CN1965221B - 利用传感器来评估换热器中的流体泄漏危险的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于具有垫圈的换热器的方法和装置，用于评估检测由于垫圈磨损而在换热器中产生流体泄漏的危险。在换热器中，具有垫圈(6)的传热板(5)被提供有压力传感器(15)，该压力传感器(15)监测在板(5)和垫圈(6)之间的压力。还有传感器(图中未示出)适合于在换热器中监测进入换热器的流体的压力。传感器测量值在处理器中进行记录和处理，该处理器利用它们计算一比值。该比值是测量压力之间的所谓压力差异。然后，该压力差异与所谓的预定设置值比较，以便检测偏差。与设置值不同的压力差异表明可能有通过一个或多个换热器垫圈(6)或环绕该换热器垫圈(6)产生泄漏的危险。这时使得产生指示，换热器的工作将中止，从而能够在没有实际发生泄漏时进行垫圈(6)的更换和维护。
Description
技术领域
本发明涉及用于评估具有垫圈的板式换热器中的流体泄漏危险的方法和装置。
背景技术
具有垫圈的换热器通常包括多个传热板，这些传热板与中间垫圈一起构成板组件。垫圈通常通过例如粘接剂粘接或通过使板组件夹在两个端板或压力板(这两个端板或压力板压向一起，从而使垫圈固定和保持就位)之间而保持就位。为了使板式换热器容易拆卸和维护(例如为了修复由于垫圈损坏或磨损而引起的泄漏)，这些端板或压力板通常与板组件机械连接，并由构架支承。磨损或损坏的垫圈是换热器中流体泄漏的通常成因，因此，垫圈通常需要定期更换。
已知换热器包括各种传感器，用于测量各种工作参数，例如流经换热器的流体的温度和压力。还已知用传感器来检测换热器中的流体泄漏。
英国专利说明书GB2062833-A记载了一种换热器，特别用于对健康有害的流体。该换热器由换热器板组成，这些换热器板具有孔，并成对焊接在一起，且在各对焊接板之间安装有垫圈。环绕这些孔的区域包括：第一垫圈，该第一垫圈布置成靠近孔眼，因此与其周围的流体有接触；以及第二垫圈，该第二垫圈布置在第一垫圈的外部，使得在垫圈之间形成空间。当透过第一垫圈发生泄漏时，流体进入垫圈之间的空间，由此防止与换热器中的其它流体混合。传感器安装成这样，即它穿过第二垫圈并伸入至垫圈之间的空间内。传感器的目的是监测和指示有流体进入垫圈之间的空间，这将意味着最靠近孔的第一垫圈已经失效，并需要进行更换。GB2062833-A的该发明的缺点在于，只有当垫圈已经失效，且换热器中已经发生泄漏时传感器才提供指示。
欧洲专利说明书EP0520380-A1记载了一种用于汽车发动机的垫圈，该垫圈包括用于压力监测的传感器。该传感器位于两半垫圈之间，这两半垫圈与密封装置一起用于防止传感器与流体直接接触。EP0520380-A1的该发明的缺点是垫圈结构复杂，这意味着垫圈的制造昂贵，并包括大量的制造步骤以便形成最终产品。垫圈由多个部分组成的还一缺点是这些部分可能相互分离，这可能导致垫圈开始泄漏。还一缺点是传感器只是用于测量垫圈中的压力，且没有装备用于评估由于垫圈失效而发生泄漏的危险的结构。该垫圈的还一缺点是它构造成不能施加在换热器板上，因为它设计成在两个相对较大的平表面之间进行密封，而不是为了装配在换热器板中的垫圈凹槽内。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种方法，通过该方法，可以在具有垫圈的换热器中确定什么时候需要更换垫圈，以便防止由于垫圈失效或磨损而通过该垫圈发生泄漏，且通过该方法将消除前述问题。
本发明的还一目的是提供一种用于监测在具有垫圈的换热器中的垫圈材料的功能性的方法。
根据本发明，前述和其它目的通过以下方法来实现，即提出一种方法，用于在包括多个换热器板和中间垫圈的换热器中评估垫圈材料的功能性，且垫圈材料的压缩压力通过第一传感器来监测，其特征在于：监测到的流体的压力值和垫圈的压力值在处理器中进行记录和处理，由此，通过使该监测到的流体压力值和垫圈压力值用于计算它们之间的比值，以与预定设置值相比较来评估流过换热器的流体发生泄漏的相关危险，且在通过或经过垫圈发生泄漏之前在产生偏差时启动一指示器。
根据本发明的方法所具有的优点是能够根据监测到的压缩压力来评估在具有垫圈的板式换热器中的流体泄漏危险。因此，它能够预测需要更换换热器中的垫圈的时间，以便防止垫圈在工作过程中失效。
本发明的还一目的是为具有垫圈的换热器提供一种用于指示流体泄漏危险的方法，与当通过换热器垫圈发生泄漏时更换换热器中的垫圈的成本相比，该方法在经济上有利。另一目的是该方法应该很容易实施，从而与相当的技术相比能节省时间。
根据本发明方法的另一实施例，垫圈材料的压缩压力通过第一传感器来记录。因此，换热器中的压力变化能够在换热器工作的早期阶段检测到。压力变化例如可能是由于垫圈磨损或由于这些板没有牢固夹持在端板或压力板之间。在早期阶段监测压力变化将减小透过或经过垫圈发生泄漏的危险。
根据本发明方法的还一实施例，换热器中的流体压力通过第二传感器来测量，该第二传感器还给出相对于垫圈材料的该流体压力。因而检测了前述流体中的压力变化。使用该第二传感器还能够检查换热器没有超压，即不会增压超过预定的上限值。监控换热器中的流体压力(特别是能够避免超压)，能够通过避免由于高压引起的磨损而延长换热器和相关部件的使用寿命。为了保证正确监测流体压力，第二传感器安装成与换热器中的流体进行流体接触。换热器的流体中的最高压力通常在通向换热器的进口处，在该进口滞后，换热器中的压力与距离所述进口的距离成比例地下降。这意味着第二传感器的位置并不需要受换热器自身的限制。实际上，该传感器可以位于从换热器系统的最后部件至换热器的流体流动路径上的任意合适位置处。换热器系统的该最后部件定义为能够影响进入换热器的流体的特性(即压力)的最后一个部件。该最后部件例如可以是向换热器供给流体的泵。
在本发明方法的还一实施例中，由各个传感器记录的值在处理器中进行处理。所记录的值用于计算一参考值，即所谓的压力差异，它是与一预定设置值进行比较。这种比较可以快速检测可能由于垫圈即将损坏或即将失效而引起的任何偏差。该偏差将启动一指示器以便引起注意，例如灯或一些其它信号。因此，可以在发生泄漏之前更换换热器中的垫圈。
本发明的还一目的是提供一种用于具有垫圈的换热器的装置，它同时监测换热器的流体压力和垫圈的压缩压力。
根据本发明，前述和其它目的通过在引言部分中所述的并具有换热器来实现，即提出一种装置，用于监测板式换热器的工作状态，该板式换热器包括换热器板和垫圈，该板式换热器是流体接收器，且垫圈的压缩压力由第一传感器来监测，其特征在于：第一传感器布置在一个或多个垫圈中或靠近垫圈，且该装置包括用于监测流体压力的第二传感器，由此，用于监测流体压力的传感器布置在从换热器系统的沿流动方向的最后部件至换热器的流体流动路径上的一个位置处，该最后部件是在该系统中可能影响流向换热器流体的特性的最后一个部件。
根据本发明的装置所具有的优点是能够在换热器中测量流体的流体压力和垫圈的压缩压力。因此能够测量在前述测量值和预定设置值之间的差异，从而能够检测所测量的压力值的偏差。该偏差例如可以在还没有发生垫圈失效或通过垫圈的泄漏时指示垫圈已磨损和需要更换。
本发明的还一目的是在具有垫圈的换热器中提供一种用于指示流体泄漏危险的装置，与当通过换热器垫圈发生泄漏时更换换热器中的垫圈的成本相比，该装置在经济上有利。另一目的是该装置应该很容易构造，从而与相当的技术相比能节省时间。
在本发明的还一实施例中，第一传感器位于用于将垫圈布置在该板中的凹槽内，并适合于监测在垫圈和板之间的压力。这样就能够监测垫圈的压缩压力。将传感器布置在垫圈凹槽内的优点是保护传感器免受外来影响。将传感器布置在垫圈凹槽内的还一优点在于，当将这些板压向一起时，传感器被夹持和定位在垫圈和板之间，从而使传感器保持就位。
在本发明装置的还一实施例中，用于监测垫圈的压缩压力的第一传感器布置在一起形成流动槽道的传热板之间。该槽道可以是进入换热器的热流体的第一个接收槽道。这意味着在该槽道中，进入的流体处于其在换热器中的最高温度处，因此对垫圈也有最大影响。
附图说明
下面将参考附图介绍本发明的装置和方法的优选实施例，这些附图只表示了理解发明所需的部件。
图1示意表示了换热器系统，该换热器系统包括具有各种管接头的换热器以及用作能够影响进入流体的特性(即流体压力)的最后一个部件。
图2表示了本发明的换热器的一部分，具有构架板和压力板，且在它们之间有多个传热板和垫圈。为了便于理解，前面三个板的传热表面转向读者。
图3表示了板和垫圈的横剖图，其中，传感器布置在该板和垫圈之间。
具体实施方式
图1表示了换热器系统(1)，该换热器系统中有换热器(2)。换热器(2)包括构架板(3)和压力板(4)，该构架板(3)包括进口孔和出口孔，见图2。具有垫圈(6)的多个传热板(5a、5b和5c等)布置在所述构架板(3)和压力板(4)之间。在下文中，传热板(5a、5b和5c等)将只称为板(5a、5b和5c等)。图2通过将三个板(5a-5c)表示为绕竖直中心线(14)旋转90度，使得这些板(5)的传热表面(10)转向观察者，从而清楚地表示了换热器(2)的垫圈(6)怎样布置。另外，在图中由箭头(7)示意表示了流体的流动。
在本发明的优选实施例中，每个板(5)有四个孔(11a、11b、11c和11d)，这四个孔这样定位，即板(5)的每个拐角部分包括一个孔。各个板(5)还包括传热表面(10)以及两个纵向边缘(即左边缘(8)和右边缘(9))、顶边缘(12)和底边缘(13)。中心线(14)从顶边缘(12)伸向底边缘(13)，并且处于两个上部孔(11a和11b)之间和两个下部孔(11c和11d)之间，该中心线(14)将板(5c)分成两半。
垫圈(6)位于板(5)中的垫圈凹槽(图中未示出)内，并环绕板(5)的传热表面(10)延伸以及环绕板(5)的孔(11a、11b、11c和11d)延伸。
图2中的这些板表示为从左侧开始编号，第一板(5a)最靠近构架板(3)。传感器(15a)布置在第三板(5c)上。如图3所示，传感器(15a)布置在垫圈(6)和板(5c)之间，使得它抵靠垫圈(6)和板(5c)。传感器(15a)沿纵向左边缘(8)定位在板(5c)的左上区域，并低于该左上孔(11a)。在该区域中，垫圈(6)所受到的各种疲劳因素(这些疲劳因素都使得垫圈可能失效)最大。这些疲劳因素的示例是温度波动、摩擦、流体接触以及来自换热器外部的氧接触。氧接触将使垫圈(6)干燥，从而使得垫圈(6)最初开始破裂，随后完全失效。
在本发明的可选实施例中，传感器(15b)沿垫圈对角线(16)安装。图2示出了该垫圈对角线(16)从第三板(5c)上的左上孔(11a)朝着在右上孔(11b)下侧的纵向右边缘(9)延伸。通过这样定位，理想的是将传感器(15b)布置在垫圈对角线(16)的、位于板(5c)的中心线(14)右侧的部分上。这些板通常装备有位于上部孔(11a和11b)之间的区域中的悬挂装置(17)，这使得不希望将传感器布置在该垫圈对角线(16)的、最靠近该悬挂装置(17)且向中心线(14)左侧延伸的部分上。这是因为这时很难接近传感器。
如图1所示，第二传感器(15d)布置在从换热器系统(1)的最后部件(18)(如在流动方向上看上去)至换热器(2)的流体流动路径上的任意所需位置处。换热器系统(1)的该最后部件(18)定义为有可能影响进入换热器(2)的流体的特性(例如压力)的最后一个部件(18)。如前所述，该最后部件(18)例如可以为向换热器(2)供给流体的泵的形式。
在本发明的优选实施例中，如图1所示，前述第二传感器布置成使其可监测进入换热器的热流体。这是因为热流体压力与热流体槽道中的垫圈压力的比较对于评估是否有泄漏危险很关键。在希望能够记录进入的冷流体的应用场合中，传感器布置成可监测进入的冷流体。然后，以相应方式监测在冷流体槽道中的垫圈压力。
图2表示了形成于构架板(3)和第一板(5a)之间的空间(19)。该空间(19)被排空，并构成一绝热层，因此，在第一槽道(20a)(该第一槽道形成于第一和第二板(5a和5b)之间)中流动的流体只与在第二槽道(20b)(该第二槽道形成于第二和第三板(5a和5c)之间)中流动的流体进行换热。
根据本发明的优选实施例，这些槽道交替装有冷流体和热流体，这样，第一槽道(20a)装有冷流体，第二槽道(20b)装有热流体，依此类推。
在具有垫圈的板组件中，最大垫圈磨损和最可能的垫圈失效都出现在最靠近构架板或压力板的槽道中，这是因为这里的垫圈受到最高温度和最大温度波动。构架板和压力板的不同热膨胀系数导致在不同板、垫圈、构架板和压力板之间的摩擦，这是因为它们例如根据温度波动而有不同的移动。因此，布置成靠近构架板和压力板的这些板并不像位于板组件中部的板那样容易适应这样的移动，而在该板组件的中部，紧靠在一起的所有板都以类似的方式移动。因此，在最先接收进入的热流体并且布置成最靠近构架板或压力板的槽道中，前述移动构成垫圈失效的最大危险。
由前述推理清楚地知道为什么在本发明优选实施例中传感器(15a)(见图2)位于板(5c)的左上部区域并位于左上孔(11a)下面。这是因为，在该区域中有最高的温度，且诸如热膨胀系数这样的因素使得相互邻近的板(5a-5c)和构架板(3)之间有最大的相互运动，从而产生较大应力。在该区域中的垫圈还暴露于来自换热器(2)外部的氧作用中。
在工作过程中，根据本发明的具有垫圈的板式换热器以如下方式起作用。
传感器(15a)监测垫圈(6)和板(5c)相互施加的压力。如前所述，热流体从第三板(5c)上的左上孔进入，并分配在第二槽道(20b)中。在分配流体之前，在这些板的外部以前述方式监测该进入流体的压力，即在从换热器系统(1)的最后部件(18)至换热器(2)的流体流动路径上的任意所需位置处进行监测。
来自传感器的测量值在常规处理器中进行记录和处理。该处理器还监测流体的压力不超过垫圈(6)和板(5c)相互施加的压力。当流体压力大于垫圈压力时，将意味着可能有透过垫圈(6)或在垫圈(6)周围产生泄漏的危险。所获得的流体压力值和垫圈压力值用于计算它们之间的比值(ratio)，该比值就是所谓的压力差异。当所述压力差异的变化超过允许的极限值(也称为设置值)时，将启动一指示器。该指示器的目的是引起注意，使得处理暂停，且系统可能需要进行维护工作。
在本发明的另一可选实施例中，传感器(15c)位于第二板(5b)上，而不是在第三板(5c)上。该传感器以与前述相同的方式布置在垫圈(6)和板(5b)之间。这样，传感器(15c)布置在第二板(5b，见图2)的左上部区域处，并沿纵向左边缘(8)在该垫圈(6)下面，且低于左上孔(5a)和高于该垫圈对角线(16)。因为传感器(15c)与第二板(5b)连接，因此传感器(15c)也对在第二板(5b)的、邻近第三板(5c)的一侧所产生的压力变化有反应。
在本发明的还一可选实施例中(图中未示出)，一段垫圈布置在与前述换热器中的环境相对应的环境中。这种对换热器垫圈状况的模拟能够监督和评估通过换热器中的垫圈产生流体泄漏的危险，而不需要在紧邻换热器处进行。
本发明并不局限于所述实施例，而是可以在如后面所述权利要求的范围内进行变化和改进，这些上面已经部分地描述了。
Claims (8)
1.一种评估方法，用于在包括多个换热器板(5)和中间垫圈(6)的换热器(2)中评估垫圈材料的功能性，且垫圈材料的压缩压力通过第一传感器(15a-c)来监测，其特征在于：
监测到的流体的压力值和垫圈的压力值在处理器中进行记录和处理，由此，通过使该监测到的流体压力值和垫圈压力值用于计算它们之间的比值，以与预定设置值相比较来评估流过换热器(2)的流体发生泄漏的相关危险，且在通过或经过垫圈发生泄漏之前在产生偏差时启动一指示器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：换热器(2)中的流体的压力由第二传感器(15d)来监测。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：相对于垫圈材料的流体压力由第二传感器(15d)来监测。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：第二传感器(15d)与换热器(2)的流体有流体接触。
5.一种监测装置，用于监测板式换热器(2)的工作状态，该板式换热器(2)包括换热器板(5)和垫圈(6)，该板式换热器(2)是流体接收器，且垫圈的压缩压力由第一传感器(15a-c)来监测，其特征在于：
第一传感器(15a-c)布置在一个或多个垫圈(6)中或靠近垫圈，且该装置包括用于监测流体压力的第二传感器(15d)，由此，用于监测流体压力的第二传感器(15d)布置在从换热器系统(1)的沿流动方向的最后部件(18)至换热器(2)的流体流动路径上的一个位置处，该最后部件(18)是在该系统中可能影响流向换热器(2)流体的特性的最后一个部件；
其中监测到的流体的压力值和垫圈的压力值在处理器中进行记录和处理，由此，通过使该监测到的流体压力值和垫圈压力值用于计算它们之间的比值，以与预定设置值相比较来评估流过换热器(2)的流体发生泄漏的相关危险，且在通过或经过垫圈发生泄漏之前在产生偏差时启动一指示器。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：第一传感器(15a-c)位于板(5)上并紧邻垫圈(6)，且适合于监测垫圈(6)相对于板(5)的压力。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：第一传感器(15a-c)位于布置在板(5)中用于垫圈(6)的凹槽内，并适合于监测垫圈(6)和板(5)之间的压力。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：用于监测垫圈(6)的压缩压力的第一传感器(15a-c)位于一起形成流动槽道的那些板(5)之间，该流动槽道用于容纳换热器(2)中的热流体。
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