DE19724754A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung einer Abnormität in einem Regelventil - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung einer Abnormität in einem RegelventilInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Ermittlung einer Abnormität oder eines Feh
lers in einem Steuer- bzw. Regelventil (im folgenden nur als
"Regelventil" bezeichnet), das zur Steuerung bzw. Regelung
der Öffnung eines Kanals bei Bewegung eines Ventilschaftes
oder einer Ventilstange arbeitet.
Ein Regelventil wird im allgemeinen zur Strömungsmengenrege
lung bei dem Vorgang des Durchsetzens einer Flüssigkeit,
eines Gases oder dergleichen angewendet. Fig. 5 zeigt den
Aufbau eines bekannten Regelventils. Mit Bezug auf Fig. 5 ist
ein Ventilkegel oder -verschlußstopfen 1 zum Öffnen und
Schließen des Kanals mit der Bewegung einer Ventilstange/
eines Ventilschaftes 3 in einer Vorwärts- und Rückwärtsrich
tung durch einen Führungsring 2 geführt. Die Ventilstange 3
wird mit einem durch eine Membran 6, ein Membrangehäuse 7 und
dergleichen gebildeten Antriebsabschnitt angetrieben und
durch eine als Dichtungselement dienende geschliffene Dich
tungs(hülse) 4 hermetisch abgedichtet gehalten.
Nachfolgend wird die Funktion des den obigen Aufbau aufwei
senden Regelventils kurz beschrieben. Wenn durch eine Luftzu
führungsöffnung 8 Luft zugeführt wird, wird die Membran 6
entgegen der Vorspannkraft einer Feder 9 verlagert und be
wirkt eine Vorwärtsbewegung der Ventilstange 3. Mit der Vor
wärtsbewegung der Ventilstange 3 bewegt sich der am distalen
Ende der Ventilstange 3 angebrachte Ventilkegel 1 in einer
den Kanal verschließenden Richtung. Folglich wird der Kanal
verengt, so daß die Menge des von einem Einlaß 10 zu einem
Auslaß 11 strömenden Fluids verringert wird.
Bei einer Verringerung des Druckes der über die Luftzufüh
rungsöffnung 8 zugeführten Luft wird die Membran 6 durch die
Feder 9 in ihre Ausgangslage zurückgestellt, um damit ein
Zurückziehen der Ventilstange 3 zu bewirken. Mit dem Zurück
stellen der Ventilstange 3 bewegt sich der an deren distalem
Ende angebrachte Ventilkegel 3 in einer den Kanal öffnenden
Richtung. Infolgedessen wird der Kanal erweitert, um somit
die vom Einlaß 10 zum Auslaß 11 strömende Fluidmenge zu ver
größern.
Zur Ermittlung einer Abnormität bzw. eines Betriebsfehlers
bei einem derartigen Regelventil steht beispielsweise das in
der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 4-119275 of
fenbarte System zur Verfügung. Dieses System ist zur Ermitt
lung einer Abnormität beispielsweise auf der Grundlage des
Verhältnisses zwischen der Verlagerung der Ventilstange und
dem Druck der über die Luftzuführungsöffnung zugeführten Luft
aufgebaut. Fig. 7 zeigt den Aufbau eines herkömmlichen, in
der oben erwähnten Referenzschrift offenbarten Systems zur
Ermittlung einer Abnormität/Fehlerhaftigkeit eines Stellven
tils (Regelventils). Unter Bezugnahme auf Fig. 7 umfaßt das
bekannte System einen elektro-pneumatischen Positionierer
(Stellwerk) 61, ein Einstellventil (Regelventil) 62, das
durch den elektro-pneumatischen Positionierer 61 gesteuert
wird, und einen Abnormitäts-Ermittlungsabschnitt 63.
Bei dem elektro-pneumatischen Positionierer 61 wird der ge
wünschte Eingangswert über einen Eingabeabschnitt 611 in
einen Steuerbetriebsabschnitt 612 eingegeben. Der Steuerbe
triebsabschnitt 612 steuert einen Pneumatikdruck-Erzeugungs
abschnitt 613 entsprechend dem gewünschten Eingangswert (Ein
gabegröße). Der Pneumatikdruck-Erzeugungsabschnitt 613 treibt
das Einstellventil 62 an, indem durch die Zuführung von Luft
über die Luftzuführungsöffnung 8 in Fig. 5 die Membran 6 zu
einer Vorwärtsbewegung veranlaßt wird. Der Steuerbetriebsab
schnitt 612 überwacht die Verlagerung der Ventilstange 3 (im
folgenden wird von einer Ventilstangenverlagerung gespro
chen), die durch einen Ventilstangenverlagerungs-Ermittlungs
abschnitt 614 ermittelt wird, und unterbricht den Betrieb des
Pneumatikdruck-Erzeugungsabschnitts 613 bei Erreichen des
gewünschten Wertes der Verlagerung.
In dem Abnormitäts-Ermittlungsabschnitt 63 ermittelt ein
Pneumatikdruck-Ermittlungsabschnitt 631 den Druck der von dem
Pneumatikdruck-Erzeugungsabschnitt 613 erzeugten Luft.
Außerdem ermittelt ein Strömungsmengen-Ermittlungsabschnitt
632 die durch das Einstellventil 62 geregelte Fluidströmungs
menge. Ein Kennwert-Speicherabschnitt 633 speichert die Kenn
werte, die die Beziehung zwischen der von dem Ventilstangen
verlagerungs-Ermittlungsabschnitt 614 ermittelten Ventilstan
genverlagerung und der von dem Strömungsmengen-Ermittlungs
abschnitt 632 ermittelten Strömungsmenge anzeigen, während
sich das Einstellventil 62 im Normalzustand befindet. Ein
Kennwert-Speicherabschnitt 634 speichert die Kenndaten, die
das Verhältnis/die Beziehung zwischen der Ventilstangen
verlagerung und dem mit dem Pneumatikdruck-Ermittlungsab
schnitt 631 ermittelten pneumatischen Druck anzeigen, während
sich das Einstellventil 62 im Normalzustand befindet. Ein
Kennwert-Speicherabschnitt 635 speichert die Kenndaten, die
die Beziehung zwischen der Strömungsmenge und dem pneumati
schen Druck anzeigen, während sich das Einstellventil 62 im
Normalzustand befindet.
