CN101881376B - 线路泄漏检测器以及使用其的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于检测管道线路中的泄漏的装置，包括与线路流体相通的外壳，包括阀座和相对于阀座在打开和闭合位置之间可移动的阀元件的阀，围绕阀的旁路管线，耦合至旁路管线用于检测流过其中的流体流动的流动检测器，以及配置以朝向闭合位置驱使阀元件的第一机构。该装置还可以包括与第一机构分离的第二机构，其用于将阀元件维持在闭合位置直到达到阈值压降。第一机构可以基于浮力原理运作，而第二机构可以基于磁力原理运作。
Description
技术领域
本发明涉及泄漏检测，并且尤其可应用于检测在分配操作中从加压燃料输送管道中的泄漏，诸如加油站。
背景技术
石油产品(包括汽油)泄漏进入环境中，可能损害周围土壤和水。一旦检测到泄漏，清理或补救可能是昂贵和耗时的。因而，需要尽早识别泄漏。
在分配操作中，诸如加油站，燃料通常存储在地下存储罐(“UST”)中，从其中将燃料通过各种管道线路泵送至地上分配单元，用于分配至机动车等。燃料从罐或互相连接的管道线路泄漏至分送器可能引起显著的环境破坏。美国环保署(“EPA”)以及许多外国的监管机构已经设立了用于检测和防止燃料泄漏至环境的一些标准。例如，随着本申请的递交，EPA需要足以检测每小时0.1加仑(gph)的体积泄漏率的检测方法。因此检测泄漏和在这点上符合EPA标准已经成为这类仪器制造商的目标。
已经建议了根据物理原理操作的许多设备以符合这些标准，并且由此发出泄漏警告，并且提供了尽可能快速停止泄漏以减少对周围环境影响的装置。作为实例，在燃料分配操作中，一种这样的泄漏检测器设备包括设置在管道线路中的阀，其具有可移动朝向和远离相关阀座的弹簧加载的阀元件。当阀元件上的压降到达一定阈值，阀元件逆着弹簧力移动远离阀座，以允许流体流过阀并且流向分配单元，燃料从该分配单元分配至机动车等。当分配单元闭合或关闭时，阀元件上的压降均衡，并且弹簧力驱使阀元件返回阀座，并且到闭合位置，以使得防止任何燃料通过阀。
这些设备的泄漏检测功能通常由阀周围的旁路管线提供，从而旁路管线的一端与阀的第一侧(例如，下游侧)流体相通，而其另一端与阀的第二侧(例如，上游侧)流体相通。通常将流动检测器设置在旁路管线中，以使得检测通过其中的任何流动。另外，旁路管线的横截面面积与通过阀的主流动通路相比相对较小，以使得允许检测管道线路中的相对小泄漏。
在操作中，当分配单元关闭时(诸如在填充操作之后)，阀各侧上的流体压力相等，而阀关闭。理想地，在管道线路中不存在泄漏，并且因而没有通过旁路管线的流动。然而，如果在阀下游的管道线路中存在泄漏，下游管道线路中的压力将稳定下降。该压降继而将引起流体从阀上游侧(例如，高压侧)通过旁路管线流向阀的下游侧(例如，低压侧)。那么，流动检测器将检测流过旁路管线的该流动，并且引起警报状况，这可能关闭分配***，以防止燃料从管道线路进一步泄漏并进入周围环境。
基于上述的基本原理运行的泄漏检测设备在本领域中是基本已知的。作为实例，授予McCrory等人的美国专利号No.3940020；授予Howell的美国专利号No.3969923；授予Franklin等人的美国专利号No.5014543；授予Hasselmann的美国专利号No.5072621和5315862；以及授予Lukas等人的美国专利号No.5918268，基本上示出了阀、旁路管线和用于检测通过旁路管线的流动的某些类型的流动检测器。这些参考文献的区别主要在于用于检测通过旁路管线的流动的流动检测器。例如，McCrory等人和Howell使用与磁化活塞协作的簧片开关，以感测通过旁路管线的流动。Franklin等人使用旋转流量计以测量流过旁路管线的流体流动。而且，Lukas等人利用热流量计，其基于用于确定流过旁路管线的流动的基本熟知的原理。
虽然上述的泄漏检测器基本上出于其预期的目的而运行，但是存在一些缺点，这些缺点使得使用这种设备在燃料分配操作中成为问题。例如，这种泄漏检测器基本上表示总分配***中的“瓶颈”，其限制将燃料递送至分配单元。结果，将燃料递送至机动车等可能显得相对缓慢，导致增长的分配时间和增长的顾客不满意度。此外，当在单一流体管道线路上存在多个用户时，这种流动限制的效果可能加剧。
认为通过这些类型的设备的流动限制是由于在阀中使用的返回机构的多功能性质。在许多这些现有泄漏检测设备中，例如，使用弹簧以朝向闭合位置驱使阀元件。此外，弹簧还将阀元件维持在闭合位置，直到阀元件上的压降达到阈值水平，并且由此移动阀元件远离阀座。此外，弹簧可以确保在将阀元件移动至闭合位置时，将阀元件正确地就位在阀座中。作为这种多功能机构的结果，弹簧的弹簧常数通常相对较高。相对较高的弹簧常数不仅导致大的压降，以启动阀元件移动远离阀座(例如，开裂压力)，而且还需要甚至更大的压降，以随着弹簧延长(例如，线性弹簧)而将阀元件维持在打开位置中。因而，弹簧运作抵靠通过阀的流体流动，并且对于给定的操作压力(由罐中的潜水泵所确定)，其运行以限制流过其中的流动。
因此，需要一种改进的线路泄漏检测器，其不仅能检测流体管道线路中的微小泄漏，以符合或超过EPA标准，还能够如此操作而消除或最小化通过泄漏检测器的流动的任何限制。
