Способ и устройство проверки приводимой в действие средой арматуры - RU2106561C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способам для проверки приводимой в действие средой арматуры, содержащей запорный орган, в частности пневматически или гидравлически приводимой и/или управляемой собственной средой арматуры, причем во время процесса переключения арматуры в качестве фактического состояния измеряют временные характеристики существенной для системы и существенной для арматуры измерительной величины, а также к устройствам для проверки такой арматуры.

Подобная арматура отличается тем, что ее шпиндель и, таким образом, клапанная тарелка перемещаются под действием давления среды.

Чтобы проконтролировать работоспособность подобной арматуры, до сих пор часто предпринимались простые визуальные проверки. Кроме того, вентили, находящиеся в трубопроводах для подвода приводной среды, профилактически осматривают.

Известен способ диагностики для арматуры, по которому для определенных положений запорного органа арматуры измеряют давление среды в арматуре, после чего производят образование среднего значения множества предварительно измеренных значений давления, при этом эти средние значения должны давать указание о состоянии арматуры (US, N 4274438, 1971).

Подобный контроль среднего значения давления не позволяет производить достаточно точную проверку арматуры. Относительно малые погрешности при этом не распознаются.

Задача изобретения - разработка способов проверки приводимой в действие средой арматуры, обеспечивающих быстрое и надежное определение по меньшей мере одного существенного параметра в качестве масштаба оценки для состояния арматуры. За счет этого проверка арматуры должна быть возможна во время ее работы. Кроме того, должны быть указаны подходящие устройства для проверки приводимой в действие средой арматуры.

Названная первой задача решается согласно изобретению, с одной стороны, тем, что из временных характеристик давления среды в арматуре в качестве существенной для системы измерительной величины и хода запорного органа арматуры в качестве существенной для арматуры измерительной величины выводят коэффициент хода арматуры в качестве специфичной для функционирования величины и запоминают в качестве базовой величины, которая является частным из двух давлений среды, которые были определены в одной и той же части корпуса системы для двух положений запорного органа (ходов), во время одного процесса переключения арматуры, что во время более позднего процесса переключения арматуры коэффициент хода таким же образом определяют еще раз и контролируют его отклонение от запомненной базовой величины.

Фактическое состояние устанавливается тогда, когда можно исходить из нормального функционирования арматуры. Это может быть непосредственно после встраивания новой арматуры или после профилактического осмотра арматуры. Базовая величина является специфичной для функционирования величиной, определенной в фактическом состоянии. Для более поздней проверки арматуры снова определяют ту же самую специфичную для функционирования величину и сравнивают с базовой величиной. Отклонение от базовой величины тогда дает указание на возможную неисправность в арматуре. Предлагаемым способом специфичная для функционирования величина не измеряется непосредственно, а сначала измеряют временные характеристики по меньшей мере существенной для системы и существенной для арматуры измерительной величины. Специфичную для функционирования величину затем выводят из этих временных характеристик.

Например, для множества происходящих друг за другом процессов переключения определяют каждый раз отклонение коэффициента хода от приданной базовой величины. Таким образом, получают ряд из значений отклонений, затем контролируют тенденцию отклонений. Если абсолютные величины отклонений становятся больше, то требуется особенно точный контроль того, превышает ли абсолютная величина фактического отклонения абсолютную величину допустимого отклонения. Таким способом исключается то, что единичное небольшое отклонение приводит к ошибочному сигналу.

Существенной для системы измерительной величиной при названном способе согласно изобретению является давление среды, приводящей в действие арматуру, т.е. во время процесса переключения арматуры измеряют временную характеристику давления среды. При процессе переключения давление среды вызывает движение клапанной тарелки и шпинделя. При процессе открытия или запирания арматуры имеет место специфичная характеристика давления. Изменения этой характеристики давления могут позволить сделать заключение о неисправной арматуре.

Существенной для арматуры измерительной величиной является ход запорного органа, который может быть комбинацией из шпинделя и клапанной тарелки.

Согласно изобретению из временных характеристик существенной для системы измерительной величины и существенной для арматуры величины выводят специфичную для функционирования величину.