Ein Vergleichs-Berechnungsabschnitt 636 vergleicht die Bezie
hung zwischen der Ventilstangenverlagerung, die von dem Ven
tilstangenverlagerungs-Ermittlungsabschnitt 614 ermittelt
wird, und der Strömungsmenge, die von dem Strömungsmengen-Er
mittlungsabschnitt 632 ermittelt wird, mit den Kennwerten im
Normalzustand, die in dem Kennwert-Speicherabschnitt 633 ge
speichert werden. Wenn das von dem Ventilstangenverlagerungs-Ermittlungsabschnitt
614 ermittelte Verhältnis von den Kenn
daten im Normalzustand abweicht, sendet der Vergleichs-Be
rechnungsabschnitt 636 eine Meldung über das Auftreten einer
Abnormität an einem Alarmabschnitt 639. Ein Vergleichs-Be
rechnungsabschnitt 637 vergleicht das Verhältnis zwischen der
Ventilstangenverlagerung und dem pneumatischen Druck, das
durch den Pneumatikdruck-Ermittlungsabschnitt 631 ermittelt
wird, mit den Kenndaten im Normalzustand, die in dem Kenn
wert-Speicherabschnitt 634 gespeichert sind. Falls das durch
den Pneumatikdruck-Ermittlungsabschnitt 631 ermittelte Ver
hältnis von den Kenndaten bzw. -werten im Normalzustand
abweicht, sendet der Vergleichs-Berechnungsabschnitt 637 eine
Meldung über das Auftreten einer Abnormität an dem
Alarmabschnitt 639.
In ähnlicher Weise vergleicht ein Vergleichs-Berechnungsab
schnitt 638 das Verhältnis/die Beziehung zwischen einer er
mittelten Strömungsmenge und einem ermittelten pneumatischen
Druck mit den in dem Kennwert-Speicherabschnitt 635 gespei
cherten Kenndaten. Wenn das ermittelte Verhältnis von den
Kenndaten im Normalzustand abweicht, sendet der
Vergleichs-Berechnungsabschnitt 638 eine Meldung über das Auftreten
einer Abnormität an den Alarmabschnitt 639. Nach dem Empfang
der Meldung über das Auftreten einer Abnormität von jedem
Vergleichs-Berechnungsabschnitt erzeugt der Alarmabschnitt
639 einen Alarm, der das Auftreten einer Abnormität in dem
Einstellventil 62 anzeigt.
Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen System wird das Ver
hältnis zwischen dem pneumatischen Druck und der Verlagerung
der Ventilstange einheitlich bestimmt. In ähnlicher Weise
wird das Verhältnis zwischen dem pneumatischen Druck und der
Fluidströmungsmenge einheitlich bestimmt, und so ist es auch
bei dem Verhältnis zwischen der Ventilstangenverlagerung und
der Fluidströmungsmenge. Aus diesem Grund kann, selbst wenn
sich das Einstellventil 62 in einem Normalzustand befindet,
fälschlich ein Abnormitätsalarm ausgelöst werden. Das heißt,
wenn bei dem bekannten System das Verhältnis zwischen einer
gemessenen Ventilstangenverlagerung und einem gemessenen
pneumatischen Druck von einem festgelegten charakteristischen
Ausdruck abweicht, wird ein Alarm ausgelöst.
Da die vorgegebene Beziehung zwischen der Verlagerung der
Ventilstange und dem pneumatischen Druck auf der Strömungs
menge des Fluids in einem Referenzdaten-Meßvorgang basiert,
bewirkt eine Änderung der Strömungsmenge des Fluids eine
leichte Änderung im Verhältnis zwischen der Ventilstangenver
lagerung und dem pneumatischen Druck. Wenn der Zustand der
Strömungsmenge von dem Zustand des Fluids, aus dem der vorge
gebene charakteristische Ausdruck bzw. Kennwert erhalten
wurde, deutlich abweicht, wird somit eine Abnormität ohne
Rücksicht darauf bestimmt, ob sich das Einstellventil 62 im
normalen Zustand befindet.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Ermittlung einer Abnormität in einem Regelventil zu
schaffen, mit denen eine Abnormität in einem Regelventil
exakt ermittelt werden kann, selbst wenn sich der geregelte
Zustand eines Fluids oder der Zustand einer Fluidströmungs
menge ändern.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, wird gemäß der vor
liegenden Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung einer Abnor
mität in einem Regelventil angegeben, das durch einen Ven
tilkörper zum Öffnen und Schließen eines von einem Fluid
durchströmten Kanals, einen an seinem einen Ende mit dem Ven
tilkörper verbundenen Ventilschaft, der in axialer Richtung
vorwärtsbewegt und zurückgezogen, mit anderen Worten hin und
her bewegt werden kann, und eine Ventilschaft-Antriebsvor
richtung, um durch Anlegen einer Antriebskraft an das andere
Ende des Ventilschafts dessen Vorwärts- und Rückwärtsbewegung
zu bewirken, gebildet ist, wobei das Verfahren folgende
Schritte umfaßt: Voreinstellen/Vorgeben eines charakteristi
schen Ausdrucks bzw. Kennwerten oder -daten, die eine
Beziehung zwischen drei Einflußgrößen in einem Normalzustand
des Regelventils verkörpern, die aus einer Verlagerung des
Ventilschaftes, einer von der Ventilschaft-Antriebsvorrichtung
ausgehenden und sich mit der Verlagerung
des Ventilschafts ändernden Antriebskraft sowie einer auf das
eine Ende des Ventilschafts über das Ventil wirkenden
Fluidkraft des Fluids bestehen; Ermitteln der drei
Einflußgrößen auf der Grundlage eines Meßergebnisses;
Berechnen, und zwar auf der Basis von zwei Einflußgrößen, die
aus den ermittelten drei Einflußgrößen ausgewählt werden,
eines voraussichtlichen/geschätzten Wertes der einen
Einflußgröße, die nicht ausgewählt ist, auf der Basis der
beiden ausgewählten Einflußgrößen unter Verwendung des
voreingestellten charakteristischen Ausdrucks; und Verglei
chen eines ermittelten Wertes der einen Einflußgröße, die
nicht ausgewählt ist, mit dem voraussichtlichen Wert sowie
Bestimmen einer Abnormität in dem Regelventil auf der Grund
lage des Vergleichsergebnisses.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau
eines Regelventils in Fig. 2 und 5 zeigt;
Fig. 2 ist ein Blockschaltplan, der den Aufbau eines
Systems zur Ermittlung einer Abnormität eines
Regelventils gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
Fig. 3 ist eine Ansicht der Beziehung zwischen den
drei Einflußgrößen in Fig. 1, das heißt dem
pneumatischen Druck, der Ventilstangenverlagerung
und der Fluidkraft;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die schematisch den
Aufbau eines Regelventils in "Butterfly"-Bauart
zeigt;
Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau eines
bekannten, in der vorliegenden Erfindung
verwendeten Regelventils zeigt;
Fig. 6 ist ein Blockschaltplan, der gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den
Aufbau eines Systems zur Abnormitätsermittlung
in einem Regelventil wiedergibt; und
Fig. 7 ist ein Blockschaltplan, der den Aufbau eines
bekannten Systems zur Abnormitätsermittlung
in einem Einstellventil (Regelventil) zeigt.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen oder -möglichkeiten
der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der in den
schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
hervor.
Zunächst wird die vorliegende Erfindung kurz beschrieben. Wie
aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird das Verhältnis/die Beziehung
zwischen den auf ein Regelventil in der Ventilschaft-Kern
richtung wirkenden Kräften durch eine Antriebskraft A, die
auf dem anliegenden pneumatischen Druck beruht und auf den
Ventilschaft 3 wirkt, eine Vorspannkraft B einer Feder 9 zum
Zurückziehen einer Membran 6, die auch eine Federplatte oder
ein ähnliches vorgespanntes dünnes Element sein kann, und
eine Fluidkraft C eines auf einen Ventilkegel (Regelorgan) 1
wirkenden Fluids ausgeglichen.
