TWI439665B - 碟閥性能量測系統 - Google Patents

Description

碟閥性能量測系統

本發明係一種碟閥性能量測系統，特別是關於一種能夠對一碟閥施以高溫高壓，以量測該碟閥在特定溫度壓力下的金屬密封圈應變量及其對應之氣體洩漏量的碟閥性能量測系統。

碟閥具有良好的流量調節功能和密封性能，近年來，碟閥的金屬密封圈技術具有長足的進步，尤其具耐高溫、耐低溫、耐酸鹼、耐沖蝕、高強度合金金屬密封圈碟閥的問世，更使得碟閥在各種工業領域得到了廣泛的應用。然而，碟閥的性能量測方式並沒有太大的發展，習知的碟閥性能量測方式，係採美國石油協會(American Petroleum Institute,API)的API 598標準，即將碟閥兩端使用測試機之夾頭夾持固定後，將碟閥的下端倒置入水中，然後在碟閥上端加壓一指定壓力之氣體，以觀看該氣體洩漏情形，並計算洩漏氣的氣泡數目。然而，此方法無法精確量測碟閥的洩漏量(例如：C.C.數)，因此無法進一步提供量化的數據，作為改善該碟閥設計的參考。

因此，有鑑於習知技術之各項問題，為了能夠兼顧解決之，本發明提出一種碟閥性能量測系統，以測量其金屬密封圈於高溫高壓下之應變量及其對應的氣體洩漏量，作為改善碟閥及其金屬密封圈的結構設計之參考與 依據。

有鑑於上述習知技術之問題，本發明之一目的即在提供一種碟閥性能量測系統，能夠提供量化的數據，以評估一碟閥的機械性能。

本發明之另一目的，即在提供一種碟閥性能量測系統，能夠量測一碟閥於一高壓管路時，該碟閥的金屬密封圈於該特定壓力下之變形量與氣體洩漏量之間的關係。

本發明之再一目的，即在提供一種碟閥性能量測系統，能夠量測一管路中的碟閥，在不同溫度、壓力下，該碟閥的變形量與氣體洩漏量之間的關係。

本發明之又再一目的，即在提供一種碟閥性能量測系統，能夠快速儲存、分析與顯示所有量測得到的參數，並建立數學分析模型，作為改進該碟閥設計之參考。

為達到上述目的，本發明主要提供一種碟閥性能量測系統，用以量測一碟閥的機械性能，其包括：一高壓管路結構、一溫控管路結構、一應變感測器、一溫度感測器、一溫度控制模組以及一資料處理單元，其中該資料處理單元進一步包括：一資料擷取裝置、一電腦裝置以及一監控軟體。藉此系統即可達到量測一碟閥於各種溫度壓力下的性能表現，從而提高碟閥結構設計之效率與性能。承上所述，依本發明之碟閥性能量測系統，其可具 有一或多個下述優點：

1.該碟閥性能量測系統可以針對特定的溫度與壓力管路環境，評估碟閥在該管路中之氣體洩漏量與該溫度壓力環境的對應關係，用以改善碟閥的機械性能、有效提升碟閥的設計技術能力

2.該碟閥性能量測系統提供一資料處理單元，用以即時監測、記錄與分析一碟閥金屬密封圈的應力-應變關係，用以評估一碟閥之機械性能，並提供量化之參考數據，作為發展新的密封技術之準據，以縮短設計時程，降低開發成本。

與習知技術相較，本發明之一種碟閥性能量測系統，係可測量一碟閥的金屬密封圈於高溫高壓下之應變量，且即時監測、記錄與分析其對應的氣體洩漏量，用以提供該碟閥金屬密封圈應變量之量化數據，可作為改善碟閥設計缺點之依據。

為使熟悉該項技藝人士了解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體實施例，並配合圖式，對本發明詳加說明如後。