Этой специфичной для функционирования величиной является коэффициент хода арматуры. Коэффициент хода при процессе открывания является частным из повышения давления приводящей в действие арматуры среды до конца процесса открывания и повышения давления среды до начала процесса открывания. Коэффициент хода при процессе закрывания является частным из абсолютных значений уменьшения давления в конце процесса закрывания и уменьшения давления в начале процесса закрывания. Из предварительно определенной временной характеристики давления среды, таким образом, необходимо только взять повышения давления и уменьшения давления в начале и в конце движения шпинделя арматуры и тарелки арматуры. Из этих значений путем деления получают коэффициент хода, который в качестве непосредственно специфичной для функционирования величины позволяет указать состояние арматуры.

Таким образом, достигается преимущество, что в распоряжение поставляется величина, которая при сравнении с соответствующей базовой величиной надежно указывает состояние арматуры. Вместо коэффициента хода в качестве специфичных для функционирования величин могут служить также временной промежуток между процессом переключения, с одной стороны, и следующим отсюда началом повышения или понижения давления или началом движения шпинделя - с другой. Этот временной промежуток обозначается как мертвое время. Кроме того, можно определять в качестве специфичных для функционирования величин отрезки времени, которые необходимы для начала движения шпинделя, или весь временной промежуток для подъема или спада давления.

С помощью предлагаемого способа достигается преимущество, что проверка приводимой в действие средой арматуры является возможной на арматуре, находящейся в работе, т.е. контролируется специфичная для функционирования величина. При этом контролируются не только вентили. Согласно изобретению способ может быть автоматизирован.

Названная ранее задача может быть, с другой стороны, решена тем, что из временных характеристик выводят по меньшей мере одну специфичную для функционирования величину и запоминают в качестве базовой величиной и что для множества позднее следующих друг за другом процессов переключения арматуры определяют отклонение по меньшей мере одной специфичной для функционирования величины от приданной базовой величины и что контролируют тенденцию отклонений. Этим способом согласно изобретению получают ряд из значений отклонений, из которых можно считывать тенденцию отклонений. Если абсолютные значения отклонений становятся больше, то необходим особенно точный контроль. Таким образом исключается то, что единичное небольшое отклонение приводит к ошибочному сигналу. Если тенденция позволяет распознавать неисправность, то можно исследовать, превышает ли абсолютная величина действительного отклонения специфичной для функционирования величины от базовой величины предварительно установленное допустимое отклонение.

В случае названного вторым способа согласно изобретению существенной для системы измерительной величиной может быть давление время в арматуре. Существенной для арматуры измерительной величиной может быть ход запорного органа арматуры. Наконец, специфичной для функционирования величиной может быть коэффициент хода арматуры, который был пояснен ранее.

При обоих способах, например, допустимое отклонение от базовой величины устанавливают и запоминают, затем контролируют, превышает ли абсолютная величина действительного отклонения абсолютную величину допустимого отклонения, и тем самым допускаются незначительные отклонения.

Задача указания устройства для проверки приводимой в действие средой арматуры, содержащей запорный орган, решается согласно изобретению, с одной стороны, тем, что с арматурой соединены по меньшей мере первый чувствительный элемент измерительного датчика для временной характеристики давления среды в арматуре и второй чувствительный элемент измерительного датчика для временной характеристики хода запорного органа, что с чувствительными элементами измерительного датчика связан блок оценки для определения коэффициент хода в качестве специфичной для функционирования величины, что с блоком оценки соединен накопитель для базовой величины и что со стороны входа с накопителем и с блоком оценки соединен блок вычитания и со стороны выхода соединен с блоком вывода данных.

Блок вычитания, например, соединен с известным как таковым блоком прослеживания тенденции, который соединен с блоком вывода данных. Таким образом, образуется ряд из отклонений, которые были определены при произведенных друг за другом процессах переключения. Если тенденция отклонений идет в сторону больших отклонений, то отклонения особенно точно контролируют на превышение допустимого отклонения. При превышении абсолютной величины допустимого отклонения производится индикация ошибки. Временное повышенное отклонение не ведет к индикации ошибки. Таким образом, возможная ошибка устройства проверки предпочтительным образом не ведет сразу к сигналу ошибки.

