安全阀在线校验调校装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种安全阀在线校验调校装置，包括被测安全阀，固定在该安全阀顶部的机械框架、中心连杆，中心连杆从上到下依次套接有锁紧螺母、压力传感器、压力传感器受力盘、中空液压千斤顶和限位螺母，且中空液压千斤顶通过千斤顶安装支架固定在机械框架上，中心连杆底部通过阀杆夹紧提升装置与安全阀的阀杆固定连接；机械框架上设有用于检测中心连杆位移的位移传感器，机械框架一侧还设有一弹簧预紧力及位移数据采集系统。本实用新型为安全阀在线校验的阀瓣微动识别提供一种新的方法和技术手段，能克服现有阀瓣微动识别存在的缺陷，准确实现弹簧式安全阀在线校验中阀瓣微动的识别，满足现有安全阀在线校验的迫切需求。
【专利说明】安全阀在线校验调校装置
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种安全阀检测装置，尤其涉及一种安全阀在线校验调校装置。【背景技术】
[0002]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，以准确的确定其热态开启压力。
[0003]由于阀瓣微动识别的准确性直接影响校验结果的准确性，因此阀瓣微动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动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。
[0004]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动瞬间，因此采用该方法的缺点就是测量误差大。
[0005]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的阀瓣是否开启，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。
[0006]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。
[0007]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，从而对阀瓣微动的识别。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动识别技术，普遍存在校验准确性差的缺点。
实用新型内容
[0009]本实用新型的目的就在于提供一种解决上述问题，基于弹簧形变受力曲线阀瓣微动识别法作为关键技术的，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的安全阀在线校验调校装置。
[0010]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是这样的:一种安全阀在线校验调校装置，包括被测安全阀，固定在该安全阀顶部的机械框架，所述机械框架由数根竖直设置的金属杆构成；
[0011]所述机械框架内设有竖直的中心连杆，所述中心连杆从上到下依次套接有锁紧螺母、压力传感器、压力传感器受力盘、中空液压千斤顶和限位螺母，且中空液压千斤顶通过千斤顶安装支架固定在机械框架上，中心连杆底部通过阀杆夹紧提升装置与安全阀的阀杆固定连接；
[0012]机械框架上设有用于检测中心连杆位移的位移传感器，机械框架一侧还设有一弹簧预紧力及位移数据采集系统，包括微处理器、分别对应与微处理器输入端、串口、SPI接口、USB接口相连的ADC转换器、液晶触控屏、数据存储单元和计算机数据库，其中，ADC转换器的输入端分别连接压力传感器和位移传感器的输出端。
[0013]作为优选:压力传感器为轮辐式压力传感器，其套接在中心连杆上的连接方式为中心连杆穿过其中心通孔。
[0014]作为优选:所述位移传感器为拉杆式位移传感器，其拉杆穿过千斤顶安装支架，吸附固定在压力传感器受力盘上。
[0015]作为优选:所述阀杆夹紧提升装置包括一用于连接中心连杆和阀杆的夹头，其中夹头与阀杆的连接方式为，所述夹头中心设有与阀杆外径相同的孔，且过孔的中心设有十字开口，所述十字开口深度为阀杆的二分之一到三分之二，且当夹头插入孔内后，夹头外壁设有将十字开口收紧的抱箍。
[0016]作为优选:所述ADC转换器与压力传感器(4)和位移传感器(8)的连接方式为有线数据传输或无线数据传输。
[0017]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:为安全阀在线校验的阀瓣微动识别提供一种新的方法和技术手段，能克服现有阀瓣微动识别存在的缺陷，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动的识别，满足现有安全阀在线校验的迫切需求。
