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CN115280050A - 用于确定弹簧驱动式泄压阀的设定压力和升程的系统和方法 - Google Patents

用于确定弹簧驱动式泄压阀的设定压力和升程的系统和方法 Download PDF

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CN115280050A
CN115280050A CN202180015679.XA CN202180015679A CN115280050A CN 115280050 A CN115280050 A CN 115280050A CN 202180015679 A CN202180015679 A CN 202180015679A CN 115280050 A CN115280050 A CN 115280050A
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CN
China
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spring
valve
pressure relief
relief valve
load cell
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Application number
CN202180015679.XA
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English (en)
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V·卡尔雅那桑德拉姆
K·斯
J·唐宁
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Original Assignee
Emerson Automation Solutions Final Control US LP
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Publication date
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Abstract

一种弹簧驱动式泄压阀(100)，包括阀壳体(134)；阀座(120)；阀盘组件(116)，其被配置成密封阀座；主弹簧(112)，其被布置成将阀盘组件偏置朝向阀座，以定义泄压阀的设定压力；以及测力传感器(104)，在弹簧驱动式泄压阀的操作过程中，测力传感器可以相对于阀壳体处于固定的空间关系并且与主弹簧机械连通，从而其可以被配置成当阀盘组件相对于阀座移动时测量主弹簧施加在阀盘组件上的力，其中测力传感器不与阀盘组件通过心轴进行机械联通，以测量主弹簧施加的力。

Description

用于确定弹簧驱动式泄压阀的设定压力和升程的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年2月20日提交的美国临时专利申请第62/979,129号的优先权，该专利申请题为“用于确定弹簧驱动式泄压阀的设定压力和升程的系统和方法”，其全部公开内容通过引用并入。
背景技术
弹簧驱动式泄压阀广泛用于需要压力保护的系统和容器中。例如，在这样的系统中，超压会导致过程错乱、仪器故障或设备故障。泄压阀通过允许加压流体从辅助通道流出系统来释放超压。
发明内容
一些实施例提供了一种弹簧驱动式泄压阀，其包括主弹簧、压力调节螺钉和通过主弹簧偏置朝向阀座的阀盘组件。可以将测力传感器可以配置成测量由主弹簧施加在阀盘组件上的力，包括确定弹簧驱动式泄压阀的开启压力和设定压力。在一个实施例中，压力调节螺钉可以与测力传感器螺纹接合。在另一个实施例中，测力传感器可以设置在压力调节螺钉和上弹簧垫圈之间。
一些实施例提供了一种用于设置弹簧驱动式泄压阀的设定压力或开启压力的方法。该方法可包括对弹簧驱动式泄压阀的阀门进口进行加压，并调节弹簧驱动式泄压阀的主弹簧的偏置。主弹簧上的载荷可以在主弹簧压缩的选择调节时确定。可以基于所确定的载荷来识别弹簧驱动式泄压阀的阀门打开运动。
一些实施例提供了一种用于监测弹簧驱动式泄压阀的操作的方法。该方法可以包括使用测力传感器来测量由弹簧驱动式泄压阀的主弹簧施加的力。可以基于测量的力来确定弹簧驱动式泄压阀的阀门升程，这可以允许确定在泄放事件期间的总泄放能力(例如，基于随着时间的阀门升程曲线的确定)或者可以监测设定弹簧驱动式泄压阀的设定压力。
一些实施例提供了一种弹簧驱动式泄压阀。弹簧驱动式泄压阀可包括阀壳体、阀座、被配置成密封阀座以关闭弹簧驱动式泄压阀的阀盘组件、主弹簧和测力传感器。可将主弹簧布置成将阀盘组件偏置朝向阀座，以限定弹簧驱动式泄压阀的设定压力。在弹簧驱动式泄压阀的操作过程中，测力传感器可以相对于阀壳体处于固定的空间关系并且与主弹簧机械连通，从而测力传感器可以被配置成当阀盘组件相对于阀座移动时测量主弹簧施加在阀盘组件上的力。
在一些实施例中，弹簧驱动式泄压阀可以包括从阀盘组件延伸以引导阀盘组件相对于阀座运动的心轴。在弹簧驱动式泄压阀的操作过程中，心轴可相对于测力传感器移动，以相对于流过阀座的流体打开和关闭弹簧驱动式泄压阀。
在一些实施例中，弹簧驱动式泄压阀可包括延伸穿过测力传感器的心轴，该心轴可移动通过测力传感器，以相对于流过阀座的流体打开和关闭弹簧驱动式泄压阀。
