具体实施方式
现参考附图,详细说明本实用新型所公开的工业分析采样设备的示意性方案。尽管提供附图是为了呈现本实用新型的一些实施方式,但附图不必按具体实施方案的尺寸绘制,并且某些特征可被放大、移除或局剖以更好地示出和解释本实用新型的公开内容。在说明书中出现的短语“在附图中”或类似用语不必参考所有附图或示例。
在下文中被用于描述附图的某些方向性术语,例如“内”、“外”、“左”、“右”、“向上”、“向下”和其它方向性术语,将被理解为具有其正常含义并且指正常看附图时所涉及的那些方向。除另有指明,本说明书所述方向性术语基本按照本领域技术人员所理解的常规方向。
在本实用新型中的术语“约”或“大致”将会被本领域普通技术人员理解且将根据用到该术语的上下文在一定范围内变化。
本实用新型中所使用的术语“第一”、“第二”及其类似术语,在本实用新型中并不表示任何顺序、数量或重要性,而是用于将工业分析采样设备中的一个部件与其它部件进行区分。
如图2和图3所示,本实用新型提供了一种工业分析采样设备,包括采样阀410、控制阀420以及样品容器430。其中采样阀410具有流体进口和流体出口。控制阀420为三阀组。
结合参见图2,在一个具体实施方式中,样品容器430具有一个开口,该开口既作为流体进口又作为流体出口。该三阀组包括阀体10和三个O型球阀组件200。
结合参见图4和图5,阀体10为一整块材料加工而成的一体结构,并具有三个流道14、15、16,以及与三个流道14、15、16一一对应连通的三个安装孔13。
其中一个流道14用于采样,连通的安装孔13将该流道14分为中心轴线在同一平面内的第一通道段11和第二通道段12。用于采样的流道14的入口端141位于其第一通道段11,而出口端142位于其第二通道段12。
一个流道15用于第一冲洗排放,连通的安装孔13将该流道15分为中心轴线在同一平面内的第一通道段11和第二通道段12。用于第一冲洗排放的流道15的入口端151位于其第一通道段11,而出口端152位于其第二通道段12。
一个流道16用于第二冲洗排放,连通的安装孔13将该流道16分为中心轴线在同一平面内的第一通道段11和第二通道段12。用于第二冲洗排放的流道16的入口端161位于其第一通道段11,而出口端162位于其第二通道段12。
本实施例中,三个流道14、15、16均整体呈沿同一轴线延伸的直孔状。
用于采样的流道14与用于第二冲洗排放的流道16在阀体10内部间隔设置,且大致平行呈“Ⅱ”型结构。用于采样的流道14内部流体的流动方向与用于第二冲洗排放的流道16内部流体的流动方向不同。
用于第一冲洗排放的流道15连通在用于采样的流道14与用于第二冲洗排放的流道16之间,且用于第一冲洗排放的流道15的入口端151位于用于采样的流道14上的O型球阀组件200的上游侧。而用于第一冲洗排放的流道15的出口端152位于用于第二冲洗排放的流道16上的O型球阀组件200的下游侧。
结合参见图2,用于采样的流道14的入口端141与采样阀410的流体出口通过导管连接并连通,用于采样的流道14的出口端142与样品容器430的开口通过导管连接并连通。用于第一冲洗排放的流道15的入口端151和用于第二冲洗排放的流道16的入口端161均用于接收冲洗导管和样品容器430后的流体并使其从用于第一冲洗排放的流道15的出口端152或用于第二冲洗排放的流道16的出口端162排出。
结合参见图3,在一个具体实施方式中,样品容器430选用钢瓶。这种钢瓶一端具有开口(作为单独的流体出口),另一端具有单独的流体出口。用于第二冲洗排放的流道16的入口端161通过导管与样品容器430的流体出口连接并连通。
结合参见图5,三个安装孔13均具有第一端132和第二端133。第一端132延伸至阀体10的表面,第二端133穿过相连通的流道并延伸至阀体10的内部,但第二端133并不贯通阀体10。