In diesem Fall ist eine Kraft Ff eines Fluids, die auf den
Ventilschaft 3 wirkt, die Summe des Drucks eines durch ein
Regelventil 21 strömenden Fluids, der um den Ventilkegel 1
herum wirkt, und der auf einer Änderung des Impulses bzw. der
Bewegungsenergie des Fluids beruhenden Kraft. Das Verhältnis
zwischen Fluidströmungsmenge Q und Differenzdruck ΔP
zwischen dem stromaufwärts und dem stromabwärts gegebenen
Druck (Zuström- und Abströmdruck), erzeugt durch das Fluid
mit der Kraft Ff und auf das Regelventil 21 (Ventilkegel 1)
wirkend, kann annähernd ausgedrückt werden durch die
Gleichung (1):
Ff = C₁·ΔP + C₂Q (1)
Wahlweise kann die folgende Gleichung (1A) verwendet werden:
Ff = C₁·ΔP + C₂Q + C₃Q² (1A)
Entsprechend Gleichung (1A) kann die Kraft Ff, falls man die
Konstanten C₁, C₂ und C₃ im voraus erhält, durch Ermitteln
des Differenzdruckes ΔP und der Strömungsmenge Q errechnet
werden.
In diesem Fall kann die Kraft Ff, wenn das Verhältnis Cv(x)
zwischen der durch die Gleichung (2) gegebenen Regelventil
kapazität Cv und der Ventilschaftverlagerung x, das heißt der
Strömungsmengen-Kenndaten, bekannt ist, durch die Gleichung
(1), (3) oder (4) mit Gleichung (2) ausgedrückt werden:
Cv = Q/ΔP1/2 (2)
Ff = C₁·ΔP + C₂Q
= C₁(Q/Cv(x))² + C₂Q (3)
Ff = C₁·ΔP + C₂Q
= C₁·ΔP + C₂Cv(x)·(ΔP)1/2 (4)
Mit der Anwendung der Gleichung (3) kann die auf den Ventil
schaft wirkende Kraft des Fluids durch Ermitteln der Fluid
strömungsmenge ermittelt werden. Bei Benutzung der Gleichung
(4) kann die Kraft des Fluids, die auf den Ventilschaft 3
wirkt, durch Ermitteln des Differenzdruckes stromaufwärts/
stromabwärts am Regelventil 21 berechnet werden.
Die auf den Ventilschaft 3 wirkende Kraft Ff des Fluids kann
bei Verwendung der Drücke P1 stromaufwärts und P2 stromab
wärts am Regelventil 21 und der Fluidströmungsmenge Q annä
hernd durch die Gleichung (1B) ausgedrückt werden:
Ff = C1·P1 + C2·P2 + C3·Q (1B)
Entsprechend Gleichung (1B) kann die auf den Ventilschaft 3
wirkende Kraft Ff des Fluids, falls die Konstanten C1, C2 und
C3 im voraus erhalten werden, durch Ermitteln der Drücke P1
stromaufwärts und P2 stromabwärts und der Strömungsmenge Q
berechnet werden.
Aus Gleichung (2) und ΔP = P1-P2 wird die Gleichung (1B)
durch die Gleichung (4A) ausgedrückt:
Ff = C1·P1 + C2·P2 + C3·Q
= C1·P1 + C2·P2 + C3·Cv(x)·(P1-P2)1/2 (4A)
Entsprechend Gleichung (4A) kann die Kraft des Fluids, die
auf den Ventilschaft 3 wirkt, durch Ermitteln des Druckes
stromaufwärts und stromabwärts am Regelventil 21 berechnet
werden.
Das Verhältnis zwischen der auf den Ventilschaft 3 wirkenden
Kraft des Fluids, dem Druck des das Regelventil 21
passierenden Fluids und der Fluidströmungsmenge variiert in
Abhängigkeit von der Bauart des Regelventils 21. In einigen
Fällen kann die auf den Ventilschaft 3 wirkende Kraft des
Fluids als eine Funktion nur des Druckes des Fluids, das
durch das Regelventil 21 hindurchfließt, oder der Fluidströ
mungsmenge ausgedrückt werden. In anderen Fällen kann der
Druck des Fluids als eine Funktion nur des Druckes stromauf
wärts und stromabwärts am Steuerventil 21 ausgedrückt werden.
Das heißt, die Kraft des Fluids, die auf den Ventilschaft 3
wirkt, kann durch Ermitteln des Differenzdruckes stromauf
wärts und stromabwärts am Regelventil 21, der Drücke strom
aufwärts und stromabwärts am Regelventil 21 oder der Fluid
strömungsmenge ermittelt werden. Es sei ein Fall betrachtet,
in dem die Kraft des Fluids, die auf das Regelventil 21
wirkt, durch den Differenzdruck stromaufwärts und stromab
wärts am Regelventil 21 und die Fluidströmungsmenge angenä
hert bestimmt werden kann.
In diesem Fall wird das Verhältnis zwischen der auf den Ven
tilschaft 3 wirkenden Kraft des Fluids und dem Differenzdruck
stromaufwärts und stromabwärts am Regelventil 21 oder der
Fluidströmungsmenge als Kennwert-Gleichung angesetzt, die
durch die Gleichung (5) ausgedrückt wird. Falls das Regelven
til 21 für einen pneumatischen Antrieb ausgebildet ist, gilt
die nachfolgende Kennwert-Gleichung:
P·S = K(x-x₀) + C₁·ΔP + C₂Q (5),
wobei P der pneumatische Betriebsdruck, x die Ventilschaft
verlagerung, ΔP der Differenzdruck stromaufwärts und strom
abwärts am Regelventil 21, S die Querschnittsfläche (Kon
stante 1) der Membran 6, K eine die Steifigkeit (dynamische
Elastizität) der Feder verkörpernde Konstante (Konstante 2)
und x₀ der Anfangswert (Konstante 3) der Ventilschaftverlage
rung ist sowie C₁ und C₂ (Konstante 4 und 5) Konstanten sind,
die die Fluidkräfte repräsentieren.
Gemäß Gleichung (5) wird das Verhältnis zwischen den folgen
den drei Zuständen als eine charakteristische oder Kennwert-Gleichung
unter Berücksichtigung des im Gleichgewicht stehen
den Verhältnisses zwischen den in axialer Richtung des Ven
tilschaftes 3 des Regelventils 21 wirkenden Kräften ausge
drückt:
- I. Antriebskraft P·S zur Ventilschaftverlagerung entspre chend dem pneumatischen Druck;
- II. Vorspannkraft K(x-x₀) der Feder 9, die dem Federkon traktionsbetrag entspricht, der durch die Verlagerung des Ventilschaftes 3 bestimmt ist; und
- III. Fluidkraft C₁·ΔP + C₂Q, die sich auf die Ventilschaft verlagerung auswirkt, wenn ein Fluid strömt.
Ein geschätzter bzw. voraussichtlicher pneumatischer Druck
wird aus einer gemessenen Verlagerung des Ventilschaftes und
einer gemessenen Strömungsmenge gemäß Gleichung (5) erhalten.
Der erhaltene vorausberechnete voraussichtliche Wert wird mit
einem tatsächlich gemessenen pneumatischen Druck verglichen.
Falls durch Vergleich bestimmt wird, daß die Differenz zwi
schen den beiden Werten ein vorbestimmter Wert oder mehr ist,
wird festgestellt, daß in dem Regelventil 21 eine Abnormität
aufgetreten ist.
Falls nur eine Fluidströmungsmenge zu messen ist, und zwar
ohne Messung des Differenzdruckes stromaufwärts und stromab
wärts am Regelventil 21, kann das durch die Gleichung (6)
gegebene Verhältnis als Kennwert-Gleichung verwendet werden:
P·S = K(x-x₀) + C₁ΔP + C₂Q
= K(x-x₀) + C₁(Q/Cv(x))² + C₂Q, (6)
worin Cv(x) die Kenngröße bzw. der Kennwert der Strömungs
menge ist.
Wenn der Differenzdruck stromaufwärts und stromabwärts am
Regelventil 21 ohne Messung der Fluidströmungsmenge zu messen
ist, kann das durch die Gleichung (7) gegebene Verhältnis als
Kennwert-Gleichung verwendet werden:
P·S = K(x-x₀) + C₁ΔP + C₂
= K(x-x₀) + C₁ΔP + C₂Cv(x)·(ΔP)1/2 (7).
Gemäß Gleichung (7) reicht es aus, wenn die Konstanten 1 bis
5 und das Verhältnis zwischen der Ventilkapazität Cv und der
Ventilschaftverlagerung x, das heißt die Strömungsmengenkenn
werte Cv(x), verfügbar sind.
Wenn die Kraft des Fluids, die auf den Ventilschaft 3 wirkt,
unter Verwendung der Drücke stromaufwärts und stromabwärts am
Regelventil 21 und die Fluidströmungsmenge angenähert be
stimmt werden sollen, kann Gleichung (5A) als
Kennwert-Gleichung verwendet werden:
P·S = K(x-x₀) + C₁·P1 + C₂·P2 + C₃·Q (5A),
wobei P1 der Druck stromaufwärts am Regelventil 21 und P2 der
Druck stromabwärts am Regelventil 21 ist, und C₁, C₂ und C₃
(Konstanten 4, 5 und 6) die Fluidkraft repräsentierende Kon
stanten sind.
Wenn die Drücke stromaufwärts und stromabwärts am Regelventil
21 ohne Messung einer Fluidströmungsmenge gemessen werden
sollen, kann Gleichung (7) als Kennwert-Gleichung verwendet
werden:
P·S = K(x-x₀) + C1·P1 + C2·P2 + C3·Q
= K(x-x₀) + C1·P1 + C2·P2 + C3 Cv(x)
(P1-P2)1/2 (7A).
Gemäß Gleichung (7A) genügt es, wenn die Konstanten 1 bis 6
und das Verhältnis zwischen der Ventilkapazität (Ventilvo
lumen) Cv und der Ventilschaftverlagerung x, das heißt die
Kennwerte der Strömungsmenge Cv(x), vorhanden sind.
Fig. 2 zeigt den Aufbau eines Systems zur Abnormitäts-Er
mittlung in einem Regelventil gemäß einer ersten Ausfüh
rungsform der vorliegenden Erfindung, und insbesondere eine
Anordnung, die zur näherungsweisen Bestimmung der auf den
Ventilkegel 3 wirkenden Kraft eines Fluids unter Verwendung
einer Fluidströmungsmenge aufgebaut ist. Unter Bezugnahme auf
Fig. 2 umfaßt das System zur Abnormitäts-Ermittlung in einem
Regelventil einen elektro-pneumatischen Positionierer 22 zum
Antreiben/Steuern des Regelventils 21, eine Abnormitäts-Er
mittlungseinrichtung 23 für ein Regelventil und eine Alarmab
schnitt (Alarmeinheit) 24.
In dem elektro-pneumatischen Positionierer 22 wird ein Soll
wert über einen Eingabeabschnitt 221 in einen Steuerbetriebs
abschnitt 222 eingegeben. Der Steuerbetriebsabschnitt 222
steuert eine Pneumatikdruck-Erzeugungsabschnitt 223 ent
sprechend dem eingegebenen Sollwert. Der
Pneumatikdruck-Erzeugungsabschnitt 223 treibt das Regelventil 21 an, indem
die Membran 6 durch Zufuhr von Luft über eine Luftzuführungs
öffnung 8 in Fig. 5 zu einer Vorwärtsbewegung veranlaßt wird.
Der Steuerbetriebsabschnitt 222 überwacht die Ventilschaft
verlagerung, die durch einen Ventilschaftverlagerungs-Ermitt
lungsabschnitt 224 ermittelt wird, und unterbricht den
Betrieb des Pneumatikdruck-Erzeugungsabschnitts 223, wenn die
Ventilschaftverlagerung gleich dem Sollwert wird.
Ein Pneumatikdruck-Ermittlungsabschnitt 231 ermittelt den von
dem Pneumatikdruck-Erzeugungsabschnitt 223 erzeugten pneuma
tischen Druck. Ein Strömungsmengen-Ermittlungsabschnitt 232
ermittelt die durch das Regelventil 21 geregelte Fluidströ
mungsmenge. Ein Fluidzustand-Ermittlungsabschnitt 237 verfügt
über einen Speicher 237a, in dem das Verhältnis zwischen der
Kraft des Fluids, die auf den Ventilschaft 3 wirkt, und der
Fluidströmungsmenge im voraus gespeichert wird. Der
Fluidzustand-Ermittlungsabschnitt 237 erhält die Kraft des
Fluids, die auf den Ventilschaft 3 wirkt, das heißt die
Fluidkraft von der Fluidströmungsmenge, die durch den
Fluidströmungsmengen-Ermittlungsabschnitt 232 unter Ver
wendung der gespeicherten Beziehung ermittelt wird.
In der Abnormitäts-Ermittlungsvorrichtung 23 für ein Regel
ventil berechnet ein Pneumatikdruck-Schätz- oder Vorausbe
rechnungsabschnitt 234 aus der Fluidkraft, die von dem Fluid
zustand-Ermittlungsabschnitt 237 ermittelt wird, und der
Ventilschaftverlagerung, die durch den Ventilschaftverlage
rungs-Ermittlungsabschnitt ermittelt wird, unter Verwendung
der oben erwähnten Kennwert-Gleichung, die in einem Speicher
abschnitt 233 für eine Kennwert-Gleichung gespeichert wird,
einen voraussichtlichen (geschätzten) pneumatischen Druck.
Ein Pneumatikdruck-Vergleichsabschnitt 235 vergleicht den
durch den Pneumatikdruck-Ermittlungsabschnitt 231 ermittelten
pneumatischen Druck mit dem voraussichtlichen pneumatischen
Druck, der durch den Pneumatikdruck-Schätzabschnitt 234
berechnet wurde. Wenn der Pneumatikdruck-Vergleichsabschnitt
235 auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses feststellt,
daß die Differenz zwischen dem ermittelten pneumatischen
Druck und dem voraussichtlichen (berechneten) pneumatischen
Druck ein vorbestimmter Wert ist, zum Beispiel 5% oder mehr
des Betriebsbereichs, meldet er Pneumatikdruck-Vergleichsabschnitt
235 eines Alarmsignal-Ausgabeabschnitts
236, daß in dem Regelventil 21 eine Abnormität aufgetreten
ist. Nach Empfang der Meldung über die Abnormität in dem
Regelventil 21 gibt der Alarmsignal-Ausgabeabschnitt 236 an
den Alarmabschnitt 24 ein Alarmsignal aus. Der Alarmabschnitt
24 erzeugt einen Alarm, um anzuzeigen, daß in dem Regelventil
21 eine Abnormität aufgetreten ist. Es ist festzustellen, daß
der oben genannte vorbestimmte Wert ein auf der Basis eines
Druckmeßfehlers bestimmter Wert oder ein Wert sein kann, der
auf der Grundlage von Veränderungen der normalen Daten, die
in einem vorbestimmten Zeitraum gewonnen wurden, bestimmt
wurde.
In der ersten, in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform kann die
Kraft des Fluids, die auf den Ventilschaft 3 wirkt, ange
nähert durch die Fluidströmungsmenge bestimmt werden. Jedoch
ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Wie
oben beschrieben, ist in der Praxis die Kraft Ff des Fluids,
die auf den Ventilschaft 3 wirkt, die Summe des Drucks des
durch das Regelventil 21 hindurchfließenden Fluids, die um
den Ventilkegel 1 herum wirkt, und einer auf Veränderungen in
der Fluidbewegung beruhenden Kraft.
In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
gemäß Fig. 6 ist zusätzlich zu der Anordnung nach Fig. 2 ein
Druck-Ermittlungsabschnitt 238 zum Ermitteln der Drücke
(Drücke stromaufwärts und stromabwärts) an den stromaufwärts
und stromabwärts befindlichen Kanälen (Zuführungs- und
Abführungskanal) eines Regelventils 21 zweiseitig mit dem
Regelventil 21 verbunden. Entsprechend dieser Anordnung
erhält man durch einen Fluidzustand-Ermittlungsabschnitt 237
unter Einbeziehung des Druckes stromaufwärts und stromabwärts
an dem Regelventil 21 eine von dem Druck-Ermittlungsabschnitt
238 ermittelte Fluidkraft , und zwar zusätzlich zu dem
Fluidströmungsmenge, die mit der Strömungsmengen-
Ermittlungsabschnitt 232 ermittelt wird. Die Beziehung
zwischen der Fluidkraft und dem Druck stromaufwärts und
stromabwärts am Regelventil 21 wird in einem Speicher 237A
der Fluidzustand-Ermittlungsabschnitt 237 im voraus ge
speichert.
Mit der zweiten Ausführungsform erhält man, falls die Kraft
des Fluids, die auf den Ventilschaft 3 wirkt, unter Verwen
dung der Differenz (Differenzdruck stromaufwärts und strom
abwärts) zwischen den Drücken an den stromaufwärts und strom
abwärts gelegenen Kanälen des Regelventils 21 angenähert be
stimmt werden kann, durch den Fluidzustand-Ermittlungsab
schnitt 237 unter Verwendung nur der stromaufwärts und strom
abwärts vorhandenen Drücke am Regelventil 21, die jeweils mit
dem Druck-Ermittlungsabschnitt 238 ermittelt werden, eine
Fluidkraft.
Als andere Möglichkeit genügt es, wenn nur der stromaufwärts
und stromabwärts vorhandene Druck am Regelventil 21 verwendet
wird, der mit dem Druck-Ermittlungsabschnitt 238 ermittelt
wird. In diesem Fall wird die Beziehung zwischen der Fluid
kraft und dem stromaufwärts und stromabwärts gegebenen Druck
am Regelventil 21 in dem Speicher 237a des Fluidzustand-Ermittlungsabschnitts
237 in voraus gespeichert.
Des weiteren kann der Differenzdruck stromaufwärts und ab
wärts verwendet werden, den man aus dem stromaufwärts und
stromabwärts vorhandenen Druck am Regelventil 21 erhält, der
jeweils von dem Druck-Ermittlungsabschnitt 238 ermittelt
wird. In diesem Fall wird das Verhältnis zwischen der Fluid
kraft und dem Differenzdruck stromaufwärts und stromabwärts
am Regelventil 21 in dem Speicher 237a des Fluidzustand-Ermittlungsabschnitts
237 in voraus gespeichert.
Wie oben beschrieben und in Fig. 3 dargestellt, wird gemäß
der ersten und zweiten Ausführungsform eine Abnormität in dem
Regelventil 21 unter Verwendung der auf dem Gleichgewicht
zwischen dem pneumatischen Druck, der Ventilschaftverlagerung
und der Fluidkraft beruhenden Beziehung ermittelt. Falls die
Kraft des Fluids, die auf den Ventilschaft 3 wirkt, unter
Verwendung des Differenzdruckes stromaufwärts und strom
abwärts am Regelventil 21 oder der Fluidströmungsmenge an
nähernd bestimmt werden kann, läßt sich unter Anwendung des
auf dem Gleichgewicht zwischen dem pneumatischen Druck, der
Ventilverlagerung und der Fluidströmungsmenge basierenden
Verhältnisses eine Abnormität in dem Regelventil ermitteln.
Anders als bei dem bekannten System, das zur Anwendung des
Verhältnisses zwischen lediglich zwei der oben beschriebenen
drei Faktoren aufgebaut ist, kann, wie oben beschrieben, eine
Abnormität in dem Regelventil - ohne Ermitteln dieses Zu
standes als Abnormität - exakt ermittelt werden, selbst wenn
sich der geregelte Zustand eines Fluids beträchtlich ändert.
In jeder oben beschriebenen Ausführungsform wird unter Ver
wendung einer Fluidkraft und einer Ventilschaftverlagerung
ein voraussichtlicher pneumatischer Druck berechnet. Jedoch
ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Außer
dem wird unter Anwendung der Fluidströmungsmenge und der Ven
tilschaftverlagerung ein voraussichtlicher pneumatischer Be
triebsdruck vorausberechnet, wenn die Fluidstärke mit Hilfe
des Differenzdruckes stromaufwärts und stromabwärts am Regel
ventil 21 oder der Fluidströmungsmenge annähernd bestimmt
werden kann. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf be
schränkt. Beispielsweise kann eine voraussichtliche Fluid
kraft (die Kraft des Fluids, die auf den Ventilschaft wirkt)
unter Anwendung des pneumatischen Druckes (Ventilschaft-An
triebskraft) und der Ventilschaftverlagerung berechnet
werden, und die berechnete voraussichtliche Fluidkraft kann
mit einer festgestellten Fluidkraft verglichen werden. Da
rüber hinaus kann unter Verwendung des pneumatischen Drucks
und der Ventilschaftverlagerung, wenn eine Fluidkraft unter
Anwendung des Differenzdruckes stromaufwärts und stromabwärts
in dem Regelventil 21 oder der Fluidströmungsmenge annähernd
bestimmt werden kann, eine voraussichtliche Fluidströmungs
menge berechnet werden, und die berechnete voraussichtliche
Fluidströmungsmenge kann mit einer festgestellten Fluidströ
mungsmenge verglichen werden.
Des weiteren kann unter Anwendung des pneumatischen Drucks
und der Fluidstärke eine voraussichtliche Ventilschaftver
lagerung berechnet werden, und die berechnete voraussicht
liche Ventilschaftverlagerung kann mit einer gemessenen
Ventilschaftverlagerung verglichen werden. Wenn eine Fluid
kraft unter Anwendung des Differenzdruckes stromaufwärts und
stromabwärts in dem Regelventil 21 oder die Fluidströmungs
menge annähernd bestimmt werden kann, läßt sich auch in
diesem Fall unter Verwendung des pneumatischen Druckes und
der Fluidströmungsmenge eine voraussichtliche Ventilschaft
verlagerung berechnen, und diese kann mit einer gemessenen
Ventilschaftverlagerung verglichen werden.
In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ist das
Regelventil in einer Bauweise konstruiert, bei der die Rege
lung der Strömungsmenge mit Hilfe eines vorwärts oder rück
wärts bewegten Ventilkegels 1 erfolgt. Jedoch ist die vorlie
gende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann
die vorliegende Erfindung, wie in Fig. 4 dargestellt ist, bei
einem Regelventil 121 angewendet werden, das ein als
"Butterfly"-Ventil bezeichnetes Öffnungs- und Schließventil
aufweist. Bei diesem Regelventil 121 schwenkt mit der Vor
wärtsbewegung bzw. dem Zurückziehen des Ventilschaftes 3 eine
Ventilklappe (Ventilflügel) 41 um eine Achse 42, um dadurch
die Strömungsmenge eines in einem Rohr 43 strömenden Fluids
zu regeln. In diesem Fall kann als Kennwert- Ausdruck eine
Gleichung verwendet werden, die mit der um die Achse 42 ins
Gleichgewicht gebrachten Drehkraft verknüpft ist.
Im Falle des Butterfly-Ventils nach Fig. 4 kann - ähnlich wie
bei dem zur Regelung der Strömungsmenge unter Anwendung eines
vorwärts- bzw. rückwärtsbewegten Ventilkegels 1 aufgebauten
Regelventil 21 - die auf die Ventilklappe 41 wirkende Kraft
des Fluids als die Summe des Druckes des durch das Regel
ventil 121 hindurchströmenden Fluids, das um die Ventilklappe
41 herum wirksam ist, und einer auf einer Änderung in der
Bewegungsenergie des Fluids beruhenden Kraft betrachtet wer
den. Falls das Fluid mit Bezug auf Fig. 4 in dem Rohr 43 mit
einer Strömungsmenge Q und mit einer Strömungsgeschwindigkeit
v strömt, wird zwischen den vorderen und hinteren Teilen der
Ventilklappe 41 ein Differenzdruck erzeugt. Die auf dem Dif
ferenzdruck stromaufwärts und stromabwärts an dem Regelventil
121 basierenden Kräfte sind an den oberen und unteren Teilen
der Ventilklappe 41 gleich. In Anbetracht des Gleichgewichts
zwischen den Drehkräften um die Achse 42 wird durch den Dif
ferenzdruck stromaufwärts und stromabwärts am Regelventil 121
keine Drehkraft um die Achse 42 erzeugt.
Die Strömungsgeschwindigkeiten v₁ und v₂ des Fluids, das
durch die Spalte zwischen den beiden Endteilen der Ventil
klappe 41 und dem Rohr 43 strömt, sind viel größer als die
Geschwindigkeit v bei der Fluidströmungsmenge Q. Das heißt,
in diesen Bereichen ändert sich die Bewegungsenergie des
Fluids. Aus diesem Grund empfangen die beiden Endteile der
Ventilklappe 41 Gegenkräfte F₁ und F₂.
Wenn das Fluid in einer Richtung entlang der Ventilklappe 41
strömt, wird aus der Anwendung der Regel von der Fluid-Bewe
gungsgröße in der Richtung entlang der Ventilklappe 41 deut
lich, daß ein Unterschied zwischen den Strömungsmengen q₁ und
an den Endteilen stromaufwärts und stromabwärts der Ven
tilklappe 41 vorhanden ist. Daher gilt: q₁ < q₂ und
v₁ < v₂. Das heißt, der Grad der Änderung in der Bewegungs
energie ist an dem stromabwärts befindlichen Endteil der Ven
tilklappe 41 höher als an dem stromaufwärts gelegenen End
teil, und somit ist F₁ < F₂.
Das bedeutet, daß beim Strömen des Fluids an der Ventilklappe
41 in dessen Drehrichtung Kräfte wirken, und diese Kräfte
sind mit der Strömungskraft verknüpft. Falls bei dem Regel
ventil 121 somit ein Ausdruck, der mit den um die Achse 42
ausgeglichenen Drehkräften verknüpft ist, wegen der obigen
Ungleichung F₁ < F₂ als ein Kennwert bzw. charakteristischer
Ausdruck verwendet wird, kann, wie in dem Fall des Regelven
tils 21, eine Abnormität ermittelt werden.
Im Falle eines solchen Butterfly-Ventils genügt es, die Auf
merksamkeit auf das Verhältnis zwischen der Kraft Ff des
Fluids, die auf den Ventilschaft 3 ausgeübt wird, und der
Fluidströmungsmenge zu richten. Diese Beziehung kann nähe
rungsweise durch die Gleichung (8) ausgedrückt werden:
Ff = C₂Q (8).
Falls die Konstante C₂ im voraus erhalten wird, kann die
Kraft Ff entsprechend der Gleichung (8) durch Ermitteln der
Strömungsmenge Q ermittelt werden.
Es ist zu bemerken, daß die Kraft Ff durch die Gleichung
Ff = C₂Q + C₃Q² (8A)
gegeben sein kann.
Wenn die Konstanten C₂ und C₃ im voraus erhalten werden, kann
gemäß Gleichung (8A) die Kraft Ff durch Ermitteln der Strö
mungsmenge Q ermittelt werden.
Darüber hinaus kann die Kraft Ff durch die Gleichung
Ff = C₃Q (8B)
gegeben sein.
Das Verhältnis zwischen der Kraft des Fluids, die auf den
Ventilschaft 3 wirkt, und der Fluidströmungsmenge wird, wie
beispielsweise Gleichung (9), als eine Kennwert-Gleichung
aufbereitet. Diese Kennwert-Gleichung wird angewendet, wenn
das Regelventil 121 pneumatisch angetrieben wird.
P·S = K(x-x₀) + C₂′Q (9),
wobei P der pneumatische Druck, x die Ventilschaftverlage
rung, S die Querschnittsfläche der Membran, K eine die Feder
steifigkeit wiedergebende Konstante (Konstante 2), x₀ die an
fängliche Ventilschaftverlagerung (Konstante 3) und C₂′ eine
die Fluidkraft repräsentierende Konstante (Konstante 5) ist.
Gleichung (9) zeigt in etwa auf, daß die Drehkräfte um die
Achse 42, das heißt die durch die Ventilschaft-Antriebskraft
um die Achse 42 erzeugte Drehkraft und die durch die Fluid
kraft um die Achse 42 erzeugte Drehkraft, im Gleichgewicht
gehalten sind.
In diesem Fall wird unter Anwendung der Gleichung (9) mit
einer gemessenen Ventilschaftverlagerung und einer gemessenen
Strömungsmenge ein voraussichtlicher pneumatischer Druck er
halten, und der vorausberechnete pneumatische Druck wird mit
einem tatsächlich gemessenen pneumatischen Druck verglichen.
Falls auf der Basis dieses Vergleichs festgestellt wird, daß
der Unterschied zwischen den beiden Werten ein vorbestimmter
Wert oder mehr ist, wird festgestellt, daß in dem Regelventil
121, das als Butterfly-Ventil aufgebaut ist, eine Abnormität
aufgetreten ist. Die Kennwert-Gleichung (9) wird im voraus in
der Speicherabschnitt 233 für die Kennwert-Gleichung gemäß
Fig. 2 gespeichert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird - wie oben beschrieben
wurde - das Auftreten einer Abnormität festgestellt, wenn das
Gleichgewicht zwischen der Ventilschaftverlagerung, der An
triebskraft, die an dem einen Ende des Ventilschaftes aufge
bracht wird und sich mit der Verlagerung des Ventilschaftes
ändert, und der Fluidkraft des Fluids, die auf das andere
Ende des Ventilschaftes über das Regelorgan wirkt, von dem
Gleichgewicht im Normalzustand abweicht. Selbst wenn sich
daher der geregelte Zustand deutlich ändert in der Art, daß
sich der Zustand der Fluidströmungsmenge erheblich von dem
der Fluidströmungsmenge unterscheidet, der aus einem vorbe
stimmten Kennwert-Ausdruck erhalten wird, kann eine Abnor
mität in dem Regelventil genau ermittelt werden.
Darüber hinaus kann gemäß der vorliegenden Erfindung mit der
Anwendung der Vorrichtung, die zur Ermittlung einer Antriebs
kraft (pneumatischer Druck), einer Ventilschaftverlagerung,
einer Fluidströmungsmenge und des Druckes des Fluids (der
Druck stromaufwärts und stromabwärts an dem Regelventil oder
der Differenzdruck stromaufwärts und stromabwärts) aufgebaut
ist, die Ursache einer Abnormität bis zu einem bestimmten
Grad im einzelnen benannt werden. Insbesondere werden die
Ventilverlagerung, die Fluidströmungsmenge und der Druck des
Fluids ermittelt, und das Verhältnis zwischen der Kapazität
des Regelventils, die aus der Fluidströmungsmenge und dem
Differenzdruck stromaufwärts und stromabwärts am Regelventil
berechnet wird, und der Ventilverlagerung wird überwacht. Mit
diesem Verfahren wird eine Änderung der Strömungsmengenmerk
male ermittelt, um eine gewünschte Regelventilkapazität exakt
zu erreichen. Eine derartige Änderung der Strömungsmengen
kennwerte wird beispielsweise durch einen verschlissenen
Ventilkegel hervorgerufen. Durch Ermitteln dieser Änderung in
der Strömungsmengencharakteristik kann somit eine Abnormität
des Regelventils, zum Beispiel ein Ventilkegelverschleiß,
erkannt werden.
Die Fluidkraft wird aus der Fluidströmungsmenge und dem
Fluiddruck ermittelt. In diesem Fall wird das Verhältnis
zwischen der Kapazität des Regelventils und der Ventilschaft
verlagerung, das heißt der Kennwert-Ausdruck der Strömungs
menge, nicht als Kennwert-Gleichung verwendet. Aus diesem
Grund wird eine Änderung in den Strömungsmengenmerkmalen
nicht ermittelt, um eine Abnormität festzustellen. Bei der
Abnormitäts-Ermittlung wird somit eine Abnormität, die durch
eine Änderung der Strömungsmengenkennwerte verursacht wird,
nicht festgestellt. Da jedoch eine Fluidströmungsmenge und
der Differenzdruck stromaufwärts und stromabwärts am Regel
ventil gemessen werden, können die Strömungsmengenkennwerte
aus diesen Meßwerten errechnet werden.
Falls daher eine Änderung in den Strömungsmengenmerkmalen aus
einer gemessenen Fluidströmungsmenge und einem gemessenen
Differenzdruck stromaufwärts und stromabwärts am Regelventil
ermittelt wird, aber keine Abnormität aus der Antriebskraft,
der Ventilschaftverlagerung, der Fluidströmungsmenge und dem
Fluiddruck ermittelt wird, kann bestimmt werden, daß eine
Abnormität in einem Teil aufgetreten ist, der eine Änderung
in den Strömungsmengenmerkmalen bewirkt. Wenn eine Abnormität
über die Antriebskraft, die Ventilschaftverlagerung, die
Fluidströmungsmenge und den Fluiddruck festgestellt wird,
kann im Gegensatz dazu bestimmt werden, daß die Abnormität in
einem Teil aufgetreten ist, der keine Änderung in den Strö
mungsmengenmerkmalen verursacht.
Wenn eine Antriebskraft (pneumatischer Druck), eine Ventil
schaftverlagerung, eine Fluidströmungsmenge, ein Fluiddruck
(Druck stromaufwärts und stromabwärts am Regelventil oder
Differenzdruck stromaufwärts und stromabwärts am Regelventil)
ermittelt werden sollen, kann die Ursache einer Abnormität,
wie oben beschrieben, bis zu einem bestimmten Grad spezi
fiziert werden, zum Beispiel eine Abnormität, die durch eine
Änderung der Strömungsmengenmerkmale bewirkt wird, oder eine
durch andere Faktoren des Regelventils verursachte Abnormi
tät.
