专利名称：基于弹簧受力形变曲线弹簧式安全阀阀瓣微启识别装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动化生产安全检测领域，具体涉及安全阀在线校验中的阀瓣微启识别方法及装置。
背景技术：
安全阀是广泛应用于电力、石油化工行业中承压设备的超压保护装置，是系统安全运行的保障。安全阀的定期校验是保证安全阀能否准确可靠地工作，消除被保护压力设备安全隐患的重要措施。目前，安全阀校验技术主要有离线校验和在线校验两大类。安全阀在线校验技术是近年来发展起来的一项专业化技术，由于在线校验在整定安全阀的开启压力时生产系统不需要停车，生产照常进行，使得安全阀的校验变得简便和迅速。因此，这项技术一出现就在业内立即引起了极大的兴趣，尤其对诸如石化、电力、化工等现代化连续生产的流程工业更具吸引力。同时，在一些特殊场合，如安装于蒸汽锅炉系统上的安全阀由于工作温度高，其热态时整定压力与冷态时的整定压力存在较大差异，因此要求安全阀在冷态整定后再进行热态在线校验，以准确确定其热态开启压力。由于阀瓣微启识别的准确性直接影响校验结果的准确性，因此阀瓣微启识别技术是弹簧式安全阀在线校验的关键技术和难点。目前应用到安全阀在线校验系统中的阀瓣微启识别技术传统的方法主要有探针法、音频法、位移法、附加外力曲线拐点识别法等。探针法以特殊的机械装置，在外加力达到一定时，放置探针，当阀杆移动阀瓣开启时，采用探针断开识别法来识别阀杆的移动和阀瓣的开启。由于容易受机械夹具形变以及放置探针力度的影响，探针断开连接的瞬间并不能有效代表阀瓣微启瞬间，因此采用该方法的缺点就是测量误差大。音频法主要应用在安全阀热态时的检测，也即有入口压力的情况，当阀瓣开启时，会有气流声被拾音探头探测，并通过音频放大被识别。该方法的缺点是由人通过耳麦输出的音频信号主观去判断安全阀阀瓣是否开启，因此人为主观因素影响大，这必然会影响测量准确性。同时，该方法无法应用到安全阀冷态下的在线校验。位移法是通过位移传感器实时检测阀杆的位移，当位移量达到一定值时，认为阀杆已经开启。该方法是建立在机械家具是刚性连接的理论基础之上，但在实际应用过程中，由于机械装置在附加力的作用下，容易发生形变，而且形变的大小受外力大小的影响。而对于不同的压力阀，开启时附加力大小是不等的，因此机械夹具的形变大小是不等的。所以很难采用固定的位移量来判断阀门开启状态，否则会带来测量误差。因此，采用阀杆位移法来识别安全阀开启的微动位移虽然理论上可行，但实际应用上并不可行。附加力曲线拐点识别法主要利用附加外力的特征曲线来识别安全阀的开启。根据对弹簧安全阀开启动作特性分析，建立阀杆受力与对阀杆施力时间之间的关系曲线，从而对阀瓣微启的识别。采用附加力曲线拐点识别法必须施加均匀增加的外力才能得到理想的测试结果，而手动液压装置很难施加均匀的外力，因此必须采用自动液压装置给阀杆施加附加外力。[0008]目前，安全阀在线校验由于没有一种有效的阀瓣微启识别技术，普遍存在校验准确性差的缺点。基于弹簧形变受力曲线阀瓣微动识别法作为关键技术设计的安全阀在线校验系统，最大优点就是具有校验准确性高，同时还具备携带方便、操作简便及高度自动化等特点，非常适合应用于复杂环境如石油、化工、电力等工业控制领域中的安全阀校验。因此本实用新型具有创新性，其推广应用可以取得显著的经济效益和社会效益。
发明内容弹簧形变受力曲线法主要利用弹簧形变受力曲线进行阀门微启识别。在实际系统中，当给阀杆施加附加力时，机械装置会有形变，拉杆式位移传感器会检测到位移。不同的附加力，机械装置形变值具有微小差异。当附加力达到设定检测点约70%左右时，这时在附加力的作用下，作用于阀杆的机械装置处于拉紧状态。继续增加外力时，在阀瓣微启前，附加力主要是克服阀门静态刚性力。此时，如位移传感器发生位移主要是因机械装置形变引起的，一般需增加较大的附加力才会引起机械装置的形变。而当附加力增加到使阀瓣微启后，此时附加力仅需要克服弹簧的弹性力，因此，只需增加较小的附加力，弹簧即可由形变使位移传感器发生较大的位移。阀瓣微启必然会使阀杆发生位移，也必然会被位移传感器检测到。