三个O型球阀组件200一一对应地安装在三个安装孔13中,并可以沿着所在的安装孔13的轴线方向进行拆装。三个O型球阀组件200分别用于控制三个流道14、15、16的通断。即,安装在用于采样的流道14上的O型球阀组件200用于控制该用于采样的流道14的第一通道段11和第二通道段12之间的通断。而安装在用于第一冲洗排放的流道15上的O型球阀组件200用于控制该用于第一冲洗排放的流道15的第一通道段11和第二通道段12之间的通断。安装在用于第二冲洗排放的流道16上的O型球阀组件200用于控制该用于第二冲洗排放的流道16的第一通道段11和第二通道段12之间的通断。
流体在该三阀组内的流动方式为:当用于采样的流道14上的O型球阀组件200和用于第二冲洗排放的流道16上的O型球阀组件200关闭,而用于第一冲洗排放的流道15上的O型球阀组件200打开,则流体依次经过用于采样的流道14的入口端141、用于第一冲洗排放的流道15的入口端151、用于第一冲洗排放的流道15的出口端152以及用于第二冲洗排放的流道16的出口端162后从三阀组中排出。
当用于采样的流道14上的O型球阀组件200打开,而用于第一冲洗排放的流道15上的O型球阀组件200关闭,则流体依次经过用于采样的流道14的入口端141、用于采样的流道14的出口端142后从三阀组中排出。
当用于第二冲洗排放的流道16上的O型球阀组件200打开,而用于第一冲洗排放的流道15上的O型球阀组件200关闭,则流体依次经过用于第二冲洗排放的流道16的入口端161、用于第二冲洗排放的流道16的出口端162后从三阀组中排出。
由此可以看出,本实用新型的工业分析采样设备中,由于控制阀420采用三阀组,阀体10上的三个阀门均改进为O型球阀组件200,所以每个O型球阀组件200所在的流道可以相应制作成中心轴线在同一平面内的构型。流道两端不存在高低落差,无论沿哪个方向进出都不会产生流体的泄露。同时,相应地对O型球阀组件200的组装方式改进成沿所在的安装孔13的轴线方向组装,使得由三个O型球阀组件200集成的三阀组能够简单容易地实现。
因此,本实用新型扩大了现有三阀组的应用范围,可以应用在工业分析技术领域,很好地与采样设备结合使用。采用本实用新型的三阀组,用于采样的流道和用于冲洗排放的流道相分离,且彼此没有影响,采样设备可以在初期一次性组装完毕,不会影响对导管的冲洗排放。
需要说明的是,由于取消了流体流动方向的限制,所以本实用新型中涉及的三阀组还可以继续应用在工业自动化仪表技术领域。在工业自动化仪表技术领域中应用时流体的流动方向与在工业分析技术领域中流体的流动方向相反。
具体来说,应用在工业自动化仪表技术领域中时,三阀组中用于采样的流道14的出口端142以及用于第二冲洗排放的流道16的入口端161均作为入口与工艺过程侧连接。而用于采样的流道14的入口端141作为出口连接压差变送器的高压侧,用于第二冲洗排放的流道16的出口端162作为出口连接压差变送器的低压侧。用于第一冲洗排放的流道15作为压差变送器的平衡校验通道。
结合参见图6,以用于采样的流道14上的O型球阀组件200为例,具体说明O型球阀组件200的结构及其与所在的流道和阀体10之间的装配关系。
O型球阀组件200包括内阀座300、外阀座30、O型球芯20、阀杆40、间隙补偿机构130以及阀杆密封组件140,但O型球阀组件200并不包括阀体20。其中内阀座300和外阀座30沿所在安装孔13的轴线方向组装并抵接在该安装孔13中。内阀座300和外阀座30布置在用于采样的流道14的相对两侧,且内阀座300抵靠在所在的安装孔13的第二端133的端面上。
结合参见图7和图8,内阀座300的内壁具有开口向上的球面34b以及连接在该球面34b相对两侧且开口向上的弧面31b、32b。相应地,外阀座30的内壁具有开口向下的球面34a以及连接在该球面34a相对两侧且开口向下的弧面31a、32a。在内阀座300的球面34b和外阀座30的球面34a之间形成用于容纳O型球芯20的容纳空腔34。而上下对齐的内阀座300的弧面31b和外阀座30的弧面31a之间形成与所在的用于采样的流道14的第一通道段11同轴连通的第四通道段31。上下对齐的内阀座的弧面32b与外阀座30的弧面32a之间形成与所在的用于采样的流道14的第二通道段12同轴连通的第五通道段32。如图6和7所示,第四通道段31和第五通道段32分别位于容纳空腔34的相对两侧。