在一些实施例中，弹簧驱动式泄压阀可以包括压力调节构件。测力传感器可以包括内螺纹，并且压力调节构件通过内螺纹螺纹连接。因此，压力调节构件可以相对于测力传感器和阀壳体螺纹调节，以调节主弹簧的压缩程度。
在一些实施例中，弹簧驱动式泄压阀可以包括测力传感器。测力传感器可以通过压力调节构件与主弹簧机械连通，以测量主弹簧施加在阀盘组件上的力。
在一些实施例中，弹簧驱动式泄压阀可以包括阀壳体，该阀壳体包括阀帽和阀盖。一个测力传感器可以保持在阀帽和阀盖之间。
在一些实施例中，弹簧驱动式泄压阀可以包括第一弹簧垫圈和第二弹簧垫圈。第一弹簧垫圈可设置成与阀盘组件相对的主弹簧。第二弹簧垫圈可以被设置成从第一弹簧垫圈与主弹簧相对，并且设置在主弹簧和阀盘组件之间。测力传感器可以通过第一弹簧垫圈与主弹簧机械连通。
在一些实施例中，弹簧驱动式泄压阀可以包括第一弹簧垫圈和第二弹簧垫圈。第一弹簧垫圈可设置成与阀盘组件相对的主弹簧。第二弹簧垫圈可以被设置成从第一弹簧垫圈与主弹簧相对，并且设置在主弹簧和阀盘组件之间。测力传感器可以通过第二弹簧垫圈与主弹簧机械连通。
在一些实施例中，弹簧驱动式泄压阀可以包括保持在第一弹簧垫圈和压力调节构件之间的测力传感器，该压力调节构件相对于阀壳体可螺纹调节，以调节主弹簧的压缩程度。
在一些实施例中，弹簧驱动式泄压阀可以包括与第一弹簧垫圈集成的测力传感器。
在一些实施例中，弹簧驱动式泄压阀可以包括测力传感器。由测力传感器测量的力可以直接对应于流体在阀盘组件上的力，而无需参考流体的测量压力。
在一些实施例中，弹簧驱动式泄压阀可以包括位于阀壳体外部的测力传感器。
在一些实施例中，弹簧驱动式泄压阀可以包括从阀盘组件延伸以引导阀盘组件相对于阀座运动的心轴。压力调节管可以容纳心轴，并在弹簧垫圈和测力传感器之间延伸，以将力从主弹簧传递到测力传感器。
在一些实施例中，弹簧驱动式泄压阀可以包括压力调节构件，该压力调节构件相对于测力传感器可螺纹调节，以通过压力调节管调节主弹簧的压缩程度。
在一些实施例中，弹簧驱动式泄压阀可以包括压力调节构件，该压力调节构件可从阀壳体的外部进行调节。
一些实施例提供了一种弹簧驱动式泄压阀，其包括阀壳体、阀座、阀盘组件、心轴、主弹簧和测力传感器。阀盘组件可以被配置成密封阀座，以关闭弹簧驱动式泄压阀。心轴可以从阀盘组件延伸，以引导阀盘组件相对于阀座的运动。可将主弹簧布置成将阀盘组件偏置朝向阀座，以限定弹簧驱动式泄压阀的设定压力。在弹簧驱动式泄压阀的操作过程中，测力传感器可以固定在阀壳体内或固定在阀壳体外。测力传感器可以直接或通过刚性中间部件与主弹簧机械连通。因此，测力传感器可以被配置为当阀盘组件和心轴相对于阀座和测力传感器移动时测量由主弹簧施加在阀盘组件上的力。
在一些实施例中，弹簧驱动式泄压阀可以包括心轴和测力传感器。在弹簧驱动式泄压阀的操作过程中，心轴可相对于测力传感器移动，以相对于流过阀座的流体打开和关闭弹簧驱动式泄压阀。测力传感器可以通过心轴与阀盘组件机械连通，以测量主弹簧施加在心轴上的力。
一些实施例提供了一种安装或校准弹簧驱动式泄压阀的方法。该方法可以包括使用测力传感器直接测量由弹簧驱动式泄压阀的主弹簧施加的力，该主弹簧被布置成将弹簧驱动式泄压阀的阀盘组件偏置朝向弹簧驱动式泄压阀的阀座，以限定弹簧驱动式泄压阀的设定压力和开启压力。该方法还可以包括以下的一个或多个步骤：基于测量的力确定弹簧驱动式泄压阀的阀门升程；基于测量的力监测弹簧驱动式泄压阀的当前设定压力或开启压力；或者通过确定弹簧驱动式泄压阀的主弹簧上的目标载荷来设定弹簧驱动式泄压阀的期望设定压力或开启压力，该目标载荷对应于期望的设定压力或开启压力，并且调节弹簧驱动式泄压阀的主弹簧的偏置直到由测力传感器测量的力与目标载荷相对应。
在一些实施例中，一种安装或校准弹簧驱动式泄压阀的方法可以包括基于多个阀门升程来确定泄放事件的总泄放能力，所述多个阀门升程是基于测量泄放事件期间由主弹簧施加的多个力的测力传感器来识别的。
在一些实施例中，安装或校准弹簧弹簧驱动式泄压阀的方法可以包括使用测力传感器直接测量由弹簧驱动式泄压阀的主弹簧施加的力。测力传感器可以相对于弹簧驱动式泄压阀的阀壳体固定设置在以下之一处：在弹簧驱动式泄压阀的阀壳体外部、在压力调节构件和弹簧驱动式泄压阀的上弹簧垫圈之间、或在弹簧驱动式泄压阀的阀帽和阀盖之间。
在一些实施例中，安装或校准弹簧驱动式泄压阀的方法可以包括对弹簧驱动式泄压阀的阀门进口加压，在多个压缩荷载之间调整主弹簧的压缩，在主弹簧压缩的选择调节时使用测力传感器测量主弹簧的压缩载荷，并且识别对应于主弹簧压缩的选择调节的弹簧驱动式泄压阀的阀门打开运动。在识别出阀门打开运动时，该方法可以包括基于测量的压缩载荷设定压力或开启压力。
一些实施例提供了一种用于设置弹簧驱动式泄压阀的设定压力或开启压力的方法。该方法可以包括以下步骤：对弹簧驱动式泄压阀的阀门进口进行加压；在多个压缩荷载之间调整弹簧驱动式泄压阀的主弹簧的压缩；在主弹簧的压缩的选择调节时使用测力传感器测量主弹簧的压缩载荷，该测力传感器与主弹簧机械连接，并且在弹簧驱动式泄压阀的操作过程中相对于弹簧驱动式泄压阀的阀体在空间上固定；并且识别对应于主弹簧压缩的选择调节的弹簧驱动式泄压阀的阀门打开运动。在识别出阀门打开运动时，该方法可以包括基于测量的压缩载荷确定设定压力或开启压力。
在一些实施例中，用于设置弹簧驱动式泄压阀的设定压力或开启压力的方法可以包括使用测力传感器在主弹簧压缩的选择调节时测量主弹簧的压缩载荷。压力调节构件可用于调节主弹簧的压缩，并可与测力传感器螺纹接合。
在一些实施例中，用于设置弹簧驱动式泄压阀的设定压力或开启压力的方法可以包括使用测力传感器在主弹簧压缩的选择调节时测量主弹簧的压缩载荷。测力传感器可以设置在以下之一处：在弹簧驱动式泄压阀的阀壳体外部、在压力调节构件和弹簧驱动式泄压阀的上弹簧垫圈之间、或在弹簧驱动式泄压阀的阀帽和阀盖之间。
