一种铁路罐车的监测装置的制作方法

测量装置的制造及其应用技术1.本实用新型涉及铁路技术领域，特别地涉及一种铁路罐车的监测装置。背景技术：2.随着工业化的发展，油品需求量也随之不断增加。但是由于油气资源分布不均，长距离油气的运输也成为必然。铁路运输在油气储运过程中油罐车都起到了非常重要的作用。油品运输作为一个较为特殊的行业，其属于易燃易爆危险品的运输，一旦发生危险，将造成巨大的危害。3.在传统的铁路运输过程中，没有针对铁路罐车的监测装置，这可能会导致安全隐患。因此，在运输过程中对铁路罐车状态数据进行及时有效的采集和监测变得尤为重要。技术实现要素：4.针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种铁路罐车的监测装置，用于对铁路罐车进行安全监测。5.根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种铁路罐车的监测装置，其包括：外壳以及集成探测模块，其中，所述外壳包括一个安装部；所述集成探测模块设置在外壳内，集成探测模块进一步包括：数据采集单元、处理单元、通信单元和供电单元，该供电单元分别与数据采集单元、处理单元和通信单元电连接；处理单元分别与数据采集单元和通信单元相连接，经配置以从数据采集单元获得罐车状态数据，并通过通信单元发送所述罐车状态数据，其中，罐车状态数据包括：罐体的温度数据、气压数据、定位数据、运动状态数据和液面高度数据中的一者或多者；其中，通过安装部适于将所述外壳安装到铁路罐车已有的管口或管口附近，所述集成探测模块的数据采集单元适于采集所述罐车状态数据，所述集成探测模块的通信单元适于通过所述管口与外界通信。6.优选地，所述安装部适于将所述外壳安装到所述管口上。7.优选地，所述安装部适于将所述外壳安装到所述管口的通道中。8.优选地，所述安装部适于将所述外壳安装到罐体内靠近所述管口的通道的位置。9.优选地，所述安装部将所述外壳安装到所述管口附近后保留全部或部分所述管口的通道。10.优选地，所述安装部为法兰安装部件。11.优选地，所述管口直径为30-50mm。12.优选地，所述外壳为达到a级防爆标准的封闭结构。13.优选地，所述数据采集单元包括以下测量单元中的一者或多者：14.温度敏感单元，其经配置以测量所述罐体内的温度；15.气压敏感单元，其经配置以测量所述罐体内的气压；以及16.定位单元，其经配置以测量罐车的位置和/或车速。17.优选地，所述数据采集单元包括运动状态敏感单元，经配置以测量所述罐车振动、倾斜、冲击中的一者或多者。18.优选地，所述数据采集单元包括液面高度测量单元，经配置以测量所述罐体内的液位高度。19.进一步地，所述液面高度测量单元为毫米波雷达。20.优选地，所述供电单元包括：储能单元和电源管理单元；其中，储能单元为锂硫电池和/或混合储能电容器。21.优选地，所述供电单元包括发电单元；其中，发电单元为光伏发电装置、风力发电装置、振动发电装置中一者或多者。22.本实用新型的铁路罐车的监测装置能够采集铁路罐车罐体内的温度数据、气压数据、定位数据、运动状态数据和液面高度数据中的一者或多者，实现对罐体运输过程进行实时监测，以发现可能会导致安全问题的隐患，避免危险产生；并且，通过安装部适于将监测装置的外壳可以安装到管口上或者管口的通道中或者管口的通道的位置，以确保监测装置的可靠安装，同时无需更改罐体结构或部件。附图说明23.下面，将结合附图对本实用新型的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：24.图1是现有铁路罐车的结构示意图；25.图2是根据本实用新型一个实施例的一种铁路罐车的监测装置结构侧视图示；26.图3a是根据本实用新型一个实施例的一种铁路罐车的监测装置的法兰安装结构示意图；27.图3b是根据本实用新型另一个实施例的一种铁路罐车的监测装置的法兰安装结构示意图；28.图4a是根据本实用新型一个实施例提供的安装在管口上的示意图；29.图4b是根据本实用新型一个实施例提供的安装在通道中的示意图；30.图4c是根据本实用新型一个实施例提供的安装在罐体内的示意图；31.图5a是根据本实用新型另一个实施例提供的安装在管口上的示意图；32.