CN218863405U - 一种阀门状态监测装置、阀门智能限位开关、阀门组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种阀门状态监测装置，连接轴，其与阀门的启闭机构刚性连接，用以同步阀门的启闭机构的开闭动作；至少一采集装置，其用以获取连接轴引起的距离或角度值；当阀门执行开闭动作时，采集装置获取动作过程中的距离或角度值，并通过距离或角度值生成角度或距离变化量，以通过距离或角度值与角度或距离变化量共同形成评价阀门开闭动作的卡涩程度，从而表征阀门状态。本实用新型还涉及一种阀门智能限位开关、阀门组件。本实用新型通过获取阀门开启或关闭过程中参数，形成对阀门的寿命或健康状态的监测，并反馈到外部数据处理设备，从而为合理规划阀门检修与维护提供数据支撑与理论依据。本实用新型结构合理，便于阀门领域推广应用。

Description

一种阀门状态监测装置、阀门智能限位开关、阀门组件

技术领域

本实用新型属于阀门领域，特别涉及一种阀门状态监测装置、阀门智能限位开关、阀门组件。

背景技术

阀门是控制流体通断的关键核心部件，其在工业以及民生基建领域有着重要且不可替代的作用。随着流体的作用以及自身寿命衰减，阀门在开闭过程中存在故障的可能，传统的通过检测启闭位置来判断阀门是否开启或关闭到位，或者人工巡检的方式来维护；但这类做法仅仅是出现问题后才能检测到故障信号，此时对于整体管路及企业用户而言已经造成不小的损伤；一般地，企业会定期对阀门进行检修或维护，但对于阀门而言，仍缺乏有效的且科学的运维手段。

对此，本申请旨在提供一种阀门状态监测装置来解决上述痛点。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足之处，本实用新型的目的之一是提供一种阀门状态监测装置，包括：

连接轴，其与阀门的启闭机构刚性连接，用以同步阀门的启闭机构的开闭动作；

至少一采集装置，其用以获取所述连接轴引起的距离或角度值；

当阀门执行开闭动作时，采集装置获取动作过程中的距离或角度值，并通过所述距离或角度值生成角度或距离变化量，以通过所述距离或角度值与所述角度或距离变化量共同形成评价阀门开闭动作的卡涩程度，从而表征阀门状态。

优选地，所述采集装置的采集信号为脉冲信号。

优选地，所述采集装置套设于所述连接轴上或与所述连接轴刚性连接，以采集所述连接轴引起的距离或角度值。

优选地，所述采集装置采集距离或角度值为绝对值。

优选地，采集装置包括角度编码器、光栅尺中的任意一种。

优选地，采集装置包括两角度编码器或两光栅尺；其中，一所述角度编码器或光栅尺用以获取所述角度或距离值；另一所述角度编码器或光栅尺获取的所述角度或距离值用以生成角度或距离变化量。

优选地，还包括处理模块，用以利用角度或距离值、角度或距离变化量生成阀门开闭动作的卡涩程度。

优选地，还包括数据传输装置，其用以与外部数据处理设备连接通讯。

优选地，所述数据传输装置包括接线装置。

优选地，所述数据传输装置包括wifi装置、蓝牙通讯装置、移动通讯装置中的任一种。

优选地，还包括地理位置采集装置，用以获取并反馈阀门状态监测装置的地理位置信息。

优选地，还包括至少一阀门位置感知装置，用以感知阀门动作过程中的位置；其中，一所述阀门位置感知装置感知阀门动作过程中的一位置。

优选地，还包括壳体,其用以形成阀门状态监测装置的外部包络轮廓；所述连接轴与壳体的连接处密封，所述采集装置安装于所述壳体内部；所述壳体整体呈封闭结构，以隔离外部环境。

