ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение, в общем, относится к уплотнениям и, более конкретно, к способам и устройствам для оценки состояния уплотнения поворотного клапана.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В системах управления технологическими процессами для управления процессами обычно используются различные устройства управления технологическими процессами, такие как поворотные клапаны. Поворотные клапаны обычно содержат элемент регулирования расхода (например, шар, диск, эксцентриковый затвор и т.д.), который прижимается к уплотнению с целью закрывания канала подачи текучей среды. При перемещении элемента регулирования расхода для прижима к уплотнению или отвода от уплотнения элемент регулирования расхода может вызывать возникновение в уплотнении напряжения и (или) износ уплотнения. Для определения состояния уплотнения может осуществляться периодический контроль и (или) проведение испытаний клапана в нерабочем состоянии (то есть, когда технологический процесс приостановлен или прекращен). Тем не менее в процессе регулирования технологического процесса часто возникают нарушения герметичности уплотнений или замена уплотнений осуществляется задолго до истечения срока полезной эксплуатации уплотнений.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Пример реализации способа включает этап определения цикла износа уплотнения элемента регулирования расхода поворотного клапана. Цикл износа уплотнения охватывает перемещение элемента регулирования расхода между первым положением, в котором указанный элемент регулирования соприкасается с уплотнением, и вторым положением. Пример реализации способа дополнительно включает этап определения для данного цикла износа уплотнения крутящего момента исполнительного механизма, приводящего в действие элемент регулирования расхода, и этап оценки состояния уплотнения на основе величины крутящего момента.
[0004] Другой пример реализации способа, описанный в настоящем документе, включает этап определения цикла износа уплотнения элемента регулирования расхода поворотного клапана. Цикл износа уплотнения охватывает перемещение элемента регулирования расхода между первым положением, в котором указанный элемент регулирования соприкасается с уплотнением, и вторым положением. Указанный пример реализации способа дополнительно включает этап увеличения числа циклов износа уплотнения после определения того, что выполнен очередной цикл износа уплотнения, и этап определения взаимосвязи указанного числа циклов и переменной, соответствующей расчетному числу циклов износа уплотнения, осуществляемых в течение срока полезной эксплуатации уплотнения. Оценка состояния уплотнения выполняется на основании указанного числа циклов и переменной.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0005] Фиг. 1 иллюстрирует пример системы управления технологическим процессом, в которой могут быть реализованы принципы осуществления настоящего изобретения.
[0006] Фиг. 2 иллюстрирует вид в разрезе примера поворотного клапана, который может использоваться для осуществления примеров реализации способов, описанных в настоящем документе.
[0007] Фиг. 3 иллюстрирует структурную схему, представляющую пример реализации способа, описанного в настоящем документе.
[0008] Фиг. 4 иллюстрирует структурную схему, представляющую другой пример реализации способа, описанного в настоящем документе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0009] Хотя представленные далее устройства и способы описаны на основе рассмотрения шаровых клапанов, могут также использоваться примеры реализации устройств и способов с применением любых других поворотных клапанов, таких как, например, полнопроходный шаровой клапан, сегментный шаровой клапан, шаровой клапан с V-образным вырезом, дроссельный клапан, клапан с эксцентриковым затвором и т.д. Кроме того, хотя представленные далее устройства и способы описаны на основе рассмотрения пневматических исполнительных механизмов (например, мембранного поворотного исполнительного механизма Fisher® 2052), могут также использоваться примеры реализации устройств и способов с применением любых других поворотных исполнительных механизмов, таких как, например, гидравлический исполнительный механизм, электрический исполнительный механизм и т.д.
[0010] Поворотные клапаны, такие как, например, полнопроходные шаровые клапаны, сегментные шаровые клапаны, шаровые клапаны с V-образным вырезом (например, клапан Fisher® Vee-Ball™ V150, клапан Fisher® Vee-Ball™ V300 и т.д.), дроссельные клапаны, клапаны с эксцентриковым затвором и (или) другие поворотные клапаны часто используются в системах управления технологическими процессами для целей управления технологическим процессом. Поворотные клапаны обычно содержат элемент регулирования расхода (например, диск, шар, затвор и т.д.), который прижимается к уплотнению и отводится от уплотнения. В течение цикла износа уплотнения, когда элемент регулирования расхода перемещается из первого закрытого положения, в котором указанный элемент соприкасается с уплотнением или прижат к уплотнению, во второе положение, в котором указанный элемент отведен от уплотнения, или когда элемент регулирования расхода перемещается из второго положения в первое положение, в котором указанный элемент прижат к уплотнению, указанный элемент регулирования расхода может вызывать возникновение в уплотнении напряжения и (или) износ уплотнения. С течением времени напряжение и (или) износ могут привести к нарушению герметичности уплотнения.
[0011] В поворотном клапане, который закрывается под воздействием крутящего момента (например, дроссельном клапане, клапане с эксцентриковым затвором и т.д.), исполнительный механизм развивает на выходе полный номинальный крутящий момент при переходе в закрытое состояние, когда элемент регулирования расхода (например, диск) прижимается к уплотнению. В процессе прижима элемента регулирования расхода к уплотнению или отвода от уплотнения указанный элемент регулирования расхода перемещается относительно уплотнения. Таким образом, срок полезной эксплуатации уплотнения клапана, который закрывается под воздействием крутящего момента, связан с числом циклов износа уплотнения. До достижения уплотнением порогового состояния (например, изношенного состояния) крутящий момент, приложенный исполнительным механизмом для осуществления закрытия клапана, остается, по существу, постоянным. Если уплотнение выполнено из неметаллического материала, то когда уплотнение достигает порогового состояния, крутящий момент, приложенный исполнительным механизмом для осуществления закрытия, в последующих циклах износа уплотнения может уменьшаться, поскольку усилие взаимодействия между уплотнением и элементом регулирования расхода уменьшается. Если уплотнение выполнено из металла и имеет противозадирное покрытие, то крутящий момент, приложенный исполнительным механизмом для осуществления закрытия, в последующих циклах износа уплотнения может увеличиваться вследствие истирания. Если уплотнение выполнено из металла и не имеет противозадирного покрытия, то крутящий момент, приложенный исполнительным механизмом для осуществления закрытия, в последующих циклах износа уплотнения может уменьшаться. В других примерах (например, клапан с эксцентриковым затвором) число циклов износа уплотнения не влияет на срок полезной эксплуатации уплотнения. В клапанах, закрытие которых осуществляется изменением положения (например, шаровых клапанах), элемент регулирования расхода, по существу, находится в постоянном контакте с уплотнением. В таком случае цикл износа уплотнения включает поворот элемента регулирования расхода относительно уплотнения.