在一些实施例中，用于设置弹簧驱动式泄压阀的设定压力或开启压力的方法可以包括在阀的操作过程中使用测力传感器来测量由主弹簧施加到弹簧驱动式泄压阀的阀盘组件上的力，以及基于测量的力确定弹簧驱动式泄压阀的阀门升程或者基于测量的力监测弹簧驱动式泄压阀的当前设定压力或开启压力中的一个或多个步骤。
在一些实施例中，用于设置弹簧驱动式泄压阀的设定压力或开启压力的方法可以包括确定用于包括一个或多个阀门升程的泄放事件的总泄放能力。一个或多个阀门升程可以基于测力传感器测量在泄放事件期间由主弹簧施加的一个或多个相应的力来表征。
附图说明
并入在本说明书中且形成本说明书的一部分的附图说明本技术的实例，且与说明书一起用于解释本公开的原理：
图1是根据本技术的一个实例的弹簧驱动式泄压阀的剖视图，包括保持在阀帽和阀盖之间的测力传感器。
图2是根据本技术的另一个实例的弹簧驱动式泄压阀的剖视图，包括位于压力调节构件和弹簧垫圈之间的测力传感器。
图3是根据本技术的又一个实例的弹簧驱动式泄压阀的剖视图，包括固定在阀壳体外部的测力传感器。
图4是根据本技术的一个实例的安装或校准弹簧驱动式泄压阀的方法的示意图。
具体实施方式
呈现以下讨论以使本领域技术人员能够制造和使用本技术的实例。对所示出的实例的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本技术的原理的情况下，本文的一般原理可以应用于其他实例和应用。因此，本技术不旨在限于所示出的实例，而是应被赋予与本文所公开的原理和特征相一致的最广范围。将参考附图理解以下详细描述，其中不同附图中的相似元件具有相似的附图标记。不一定按比例绘制的附图描绘了选择的实例，并且无意于限制本公开的范围。技术人员将认识到，本文提供的实例具有许多有用的替代方案，并且落入本公开的范围内。
在详细解释本技术的任何实例之前，应当理解，本技术的应用不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造和部件布置的细节。本技术的原理能够体现在其他实例中，并且能够以各种方式实践或执行。此外，应理解，本文中所使用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应视为限制性的。例如，本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。
如本文所用，除非另外指定或限制，否则如参照物理连接所使用的术语“安装”、“连接”、“支撑”、“固定”和“联接”及其变型被宽泛地使用并且涵盖直接和间接安装、连接、支撑和联接。此外，除非另外指定或限制，否则“连接”、“附接”或“联接”不限于物理或机械连接、附接或联接。
如上所述，某些系统和容器需要压力保护以避免过压。在这种系统中可以使用弹簧驱动式泄压阀来释放和转移过多的流体压力。通常，弹簧驱动式泄压阀包括被压缩至预定值的弹簧。弹簧沿阀门关闭方向(例如，向下)在阀盘上提供力，从而将阀偏置朝向关闭位置。可以通过弹簧调节机构(如针对给定阀门升程控制弹簧压缩程度的可调节螺钉)来调节弹簧的压缩。当加压流体施加在阀盘上的打开(例如，向上的)力等于弹簧的关闭(例如，向下的)力加上任何辅助力(例如，由于阀盘组件的重量)时，阀开始打开。随着流体压力继续增加，将弹簧进一步压缩并将阀进一步打开。
通常，弹簧驱动式泄压阀被配置成提供设定压力，该设定压力通常在安装阀之前进行预先确定和预设。尽管在不同的装置中应用了其他定义，设定压力通常是阀门打开时的压力，并且系统压力显著降低，这在行业中是已知的。在一些情况下，设定压力可以被定义为当弹簧驱动式泄压阀释放系统压力时，用户可以听到第一声音响应(即“砰”的一声)时的压力，或者可以被定义为通过阀门的泄漏对于操作人员来说是第一声音响应的压力。根据需要，可以通过改变阀门内弹簧的压缩来调节特定阀门的设定压力，包括通过调节压力调节螺钉以将弹簧压缩或释放一定程度。
除了设定压力外，弹簧驱动式泄压阀还定义了开启压力。开启压力是指将阀门的阀盘组件在系统压力作用下开始从阀座上升起的压力。换句话说，开启压力可以被定义为阀座的管路侧上的流体的力等于由弹簧施加在阀座的泄放侧上的力(以及任何辅助力)时的压力。达到开启压力的系统的影响可能是微小的流体泄漏或低分贝可听见的噪音(例如，对于操作人员来说不一定是可听见的)。在一些情况下，当弹簧驱动式泄压阀处于开启压力时，阀盘可能会从阀座上升起。然而，由于行程距离相对较小，在施加了更大的压力之前传统的升程测量装置通常无法检测到这种运动。在一些系统中，设定压力值可以比开启压力值大很小的百分比(例如，3-5％)，使得设定压力可以相对于开启压力来定义(反之亦然)，尽管也可以使用其他方法。
通常，阀门升程可以被定义为当阀门在关闭和打开位置之间转换时，弹簧驱动式泄压阀中的阀盘组件(例如，其盘插入件)的阀座表面与喷嘴之间的距离。当阀门处于关闭位置时，升程为零，而当阀门处于完全打开位置时，升程达到最大值。
虽然使用传统的升程测量装置通常无法检测到开启压力或仅略高于开启压力的压力下的阀门升程，但一些传统系统可用于帮助确定或调节设定压力或以其他方式测量更高压力下的阀门升程。例如，一些传统的系统包括力传感器、控制器和其他部件，其中所述力传感器用于测量移动阀门的内部移动部件所需的总力，其包括阀瓣插入件、阀瓣支架、阀杆等，并与压力传感器、位置传感器、可移动隔膜或空气波纹管结合以限定气密腔室；所述控制器可控制这些腔室内的气压(参见例如美国专利第4,761,999和4,349,885号，两者均通过引用并入本文)。种系统可能需要复杂的布置和控制，以及传感器的精确定位，以准确测量力。用于确定和调节设定压力的其他传统系统包括使用位置变送器和需要连接到移动部件的磁体。由于包含在位置变送器本身中的多个组件，这种装置的生产可能复杂且昂贵。作为另一个实例，当手动调节阀门弹簧的压缩时，一些常规方法基于操作人员对听觉信号(例如，第一声“砰”)的识别来确定设定压力。