图5b是根据本实用新型另一个实施例提供的安装在通道中的示意图；33.图5c是根据本实用新型另一个实施例提供的安装在罐体内的示意图；34.图6是根据本实用新型一个实施例提供的集成探测模块的电路的原理框图；以及35.图7是根据本实用新型一个实施例提供的集成探测模块的供电单元的原理框图。具体实施方式36.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。37.在以下的详细描述中，可以参看作为本技术一部分用来说明本技术的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本技术的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本技术的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。38.本实用新型的一些实施例中，铁路罐车的监测装置可以安装在铁路油罐车的罐体上，以采集铁路罐体内的温度数据、气压数据、定位数据、运动状态数据和液面高度数据中的一者或多者，并对其进行监测，以避免可能会导致安全隐患。在本实用新型的另一些实施例中，铁路罐车的监测装置能够安装到铁路罐车已有的管口(例如呼吸式安全阀)，无需对已有的铁路罐车进行改动。39.图1是现有铁路罐车的结构示意图。这是一种常见的用于长距离油气运输的铁路罐车；其中，罐车10包括：罐体1、人孔装置2、内梯3、第一呼吸式安全阀410和第二呼吸式安全阀420。铁路罐车的罐体1的中部设有人孔装置 2，在需要对罐体进行维护或者清洗时，人员可以通过人孔装置2进入罐体1 内以进行作业。内梯3固定于罐体1的内部，其一端位于人孔装置2处，以便于在人员进入罐体内部。第一呼吸式安全阀410和第二呼吸式安全阀420是一种非常安全的产品，它通过充分的利用罐体1承压的能力，对罐体1的气压进行排放，以减少介质和平衡储罐的气压，从而达到对储罐进行维护。同时，第一呼吸式安全阀410和第二呼吸式安全阀420可以减少储罐内介质的挥发，以达到节能的目的。40.在一些实施例中，既要在运输过程中对铁路罐车状态数据进行及时有效的采集和监测，同时又不希望更改铁路罐体结构，那么可以利用铁路罐车现有结构中各种管口的作为载体，例如第一呼吸式安全阀410，可以实现方便安装铁路罐车的监测装置。当然，本实用新型的监测装置并不限于安装到现有铁路罐车的呼吸式安全阀，也可以安装到其他的管口或管口附近，例如位于罐体或人孔盖上的设备孔、探测孔、通风口等。需要说明的是对于压力罐车，因为不能影响安全阀的功能，所以不能利用安全阀来安装监测装置，只能借用人孔盖上装卸或其它阀门法兰孔。而对于常压罐车来说，可利用罐车上两个呼吸式安全阀其中之一作为监测装置组装监测孔。图1为示意图，仅示出了第一呼吸式安全阀410和第二呼吸式安全阀420。41.图2是根据本实用新型一个实施例的一种铁路罐车的监测装置结构侧视图示。其中，监测装置40包括：外壳41和集成探测模块42。通过安装部件将监测装置40的外壳41安装到铁路罐车已有的管口附近的法兰盘43上。外壳41 为隔爆型设备，即外壳41为达到a级防爆标准或者相同级别的防爆标准，或者更高的防爆标准的封闭结构。油品和气品均属于易燃易爆的危险品，如果在监测装置的使用过程中，产生电火花，极易引燃罐内可燃气体或液体等易燃易爆物而造成的火灾或爆炸事故。外壳41的隔爆属性使得其既能承受内部混合性气体被引爆产生的爆炸压力，又能防止内部爆炸火焰和高温气体窜出隔爆间隙后点燃外壳周围的爆炸性混合物。42.在一些实施例中，将集成探测模块42设置在外壳41内，其进一步包括：数据采集单元421、处理单元422、通信单元423和供电单元424。供电单元 424分别与数据采集单元421、处理单元422和通信单元423相连接，并为上述单元供电。处理单元422分别与数据采集单元和421通信单元423相连接，经配置以从数据采集单元421获得罐车状态数据，并通过通信单元423发送此罐车的状态数据，其中，通信单元423适于通过罐车管口与外界通信。其中罐车状态数据包括：罐体的温度数据、气压数据、定位数据、运动状态数据和液面高度数据中的一者或多者。