优选地，还包括电源模块，用以给采集装置供电。

优选地，所述壳体包括相互装配的第一壳体、第二壳体；其中，所述连接轴通过轴承与所述第二壳体连接，所述连接轴的第一连接端伸出所述第二壳体与启闭机构刚性连接。

优选地，所述第二壳体内还包括向内凸起的安装部；所述安装部用以形成所述采集装置的固定支撑。

优选地，所述壳体还包括穿线孔，电源线缆和\或信号线缆通过所述穿线孔导入所述壳体内。

优选地，所述壳体还设有信号通讯开口，用以向所述壳体外部的数据处理设备反馈信号。

优选地，还包括阀门状态视窗组件；所述连接轴上一端伸出所述壳体并与所述阀门状态视窗组件的指示件刚性连接，以指示阀门工作状态。

优选地，所述阀门位置感知装置包括光电开关或接近开关。

本实用新型的目的之二提供一种阀门智能限位开关，包括阀门状态监测装置，还包括至少一阀门位置感知装置，用以感知阀门动作过程中的位置；其中，一所述阀门位置感知装置感知阀门动作过程中的一位置。

本实用新型的目的之三是提供一种阀门组件，包括：阀门，以及阀门状态监测装置或阀门智能限位开关；其中，所述阀门状态监测装置或所述的阀门智能限位开关与所述阀门连接，以监测阀门动作。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过获取阀门开启或关闭过程中参数，形成对阀门的寿命或健康状态的监测，并反馈到外部数据处理设备，从而为合理规划阀门检修与维护提供数据支撑与理论依据。本实用新型结构合理，便于阀门领域推广应用。

附图说明

图1为本实用新型所述的阀门状态监测装置的结构示意图一；

图2为本实用新型所述的阀门状态监测装置的结构示意图二；

图3为本实用新型所述的壳体结构分解示意图；

图4为本实用新型所述的第二壳体结构示意图；

图5为本实用新型所述的阀门状态监测装置的内部结构示意图一；

图6为本实用新型所述的阀门状态监测装置的内部结构示意图二；

图7为本实用新型所述的阀门状态监测装置的结构示意图三；

图8为本实用新型所述的阀门状态视窗组件的结构分解示意图。

图中，

阀门状态监测装置100、第一壳体110、第一连接孔111、第一螺孔112、第二壳体120、密封槽121、安装部122、第二连接孔123、第一穿线孔124、第二穿线孔125、信号通讯开口126、第二螺孔127、连接轴130、第一连接端131、光轴132、第二连接端133、电路板140、角度编码器150、阀门位置感知装置160、光电开关161、挡片162、连接环163、第一密封圈170、接线装置180、安装座190、阀门状态视窗组件200、外罩210、挡壳220、指示件230、第二密封圈240、轴端连接件250、视窗固定件260、第三密封圈270。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，本实用新型的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词为基于附图所示的方位或位置关系。特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸。这些相对术语是为了说明方便起见并且通常并不旨在需要具体取向。涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。

如图1所示，一种阀门状态监测装置100，其与阀门配套安装，用以检测阀门执行动作过程的变化参数，其中，变化参数包括距离值和/或角度值。

在本实施例中，阀门状态监测装置100包括：

连接轴130，其与阀门的启闭机构刚性连接，用以同步阀门的启闭机构的开闭动作；至少一采集装置，其用以获取所述连接轴130引起的距离或角度值；应当理解，连接轴130可连接执行转动的启闭机构或执行移动的启闭机构；当其执行转动时，采集装置用以角度值，例如采用角度编码器、磁敏角度传感器、陀螺仪来采集角度或角度变化率；当其执行移动时，采集装置用以距离值，例如采用陀螺仪、光栅尺来采集速度或位移。在一优选实施例中，采集装置(如角度编码器)套设于所述连接轴130上，以采集连接轴130引起的角度值；在另一优选实施例中，采集装置的可移动测距端(如直线光栅尺的读数头)与连接轴130刚性连接，以采集连接轴130引起的距离值。应当理解，采集装置与连接轴130的连接方式还可包括通过中间结构进行连接，如齿轮、连杆等用来传动运动的结构。本申请通过所述距离或角度值生成角度或距离变化量，以通过所述距离或角度值与所述角度或距离变化量共同形成评价阀门开闭动作的卡涩程度，从而表征阀门状态。通过获取阀门开启或关闭过程中各参数，形成对阀门的寿命或健康状态的监测，并反馈到外部数据处理设备，从而为合理规划阀门检修与维护提供数据支撑与理论依据。