该技术的实例可以对这些方法和其他方法进行改进，包括通过利用载荷测量装置来确定弹簧驱动式减压阀的偏动弹簧的载荷，从而确定阀门升程、泄放事件的总泄放能力和其他相关因素。例如，通过在任何给定时间测量由阀门的主弹簧施加(和施加在其上)的力，力传感器可用于确定弹簧驱动式减压阀的阀门升程。然后，基于该测量，可以很容易地计算出弹簧被压缩的距离。例如，胡克定律指出，将弹簧拉伸或压缩一段距离(x)所需的力(F)与该距离乘以弹簧刚度系数(k)成线性比例：即F＝k·x。因此，如果给定弹簧的弹簧刚度以及由弹簧施加的力(或施加到弹簧的力)时已知的，则可以容易地确定系统被压缩或拉伸的距离。
在这方面，弹簧刚度通常是给定弹簧的特征，并且可以通过多种已知方式容易地确定。进一步地，弹簧刚度通常是恒定的，特别是在给定弹簧的拉伸或压缩的可能范围的极限之外然而，在一些情况下，弹簧刚度可能是不恒定的，会根据温度或其他因素而变化，特别是对于相对较大的温度变化而言。
在该技术的一些实例中，载荷测量装置被附接或集成到弹簧驱动式泄压阀中，该弹簧驱动式泄压阀包括主弹簧以将阀门的阀盘组件偏置朝向阀门的喷嘴上的阀座偏置(即，将阀门偏置关闭)。载荷测量装置可以被配置为各种已知类型(或以其他方式)的测力传感器，并且可以被配置为测量由主弹簧施加在阀盘组件上的载荷。然后，主弹簧的压缩程度以及阀门的升程可以基于测量的载荷并结合弹簧驱动式泄压阀的其他已知参数来确定，适当地包括主弹簧的弹簧刚度、阀盘组件暴露于管线压力的面积或者相关移动部件(例如，阀轴和阀盘组件)的重量。相应地，也可以确定系统当前是否处于(或高于)设定压力或开启压力，即使当这样的系统压力可能导致相对较小的阀门升程时。进一步地，这样的布置可以允许随着时间的推移对阀门的状态(例如，打开、关闭或处于中间位置)和实际的阀门升程进行连续监测，这又可以用于确定其他因素(包括已经由弹簧驱动式泄压阀释放的总流体的估计值)。
在一些实例中，被配置成确定弹簧驱动式泄压阀上的力的载荷测量装置可以允许对弹簧驱动式泄压阀的设定压力的进行自动或半自动设定。例如，在安装在工业环境中之前，可以将弹簧驱动式泄压阀的阀门进口加压至期望的设定压力(或其他压力值)。然后，可以使用压力调节螺钉来调节对阀门的主弹簧的压缩，其中测力传感器用于测量调节螺钉的任何给定方位上的主弹簧的当前弹簧力(例如，以特定的采样率连续测量这种力)。如上所述，然后，该弹簧力可以转换(例如，通过本地或远程处理器装置)为主弹簧的位移值，并且相应地转换为阀门的阀门升程值。
因此，通过测量当前弹簧力，可以确定对应于当前阀门进口压力和压力调节螺钉的当前方位的当前阀门升程。进一步地，在给定的阀门进口压力下，与期望的阀门升程相关联的压力调节螺钉的方位也可以基于测力传感器的测量值以类似的方式来确定。这又可以允许阀门被配置成在操作过程中提供所需的设定压力，而不必依赖于听觉信号(例如，第一声“砰”)的检测，并且不需要更复杂的(例如，基于隔膜的)测量系统。
在一些实例中，测力传感器可以将测得的载荷作为电信号传输到单独的控制器，例如可以允许在相关阀门组件处或远离相关阀门组件进行进一步的处理。在一些实例中，电信号可以由具有数字显示器的装置(例如计算机监视器)接收，例如可以允许显示警告、警报或其他信息。
在一些实例中，在阀门操作过程中，将测力传感器布置成相对于弹簧驱动式泄压阀的主体处于固定的空间关系可能是有用的。例如，测力传感器可以被配置为在弹簧驱动式泄压阀操作之前相对于阀体、阀帽和阀盖可调节地定位，但随后可以被固定以防止在阀门操作过程中相对于阀体、阀帽和阀盖移动。以这种方式，例如，可以测量来自弹簧驱动式泄压阀的主弹簧的载荷，而不必需要复杂的结构布置(如附加弹簧、隔膜、连杆等)。
出于类似的原因，布置测力传感器直接(即，通过与主弹簧接触)或通过刚性中间部件来以测量由弹簧驱动式泄压阀的主弹簧施加的力也可能是有用的。例如，测力传感器可以被配置为测量由主弹簧通过刚性中间部件施加的力，该刚性中间部件(例如，弹簧垫圈或刚性调节螺钉)被主弹簧推向测力传感器，使得不一定需要复杂的中间结构或(例如压力系统)的支撑测量值作为基于测力传感器测得的力确定主弹簧施加的力(或确定阀门升程)的一部分。在这方面，例如，在一些配置中的测力传感器可能不通过经由相关阀门的心轴施加到测力传感器的力来测量主弹簧的操作方面。类似地，作为另一个实例，在一些配置中的测力传感器可以被布置成在主弹簧和弹簧驱动式泄压阀的主体之间提供机械连接，使得主弹簧经由测力传感器压靠主体，以便对阀门的阀盘组件施加弹簧力。
现在参考图1，示出了根据本技术的一个实例的弹簧驱动式泄压阀100。在图示的实例中，弹簧驱动式泄压阀100包括阀体102和单个测力传感器104。泄压阀100还包括压力调节构件，其被配置为与主弹簧112接合的压力调节螺钉108。主弹簧112被配置成在入口喷嘴124处偏置阀盘组件116朝向阀座120。主弹簧112偏置阀盘组件116朝向阀座120，以限定弹簧驱动式泄压阀100的设定压力。心轴126从阀盘组件116延伸，以引导阀盘组件116相对于阀座120的运动。泄压阀100还包括阀帽128和阀盖132，阀帽用作阀体102的盖子，阀盖在阀帽128的一端覆盖压力调节螺钉108。通常，阀帽128和阀盖132形成阀100的阀壳134。