為充分瞭解本發明的目的、特徵及功效，茲藉由下述具體實施例，並配合所附圖式，對本發明做一詳細說明，下述說明中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請參閱圖1，其係繪示了本發明之碟閥性能量測系 統之架構示意圖。圖中，該碟閥性能量測系統2，包含：一高壓管路結構4、一溫控管路結構6、一應變感測器8、一溫度感測器10、一資料處理單元12，以及一溫度控制模組14。其中，該高壓管路結構4係用以提供一高壓氣體於該碟閥100之上游側；該溫控管路結構6，係機械連接該碟閥100之下游側，並量測該碟閥100承受該高壓氣體之氣體洩漏量；該應變感測器8係用以感測該碟閥100的金屬密封圈1002的應變量；該溫度控制模組14係用以提供加熱該碟閥100的金屬密封圈1002至一預設溫度；以及，該資料處理單元12係以一壓力訊號線471電性連接該高壓管路結構4、以一流量訊號線651電性連接該溫控管路結構6、以一溫度感測線101電性連接該溫度感測器10，以及以一應變感測線81電性連接該應變感測器8，用以儲存、分析、監控與顯示對應的壓力、氣體洩漏量、溫度以及碟閥100的金屬密封圈1002的應變量。

該溫度控制模組14係包括：一溫度控制器141、一加熱器143、一溫度操作線145以及一加熱導管147。其中，該溫度控制器141係用以電性控制該加熱的溫度；該加熱器143係配設於該加熱導管147上，用以加熱該加熱導管147；該溫度操作線145係用以電性連接該溫度控制器141與該加熱器143，用以電性調控與回饋該加熱器143的溫度。其中，該加熱導管147係配設於該溫控管路結構6內，且緊鄰該碟閥100的該金屬密封圈1002，用以將該金屬密封圈1002的溫度控制在預設溫度 範圍內。值得注意的是，該加熱導管147其材質係一熱的良導體，例如銅。

請參閱圖2，其係繪示了本發明之碟閥性能量測系統之裝置示意圖。圖中，該碟閥性能量測系統2係用以量測一碟閥100之機械性能，且該碟閥100之上游側機械連接一高壓管路結構4，用以提供一高壓氣體予該碟閥100，且該高壓管路結構4進一步包含：一高壓氣體源41，係用以提供該高壓管路結構4一高壓氣體；一調壓閥43，係以管路110機械連接該高壓氣體源41，用以控制該高壓氣體源41提供一預設壓力值之氣體；一針閥45，係以管路110機械連接該調壓閥43，用以調節該高壓管路結構4中氣體之流量；一壓力計47，係以管路110機械連接該針閥45，用以量測該高壓管路結構4中氣體之壓力；以及一高壓法蘭模組49，其上游端係以管路110機械連接該壓力計47，其下游端係機械連接該碟閥100。

該碟閥100之下游側機械連接一溫控管路結構6，並允許一氣體流動通過其中，且該溫控管路結構6進一步包含：一溫控法蘭模組61，其係機械連接該碟閥100；一針閥63，係以管路110機械連接該溫控法蘭模組61，用以調節該溫控管路結構6中氣體之流量；一流量計65，係以管路110機械連接該針閥63，用以量測該溫控管路結構6中之氣體洩漏量。

此外，該碟閥100之上游側的金屬密封圈1002係機械連接一應變感測器8，用以量測該碟閥100的金屬密封圈1002之應變量，於一實施例中，該應變感測器8係為應變規(STRAIN GAGE)。該碟閥100之下游側則進 一步機械連接一溫度控制模組14，且該溫度控制模組14的作用原理與圖1所述相同，在此便不多做贅述。

前述之該壓力計47、該流量計65、該應變感測器8以及該溫度感測器10量測所得之訊號，係分別透過壓力訊號線471、流量訊號線651、應變感測線81，以及溫度感測線101與一資料處理單元12的資料擷取裝置121電性連接，該資料擷取裝置121係用以將該壓力、流量、應變量以及該溫度等訊號轉換為數位訊號，並傳送至該資料處理單元12的電腦裝置123內予以儲存、分析，值得注意的是，於一實施例，該電腦裝置123更進一步具有一監控軟體，較佳為一監控軟體系統SCADA(Supervisory Control And Data Acqusition)，用以監控上述訊號的擷取、儲存與分析，並將結果顯示於一人機介面(圖未示)，例如該電腦裝置123的螢幕或一印表機。