在一优选实施例中，采集装置的采集信号为脉冲信号，如角度编码器、光栅尺；相较于模拟信号，如陀螺仪，脉冲信号抗干扰及抗衰减能力强；同时，在阀门应用场景中，振动信号常常会被采集装置捕捉到，例如管道振动、管道介质导致的振动，同时阀门本身也可因卡涩等原因引起振动；当采用模拟信号进行信号采集时，易造成数据噪音大，从而导致阀门状态误判。所述采集装置采集距离或角度值可为绝对值或增量式，在一优选实施例中，所述采集装置采集距离或角度值配置为绝对值，例如，采用绝对值编码器码盘，通过一组光电耦合器扫描旋转盘或直尺上的代码图案，其中，每一个位置有其唯一的代码，其输出代码可采用自然二进制码或格雷码；相较于增量式编码器，绝对值编码器通过获取绝对的距离值与角度值，从而避免形成累积误差，增强采集装置对于振动的抗干扰，同时不受停电的影响，无需找零或参考位。

此外，陀螺仪易产生温漂、零漂、随机漂移，其采集的数据存在偏差；特别是角度值是通过角速度的积分求得的，当角速度信号存在微小的偏差和漂移，经过积分运算后，变化形成积累误差，此误差会随着时间延长逐步增加，最终导致电路饱和，无法形成正确的角度值。虽然可以通过温度补偿、ALLan方差法移，甚至通过不断的校零来减小测量偏差，但算法和电路变得很复杂，其工业应用就会大大受限，且也不能完全消除偏差；另外阀门应用环境中，环境温度不可控，不同应用场景中的温度皆不同，在实际应用中，陀螺仪的调校过程复杂；特别的，在陀螺仪安装时，需额外对坐标系进行配准标定，对产品尺寸要求高的同时还对现场装配要求高，装配误差与产品尺寸误差在实际数据采集时将导致数据可用性降低，最终导致阀门状态误判率增加。在一优选实施例中，采集装置包括两角度编码器或两光栅尺；其中，一所述角度编码器或光栅尺用以获取所述角度或距离值；另一所述角度编码器或光栅尺获取的所述角度或距离值用以生成角度或距离变化量；通过两相互独立的角度编码器或光栅尺采集角度或距离值，进一步降低采集信号出现波动时造成的影响；具体地，当两角度编码器或光栅尺采集的两角度或距离值偏差超出一阈值时，则说明数据存在异常，需丢弃或者不作为本次进行数据处理的值；从而提升装置自身数据纠错能力。

应当理解，在一些实施例中，采集装置可配置成线绕式电位器、导电塑料位移传感器、金属玻璃铀位移传感器、金属膜位移传感器中的任意一种或多种通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出的传感装置；在另一些实施例中，采集装置还可配置成磁致伸缩位移传感器、光栅式位移传感器、LVDT位移传感器(线性差动变压式位移传感器)、激光位移传感器、电涡流式位移传感器、电容式位移传感器、霍尔式位移传感器、超声波位移传感器中的任意一种或多种位移传感装置。

