專利名稱：隔膜泵失效監(jiān)測裝置的制作方法
本申請要求于1996年6月28日提交的美國分案申請No 60/020,838的優(yōu)先權(quán)。發(fā)明背景本發(fā)明涉及一種隔膜泵，該隔膜泵用于泵送泥漿，特別涉及一種監(jiān)測系統(tǒng)，該監(jiān)測系統(tǒng)用于確定該泵的隔膜已開始失效。
泥漿泵常與燃?xì)獍l(fā)生器配套使用，用以將煤、焦碳和/或碳的泥漿送入燃?xì)獍l(fā)生器，以便轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫。一種眾所周知的隔膜泵具有一種柔性的隔膜，該隔膜通常是由橡膠或某種其它耐用的柔性材料制成。隔膜的撓曲變形或脈動是由油的增壓和減壓所引起，油壓的增減是根據(jù)泥漿泵活塞或柱塞的運(yùn)動。通常使用乙二醇基(glycol-based)油作為工作液，用以驅(qū)動隔膜。隔膜將油和泵的機(jī)構(gòu)與泵送室或傳送室隔離開，該泵送室是用作泥漿進(jìn)出泵用的。
因此，當(dāng)泥漿泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，泥漿被吸入泵室并泵送出泵室之外，均不會碰到泵的驅(qū)動機(jī)構(gòu)和工作液。泥漿泵的隔膜，由于泥漿在吸入和泵出泵送室運(yùn)動過程中的研磨特性，會遭受磨損。最終，這種泥漿在隔膜上的磨損作用將使隔膜破裂，由于泥漿雜混到泵的機(jī)構(gòu)和泵的工作液中而導(dǎo)致泵的失效。盡管期望由泥漿運(yùn)動所導(dǎo)致的磨損使泵隔膜是逐漸變壞的，但隔膜的突然破裂會在無法預(yù)報的時候發(fā)生。
典型的泥漿泵常設(shè)有一觀察點(diǎn)，通常由維修人員定期監(jiān)測，以檢測泵內(nèi)油的可以看到的污染，這樣可預(yù)測即將來臨的泵隔膜破裂。然而，肉眼觀察監(jiān)測并不是檢測泵隔膜即將破裂的可靠方法，這是由于在隔膜失效的早期階段，隔膜的微小滲漏一般不是肉眼看得出的。
一旦泥漿泵由于隔膜破裂而不能使用，燃?xì)獍l(fā)生器的運(yùn)行必須關(guān)閉，而泥漿泵或是修理或是更換。燃?xì)獍l(fā)生器運(yùn)行的任何關(guān)閉都是累贅和昂貴的，這是由于燃?xì)獍l(fā)生器關(guān)閉和啟動運(yùn)行，以及泥漿泵的修理與更換操作都是很費(fèi)時和價格昂貴，并需要立即有技術(shù)熟練人員。
雖然可以根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)粗略地預(yù)報隔膜什么時候會破裂，現(xiàn)在還沒有一種已知的方法，在泵的機(jī)械發(fā)生嚴(yán)重?fù)p害之前，精確地預(yù)報隔膜早期階段的破損。于是，常需要熟練的技術(shù)人員監(jiān)測和維護(hù)泥漿泵的運(yùn)行。
因此，需要提供一種可靠的方法和裝置，用于對泥漿泵隔膜的早期階段失效進(jìn)行檢測，以便在隔膜失效造成泵機(jī)械造成嚴(yán)重?fù)p壞之前關(guān)閉泥漿泵。
發(fā)明的目的與發(fā)明綜述本發(fā)明的幾個目的之一在于提供一種新穎的方法和裝置，用于檢測隔膜泵隔膜的任何惡化狀況，這種惡化會導(dǎo)致隔膜的微小滲漏。本發(fā)明的另一目的在于提供一種新穎的方法和裝置，用于在隔膜破裂造成泵送裝置損壞之前，檢測隔膜泵隔膜即將來臨的破裂。本發(fā)明的另一目的在于提供一種方法和裝置，用于檢測隔膜泵隔膜即將來臨的破裂而不用人員監(jiān)測隔膜泵。本發(fā)明的另一目的在于提供一種新穎的方法和裝置，該裝置采用光學(xué)信號檢測隔膜泵隔膜的惡化狀況或即將來臨的破裂。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種隔膜失效監(jiān)測系統(tǒng)，用于自動檢測隔膜泵隔膜的泄漏。這種隔膜泵設(shè)有一個泵送室，該泵送室設(shè)有一泥漿進(jìn)口和一泥漿出口。隔膜泵還設(shè)有一工作室，其中裝有工作液。隔膜將泵送室和工作室分開并將泥漿與工作液隔離。一個往復(fù)運(yùn)動的活塞，經(jīng)工作液作用于隔膜，使隔膜產(chǎn)生撓曲脈動，從而將泥漿吸入并泵送出泵送室。
監(jiān)測系統(tǒng)與工作室配合使用，該工作室內(nèi)裝有隔膜泵的工作液。監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)有一第一光學(xué)纖維，安裝在工作室，用以將光信號穿過工作液傳送到裝在對面的第二光學(xué)纖維。當(dāng)光信號穿過未被污染的工作液時，監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)生一個第一電信號，而當(dāng)光信號穿過已被污染的工作液時，則產(chǎn)生一個與第一電信號不同的電信號。這樣，當(dāng)一個與第一電信號不同的信號被監(jiān)測系統(tǒng)檢測出來，作為隔膜失效的第一征兆可以被檢測出來。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，此監(jiān)測系統(tǒng)包括一個空心的光學(xué)傳感器，緊密安裝在泵的工作室以便容納一部分工作液。第一和第二光纖均連接在光學(xué)傳感器上，以便經(jīng)光學(xué)傳感器中的工作液傳送和接收光信號。
本發(fā)明還提供一種檢測隔膜泵的隔膜泄漏的方法，其中該泵具有一個裝工作液的工作室。此方法包括將一光信號穿過工作液傳送到一個信號接收器以轉(zhuǎn)換成一電信號。該方法還包括以穿過未被污染的工作液所接收到的光信號建立一個第一電信號起基準(zhǔn)測量的作用，而以穿過已被污染的工作液所接收到的光信號建立一個不同于第一電信號的第二電信號。根據(jù)上述方法，當(dāng)?shù)诙娦盘柦r，由于隔膜失效而造成的污染即可被檢測出來。
因此，本發(fā)明解決了隔膜泵隔膜的微小泄漏和即將來臨的破裂的檢測問題。本發(fā)明通過使用一種光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了上述目的，該監(jiān)測系統(tǒng)依賴泵內(nèi)工作液污染而引起的光吸收的變化，在泵裝置產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害之前，指出隔膜的惡化或即將來臨的破裂。


在附圖中圖1為結(jié)合本發(fā)明之一實(shí)施例的泥漿泵隔膜失效監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)簡化的剖面示意圖；圖2為光學(xué)傳感器及其相關(guān)的電子元件的放大圖；和圖3為光學(xué)傳感器的透視圖。
同樣的標(biāo)記在附圖的各視圖中表明同樣的相應(yīng)元件。
詳細(xì)說明參見附圖的圖1，泥漿泵總的用數(shù)字10表明。
泥漿泵10包括泵體12，泵體上有泵送室14；工作室16和柔性隔膜18，該隔膜將泵送室14和工作室16隔開。泵送室14經(jīng)泵入口22接受泥漿20的進(jìn)入流24，再經(jīng)泵出口28輸出泥漿20的輸出流26，進(jìn)入眾所周知的部分氧化反應(yīng)器(圖中未示出)，例如像美國專利No.5,545,238所公開的那種型式。泥漿20可以是煤、焦碳和/或碳的泥漿。工作室16內(nèi)裝以有限的定量的工作液30，例如任何一種合適的油。
活塞32前后往復(fù)運(yùn)動以激動工作室16中的工作液30作用于柔性隔膜18上，該隔膜推薦用合適的已知柔性的耐用材料例如橡膠制成。