发明内容
为了解决这些和其他缺点，用于检测流体管道线路中的泄漏的装置包括配置成与流体管道线路流体相通的外壳；以及阀，阀包括耦合至外壳的阀座以及相对于阀座在打开位置和闭合位置可移动的阀元件，在打开位置允许流体流过阀，而在闭合位置防止流体流过阀。提供了一种旁路管线，并且其包括与阀的第一侧流体相通的第一端，以及与阀的第二侧流体相通的第二端。流体流动检测器可操作地耦合至旁路管线，并且配置以检测流过其中的流体流动。装置包括第一机构，其配置以当阀元件和第一机构浸没在流过管道线路的流体中时，在阀元件上提供净正浮力。净正浮力配置以朝向闭合位置驱使阀元件。
在一个实施例中，第一机构可以包括流体浮子，其可以例如耦合至阀元件。净正浮力可以在约0.0625磅力(lbf)(0.28牛顿(N))和约0.5lbf(2.22N)之间。然而，根据特定应用，其他值和范围也是可能的。
该装置可以包括第二机构，其与第一机构分离，并且配置以将阀元件维持在闭合位置，直到达到阀元件上的阈值压降。在一个实施例中，第二机构可以包括磁体。更特别地，第二机构可以包括耦合至阀元件的第一磁部件以及耦合至外壳的第二磁部件，其中当阀元件处于闭合位置时，第一和第二磁部件彼此接近。例如，第一和第二磁部件可以包括永磁体、电磁体和吸引至这些磁体的顺磁材料。在一个典型实施例中，第一磁部件包括由顺磁材料形成的阀元件的一部分，第二磁部件包括永磁体，而用于移动阀元件远离闭合位置的阈值压力可以在约半(0.5)磅每平方英寸(psi)和约四(4)psi之间。
在另一实施例中，一种用于检测流体管道线路中泄漏的装置包括具有入口、出口和内腔的外壳；以及至少部分设置在入口和出口之间的内腔中的阀。阀包括耦合至外壳的阀座以及相对于阀座在打开位置和闭合位置之间可移动的阀元件，在打开位置允许流体流过阀，而在闭合位置防止流体流过阀。提供旁路管线，并且其包括与阀的第一侧流体相通的第一端和与阀的第二侧流体相通的第二端。流体流动检测器可操作地耦合至旁路管线，并且配置以检测流过其中的流体流动。装置还包括配置以朝向闭合位置驱使阀元件的第一机构，以及与第一机构分离并且配置以将阀元件维持在闭合位置直到达到阀元件上的阈值压降的第二机构。
在一个实施例中，第一机构可包括流体浮子，其配置以当阀元件和浮子浸没在流过流体管道线路的流体中时，在阀元件上提供净正浮力。另外，第一机构可以配置以提供基本上恒定的力，用于朝向闭合位置驱使阀元件。在一个实施例中，第二机构可以包括磁体。另外，磁体可以配置以在阀元件上提供可变力。更特别地，第二机构可以配置以使得当处于闭合位置时在阀元件上提供具有一定大小的力，并且随着阀元件移动朝向打开位置，力的大小减小。在一个实施例中，当阀元件处于打开位置时，第二机构提供的力的大小基本上为零。该装置可以配置使得当阀元件处于打开位置时，第一机构是主要力提供机构，而当阀元件处于闭合位置时，第二机构是主要力提供机构。
在另一实施例中，分配***包括用于固定液体的罐；用于分配液体的分配单元；在罐和分配单元之间提供流体相通的流体管道线路；以及与流体管道线路流体相通并且配置以检测其中的泄漏的线路泄漏检测器。泄漏检测器包括具有入口、出口和内腔的外壳，以及至少部分设置在入口和出口之间的内腔中的阀。阀包括耦合至外壳的阀座以及相对于阀座在打开位置和闭合位置之间可移动的阀元件，在打开位置允许流体流过阀，而在闭合位置防止流体流过阀。提供旁路管线，并且其包括与阀的第一侧流体相通的第一端和与阀的第二侧流体相通的第二端。流体流动检测器可操作地耦合至旁路管线，并且配置以检测流过其中的流体流动。装置还包括配置以朝向闭合位置驱使阀元件的第一机构，以及与第一机构分离并且配置以将阀元件维持在闭合位置直到达到阀元件上的阈值压降的第二机构。
一种检测流体管道线路中泄漏的方法，包括提供一种泄漏检测器，其包括具有入口、出口和内腔的外壳，以及至少部分设置在入口和出口之间的内腔中的阀。阀包括耦合至外壳的阀座以及相对于阀座在打开位置和闭合位置之间可移动的阀元件，在打开位置允许流体流过阀，而在闭合位置防止流体流过阀。提供旁路管线，并且其包括与阀的第一侧流体相通的第一端和与阀的第二侧流体相通的第二端。流体流动检测器可操作地耦合至旁路管线，并且配置以检测流过其中的流体流动。该方法还包括使用第一机构在阀元件上施加第一力以朝向闭合位置驱使阀元件，并且使用与第一机构分离的第二机构在阀元件上施加第二力，以将阀元件维持在闭合位置，直到达到阀元件上的阈值压降。该方法还包括在流体管道线路中发生泄漏时通过旁路管线引导流体流动，并且使用流动检测器检测流过其中的流动，由此指示流体管道线路中的泄漏。第一力的大小基本上较低，并且小于第二力的大小。而且，第一力可以是基本上恒定的力，而第二力可以改变，诸如通过随着移动阀元件远离闭合位置而减小大小。
附图说明
包括在本说明书中并且构成其一部分的随附附图，示出了本发明的实施例，并且与上文给出的基本描述以及下文给出详细描述一同用于解释本发明的各方面。
图1是根据本发明一个实施例的包括线路泄漏检测器的典型燃料分配***的概略图；
图2是处于闭合位置的图1中所示的线路泄漏检测器的横截面视图；