此外，於一實施例，該溫控管路結構6係可進一步配設一緩衝桶67，且該緩衝桶67係具有一排氣閥671，用以於必要時快速排放該溫控管路結構6中的該管路110內的氣體。

以本發明碟閥性能量測系統2量測一碟閥100的機械性能時，首先，啟動該資料處理單元12，並以其資料擷取裝置121以及電腦裝置123，於整個量測過程中持續儲存、分析與顯示該壓力計47、該流量計65、該應變感測器8以及該溫度感測器10輸出之電訊號；其後，調控該溫度控制模組14，並以該溫度控制器141將該加熱導管147的溫度調控至一預設溫度；其次，待該溫控管路結構6中的氣體處於平衡狀態，該流量計65顯示該溫 控管路結構6中的氣體不再流動，即其流量為零；接著，調整該調壓閥43與該針閥45，使該高壓氣體源41的高壓氣體施以一預設氣體壓力，例如50psi予該碟閥100；然後，調整該調壓閥43，以提高該高壓氣體源41的高壓氣體壓力至另一預設氣體壓力，例如100psi、150psi以至300psi等，即可獲得該碟閥100於該預設溫度下，承受不同壓力時，其金屬密封圈1002的應變量與氣體洩漏量的對應關係，從而獲得該碟閥100之機械性能的量化數據，並可據以做為進一步改善該碟閥100之機械性能的參考資料。值得注意的是，上述預設氣體壓力的調整，係可以微幅遞增，例如每次提高5psi或10psi，以獲得該碟閥100更精確之機械性能的量化數據。

請參閱圖3，其係繪示本發明之碟閥性能量測系統之法蘭模組示意圖。圖中，該碟閥100的上游側係機械連接一高壓法蘭模組49，該高壓法蘭模組49具有一高壓法蘭491、一高壓管體493以及一高壓圓盤體495。其中，該高壓管體493其下游端係機械連接該高壓法蘭491；該高壓圓盤體495係機械連接該高壓管體493之上游端，用以封閉該高壓管體493，且該高壓圓盤體495上具有一管路孔4951以及一螺孔4953，其中該管路孔4951係用以允許一氣體流動通過其中。

該碟閥100的下游側係機械連接一溫控法蘭模組61，且該溫控法蘭模組61具有一溫控法蘭611、一溫控管體613以及一溫控圓盤體615。其中，該溫控法蘭611係機械連接該碟閥100；該溫控管體613其上游端係機械連接該溫控法蘭611；該溫控圓盤體615係機械連接該溫 控管體613之下游端，用以封閉該溫控管體613，且該溫控圓盤體615上具有一管路孔4951以及複數個螺孔4953，其中該管路孔係用以允許一氣體流動通過其中。

請參閱圖4，其係繪示該應變感測器之連接示意圖。圖中，該高壓法蘭模組49的結構大抵如圖3所述，於此不再贅述。該應變感測器8係機械連接於該碟閥100的該金屬密封圈1002上，並以複數條應變感測線81電性連接一資料處理單元(圖未示)；此外，該高壓圓盤體495上具有一螺孔4953用以螺合一不鏽鋼直接頭16，該等應變感測線81係經由該不鏽鋼直接頭16電性連接該資料處理單元，且該不鏽鋼直接頭16係以耐高溫高壓之陶瓷膠18密合，同時將該不鏽鋼直接頭16中的該應變感測線81固接。於一實施例，該高壓圓盤體495上係具有該螺孔4953係螺合該不鏽鋼直接頭16，以容置該等應變感測線81通過其中。