当然,这里只是列举了容纳空腔34、第四通道段31和第五通道段32的组成方式的一种。实际上,本领域技术人员可以想到,容纳空腔34、第四通道段31和第五通道段32的结构不限于此,即不仅仅只能由球面和弧面组成。
为了安装阀杆40,外阀座30还具有沿所在的安装孔13的轴线方向延伸并与容纳空腔34相连通的穿孔33。阀杆40的一端伸入穿孔33中与O型球芯20固定连接,另一端伸出穿孔33至阀体10的外部。阀杆40与外阀座30之间的漏点只有阀杆40的外周壁与穿孔33的内周壁之间这一整圈的缝隙,容易进行密封处理,不易泄露。
结合参见图6至图10,O型球芯20绕其自身中心轴线可转动地设置在内阀座300和外阀座30之间的容纳空腔34中,并与内阀座300和外阀座30形成抵接。如图9和图10所示,O型球芯20具有第三通道段21。O型球芯20在阀杆40的带动下转动,转动范围优选为大致90°。
当O型球芯20转动至使其第三通道段21与第四通道段31和第五通道段32同轴,则所在的用于采样的流道14的第一通道段11和第二通道段12可以通过第三通道段21、第四通道段31和第五通道段32连通。此时整个用于采样的流道14畅通无阻,流体可以经O型球芯20穿过该用于采样的流道14。此时O型球阀组件200位于打开状态。
当O型球芯20转动至使其第三通道段21与第四通道段31和第五通道段32错开,则所在的用于采样的流道14的第一通道段11和第二通道段12断开连通、此时整个用于采样的流道14被截断,流体无法穿过该用于采样的流道14。此时O型球阀组件200位于关闭状态。
由于O型球芯20只要转动90°就可以实现在打开状态和关闭状态之间切换,O型球芯20的打开和关闭较为简单省力,阀门开关速度较快,有助于提高工作效率。
阀杆40带动O型球芯20转动以使O型球阀组件200在打开状态和关闭状态之间切换。优选地,阀杆40与O型球芯20为一体结构,例如由相同材料一体化制造形成,可以防止阀杆40与O型球芯20在长时间操作后由于结合部位出现间隙而产生的不同步的情况。此外,一体结构的阀杆40与O型球芯20可以将O型球芯20处在使用过程中产生的静电引导至阀杆40,再传导给压盖100,经由与压盖100接触的阀盖60传导给阀体10,最终传导至连接阀体10的管路,防止静电在O型球芯20累积。
或者,阀杆40与O型球芯20也可由相同或不同材料分别制造后再利用本领域内的其它固定连接方式如焊接或铆接连接成一体,例如阀杆40与O型球芯20也可以采用键连接方式。或者,阀杆40与O型球芯20也可以是焊接、粘接、熔融等材料配合连接方式。同样可以起到上述的作用。
为了方便转动阀杆40,优选地,在阀杆40的伸出至阀体10外的端部安装有手柄110,手柄110通过固定销120固定在阀杆40上,也可以通过焊接、粘接等材料连接方式固定在手柄110上,或者也可以使手柄110与阀杆40直接通过一体成型方式加工而成。
优选地,手柄110具有阀位方向指示。操作人员可以很容易判断O型球芯20当前处于哪个状态。
结合参见图6,由于在O型球芯20转动过程中,与内阀座300和外阀座30的接触面之间会产生缝隙,所以设置间隙补偿机构130以沿所在安装孔13的轴线方向给予内阀座300、O型球芯20以及外阀座30一个预紧力,使内阀座300、O型球芯20以及外阀座30可靠抵接,补偿O型球芯20与内阀座300、外阀座30之间产生的缝隙,防止泄露。
上述的缝隙主要由以下原因产生:第一种是弹性的内阀座300和外阀座30分别产生形变,导致内阀座300和外阀座30的结合部位产生缝隙。第二种是内阀座300、外阀座30和O型球芯20三者之间和外阀座30的穿孔33与阀杆40之间的预紧力变小,导致这些部件的结合处产生缝隙。第三种是相接触的部件之间的磨损造成的缝隙。