如图1所示，测力传感器104被固定在泄压阀100上，以便测量由主弹簧112(通过中间的上弹簧垫圈136)施加到压力调节螺钉108的轴向力。在所示的实例中，特别地，测力传感器104包括内螺纹，该内螺纹的尺寸被设置成容纳并螺纹接合压力调节螺钉108，使得压力调节螺钉108可以相对于测力传感器104和壳体134进行调节，以调节主弹簧112的压缩程度。
继续参考图1，在图示的实例中，测力传感器104被保持在阀帽128和阀盖132之间，使得测力传感器104相对于壳体134不可移动(即，具有不变的固定空间关系)，并且心轴126相对于测力传感器104可移动。特别地，在图示的实例中，心轴126被配置成移动通过测力传感器104，以打开和关闭弹簧驱动式泄压阀100。进一步地，压力调节螺钉108(即，作为刚性体)被配置成仅通过测力传感器104将轴向力从主弹簧112(和弹簧垫圈136)传递到阀帽128和阀盖132。因此，在所示的实例中并且如下文进一步讨论的，测力传感器104被布置成通过相等且相反的反作用力，有效地测量由主弹簧112施加在阀盘组件116上的全部力(减去来自各种运动部件的附带摩擦损失)。然而，在其他实例中包括：测力传感器可以以其他方式设置，包括具有一个或多个附加的(或替代的)中间刚性部件，如下文所述。进一步地，根据特定的环境和所需的感测范围，可以使用任何类型的测力传感器。
在使用中，主弹簧112向上弹簧垫圈136和下弹簧垫圈138施加大小相等方向相反的力，以相对于阀盖128将阀盘组件116偏置朝向关闭方向(如图所示)。通常，上弹簧垫圈136设置成从阀盘组件116与主弹簧112相对，下弹簧垫圈138设置成从上弹簧垫圈136与主弹簧112相对。通常，上弹簧垫圈136和下弹簧垫圈138中的每一个提供主弹簧112可以抵靠的弹簧座。
因为测力传感器104通过介入压力调节螺钉108相对于阀帽128固定上弹簧垫圈136，所以上弹簧垫圈136处来自主弹簧112的力可以由测力传感器104确定。即，测力传感器104与主弹簧112机械连通，使得当阀盘组件116和心轴126相对于阀座120和测力传感器104移动时(例如，相对于穿过阀座120的流动打开阀100)，测力传感器104可以测量由主弹簧112施加在阀盘组件116上的力。相应地，在所示实例中，测力传感器104不通过心轴126与阀盘组件116机械连通，以测量由主弹簧112施加的力。因此，如上所述，主弹簧112的压缩程度可以容易地基于测力传感器104处的力测量值确定。相应地，阀盘组件116相对于参考位置(例如，完全关闭)的位移也可以在不参考流体的测量压力的情况下确定。
在图1的泄压阀100的设置操作(例如，初始配置)期间，随着在相反方向上调节压力调节螺钉108，分别增加或减少了主弹簧112的压缩，这相应地增加或减少了泄压阀100的开启压力和设定压力。对于所需的设定(或开启)压力和阀门尺寸，可以计算主弹簧112上所需的载荷值，然后可以调节压力调节螺钉108，直到达到该载荷以及期望的设定(或开启)压力，如测力传感器104所示的那样。或者，同样如上所述，泄压阀100的入口124可以被加压到所需的设定(或其他)压力，并且可将由测力传感器104测得的测量值用于结合阀100的其他已知因素来识别阀门升程，从而确定压力调节螺钉108的特定设定，在该特定设定下阀100被适当打开(例如，对应于开启压力或设定压力)。例如，施加的压力和阀盘组件116的相关面积的数学乘积可以指示施加的压力在阀盘组件116上的开启压力。在已知的原理下并结合由于施加压力而由测力传感器测得的载荷变化，然后该力可以用于导出阀盘组件116已经提升的距离(即，阀门升程)。
类似地，在操作过程中，当阀盘组件116通过系统压力从阀座120提升时，阀门升程(L)可以作为当前测力传感器读数(LCc)、初始测力传感器读数(LC0)以及弹簧刚度(k)的函数来计算(例如，L＝((LCc-LC0)/k)。在一些情况下，可以相应地确定泄放(或其他)事件的发生和程度。
在不同的实例中，测力传感器可以以多种方式布置，以便适当地测量阀的主弹簧上的力，包括可以体现与上文所述与图1相似的原理。在这方面，例如图2示出了弹簧驱动式泄压阀200，其包括阀体202和与阀100类似的各种其他部件(其操作类似)。在图2所示的实例中，测力传感器204设置在上弹簧236垫圈和压力调节螺钉208之间。类似于图1所示的测力传感器104，图2所示的测力传感器204可以测量由主弹簧212施加在上部弹簧垫圈236上的力，该力对应于由主弹簧212施加的将阀盘组件216偏置朝向阀座220的力。因此，如上所述，来自测力传感器204的测量值可用于识别开启压力或设定压力，以量化泄放事件的流量，或以其他方式监控阀200。
通常，类似于测力传感器104，在操作阀门以感测和释放压力的过程中，测力传感器204相对于阀壳体234不可移动地固定到阀100上。特别地，测力传感器204固定在阀壳体234内，并通过上弹簧垫圈236与主弹簧212机械连通。此外，在所示实例中，压力调节螺钉208与壳体234的阀帽228螺纹接合，并且容纳从阀盘组件216延伸的心轴226。心轴226还可以延伸穿过测力传感器204，以可移动通过测力传感器204，从而打开和关闭弹簧驱动式泄压阀200(即，心轴226不与测力传感器204机械连通，从而将力从主弹簧212传递到测力传感器204)。