Задача указания устройства для проверки приводимой в действие средой арматуры, являющейся запорным органом, решается согласно изобретению, с другой стороны, тем, что с арматурой соединены по меньшей мере первый чувствительны элемент измерительного датчика для временной характеристики существенной для системы измерительной величины и второй чувствительный элемент измерительного датчика для временной характеристики существенной для арматуры измерительной величины, что с чувствительными элементами измерительного датчика связан блок оценки для определения по меньшей мере одной специфичной для функционирования величины, что с блоком оценки соединен накопитель для базовой величины и что со стороны входа с накопителем и с блоком оценки соединен блок вычитания, и что блок вычитания со стороны выхода соединен с блоком прослеживания тенденции, связанным с блоком оценки.

Чувствительные элементы измерительного датчика, которые, например, соединены с блоками предварительной обработки измерительной величины, снимают временные характеристики измерительных величин. Из этих временных характеристик в блоке оценки выводится специфичная для функционирования величина. Чувствительные элементы измерительного датчика или соответственно блоки предварительной обработки измерительной величины, блок оценки и арматура состоят в соединении с управляющим блоком.

Таким образом, обеспечивается, что может быть снята временная характеристика измерительной величины во время процесса переключения и затем определенному состоянию переключения арматуры придано в соответствие определенное измерительное значение.

Специфичную для функционирования величину для установленного фактического состояния арматуры запоминают в накопителе для базовых величин. Если позднее для проверки арматуры определяют аналогичным образом специфичную для функционирования величину, новое значение сравнивают в блоке вычитания с базовой величиной. При отключении активируют блок вывода данных, который производит индикацию неисправности в арматуре.

Первый чувствительный элемент измерительного датчика может быть измерительным датчиком давления, который соединен с внутренним пространством корпуса поршня приводной части арматуры. Среда в этом внутреннем пространстве давит на поршень, соединенный с запорным органом, шпинделем арматуры, который несет клапанную тарелку. За счет давления среды шпиндель перемещается.

Второй чувствительный элемент измерительного датчика может быть датчиком перемещений, который для определения хода соединен с запорным органом арматуры, например со шпинделем.

Блок вычитания со стороны выхода соединен, например, с первым входом компаратора, второй вход которого соединен блоком ввода с накопителем для допустимого отклонения. Выход компаратора соединен с блоком вывода данных. Допустимое отклонение должно устанавливаться до проверки арматуры. За счет этого исключается, что незначительные отклонения приводят к сигналу ошибки.

С помощью устройства согласно изобретению (как и способа) достигается то преимущество, что приводимая в действие средой арматура может надежно и непрерывно проверяться во время эксплуатации, поскольку названное первым устройство предусматривает контроль коэффициента хода в качестве специфичной для функционирования величины, а названное вторым устройство содержит блок прослеживания тенденции.

На фиг.1 показано устройство согласно изобретению для проверки приводимой в действие средой арматуры: на фиг.2, а-в - характеристики давления приводной среды при открывании и закрывании такой арматуры и характеристику хода арматуры.

Фиг.1 показывает приводимую в действие средой арматуру 1 с впускным отверстием 2 и и выпускным отверстием 3, закрываемым клапанной тарелкой 4. Клапанная тарелка 4 находится на нижнем конце шпинделя 5, который проведен через плотный относительно давления ввод 6, а на своем верхнем конце соединен с поршнем 7. Последний направляется в корпусе поршня 8, который тесно охватывает с боков поршень 7 и образует с поршнем 7 систему. Между поршнем 7 и верхней стенкой корпуса поршня 8 может быть расположена механическая пружина 9 таким образом, что она оказывает на поршень 7 и тем самым на шпиндель 5 и на клапанную тарелку 4 силу, которая держит арматуру 1 закрытой, пока на нее не действуют другие силы. Для привода арматуры 1 обозначенное как нижняя часть 8a пространство корпуса поршня 8 ниже поршня 7 соединено с подводящим трубопроводом 10 для приводной среды. Для открывания арматуры 1 гидроаккумулятор 11 с насосом 12 или соответственно компрессор через вентиль 13 соединен с трубопроводом 10. Насосом 12 подается приводная среда. Эта приводная среда может быть газом или жидкостью, например, в качестве приводной среды может служить воздух. Если гидроаккумулятор 11 находится в эксплуатации и вентиль 13 открыт, то приводная среда течет в нижнюю часть 8a корпуса поршня 8 и поднимает поршень 7 против действия механической пружины 9. За счет этого поднимается также клапанная тарелка 4 и арматура открывается. Если арматура 1 должна снова закрываться, то при закрытом вентиле 18 открывается разгрузочный вентиль 14 в выходящем из нижней части 6a корпуса поршня 8 отводящем трубопроводе среды 15. Приводная среда тогда может покидать корпус поршня 8. С уменьшением давления в корпусе поршня 8 сила действия механической пружины 9 на поршень 7 перевешивает и клапанная тарелка 4 движется вниз пока не будет закрыта арматура 1.