在一优选实施例中，阀门状态监测装置内还配置有处理模块，用以利用角度或距离值、角度或距离变化量生成阀门开闭动作的卡涩程度；具体地，处理模块可配置成与采集装置电连接的电路板，其上具有数据处理能力的电路或芯片，阀门动作过程中采集若干角度或距离值数据，用以生成位角度或距离增量，角度或距离增量可表征任意不同位置点间的位置表征值的变化率，表示为：角度或距离增量s＝△/t；△表示当前位置的变化量，如，△可表示当前位置的位置表征值与上一个位置或下一个位置的位置表征值的变化量，或者△表示后n个位置点与前n个位置点的位置表征值的变化量；t为采样间隔时间；在一些实施例中，t通过n采样点表征，具体地，角度或距离增量s＝△/(n采样点-1)；n采样点表示采集装置(如角度编码器或光栅尺)以相同采样周期采集到的数据点数。应当理解，t也可为其他固定数值(如t等于1)或者其他等同于其含义的数值，均属于本申请的保护范围；获取当前位置的运动阈值A，其中，运动阈值A表征阀门动作一阶段中卡涩临界状态的位移增量值，其关联阀门阀体、监测数据所属阀门动作阶段、阀门内环境或阀门外环境中的一个或多个因素；将当前的位移增量s与运动阈值A进行比较，若s<A，则阀门启闭机构卡涩；若s≥A，则阀门启闭机构不卡涩，或称为0级卡涩。

在一些实施例中，阀门卡涩等级包括严重卡涩、较重卡涩、一般卡涩、轻度卡涩以及微小卡涩，分别对应五个运动阈值依次增大的区间。在一些实施例中，阀门卡涩等级包括五类运动阈值区间，分别为：(0，0.2A)、(0.2A，0.4A)、(0.4A，0.6A)、(0.6A，0.8A)、(0.8A，A)，依次对应五种阀门启闭机构的运动状态：严重卡涩、较重卡涩、一般卡涩、轻度卡涩以及微小卡涩。

壳体,其用以形成阀门状态监测装置的外部包络轮廓；如图2所示，在一实施例中，所述壳体包括相互装配的第一壳体110、第二壳体120；其中，所述连接轴130通过轴承与所述第二壳体120连接，所述连接轴130的第一连接端131伸出所述第二壳体120与启闭机构刚性连接。应当理解，图中示出的虽为两个壳型件装配而成的壳体，但壳体还可包括由三个及三个以上的结构件相互装配而成，不因就此限定本申请的保护范围。本申请通过构建一个与外部隔绝的环境来布设阀门的采集装置，以监测阀门执行过程的参数来表征阀门的寿命或健康状态，从而为合理规划阀门检修与维护提供数据支撑与理论依据。本实用新型结构合理，便于阀门领域推广应用。还需要说明的是，在阀门应用场景中，环境工况对监测装置不友好，例如粉尘或者可燃性环境、高温高湿环境，监测装置内出现的可见电弧等情况往往极易造成重大事故或对整个流体系统产生重大影响；同时采集装置对环境变化敏感，例如：环境温度、湿度，外部空气振动等，构建一个相对密闭的环境，有利于保证采集数据的准确性与稳定性。

如图2、图5、图6所示，连接轴130包括第一连接端131、光轴132、第二连接端133；所述连接轴130与壳体的连接处密封，在一实施例中，第一连接端131与第二壳体120的第二连接孔123采用O型橡胶密封，材质为EPDM；从而实现第二连接孔123处的密封。

在本实施例中，如图3、图4所示，第一壳体110四周配置的第一螺孔112与第二壳体120四周配置的第二螺孔127相互配合，第一壳体110与第二壳体120之间配置有第一密封圈170；所述采集装置、电源模块安装于所述壳体内部，通过紧固件的连接与第一密封圈170实现壳体形成一相对隔离外部环境的密闭空间，以隔离外部环境。在一优选实施例中，壳体采用不锈钢精铸，第一密封圈170采用O型橡胶密封并配合第二壳体120表面的密封槽121进行密封，材质为VITON B，以实现整体结构的防爆、防尘、防水。

如图3所示，第一壳体110上部还配置有第一连接孔111，连接轴130的第二连接端133通过第一连接孔111伸出第一壳体110与阀门状态视窗组件200连接。在一优选实施例中，如图6-8所示，所述连接轴130的第二连接端133与所述阀门状态视窗组件200的指示件230刚性连接，以指示阀门工作状态。