因此，在检测附加力时，以位移传感器位移变化作为启动测量附加力的触发信号，从而克服弹簧受力曲线法中需要均匀增加外力的弊端。采用弹簧形变受力曲线法优点是以位移传感器产生位移作为压力传感器启动测量的触发信号，因此不需要附加力均匀施加，阀瓣微启识别准确。本实用新型的目的在于针对目前安全阀在线校验中由于没有一种有效的阀瓣微启识别技术，普遍存在校验准确性差的缺点。发明了利用弹簧受力形变曲线来识别安全阀阀瓣微启，为安全阀在线校验的阀瓣微启识别提供一种新的方法和技术手段。本实用新型所提供方法合理，理论基础充分，实现的技术方案成熟可行，能克服现有阀瓣微启识别存在的缺陷，如测量准确性、可靠性、一致性等问题，能准确实现弹簧式安全阀在线校验中阀瓣微启的识别，满足现有安全阀在线校验的迫切需求。为能达到上述实用新型的目的，本实用新型提供了基于弹簧受力形变曲线弹簧式安全阀阀瓣微启识别装置，其特征在于，具体包括被测安全阀(I)、机械支架(2)、液压千斤顶(3)、压力传感器(4)、位移传感器(5)、弹簧受力形变数据获取系统、数据分析系统；机械支架固定在被测安全阀阀体上；液压千斤顶、压力传感器、位移传感器安装在机械支架上，机械支架为液压千斤顶提供一个能作用在阀杆上的施力环境；压力传感器检测液压千斤顶作用在阀杆上外加力，位移传感器检测阀杆的位移；弹簧受力形变数据获取系统同时获取压力传感器及位移传感器的数据；数据分析系统通过阀杆受力位移关系特征曲线来识别阀瓣微启。按照本实用新型提供的基于弹簧受力形变曲线弹簧式安全阀阀瓣微启识别装置，其特征是所述的机械支架包括阀杆受力杆(11)、液压千斤顶受力支架(10)，机械支架底座(14)、限位螺帽(6)、压力传感器受力圆盘(17)，位移传感器安装支架(16);阀杆受力杆通过连接螺帽(12)连接被测安全阀阀杆(15);液压千斤顶受力支架固定在机械支架底座上，机械支架底座固定在被测安全阀阀体上。按照本实用新型提供的基于弹簧受力形变曲线弹簧式安全阀阀瓣微启识别装置，其特征是所述的液压千斤顶通过高压油管(9)连接液压油泵，液压千斤顶通过安装架(8)安装在液压千斤顶受力支架上，阀杆受力杆穿过液压千斤顶油缸中心。按照本实用新型提供的基于弹簧受力形变曲线弹簧式安全阀阀瓣微启识别装置，其特征是所述的压力传感器为涡轮式压力传感器，阀杆受力杆穿过其中心通孔，中心受力环下表面置于液压千斤顶托盘上，压力传感器外围受力外框上表面由限位螺帽及压力传感器受力圆盘固定在阀杆受力杆上；压力传感器数据输出线(7)连接弹簧受力形变数据获取系统，获取液压千斤顶作用在阀杆上的外加力。按照本实用新型提供的基于弹簧受力形变曲线弹簧式安全阀阀瓣微启识别装置，其特征是所述的位移传感器为拉杆式高精度位移传感器，位移传感器上端通过位移传感器安装支架固定在阀杆受力杆上，滑动杆下端通过磁铁(13)吸附到机械支架底座上；位移传感器数据输出线(18)连接弹簧受力形变数据获取系统，获取阀杆在外力作用下的位移信
肩、O按照本实用新型提供的基于弹簧受力形变曲线弹簧式安全阀阀瓣微启识别装置，其特征是所述的弹簧受力形变数据获取系统包括位移传感器信号、压力传感器信号、ADC、微处理器、数据存储�？�、触控屏、计算机数据库；位移传感器和压力传感器信号与ADC相连，ADC转换结果数据输出到微处理器，微处理器通过SPI接口与数据存储模块相连，微处理器通过串口与触控屏相连，微处理器通过USB 口与计算机数据库相连。按照本实用新型提供的基于弹簧受力形变曲线弹簧式安全阀阀瓣微启识别装置，其特征是所述的数据分析系统包含安全阀阀杆位移识别�？�、压力变化识别�？�、弹簧受力形变曲线拐点识别�？椋桓莅踩ХЦ宋灰朴敕Ц耸芰Ρ浠叵登撸罢业墒桨踩忍ぷ魇钡牡墒芰π伪淝吖盏鉇和冷态工作时的弹簧受力形变曲线拐点B，从而判别阀瓣微启。
附图1为弹簧式安全阀在线校验系统机械支架及传感器安装图附图2为弹簧受力形变数据获取系统构成图附图3为弹簧式安全阀阀瓣受力关系图附图4为弹簧式安全阀热态时弹簧受力形变曲线关系图附图5为弹簧式安全阀冷态时弹簧受力形变曲线关系图
