用於閥、尤其用於截止閥或控制閥的診斷系統和診斷方法

2023-05-31 18:56:21 2

專利名稱：用於閥、尤其用於截止閥或控制閥的診斷系統和診斷方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的用於閥、尤其用於截止閥或控 制閥的診斷系統，閥可通過驅動裝置來操縱並可裝入到管路中，以及涉及一種根據權利要 求4的前序部分所述的、可用該診斷系統實施的診斷方法。
背景技術：
在工藝和動力工程的許多領域中，設備的無幹擾運行取決於所採用的調節閥、關 閉閥、截止閥和控制閥的無缺陷的功能。為了避免發生費用很大的、異常的運行中斷，應該 儘可能在開始階段就識別出閥的損傷，也就是說在閥發生故障之前就可以關閉設備。例如 失效的閥座導致洩漏流，也稱為洩漏，它們產生一種寬帶的聲波發射。因此記錄和分析評估 閥的聲波發射可以用於提前識別閥損傷。因為閥損傷可能造成故障和昂貴的後續費用，因 此可能帶有對錯誤的自動檢測和可編程的分析評估的診斷是很有用的。診斷數據的統計分 析評估既可用於對及時替換有損壞的閥的維護過程實現最佳化，也可以對閥製造廠家進行 質量方面的評估和評級或者用於評價對於不同工藝種類的某些閥的適用性。由DE 19924377A1已知了一種用於可由位置調節器通過驅動裝置操縱的閥的診 斷系統，該診斷系統具有用於檢測、存儲和分析評估在閥上所測量的固體聲譜的裝置。為了 能夠實現特別可靠的閥診斷，在用於進行檢測、存儲和分析評估的裝置中可以存儲有在略 微開啟的、功能正常的閥中所檢測到的固體聲譜。為了進行診斷，將在閥關閉時檢測到的固 體聲譜與存儲的聲譜進行比較，並將該類似性考慮作為用於閥的不密封性的標準。由DE 19947129A1已知了另一種用於閥的診斷系統。閥殼體的外壁、在閥殼體和 驅動裝置之間的框架、在框架和殼體之間的連接法蘭、在殼體和管路之間的法蘭以及閥杆 都可以用於安設用於固體聲的傳感器。由聲傳感器發出的測量信號被輸送給分析評估裝 置，該分析評估裝置位於閥位置調節器的殼體中或者可以與其分開地布置。問題在於聲傳 感器提供的測量信號具有相對小的信號級，這種信號只能以一定的費用無幹擾地傳輸至分 析評估裝置。可替換地，可以將傳感器布置在分析評估裝置的殼體中或者殼體上，該分析評估 裝置隨後傳導聲音地與閥連接。其優點在於由於在分析評估裝置和測量傳感器之間的間 距小，因此需要比較短的連接管路。例如電測量信號因此在傳輸路徑上只是有小的衰減，並 且由於較小的空間尺寸可以不必使用很大的費用就防止幹擾輸入。此外，可以將診斷系統 特別簡單地裝配在閥上，這是因為在分析評估裝置的殼體之外不需要布設電纜，在閥上也 不需要單獨裝配用於固體聲的傳感器。主要存在於閉合體部位中的超聲波發射作為聲音信 號經過閥殼體、通常布置在該閥殼體和框架之間的法蘭以及經過框架本身輸入到聲波傳感 器中，該傳感器位於分析評估裝置的殼體中或者殼體上，該分析評估裝置通常用螺釘固定 在框架上。測量信號因此不是以電的形式而是聲的形式進入到分析評估裝置的殼體中，在 其中用固體聲傳感器進行聲/電信號的轉換。對於已知的診斷系統來說都是這樣只有根據對所接收的固體聲信號進行相對複雜的分析才可能提出診斷意見；而且採用這些診斷系統只能確定出是否存在有洩漏。相反， 已知的診斷系統不能對洩漏作定量的評估。

發明內容
本發明的目的是提出用於閥、尤其用於截止閥或控制閥的一種診斷系統和一種診 斷方法，該閥可通過驅動裝置操縱並可裝入到管路中，該系統和方法可以在裝入閥的狀態 下實現對超過允許值的洩漏的識別，而且無需複雜地分析固體聲信號，例如通過傅立葉分 析就足夠了。為了實現該目的，開頭所述類型的診斷系統具有在權利要求1的特徵部分裡所述 的特徵。在權利要求4中說明了一種適用於實施診斷的診斷方法，而在從屬權利要求中則 說明了本發明的有利的改進方案。本發明基於以下認識，即當洩漏時，類似地如同在閥用液體正常運行時，自某一個 壓差比Z起出現氣穴現象。壓差比Z近似地根據以下公式計算formula see original document page 4
其中，pi代表閥的入口側上的壓力p2代表出口側上的壓力pv代表液體的蒸氣壓力。當從湍流過渡到出現氣穴的流時(這種過渡可能由於壓差升高而引起)，固體聲 發射就突然增高。通過用不同的洩漏流量的實驗測量確定了 當超過臨界壓差比ZM時就 產生氣穴，該臨界壓差比隨著洩漏的量的加大而向較小值的方向移動。換句話說，洩漏流量 越大，那麼臨界壓差比就越小，從該臨界壓差比起就出現氣穴並且可以根據固體聲發射來 確定。如果假定，出口側上的壓力和液體的蒸氣壓力為恆定的話，那麼這同時意味著，當入 口側上的檢驗壓力較小時可以以聲音探測到氣穴。因為允許的洩漏取決於閥的Kv-值和洩 漏等級，因此臨界壓差比同樣也基本上取決於這些參數。如果當入口側上的壓力小於對應 於臨界壓差比的檢驗壓力時，可以以聲音確定出現了氣穴的話，那就可以確定超過了允許 的洩漏。因此在閥的參數、也就是洩漏等級和Kv-值和檢驗壓力之間存在一種關係，在達到 其之前，在遵守洩漏等級的情況下，通過固體聲測量不能確定有氣穴。如果壓力的第一參考值通過分析評估裝置自動地根據存儲在存儲器中的特性曲 線族被求出，且該特性曲線族的參數至少是閥的Kv-值和閥的洩漏等級，那麼壓力的第一 參考值就可以特別簡單地確定。兩個參數通常在閥的數據頁中，並且例如可以在診斷系統 投入運行時人工地通過輸入鍵盤進行調整。閥的Kv-值，常常也稱之為流量因數或者流量 係數，是對於經過閥的液體或者氣體的可達到的通過量或者流量的標準。因而該值用m3/h 表示，並用於閥的選擇或者確定尺寸大小。根據其關閉狀態下的密封性，根據標準ANSI/FCI 70-2和IEC 60534-4將閥分成六種不同的密封等級。例如在洩漏等級II時，允許的洩漏為 Kv-值的0. 5%，在洩漏等級III時，允許的洩漏為Kv-值的0. 1 %，和在洩漏等級IV時，允 許的洩漏為Kv-值的0.01%。如果閥不再遵守其洩漏等級的閾值，那麼這意味著它不再 充分地滿足其關閉功能，而且必須用一種新的、具有已知的洩漏等級的閥來替代閥或其內部配件。如上所述，固體聲發射在產生氣穴時突然升高。當閥入口側上的壓力升高時，聲級 首先慢慢地升高，一直到閥裡的流動成為湍流為止。隨著氣穴的產生使升高明顯更快，因此 在聲級曲線中出現一個明顯可見到的轉折點。在該轉折點處出現的固體聲聲級可以可靠地 加以確定並優選地在閥投入運行時根據不同應用情況來求出，這是因為其取決於各自的安 裝條件。因而，用基本上相當於該聲級的參考值可以可靠地在湍流和有氣穴的流之間加以 區分。


本發明的一個實施例在附圖中示出，以下根據附圖對本發明以及設計方案和優點 詳細加以說明。圖中示出圖1是具有分析評估裝置的控制閥的結構原理圖；圖2是閥在管路中的連接；圖3是聲級的圖表；和圖4是用於確定第一參考值的特性曲線族。
具體實施例方式在於圖1中未進一步示出的過程技術設備的管路1中裝入了閥2，該閥通過與閥座 3共同作用的閉合體4的相應行程來控制介質5的流量。行程通過風動驅動裝置6產生，並 藉助於閥杆7傳遞到閉合體4上。驅動裝置6通過框架8與閥2的殼體連接。在框架8上 裝有位置調節器9，該位置調節器在入口側通過作用於閥杆7上的連接件來檢測行程，並將 該行程與通過數據接口 11由現場總線輸入的額定值進行比較，並在出口側根據對調節差 的調節來控制風動驅動裝置6。用於固體聲的傳感器12集成在緊固螺釘中。傳感器12的 測量信號13被輸送給用來對接收到的測量信號進行分析評估的裝置14。裝置14包含有信 號處理電路15，在其中將聲波傳感器12的測量信號13放大、過濾和數位化。在後置的計算 單元16中由準備提供的信號13確定聲級。在存儲器17中存儲了壓力的第一參考值和固 體聲聲級的第二參考值。另外在存儲器17中存儲了特性曲線族，其用於自動地求出壓力的 第一參考值，這取決於閥的Kv-值、洩漏等級和管路的出口側中的壓力，並且是在該壓力與 周圍環境大氣壓不同的情況下。閥的診斷周期性地進行，或者通過數據接口 11引起，通過 該接口也可以輸出診斷的結果。對於診斷是必需的、在入口側上的壓力值通過數據接口 11 由在前接入的、未在圖1中示出的壓力測量變換器提供給分析評估裝置14。位置調節器9、 傳感器12和分析評估裝置14布置在一個共同的殼體18中，該殼體裝備有耐壓密封的封閉 裝置用來在有爆炸危險的區域中使用。因此避免了在控制閥的電子元件之間的、外部引導 的連接電纜。由可能存在的洩漏流所引起的固體聲經過閥2的殼體、在閥2的殼體和框架 8之間的法蘭連接19以及經過框架8本身進入到傳感器12中，該傳感器，正如上面所述設 計成緊固螺釘，並因此可以使經過框架8傳導的固體聲良好地實現輸入。圖2示出了具有診斷系統的設備的截面的原理電路圖。在管路的裝入了閥21的 入口側20中，用傳感器22測量控制的壓力並將其傳輸給分析評估裝置23。用於固體聲的 傳感器24安裝在閥21上並為分析評估裝置23提供固體聲的測量信號。用檢測在管路出口側26上控制的壓力的傳感器25來檢測該壓力並將其繼續傳輸給分析評估裝置23。設有 驅動裝置27用來操縱閥。如果管路的出口側26在單側是敞開的並且在那裡總是由周圍環 境大氣壓來控制的話，那麼例如可以取消該傳感器25。為了診斷閥21和為了監測閥對於 由其洩漏等級和其Kv-值所得出的允許的洩漏的遵守情況，通過相應地控制驅動裝置27使 閥21關閉。在入口側20上控制的壓力用傳感器22檢測，並在分析評估裝置23中與第一 參考值比較，該參考值的確定在下面根據圖4詳細加以說明。同時用傳感器24在閥21上 檢測固體聲，並在分析評估裝置23中將固體聲聲級與第二參考值比較，該第二參考值的確 定則根據圖3在下面加以詳細說明。超過第二參考值就指出了 在閥21中控制的流動帶有 氣穴。如果氣穴已經出現，儘管入口側20上的壓力低於第一參考值，仍確定了超過了允許 的洩漏，並將相應的信號經過數據接口 28輸出，以採取可能必需的維護措施。如果對於將 閥21裝入在管路中的安裝條件許可的話，優選地為了進行閥的診斷，調整設定了對應於壓 力的第一參考值的、在入口側20上的壓力和在出口側26上的大氣壓。如果在這些運行條 件下，固體聲聲級沒有超過第二參考值，那麼閥21遵守其洩漏等級的極限值，並且經過數 據接口 28發出了「良好」狀態的信號。相反如果固體聲聲級超過第二極限值，那麼輸出信 號，表明閥21具有不被允許的大的洩漏。在根據圖3的曲線圖中，縱座標為固體聲聲級dB，橫座標是壓差比Z，該壓差比根 據開頭所述的公式計算。固體聲聲級的曲線30是在閥在裝入狀態下在投入運行時所檢測 到的，並因此是應用場合所特有的。明顯的轉折點31在曲線30中在Z&i = 0. 75時可以 見到，這表明，在該壓差比之上流過閥的洩漏流帶有氣穴。固體聲聲級在轉折點處大約為 10dB。根據此值(該值用線32標出)來調整用於固體聲聲級的第二參考值，因此當超過第 二參考值時，可以通過測量的固體聲聲級推斷出是否存在氣穴。正如開頭所述，隨著洩漏的 變大，曲線30的轉折點31向左移動。這就是說，臨界壓差比的值降低，而氣穴可能在入口 側上的壓力較小的情況下就已經形成了。圖4舉例示出了特性曲線族，根據該特性曲線族可以簡單地求出壓力的第一參考 值。橫座標是閥的對數表示的Kv值m3/h，縱座標是所要求出的第一參考值，該第一參考值 稱為P，用bar (巴)表示。曲線41表示出要求的檢驗壓力與洩漏等級II的閥的Kv-值的 關係，曲線42用於洩漏等級III，而曲線43用於等級IV。如上所述，允許的洩漏在各自洩 漏等級中分別為閥的Kv-值的0.5%，0. 或0.01%。在所示實例中簡化地認為在閥的 出口側有一個恆定的壓力為1巴。對於流過閥的介質來說是指溫度為10°C的水。也就是 說有一個恆定的蒸氣壓力。如果出口側上的壓力和蒸氣壓力同樣也是大小可以變化的，那 麼它們就可以簡單地考慮作為特性曲線組的其它參數。然而它們在根據圖4的曲線中為了 看得更清楚起見而沒有被顧及到。對於在圖表中標出的情況，即閥的Kv-值為10m3/h和洩 漏等級為IV，根據特性曲線43得出要進行調整的第一參考值為6. 5巴。然而，對於洩漏等 級III或II的相同的閥，則可以選擇檢驗壓力為5巴或4. 2巴。如果閥的洩漏超過了分別 由洩漏等級得出的允許的值，那麼就可以在入口側上的壓力小於各自的第一參考值的情況 下，探測在第二參考值之上的固體聲聲級並進而探測氣穴。因而用該診斷系統可以實現閥 的洩漏等級的可靠的校驗。
權利要求
一種用於閥、尤其用於截止閥或控制閥的診斷系統，所述閥可通過驅動裝置(6，27)操縱，並可裝入到管路(1)中，所述診斷系統具有用於固體聲的傳感器(12，24)，以及用於分析評估所接收的所述固體聲的測量信號的裝置(14，23)，其特徵在於，設有用於所述管路的入口側(20)中的壓力的傳感器(22)；所述分析評估裝置設計用於，在所述閥(2，21)關閉時將在所述入口側中測得的壓力與所述壓力的第一參考值比較，所述參考值至少根據閥尺寸和所述閥的洩漏等級來預先確定；求出所述固體聲的聲級並將所述聲級與已規定的或者可以規定的第二參考值進行比較，如果所述聲級超過所述第二參考值，並且所述入口側中的所述壓力小於或等於所述第一參考值，則輸出用來指示超過了允許的洩漏的信號。
2.根據權利要求1所述的診斷系統，其特徵在於，所述第一參考值根據存儲在存儲器 中的特性曲線族來確定，所述特性曲線族的參數至少是所述閥的Kv-值和所述閥的所述洩 漏等級。
3.根據權利要求1或2所述的診斷系統，其特徵在於，所述第二參考值在投入運行時被 測定作為基本上出現在從湍流過渡到具有氣穴的流時的聲級的值。
4.一種用於閥、尤其用於截止閥或控制閥(2，21)的診斷方法，所述閥可通過驅動裝置 (6,27)操縱，並可裝入到管路(1)中，採用了用於固體聲的傳感器(12，24)和用於對所接收 的所述固體聲的測量信號進行分析評估的裝置(14，23)，其特徵在於，利用傳感器(22)測 量在所述閥關閉時所述閥的入口側(20)中的壓力並將其與壓力的第一參考值比較，所述 第一參考值至少根據閥尺寸和所述閥的洩漏等級來預先確定；求出所述固體聲的聲級並將 所述聲級與規定的第二參考值比較；以及，如果所述聲級超過所述第二參考值，並且所述入 口側中的所述壓力小於或等於所述第一參考值，則輸出用來指示超過允許的洩漏的信號。
5.根據權利要求4所述的診斷方法，其特徵在於，所述第一參考值根據存儲在存儲器 中的特性曲線族預先確定，所述特徵曲線族的參數至少是所述閥的Kv-值和所述閥的洩漏 等級。
6.根據權利要求4或5所述的診斷方法，其特徵在於，所述第二參考值在所述閥投入運 行時被測定作為基本上出現在從湍流過渡到具有氣穴的流時的聲級的值。
7.根據權利要求5或6所述的診斷方法，其特徵在於，將所述閥的所述Kv-值輸入到所 述分析評估裝置中；將所述閥的所述洩漏等級輸入到所述分析評估裝置中；根據所述特性 曲線族自動地通過所述分析評估裝置求出所述第一參考值；將所述閥的出口側上的壓力調 整至1巴；將所述閥的所述入口側上的壓力調整至所述第一參考值；求出所述固體聲的所 述聲級並將所述聲級與所述第二參考值比較；以及，如果所述聲級超過所述第二參考值，則 輸出用來指示超過允許的洩漏的信號。
全文摘要
本發明涉及用於閥、尤其用於截止閥或控制閥(21)的一種診斷系統和一種診斷方法，閥可通過驅動裝置(27)操縱並可裝入到管路中。用傳感器(22)檢測管路的入口側(20)中的壓力，並在閥關閉時在分析評估裝置(23)中與第一參考值比較。用傳感器(24)測量固體聲聲級並在分析評估裝置(23)中與第二參考值比較。如果聲級超過第二參考值並且入口側中的壓力小於或等於第一參考值，則輸出用來指示超過允許的洩漏的信號。特性曲線族用於確定壓力的第一參考值，特性曲線族的參數是閥的KV-值和洩漏等級。在投入運行時，第二參考值被確定為在從湍流過渡到具有氣穴的流時的聲級。該診斷的優點是，在安裝完畢的狀態下可以不使用複雜的分析方法檢測洩漏等級。
文檔編號F16K37/00GK101809348SQ200880108499
公開日2010年8月18日 申請日期2008年9月23日 優先權日2007年9月24日
發明者阿爾夫·皮特莫 申請人:西門子公司