本實用新型涉及結構部件的流體密封性的測試領域，尤其涉及一種蒸汽安全閥的在線泄漏檢測裝置。

背景技術：

蒸汽安全閥是安裝在蒸汽輸送管道上的一種自動壓力釋放裝置。當管道中的介質(蒸汽，下同)壓力超過安全閥的“開啟壓力”(亦稱安全閥的“起跳”壓力)時，安全閥自動開啟，釋放介質，防止管道中發(fā)生超壓爆炸；當管道中的介質壓力下降到安全閥的關閉壓力(亦稱安全閥的“回座”壓力)時，安全閥自動關閉，從而保證生產活動的正常進行。

在火電裝備特別是核電裝備中，對安全閥的安全級別和運行可靠性要求極高，按照ASME標準及RCCM標準，為保證電站正常、安全運行，在任何工況下均要保證蒸汽安全閥的可靠運行；同時，為了響應國家節(jié)能減排要求，合理的蒸汽量的損失對企業(yè)及環(huán)境同樣非常重要。

但是在實際生產應用中，往往有很多原因會造成安全閥的故障，其中安全閥的泄漏故障最為常見。在設備正常工作壓力下，安全閥閥瓣與閥座的接觸面(亦稱密封面)處不能發(fā)生超過允許程度的泄漏。安全閥的泄漏不但會引起介質損失，而且介質的不斷泄漏還會使密封材料遭到破壞。常規(guī)安全閥的密封面都是金屬材料對金屬材料，雖然在制造過程中力求做得光潔平整，但是在高壓介質的作用下仍可能會出現(xiàn)泄漏。因此，對于工作介質是蒸汽的安全閥，在規(guī)定壓力值下，準確快速判斷蒸汽閥門是否已經(jīng)出現(xiàn)泄漏是非常重要的。

現(xiàn)有的常規(guī)蒸汽安全閥泄漏檢測方法主要有兩種：一種是用黑幕法檢測，即技術人員直觀的肉眼觀察和用耳朵聽，但是當看到泄漏的蒸汽和聽到蒸汽泄漏的聲音時，可能會出現(xiàn)泄漏量過大的情況，閥門也存在隨時起跳的可能，一旦閥門起跳，排放過程產生的噪聲及高溫/高壓蒸汽極可能會對操作、檢測人員形成人身危害；另一種方法是用冷棒法檢測，具體做法是用冷棒靠近閥瓣和閥座的密封面，如果有蒸汽泄漏，就會在冷棒上遇冷凝結成水珠，該方法同樣存在與前一種方法相同的潛在 操作危險。

綜上所述，以上兩種常規(guī)檢測方法均無法實現(xiàn)在線檢測和遠程檢測，而且判斷標準受所在環(huán)境和操作人員主觀影響較大，存在較大的操作安全隱患和測量誤差。

申請公布日為2015年03月25日，申請公布號為CN 104458152A的中國發(fā)明專利申請中，公開了一種“基于聲發(fā)射信號處理的氣體閥門內漏檢測方法”，該方法首先利用聲發(fā)射傳感器采集信號，通過信號放大器濾波處理，得到增強的聲發(fā)射模擬信號，由數(shù)據(jù)采集卡轉換為數(shù)字信號送到計算機，計算機實時記錄聲發(fā)射信號的均方根值參數(shù)；依次采用單點法、兩點法、四點法聲發(fā)射信號采集內漏分析判定方法，通過閥門內漏聲發(fā)射信號均方根值判斷閥門是否存在內漏。其檢測原理是閥門泄漏時，在泄漏口處會產生聲發(fā)射信號，通過聲發(fā)射傳感器檢測泄漏激發(fā)的聲發(fā)射彈性波，將機械振動信號轉化為電信號，并進行放大、濾波等信號處理后，提取有效信號特征量來判斷泄漏的狀態(tài)。該技術方案的優(yōu)點在于泄漏產生的聲發(fā)射信號通過閥體本身傳播，利用聲發(fā)射傳感器采集信號，通過信號放大器濾波處理，減少了工業(yè)噪聲對檢測產生的影響；通過閥門內漏聲發(fā)射信號均方根值判斷閥門是否存在內漏，成本比較低，檢測過程中不需要操作閥門，檢測效率高，不影響正常的生產。但其不足在于對于不同閥門、不同泄漏率都需要重新標定判斷泄漏的聲發(fā)射信號均方根值與背景信號均方根值差值的大小，泛用性較低，還沒有用于安全閥泄漏的檢測上。