[0018]这是因为在实际系统中，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，在阀瓣微动前，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动后，此时附加力仅需要克服弹簧的预紧力，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。阀瓣微动必然会使阀杆发生位移，也必然会被位移传感器检测到。
[0019]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，因此不需要附加力均匀施加，从而克服弹簧受力曲线法中需要均匀增加外力的弊端，阀瓣微动识别准确。
[0020]机械框架为中空液压千斤顶提供一个能作用在阀杆上的施力环境，中心连杆穿过中空液压千斤顶，用于带动中心连杆上下移动产生位移，从而对安全阀的阀杆产生压力，锁紧螺母、压力传感器、压力传感器受力盘、中空液压千斤顶，四者相互接触，这样的好处是便于压力传感器检测中空液压千斤顶作用在阀杆上外加力，位移传感器设置在机械框架上，用于检测阀杆的位移；弹簧预紧力及位移变化数据采集系统通过ADC转换器，获取压力传感器及位移传感器的数据进行分析和处理，通过阀杆受力位移关系与弹簧预紧力变化的特征点来判断识别阀瓣的微动，从而实现阀瓣微动识别准确的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的结构示意图；
[0022]图2为本实用新型中夹头的结构示意图；
[0023]图3为图2的仰视图；
[0024]图4为正常运行状态时弹簧式安全阀阀瓣受力关系图；
[0025]图5为相互压紧力为零时弹簧式安全阀阀瓣受力关系图；
[0026]图6为增加附加拉力时弹簧式安全阀阀瓣受力关系图；
[0027]图7为增加附加拉力且相互压紧力为零时弹簧式安全阀阀瓣受力关系图；
[0028]图8为弹簧式安全阀热态时弹簧受力形变曲线关系图；
[0029]图9为弹簧式安全阀冷态时弹簧受力形变曲线关系图。
[0030]图中:1、机械框架；2、中心连杆；3、锁紧螺母；4、压力传感器；5、压力传感器受力盘；6、中空液压千斤顶；7、限位螺母；8、位移传感器；9、阀杆夹紧提升装置；10、拉杆；11、千斤顶安装支架；12、夹头；13、十字开口 ；14、抱箍。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0032]实施例1:参见图1、图2、图3，一种安全阀在线校验调校装置，包括被测安全阀，固定在该安全阀顶部的机械框架1，所述机械框架I由数根竖直设置的金属杆构成；所述机械框架I内设有竖直的中心连杆2，所述中心连杆2从上到下依次套接有锁紧螺母3、压力传感器4、压力传感器受力盘5、中空液压千斤顶6和限位螺母7，且中空液压千斤顶6通过千斤顶安装支架11固定在机械框架I上，中心连杆2底部通过阀杆夹紧提升装置9与安全阀的阀杆固定连接；机械框架I上设有用于检测中心连杆2位移的位移传感器8，机械框架I 一侧还设有一弹簧预紧力及位移数据采集系统，包括微处理器、分别对应与微处理器输入端、串口、SPI接口、USB接口相连的ADC转换器、液晶触控屏、数据存储单元和计算机数据库，其中，ADC转换器的输入端通过有线数据传输的方式分别连接压力传感器4和位移传感器8的输出端。
[0033]本实施例中，中空液压千斤顶6通过高压油管连接液压油泵系统，压力传感器4为轮辐式压力传感器，其套接在中心连杆2上的连接方式为中心连杆2穿过其中心通孔；所述位移传感器8为拉杆式位移传感器，其拉杆10穿过千斤顶安装支架11，吸附固定在压力传感器受力盘5上；所述阀杆夹紧提升装置9包括一用于连接中心连杆2和阀杆的夹头12，其中夹头12与阀杆的连接方式为，所述夹头12中心设有与阀杆外径相同的孔，且过孔的中心设有十字开口 13，所述十字开口 13深度为阀杆的二分之一到三分之二，且当夹头12插入孔内后，夹头12外壁设有将十字开口 13收紧的抱箍14。
[0034]本实施例中，中心连杆2、其上从上到下依次套接的锁紧螺母3、压力传感器4、压力传感器受力盘5、中空液压千斤顶6和限位螺母7构成了一个整体，中空液压千斤顶6通过千斤顶安装支架11固定在机械框架I上，从而实现将这个整体设置在机械框架I间，虽然中空液压千斤顶6与机械框架I的相对位置关系固定，但其内部的活塞能带动中心连杆2的上下移动。
[0035]本实施例的工作原理是，机械框架I为中空液压千斤顶6提供一个能作用在阀杆上的施力环境，由中空液压千斤顶6带动中心连杆2上下移动，从而对阀杆施加压力；
[0036]压力传感器4位于锁紧螺母3和压力传感器受力盘5之间，压力传感器受力盘5与中空液压千斤顶6接触，用于检测中空液压千斤顶6作用在阀杆上外加力；
[0037]位移传感器8设置在机械框架I上，检测阀杆的位移；
[0038]弹簧预紧力及位移变化数据采集系统同时获取压力传感器4及位移传感器8的数据；由微处理器内置的数据处理系统对数据进行处理，根据安全阀的阀杆位移与阀杆受力变化关系曲线，寻找弹簧式安全阀热态工作时的弹簧受力形变曲线特征点拐点A和冷态工作时的弹簧受力形变曲线特征点拐点B，从而判别阀瓣微动。
[0039]参见图4、图5、图6和图7，通过阀杆受力位移关系与弹簧预紧力变化的特征点来判断识别阀瓣的微动的原理如下。
[0040]Fd为弹簧预紧力，PO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，此时满足以下公式:
[0041]Fd = Ps.S (I)
[0042]如果从外部作用给安全阀阀瓣一个向上的附加拉力AF，则除抵抗介质作用力与密封件间产生的相互压紧力外，弹簧预紧力还需克服该附加拉力，参见图6。随着附加拉力的增加，密封件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而达到开启状态，此时介质作用力与附加力之和刚好克服弹簧预紧力，参见图7，即:
[0043]Fd = P0.S+ Δ F (2)
[0044]由⑴⑵得到安全阀在线定压的基本公式:[0045]Ps = P0+ Δ F/S (3)
[0046]测定安全阀开启时的附加拉力、安全阀入口压力以及介质作用在阀瓣上的有效面积，就可计算安全阀的开启压力。
[0047]通过获取安全阀阀瓣微动瞬间的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动瞬间的识别。
[0048]参见图8，图8为弹簧式安全阀热态时弹簧受力形变曲线关系图。该图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P3S相加正好为弹簧预紧力时，阀瓣微动，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小，为保持力平衡关系，此时，附加力会出现瞬间回升现象，即第二个特征峰拐点C。这两个拐点分别对应安全阀热态时阀瓣的开启和回座。
[0049]参见图9，图9为弹簧式安全阀冷态时弹簧受力形变曲线关系图。该图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。
[0050]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。
[0051]实施例2:ADC转换器的输入端通过无线数据传输的方式分别连接压力传感器4和位移传感器8的输出端。其余与实施例1相同。
【权利要求】
1.一种安全阀在线校验调校装置，其特征在于:包括被测安全阀，固定在该安全阀顶部的机械框架(I)，所述机械框架(I)由数根竖直设置的金属杆构成； 所述机械框架(I)内设有竖直的中心连杆(2)，所述中心连杆(2)从上到下依次套接有锁紧螺母(3)、压力传感器(4)、压力传感器受力盘(5)、中空液压千斤顶(6)和限位螺母(7)，且中空液压千斤顶(6)通过千斤顶安装支架(11)固定在机械框架(I)上，中心连杆(2)底部通过阀杆夹紧提升装置(9)与安全阀的阀杆固定连接； 机械框架(I)上设有用于检测中心连杆(2)位移的位移传感器(8)，机械框架(I) 一侧还设有一弹簧预紧力及位移数据采集系统，包括微处理器、分别对应与微处理器输入端、串口、SPI接口、USB接口相连的ADC转换器、液晶触控屏、数据存储单元和计算机数据库，其中，ADC转换器的输入端分别连接压力传感器(4)和位移传感器(8)的输出端。
2.根据权利要求1所述的安全阀在线校验调校装置，其特征在于:压力传感器(4)为轮辐式压力传感器，其套接在中心连杆(2)上的连接方式为中心连杆(2)穿过其中心通孔。
3.根据权利要求1所述的安全阀在线校验调校装置，其特征在于:所述位移传感器(8)为拉杆式位移传感器，其拉杆(10)穿过千斤顶安装支架(11)，吸附固定在压力传感器受力盘(5)上。
4.根据权利要求1所述的安全阀在线校验调校装置，其特征在于:所述阀杆夹紧提升装置(9)包括一用于连接中心连杆⑵和阀杆的夹头(12)，其中夹头(12)与阀杆的连接方式为，所述夹头(12)中心设有与阀杆外径相同的孔，且过孔的中心设有十字开口(13)，所述十字开口(13)深度为阀杆的二分之一到三分之二，且当夹头(12)插入孔内后，夹头(12)外壁设有将十字开口(13)收紧的抱箍(14)。
5.根据权利要求1所述的安全阀在线校验调校装置，其特征在于:所述ADC转换器与压力传感器(4)和位移传感器(8)的连接方式为有线数据传输或无线数据传输。
【文档编号】G01M13/00GK203785867SQ201320764839
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】刘波 申请人:成都施泰欧科技有限公司