[0012] Примеры реализации устройств и способов, описанные в настоящем документе, могут использоваться для оценки состояния уплотнения поворотного клапана. Примеры реализации способов и устройств, описанные в настоящем документе, могут использоваться, когда поворотный клапан находится в рабочем состоянии (то есть, во время эксплуатации с целью управления технологическим процессом). Пример реализации способа, описанный в настоящем документе, включает этап определения цикла износа уплотнения элемента регулирования расхода поворотного клапана. В некоторых примерах реализации изобретения цикл износа уплотнения включает перемещение элемента регулирования расхода из первого закрытого положения, в котором указанный элемент прижат к уплотнению, во второе положение. В других примерах реализации изобретения цикл износа уплотнения включает перемещение элемента регулирования расхода из второго положения в первое положение. Некоторые примеры реализации способа, описанные в настоящем документе, дополнительно включают этап определения для данного цикла износа уплотнения крутящего момента исполнительного механизма, приводящего в действие элемент регулирования расхода, и этап оценки состояния уплотнения на основе величины крутящего момента.
[0013] Другой пример реализации способа, описанный в настоящем документе, включает этап определения цикла износа уплотнения элемента регулирования расхода поворотного клапана и этап увеличения числа циклов износа уплотнения. Указанное число циклов может быть связано со значением переменной, соответствующей расчетному числу циклов износа уплотнения, осуществляемых в течение срока полезной эксплуатации уплотнения. На основании указанного числа циклов и переменной может быть выполнена оценка состояния уплотнения. В некоторых примерах реализации изобретения оценка состояния уплотнения осуществляется посредством расчета отношения указанного числа циклов и расчетного числа циклов износа уплотнения, осуществляемых в течение срока полезной эксплуатации уплотнения, соответствующего указанной переменной.
[0014] Фиг. 1 иллюстрирует пример системы 100 управления технологическим процессом, которая может использоваться для реализации примеров устройств и способов, описанных в настоящем документе. Пример реализации системы 100 управления технологическим процессом может предусматривать использование любого числа устройств 102 управления технологическим процессом, таких как входные устройства и (или) выходные устройства. В некоторых примерах реализации системы входные устройства представляют собой клапаны, насосы, вентиляторы, нагреватели, охладители, смесители и (или) другие устройства, а выходные устройства представляют собой датчики температуры, датчики давления, датчики концентрации, датчики уровня текучей среды, расходомеры, датчики пара, контроллеры клапанов и (или) другие устройства.
[0015] Входные и выходные устройства подключены с возможностью передачи данных к контроллеру 104 (например, контроллеру DeltaV™) при помощи шины данных (например, шины FOUNDATION Fieldbus™) или локальной вычислительной сети (ЛВС) 106. Входные и выходные устройства могут быть связаны с контроллером 104 беспроводными средствами передачи данных. Контроллер 104 передает на входные устройства команды с целью управления процессом и принимает и (или) осуществляет сбор информации (например, измеренных значений переменных, информации, касающейся параметров среды, и (или) информации входных устройств и т.д.), переданной выходными устройствами. Контроллер 104 генерирует уведомления, аварийные сообщения и (или) другую информацию. Кроме того, контроллер 104 с возможностью обмена данными связан с рабочей станцией 108, которая содержит интерфейс 110, отображающий информацию, касающуюся управления технологическим процессом (например, измеренные данные управления процессом, аварийные сообщения и т.д.). Хотя на фиг. 1 указан один контроллер 104, в примере системы 100 может использоваться один или большее число дополнительных контроллеров без выхода за пределы объема настоящего изобретения.
[0016] Фиг. 2 иллюстрирует вид в разрезе примера поворотного клапана 200, который может использоваться для осуществления примеров реализации изобретения, описанных в настоящем документе. Пример поворотного клапана 200 представляет собой шаровой клапан (например, клапан Fisher® Vee-Ball™ V150). Однако для осуществления примеров реализации изобретения, описанных в настоящем документе, может использоваться любой другой поворотный клапан (например, полнопроходный шаровой клапан, сегментный шаровой клапан, дроссельный клапан, плунжерный клапан, клапан с эксцентриковым затвором и т.д.). Пример поворотного клапана 200 содержит корпус 202 клапана, в котором предусмотрен канал 204 подачи текучей среды. Уплотнение 206 размещено в канале 204 подачи текучей среды и связано с корпусом 202 клапана. Элемент 208 регулирования расхода размещен в канале 204 подачи текучей среды рядом с уплотнением 206. В указанном примере элемент 208 регулирования расхода представляет собой шар. Другие примеры реализации изобретения могут содержать другие элементы регулирования расхода (например, диск, затвор и т.д.) Уплотнение 206 обеспечивает гидравлическую герметизацию между уплотнением 206 и элементом 208 регулирования расхода, когда элемент 208 регулирования расхода находится в первом закрытом положении, в котором указанный элемент соприкасается с уплотнением или прижат к уплотнению 206. В представленном примере элемент 208 регулирования расхода находится в первом закрытом положении. Элемент 208 регулирования расхода функционально связан с ведомым валом 210 и приводным валом 212. Приводной вал 212 может быть связан с пневматическим исполнительным механизмом (не показан), таким как, например, мембранный поворотный исполнительный механизм Fisher® 2052. Исполнительный механизм может представлять собой исполнительный механизм одностороннего действия или исполнительный механизм двустороннего действия. Для осуществления примеров реализации изобретения, описанных в настоящем документе, можно использовать другие примеры поворотных клапанов, такие как, например, клапаны с гидравлическим исполнительным механизмом или электрическим исполнительным механизмом. Исполнительный механизм имеет заданные характеристики, такие как, например, эффективная площадь, длина плеча рукоятки и номинальный диапазон давлений (то есть, диапазон давлений, требуемых для поворота приводного вала 212 при отсутствии нагрузки из полностью открытого положения в полностью закрытое положение, такой как, например, диапазон давлений от 3 фунтов на кв. дюйм до 15 фунтов на кв. дюйм). На основании указанных характеристик может быть рассчитан максимальный крутящий момент исполнительного механизма.
[0017] Пример поворотного клапана 200 дополнительно содержит цифровой контроллер клапана (ЦКК) (не показан), такой как, например, цифровой контроллер клапана Fisher® FIELDVUE™ DVC6200. Цифровой контроллер клапана включает в себя один или большее число датчиков, предназначенных для сбора и получения информации, такой как, например, положение приводного вала 212, направление вращения вала, число операций закрывания клапана, число операций открывания клапана, давление со стороны одного или большего числа торцов поршня исполнительного механизма и (или) другой информации.
[0018] ЦКК функционально связан с исполнительным механизмом и с возможностью обмена данными соединен с контроллером 104. В процессе функционирования ЦКК принимает от контроллера 104 команды, касающиеся перемещения элемента 208 регулирования расхода, например, от уплотнения 206 (то есть, открытие клапана), к уплотнению 206 и (или) прижима к уплотнению 206 с целью обеспечения гидравлической герметизации между уплотнением 206 и элементом 208 регулирования расхода. Далее ЦКК передает команды (например, в форме сигналов пневматической системы) исполнительному механизму, который перемещает приводной вал 212.
[0019] В представленном примере реализации изобретения в процессе функционирования ЦКК осуществляет определение одного или большего числа циклов износа уплотнения элемента 208 регулирования расхода. В некоторых примерах реализации изобретения цикл износа уплотнения представляет собой цикл открывания, охватывающий перемещение элемента 208 регулирования расхода из первого закрытого положения во второе положение. В других примерах реализации изобретения цикл износа уплотнения представляет собой цикл закрывания клапана, включающий перемещение элемента 208 регулирования расхода из второго положения в первое закрытое положение. В некоторых примерах реализации изобретения второе положение представляет собой положение элемента 208 регулирования расхода, в котором элемент 208 регулирования расхода отведен от уплотнения 206. В некоторых примерах реализации изобретения второе положение представляет собой положение, в котором элемент 208 регулирования расхода начинает прижиматься к уплотнению или отводиться от уплотнения 206, например, положение, соответствующее примерно двум процентам полного возможного перемещения элемента 208 регулирования расхода от первого закрытого положения. В некоторых примерах реализации изобретения второе положение представляет собой положение, в котором начинается нарушение герметичности или обеспечивается гидравлическая герметичность между уплотнением 206 и элементом 208 регулирования расхода. Во время цикла износа уплотнения ЦКК осуществляет определение значений давления, приложенного исполнительным механизмом. В некоторых примерах реализации изобретения, в которых уплотнение 206, по существу, находится в постоянном контакте с элементом 208 регулирования расхода, цикл износа уплотнения представляет собой поворот элемента 208 регулирования расхода относительно уплотнения 206.
[0020] На основании данных давления могут быть рассчитаны одно или большее число значений крутящего момента, приложенного исполнительным механизмом во время выполнения цикла износа уплотнения. Например, крутящий момент исполнительного механизма одностороннего действия можно рассчитать с использованием уравнения 1, указанного ниже; крутящий момент исполнительного механизма двустороннего действия без пружины можно рассчитать с использованием уравнения 2, указанного ниже; и крутящий момент исполнительного механизма двустороннего действия с пружиной можно рассчитать с использованием уравнения 3, указанного ниже.
В уравнении 1 Pmax - максимальное давление, определенное ЦКК во время выполнения цикла износа уплотнения. В некоторых примерах реализации изобретения Pmax представляет собой среднее значение двух или большего числа значений давления, определенных ЦКК во время осуществления цикла износа уплотнения. В уравнениях 2 и 3 P1 - максимальное давление, приложенное исполнительным механизмом, которое определено ЦКК на одном торце поршня исполнительного механизма. В уравнении 2 |P1-Р2|max - максимальная разность давлений исполнительного механизма, определенных ЦКК на противоположных торцах поршня во время осуществления цикла износа уплотнения. В некоторых примерах реализации изобретения P1 и Р2 представляют собой средние значения двух или большего числа значений давления, определенных ЦКК во время осуществления цикла износа уплотнения. В уравнениях 1 и 3 PSeat End Bench Range - заданное давление исполнительного механизма при отсутствии нагрузки в начале перемещения исполнительного механизма, находящегося в ближайшем к седлу клапана положении в пределах интервала перемещения исполнительного механизма. В некоторых примерах реализации изобретения PSeat End Bench Range определяется на основе данных, полученных в процессе функционирования. В других примерах реализации изобретения PSeat End Bench Range определяется эмпирически. В некоторых примерах реализации изобретения PSeat End Bench Range представляет собой среднее значение разности между Pmax и давлением исполнительного механизма, приложенным вблизи от первого положения в процессе закрытия клапана. Pspring - давление исполнительного механизма, требуемое для преодоления сопротивления пружины исполнительного механизма. В уравнениях 1-3 AActuator - эффективная площадь мембраны, поршня или другого компонента исполнительного механизма, используемого для создания усилия, a LLever Arm - длина плеча (например, плеча рукоятки и т.д.) исполнительного механизма. Уравнения, указанные выше, представляют собой просто примеры и, таким образом, крутящий момент, приложенный исполнительным механизмом, может определяться с использованием других уравнений без выхода за пределы объема настоящего изобретения.
[0021] Во время осуществления каждого цикла износа уплотнения элемент 208 регулирования расхода вызывает возникновение в уплотнении 206 напряжения и износ уплотнения 206. В результате этого в течение каждого цикла износа уплотнения истекает часть срока полезной эксплуатации уплотнения 206. По мере износа или накопления усталости уплотнения 206 вследствие воздействия напряжения крутящий момент, который требуется приложить для выполнения каждого последующего цикла износа уплотнения, может увеличиваться или уменьшаться.
[0022] Расчетный срок службы или число циклов износа уплотнения, осуществляемых в течение срока полезной эксплуатации уплотнения 206, может быть определено экспериментально, например, посредством проведения испытаний одного или большего числа поворотных клапанов, подобных или идентичных поворотному клапану 200, использованному в качестве примера. В некоторых примерах реализации изобретения испытания одного из подобных или идентичных поворотных клапанов проводятся посредством перемещения элемента регулирования расхода подобного или идентичного поворотного клапана между первым закрытым положением и вторым положением до нарушения герметичности уплотнения. Во время проведения испытаний осуществляется подсчет числа циклов износа уплотнения. Таким образом, проведение испытаний обеспечивает получение расчетного числа циклов износа уплотнения, соответствующего сроку полезной эксплуатации уплотнения 206. В некоторых примерах реализации изобретения расчетное число циклов износа уплотнения, соответствующее сроку полезной эксплуатации уплотнения 206, записывается в базе данных.
[0023] В некоторых примерах реализации изобретения в каждом цикле износа уплотнения, выполненном в течение проведения испытаний, определяется крутящий момент. В некоторых из указанных примеров реализации изобретения крутящий момент, по существу, остается постоянным в течение части (например, в течение первых 1250000 циклов износа уплотнения) срока полезной эксплуатации уплотнения до достижения уплотнением порогового уровня. Когда состояние уплотнения достигает порогового уровня (например, когда износ уплотнения достигает пороговой величины), в последующих циклах износа уплотнения крутящий момент может увеличиваться или уменьшаться. Таким образом, состояние уплотнения 206 можно оценить на основе крутящего момента, приложенного в данном цикле износа уплотнения. В некоторых примерах реализации изобретения оценка состояния уплотнения 206 осуществляется на основе указанного крутящего момента и заданного значения (например, максимального располагаемого выходного крутящего момента исполнительного механизма, крутящего момента, развиваемого в течение начального цикла износа уплотнения, среднего значения крутящего момента по заданному числу циклов износа уплотнения (например, среднего значения крутящего момента по первым 100 циклам износа уплотнения) и т.д.).
[0024] В некоторых примерах реализации изобретения расчетное число циклов износа уплотнения, соответствующее сроку полезной эксплуатации уплотнения 206, связано с одной или большим числом переменных, таких как, например, тип уплотнения (например, металлическое, неметаллическое, изготовленное из политетрафторэтилена (ПТФЭ) и т.д.), типоразмер клапана, температура текучей среды и (или) любая другая приемлемая переменная. Таким образом, испытания обеспечивают получение расчетного числа циклов износа уплотнения, соответствующего сроку полезной эксплуатации уплотнения 206, которое связано с одной или большим числом переменных. В некоторых примерах реализации изобретения указанные испытания могут использоваться для определения диапазонов значений переменных (например, диапазоны температур ниже 100 градусов Цельсия, от 100 градусов Цельсия до 150 градусов Цельсия, выше 150 градусов Цельсия и т.д.), каждый из которых, в общем, соответствует отдельному жизненному циклу или расчетному числу циклов износа уплотнения, которые могут быть выполнены клапаном 200 в течение срока полезной эксплуатации уплотнения 206. В некоторых примерах реализации изобретения указанные переменные и (или) диапазоны переменных содержатся в таблице или базе данных. Таким образом, в некоторых примерах реализации изобретения число циклов износа уплотнения, выполненных клапаном 200, указывает состояние уплотнения 206. Например, если клапан 200 выполнил 1000000 циклов износа уплотнения, а расчетное число циклов износа уплотнения, соответствующее сроку полезной эксплуатации уплотнения 206 для заданного значения переменной или диапазона переменной, равно примерно 1500000 циклам, то износ уплотнения 206 может составлять 66,7% (относительно степени износа уплотнения 206 в течение всего срока полезной эксплуатации уплотнения 206).
[0025] Фиг. 3-4 иллюстрируют структурные схемы, представляющие примеры реализации способов, описанных в настоящем документе. Некоторые примеры или все примеры реализации способов, представленные на фиг. 3-4, могут осуществляться с использованием процессора, контроллера 104 и (или) любого другого приемлемого устройства обработки данных. В других примерах реализации изобретения некоторые примеры или все примеры реализации способов, представленные на фиг. 3-4, осуществляются на основе кодированных команд, записанных на физическом машинодоступном или машиночитаемом носителе информации, таком как флэш-память, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и (или) оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), связанное с процессором. В альтернативном варианте некоторые примеры или все примеры реализации способов, представленные на фиг. 3-4, могут быть осуществлены с использованием любой комбинации (комбинаций) специализированных интегральных схем (ASIC), программируемых логических устройств (ПЛУ), программируемых пользователем логических устройств (ППЛУ), дискретной логики, аппаратного обеспечения, микропрограмм и т.д. Кроме того, одна или большее число операций, указанных на фиг. 3-4, могут быть реализованы вручную или с использованием любой комбинации указанных выше компонентов, например, любой комбинации микропрограмм, программного обеспечения, дискретной логики и (или) аппаратного обеспечения. Кроме того, хотя примеры реализации способов описаны со ссылкой на структурные схемы, представленные на фиг. 3-4, можно использовать различные другие методы осуществления примеров реализации указанных способов. Например, порядок выполнения этапов способа может быть изменен и (или) некоторые из указанных этапов могут быть изменены, исключены, разделены или объединены. Кроме того, любой из примеров или все примеры реализации способов, представленные на фиг. 3-4, могут осуществляться последовательно и (или) параллельно, например, с использованием отдельных потоков обработки, процессоров, устройств, дискретной логики, схем и т.д.
[0026] С учетом информации указанной на фиг. 1 и 2, выполнение примера реализации способа или процесса 300, представленного на фиг. 3, начинается этапом определения цикла износа уплотнения элемента 208 регулирования расхода поворотного клапана 200 (этап 302). В некоторых примерах реализации изобретения цикл износа уплотнения представляет собой цикл открывания клапана. Цикл открывания клапана включает перемещение элемента 208 регулирования расхода из первого закрытого положения, в котором указанный элемент прижат к уплотнению 206, во второе положение. В других примерах реализации изобретения цикл износа уплотнения представляет собой цикл закрывания клапана, включающий перемещение элемента 208 регулирования расхода из второго положения в первое закрытое положение. В некоторых примерах реализации изобретения второе положение представляет собой положение элемента 208 регулирования расхода, в котором элемент 208 регулирования расхода отведен от уплотнения 206. В некоторых из указанных примеров реализации изобретения второе положение представляет собой положение элемента 208 регулирования расхода, соответствующее началу отвода элемента 208 регулирования расхода от уплотнения 206 (например, положение, соответствующее примерно двум процентам полного возможного перемещения элемента 208 регулирования расхода от первого закрытого положения, в котором указанный элемент прижат к уплотнению 206). В некоторых других примерах реализации изобретения второе положение представляет собой положение, в котором начинается нарушение герметичности или обеспечивается герметичность между уплотнением 206 и элементом 208 регулирования расхода.
[0027] На этапе 304 осуществляется определение для данного цикла износа уплотнения крутящего момента исполнительного механизма, приводящего в действие элемент 208 регулирования расхода. В процессе функционирования во время перемещения элемента 208 регулирования расхода ЦКК определяет крутящий момент, действующий в течение данного цикла износа уплотнения, посредством определения положения элемента 208 регулирования расхода и (или) приводного вала 212 и определения давления, приложенного исполнительным механизмом. Крутящий момент исполнительного механизма можно рассчитать на основе значений давления и заданных характеристик исполнительного механизма (например, номинального диапазона давлений, эффективной площади, длины плеча рукоятки и т.д.) с использованием уравнения, такого как, например, уравнение 1, 2 или 3.
[0028] На основе крутящего момента осуществляется оценка состояния уплотнения 206 (этап 306). В некоторых примерах реализации изобретения оценка состояния уплотнения 206 предусматривает расчет значения, указывающего состояние уплотнения 206, на основании крутящего момента и заданного значения. В некоторых примерах реализации изобретения указанное заданное значение представляет собой крутящий момент исполнительного механизма, приложенный во время одного или большего числа предшествующих циклов износа уплотнения, например, крутящий момент исполнительного механизма во время начального цикла износа уплотнения, среднее значение крутящего момента для заданного числа циклов износа уплотнения (например, среднее значение крутящего момента для первых 100 циклов износа уплотнения) и т.д. В других примерах реализации изобретения заданное значение представляет собой расчетный максимальный располагаемый крутящий момент исполнительного механизма.
[0029] В некоторых из указанных примеров реализации изобретения расчет значения, указывающего состояние уплотнения 206, включает расчет отношения значений для данного цикла износа уплотнения, такого как, например, отношение, представленное в уравнении 4, приведенном ниже.
В уравнении 4 Т - крутящий момент для данного цикла износа уплотнения и Tmax - расчетный максимальный располагаемый крутящий момент исполнительного механизма. В других примерах реализации изобретения указанное отношение для циклов износа уплотнения представляет собой отношение крутящего момента и другого заданного значения (например, крутящего момента во время начального цикла износа уплотнения и т.д.). В некоторых примерах реализации изобретения Tmax представляет собой заданное значение, определенное на основе характеристик исполнительного механизма (например, эффективной площади, длины плеча рукоятки, давления подачи воздуха и т.д.). В других примерах реализации изобретения Tmax представляет собой заданное значение, полученное на основе характеристик вала (например, прочность на сдвиг). В некоторых примерах реализации изобретения, если 
, то отношение может указывать, что исполнительный механизм не обеспечивает перемещение элемента 208 регулирования расхода в первое положение или из первого положения. В некоторых примерах реализации изобретения 
[0030] В некоторых примерах реализации изобретения
[0031] На этапе 308 выполняется определение, достигло ли заданного уровня состояние уплотнения 206. Например, заданный уровень может соответствовать заданному значению, указанному уравнением 4, например, 0,75. Таким образом, в представленном примере, если крутящий момент, определенный для данного цикла износа уплотнения, составляет семьдесят пять процентов или менее от максимального располагаемого крутящего момента исполнительного механизма, то это означает, что состояние уплотнения 206 достигло заданного уровня. Если состояние уплотнения 206 достигло заданного уровня, осуществляется передача аварийного сообщения (этап 310). Например, ЦКК и (или) контроллер 104 генерирует и передает аварийное сообщение на рабочую станцию 108.
[0032] Если состояние уплотнения 206 не достигло заданного уровня, то выполняется определение расчетного числа циклов износа уплотнения, оставшихся до достижения заданного уровня состоянием уплотнения 206 (этап 312). В некоторых примерах реализации изобретения расчетное число циклов износа уплотнения, оставшихся до достижения заданного уровня состоянием уплотнения 206, определяется на основе крутящего момента для данного цикла износа уплотнения и скорости изменения крутящего момента. Например, в процессе функционирования может быть выполнено большое число циклов износа уплотнения. В некоторых из указанных примеров реализации изобретения ЦКК определяет скорость изменения значения, указывающего состояние уплотнения 206 (например, 
[0033] В некоторых примерах реализации изобретения расчетное число циклов износа уплотнения, оставшихся до достижения заданного уровня состоянием уплотнения 206, определяется на основе фактического числа циклов износа уплотнения и расчетного числа циклов износа уплотнения, соответствующего достижению состоянием уплотнения 206 заданного уровня (например, расчетного срока полезной эксплуатации уплотнения 206). В некоторых из указанных примеров реализации изобретения указанное фактическое число циклов увеличивается цифровым контроллером клапана после выполнения каждого цикла износа уплотнения. В некоторых примерах реализации изобретения расчетное число циклов износа уплотнения, соответствующее достижению заданного уровня состоянием уплотнения 206, определяется экспериментально посредством проведения испытаний одного или большего числа поворотных клапанов, подобных или идентичных поворотному клапану 200. Например, проведение такого испытания может обеспечить получение результата, указывающего, что расчетное число циклов износа уплотнения, соответствующее достижению состоянием уплотнения 206 заданного уровня (например, соответствующего заданному значению 0,75), составляет примерно 1500000 циклов износа уплотнения. Если фактическое число циклов равно 1000000 циклов, а расчетное число циклов износа уплотнения, соответствующее достижению заданного уровня состоянием уплотнения 206, равно 1500000 циклов, то расчетное число циклов износа уплотнения, оставшихся до достижения состоянием уплотнения 206 заданного значения, составляет 500 000. Таким образом, расчетное число циклов износа уплотнения, оставшихся до достижения заданного значения состоянием уплотнения 206, может быть определено на основе результатов испытаний подобного или идентичного поворотного клапана.
[0034] На этапе 314 определяется расчетное время до достижения состоянием уплотнения 206 заданного уровня. Расчетное время может быть определено с использованием скорости изменения значения, указывающего состояние уплотнения 206, частоты циклов износа уплотнения и (или) фактического числа циклов. В некоторых из указанных примеров реализации изобретения ЦКК определяет частоту циклов износа уплотнения. Указанная частота может представлять собой среднее число циклов износа уплотнения за сутки, час, неделю или любой другой приемлемый интервал времени. В представленном примере расчетное время уменьшения значения, указывающего состояние уплотнения 206, с 0,8 до 0,75 составляет примерно пятьсот суток при частоте 1000 циклов износа уплотнения в сутки. Далее выполняется возврат к этапу 302.
[0035] Фиг. 4 иллюстрирует структурную схему, представляющую другой пример реализации способа 400, описанного в настоящем документе. С учетом информации, указанной на фиг. 1 и 2, выполнение примера реализации способа или процесса 400, представленного на фиг. 4, начинается этапом определения цикла износа уплотнения элемента 208 регулирования расхода поворотного клапана 200 (этап 402). В некоторых примерах реализации изобретения цикл износа уплотнения представляет собой цикл открывания клапана. Цикл открывания клапана включает перемещение элемента 208 регулирования расхода из первого закрытого положения, в котором указанный элемент прижат к уплотнению 206, во второе положение. В других примерах реализации изобретения цикл износа уплотнения представляет собой цикл закрывания клапана, включающий перемещение элемента 208 регулирования расхода из второго положения в первое закрытое положение. В некоторых примерах реализации изобретения второе положение представляет собой положение элемента 208 регулирования расхода, в котором элемент 208 регулирования расхода отведен от уплотнения 206. В некоторых из указанных примеров реализации изобретения второе положение представляет собой положение элемента 208 регулирования расхода, соответствующее началу отвода элемента 208 регулирования расхода от уплотнения 206 (например, положение, соответствующее примерно двум процентам полного возможного перемещения элемента 208 регулирования расхода от первого закрытого положения, в котором указанный элемент прижат к уплотнению 206). В некоторых других примерах реализации изобретения второе положение представляет собой положение, в котором начинается нарушение герметичности или обеспечивается герметичность между уплотнением 206 и элементом 208 регулирования расхода.
[0036] На этапе 402 ЦКК осуществляет увеличение числа циклов износа уплотнения. Например, если перед данным циклом износа уплотнения число циклов износа уплотнения равно 999999, то ЦКК увеличивает число до 1000000, учитывая данный цикл износа уплотнения. В некоторых примерах реализации изобретения число циклов износа уплотнения представлено в градусах угла поворота.
[0037] На этапе 406 определяется взаимосвязь указанного числа циклов с переменной, соответствующей расчетному числу циклов износа уплотнения, осуществляемых в течение срока полезной эксплуатации уплотнения 206. В некоторых примерах реализации изобретения указанная переменная представляет собой тип уплотнения, материал уплотнения, типоразмер клапана, данные конструкции клапана, тип текучей среды, проходящей через клапан 200, температуру текучей среды, давление на входе и (или) любую другую переменную. В некоторых примерах реализации изобретения расчетное число циклов износа уплотнения, соответствующее сроку полезной эксплуатации уплотнения 206, определяется экспериментально посредством проведения испытаний одного или большего числа поворотных клапанов, подобных или идентичных поворотному клапану 200. Например, если поворотный клапан 200 содержит уплотнение, изготовленное из металла, то для определения расчетного числа циклов износа уплотнения, соответствующего сроку полезной эксплуатации уплотнения 206, могут быть проведены испытания подобного или идентичного клапана, содержащего подобное или идентичное уплотнение, изготовленное из металла.
[0038] В некоторых примерах реализации изобретения проводится определение значения указанной переменной. Например, датчик температуры, связанный с контроллером 104 с возможностью обмена данными, может обеспечивать определение температуры текучей среды. В некоторых из указанных примеров реализации изобретения число циклов связано с одним диапазоном из множества диапазонов переменной, каждый из которых связан с определенным расчетным числом циклов износа уплотнения, соответствующим сроку полезной эксплуатации уплотнения. Указанные диапазоны переменной могут быть определены экспериментально посредством проведения испытаний одного или большего числа поворотных клапанов, подобных или идентичных поворотному клапану 200, в условиях ряда различных значений переменной. Например, проведение испытаний при температуре текучей среды 90 градусов Цельсия может обеспечить получение расчетного числа циклов износа уплотнения в течение срока полезной эксплуатации уплотнения 206, равного примерно 10000000; проведение испытаний при температуре текучей среды 130 градусов Цельсия может обеспечить получение расчетного числа циклов износа уплотнения в течение срока полезной эксплуатации уплотнения 206, равного примерно 7500000; а проведение испытаний при температуре текучей среды 160 градусов Цельсия может обеспечить получение расчетного числа циклов износа уплотнения, равного примерно 5000000. Такие испытания могут быть проведены для получения любого требуемого количества оценок жизненного цикла, которые далее могут использоваться для определения диапазонов, таких как температура 100 градусов Цельсия или ниже; температура в пределах от 100 градусов Цельсия до 150 градусов Цельсия; температура 150 градусов Цельсия или выше и т.д. Указанные диапазоны представляют только один из примеров возможных диапазонов и вместо этих диапазонов могут использоваться любые другие диапазоны, имеющие любые требуемые пределы, которые соответствуют требованиям конкретного применения. Например, если датчик температуры указывает, что температура текучей среды для цикла износа уплотнения равна 110 градусов Цельсия, то данная температура может быть связана с диапазоном температур от 100 градусов Цельсия до 150 градусов Цельсия, который соответствует расчетному числу циклов износа уплотнения в течение срока полезной эксплуатации уплотнения 206, равному примерно 7500000.
[0039] Оценка состояния уплотнения 206 осуществляется на основании указанного числа циклов и переменной (этап 408). Например, значение, указывающее состояние уплотнения 206, может быть определено посредством расчета отношения числа циклов, увеличенного на этапе 406, и расчетного числа циклов износа уплотнения, соответствующего сроку полезной эксплуатации уплотнения 206.
[0040] Например, значение, представляющее полный истекший срок полезной эксплуатации уплотнения 206, может быть рассчитано при помощи уравнения 5, указанного ниже.
[0041] В уравнении 5 ni - число циклов износа уплотнения и Ni - расчетное число циклов износа уплотнения, соответствующее сроку полезной эксплуатации уплотнения 206 (например, определенное экспериментальным путем). Например, если на этапе 406 число циклов износа уплотнения увеличено до значения 1000000, а расчетное число циклов износа уплотнения, соответствующее сроку полезной эксплуатации уплотнения 206, равно примерно 7500000, то значение, указывающее состояние уплотнения 206, равно 
или примерно 13,3 процента. Данное значение показывает, что износ уплотнения 206 привел к сокращению срока полезной эксплуатации уплотнения 206 примерно на 13,3 процентов (то есть, осталось примерно 87,7 процентов срока полезной эксплуатации уплотнения 206).
[0042] На этапе 410 определяется, достигло ли состояние уплотнения 206 заданного уровня. Например, заданный уровень может соответствовать истечению 80 процентов срока полезной эксплуатации уплотнения 206, рассчитанному при помощи уравнения 5 (например, 6000000 циклов износа уплотнения). В других примерах реализации изобретения используются другие заданные уровни (например, истечение 100 процентов срока полезной эксплуатации уплотнения 206). Если состояние уплотнения 206 достигло заданного уровня, то подается аварийное сообщение (этап 412).Например, ЦКК и (или) контроллер 104 генерирует и передает аварийное сообщение на рабочую станцию 108.
[0043] Если состояние уплотнения 206 не достигло заданного уровня, то определяется расчетное число циклов износа уплотнения, оставшихся до достижения заданного уровня состоянием уплотнения 206 (этап 414). Например, если фактическое число циклов износа уплотнения равно 1000000, а расчетное число циклов износа уплотнения, соответствующее достижению состоянием уплотнения 206 заданного уровня составляет 6000000, то до достижения заданного уровня состоянием уплотнения 206 остается примерно 5000000 циклов износа уплотнения.
[0044] На этапе 416 осуществляется определение интервала времени до достижения заданного уровня состоянием уплотнения 206. В некоторых из указанных примеров реализации изобретения ЦКК определяет частоту циклов износа уплотнения. В некоторых примерах реализации изобретения указанная частота представляет собой среднее число циклов износа уплотнения за сутки, час, неделю или любой другой приемлемый интервал времени. На основании фактического числа циклов, расчетного числа циклов износа уплотнения, соответствующего достижению заданного уровня состоянием уплотнения 206, и частоты можно определить время до достижения заданного уровня состоянием уплотнения 206. Например, если частота равна 1000 циклам износа уплотнения за сутки, а до достижения заданного уровня состоянием уплотнения 206 остается 5000000 циклов износа уплотнения, то время до достижения заданного уровня состоянием уплотнения 206 составляет примерно 5000 суток.
[0045] Хотя в настоящем документе описаны конкретные примеры реализации способов и устройств, область настоящего изобретения не ограничивается указанными примерами. Напротив, настоящее изобретение охватывает все способы, устройства и изделия, находящиеся в пределах объема, указанного приложенной формулой изобретения как в буквальном смысле, так и в соответствии с теорией эквивалентов.
[0046] Реферат, представленный в конце настоящего документа, предусмотрен в соответствии с положениями раздела 37, §1.72(b) Кодекса законов США для обеспечения читателю возможности быстрого ознакомления с техническими принципами изобретения. Предполагается, что указанный реферат не будет использоваться для интерпретации или ограничения объема и сущности изобретения.