申請公布日為2013年12月04日，申請公布號為CN1034424230A的中國發(fā)明專利申請中，公開了一種“基于超聲波的閥門泄漏無線檢測裝置及方法”，包括超聲波傳感部，與多個閥門一一對應設置并分別具有傳感識別碼。當感應到閥門因發(fā)生氣體泄漏而產生超聲波時送出相應的泄漏信號及其傳感識別碼，通訊部通過無線通訊接收泄漏信號及其傳感識別碼，泄漏警告部根據(jù)通訊部接收到的泄漏信號及其位置識別碼，發(fā)出泄漏警告并指明閥門的具體位置。該技術方案的優(yōu)點是裝置簡單，成本小，而且可以檢測到泄漏閥門的位置。但是存在的不足是，閥門發(fā)生泄漏時產生的超聲波頻率不固定，環(huán)境噪聲的干擾比較大，檢測準確性比較低。

上述兩種技術方案中所涉及到的聲發(fā)射原理均為泄露介質作用于閥門內件，激發(fā)超聲波并加以檢測，基于聲發(fā)射的閥門泄漏檢測方法的缺點在于對于不同閥門需要重新標定泄漏率，不同泄漏率會出現(xiàn)不同的泄漏信號幅值譜圖，使其使用條件和適用范圍受到一定限制。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種蒸汽安全閥在線泄漏檢測裝置，其設置有一個能產生特定頻率超聲波的超聲波發(fā)生器，該超聲波發(fā)生器所產生的超聲波信號頻率，僅與超聲波發(fā)生器開口斜凹槽的尺寸或超聲波發(fā)生器的安裝位置相關；通過檢測超聲波探頭所處環(huán)境中各個頻率聲波信號的幅值譜，觀察某一固定頻率超聲波信號是否明顯增強，或者，通過判斷各個頻率聲波信號的幅值是否超過預設定值，即可安全、遠程、實時在線地判斷蒸汽安全閥是否發(fā)生了蒸汽泄漏。與現(xiàn)有的安全閥泄漏檢測方法相比，該技術方案具有遠程、安全、實時在線監(jiān)測、準確性高的優(yōu)點。

本實用新型的技術方案是：提供一種蒸汽安全閥在線泄漏檢測裝置，所述的蒸汽安全閥為彈簧式蒸汽安全閥，所述的彈簧式蒸汽安全閥至少包括閥體、閥座、閥瓣、閥桿、彈簧座、彈簧、出口法蘭、蒸汽出口管道及安裝在蒸汽安全閥閥座上的下調節(jié)圈，所述的下調節(jié)圈通過螺紋套裝固定在所述的閥座上，在所述的閥座與閥瓣之間，為一密封端面結構，其特征是：

在所述的下調節(jié)圈上，套裝設置一個超聲波發(fā)生器；所述的超聲波發(fā)生器為一圓環(huán)狀結構，在所述圓環(huán)狀結構的上端面上，設置有一個開口斜凹槽；所述開口斜凹槽的開口方向朝向所述圓環(huán)狀結構的縱向軸心線設置；

在所述蒸汽安全閥的出口法蘭與閥體之間的蒸汽出口管道上，設置一個超聲波探頭；所述的超聲波探頭通過一個帶有螺紋結構的貫穿孔，安裝固定在所述的蒸汽出口管道上；

設置一個信號采集器和一臺安裝有常規(guī)聲波頻譜/幅值顯示分析軟件的計算機；所述信號采集器的信號輸入端與超聲波探頭的模擬輸出信號對應連接，所述信號采集器的信號輸出端與計算機的數(shù)字信號輸入端對應連接；所述超聲波探頭輸出的模擬信號，通過信號采集器轉換為數(shù)字信號，通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接嬎銠C上。

具體的，所述的圓環(huán)狀結構通過螺紋結構安裝固定在所述的下調節(jié)圈上，通過所述的螺紋結構來調節(jié)圓環(huán)狀結構的安裝高度，所述圓環(huán)狀結構的安裝高度為所述圓環(huán)狀結構的上端面與所述閥座的上密封端面之間的距離。

進一步的，所述圓環(huán)狀結構的上端面距離所述閥座的上密封面的距離為0mm～5mm。

更進一步的，其所述圓環(huán)狀結構的上端面離所述閥座的上密封面的距離為2mm。

進一步的，所述的開口斜凹槽環(huán)繞所述圓環(huán)狀結構上端面的開口端設置；所述的開口斜凹槽為一縱向截面形狀為平行四邊形的斜凹槽，平行四邊形的兩銳角邊之間的夾角α為30°～45°，平行四邊形的水平邊a長為6mm～12mm，平行四邊形的高h為4mm～10mm，平行四邊形長對角線的頂點離所述圓環(huán)狀結構上端面開口孔的內側邊距離b為2mm～8mm；所述平行四邊形的長對角線與所述圓環(huán)狀結構的上端面之間的夾角β≤90°。

更進一步的，所述的平行四邊形兩銳角邊的夾角α為30°；平行四邊形的水平邊a長為10mm；平行四邊形的高h為6mm，平行四邊形長對角線的頂點離所述圓環(huán)狀結構上端面開口孔的內側邊距離b為4mm；所述平行四邊形的長對角線與所述圓環(huán)狀結構的上端面所在平面之間的夾角β＝α/2，其中α為平行四邊形的兩銳角邊之間的夾角。

具體的，所述的超聲波探頭貫穿所述的蒸汽出口管道的管壁設置，所述超聲波探頭用于接收超聲波的頭部，位于所述的蒸汽出口管道內。

具體的，所述超聲波發(fā)生器的材質為鎳基合金鋼或鉻鎳合金鋼。

進一步的，所述超聲波探頭的聲波接收頻率范圍為20KHz～80KHz。

更進一步的，所述超聲波發(fā)生器所產生的超聲波信號的頻率，僅與所述開口斜凹槽的尺寸或所述超聲波發(fā)聲器的上端面距離所述閥座的上密封面的距離相關。

與現(xiàn)有技術比較，本實用新型的優(yōu)點是：

1.本技術方案中，在蒸汽安全閥的下調節(jié)圈上設置一個能產生特定頻率超聲波的超聲波發(fā)生器，在蒸汽出口管道上設置一個超聲波探頭；通過檢測超聲波探頭所處環(huán)境中各個頻率聲波信號的幅值譜，觀察某一固定頻率超聲波信號是否明顯增強，或者，通過判斷各個頻率聲波信號的幅值是否超過預設定值，即可安全、遠程、實時在線地判斷蒸汽安全閥是否發(fā)生了蒸汽泄漏；

2.采用計算機接收、顯示超聲波探頭輸出的超聲波噪聲信號，通過監(jiān)測計算機輸出的噪聲信號幅值的變化，可以立刻檢測到閥門是否發(fā)生泄漏，時效性很強，只需操作人員在監(jiān)控室觀察計算機上輸出噪聲信號的變化就可以判斷安全閥是否發(fā)生泄漏，不用在現(xiàn)場操作，實現(xiàn)了遠程檢測或監(jiān)測安全閥泄漏，監(jiān)測工作過程更為安全、可靠；

3.采用超聲波探頭檢測噪聲，計算機輸出噪聲信號變化的監(jiān)測模式，監(jiān)測結果不受技術人員主觀因素的影響，對安全閥泄漏的檢測更加準確；

4.由超聲波發(fā)生器所產生的超聲波，其超聲波的頻率，僅與超聲波發(fā)生器自身的結構和安裝位置相關，一旦上述數(shù)據(jù)或位置固定后，則在蒸汽安全閥泄漏時，超聲波發(fā)生器只會產生某一固定頻率的超聲波，所以對于任何尺寸結構的安全閥，只要觀察某一頻率超聲波信號的變化情況即可，無需對每種規(guī)格尺寸的閥門進行單獨標定，整個檢測裝置的適應性好，具有廣泛的適應能力和較佳的輸出信號統(tǒng)一性；

5.相對現(xiàn)有的安全閥泄漏檢測方法，本技術方案具有遠程安全、實時在線監(jiān)測、準確性高的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本技術方案的彈簧式蒸汽安全閥結構示意圖。

圖2為本技術方案超聲波發(fā)生器與下調節(jié)圈的連接位置關系示意圖。

圖3為本技術方案超聲波發(fā)生器的結構示意圖。

圖4為實施例安全閥未出現(xiàn)泄漏時的噪聲幅值譜。

圖5為實施例安全閥開始出現(xiàn)泄漏時的噪聲幅值譜。

圖6為實施例安全閥泄漏增大時的噪聲幅值譜。

圖中0為閥體，1為閥座，2為下調節(jié)閥，3為超聲波發(fā)生器，4為閥瓣，5為閥桿，6為彈簧座，7為彈簧，8為計算機，9為信號采集器，10為出口法蘭，11為蒸汽出口管道，12為超聲波探頭，A為開口斜凹槽，B為開口斜凹槽所在平行四邊形的長對角線，α為平行四邊形兩銳角邊的夾角，β為開口斜凹槽所在平行四邊形的長對角線與所述圓環(huán)狀結構的上端面所在平面之間的夾角。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型的技術方案作進一步說明。