在本实施例中，图2中的数据采集单元421仅标示出了毫米波雷达，其为用于测量液面高度的测量装置。43.图3a是根据本实用新型一个实施例的一种铁路罐车的监测装置的法兰安装结构示意图。如图3a所示，法兰盘43通过螺栓45安装于铁路罐车的罐体的管口处，在本实施例中为第一呼吸式安全阀410处，罐体的管口直径为 30-50mm。集成探测模块42通过安装部件固定在法兰盘43上，其安装部将集成探测模块42的外壳安装到第一呼吸式安全阀410附近，并保留全部或部分所述第一呼吸式安全阀410的通道，不阻碍其原本对正负阀盘的压力进行控制气体排放的功能。集成探测模块42的通信单元423可以通过呼吸式安全阀4 与外界进行通信。44.图3b是根据本实用新型另一个实施例的一种铁路罐车的监测装置的法兰安装结构示意图。如图3b所示，法兰盘43通过螺栓45安装于铁路罐车的罐体的管口处，在本实施例中为第一呼吸式安全阀410处，罐体的管口直径为 30-50mm。集成探测模块42通过安装部件固定在法兰盘43上，其安装部将集成探测模块42的外壳安装到第一呼吸式安全阀410附近。在本实施例中，可利用铁路罐车上两个呼吸式安全阀其中之一作为监测装置的组装监测孔。一般来说减少一个呼吸式安全阀对常压罐车的使用及安全影响不大，所以可以卸掉其中一个呼吸式安全阀，例如第一呼吸式安全阀410，用于监测装置的组装和检测，即监测装置可以占用一个完整的呼吸式安全阀孔。在具体应用中，也可以根据需要另外加开与第一呼吸式安全阀410相同法兰的检测孔，用于监测装置的组装和检测。45.本实用新型的铁路罐车的监测装置体积小巧，便于安装，并且安装位置灵活。同时，这些安装位置的变化不影响集成探测模块42的通信单元通过第一呼吸式安全阀410或第二呼吸式安全阀420与外界进行通信。46.图4a是根据本实用新型一个实施例提供的安装在管口上的示意图。在本实施例中，集成探测模块42可以通过螺栓固定等方式，将其外壳安装于第一呼吸式安全阀410上，并保留部分第一呼吸式安全阀410的通道，不阻碍其原本对正负阀盘的压力进行控制气体排放的功能。在另一实施例中，可以卸掉其中一个呼吸式安全阀，例如第一呼吸式安全阀410，则监测装置占用一个完整的呼吸式安全阀孔，集成探测模块42可以通过螺栓固定等方式，将其外壳安装于原第一呼吸式安全阀410的位置上。具体安装方法如图4a所示。47.图4b是根据本实用新型一个实施例提供的安装在通道中的示意图。本实用新型的集成探测模块42不仅可以安装在呼吸式安全阀上，例如第一呼吸式安全阀410，还可以安装在呼吸式安全阀的通道中。其可以通过膨胀螺栓固定等方式，将其外壳安装于第一呼吸式安全阀410的通道中，并保留全部或部分第一呼吸式安全阀410的通道，不阻碍其原本对正负阀盘的压力进行控制气体排放的功能。在另一实施例中，可以卸掉其中一个呼吸式安全阀，例如第一呼吸式安全阀410，则监测装置占用一个完整的呼吸式安全阀孔，集成探测模块 42可以通过膨胀螺栓固定等方式，将其外壳安装于原第一呼吸式安全阀410 的通道中。具体安装方法如图4b所示。48.图4c是根据本实用新型一个实施例提供的安装在罐体内的示意图。除了上述图4a与图4b所示的安装位置，本实用新型所述的集成探测模块42还可以安装在罐体内。其可以通过螺栓固定等方式固定于连接件430上，并将其外壳安装于第一呼吸式安全阀410靠近罐体内侧，并保留全部或部分第一呼吸式安全阀410的通道，不阻碍其原本对正负阀盘的压力进行控制气体排放的功能。在另一实施例中，可以卸掉其中一个呼吸式安全阀，例如第一呼吸式安全阀 410，则监测装置占用一个完整的呼吸式安全阀孔，集成探测模块42可以通过螺栓固定等方式，将其外壳安装于第一呼吸式安全阀410靠近罐体内侧。具体安装方法如图4c所示。49.在一些实施例中，某些特殊型号的罐车可能在人孔装置的侧面包括通风口 (例如，可以参考西安轨道交通装备有限责任公司的中国实用新型专利 cn202754351u)。本实用新型的铁路罐车监测装置也可以安装到该通风口(如图1中的通风口5)或该通风口附近。50.图5a是根据本实用新型另一个实施例提供的安装在管口上的示意图。