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施方式进行详细的描述。图1为弹簧式安全阀在线校验系统机械支架及传感器安装图。包括被测安全阀(I)、机械支架(2)、液压千斤顶(3)、压力传感器(4)、位移传感器
(5)。机械支架固定在被测安全阀阀体上；液压千斤顶、压力传感器、位移传感器安装在机械支架上，机械支架为液压千斤顶提供一个能作用在阀杆上的施力环境；压力传感器检测液压千斤顶作用在阀杆上外加力，位移传感器检测阀杆的位移；弹簧受力形变数据获取系统同时获取压力传感器及位移传感器的数据；数据分析系统通过阀杆受力位移关系特征曲线来识别阀瓣微启。[0026]机械支架包括阀杆受力杆(11)、液压千斤顶受力支架(10)，机械支架底座(14)、限位螺帽(6)、压力传感器受力圆盘(17)，位移传感器安装支架(16);阀杆受力杆通过连接螺帽(12)连接被测安全阀阀杆(15);液压千斤顶受力支架固定在机械支架底座上，机械支架底座固定在被测安全阀阀体上。液压千斤顶通过高压油管(9)连接液压油泵，液压千斤顶通过安装架(8)安装在液压千斤顶受力支架上，阀杆受力杆穿过液压千斤顶油缸中心。压力传感器为涡轮式压力传感器，阀杆受力杆穿过其中心通孔，中心受力环下表面置于液压千斤顶托盘上，压力传感器外围受力外框上表面由限位螺帽及压力传感器受力圆盘固定在阀杆受力杆上；压力传感器数据输出线(7)连接弹簧受力形变数据获取系统，获取液压千斤顶作用在阀杆上的外加力。位移传感器为拉杆式高精度位移传感器，位移传感器上端通过位移传感器安装支架固定在阀杆受力杆上，滑动杆下端通过磁铁(13)吸附到机械支架底座上；位移传感器数据输出线(18)连接弹簧受力形变数据获取系统，获取阀杆在外力作用下的位移信息。图2为弹簧受力形变数据获取系统构成图。包括位移传感器信号、压力传感器信号、ADC、微处理器、数据存储�？椤⒋タ仄�、计算机数据库；位移传感器和压力传感器信号与ADC相连，ADC转换结果数据输出到微处理器，微处理器通过SPI接口与数据存储�？橄嗔⒋砥魍ü谟氪タ仄料嗔⒋砥魍ü齍SB 口与计算机数据库相连。图3为弹簧式安全阀阀瓣受力关系图。Fd为弹簧预紧力，Ptl为安全阀入口压力，S为介质作用在阀瓣上的有效面积，f为安全阀阀瓣与密封件之间的相互压紧力，AF为作用于安全阀阀瓣一个向上的附加拉力。对于一个阀瓣关闭且处于正常运行状态的弹簧式安全阀，其向下作用于阀瓣的弹簧预紧力，一部分用来抵抗介质作用力，另一部分产生安全阀阀瓣与密封件之间的相互压紧力，该力足以使安全阀保持密封状态。随着介质压力的提高，安全阀阀瓣与密封件之间的相互压紧力亦随之减小。当从外部给安全阀阀瓣一个向上的附加力AF，则除抵抗介质作用力与安全阀阀瓣与密封件之间产生的相互压紧力外，弹簧预紧力还需克服该附加拉力。随着附加拉力的增加，安全阀阀瓣与密封件之间的相互压紧力将逐渐减小。当压紧力等于零时，安全阀密封完全丧失达到开启状态，此时介质作用力与附加拉力之和刚好克服弹簧预紧力，也即安全阀阀瓣与密封件之间相互压紧力f等于零，则安全阀开启，此时满足
Ps . S = P。· S + AF通过获取安全阀阀瓣微启瞬间的Ptl, AF，S即可得到安全阀的开启压力。因此关键在于安全阀开启微启瞬间的识别。图4为弹簧式安全阀热态时弹簧受力形变曲线关系图。图4显示了安全阀处于热态时附加力AF随阀杆位移的变化规律。附加力从零逐步增加，与内压力P0*S相加正好为弹簧预紧力时，阀瓣微启，瞬间增大了介质作用面积S，使得用来克服弹簧预紧力的内压作用力急剧增大，其结果在瞬间减小了附加力，从而出现第一个特征A峰拐点。当附加力逐渐减小而达到关闭点时，由于介质作用面积突然减�。３至ζ胶夤叵担耸保郊恿岢鱿炙布浠厣窒螅吹诙鎏卣鞣骞盏鉉。这两个拐点分别对应安全阀热态时阀瓣的开启和回座。图5为弹簧式安全阀冷态时弹簧受力形变曲线关系图。图5显示了安全阀处于冷态时附加力AF随阀杆位移的变化规律。当阀门开启前，附加力克服阀芯静态刚性力。当达到开启点以后，附加力改为克服弹簧的弹性力，两者随着时间变化的斜率不同，从而出现第一个拐点B，同样情况，在阀门关闭时也会出现另一个拐点D，这两个拐点分别对应安全阀冷态时阀瓣的开启和回座。