结合参见图11,在一个具体实施方式中,安装孔13的第一端132具有内螺纹段131,间隙补偿机构130包括阀盖60。阀盖60的一端具有与安装孔13的内螺纹段131相配合的外螺纹段61。阀盖60安装在安装孔13中并与安装孔13形成可拆卸的螺纹配合。当阀盖60在安装孔13中拧紧时,可以提供前述的预紧力来沿安装孔13的轴线方向压紧内阀座300、外阀座30以及O型球芯20。且随着阀盖60进一步旋拧,还可以对预紧力的大小进行调节,进而调整间隙。
结合参见图6、图12以及图13,优选地,间隙补偿机构130还包括调节垫圈50。调节垫圈50通过其自身圆孔51套设在阀杆40外并抵接在阀盖60与外阀座30之间。通过拧紧阀盖60来压紧调节垫圈50使其产生变形压缩。当O型球芯20与内阀座300、外阀座30之间产生缝隙,调节垫圈50所受压力减轻,使调节垫圈50恢复未受力状态,压紧O型球芯20与内阀座300、外阀座30。随着阀盖60的旋拧,调节垫圈50的变形压缩程度还可以进行调节。
或者,也可以在内阀座300与安装孔13的第二端133的端面之间抵接弹性垫。通过在安装初期,阀盖60压紧该弹性垫使其产生变形,同样可以起到与调节垫圈50同样的作用。
当然,这里的调节垫圈50和弹性垫可以同时存在,也可以择一使用。
在另一个具体实施方式中,内阀座300和外阀座30由工程塑料制成,具有一定的弹性,可以产生轻微的形变。如果O型球芯20与内阀座300、外阀座30之间产生间隙,导致三者之间的挤压力变小,则间隙补偿机构130的预紧力释放(例如拧紧阀盖60),沿所在的安装孔13的轴线方向向下挤压外阀座30、O型球芯20以及内阀座300。内阀座300和外阀座30产生轻微形变,补偿缝隙,保持外阀座30、O型球芯20和内阀座300之间的初始压紧状态,防止泄露。
当然,这里也可以是只有内阀座300由工程塑料制成,或只有外阀座30由工程塑料制成。
优选地,工程塑料选用改性聚四氟乙烯(PTFE)。
在另一个具体实施方式中,内阀座300和外阀座30的相互靠近的面之间具有间隙。间隙补偿机构130还包括弹性材料。该弹性材料以密封的方式被压紧在内阀座300和外阀座30的间隙之间,并避让开第四通道段31和第五通道段32。初始弹性材料受压变形,当O型球芯20与内阀座300、外阀座30之间产生缝隙时,弹性材料恢复未受力状态,使内阀座300和外阀座30可以沿所在的安装孔13的轴线方向相对移动,补偿间隙。
优选地,弹性材料可以以熔融、粘接等方式固定在内阀座300或外阀座30上,防止其被流体冲走。
在另一个具体实施方式中,内阀座300为两种材质制成的一体结构,其中用于与外阀座30接触的面为弹性体,该弹性体的硬度低于其所在的内阀座300的其余部分的硬度,因此可以在预紧力作用下产生轻微变形以补偿缝隙。
或者,外阀座30为两种材质制成,其中用于与内阀座300接触的面为弹性体,该弹性体的硬度低于其所在的外阀座30的其余部分的硬度,同样可以在预紧力作用下产生轻微变形以补偿缝隙。
或者,外阀座30和内阀座300的接触面均为弹性体,该弹性体的硬度低于其所在的阀座的其余部分的硬度,同样可以在预紧力作用下产生轻微变形以补偿磨损缝隙。
这里弹性体可以通过硫化、超声波等方式与所在的阀座的其余部分形成一体结构。
除了前述的这几种具体实施方式,间隙补偿机构130还可以有其他方式,提供预紧力的也不限于阀盖60。只要能够产生沿所在安装孔13的轴线方向的力,以在外阀座30、O型球芯20和内阀座300之间产生缝隙时压紧这三者并抵消缝隙,就可以作为间隙补偿机构130实现本实用新型所要达到的目的。
结合参见图6,在一个具体实施方式中,阀杆密封组件140包括阀帽80、防松垫片90、压盖100以及阀杆填料70。
结合参见图11,阀盖60的内壁具有背向外阀座30的第一台阶面62和第二台阶面63,且第一台阶面62相对于第二台阶面63远离外阀座30。