因此，利用所示的布置，类似于阀100，可以将阀200的压力调节螺钉208进行调节，以设置阀200的设定压力或开启压力。然而，与阀100不同的是，当压力调节螺钉208相对于壳体234移动时，测力传感器204也可以相对于壳体234移动，以设置设定压力(即，调节主弹簧212的压缩程度)。因此，测力传感器204相对于壳体234不是绝对不可移动的。然而，因为压力调节螺钉208在阀200的操作过程中通常固定不动以感测和释放系统压力，并且测力传感器204通过调节螺钉208相对于壳体234机械固定，所以测力传感器204在阀200的操作过程中通常相对于壳体234是不可移动的(也如上所述)。
在一些实例中，测力传感器可以集成到弹簧驱动式泄压阀的其他部件中。例如，在类似于图2所示的配置中，测力传感器可以与用于弹簧驱动式泄压阀的主弹簧的弹簧垫圈集成在一起。一般而言，测力传感器可以设置在能够测量轴向弹簧载荷的任何位置，包括在上弹簧垫圈或下弹簧垫圈之上或之中，或者设置在与主弹簧适当连接的任何位置，从而可以测量阀盘组件上的弹簧力。
例如，在一些实施例中，测力传感器可以设置在下弹簧垫圈和弹簧驱动式泄压阀的阀盘组件之间。如上所述，上弹簧垫圈和下弹簧垫圈分别提供了主弹簧可以抵靠的弹簧座。因此，主弹簧在每个弹簧垫圈上施加大小相等方向相反的力。因此，在测力传感器设置在下弹簧垫圈和阀盘组件之间的实施例中，该测力传感器可以直接测量施加在泄压阀的主弹簧上的力，类似于参照图1和图2描述的实施例。然而，其中测力传感器相对于壳体不可移动地固定以直接测量由主弹簧施加的力的配置可能是特别有益的，包括上述原因。
在另一个实例中，如图3所示，阀300可以包括阀体302和阀套334。在所示配置中，阀300还包括测力传感器304，该测力传感器相对于阀壳体334不可移动地固定在阀帽328(以及通常的壳体334)的外侧。类似于图1中所示的实例，图3的实例中的测力传感器304包括延伸穿过其中的螺纹孔，该螺纹孔的尺寸被设置成容纳螺纹压力调节螺钉308。螺纹压力调节螺钉308与刚性无螺纹压力调节管340接合，该刚性无螺纹压力调节管被配置成将阀300的主弹簧312以可调节的量进行压缩，对应于调节螺钉308的不同位置。
与阀100和阀200一样，阀300包括从阀盘组件316延伸的心轴326，以引导阀盘组件316相对于阀座320的运动。心轴326延伸到压力调节管340中，同时保持与测力传感器304机械分离(例如，类似于心轴126、226相对于测力传感器104、204)。因此，在所示的实例中，测力传感器304通过在测力传感器304和上弹簧垫圈336之间延伸的压力调节管340机械连接到主弹簧312，用于直接测量主弹簧312施加的力。然而，在其他实例中，其他布置也是可能的，包括具有附加的(或替代的)刚性中间部件。
因此，测力传感器304可以测量由主弹簧312施加在压力调节螺钉308上的轴向载荷，该轴向载荷通过上弹簧垫圈336和压力调节管340传递。特别地，由于可以有助于允许阀300的布置和相关监控的图示简化，测力传感器304不经由阀300的阀盘组件316或心轴326与主弹簧312机械连通，以测量主弹簧312上的力。相关地，由测力传感器304测量的力直接对应于阀盘组件316上的流体力(或者，更一般地，对应于由主弹簧312施加到阀盘组件316上的力，包括当系统低于设定压力或开启压力时)，而不一定需要感测其他参考压力或力(例如，测量的流体压力)。类似于图1和图2中所示的布置，可以使用测力传感器304的测量值来确定压力调节管340的适当设置，例如针对特定设置或开启压力来初始配置阀300，并且可以用于在操作过程中(包括在开启压力下(以及其他情况下))监控阀门升程。
在一些实施方式中，可以使用体现本技术方面的方法来利用、制造或安装本文公开的装置或系统。对应地，本文中对装置或系统的特定特征、能力或预期用途的任何描述一般旨在包含以下各项的公开内容：出于预期目的而使用这种装置的方法、以其它方式实施这类能力的方法、制造这类装置或系统(或作为整体的装置或系统)的相关组件的方法，和安设所公开(或以其它方式已知)组件以支持这类目的或能力的方法。类似地，除非另外指示或限制，否则本文中对任何制造或使用特定装置或系统(包含安设装置或系统)的方法的论述意图本质上包含这种装置或系统的所利用特征和所实施能力的公开内容作为本技术的实例。
在这方面，例如图4示出了可以相对于本文公开的各种弹簧驱动式泄压阀和相关控制系统实施的示例方法。在下面的讨论中，可以特别参考仅选择弹簧驱动式泄压阀100、200、300中的一个或多个。然而，根据所公开的技术，本文公开的方法通常可以相对于这些(或其他)阀中的任何一个来实施。
特别是，图4示出了方法400，该方法包括：步骤410，使用测力传感器(例如测力传感器104)来直接测量由弹簧驱动式泄压阀的主弹簧(例如主弹簧112)施加的力。基于测力传感器的测量数据，方法400可以进一步包括：步骤420，进行各种附加的校准、监控或其他操作中的一种或多种。例如，方法400可以包括：步骤422，基于测量的力确定弹簧驱动式泄压阀的阀门升程，或者步骤424，基于测量的力监测弹簧驱动式泄压阀的当前设定压力或开启压力。在这方面，例如，可以以各种方式确定阀门升程(步骤422)或监测开启压力或设定压力(步骤424)，包括如上所述：例如，基于测量的力和相应主弹簧的弹簧常数确定阀门升程，或基于使阀盘组件(例如，阀盘组件116)上的压力与由测力传感器测量的弹簧力相等来确定当前设定压力。特别地，在一些情况下，由测力传感器(其直接测量由泄压阀的主弹簧施加的力)感测的载荷变化可以指示阀盘组件从阀座移动，因为作用在主弹簧上的力通常保持不变，直到达到设定压力。
在一些实施方式中，所进行的操作(步骤420)可以包括：步骤426，设置弹簧驱动式泄压阀的所需设定压力或开启压力。例如，可以确定弹簧驱动式泄压阀的主弹簧上的目标载荷，该目标载荷可以对应于所需的设定压力或开启压力。然后，可以调节主弹簧(例如，主弹簧112)的偏置，直到测力传感器测量的力对应于目标载荷。
在一些实施方式中，所进行的操作(步骤420)可以包括：步骤428，基于多个阀门升程来确定泄放事件的总泄放能力，这些阀门升程是基于测力传感器测量在泄放事件期间由主弹簧施加的多个力来识别的。例如，对于泄放事件，可以完成阀门升程和对应于阀门升程的流量的数值积分，随着时间的推移，所得流量的总和指示了泄放事件的总泄放能力。
在一些实施方式中，进行的操作(步骤420)可以包括：步骤430，校准弹簧驱动式泄压阀。例如，校准弹簧驱动式泄压阀(步骤430)可以包括对弹簧驱动式泄压阀的阀门进口(例如入口喷嘴124)进行加压。然后，弹簧驱动式泄压阀的主弹簧(例如，主弹簧112)的压缩可以在一个或多个压缩载荷中进行调节(例如，在预定范围内连续进行)，并且测力传感器可以用于在主弹簧压缩的一个或多个调节过程中测量主弹簧的压缩载荷。根据测力传感器的测量结果，可以确定当前的设定压力或开启压力。例如，当测力传感器测量值指示适当的阀门升程时，当前设定压力或开启压力可以直接从阀门入口处的压力读数中确定。作为另一个实例，当测力传感器指示适当的阀门升程时，通过求解测力传感器测量的力和施加到相关阀盘组件的压力之间的力平衡方程，可以间接地确定当前设定压力或开启压力。
因此，本技术的实例可以在以下方面进行改进：设定弹簧驱动式泄压阀的设定压力、检测阀的开启压力或设定压力、或者在操作过程中监控阀的传统布置。提供对所公开的实例的前面描述以使本领域的任何技术人员能够实现或使用本技术。对这些实例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且在不脱离本技术的精神或范围的情况下，本文中定义的一般原理可以应用于其他实例。因此，本技术无意限于本文中所展示的实例，而是应被赋予与本文中公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。
在一些实例中，本技术的方面，包含根据本技术的方法的计算机化实施方式，可使用标准编程或工程技术来实施为系统、方法、装置或制品，以产生软件、固件、硬件或任何其组合，从而控制处理器装置(例如，串行或并行通用或专用处理器芯片、单核或多核芯片、微处理器、现场可编程门阵列、控制单元、算术逻辑单元和处理器寄存器的任意组合等)、计算机(例如，可操作地联接到存储器的处理器装置)或另一个电子操作的控制器以实施本文详述的方面。因此，例如，本技术的一些实例可实施为一组指令，有形地体现在非暂时性计算机可读介质上，使得处理器装置可基于从计算机可读介质读取指令来实施指令。与下文的论述一致，本技术的一些实例可包含(或利用)如自动化装置的控制装置，包含各种计算机硬件、软件、固件等的专用或通用计算机。作为具体实例，控制装置可包含处理器、微控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑控制器、逻辑门等，以及本领域已知的用于实施适当功能的其它典型组件(例如，存储器、通信系统、电源、用户接口和其它输入端等)。
本文所使用的术语“制品”旨在涵盖可从任何计算机可读装置、载体(例如，非暂时性信号)或介质(例如，非暂时性介质)访问的计算机程序。举例来说，计算机可读介质可包含但不限于磁存储装置(例如，硬盘、软盘、磁条等)、光盘(例如，压缩盘(CD)、数字通用盘(DVD)等)、智能卡和快闪存储器装置(例如，卡、棒等)。另外，应理解，可采用载波来携带计算机可读电子数据，如用于发送和接收电子邮件或用于访问如因特网或局域网(LAN)的网络的那些数据。本领域技术人员将认识到，在不脱离所要求保护的主题的范围或精神的情况下，可对这些配置进行许多修改。
在图式中可示意性地表示或在本文以其它方式论述根据本技术的方法或执行那些方法的系统的某些操作。除非另外规定或限制，否则特定操作的图式中以特定空间次序的表示可能未必需要以对应于特定空间次序的特定序列来执行那些操作。对应地，在针对本技术的特定实例适当时，表示于图式中或以其它方式公开于本文中的某些操作可与所明确说明或描述的次序不同的次序执行。另外，在一些实例中，某些操作可并行执行，包含通过专用并行处理器或配置为作为大型系统的一部分进行互操作的单独的计算装置。
如本文在计算机实施方式的上下文中所使用的，除非另外指定或限制，否则术语“组件”、“系统”、“模块”等旨在涵盖包含硬件、软件、硬件和软件的组合或正在执行的软件的计算机相关系统的一部分或全部。举例来说，组件可为但不限于处理器装置、由处理器装置执行(或可执行)的进程、对象、可执行文件、执行线程、计算机程序或计算机。作为说明，在计算机上运行的应用程序和计算机均可为组件。一个或多个组件(或系统、模块等)可驻留在进程或执行线程中，可位于一台计算机上，可分布在两台或多台计算机或其它处理器装置之间，或者可包含在另一组件(或系统、模块等)内。

Claims (15)

1.一种弹簧驱动式泄压阀(100)，包括：
阀壳体(134)；
阀座(120)；
阀盘组件(116)，其被配置成密封所述阀座(120)以关闭所述弹簧驱动式泄压阀(100)；
主弹簧(112)，其被布置成将所述阀盘组件(116)偏置朝向所述阀座(120)，以限定所述弹簧驱动式泄压阀(100)的设定压力；和
测力传感器(104)，其在所述弹簧驱动式泄压阀(100)的操作过程中可以相对于所述阀壳体(134)处于固定的空间关系并且与所述主弹簧(112)机械连通，从而所述测力传感器(104)可以被配置成当所述阀盘组件相对于所述阀座(120)移动时测量所述主弹簧(112)施加在所述阀盘组件(116)上的力。
2.根据权利要求1所述的弹簧驱动式泄压阀，还包括：