在本实施例中，集成探测模块42可以通过螺栓固定等方式，将其外壳安装于人孔装置2的通风口5上，并保留全部或部分通风口5的通道，不阻碍其原本的通风换气功能。具体安装方法如图5a所示。51.图5b是根据本实用新型另一个实施例提供的安装在通道中的示意图。本实用新型的集成探测模块42不仅可以安装在人孔装置2的通风口5上，还可以安装在人孔装置2的通风口5的通道中。其可以通过膨胀螺栓固定等方式，将其外壳安装于人孔装置2的通风口5的通道中，并保留全部或部分通风口5 的通道，不阻碍其原本的通风换气功能。具体安装方法如图5b所示。52.图5c是根据本实用新型另一个实施例提供的安装在罐体内的示意图。除了上述图5a与图5b所示的安装位置，本实用新型所述的集成探测模块42还可以安装在罐体内。其可以通过螺栓固定等方式，将其外壳安装于人孔装置2 的通风口5靠近罐体内侧，并保留全部或部分通风口5的通道，不阻碍其原本的通风换气功能。具体安装方法如图5c所示。53.图6是根据本实用新型一个实施例提供的集成探测模块的电路的原理框图。在本实施例中，铁路罐车的监测装置的集成探测模块42进一步包括数据采集单元421、处理单元422、通信单元423和供电单元424。数据采集单元 421包括温度敏感单元4211、气压敏感单元4212、定位单元4213、运动状态敏感单元4214和液面高度测量单元4215，其经配置以分别采集罐体内的温度数据、气压数据、定位数据、运动状态数据和液面高度数据。处理单元422经配置以将数据采集单元421采集到的数据处理为相应类型的监测数据，并根据监测数据得到罐体状态数据，通过通信单元423发送给铁路火车或者车站上的监测装置，并通过监测装置再转发到云端服务端。供电单元424分别与数据采集单元421、处理单元422和通信单元423相连接，用以给上述单元提供供电电源。需要说明的是，在具体应用中可以根据需要选择采集以上数据中的一者或多者。54.其中，数据采集单元421包括的温度敏感单元4211，经配置以测量罐体内的温度。数据采集单元421包括的气压敏感单元4212，经配置以测量罐体内的气压。55.数据采集单元421包括的定位单元4213，经配置以获取罐体的实时位置和 /或车速数据。在罐体运输过程中，可通过定位单元4213将其准确的地理位置、车行速度和精确的时间信息等监测数据实时地上传至铁路火车或者车站上的监测装置，并通过监测装置再转发到云端服务端，从而可以实时监测罐体所在运输工具的行驶和运行环境，以规避危险道路以及恶劣天气。在本实施例中，定位单元4213采用gps定位系统或北斗定位系统。数据采集单元421包括的运动状态敏感单元4214，经配置以测量所述罐体振动、倾斜、冲击等的加速度数据。56.数据采集单元421包括的液面高度测量单元4215，经配置以测量罐体内油品的液位高度数据。在本实施例中液面高度测量单元为毫米波雷达。毫米波的波长介于厘米波和光波之间，因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。毫米波同厘米波导引头相比，其导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。毫米波与红外、激光、电视等光学导引头相比，其导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候(除大雨天外)全天时的特点。另外，毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头。在本实施例中，所述毫米波雷达测距仪为脉冲相干雷达传感器，其将脉冲雷达低功耗的优势与相干雷达高精度的优势相结合。57.处理单元422分别与数据采集单元421和通信单元423相连接，经配置以将数据采集单元421采集到的数据处理为相应类型的监测数据，并根据监测数据得到罐体状态数据，通过通信单元423发送给铁路火车或者车站上的监测装置，并通过监测装置再转发到云端服务端。处理单元422将由数据采集单元421 获取的各种监测数据，包括温度数据、气压数据、定位数据、运动状态数据和液面高度数据，进行分析处理得到状态数据。58.