圖1和圖2中，本實用新型的技術方案中，蒸汽安全閥安裝在蒸汽管道上，蒸汽安全閥中的下調節(jié)圈2通過螺紋安裝在閥座1上；超聲波發(fā)生器3通過螺紋安裝在下調節(jié)圈上，可以通過螺紋調節(jié)超聲波發(fā)生器的安裝高度(即超聲波發(fā)聲器的上端面距離所述閥座的上密封面的距離)；被壓縮的彈簧7產生預緊力，通過彈簧座6傳遞給閥桿5，使閥瓣4和閥座1之間產生壓緊力，從而實現(xiàn)密封。

具體的，彈簧式蒸汽安全閥至少包括閥體0、閥座1、閥瓣4、閥桿5、彈簧座6、彈簧7、出口法蘭10、蒸汽出口管道11及安裝在蒸汽安全閥閥座上的下調節(jié)圈2，所述的下調節(jié)圈通過螺紋套裝固定在閥座上，在閥座與閥瓣之間，為一密封端 面結構。

本實用新型的技術方案在下調節(jié)圈上，套裝設置一個超聲波發(fā)生器3；超聲波發(fā)生器的具體結構(參考圖2中所示)為一圓環(huán)狀結構，在圓環(huán)狀結構的上端面上，設置有一個開口斜凹槽A；該開口斜凹槽的開口方向朝向所述圓環(huán)狀結構的縱向軸心線設置，

在蒸汽安全閥的出口法蘭與閥體之間的蒸汽出口管道上，設置有一個超聲波探頭12；超聲波探頭通過一個帶有螺紋結構的貫穿孔，安裝固定在所述的蒸汽出口管道上。

本實用新型的技術方案設置一個信號采集器9和一臺安裝有常規(guī)聲波頻譜/幅值顯示分析軟件的計算機8；信號采集器的信號輸入端與超聲波探頭的模擬輸出信號對應連接，信號采集器的信號輸出端與計算機的數(shù)字信號輸入端對應連接；超聲波探頭輸出的模擬信號，通過信號采集器轉換為數(shù)字信號，通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接嬎銠C上。

在本技術方案中，超聲波探頭12貫穿所述的蒸汽出口管道11設置，超聲波探頭用于接收超聲波的頭部，位于所述的蒸汽出口管道內。

超聲波探頭的聲波接收頻率范圍為20KHz～80KHz。

當蒸汽安全閥的閥座與閥瓣之間的密封面處發(fā)生蒸汽泄漏時，泄漏的蒸汽流過超聲波發(fā)生器圓環(huán)狀結構的上端面，進入開口斜凹槽，產生漩渦，從而產生一個頻率超過20KHz的、固定頻率的超聲波；

通過超聲波探頭檢測到蒸汽出口管道內由超聲波發(fā)生器產生的超聲波，輸出模擬信號；通過信號采集器采集由超聲波探頭所產生的模擬信號，然后將接收到的模擬信號轉化為數(shù)字信號，轉化后的數(shù)字信號通過數(shù)據(jù)線遠距離傳輸?shù)剿龅挠嬎銠C上。

在計算機上，通過聲波頻譜/幅值顯示分析軟件顯示超聲波探頭所處環(huán)境中各個頻率的聲波信號的幅值譜圖，通過觀察或監(jiān)測圖中某一固定頻率的超聲波信號是否明顯增強，或者，通過判斷某一固定頻率超聲波信號的幅值是否超過預設定值，即可安全、遠程、實時在線地判斷所述的蒸汽安全閥是否發(fā)生了蒸汽泄漏。

當管道內蒸汽壓力升高時，閥瓣受力增加，閥瓣4和閥座1之間的壓緊力減小，出現(xiàn)泄漏；泄漏介質經(jīng)過安裝在下調節(jié)圈處的超聲波發(fā)生器3時，泄漏介質進入開口斜凹槽A，形成漩渦，從而產生超過20KHz的某一固定頻率超聲波；所產生的超聲波可以被安裝在蒸汽出口管道11上且與管道內介質接觸的超聲波探頭12檢測到； 超聲波探頭12檢測到的模擬信號，通過信號采集器9轉換為數(shù)字信號通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接嬎銠C8上。由于蒸汽泄漏會驅動超聲波發(fā)生器產生某一固定頻率的超聲波，該頻率超聲波的聲強遠大于其他頻率聲波的強度。在計算機8上通過特定軟件輸出環(huán)境中各個頻率聲波信號的幅值譜，通過觀察圖中某一頻率噪聲信號是否明顯增強，即可方便地判斷泄漏是否發(fā)生。

在圖2中，超聲波發(fā)生器通過螺紋結構安裝固定在調節(jié)圈上，通過螺紋結構來調節(jié)超聲波發(fā)生器的安裝高度，本技術方案中超聲波發(fā)生器的安裝高度為超聲波發(fā)聲器的上端面與閥座的上密封端面之間的距離c。

本技術方案中，超聲波發(fā)聲器的上端面距離所述閥座的上密封面的距離c為0mm～5mm。

實際實施時，超聲波發(fā)聲器的上端面離所述閥座的上密封面的距離c優(yōu)選為2mm。

圖3中，開口斜凹槽A環(huán)繞所述圓環(huán)狀結構中間開口孔(通孔結構)的上端面設置；該開口斜凹槽為一縱向截面形狀為平行四邊形的斜凹槽，平行四邊形的兩銳角邊之間的夾角α為30°～45°，平行四邊形的水平邊a長為6mm～12mm，平行四邊形的高h為4mm～10mm，平行四邊形長對角線的頂點離所述圓環(huán)狀結構上端面開口孔的內側邊距離b為2mm～8mm；平行四邊形的長對角線與圓環(huán)狀結構的上端面之間的夾角β≤90°。

實際實施時，平行四邊形兩銳角邊的夾角α優(yōu)選為30°；平行四邊形的水平邊a長優(yōu)選為10mm；平行四邊形的高h優(yōu)選為6mm，平行四邊形長對角線的頂點離所述圓環(huán)狀結構上端面開口孔的內側邊距離b優(yōu)選為4mm；平行四邊形的長對角線與圓環(huán)狀結構的上端面所在平面之間的夾角β＝α/2，其中的α為平行四邊形的兩銳角邊之間的夾角。

在本技術方案中，超聲波發(fā)生器所產生的超聲波信號的頻率，僅與開口斜凹槽的幾何結構尺寸或超聲波發(fā)聲器的上端面距離所述閥座上密封面的距離c相關。

通過采用本實用新型所述的技術方案，即可實現(xiàn)遠程、安全、實時在線地檢測安全閥是否發(fā)生泄漏。

實施例

(1)將帶有超聲波發(fā)生器3的彈簧式蒸汽安全閥安裝于試驗蒸汽管道上，連接、設置好超聲波探頭12和計算機8和信號采集器9，計算機8上持續(xù)輸出環(huán)境中 各個頻率聲波信號的幅值譜，實時在線檢測安全閥是否發(fā)生泄漏。

(2)該閥的整定壓力為8.5MPa，試驗蒸汽管道內蒸汽壓力為7.5MPa時，計算機上觀察到圖4所示幅值譜。由圖4可見，各頻率的超聲波信號幅值都很低，說明安全閥沒有發(fā)生泄漏。

(3)當蒸汽管道內壓力升高至7.6MPa時，計算機上觀察到圖5所示幅值譜。由圖5可見，頻率為30KHz的超聲信號幅值急劇增大，說明蒸汽出口管道內30KHz的超聲波明顯增強，同時現(xiàn)場測試人員使用冷棒在7.6MPa時檢測到泄漏，說明該泄漏檢測裝置準確性很高。

(4)繼續(xù)升高試驗蒸汽管道內蒸汽壓力，當壓力升高到7.7MPa時，計算機上觀察到圖6所示幅值譜。由圖6可見，頻率為30KHz的超聲信號幅值繼續(xù)增大，頻率為30KHz的超聲波繼續(xù)增強，說明泄漏增大。

綜上，由實施例可以得出，超聲檢測裝置檢測到30KHz的超聲信號明顯增強時，說明安全閥發(fā)生泄漏；30KHz超聲信號繼續(xù)增強說明泄漏增大。通過這套安全閥泄漏檢測裝置，可以遠程、安全、實時、在線地監(jiān)控蒸汽安全閥是否發(fā)生泄漏。

由于本實用新型的技術方案，在蒸汽安全閥的下調節(jié)圈上設置了一個能產生特定頻率超聲波的超聲波發(fā)生器，在蒸汽出口管道上設置了一個超聲波探頭；通過檢測超聲波探頭所處環(huán)境中各個頻率聲波信號的幅值譜，觀察某一固定頻率超聲波信號是否明顯增強，或者，通過判斷各個頻率聲波信號的幅值是否超過預設定值，即可安全、遠程、實時在線地判斷蒸汽安全閥是否發(fā)生了蒸汽泄漏。與現(xiàn)有的安全閥泄漏檢測方法相比，本技術方案具有遠程、安全、實時在線監(jiān)測、準確性高的優(yōu)點。

本實用新型可廣泛用于各種規(guī)格尺寸蒸汽安全閥的在線泄漏檢測領域。