При этом существуют арматуры 1, которые могут обходиться без пружины 9 для закрывающей силы. При такой арматуре 1 обозначенное также как верхняя часть 8b пространство корпуса поршня 8 выше поршня 7 нагружено приводной средой. Это пространство соединено для этого собственным подводящим трубопроводом 10^x для приводной среды.

Для закрывания арматуры 1 гидроаккумулятор 11^x с насосом 12^x или соответственно компрессор через вентиль 13 соединены с трубопроводом 10^x. Если гидроаккумулятор 11^x находится в эксплуатации и вентиль 13^x открыт, то приводная среда течет в верхнюю часть 8b корпуса поршня 8 и давит на поршень 7 вместе со шпинделем 5 и клапанной тарелкой 4 вниз, пока арматура 1 не будет закрыта, при этом пространство ниже поршня 7 должно быть открытым через отводящий трубопровод среды 15. Если арматура 1 должна снова закрываться, при закрытом вентиле 13^x открывается разгрузочный вентиль 14^x в исходящий от верхней части 8b корпуса поршня 8 отводящий трубопровод среды 15^x. Приводная среда тогда может покидать пространство выше поршня 7. Если одновременно в пространство ниже поршня 7 запитывается приводная среда, то арматура 1 открывается.

Для измерения давления P₁ приводимой среды в нижней части 8a корпуса поршня 8 с этим пространством связан датчик давления 16. Для измерения давления P₂ приводной среды в верней части 8b корпуса поршня 8 с этим пространством может быть соединен соответствующий датчик давления 16^x.

Для непрерывного измерения положения запорного органа, например шпинделя 5 арматуры 1, т.е. хода H, со шпинделем 5 связан датчик перемещений 17. Он может быть индуктивным датчиком перемещений 17. Датчики давления 16 и 16^x и датчик перемещения 17 находятся в соединении с блоком предварительной обработки измерительных значений 18 для временной характеристики давления P₁, P₂ и хода H шпинделя 5 во время процесса открывания и/или процесса закрывания арматуры 1. Для точного определения характеристик давления P₁, P₂ и характеристики хода H блок предварительной обработки измерительных значений 18 соединен с управляющим блоком 19, который также соединен с вентилями 13, 14 и 13^x, 14^x. Давление P₁, P₂ в корпусе поршня 8 является существенной для системы измерительной величиной. Ход H шпинделя 5 является измерительной величиной, существенной для арматуры. После блока предварительной обработки измерительных значений 18 включен блок оценки 20, который находится в соединении также с управляющим блоком 19. В блоке оценки 20 из характеристики давления P₁, P₂ и характеристики хода H выводится величина, специфичная для функционирования, например, коэффициента хода Pd/Pc, Pi/Ph.