心轴(126)，其从所述阀盘组件(116)延伸，以引导所述阀盘组件相对于所述阀座(120)的运动，
其中，在所述弹簧驱动式泄压阀的操作过程中，所述心轴(126)可相对于所述测力传感器(104)移动，以相对于流过所述阀座(120)的流体打开和关闭所述弹簧驱动式泄压阀，并且，可选地或优选地，所述测力传感器(104)不通过所述心轴(126)与所述阀盘组件(116)机械连通，以测量由所述主弹簧(112)施加的力。
3.根据权利要求2所述的弹簧驱动式泄压阀，其中所述心轴(126)延伸穿过所述测力传感器(104)，可移动通过所述测力传感器，以相对于流过所述阀座的流体打开和关闭所述弹簧驱动式泄压阀(120)。
4.根据权利要求1所述的弹簧驱动式泄压阀，还包括：
压力调节构件(108)；
其中所述测力传感器(104)包括内螺纹并且所述压力调节构件(108)由内螺纹螺纹接收，由此所述压力调节构件(108)相对于所述测力传感器(104)和所述阀壳体(134)可螺纹调节，以调节所述主弹簧(112)的压缩程度。
5.根据权利要求4所述的弹簧驱动式泄压阀，其中所述测力传感器(104)通过所述压力调节构件(108)与所述主弹簧(112)机械连通，以测量所述主弹簧(112)施加在所述阀盘组件(116)上的力。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的弹簧驱动式泄压阀(200)，还包括：
第一弹簧垫圈(236)，其被设置成从所述阀盘组件(216)与所述主弹簧(212)相对；和
第二弹簧垫圈(238)，其被设置成从所述第一弹簧垫圈(236)与所述主弹簧(212)相对，并设置在所述主弹簧(212)和所述阀盘组件(216)之间；和
其中，所述测力传感器(204)通过所述第一弹簧垫圈(236)与所述主弹簧(212)机械连通，并且，可选地或优选地，所述测力传感器(204)与所述第一弹簧垫圈(236)集成。
7.根据权利要求6所述的弹簧驱动式泄压阀(200)，其中所述测力传感器(204)保持在所述第一弹簧垫圈(236)和相对于所述阀壳体(234)可螺纹调节的所述压力调节构件(208)之间，以调节所述主弹簧(212)的压缩程度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的弹簧驱动式泄压阀，其中由所述测力传感器(104)测量的力直接对应于所述阀盘组件(116)上的流体力，而无需参考所述流体在所述弹簧驱动式泄压阀的阀门入口(124)处的测量压力。
9.根据前述权利要求中任一项所述的弹簧驱动式泄压阀，其中所述测力传感器(104、204、304)与所述主弹簧(112、212、312)直接或经由刚性中间部件(108、236、340)机械连通，并且，可选地或优选地，其中在所述弹簧驱动式泄压阀的操作过程中，所述测力传感器相对于所述弹簧驱动式泄压阀的阀壳体(134、234、334)固定在以下位置之一：
在所述弹簧驱动式泄压阀的阀壳体(334)的外部；
在压力调节构件(208)和所述弹簧驱动式泄压阀的上弹簧垫圈(236)之间；或者
在所述弹簧驱动式泄压阀的阀帽(128)和阀盖(132)之间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的弹簧驱动式泄压阀(300)，还包括：
心轴(326)，其从所述阀盘组件(316)延伸，以引导所述阀盘组件相对于所述阀座(320)的运动；和
压力调节管(340)，其容纳所述心轴(326)并在弹簧垫圈(336)和所述测力传感器(304)之间延伸，以将力从所述主弹簧(312)传递到所述测力传感器。
11.根据权利要求10所述的弹簧驱动式泄压阀，还包括：
压力调节构件(308)，其相对于所述测力传感器(304)可螺纹调节，以通过所述压力调节管(340)调节所述主弹簧(312)的压缩程度。
12.根据权利要求11所述的弹簧驱动式泄压阀，其中所述压力调节构件(308)能够从所述阀壳体(334)的外部进行调节。
13.一种安装或校准弹簧驱动式泄压阀的方法(400)，该方法包括：
(410)使用测力传感器直接测量由所述弹簧驱动式泄压阀的主弹簧施加的力，所述主弹簧被布置成将所述弹簧驱动式泄压阀的阀盘组件偏置朝向所述弹簧驱动式泄压阀的阀座，以限定所述弹簧驱动式泄压阀的设定压力和开启压力；和
以下步骤中的一个或多个：
(422)基于所述测量的力确定所述弹簧驱动式泄压阀的阀门升程；
(424)基于所述测量的力监测所述弹簧驱动式泄压阀的当前设定压力或开启压力；或者
(426)通过以下方式设置所述弹簧驱动式泄压阀的所需设定压力或开启压力：
确定所述弹簧驱动式泄压阀的主弹簧上的目标载荷，所述目标载荷可以对应于所述所需的设定压力或开启压力；和
调节所述弹簧驱动式泄压阀的主弹簧的偏置，直到所述测力传感器测量的力对应于所述目标载荷。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
对所述弹簧驱动式泄压阀的阀门进口进行加压；
在多个压缩载荷中调节所述主弹簧的压缩；
在所述主弹簧压缩的选择调节时可以使用所述测力传感器测量所述主弹簧的压缩载荷；
识别对应于所述主弹簧压缩的选择调节的所述弹簧驱动式泄压阀的阀门打开运动；和
在识别所述阀门打开运动时，基于所述测量的压缩载荷确定当前设定压力或开启压力。
15.根据权利要求13或14所述的方法，进一步包括：
(428)基于多个阀门升程来确定泄放事件的总泄放能力，所述阀门升程是基于所述测力传感器测量在所述泄放事件期间由所述主弹簧施加的多个力来识别的。
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