阀杆填料70套设在阀杆40外并抵靠在第二台阶面63上。阀帽80套设在阀杆40外并抵靠在该第一台阶面62上,阀帽80的外周壁具有外螺纹段,阀盖60的内周壁中与阀帽80接触的部分具有相配合的内螺纹段,使阀盖60与阀帽80形成可拆卸的螺纹连接。且阀帽80与阀杆填料70抵接。
压盖100套设在阀杆40外,一部分伸入阀盖60内部并与阀帽80形成抵接。压盖100伸入阀盖60内的部段的外周壁具有外螺纹段,阀盖60的内周壁具有与其配合的内螺纹段,使压盖100与阀盖60形成可拆卸的螺纹连接。
为了顶紧阀帽80,防松垫片90抵接在压盖100伸入阀盖60中的部段与阀帽80之间。这样,阀杆填料70通过阀帽80调节压紧,阀帽80再通过压盖100和防松垫片90锁紧,确保O型球阀组件200在开关过程中阀杆填料70始终处于压紧、密封状态。
当然,阀杆密封组件140的结构不限于此。实际上,本领域技术人员可以想到,阀杆密封组件140也可以是一个一体结构安装在安装孔13中。或者采用其他结构,只要能封堵住安装孔13内的漏点即可。
用于冲洗排放的流道15上的O型球阀组件200的结构以及与阀体10的装配关系与上述相同,在此不予赘述。
在一个具体实施方式中,三阀组的制造装配程如下:
先以整块铸钢或锻钢为毛坯,采用机械加工的方法在毛坯上加工相应的流道14、15、16、安装孔13以及螺纹段以制作出阀体10。然后依次将内阀座300、带有阀杆40的O型球芯20以及外阀座30安装在安装孔13中。接着依次在阀杆40上套设调节垫圈50、阀盖60、阀杆填料70、阀帽80、防松垫片90以及压盖100。最后通过固定销120将手柄110固定在阀杆40上。
结合参见图2和图3,在另一个具体实施方式中,工业分析采样设备还包括排放管路450。排放管路450具有流体进口和流体出口,其中排放管路450的流体进口与控制阀420的用于第二冲洗排放的流道16的出口端162连接并连通。排放管路450的流体出口连接到安全位置,如高位放空点、火炬系统管线、密闭回收系统等。排放管路450应用于待采样流体为有毒有害物质时,可以避免就地排放流体造成环境污染。
结合参见图2,在一个具体的实施方式中,利用前述的工业分析采样设备有毒有害的流体进行采样。样品容器430为只具有开口(既作为流体进口又作为流体出口)的球胆或气囊。控制阀420为前述的三阀组。排放管路450的流体出口连接至高位放空点。
采样过程如下:
步骤1:将预先组装好的采样器(带有采样阀410)和控制阀420安装在待采样工艺主管道或设备上。将控制阀420的用于采样的流道14的出口端142通过导管与样品容器430的开口处的接头431连接并连通。将排放管路450的流体进口与控制阀420的用于第二冲洗排放的流道16的出口端162连接并连通。
步骤2:打开采样阀410并保持常开。
步骤3:打开控制阀420中用于第一冲洗排放的流道15上的O型球阀组件200,冲洗设备的导管。
步骤4:冲洗完导管后,关闭控制阀420中用于第一冲洗排放的流道15上的O型球阀组件200。
步骤5:打开控制阀420中用于采样的流道14上的O型球阀组件200,向样品容器430中填充待采样流体。
步骤6:关闭控制阀420中用于采样的流道14上的O型球阀组件200,取下样品容器430,向安全位置排出样品容器430中填充的待采样流体以对样品容器430进行冲洗。
步骤7:将控制阀420的用于采样的流道14的出口端142通过导管与样品容器430的开口处的接头431连接并连通。
步骤8:重复步骤5至步骤7,直至将样品容器430冲洗干净。
步骤9:重复步骤5,向样品容器430中最终充填待分析流体。
步骤10:关闭控制阀420中用于采样的流道14上的O型球阀组件200。
步骤11:取下样品容器430并封闭样品容器430的开口,送化验室分析化验。
如果待分析流体为允许连续排放不会造成浪费的物质,则步骤4可以省略,保持采样阀410和控制阀420的连接管路中的流体流动。