Определенное в безупречном состоянии арматуры 1 в блоке оценки 20 значение для специфичной для функционирования величины вводится в накопитель 21 для базовой величины. Накопитель 21 связан для этого с блоком оценки 20. Для сравнения более поздних измерений с базовой величиной блок оценки 20 кроме того находится в соединении с входом блока вычитания 22, другой вход которого соединен с накопителем 21. На выходе блока вычитания 22 имеет место соответствующее отклонение измеренной величины от базовой величины. За блоком вычитания 22 может быть подключен вход компаратора 23, к другому входу которого подключен блок ввода 24 для значения допустимого отклонения. В случае, когда абсолютное значение измеренного отклонения превышает допустимое отклонение, на выходе компаратора 23 имеется сигнал. Выход компаратора 23 соединен с блоком вывода 25 для сигнала.

Дополнительные блоки вывода могут быть составной частью чувствительного элемента измерительного датчика 18, блока оценки 20 и/или блока вычитания 22.

Между блоком вычитания 22 и блоком вывода 25 может быть промежуточно включен блок прослеживания тенденции 26. В блоке прослеживания тенденции 26 из поступивших друг за другом значений отклонений образуется ряд и прослеживания тенденция этого ряда. В случае, когда тенденция идет в сторону все больших отклонений, на блок вывода данных 25 выдается сигнал, по которому выход компаратора 23 может контролироваться более точно.

На фиг. 2 представлены временная характеристика хода H процесса открывания и процесса закрывания приводимой в действие средой арматуры 1 и характеристика давления среды P₁, P₂. При этом P₁ давление в нижней части 8a корпуса поршня (ниже поршня 7), которое действует в направлении открывания, а P₂ давление в верхней части 8b корпуса поршня 8 (выше поршня 7), которое действует в направлении закрывания арматуры 1. Давление измеряется на датчике давления 16, а давление P₂ измеряется на датчике давления 16^x.

При процессе открывания (характеристика хода H) приводимой в действие средой арматуры 1 к моменту времени a происходит открывание вентиля 13 в подводящем трубопроводе среды 10. Таким образом, приводной поршень 7 нагружается средой снизу. Только к более позднему моменту времени b давление P₁в нижней части (характеристика давления P₁. Промежуток времени между моментами времени a и b обозначается как "мертвое время начала давления". Только к еще более позднему моменту времени c начинается движение поршня 7, шпинделя 5 и клапанной тарелки 4. Временной промежуток между моментами времени a и c обозначают как "мертвое время начала хода". В то время как шпиндель 5 перемещается, давление в нижней части 8a корпуса поршня 8 возрастает только медленно. Процесс открывания арматуры 1 заканчивается к моменту времени d. После этого давление при открытой арматуре 1 сначала возрастает сильнее, а потом с уменьшением пока оно не достигнет максимального значения к моменту времени e. Изменение давления, таким образом, происходит в промежуток времени от b до e (характеристика давления P₁), в то время как движение шпинделя 5 происходит только в течение промежутка времени от c до d (характеристика хода H).

При процессе закрывания арматуры 1 проявляется следующая характеристика давления в нижней части 8a корпуса поршня 8.

К моменту времени f вводится разгрузка давления поршня 7 (характеристика давления P₁), например, путем открытия разгрузочного вентиля 14. Падение давления является заметным только начиная с более позднего момента времени g. После момента времени g давление падает относительно быстро. Движение закрывания поршня 7, шпинделя 5 и клапанной тарелки 4 однако начинается только к моменту времени h (характеристика хода H). Промежуток времени между моментами времени f и g является "мертвым временем начала давления" и промежуток времени между моментами времени f и h является "мертвым временем начала закрывания". После момента времени h шпиндель 5 и тем самым клапанная тарелка 4 арматуры 1 перемещаются, пока арматура 1 не будет закрыта к моменту времени i. Во время процесса закрывания между моментами времени h и i давление спадает только незначительно. После момента времени i давление падает при замкнутой арматуре 1 до момента времени j до своего самого низкого значения.

В пространстве 8b выше поршня 7 в корпусе поршня 8 проявляется характеристика давления P₂, в случае, если также оттуда сила на поршень 7 вместо пружины 9 оказывается средой.

Характеристика давления P₂ между моментами времени a и e соответствует характеристике давления P₁ между моментами времени f и j.

В то время как при открывании арматуры 1 давление среды P₁ в нижней части 8a корпуса поршня 8 возрастает, в верхней части 8b давление среды P₂ снижается.