图3是处于打开位置的图2中所示的线路泄漏检测器的横截面视图；以及
图4是图2中所示的线路泄漏检测器的横截面视图，示出了发生泄漏时泄漏检测器的操作。
具体实施方式
图1中示出了根据本发明实施例的典型燃料分配***10，并且其基本上包括用于存储燃料的地下存储罐(“UST”)12，位于罐12中的潜水泵14，以及在压力之下将燃料运送至一个或多个分配单元18的流体管道线路16，如图1中示意性所示。通常，流体管道线路16经由泵歧管20而耦合至潜水泵14，所述泵歧管20通常位于罐12外部，诸如在带盖的坑道中(未示出)。泵歧管20可以包括止回阀22，用于防止燃料流回罐12中。由于止回阀22防止任何燃料流回罐12中，当分配单元18关闭或闭合因而防止燃料从管道线路16流动时，流体管道线路16限定了闭合***，其包含一定量或体积的燃料，其取决于多个因素，包括管道线路16的长度，管道线路16的尺寸(例如，横截面面积)以及其他因素。如上所述，为了符合EPA规定，定期测试流体管道16的完整性，并且监视任何燃料从其中的泄漏量。在这点上，燃料分配***10包括线路泄漏检测器，通常示为24，用于在存在泄漏时确定从管道线路16的燃料泄漏。
如图2-4中所示，泄漏检测器24包括基本上圆柱形主体或外壳26，其具有近端部分28、远端部分30和内腔或孔32。外壳26可以具有整体结构，或者作为选择可以配置为多部件结构，其中其有助于泄漏检测器24的组装和维护。远端部分30适于耦合至泵歧管20中的端口34，并且可以例如包括一组外螺纹，其与端口34中的一组相应的内螺纹配合，以将泄漏检测器24与泵歧管20可螺纹耦合。外壳26上的外螺纹基本上接近泄漏检测器24的远端，从而泄漏检测器24的一部分延伸进入泵歧管20，并且尤其进入其流道，如下文将讨论的。然而，正如本领域普通技术人员将意识到的，本发明不局限于本文公开的螺纹连接，还有其他方法用于将泄漏检测器24与泵歧管20耦合。本领域普通技术人员还将认识到，泄漏检测器24不局限于与泵歧管20耦合，而是可以位于沿着基本上位于止回阀22和分配单元18之间的流体管道线路16的任意点处。
泄漏检测器24的远端部分30包括至少一个并且优选多个开口36(例如，纵向槽)，其形成在外壳26的侧壁38中，以使得提供罐12和泄漏检测器24的内部孔32之间的流体相通。而且，泄漏检测器24的远端壁40包括开口42，以使得提供分配单元18和泄漏检测器24的内部孔32之间的流体相通(经由流体管道线路16)。
如图2-4所示，泵歧管20包括主流动通道44，其具有与罐12流体相通的第一上游端46以及经由流体管道线路16与分配单元18流体相通的第二下游端48。如本文中所使用的，上游指的是沿着流动通路更接近罐12(以及相应的潜水泵14)的位置，而下游指的是沿着流动通路更远离罐12的位置。当泄漏检测器24耦合至泵歧管20时，侧壁38中的开口36和端壁40中的开口42与主流动通道44流体相通。此外，流动通道44包括孔50，泄漏检测器24的匹配部分52以流体密封的方式接收于其中。作为实例，匹配部分52可以定位接近泄漏检测器24的远端。然而，本发明并不限制于此，因为匹配部分52可以位于泄漏检测器24的其他位置，诸如与其远端间隔开，举例而言。泄漏检测器24的匹配部分52尺寸设置稍小于孔50，并且包括密封元件，诸如O-环54或其他合适的密封元件，用于在外壳26和限定泵歧管20的孔50的壁之间创建流体密封界面。
这样，罐12和分配单元18之间的流体流动通过泄漏检测器24的内部孔32。更特别地，作为上述结构的结果，潜水泵14驱动加压流体从罐12流入泵歧管20的上游端46，并且进入主流动通道44。加压流体随后流动通过外壳26的侧壁38中的开口36，并且进入内部孔32。随后引导流体通过外壳26的端壁40中的开口42，然后返回进入泵歧管20的流动通道44中。随后流体通过下游端48离开泵歧管20，并且流动通过流体管道线路16到达分配单元18。
随着引导罐12和分配单元18之间的流体流动通过泄漏检测器24的内部孔32(例如，罐12和分配单元18之间的整个流动已经隔离以使得流动通过泄漏检测器)，泄漏检测器24可以包括适于帮助检测管道线路16中的泄漏的附加部件。在这点上，泄漏检测器24基本上包括阀56、旁路管线58和流体流动检测器60。阀56控制流体流动通过泄漏检测器24，并且包括允许流动通过阀56的打开位置以及防止流体流动通过阀56通过其主流动通路的闭合位置。旁路管线58提供了备选流体流动通路，其绕过或围绕阀56，从而即使阀56处于闭合位置，诸如在泄漏期间，流体也(虽然相对量较小)能够在罐12和分配单元18之间流动。流动检测器60配置以检测通过旁路管线58的流体流动。
在一个实施例中，阀56可以设置邻近匹配部分52，但是并不局限于此，并且包括阀元件62，其相对于阀座64能够移动以限定阀56的打开和关闭位置。在打开位置，阀元件62与阀座64间隔开，以使得允许流体流过阀56，并因此流过泄漏检测器24。在关闭位置中，阀元件62与阀座64啮合以防止通过阀56和通过泄漏检测器24的任何流动(至少在正常、无泄漏状况下)。如图2-4所示，阀座64可以设置在泄漏检测器24的端壁40中的开口42中，并且耦合至其外壳26。在一个实施例中，阀座64可以与外壳26形成一体，并且基本上由相同的材料制成，包括例如铝、钢、塑料、其组合以及其他合适的材料。然而，在备选实施例中，阀座可以配置为独立元件或***物，并且通过诸如焊接、粘结、紧固件或本领域普通技术人员所意识到的其他合适的连接器来与外壳26耦合。此外，外壳26和阀座64可以由不同的材料制成。因而，例如，在一个实施例中，外壳26可以由如上确定的材料形成，而阀座64可以由一种或多种那些材料、黄铜和其他合适的材料形成(但是与外壳的材料不同)。无论如何，阀座64基本上提供了平滑或以其它方式制备的表面，其有助于与阀元件62匹配以形成流体密封界面。
阀元件62相对于阀座64可移动，并且包括活塞66以及耦合至活塞66并且从其延伸的杆68。阀元件62设置使得杆68定位在外壳26的内部孔32中。在一个实施例中，活塞66包括向活塞66提供结构面的基本上刚性的支撑部件70，以及啮合阀座64以提供流体密封界面的密封元件72。刚性支撑部件70可以由铝、钢、诸如聚甲醛(POM)(作为出售)的塑料或本领域普通技术人员所意识到的其他合适的材料制成。而且，密封元件72可以是唇形密封元件、O-环、杯形密封元件或用于与阀座64形成流体密封界面的其他合适的密封元件。密封元件72可以基本上包围刚性支撑部件70，并且沿着选择性部分而耦合至其上，选择性部分诸如沿着支撑部件70的***。在一个实施例中，杆68可以与刚性支撑部件70形成为一体，并且基本上由相同的材料制成。作为选择，杆68可以是独立部件，其通过诸如焊接、粘结、紧固件等耦合至刚性支撑部件70，并且由与刚性支撑部件70不同的材料制成，诸如铝、钢、塑料或其它合适的材料。
如图2中所示，在闭合位置中，活塞66设置邻近阀座64，从而密封元件72啮合其表面以形成流体密封界面。这样，防止罐12和分配单元18之间的流体流动通过阀56。然而，在打开位置，并且如图3中所示，已经移动活塞66远离阀座64。更特别地，在一个实施例中，活塞66移动超出外壳26的远端，以使得延伸进入泵歧管20的流动通道44。这样，并且如箭头74所示，允许流体从罐12通过阀56的主流动通路流至分配单元18。除了执行其他功能，如下文将更详细讨论的，随着活塞66在打开和闭合位置之间移动，杆68帮助指导和/或有助于相对于阀座64正确地排列活塞66。在这点上，外壳26可以包括紧密地围绕杆68间隔开的径向延伸凸缘73。可以将密封元件设置在杆68和凸缘73之间，以支撑杆68，但是不妨碍其相对于凸缘73的移动。为了下述目的，凸缘73可以包括一个或多个开口75，以在孔部分32a和32b之间提供流体相通。
如上所述，除了如箭头74所示的通过泄漏检测器24的阀56的主流动通路，泄漏检测器24包括通过旁路管线58的备选流动通路，其配置以围绕阀56。旁路管线58包括定位在阀56上游的第一入口端76，定位在阀56下游的第二出口端78，以及在其间延伸的流体通道80，从而入口端76和出口端78流体相通。如图2-4所示，入口端76与外壳26的内部孔32流体相通，诸如在其近端处(例如，孔部分32b)。本领域普通技术人员将意识到，只要入口端76在阀56的上游，其他位置也是可能的。出口端78设置在远端壁40中，并且邻近开口42。活塞66不阻塞或干扰出口端78。这样，即使阀元件62处于闭合位置，流体也能够流动通过旁路管线58，如下文更详细讨论的。
为了检测分配***10中相对小的泄漏，旁路管线58的横截面面积基本上小于沿着通过泄漏检测器24的主要流动通路的最小横截面面积。例如，可以由阀座64中的开口限定沿着主流动通路的最小横截面面积。这样，可以感测通过旁路管线58(由泄漏检测器24下游的小泄漏产生，诸如在管道线路16中)的小流动量，并且如果需要，以精确和可靠的方式使用通用仪器对其进行计量。作为实例，可以预期由阀座64限定的开口的横截面面积可以在约七(7)平方厘米(cm2)和约十(10)cm2之间。该范围是示范性的，而本领域普通技术人员可以根据特定应用和/或其他因素而易于确定横截面面积。对于该横截面面积范围，并且进一步考虑到泄漏检测器24的特殊设计，如下文更详细所讨论的，应当相信，在正常运行模式下，泄漏检测器24可以适应的流率在约每分钟三十五(35)加仑(gpm)和约八十(80)gpm之间。
而且，可以预期，旁路管线58(例如通道80)的横截面面积可能基本上在约半(0.5)平方毫米(mm2)和四(4)mm2之间。该范围是示范性的，而本领域普通技术人员可以根据特定应用和/或其他因素而易于确定旁路管线58的横截面面积。然而，对于该横截面面积范围，并且进一步考虑到当前可获得的流动检测器，如下文更详细所讨论的，应当认为，可以检测流动通过旁路管线58的小至半(0.5)gph或更低的流率。检测流过旁路管线58的这种相对低流量的能力允许泄漏检测器24检测符合(和超出)当前EPA标准的分配***10中的泄漏。
除了上述之外，为了防止流体携带的污垢或其他碎屑阻塞或堵塞旁路管线58，旁路管线可以包括至少一个(示出两个)过滤器82，其配置以移除这种碎屑，并且防止或减少旁路管线58堵塞的可能性。例如，这种过滤器82可以包括烧结黄铜过滤器，并且其可从各种供应商获得。如上所述，外壳26可以具有多部件结构，其允许过滤器82便利地安装在其中，以及允许以相对快和简单的方式替换过滤器82。
流动检测器60可操作地耦合至旁路管线58，以检测流过其中的流体。如本文中所使用的，流动检测器60可以包括能够感测流过旁路管线58(例如，流体流动传感器)或量化流过旁路管线58的流体(例如，流体流量计)的任何这种设备。流动检测器60可以使用任何可接受的度量衡而量化流体流动，度量衡包括体积、速度、质量流率、体积流率等。本领域普通技术人员将意识到可用于泄漏检测器24中的宽范围的流动检测器，并且其实施宽范围的技术。作为实例，并且不局限于，在一个典型实施例中，可以利用热流动检测器。在这点上，在泄漏检测器24中可以使用加利福尼亚州Westlake Village的Sensirion公司可获得的热流动检测器。作为选择，上述的热传感器是示意性的，并且还可以使用诸如热线风速计的其他热流动传感器/计。此外，还可以使用基于其他技术的流动检测器以检测流过旁路管线58的流体流动。这些包括而不局限于，超声流量计、科里奥利(coriolis)流量计、正排量流量计、汽轮计以及适于感测或量化通过管道的流动的其他设备。
许多现有泄漏检测器利用弹簧以执行多种功能，包括，例如：i)将阀元件维持在闭合位置，直到达到阀元件上的阈值压降；ii)确保随着阀元件移动朝向闭合位置而将阀元件正确地定位在阀座中；以及iii)提供力，以朝向闭合位置驱使阀元件。然而，出于上述理由，使用用于这些多个功能的单一机构(例如，弹簧)，产生了限制流体流过泄漏检测器的设备。为了解决现有泄漏检测器中的这种不足，泄漏检测器24执行上述功能，但是以与常规弹簧完全不同的方式。
根据本发明一个实施例的方面，泄漏检测器24利用两个独立机构，用于执行上述一个或多个功能。例如，一个机构最终提供了力，其朝向闭合位置驱使阀元件62。另一机构提供了力，用于将阀元件维持在闭合位置，直到达到阀元件上的阈值压降。该机构还可以确保将阀元件正确地定位在阀座中。现在将讨论这两个机构、它们的运作以及它们如何克服常规基于弹簧的泄漏检测器的流动限制。
第一机构基于浮力原理而运作，其通常示为84，用于提供力以朝向阀座64驱使阀元件62。这与弹簧形成鲜明的对比，弹簧依赖于结构元件的弹性变形(例如，弹簧延长)，以提供回复力。在这点上，第一机构84包括浮子86，其可操作地耦合至阀元件62。作为实例，在一个实施例中并且如图2-4中所示，浮子86可以诸如通过摩擦匹配、粘结、紧固件等耦合至阀元件62的杆68。在备选实施例中，浮子86可以是在其他位置处耦合的阀元件62，诸如在活塞66处(未示出)。浮子86可以具有中空体结构，其共同密度小于周围流体(例如，燃料)的密度，正如本领域普通技术人员所已知的。作为选择，浮子86可以是由在流体中漂浮的合适材料形成的固体(或中空体)。在一个实施例中例如，浮子86可以由合适的泡沫(例如，)形成。浮子86的尺寸和/或结构使得在使用期间组件浸没在燃料中时，阀元件组件(即，阀元件62和浮子86一同)具有净正浮力(例如，浮力大于组件的重量，以给出作用在向上方向上的合力，如图2-4中所示)。本领域普通技术人员将意识到如何配置浮子86，以向阀元件组件给出该净正浮力。
通常，净正浮力配置以在基本上没有流动通过管道线路16中的分配***10(即，没有泄漏)时，移动阀元件组件朝向闭合位置，并且分配单元18关闭。而且，可以进一步配置净正浮力以甚至当在分配***10中存在小泄漏时也将阀元件组件移动朝向闭合位置。例如，配置净正浮力以对于管道线路16中的泄漏而移动阀元件组件朝向闭合位置，其泄漏率高达基本上等于在泵压力下能够流动通过旁路管线58的最大流量的值。这将允许阀元件62即使在存在小泄漏时也闭合，从而流体随后流动通过旁路管线58，并且由流动检测器60检测。在一个实施例中，阀元件组件上的净正浮力在约0.0625lbf(0.28N)和约0.5lbf(2.22N)之间。然而，这些值是示意性的，并且根据特定应用可以使用其他值和范围。
虽然第一机构84足以提供朝向闭合位置驱使阀元件62的净正浮力，但是该合力相对较弱，并且可能直到在阀元件62上施加合适的阈值压降才足以将阀元件62维持在闭合位置。换句话说，对于一些应用，阀56可能太容易打开。此外，该相对较弱的合力可能并不有助于将阀元件62正确地定位在阀座64中。在并非特别关注这些方面的应用中，泄漏检测器24可能仅包括该第一机构84。然而，如果有些关注这些方面或者在一些应用中简单需要，泄漏检测器24可以包括第二机构，其通常示为88，其以维持第一机构84的积极方面的方式处理这些功能。
在一个方面，第二机构88可以配置以与全局方式相对的局部方式运作。在这点上，第二机构88可以配置以当阀元件62接近阀座64(即，靠近闭合位置)时运作，但是对阀元件62的动力学具有小到可忽略的影响。第二机构88的该局部化效果与弹簧形成鲜明对比，其在阀元件62在打开和闭合位置之间的整个移动期间可操作。该局部化效果允许实现将阀元件62维持在闭合位置直到在其上施加合适的阈值压降，并且有助于实现将阀元件62正确地定位在阀座64中，而不相反地影响第一机构84的积极方面。