請參閱圖5，其係繪示該溫度控制器與溫度感測器之連接示意圖。圖中，該溫控法蘭模組61的結構大抵如圖3所述，於此不再贅述。該溫控管體613中套設一加熱導管147，且該加熱導管147上機械連接複數個加熱器143以及溫度感測器10，該等加熱器143的溫度操作線145與該等溫度感測器10的該等溫度感測線101，係經由螺合於該溫控圓盤體615上的該螺孔6153上的該不鏽鋼直接頭16，連接至對應的該溫度控制器141(圖未示)與該資料處理單元12(圖未示)的該資料擷取裝置121(圖未示)；且該不鏽鋼直接頭16係以耐高溫高壓之陶瓷膠 18密合，同時將該不鏽鋼直接頭16中的該溫度操作線145與該溫度感測線101固接。於一實施例，該溫控圓盤體615上係具有該螺孔6153係螺合該不鏽鋼直接頭16，以容置該溫度操作線145與該溫度感測線101通過其中。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明的範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效的變化與置換，例如減少或增加壓力測定範圍，並定義相對應之資料擷取數據，均應視為涵蓋於本發明的範疇內。因此，本發明的保護範圍當以下文的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧碟閥

1002‧‧‧金屬密封圈

110‧‧‧管路

2‧‧‧碟閥性能量測系統

4‧‧‧高壓管路結構

41‧‧‧高壓氣體源

43‧‧‧調壓閥

45‧‧‧針閥

47‧‧‧壓力計

471‧‧‧壓力訊號線

49‧‧‧高壓法蘭模組

491‧‧‧高壓法蘭

493‧‧‧高壓管體

495‧‧‧高壓圓盤體

4951‧‧‧管路孔

4953‧‧‧螺孔

6‧‧‧溫控管路結構

61‧‧‧溫控法蘭模組

611‧‧‧溫控法蘭

613‧‧‧溫控管體

615‧‧‧溫控圓盤體

6151‧‧‧管路孔

6153‧‧‧螺孔

63‧‧‧針閥

65‧‧‧流量計

651‧‧‧流量訊號線

67‧‧‧緩衝桶

671‧‧‧排氣閥

8‧‧‧應變感測器

81‧‧‧應變感測線

10‧‧‧溫度感測器

101‧‧‧溫度感測線

12‧‧‧資料處理單元

121‧‧‧資料擷取裝置

123‧‧‧電腦裝置

14‧‧‧溫度控制模組

141‧‧‧溫度控制器

143‧‧‧加熱器

145‧‧‧溫度操作線

147‧‧‧加熱導管

16‧‧‧不鏽鋼直接頭

18‧‧‧陶瓷膠

圖1係本發明之碟閥性能量測系統之架構示意圖。

圖2係本發明之碟閥性能量測系統之裝置示意圖。

圖3係本發明之碟閥性能量測系統之法蘭模組示意圖。

圖4係繪示該應變感測器之連接示意圖。

圖5係繪示該溫度控制器與溫度感測器之連接示意圖。

2‧‧‧碟閥性能量測系統

4‧‧‧高壓管路結構

471‧‧‧壓力訊號線

6‧‧‧溫控管路結構

651‧‧‧流量訊號線

8‧‧‧應變感測器

81‧‧‧應變感測線

10‧‧‧溫度感測器

101‧‧‧溫度感測線

12‧‧‧資料處理單元

14‧‧‧溫度控制模組

141‧‧‧溫度控制器

143‧‧‧加熱器

145‧‧‧溫度操作線

147‧‧‧加熱導管

100‧‧‧碟閥

1002‧‧‧金屬密封圈

Claims (10)