如果在待分析流体进入样品容器430之前需要进行减压降温等处理,则需要在采样阀410与控制阀420之间的导管上增设预处理装置440,以保证获取的样品满足仪器分析要求。预处理装置440可以包括减压、过滤、降温、流量限制等一个或多个环节。
结合参见图3,在另一个具体的实施方式中,利用前述的工业分析采样设备有毒有害的流体进行采样。样品容器430为钢瓶。这种钢瓶一端具有开口(仅作为流体进口),另一端具有单独的流体出口的钢瓶。其开口处设置有进口阀门432,流体出口处设置有出口阀门433。控制阀420选用前述的三阀组。
采样过程如下:
步骤1:将预先组装好的采样器(带有采样阀410)以及控制阀420安装在待采样工艺主管道或设备上。将控制阀420的用于采样的流道14的出口端142与样品容器430的进口阀门432通过导管连接并连通。将样品容器430的出口阀门433与控制阀420的用于第二冲洗排放的流道16的入口端161通过导管连接并连通。将排放管路450的流体进口与控制阀420的用于第二冲洗排放的流道16的出口端162连接并连通。
步骤2:打开采样阀410并保持常开状态。
步骤3:打开控制阀420中用于采样的流道14上的O型球阀组件200、用于第二冲洗排放的流道16上的O型球阀组件200、样品容器430的进口阀门432以及出口阀门433,冲洗采样设备的导管以及样品容器430。
步骤4:冲洗完毕后,关闭控制阀420中用于第二冲洗排放的流道16上的O型球阀组件200以及样品容器430的出口阀门433,向样品容器430中最终充填待分析流体。
步骤5:关闭控制阀420中用于采样的流道14上的O型球阀组件200以及样品容器430的进口阀门432。
步骤6:取下样品容器430并封闭样品容器430的进口阀门432,送化验室分析化验。
或者,采样过程也可以为:
步骤1:将预先组装好的采样器(带有采样阀410)以及控制阀420安装在待采样工艺主管道或设备上。将控制阀420的用于采样的流道14的出口端142与样品容器430的进口阀门432通过导管连接并连通。将样品容器430的出口阀门433与控制阀420的用于第二冲洗排放的流道16的入口端161通过导管连接并连通。将排放管路450的流体进口与控制阀420的用于第二冲洗排放的流道16的出口端162连接并连通。
步骤2:打开采样阀410并保持常开状态。
步骤3:打开控制阀420中用于第一冲洗排放的流道15上的O型球阀组件200,冲洗采设备的导管。
步骤4:导管冲洗完毕后,关闭控制阀420中用于第一冲洗排放的流道15上的O型球阀组件200。
步骤5:打开控制阀420中用于采样的流道14上的O型球阀组件200、用于第二冲洗排放的流道16上的O型球阀组件200、样品容器430的进口阀门432以及出口阀门433,冲洗样品容器430。
步骤6:样品容器430冲洗完毕后,关闭控制阀420中用于第二冲洗排放的流道16上的O型球阀组件200以及样品容器430的出口阀门433,向样品容器430中最终充填待分析流体。
步骤7:关闭控制阀420中用于采样的流道14上的O型球阀组件200以及样品容器430的进口阀门432。
步骤8:取下样品容器430并封闭样品容器430的进口阀门432,送化验室分析化验。
如果待分析流体为允许连续排放不会造成浪费的物质,则步骤4可以省略,保持采样阀410和控制阀420的连接管路中的流体流动。
结合参见图14和图15,控制阀420可以安装在工业生产现场的采样管道或设备附近固定的安装架470上。安装架470包括立柱471和固定在立柱471上的支架472。控制阀420通过螺栓固定在支架472上。
应当理解,虽然本说明书是按照各个实施例描述的,但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式,并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合,均应属于本实用新型保护的范围。