通信单元423与处理单元422相连接，接收来自处理单元422的各种监测数据，包括温度数据、气压数据、定位数据、运动状态数据和液面高度数据，以及经过处理单元422分析处理得到状态数据。通信单元423采用2g、3g、 4g或5g网络、lte-cat.1或nb-iot网络，用以将监测数据发送给云端服务端，并接收来自云端服务端的指令或监测参数。同时/或者，通信单元423采用bluetooth、lora、zigbee或wifi等网络，用以将监测数据发送给铁路火车或者车站上的监测装置，并通过监测装置再转发到云端服务端。同时，通信单元423也可以接收来自监测终端的指令或监测参数。59.图7是根据本实用新型一个实施例提供的集成探测模块的供电单元的原理框图。供电单元424分别与数据采集单元421、处理单元422和通信单元423 相连接，经配置以向上述单元模块供电电源。在本实施例中的供电单元424包括发电单元4241、储能单元4242和电源管理单元4243。在本实施例中，其中发电单元4241包括光伏发电单元425和混合储能电容器单元426。其中，发电单元4241采用光伏发电。储能单元4242根据需求可采用不同的储能方案，考虑到低温和安全特性，可以采用锂硫电池。电源管理单元4243负责对光伏发电单元425、混合储能电容器单元426和储能单元4242的电源进行管理。60.在本实施例中，发电单元4241采用光伏发电。光伏发电主要由太阳电池板、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。光伏发电的优点是其使用的能源是太阳能，而太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、相对的安全性、应用的广泛性、使用的长期性和免维护性，并且资源充足，同时存在潜在的经济性等优点，所以在长期的能源战略中具有重要地位。但是光伏发电也有很大局限性，比如照射的能量分布密度小，即其需要占用很大面积。另外，光伏发电获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关等问题。经光伏发电单元411产生的电能存储于混合储能电容器单元426中。发电单元4241选取所述混合储能电容器单元426的主要原因是，通常锂硫电池不能充电，而普通可充电锂电池有低温和安全问题。采用混合储能电容器，不仅解决了只采用超级电容容易漏电的难题，同时还解决了可充电锂电池极限低温下容量和安全问题。61.另外，在实际应用中发电单元4241可以为光伏发电装置、风力发电装置、振动发电装置中一者或多者。风力发电是指把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，风能是一种清洁无公害的可再生能源，利用风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，所以发电单元4241也可以为风力发电装置。另外，振动发电机是指一种利用电磁感应原理，把振动机械能转变为电能的设备，但是由于振动发电装置的发电能力低，所以可以与其他发电装置组合作为发电单元4241。上述发电装置均具有充分的清洁性、相对的安全性、应用的广泛性和易维护性，同时，具有资源的充足性及潜在的经济性等优点，因此光伏发电装置、风力发电装置和振动发电装置也被越来越广泛的应用于大众的生产生活当中。62.综上所述，本实用新型提供的铁路罐车的监测装置可以对铁路罐车的罐体运输中的各种状态数据进行监测，其监测的状态数据包括温度数据、气压数据、定位数据、运动状态数据和液面高度数据的一者或多者。便于运输方的管理部门实时获取每个罐体的情况，及时准确地调度管理运输工具，并通过对罐体状态数据的实时分析来对网络中的运输工具预警，以确保罐体的运输安全。同时，针对铁路运输的运输环境复杂，例如，运输过程中路途颠簸、气象条件不稳定等因素，本实用新型解决了可靠便捷地安装监测装置的难题。63.上述实施例仅供说明本实用新型之用，而并非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本实用新型公开的范畴。









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