如图8所示，阀门状态视窗组件200包括外罩210、挡壳220、指示件230、第二密封圈240、轴端连接件250、视窗固定件260、第三密封圈270；其中，指示件230上设有状态标语，例如“开”、“关”、“close”、“open”等，指示件230通过轴端连接件250与第二连接端133刚性连接，挡壳220上具有镂空或者透明区域，使得第二连接端133带动指示件230相对挡壳220运动时，可切换状态标语，实现直观展示阀门状态的目的；第二密封圈240用以密封外罩210与第一壳体110，第三密封圈270用以密封轴端连接件250与第二连接端133；从而实现多重密封结构，充分将外部环境隔离在外罩210与壳体外。

在一优选实施例中，还包括地理位置采集装置，用以获取并反馈阀门状态监测装置的地理位置信息。在阀门应用场景中，由于管路复杂，阀门数量多，通过地理位置信息可快速获取阀门所安装的地理位置，便于后期维护时实现快速定位。应当理解，地理位置采集装置包括但不限于GPS定位器、北斗定位器、基站定位器、wifi定位器等，任何可用以确定并反馈位置的装置都应属于本申请的保护范围。

需要说明的是，距离值和/或角度值反馈到外部数据处理设备既包括含有距离值和/或角度值的信息反馈，还应包括对距离值和/或角度值进行数据加工后得到的信息反馈；具体地，可通过配置数据传输装置，并通过所述数据传输装置反馈到外部数据处理设备。在一实施例中，所述数据传输装置可配置为接线装置180，采集装置检测的信号线通过接线装置直接连接外部设备；应当理解，接线装置180包括但不限于接线端子、接线铜排、接线柱，还包括用以连接线缆的所有结构。

如图4所示，所述壳体还设有信号通讯开口126，用以向所述壳体外部的数据处理设备反馈信号；在一优选实施例中，所述数据传输装置的信号发射端通过第二壳体120上的信号通讯开口126伸出所述壳体，以向外部数据处理设备反馈信号。应当理解，在一优选实施例中，壳体被配置为金属材质，当所述数据传输装置配置wifi装置、蓝牙通讯装置、移动通讯装置中的任一种的无线传输装置及地理位置采集装置(如GPS定位器、北斗定位器、基站定位器、wifi定位器)时，其信号发射端伸出壳体，以实现信号传输，同样地伸出的信号发射端与壳体密封安装，以实现外部环境的隔离。应当理解，通讯开口126用以增强信号发射端的信号和/或接收端的信号，当同时存在数据传输装置与地理位置采集装置时，可配置任一装置通过通讯开口126进行信号通讯，以增强信号收发功能。

电源模块，用以给壳体内部供电；如图6所示，电源模块可配置接线装置180，还可配置为具有调压功能的电路板140，用以给采集装置、阀门位置感知装置、数据传输装置供电。需要说明的是电路板140可配置为PCB板，其上可嵌入有连接采集装置的数据处理芯片。所述壳体还包括穿线孔，电源线缆和\或信号线缆通过所述穿线孔导入所述壳体内。如图4所示，在一实施例中，包括两相对的穿线孔，即第一穿线孔124、第二穿线孔125；在本实施例中，两穿线孔便于线缆布设的灵活安装，避免线缆过度弯曲或绕线，同时扩展线束容量；特殊地，线束与壳体密封安装，当存在一端穿线孔无需使用时，可采用堵头将其密封，以实现外部环境的隔离。

在一实施例中，如图4所示，所述第二壳体120内还包括向内凸起的安装部122；所述安装部122用以形成所述采集装置的固定支撑。在本实施例中，安装部122呈L型凸起、柱型凸起，其端面高于第二连接孔123，以便于角度编码器150、阀门位置感知装置160的安装；具体地，如图6所示，角度编码器150通过安装座190固定于安装部122上，实现光轴132转动时检测其旋转的角度。

实施例2

如图1-8所示，本申请还可实施为一种阀门智能限位开关；其包括如实施例1中记载的阀门状态监测装置；在本实施例中还包括至少一阀门位置感知装160，用以感知阀门动作过程中的位置；其中，一所述阀门位置感知装置感知阀门动作过程中的一位置。优选地，所述阀门位置感知装置160包括光电开关或接近开关；如图5、图6，在本实施例中，阀门位置感知装置160配置为光电开关161、挡片162；更进一步地，可配置多个光电开关161，并通过连接环163来连接多个挡片162，实现，光电开关161的控制，在本实施例中，连接环163一端各连接一挡片162，连接环163套设于连接轴130，连接轴130转动以带动两挡片162触发两光电开关161，以表征阀门开启或关闭位置或阀门其他重要位置。

实施例3

一种阀门组件，包括：阀门，以及如实施例1中记载阀门状态监测装置100或如实施例2中记载的阀门智能限位开关；其中，阀门状态监测装置100或阀门智能限位开关与所述阀门连接，以监测阀门动作。阀门包括但不限于球阀、蝶阀、闸阀、截止阀、止回阀；所有通过旋转运动或者直线运动驱使启闭的阀体都应属于本实用新型的保护范围。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种阀门状态监测装置，其特征在于，包括：

连接轴(130)，其与阀门的启闭机构刚性连接，用以同步阀门的启闭机构的开闭动作；

至少一采集装置，其用以获取所述连接轴(130)引起的距离或角度值；

当阀门执行开闭动作时，采集装置获取动作过程中的距离或角度值，并通过所述距离或角度值生成角度或距离变化量，以通过所述距离或角度值与所述角度或距离变化量共同形成评价阀门开闭动作的卡涩程度，从而表征阀门状态。

2.根据权利要求1所述的阀门状态监测装置，其特征在于，还包括壳体,其用以形成阀门状态监测装置的外部包络轮廓；所述连接轴(130)与壳体的连接处密封，所述采集装置安装于所述壳体内部；所述壳体的整体呈封闭结构，以隔离外部环境。

3.根据权利要求2所述的阀门状态监测装置，其特征在于，所述采集装置套设于所述连接轴(130)上或与所述连接轴(130)刚性连接，以采集所述连接轴(130)引起的距离或角度值。

4.根据权利要求2所述的阀门状态监测装置，其特征在于，所述壳体包括相互装配的第一壳体(110)、第二壳体(120)；其中，所述连接轴(130)通过轴承与所述第二壳体(120)连接，所述连接轴(130)的第一连接端伸出所述第二壳体(120)与启闭机构刚性连接。

5.根据权利要求4所述的阀门状态监测装置，其特征在于，所述第二壳体(120)内还包括向内凸起的安装部(122)；所述安装部(122)用以形成所述采集装置的固定支撑。

6.根据权利要求2-5任一项所述的阀门状态监测装置，其特征在于，所述壳体还包括穿线孔，电源线缆和\或信号线缆通过所述穿线孔导入所述壳体内。

7.根据权利要求2所述的阀门状态监测装置，其特征在于，所述壳体还设有信号通讯开口，用以向所述壳体外部的数据处理设备反馈信号。

8.根据权利要求2所述的阀门状态监测装置，其特征在于，还包括阀门状态视窗组件(200)；所述连接轴(130)上一端伸出所述壳体并与所述阀门状态视窗组件(200)的指示件(230)刚性连接，以指示阀门工作状态。

9.一种阀门智能限位开关，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的阀门状态监测装置，还包括至少一阀门位置感知装置，用以感知阀门动作过程中的位置；其中，一所述阀门位置感知装置感知阀门动作过程中的一位置。

10.一种阀门组件，其特征在于，包括：阀门，以及如权利要求1-8任一所述的阀门状态监测装置或如权利要求9所述的阀门智能限位开关；其中，所述阀门状态监测装置或所述阀门智能限位开关与所述阀门连接，以监测阀门动作。

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