在一个实施例中，第二机构88可以配置以基于磁力原理运作。当两个磁体部件彼此接近时，磁力提供局部化效果，而当两个磁体部件移动远离彼此时具有减小的效果。因此，第二机构88可以包括与阀元件62相关的第一磁体部件90和与外壳26相关的第二磁体部件92，两者配置以彼此吸引。第一磁体部件90和第二磁体部件92可以选自永磁体、电磁体和/或被吸附到这些磁体上的顺磁材料。在一个结构中，例如，第二磁体部件92可以是永磁体，而第一磁体部件90可以是配置为由顺磁材料形成的板部件的阀元件62的一部分。
第一磁体部件90可以设置临近杆66相对活塞66的近端，而第二磁体部件92可以耦合至外壳26，从而当阀元件62处于闭合位置时，第一磁部件90可定位成邻近于第二磁部件92。例如，当处于闭合位置时(图2)，第一磁部件90可以与第二磁部件92接触或者紧密接触。然而，在打开位置(图3)，第一磁体部件90可以移动远离第二磁体部件92。特别将第一磁体部件90和第二磁体部件92选择为顺磁材料和永磁体是示意性的，而本领域普通技术人员将意识到本发明范围内的其他结构和组合。
现在将参考图2-4描述线路泄漏检测器24的运作。为了有助于讨论泄漏检测器24的运作，最初假设分配***10在无泄漏状况下运作，并且分配单元18闭合，从而未从中分配任何燃料。在这样的状态下，泄漏检测器24上游和下游的压力基本上彼此相等，并且基本上等于潜水泵14的输出压力。因此，阀56处于闭合位置，并且没有流体流动通过旁路管线58。在图2中示出了这一结构。在测试流体管道线路16期间，潜水泵14通常打开或是起作用的，从而泄漏检测器24上游的压力基本上维持恒定(并且等于泵压力)。
如图3中所示，当分配单元18打开时，诸如当填充机动车等时，来自管道线路16的燃料流动朝向分配单元18，从而泄漏检测器24下游的压力开始下降。结果，活塞66上的压降增加(例如，上游侧的高压和下游侧的低压)。活塞66上的该压降继续增加直到达到或超过活塞66上的阈值压降。在这一点上，作为流体压力的结果，施加在活塞66上的力足以克服来自第一机构84的净正浮力(相对小的力)和第二机构88的磁感应力，这是将维持阀元件62闭合直到达到阈值压降的主要力。结果，阀元件62移动朝向打开位置，并且流体能够沿着其主要流动通路流过阀56。
作为实例，而非限制性，克服这些力并且移动阀元件62朝向打开位置的阈值压降，可以在约半(0.5)psi和约四(4)psi之间。这一范围是示意性的，而根据特定应用和/或其他因素，其他值也是可能的。在打开位置，随着第一和第二磁体部件90、92充分分离，维持相对较小的来自第一机构84的净正浮力运作以朝向闭合位置驱使阀元件62，而来自第二机构88的磁感应力非常小以至于基本上可忽略。因此，在流体压力下相对易于维持阀56敞开，并且避免由于阀56的回复力引起的流动限制。
当分配单元18关闭时，管道线路16中的流体压力相等，从而来自第一机构84的净正浮力移动阀元件62朝向闭合位置。当阀元件62接近闭合位置时，来自第二机构88的力增加以将阀元件62卡合入阀座64中并且关闭阀56。图2和图3以及上述示出和描述了泄漏检测器24处于正常非泄漏状态时的运作，现在将描述当在管道线路16中存在泄漏时泄漏检测器24的运作。
为讨论起见，将初始假设阀56处于闭合位置。如图4中所示，如果在泄漏检测器24下游的流体管道线路16中发生小泄漏，下游压力将开始稳步下降。因此，在阀元件62的活塞66上将存在压降。然而，至少对于小泄漏，压降配置以低于阈值，并且因而流体压力不能克服第一机构84和第二机构88(例如，主要是第二机构88)施加的力以将阀元件62移动至打开位置。但是，活塞66上的压降(例如，跨越旁路管线58的两端76、78)可能足以使得流体流过旁路管线58。如上所述，大于约百分之一(0.01)gph的管道线路16的泄漏率将通常导致流体流动通过旁路管线58。随着流体流过旁路管线58，该流动由流动检测器60感测(流动传感器)或以一定方式量化(流量计)。
流动检测器60可以可操作地耦合至控制器94，并且可以将来自检测器60的数据流传达至此，以使得分析数据并且确定在管道线路16中是否存在泄漏。用于分析数据流以确定是否存在泄漏的各种算法，在本领域中通常是已知的，并且不构成本发明的一部分。如果确定在泄漏检测器24下游存在泄漏，潜水泵14可以关闭，并且当由合适的人员处理泄漏时暂时禁用分配***10。
如果当泄漏检测器24处于打开位置时(诸如在分配操作期间)发生泄漏，那么泄漏检测器24的性能取决于泄漏存在的大小程度。如果泄漏相对较小，那么一旦分配单元18关闭(分配操作结束)，活塞66上的压降不足以克服来自第一机构84(例如，浮子86)的回复力，而阀元件62将移动朝向闭合位置。当第一磁体部件90接近第二磁体部件92时，阀元件将卡合入其闭合位置，并且停止流体流动通过阀56。然而，由于泄漏，流体将流通通过旁路管线58，并且由流动检测器60以上述方式检测(例如，感测/计量)。潜水泵14可以关闭，并且当由合适的人员处理泄漏时暂时禁用分配***10。
另一方面，如果泄漏检测器24处于打开位置并且当分配单元18关闭时发生相对较大的泄漏(例如，灾难性泄漏)，那么在活塞66上将维持相对较大的压降。这种压降可能足以防止阀元件62在第一机构84的净正浮力下移动返回朝向闭合位置。随着通过阀56的主通路打开，流体可能不流动通过旁路管线58(因为流体基本上采取最少阻力的通路)，并且因而，泄漏检测器24可能检测不到这种泄漏。为了解决这一问题，泄漏检测器24可以包括传感器96，用于感测第二磁体部件92何时处于与处于闭合位置的阀元件62相应的位置。例如，如图2-4中所示，传感器96可以定位邻近第一磁体部件90，从而当阀元件62处于闭合位置时，第二磁体部件92接近传感器96(并且接近第一磁体部件90)。那么，本质上传感器96可以确认阀元件62处于闭合位置。传感器96可以是霍尔效应传感器、簧片开关、巨磁阻设备、光学开关、张力计或用于检测阀元件62的位置的其他合适的传感器。
在使用中，传感器96和分配单元18可以均可操作地耦合至控制器94。因而，控制器94可以确定分配单元18打开(正分配燃料)或闭合(未分配燃料)。控制器94还能够通过利用传感器96而确定阀元件62是否处于闭合位置。这样，如果泄漏足够大，使得阀元件62不移动返回闭合位置，那么控制器94将检测分配单元18闭合并且阀元件62处于打开位置。因而，那么可能存在相当大的泄漏。因此，潜水泵14可以关闭，并且当由合适的人员处理泄漏时暂时禁用分配***10。
以类似的方式，如果当泄漏检测器24处于闭合位置时发生大泄漏，那么阀元件62可以立即打开，从而流体不流动通过旁路管线58，而是作为代替地流过主流动通路。与上述类似，流动检测器60将不能检测到这种泄漏。然而，再次地，控制器94将检测分配单元18闭合，而阀元件62处于打开位置，从而可能存在相当大的泄漏。结果，潜水泵14可以关闭，并且当由合适的人员处理泄漏时暂时禁用分配***10。
在此不作为限制地，如上所述，泄漏检测器24提供了优于当前泄漏检测器的大量优点。一个主要优点是，由于泄漏检测器24的特殊设计，消除了或者至少相当大地减少了通常与当前泄漏检测器设计相关的流动限制。如上所述，现有泄漏检测器的流动限制是使用单一机构执行多个功能的主要结果，所述功能包括例如，提供力，用于朝向闭合位置驱使阀元件并且将阀元件维持在闭合位置直到达到阈值压降。现有设备的单一机构通常是具有高弹簧常数的弹簧。
本文通过提供两个独立的机构，各自实现上述一个或多个功能，而解决了现有设备的流动限制。如上所述，第一机构朝向闭合位置驱使阀元件，而第二机构将阀元件维持在闭合位置直到达到阈值压降。第二机构还可以有助于将阀元件正确地定位在阀座内。而且，分离功能允许以最优方式对于这些功能专门定制机构。因而，例如，当阀处于闭合位置时，第二机构可以是运作机构，而第一机构的任何效应相对较小。相反地，当阀处于打开位置时，第一结构是运作机构，而第二机构的任何效应相对较小。
由于功能的这一分离，可以以下列方式设计第一机构，即其解决了流动限制，而不影响与阀的开口压力相关的其他功能。因而，例如，第一机构可以包括浮子，其向阀元件组件提供相对较小的净正浮力，其朝向闭合位置驱使阀元件。由第一机构施加的相对较小的净正浮力允许阀元件组件在流体压力下更易于移动。因此，对于阀元件上的相对低的压降，阀可大开度地打开，继而，以相对未受阻方式打开的这一能力显著地减小了通过阀的任何流动限制，并且对于阀元件上的相同压降，相对于基于弹簧的***，实现了更高的流率。
功能的这一分离还允许同样最优化第二机构的设计。因而，例如，第二机构可以基于磁力原理运作，从而当阀元件接近阀座时，吸引力将阀元件正确地定位在阀座中，并且将阀元件维持在闭合位置直到达到阀元件上的阈值压降。然而，吸引力主要具有局部效应(即，在闭合位置附近运作)，并且随着阀元件移动远离阀座和朝向打开位置而减小。因而，第二机构不干扰如上所述的第一机构所获得的积极益处。
虽然已经通过描述各种优选实施例而描述了本发明并且虽然已经相当详细地描述了这些实施例，但是申请人的目的并不是将随附权利要求的范围限制或以任何方式局限于这些细节。例如，虽然本文已经描述第一机构84作为浮子86，但是根据本发明备选实施例可以使用其他机构。在这点上，可以使用相对弱(例如，相对较小的弹簧常数)弹簧作为第一机构84(未示出)。在这点上，未设计弱弹簧如同现有技术设备中的弹簧一样执行多个功能。作为代替，设计弱弹簧以朝向闭合位置驱使阀元件，而无需仍然作为将阀元件维持在闭合位置直到达到阈值压降的机构。
选择相对较小的弹簧常数，使得当阀元件处于闭合位置(或者靠近闭合位置，从而第二机构对于关闭阀元件有效)时，弹簧力应当约等于阀元件的重量。例如，弱弹簧的弹簧常数可以在约0.0625lbf(0.28N)和约0.5lbf(2.22N)之间。由于弱弹簧在流体压力下能够容易地移动，类似于浮子86，与常规基于弹簧的设备相比，通过阀的流动限制消除或者显著减小。虽然弱弹簧施加的力不再恒定，但是补偿了弹簧施加的力以对于使用期间弱弹簧的整个偏转维持相对较小。
而且，虽然本文已经描述阀元件62作为活塞66和杆68，在本发明范围中的其他阀元件也是可能的。作为实例，在备选实施例中，阀元件可以包括副翼，其铰链式地耦合至阀座(未示出)。以与上述类似的方式，可以将杆耦合至阀座(诸如通过柔性接头)，其以类似于上述杆68的方式运作。
考虑到上述内容，对于本领域技术人员而言，其他优点和修改将易于显现。根据用户的需求和优选，可以独立或大量组合地使用本发明的各个特征。
Claims (17)
1.一种用于检测流体管道线路中泄漏的装置，包括：
外壳，具有入口、出口和内腔；
阀，至少部分设置在入口和出口之间的内腔中，阀包括可操作地耦合至外壳的阀座以及相对于阀座在打开位置和闭合位置之间可移动的阀元件，在打开位置允许流体流过阀，而在闭合位置防止流体流过阀；
旁路管线，其具有与阀的第一侧流体相通的第一端和与阀的第二侧流体相通的第二端；
流体流动检测器，可操作地耦合至旁路管线，并且配置以检测流过其中的流体流动；
第一机构，包括流体浮子，其耦合至阀元件并且配置以朝向闭合位置驱使阀元件，该第一机构配置以向阀元件施加具有第一大小的基本恒定力；以及
第二机构，包括磁体，该第二机构配置以将阀元件维持在闭合位置直到达到阀元件上的阈值压降，该第二机构配置以至少在阀元件邻近闭合位置时在阀元件上施加力，来自第二机构的力具有第二大小，第二大小大于来自第一机构的力的第一大小；
其中，当阀元件处于打开位置时，第一机构是主要的力提供机构，而当阀元件处于闭合位置时，第二机构是主要的力提供机构。
2.根据权利要求1所述的装置，其中第一机构配置成当阀元件和第一机构浸没在流过管道线路的流体中时在阀元件上提供净正浮力，所述净正浮力在0.0625lbf和0.5lbf之间。
3.根据权利要求1所述的装置，其中第二机构包括耦合至阀元件的第一磁体部件和耦合至外壳的第二磁体部件，当阀元件处于闭合位置时，第一和第二磁体部件彼此接近。
4.根据权利要求3所述的装置，其中第一和第二磁体部件中的每个从由永磁体、电磁体和顺磁材料构成的组中选择。
5.根据权利要求3所述的装置，其中第一磁体部件包括由顺磁材料形成的阀元件的一部分，而第二磁体部件包括永磁体。
6.根据权利要求1所述的装置，其中用于移动阀元件远离闭合位置的阈值压降在0.5psi和4psi之间。
7.根据权利要求1所述的装置，还包括：
传感器，耦合至外壳和阀元件之一，其配置以检测阀元件合适处于闭合位置。
8.根据权利要求1所述的装置，其中流体流动检测器包括热流动检测器。
9.根据权利要求1所述的装置，其中第二机构在阀元件上提供可变力。
10.根据权利要求9所述的装置，其中第二机构配置以使得在当处于闭合位置时的阀元件上提供具有一定大小的力，力的大小随着阀元件移动朝向打开位置而减小。
11.根据权利要求9所述的装置，其中当阀元件处于打开位置时，第二机构提供的力基本为零。
12.一种分配***，包括：
罐，用于保存液体；
分配单元，用于分配液体；
流体管道线路，在罐和分配单元之间提供流体相通；以及
泄漏检测器，其与流体管道线路流体相通并且配置以检测其中的泄漏，该泄漏检测器包括：
外壳，具有入口、出口和内腔；
阀，至少部分设置在入口和出口之间的内腔中，阀包括可操作地耦合至外壳的阀座以及相对于阀座在打开位置和闭合位置之间可移动的阀元件，在打开位置允许流体流过阀，而在闭合位置防止流体流过阀；
旁路管线，其具有与阀的第一侧流体相通的第一端和与阀的第二侧流体相通的第二端；
流体流动检测器，可操作地耦合至旁路管线，并且配置以检测流过其中的流体流动；
第一机构，耦合至阀元件并且配置以朝向闭合位置驱使阀元件；以及
第二机构，与第一机构分离并且配置以将阀元件维持在闭合位置直到达到阀元件上的阈值压降；
其中，第一机构包括流体浮子，其配置以当阀元件和浮子浸没在流动通过流体管道线路的流体中时在阀元件上提供净正浮力；并且
第二机构包括磁体。
13.根据权利要求12所述的分配***，其中第二机构包括耦合至阀元件的第一磁体部件和耦合至外壳的第二磁体部件，当阀元件处于闭合位置时第一和第二磁体部件彼此接近。
14.一种用于检测流体管道线路中泄漏的方法，包括：
提供外壳，具有入口、出口和内腔；阀，至少部分设置在入口和出口之间的内腔中，阀包括耦合至外壳的阀座以及相对于阀座在打开位置和闭合位置之间可移动的阀元件，在打开位置允许流体流过阀，而在闭合位置防止流体流过阀；旁路管线，其具有与阀的第一侧流体相通的第一端和与阀的第二侧流体相通的第二端；流体流动检测器，可操作地耦合至旁路管线，并且配置以检测流过其中的流体流动；
使用第一机构在阀元件上施加基本上恒定的第一力，以朝向闭合位置驱使阀元件，所述第一机构包括与所述阀元件相连的流体浮子；
使用与第一机构分离且包括磁体的第二机构，在阀元件上施加第二力，以将阀元件维持在闭合位置，直到达到阀元件上的阈值压降，其中第一力的大小小于第二力的大小；
当在流体管道线路中发生泄漏时，引导流体流动通过旁路管线；以及
使用流动检测器检测流过旁路管线的流动以检测管道线路中的泄漏。
15.根据权利要求14所述的方法，其中施加第一力的步骤还包括当阀元件和浮子浸没在流动通过流体管道线路的流体中时在阀元件上施加净正浮力。
16.根据权利要求14所述的方法，其中在阀元件上施加第二力包括在阀元件上施加可变力。
17.根据权利要求16所述的方法，其中施加可变力还包括随着阀元件移动远离闭合位置而减少第二力的大小。
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