光學(xué)傳感器34安裝在泵10上，位于工作室16處，該傳感器有一個空心圓柱形傳感器體38。傳感器體38上的固定端40有帶O形圈42的頸部41和夾緊法蘭44。頸部41連同O形圈42裝入泵體12的孔46中(參見圖2)，該孔位于工作室16的壁上與頸部呈無漏損連接。夾緊法蘭44以適當(dāng)方式緊固在泵體上，例如用伸入法蘭44的螺栓孔47(見圖3)用螺栓(圖中未畫出)緊固。在這種安排下，工作腔16中的一部分工作液30會經(jīng)過頸部41的開口49分布于光學(xué)傳感器34的空心部48中。傳感器體38的另一端50有一個大家知道的合適的觀察塞51。
參見圖1和圖2，一個第一纖維光纜52具有大家知道的合適結(jié)構(gòu)，其一端作為發(fā)射端53經(jīng)眾所周知的連接柱54，用無漏損連接方式與傳感器體38的一側(cè)相連接。發(fā)射端53于是與傳感器體38的空心部空間相連通。該纖維光纜52的另一端55，在第一接頭57處與光學(xué)放大器56相連接。光學(xué)放大器56是由Florida,Tampa的Tri-Tronics公司制造，產(chǎn)品品牌為Model No.SALG。
第二纖維光纜60類似于第一纖維光纜52，其一端作為接收端64，經(jīng)連接柱61，用無漏損連接方式與傳感器體38的相對一側(cè)相連接。纖維光纜60的另一端62在第二接頭63處與光學(xué)放大器56相連接。發(fā)射端53與接收端64的大致距離為3至5英寸。
光學(xué)放大器56是檢測線路66的組成部分，該檢測線路包括一眾所周知的電源70，該電源為Astec公司所銷售的品牌為ACB24N1.2；和一個隔離信號調(diào)節(jié)器80，該信號調(diào)節(jié)器是Action Instruments銷售的Transpak Model 2703-2000。
光學(xué)放大器56，電源70和隔離信號調(diào)節(jié)器80通過導(dǎo)線110,112,114相互連通。檢測線路66以眾所周知的方式與眾所周知的分布式控制系統(tǒng)120相連通，該控制系統(tǒng)為Honeywell公司銷售的，品牌為ATM。
當(dāng)泵10工作時，活塞32按預(yù)定速率前后往復(fù)運(yùn)動?；钊?2對工作液30往復(fù)作用，強(qiáng)迫隔膜18前后撓曲變形。沿圖1中箭頭A和B所示方向作用于泵送室14中的泥漿20上。隔膜18的撓曲變形將泥漿20經(jīng)泵送室14以傳統(tǒng)方式泵入燃?xì)獍l(fā)生器(未示出)。在泵送過程進(jìn)行中，由光放大器56經(jīng)第一纖維光纜52生成一種以可見光的形式的光信號。光信號在發(fā)射端53發(fā)射，并穿過光學(xué)傳感器34中的工作液30，到達(dá)第二纖維光纜60的接收端64。
光信號推薦為高亮度綠色光，該光信號由光放大器56產(chǎn)生并經(jīng)過第一纖維光纜52，第二纖維光纜60傳回光放大器56。光放大器56將光能轉(zhuǎn)換成電壓，例如轉(zhuǎn)換成1至10伏的電壓信號。電壓信號可被光放大器56放大和/或補(bǔ)償調(diào)節(jié)為模擬量輸出。電壓信號可根據(jù)光亮度而變化。例如，1伏的信號可代表光源無光照而10伏的信號可表示光源的光照。光放大器56可以用眾所周知的方式設(shè)置為任何模擬值以表示正常的光照傳輸，例如設(shè)置成9伏。
如果在工作室16中的工作液30被泥漿20中某些部分所污染，該泥漿是從隔膜18上的一些針孔或經(jīng)過任何隔膜上相對小的開口處泄漏的，工作液30的顏色將發(fā)生變化，一般結(jié)果是使工作液30變黑。當(dāng)工作液30變黑，由發(fā)射端53至接收端64的光信號的強(qiáng)度降低。由光放大器56響應(yīng)光信號的電壓信號于是將降低，以表示工作液30因泥漿20進(jìn)入工作室16的結(jié)果而變黑，表明這是由于隔膜18早期惡化或早期破裂階段微小泄漏。模擬光學(xué)傳感器34內(nèi)工作液30狀態(tài)的電信息被轉(zhuǎn)換成一種希望的可測量參數(shù)例如毫安，并經(jīng)隔離信號調(diào)節(jié)器80，送入分布式控制系統(tǒng)120。
這樣，當(dāng)隔膜18不泄漏時，工作液30將是清潔的，第二纖維光纜60接收到的光信號將比較強(qiáng)，這是由于未被污染的工作液30已知的透明度和由于清潔的工作液30對光信號的吸收最小。相應(yīng)的電壓信號將被光放大器56生成以表示未被污染的工作液的狀況。
當(dāng)隔膜18因針孔，裂紋或其它任何形式的早期破損而造成的泄漏情況發(fā)展導(dǎo)致隔膜18開始失效，工作液30的清潔度降低或被污染，這是由于一部分泥漿20已穿過隔膜18漏入了工作液30中。這種情況下，第二纖維光纜60從第一纖維光纜52接收到，并傳向光放大器56的光信號為較弱的光信號。光信號之所以較弱是因?yàn)檩^暗的已被污染的工作液30，將吸收更多從第一纖維光纜52傳出的光信號。由光放大器56所產(chǎn)生的電壓信號將較弱以表明工作液30已被污染。
如上所述，可見工作液30的輕度污染即可被測出以指出導(dǎo)致隔膜泄漏的早期階段的惡化現(xiàn)象，發(fā)出隔膜18即將破裂的信號。一旦將工作液30的污染在泵發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞之前檢測出來，可采取修補(bǔ)性手段而不需完全關(guān)閉泥漿泵10和相配的燃?xì)獍l(fā)生器。此外，可只更換隔膜18進(jìn)行維修而不必大拆泥漿泵10的工作機(jī)構(gòu)。因此，根據(jù)本發(fā)明早期檢測出隔膜18的泄漏可顯著節(jié)省費(fèi)用和對燃?xì)獍l(fā)生器運(yùn)行系統(tǒng)的最小干擾。
盡管對本發(fā)明已通過一簡單的推薦實(shí)施例給予了說明，可以預(yù)見的對發(fā)明的各種修改和替換都不脫離本發(fā)明的范圍，這對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見的。
權(quán)利要求
1．一種隔膜失效監(jiān)測裝置，用于檢測隔膜泵的隔膜泄漏，該監(jiān)測裝置包括a)一個泵，該泵有一個工作室，內(nèi)裝工作液；一個泵送室，用于泵送材料進(jìn)入和送出泵；一個隔膜，將工作室和泵送室分離；b)第一光纖，與所述工作室相連，用以將一光學(xué)信號傳向并穿過所述工作液；c)第二光纖，與所述工作室相連，用以接收從所述第一光纖傳來的所述光信號；d)用于建立第一電信號的元件，該元件是在當(dāng)光信號從所述第一光纖，穿過未受污染的工作液到達(dá)所述第二光纖時產(chǎn)生此電信號；和e)用于建立與第一電信號不同的第二電信號的元件，該元件用于當(dāng)光信號從所述第一光纖，穿過處于污染狀態(tài)的工作液到達(dá)所述第二光纖時產(chǎn)生此電信號，當(dāng)所述第二信號建立時，據(jù)此，污染材料透過隔膜進(jìn)入工作室之工作液中的泄漏問題可被檢測到。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述隔膜包括橡膠。
3．如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述工作液包括油。
4．如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括一個空心的光學(xué)傳感器，緊密地裝在工作室，用以接受一部分工作液，其中，所述傳感器包括第一裝置，用于與所述第一光纖相連接；第二裝置，用于與所述第二光纖相連接。
5．如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述第一和第二連接裝置位于所述光學(xué)傳感器相面對的兩側(cè)。
6．如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述第一光纖具有一個發(fā)射端，該發(fā)射端與所述第一連接裝置相連接；所述第二光纖具有一個接收端，該接收端與所述第二連接裝置相連接；且其中建立所述第一電信號的所述裝置和建立所述第二電信號的所述裝置，包括一個光學(xué)放大器，該光學(xué)放大器與所述第一光纖和所述第二光纖的另一端相連接。
7．如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述光信號包括一種高亮度綠色光。
8．如權(quán)利要求7所述的裝置，還包括一個隔離信號調(diào)節(jié)器與所述光學(xué)放大器相連接；一個分布式控制系統(tǒng)與所述隔離信號調(diào)節(jié)器相連接，其中所述電信號從所述放大器經(jīng)過所述隔離信號調(diào)節(jié)器送入所述分布式控制系統(tǒng)。
9．如權(quán)利要求8所述的裝置，還包括一個電源，該電源與所述光學(xué)放大器和所述隔離信號調(diào)節(jié)器相連通。
10．如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述第一和第二連接裝置各包括一個連接柱。
11．一種檢測隔膜泵隔膜泄漏的方法，所述泵具有一個工作室，內(nèi)裝工作液；一個泵送室，用于泵送材料進(jìn)入和送出泵；和一個隔膜，用于將工作室和泵送室隔離；該方法包括a)傳遞一光信號穿過所述工作液；b)接收所傳遞的所述光信號；c)當(dāng)接受到穿過未受污染狀態(tài)下的工作液的光信號時，建立第一電信號；和d)當(dāng)接收到穿過已被污染狀態(tài)下的工作液的光信號時，建立第二電信號；當(dāng)所述第二電信號建立時，據(jù)此，污染材料穿過所述隔膜進(jìn)入所述工作室的泄漏問題可被檢測到。
12．如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述光信號是由第一光纖傳送，所述光信號是由第二光纖所接受。
13．如權(quán)利要求12所述的方法，其中，一個空心的光學(xué)傳感器與所述第一和第二光纖相連，用以接受一部分所述工作液，所述光信號是穿過所述光學(xué)傳感器傳送的。
14．如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第一和第二電信號均由一光學(xué)放大器所建立，該放大器與所述第一和第二光纖相連接。
15．如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述光信號包括一種高亮度綠色光。
16．如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述工作液包括油。
全文摘要
一種隔膜失效監(jiān)測系統(tǒng),用于檢測隔膜泵隔膜的泄漏。該系統(tǒng)包括泵(10),該泵具有一個工作室(16),內(nèi)裝工作液(30);一個泵送室(14),用以泵送材料進(jìn)入和送出泵;和一個隔膜(18),用以將工作室與泵送室隔離。一個第一光纖(52)與工作室相連接,用以傳輸一光學(xué)信號穿過工作液。一個第二光纖(60)與工作室相連接,用以接收由第一光纖傳出的光學(xué)信號。一個電信號建立裝置(56),在光信號從第一光纖傳出,穿過未被污染的工作液到達(dá)第二光纖時,建立第一電信號。此電信號建立裝置,在光信號從第一光纖傳出,穿過被污染了的工作液到達(dá)第二光纖時,建立第二電信號。當(dāng)?shù)诙娦盘柋唤r,據(jù)此,污染材料穿過隔膜進(jìn)入工作室的泄漏問題可被檢測到。
文檔編號F04B43/00GK1224485SQ97195930
公開日1999年7月28日 申請日期1997年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月28日
發(fā)明者史蒂文·R·格林, 小戴維·L·鮑威爾 申請人:德士古發(fā)展公司