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些不需要创造性劳动就能做出的各种改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.基于弹簧受力形变曲线弹簧式安全阀阀瓣微启识别装置，其特征在于，具体包括被测安全阀(I)、机械支架(2)、液压千斤顶(3)、压力传感器(4)、位移传感器(5)、弹簧受力形变数据获取系统、数据分析系统；机械支架固定在被测安全阀阀体上；液压千斤顶、压力传感器、位移传感器安装在机械支架上，机械支架为液压千斤顶提供一个能作用在阀杆上的施力环境；压力传感器检测液压千斤顶作用在阀杆上外加力，位移传感器检测阀杆的位移；弹簧受力形变数据获取系统同时获取压力传感器及位移传感器的数据；数据分析系统通过阀杆受力位移关系特征曲线来识别阀瓣微启。
2.根据权利要求1所述的基于弹簧受力形变曲线弹簧式安全阀阀瓣微启识别装置，其特征在于所述的机械支架包括阀杆受力杆(11)、液压千斤顶受力支架(10)，机械支架底座(14)、限位螺帽(6)、压力传感器受力圆盘(17)，位移传感器安装支架(16);阀杆受力杆通过连接螺帽(12)连接被测安全阀阀杆(15);液压千斤顶受力支架固定在机械支架底座上，机械支架底座固定在被测安全阀阀体上。
3.根据权利要求1所述的基于弹簧受力形变曲线弹簧式安全阀阀瓣微启识别装置，其特征在于所述的液压千斤顶通过高压油管(9)连接液压油泵，液压千斤顶通过安装架(8)安装在液压千斤顶受力支架上，阀杆受力杆穿过液压千斤顶油缸中心。
4.根据权利要求1所述的基于弹簧受力形变曲线弹簧式安全阀阀瓣微启识别装置，其特征在于所述的压力传感器为涡轮式压力传感器，阀杆受力杆穿过其中心通孔，中心受力环下表面置于液压千斤顶托盘上，压力传感器外围受力外框上表面由限位螺帽及压力传感器受力圆盘固定在阀杆受力杆上；压力传感器数据输出线(7)连接弹簧受力形变数据获取系统，获取液压千斤顶作用在阀杆上的外加力。
5.根据权利要求1所述的基于弹簧受力形变曲线弹簧式安全阀阀瓣微启识别装置，其特征在于所述的位移传感器为拉杆式高精度位移传感器,位移传感器上端通过位移传感器安装支架固定在阀杆受力杆上，滑动杆下端通过磁铁(13)吸附到机械支架底座上；位移传感器数据输出线(18)连接弹簧受力形变数据获取系统，获取阀杆在外力作用下的位移信
6.根据权利要求1所述的基于弹簧受力形变曲线弹簧式安全阀阀瓣微启识别装置，其特征在于所述的弹簧受力形变数据获取系统包括位移传感器信号、压力传感器信号、ADC、微处理器、数据存储�？�、触控屏；位移传感器和压力传感器信号与ADC相连，ADC转换结果数据输出到微处理器，微处理器通过SPI接口与数据存储�？橄嗔⒋砥魍ü谟氪タ仄料嗔�。
专利摘要本实用新型提供了基于弹簧受力形变曲线弹簧式安全阀阀瓣微启识别装置，具体包括被测安全阀(1)、机械支架(2)、液压千斤顶(3)、压力传感器(4)、位移传感器(5)、弹簧受力形变数据获取系统、数据分析系统；机械支架固定在被测安全阀阀体上；液压千斤顶、压力传感器、位移传感器安装在机械支架上，为液压千斤顶提供一个能作用在阀杆上的施力环境；压力传感器检测液压千斤顶作用在阀杆上外加力，位移传感器检测阀杆的位移；弹簧受力形变数据获取系统同时获取压力传感器及位移传感器的数据；数据分析系统通过阀杆受力位移关系特征曲线来识别阀瓣微启。本实用新型提供的阀瓣微启识别方法具有准确性高、形象直观、操作方便等特点。
文档编号G01M13/00GK202903466SQ20122057003
公开日2013年4月24日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日
发明者丁卫撑, 刘波, 黄洪全, 王敏, 杨勇, 龚迪琛, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:成都理工大学
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