При закрывании арматуры 1 давление среды P₁ в нижней части 8a корпуса поршня 8 уменьшается, а в верхней части 8b давление среды P₂ увеличивается. Характеристика давления P₂ между моментами времени f и j соответствует характеристике давления P₁ между моментами времени a и e.

Подобная характеристика давления P₁ и P₂ для процесса открывания и для процесса закрывания арматуры 1 принимается как фактическое состояние. Характеристик давления P₁ и P₂ в корпусе поршня 8 является величиной, существенной для системы. Характеристика хода H является величиной, существенной для арматуры. Неисправность в арматуре 1 должна, так как давление среды является приводной величиной арматуры 1, всегда иметь воздействия на описанную характеристику давления P₁, P₂. Характеристика давления P₁, P₂ и характеристика хода H могут измеряться при каждом приведении в действие арматуры 1, без необходимости вмешательства в способ функционирования арматуры 1. На арматуре 1 не требуются никакие датчики измерительных значений, которые могли бы ухудшить работу арматуры 1. Датчики давления 16, 16^x и датчик перемешивания 17 не ухудшает работу арматуры 1.

Уже характеристика давления P₁ и P₂ может быть указание на работоспособность арматуры 1. Для лучшего контроля характеристики давления P₁ и P₂ сравнивают друг с другом не характеристики давления, а характерные значения давления или разности давлений из различных измерений. Эти значения или разности значений являются специфичными для функционирования величинами, которые дают непосредственное указание о состоянии арматуры 1.

Возможной специфичной для функционирования величиной является коэффициент хода. При открывании арматуры 1 он определяется через частное из нарастания давления P_1d в нижней части 8a корпуса поршня 8 в конце процесса хода (момент времени d) и нарастанием давления P_1c там при начале процесса хода (момент времени c). При процесса закрывания арматуры 1 коэффициент хода определяется через частное из снижения давления P до конца процесса закрывания (момент времени i) и уменьшением давления P_1h до начала процесса закрывания (момент времени h). Значительное изменение коэффициента хода позволяет сделать заключение о неисправности в арматуре 1. Коэффициент хода может определяться при каждом процессе открывания или закрывания арматуры 1. Тогда возможен непрерывный контроль.

Другими специфичными для функционирования величинами могут являться давления в названные моменты времени, разницы давлений между двумя моментами времени или также временные промежутки между двумя моментами времени.

Специфичные для функционирования величины могут определяться соответствующим образом также из характеристики хода H и из характеристики давления P₂) в верхней части 8b корпуса поршня 8. Коэффициент хода при открывании арматуры 1 определен частным из уменьшения давления P до конца процесса хода (момент времени d) и уменьшения давления P до начала процесса хода (момент времени c).

При процессе закрывания арматуры 1 коэффициент хода определен частным из увеличения давления P_2i в конце процесса закрывания (момент времени i) и увеличения давления P_2h при начале процесса закрывания (момент времени h).

Предлагаемым способом и устройством согласно изобретению можно надежно распознавать неисправность арматуры 1 при непрерывной эксплуатации, так как контролируют специфичную для функционирования величину.

Реферат

Использование: проверка приводимой в действие средой арматуры. Сущность изобретения: во время процесса переключения арматуры 1 измеряют временные характеристики существенной для приводной системы и существенной для арматуры измерительной величины. С одной стороны, предусмотрено, что названной первой измерительной величиной является давление (P₁, P₂) в корпусе поршня 8 арматуры 1 и названной второй измерительной величиной является ход (H) арматуры 1. Из характеристик в качестве специфичной для функционирования величины выводят коэффициент хода арматуры 1 и запоминают в качестве базовой величины. Во время более позднего процесса переключения арматуры 1 снова определяют специфичную для функционирования величину и контролируют ее отклонение от запомненной базовой величины. Для съема временных характеристик служат чувствительные элементы измерительных датчиков. Специфичную для функционирования величину определяют в блоке оценки 20. С другой стороны, предусмотрено, что определяют ход тенденции отклонений специфичной для функционирования величины от приданной базовой величины, для чего используется блок 26 прослеживания тенденции. 4 с. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула