的凹孔14内通过上支承33和下支承34结合进行固定，具体是：在上支承33和下支承34相对的表面设置有可相对嵌入的波纹槽33-1、34-1，所述光纤32位于上、下支承33、34可相对嵌入的波纹槽33-1、34-1之间；所述下支承34通过连接杆24、硬芯25与承压膜片15相连接，上支承33与凹孔14底端相顶接；当承压膜片15因阀座通道内部的压力变化产生了位移变化，与承压膜片15相连接的下支承34的波纹槽34-1可顶压光纤32使其弯曲(上支承33相对静止)，由于光纤32的弯曲使光通量输出发生变化，从而使与光纤32相对的光电管的输出亦发生变化，所以监测光纤32的射出光线的变化可以监控阀座通道内部的工作状态的变化。

实施例15

本实施例的具体结构如图16所示，本安全阀除下述特征外同实施例5：在凹孔14底部及承压膜片15上都没有设置应变片，取而代之的是在密封瓣9上开有通孔，并安装有穿过通孔的两组光纤(分别为上光纤35和下光纤36)，两组光纤35、36位于凹孔14内的部分分别通过保持架37、上支承38、中支承39、下支承40、连杆24、硬芯25固定设置，具体为：保持架37部分嵌入与承压膜片15相连接的螺纹环16的内孔中，保持架37中心开有孔，中支承39位于所述孔中并与保持架37配合固定在一起(相对密封瓣9主体固定)，上、下支承38、40分别位于中支承39的上、下侧，在中支承39的上侧面及上支承38的下侧面设置有可相对嵌入的波纹槽，同样在中支承39的下侧面及下支承40的上侧面设置有可相对嵌入的波纹槽，所述上光纤35位于上、中支承38、39可相对嵌入的波纹槽之间，所述下光纤36位于中、下支承39、40可相对嵌入的波纹槽之间，上、下支承38、40分别通过连杆24、硬芯25与凹孔14底部及承压膜片15相固定。当承压膜片15因阀座通道内部的压力变化产生了位移变化，与承压膜片15相连接的下支承40的波纹槽可顶压下光纤36使其弯曲(中支承39相对静止)，由于下光纤36的弯曲使光通量发生变化，从而使与下光纤36相对的光电管的输出亦发生变化，所以监测下光纤36光通量的变化可以监控阀座通道内部的工作状态的变化；同理，上支承38及上光纤35配合作用可监测弹簧压力等弹簧工作状态的变化。

实施例16

本安全阀由图1所示微启式安全阀改造而成，具体结构如图17所示，其与图1所示安全阀相比存在以下不同的特征：所述上压紧环5与下压紧环7之间设置有电感式传感器41，所述电感式传感器41与上压紧环5和下压紧环7固定连接，电感式传感器41的支撑环41-1与阀杆8或线圈41-2之间滑动接触，用于检测阀杆8的位移变化，从而监测弹簧压紧力或其他状态参数的变化。

实施例17

本实施例的具体结构如图18所示，本安全阀除下述特征外同实施例16：所述上压紧环5与下压紧环7之间设置有变阻式传感器18，所述变阻式传感器18的线圈18-1与上压紧环5固定连接，触头18-2与下压紧环7固定连接，并且线圈18-1与阀杆8滑动接触，用于检测阀杆8的位移变化，从而监测弹簧压紧力或其他状态参数的变化。

实施例18

本实施例的具体结构如图19所示，本安全阀除下述特征外同实施例16：所述上压紧环5与下压紧环7之间设置有电容式传感器42，所述电容式传感器42的两个极板42-1、42-2分别与上、下压紧环5、7固定连接，并与阀杆8滑动接触连接，用于检测阀杆8的位移变化，从而监测弹簧压紧力或其他状态参数的变化。

实施例19

本实施例的具体结构如图20所示，本安全阀由图1所示微启式安全阀改造而成，其与图1所示安全阀相比存在以下不同的特征：所述弹簧6的外侧面贴上应变片12，用于检测弹簧力或其他状态参数的变化。

实施例20

本实施例的具体结构如图21所示，本安全阀由图1所示微启式安全阀改造而成，其与图1所示安全阀相比存在以下不同的特征：在所述阀杆8中部对称位置上用去除材料的方式加工三个对称的竖向条形槽8-1，以减小阀杆8刚度，增大阀杆8的变形量，在竖向条形槽8-1内或外部设置应变片12，用于监测弹簧力或其他状态参数的变化；为了防止应变片受外界影响，可刷上涂层将传感器保护起来。

实施例21

本实施例的具体结构如图22所示，本安全阀由图1所示微启式安全阀改造而成，其与图1所示安全阀相比存在以下不同的特征：所述阀杆8开有环形槽8-2，在所述环形槽8-2内表面贴上应变片12，用于监测弹簧力或其他状态参数的变化；为了防止应变片受外界影响，可刷上涂层将其保护起来。设置环形槽的目的在于便于安装和保护传感器。

实施例22

图23示出了现有的全启式安全阀的具体结构，由图23可见，现有的全启式安全阀包括上阀体1、下阀体2、阀座3、阀瓣组件，上阀体1与下阀体2为可拆卸的固定连接结构(螺栓连接)，阀座3及阀瓣组件位于上阀体1与下阀体2形成的空间内，所述阀瓣组件由调节螺母4、上压紧环5、弹簧6、下压紧环7、阀杆8、反冲盘43、密封瓣9相连接构成。图24示出了本发明具有在线检测功能的安全阀的具体结构，本发明安全阀由图23所示全启式安全阀改造而成，由图24可见，本安全阀在现有的全启式安全阀的上压紧环5与下压紧环7之间设置有电感式传感器41，所述电感式传感器41与实施例16所述相同，用于检测阀杆8的位移变化，从而监测弹簧压紧力或其他状态参数的变化。

实施例23

本实施例的具体结构如图25所示，本安全阀由图23所示全启式安全阀改造成，其与图23所示安全阀相比存在以下不同的特征：在阀瓣组件的密封瓣9与安装设备相连接的一端设置有弧形面与圆柱组合形的凹孔14，所述凹孔14与通孔相连通，凹孔的下端开口处设置有承压膜片15，承压膜片15连接有螺纹环16(设置有外螺纹)，所述凹孔14的圆柱形部分设置有内螺纹，所述承压膜片15通过螺纹环16与所述凹孔14的圆柱形部分螺纹连接，在承压膜片15与凹孔壁之间设置有密封圈17进行密封，在承压膜片15上设置有应变片12，用于检测承压膜片15的位移，从而监测阀座通道内部的压力或其他状态参数的变化；在凹孔14的弧形面部分轴对称均匀分布设置有三片或三片以上的应变片12，除了用于测量弹簧力的变化之外，还可测量密封瓣9、密封面的偏心载荷。

实施例24

本实施例的具体结构如图26所示，本安全阀除下述特征外同实施例17：一方面将反冲盘43与密封瓣9配合端的凹孔44加工有倒角，在此凹孔44的底端设置有应变片12，用于测量由阀杆8传递而来的弹簧压紧力的变化；另一方面，将承压膜片15直接焊接在密封瓣凹孔14的开口处，除在承压膜片15上设置应变片12测量承压膜片15的位移外，还在承压膜片15上设置薄膜热电偶传感器45，用于测量承压膜片15温度、压力及其工作状态参数的变化，根据壁面的温度可以推算泄漏口流体的温度，测量压力亦如此。

实施例25

本实施例的具体结构如图27所示，本安全阀除下述特征外同实施例24：将反冲盘43与密封瓣9配合端的凹孔44底部加工成半圆形。

实施例26

本实施例的具体结构如图28所示，本安全阀除下述特征外同实施例23：所述承压膜片15为波纹膜片，直接焊接在密封瓣凹孔14的下端开口处，在波纹膜片15与密封瓣凹孔14上端弧形面之间设置有位移传感器46，所述位移传感器46的一部分伸入所述通孔内以螺纹连接方式固定。

实施例27

本实施例的具体结构如图29所示，本安全阀除下述特征外同实施例23：所述平片状承压膜片15直接焊接在密封瓣凹孔14的下端开口处，在承压膜片15上设置薄膜热电偶传感器45，用于测量承压膜片15的温度，进而估算泄口流体的温度变化，根据壁面的温度可以推算泄漏口流体的温度。

实施例28

本实施例的具体结构如图30所示，本安全阀除下述特征外同实施例23：所述密封瓣凹孔14上部不是弧形面，而是圆锥台面，在圆锥台面部分轴对称均匀分布设置有三片或三片以上的应变片12，设置圆锥台面可更有利于布置应变式传感器；另设一与密封瓣通孔螺纹连接的阶梯圆柱形体47，阶梯圆柱形体47的大端亦设置有螺纹，承压膜片15连接有内螺纹环16，承压膜片15通过内螺纹环16与阶梯圆柱形体47的大端相连接，在内螺纹环16与密封瓣凹孔壁之间设置有密封圈17。这种连接方式便于安装及分拆承压膜片及传感器。

实施例29

本实施例的具体结构如图31所示，本安全阀与实施例14公开的安全阀结构相类似，其不同点在于：本安全阀为全启式安全阀，密封瓣9上的开孔位于密封瓣9伸入反伸盘的一端，光纤32插入安全阀后从此端穿入密封瓣9的凹孔14中，在凹孔14中经上、下支承33、34后又从此端伸出，进而引出安全阀。本安全阀的作用原理与实施例14相近似。

实施例30

本实施例的具体结构如图32所示，本安全阀除下述特征外同实施例1：为了监测密封瓣9的开启高度，在密封瓣9与阀瓣外套10之间设置光电传感器，具体为：在阀瓣外套10与密封瓣9相对的端面开有相邻的小孔(周向位置如A-A视图所示)，相邻的小孔呈一定夹角设置，分别安装发光二极管47和光敏元件48(位置关系如局部视图所示)，在密封瓣9端面上安装反射面49，发光二极管47发出的光线经反射面49反射后由光敏元件48所接收。当阀瓣外套10与密封瓣9的相对距离发生改变时，由发光二极管47入射光敏元件48的光量发生改变，通过本光电传感器可以有效地精确监测密封瓣9与阀瓣外套10的相对位移。

实施例31

本实施例的具体结构如图33所示，本安全阀除下述特征外同实施例1：为了监测密封瓣的开启高度，在密封瓣与阀瓣外套之间设置电磁传感器50，具体为：在密封瓣9与阀瓣外套10相配合面内安装线圈50-1，在阀瓣外套10与密封瓣9相配合面内安装磁芯50-2，所述线圈50-1与磁芯50-2产生电磁感应，当阀瓣外套10与密封瓣9的相对距离发生改变时，感应量即发生变化，利用本电磁传感器可以有效地精确监测密封瓣9与阀瓣外套10的相对位移。

实施例32

本实施例的具体结构如图34所示，本安全阀除下述特征外同实施例1：为了监测密封瓣9的开启高度，在密封瓣9与阀瓣外套10之间设置光纤传感器51，具体为：在阀瓣外套10内设置有通孔，通孔内安装有入射光纤51-1和接收光纤51-2，入射光纤51-1与光源(如发光二极管)相对，接收光纤51-2与光电元件(如光电管)相对，在密封瓣9与入射光纤51-1及接收光纤51-2相对的端面安装有反射面51-3，入射光纤51-1射出的光线经反射面51-3反射后射入接收光纤51-2，由接收光纤51-2传送至光电元件，当阀瓣外套10与密封瓣9的相对距离发生改变时，接收光纤51-2的光接收量即发生变化，所以本装有光纤传感器的安全阀可以精确地监测密封瓣9与阀瓣外套10的相对位移。

实施例33

本实施例的具体结构如图35所示，本安全阀除下述特征外同实施例1：为了监测密封瓣9的开启高度，在阀瓣外套10的对称位置设置发光二极管47和光敏元件48，具体为：在阀瓣外套10沿着直径对称位置设置发光二极管47和光敏元件48(可以成组设置)，在对应的阀杆8位置上设置通孔8-1，由发光二极管47发出的光可以通过阀杆8由对称位置处安装的光敏元件48接收，当阀杆8由于密封瓣9的带动发生相对阀瓣外套10的距离改变时，通孔8-1内的光通量发生变化，从而造成光敏元件48产生的光电流发生变化，所以本安全阀可以精确地监测密封瓣9与阀瓣外套10的相对位移，即密封瓣9开启高度的变化。

实施例34

利用前述具有在线检测功能的全启式安全阀实现的安全阀群检测系统的结构如图36所示，包括设置于阀瓣组件上的传感器、数据采集处理组件，传感器通过穿过安全阀相应构件开孔的连接线52与安全阀外的信号传输电缆53相连接，信号传输电缆53同时与数据采集处理组件相连接；所述数据采集处理组件如图37所示，由信号输入模块、信号变换模块、A/D转换模块、信号处理模块连接构成，其中，信号输入模块主要实现非电量信号的提取；信号变换模块实现信号放大、过滤等功能；A/D转换模块主要实现信号的数字化转换；信号处理模块完成对信号的进一步处理，主要是指利用带微处理器的单片机、掌上电脑、微型计算机、大型计算机或者其他数据处理设备，通过计算机语言编程技术，对获得的信号进行波形、时域、频域等分析，或者将信号处理得到的数据实时显示、记录、存储，以便得到关于安全阀运行状态的各种信息，甚至实现自动报警或者发出预警信息。

实施例35

利用前述具有在线检测功能的微启式安全阀实现的安全阀群检测系统的结构如图38所示，其结构及作用方式与实施例32相近似；利用数据采集处理组件、相应的接口以及创建相应的监测控制软件、数据分析处理软件，还可以实现安全阀的网络化远程监测与无线监控。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1、一种具有在线检测功能的安全阀，包括上阀体、下阀体、阀座、阀瓣组件，上阀体与下阀体为可拆卸的固定连接结构，阀座及阀瓣组件位于上阀体与下阀体形成的空间内，所述阀瓣组件包括密封瓣、阀杆、弹簧、上压紧环、下压紧环；其特征在于：包括有传感器，所述传感器设置于阀瓣组件上并通过连接线连接至安全阀外。

2、根据权利要求1所述的具有在线检测功能的安全阀，其特征在于：所述阀瓣组件的密封瓣与安装设备相连接的一端设置有凹孔，凹孔的开口处设置有承压膜片，传感器设置于凹孔中或者承压膜片上，并通过设置于凹孔壁的信号线连接至安全阀外。

3、根据权利要求2所述的具有在线检测功能的安全阀，其特征在于：所述凹孔为轴对称形状或非轴对称形状。

4、根据权利要求2所述的具有在线检测功能的安全阀，其特征在于：所述传感器设置于凹孔的具体形式为：传感器位于凹孔顶部、凹孔壁面或凹孔空间中；所述传感器设置于承压膜片上的具体形式为：传感器位于承压膜片的一侧或两侧；所述凹孔壁上开有通孔连通至密封瓣外侧，与传感器相连接的导线通过通孔连接至密封瓣外，并进一步连接至安全阀外；所述承压膜片与密封瓣的连接方式为焊接、可拆卸连接或者采用快装式并带有密封结构的连接方式连接。

5、根据权利要求1或2所述的具有在线检测功能的安全阀，其特征在于：所述传感器为电阻式传感器、压电式传感器、热电偶传感器、光电传感器、霍尔传感器、电感传感器、电容传感器、光导纤维传感器。

6、根据权利要求1或2所述的具有在线检测功能的安全阀，其特征在于：在弹簧、阀杆、阀瓣外套、上压紧环、下压紧环或上、下压紧环之间设置传感器。

7、根据权利要求6所述的具有在线检测功能的安全阀，其特征在于：所述上压紧环或下压紧环上安装位移传感器，所述位移传感器为电磁式、应变式或光电式位移传感器；或在上压紧环与压紧螺母之间安装测力环，在测力环上设置变形或力传感器；或者在下压紧环与阀杆支撑凸台间安装力传感器。

8、根据权利要求6所述的具有在线检测功能的安全阀，其特征在于：所述弹簧外侧设置有应变式传感器。

9、根据权利要求6所述的具有在线检测功能的安全阀，其特征在于：所述阀杆中部对称位置上用去除材料的方式加工对称的竖向条形槽或环向凹槽，在竖向条形槽内或环向凹槽内设置应变式传感器。

10、根据权利要求1或2所述的具有在线检测功能的安全阀，其特征在于：在密封瓣与阀瓣外套之间设置光电传感器、电磁传感器、光导纤维传感器。

11、一种对权利要求1～10任一项所述安全阀进行监控的检测系统，其特征在于：包括设置于阀瓣组件上的传感器、数据采集处理组件，数据采集处理组件与所述传感器相连接；所述数据采集处理组件由信号输入模块、信号变换模块、A/D转换模块、信号处理模块连接组成。

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