Изобретение относится к способу и устройствам для оценки состояния уплотнения 206 поворотного клапана 200. Пример реализации способа включает этап определения цикла износа уплотнения элемента регулирования расхода поворотного клапана. Цикл износа уплотнения охватывает перемещение элемента регулирования расхода между первым положением, в котором указанный элемент регулирования соприкасается с уплотнением, и вторым положением. Пример реализации способа дополнительно включает этап определения для данного цикла износа уплотнения крутящего момента исполнительного механизма, приводящего в действие элемент регулирования расхода, и этап оценки состояния уплотнения на основе величины крутящего момента. Изобретение повышает надежность уплотнения. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
1. Поворотный клапан, содержащий:
корпус клапана, в котором предусмотрен канал подачи текучей среды;
уплотнение, связанное с корпусом клапана и размещенное в канале подачи текучей среды;
элемент регулирования расхода, размещенный в канале подачи текучей среды рядом с уплотнением, причем указанный элемент регулирования расхода осуществляет цикл износа уплотнения, включающий перемещение между первым положением, в котором элемент регулирования расхода прижат к уплотнению, и вторым положением, причем элемент регулирования расхода функционально связан с ведомым валом и приводным валом;
исполнительный механизм, связанный с элементом регулирования расхода при помощи приводного вала и предназначенный для приложения крутящего момента с целью перемещения элемента регулирования расхода в течение цикла износа уплотнения; и
контроллер, функционально связанный с исполнительным механизмом и предназначенный для оценки состояния уплотнения на основании приложенного крутящего момента.
2. Поворотный клапан по п. 1, отличающийся тем, что элемент регулирования расхода представляет собой шар.
3. Поворотный клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что исполнительный механизм представляет собой пневматический исполнительный механизм.
4. Поворотный клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что на начальном этапе перехода во второе положение элемент регулирования расхода прижимается к уплотнению или отводится от уплотнения.
5. Поворотный клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что контроллер предназначен для определения крутящего момента, приложенного исполнительным механизмом.
6. Поворотный клапан по п. 5, отличающийся тем, что контроллер предназначен для определения одного или большего числа значений давления исполнительного механизма и определения приложенного крутящего момента на основании одного или большего числа значений давления.
7. Поворотный клапан по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что контроллер предназначен для оценки состояния уплотнения посредством расчета соответствующего значения на основе крутящего момента и заданного значения.
8. Поворотный клапан по п. 7, отличающийся тем, что контроллер предназначен для расчета указанного значения посредством определения отношения крутящего момента и заданного значения.
9. Поворотный клапан, содержащий:
корпус клапана, в котором предусмотрен канал подачи текучей среды;
уплотнение, связанное с корпусом клапана и размещенное в канале подачи текучей среды;
элемент регулирования расхода, размещенный в канале подачи текучей среды рядом с уплотнением, причем указанный элемент регулирования расхода осуществляет цикл износа уплотнения, включающий перемещение между первым положением, в котором элемент регулирования расхода прижат к уплотнению, и вторым положением;
исполнительный механизм, связанный с элементом регулирования расхода и предназначенный для приложения крутящего момента с целью перемещения элемента регулирования расхода в течение цикла износа уплотнения; и
контроллер, функционально связанный с исполнительным механизмом и предназначенный для оценки состояния уплотнения на основании приложенного крутящего момента, причем контроллер предназначен для определения скорости изменения крутящего момента и определения расчетного числа циклов износа уплотнения, оставшихся до достижения состоянием уплотнения заданного уровня, на основании крутящего момента и скорости изменения крутящего момента.
10. Поворотный клапан, содержащий:
корпус клапана, в котором предусмотрен канал подачи текучей среды;
уплотнение, связанное с корпусом клапана и размещенное в канале подачи текучей среды;
элемент регулирования расхода, размещенный в канале подачи текучей среды рядом с уплотнением, причем указанный элемент регулирования расхода осуществляет цикл износа уплотнения, включающий перемещение между первым положением, в котором элемент регулирования расхода прижат к уплотнению, и вторым положением;
исполнительный механизм, связанный с элементом регулирования расхода и предназначенный для приложения крутящего момента с целью перемещения элемента регулирования расхода в течение цикла износа уплотнения; и
контроллер, функционально связанный с исполнительным механизмом и предназначенный для оценки состояния уплотнения на основании приложенного крутящего момента, причем контроллер предназначен для определения частоты циклов износа уплотнения и определения расчетного времени до достижения заданного уровня состоянием уплотнения на основании крутящего момента и частоты циклов износа уплотнения.
11. Поворотный клапан, содержащий:
корпус клапана, в котором предусмотрен канал подачи текучей среды;
уплотнение, связанное с корпусом клапана и размещенное в канале подачи текучей среды;
элемент регулирования расхода, размещенный в канале подачи текучей среды рядом с уплотнением, причем указанный элемент регулирования расхода осуществляет цикл износа уплотнения, включающий перемещение между первым положением, в котором элемент регулирования расхода прижат к уплотнению, и вторым положением;
исполнительный механизм, связанный с элементом регулирования расхода и предназначенный для приложения крутящего момента с целью перемещения элемента регулирования расхода в течение цикла износа уплотнения; и
контроллер, функционально связанный с исполнительным механизмом и предназначенный для оценки состояния уплотнения на основании приложенного крутящего момента, причем контроллер предназначен для определения числа циклов износа уплотнения и определения расчетного числа циклов износа уплотнения, оставшихся до достижения заданного уровня состоянием уплотнения, на основе указанного числа циклов.
12. Поворотный клапан по п. 11, отличающийся тем, что контроллер предназначен для увеличения числа циклов износа уплотнения, определения взаимосвязи указанного числа циклов и переменной, соответствующей расчетному числу циклов износа уплотнения в течение срока полезной эксплуатации уплотнения, и оценки состояния уплотнения на основании указанного числа циклов и переменной.
13. Поворотный клапан по п. 11, отличающийся тем, что контроллер предназначен для определения расчетного оставшегося числа циклов износа уплотнения на основании результатов испытаний подобного поворотного клапана.
| Колосоуборка | 1923 |
|
SU2009A1 |
| Шаровой кран | 1977 |
|
SU811032A1 |
| US 2001037670 A1, 08.11.2001 | |||
| US 2006272710 A1, 07.12.2006 | |||
| US 6453261 B2, 17.09.2002. | |||