1. 一種碟閥性能量測系統，係用以量測一碟閥的機械性能，包含：一高壓管路結構，其係機械連接該碟閥之上游側，用以提供一高壓氣體於該碟閥之上游側，且該高壓管路結構進一步包含：一高壓氣體源，係用以提供該高壓管路結構一高壓氣體；一調壓閥，係以管路機械連接該高壓氣體源，用以控制該高壓氣體源提供一預設壓力值之氣體；一針閥，係以管路機械連接該調壓閥，用以調節該高壓管路結構中氣體之流量；一壓力計，係以管路機械連接該針閥，用以量測該高壓管路結構中氣體之壓力；以及一高壓法蘭模組，其上游端係以管路機械連接該壓力計，其下游端係機械連接該碟閥；一溫控管路結構，係機械連接該碟閥之下游側，並允許一氣體流動通過其中，且該溫控管路結構進一步包含：一溫控法蘭模組，係機械連接該碟閥之下游側；一針閥，係以管路機械連接該溫控法蘭模組，用以調節該溫控管路結構中氣體之流量；以及一流量計，係以管路機械連接該針閥，用以測量該溫控管路結構中之氣體流量； 一應變感測器，係機械連接於該碟閥之上游側的金屬密封圈，用以量測該碟閥的金屬密封圈之應變量；一溫度控制模組，係用以提供加熱該碟閥的金屬密封圈至一預設溫度，且該溫度控制模組進一步包括：一溫度控制器，係用以電性控制一加熱器的加熱溫度；一加熱器，係配設於一加熱導管上，用以加熱該加熱導管；一溫度操作線，係用以電性連接該溫度控制器與該加熱器，用以電性調控與回饋該加熱器的溫度；以及一加熱導管，係配設於該溫控管路結構內，且緊鄰該碟閥的該金屬密封圈，用以將該金屬密封圈的溫度控制在預設溫度範圍內；一溫度感測器，係配置於該加熱導管上，用以感測該加熱導管之溫度，且輸出一感測訊號；以及一資料處理單元，係用以儲存、分析、監控與顯示該壓力、流量、應變量以及該感測訊號，且該資料處理單元進一步包含：一資料擷取裝置，係電性連接該壓力計、該流量計、該應變感測器以及該溫度感測器，用以接收該壓力計、該流量計、該應變感測器以及該溫度感測器輸出之電訊號，且將該等訊號轉換為數位訊號；以及一電腦裝置，係電性連接該資料擷取裝置，用以儲存、分析、監控與顯示該資料擷取裝置輸出的數位 訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之碟閥性能量測系統，其中該高壓氣體源係為一氮氣瓶。
3. 如申請專利範圍第1項所述之碟閥性能量測系統，其中該高壓法蘭模組進一步包含：一高壓法蘭，用以機械連接該碟閥；一高壓管體，其下游端係機械連接該高壓法蘭；以及一高壓圓盤體，係機械連接該高壓管體之上游端，用以封閉該高壓管體，且該高壓圓盤體上具有一管路孔以及複數個螺孔，其中該管路孔係用以允許一氣體流動通過其中，且該等螺孔係用以螺合一不鏽鋼直接頭。
4. 如申請專利範圍第3項所述之碟閥性能量測系統，其中該不鏽鋼直接頭係用以容置該應變感測器之應變感測線。
5. 如申請專利範圍第4項所述之碟閥性能量測系統，其中該應變感測器係為一應變規。
6. 如申請專利範圍第1項所述之碟閥性能量測系統，其中該溫控法蘭模組進一步包含：一溫控法蘭，用以機械連接該碟閥；一溫控管體，其上游端係機械連接該溫控法蘭；以及一溫控圓盤體，係機械連接該溫控管體之下游端，用以封閉該溫控管體，且該溫控圓盤體上具有一管路孔以及複數個螺孔，其中該管路孔係用以允許一氣體流動通過其中，且該等螺孔係用以螺合一不鏽鋼直接頭。
7. 如申請專利範圍第6項所述之碟閥性能量測系統，其中該不鏽鋼直接頭係用以容置該溫度感測器之溫度感測線與該溫度控制模組的溫度操作線。
8. 如申請專利範圍第4項或第7項所述之碟閥性能量測系統，其中該不鏽鋼直接頭的中空部係以陶瓷膠密合。
9. 如申請專利範圍第1項所述之碟閥性能量測系統，其中該溫控法蘭模組進一步包含一緩衝桶。
10. 如申請專利範圍第1項所述之碟閥性能量測系統，其中該電腦裝置具有一監控軟體。