Claims (12)
1. Ein Verfahren zum Ermitteln einer Abnormität in einem Re
gelventil, das durch ein Ventilorgan bzw. einen Ventilke
gel (1, 41) zum Öffnen/Schließen eines von einem Fluid
durchströmten Kanals, einen Ventilschaft (3), der an
einem Ende mit dem Ventilorgan verbunden ist und in axia
ler Richtung vorwärtsbewegt und zurückgezogen werden
kann, und eine Ventilschaft-Antriebsvorrichtung (6, 22)
zum Vorwärts-/Rückwärtsbewegen des Ventilschaftes durch
Aufbringen einer Antriebskraft an dessen anderem Ende
gebildet ist, gekennzeichnet durch die Schritte:
- - Voreinstellen eines charakteristischen Ausdrucks oder Kennwerts, der eine Beziehung zwischen drei Einfluß größen in einem Normalzustand des Regelventils darstellt, wobei die Einflußgrößen aus einer Verstellung oder Verla gerung des Ventilschaftes, einer von der Ventilschaft-An triebsvorrichtung ausgehenden und sich mit der Verstel lung/Verlagerung des Ventilschaftes ändernden Antriebs kraft sowie einer auf ein Ende des Ventilschaftes über das Ventilorgan wirkenden Fluidkraft des Fluids bestehen;
- - Ermitteln der drei Einflußgrößen auf der Grundlage eines Meßergebnisses;
- - Berechnen, und zwar auf der Basis von zwei Einfluß größen, die aus den ermittelten drei Einflußgrößen ausge wählt sind, eines voraussichtlichen Wertes der einen Ein flußgröße, die nicht ausgewählt ist, auf der Basis der beiden ausgewählten Einflußgrößen unter Verwendung des voreingestellten charakteristischen Ausdrucks; und
- - Vergleichen eines ermittelten Wertes der einen Einflußgröße, die nicht ausgewählt ist, mit dem berech neten voraussichtlichen Wert und Bestimmen einer Abnor mität in dem Regelventil auf der Grundlage des Ver gleichsergebnisses.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es
weiter die Schritte umfaßt:
- - Einstellen einer Beziehung, die ein Verhältnis zwischen der Fluidkraft und der Strömungsmenge des Fluids verkörpert;
- - Messen der Strömungsmenge des Fluids; und
- - Erhalten einer Fluidkraft aus der gemessenen Fluid menge des Fluids unter Verwendung der aufgestellten Be ziehung.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es
weiter die Schritte umfaßt:
- - Einstellen einer Beziehung, die das Verhältnis zwischen der Fluidkraft und einem Differenzdruck strom aufwärts und stromabwärts des Fluids am Regelventil wied derspiegelt;
- - Messen des stromaufwärts und stromabwärts vorhandenen Differenzdrucks des Fluids am Regelventil; und
- - Erhalten einer Fluidkraft aus dem gemessenen strom aufwärts und stromabwärts vorhandenen Differenzdruck des Fluids am Regelventil unter Verwendung der eingestellten Beziehung.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es
weiter die Schritte umfaßt:
- - Einstellen einer Beziehung, die das Verhältnis zwischen der Fluidkraft und dem stromaufwärts und strom abwärts vorhandenen Druck des Fluids am Regelventil wie derspiegelt;
- - Messen des stromaufwärts und stromabwärts vor handenen Druckes des Fluids am Regelventil; und
- - Erhalten einer Fluidkraft aus dem gemessenen, stromaufwärts und stromabwärts vorhandenen Druck des Fluids am Regelventil unter Verwendung der eingestellten Beziehung.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es
weiter die Schritte umfaßt:
- - Einstellen einer Beziehung, die das Verhältnis zwischen der Fluidkraft und dem stromaufwärts vorhandenen Druck des Fluids am Regelventil wiederspiegelt;
- - Messen des stromaufwärts vorhandenen Drucks des Fluids; und
- - Erhalten einer Fluidkraft aus dem gemessenen, stromaufwärts vorhandenen Druck des Fluids am Regelventil unter Verwendung der eingestellten Beziehung.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es
weiter die Schritte umfaßt:
- - Einstellen einer Beziehung, die das Verhältnis zwischen der Fluidkraft und dem stromabwärts vorhandenen Druck des Fluids am Regelventil wiederspiegelt;
- - Messen des stromabwärts vorhandenen Drucks des Fluids am Regelventil; und
- - Erhalten einer Fluidkraft aus dem gemessenen, stromabwärts vorhandenen Druck des Fluids am Regelventil unter Verwendung der eingestellten Beziehung.
7. Eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Abnormität in einem
Regelventil, das durch ein Ventilorgan/-kegel (1, 41) zum
Öffnen/Schließen eines von einem Fluid durchströmten Ka
nals, einen Ventilschaft (3), der an einem Ende mit dem
Ventilorgan verbunden ist und in axialer Richtung vor
wärtsbewegt und zurückgezogen werden kann, und eine Ven
tilschaft-Antriebsvorrichtung (6, 22) zum Vorwärts-/Rück
wärtsbewegen des Ventilschaftes durch Aufbringen einer
Antriebskraft an dessen anderem Ende gebildet ist, ge
kennzeichnet durch
- - Speichermittel (233), in denen ein charakte ristischer Ausdruck/Kennwert im voraus gespeichert wird, der im Normalzustand des Regelventils ein Verhältnis zwischen drei Einflußgrößen repräsentiert, die aus einer Verstellung bzw. Verlagerung des Ventilschaftes, einer von der Ventilschaft-Antriebsvorrichtung ausgehenden Antriebskraft, die sich bei Verstellung des Ventilschaftes ändert, und einer Fluidkraft des Fluids, die auf das eine Ende des Ventilschaftes über das Ventilorgan wirkt, bestehen;
- - Verstellungs-Ermittlungsmittel (224) zum Ermitteln der Verstellung/Verlagerung des Ventilschaftes auf der Basis eines Meßergebnisses;
- - Antriebskraft-Ermittlungsmittel (231) zum Ermitteln einer von dem Ventilschaft-Antriebsmittel ausgehenden Antriebskraft auf der Basis eines Meßergebnisses;
- - Fluidzustand-Ermittlungsmittel (237) zur Ermittlung einer Fluidkraft auf der Basis eines Meßergebnisses;
- - Schätzwert-Berechnungsmittel (234) zur Berechnung - und zwar auf der Basis von zwei Einflußgrößen, die aus den von den Verstellungs-Ermittlungsmitteln, von den An triebskraft-Ermittlungsmitteln und von den Fluidzustand-Ermittlungsmitteln erhaltenen drei Einflußgrößen ausge wählt sind - eines voraussichtlichen Wertes der einen, nicht ausgewählten Einflußgröße unter Verwendung des in den Speichermitteln gespeicherten charakteristischen Ausdrucks; und
- - Vergleichsmittel (235) zum Vergleichen der einen, nichtausgewählten Einflußgröße mit dem von den Schätz wert-Berechnungsmitteln erhaltenen voraussichtlichen Wert und zum Bestimmen einer Abnormität in dem Regelventil auf der Basis des Vergleichsergebnisses.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
sie weiter Strömungsmengen-Ermittlungsmittel (232) zur
Ermittlung einer Strömungsmenge des Fluids umfaßt, und
- - wobei die Fluidzustand-Ermittlungsmittel einen Speicher (237a) umfassen, in dem im voraus eine Beziehung gespeichert ist, die ein Verhältnis zwischen der Fluid kraft und der Strömungsmenge verkörpert, und die Fluid kraft aus der Strömungsmenge des Fluids, die von den Strömungsmengen-Ermittlungsmitteln erhalten wird, unter Verwendung der gespeicherten Beziehung ermitteln.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
sie ferner Druck-Ermittlungsmittel (238) zur Ermittlung
eines stromaufwärts und stromabwärts vorhandenen Diffe
renzdruckes des Fluids an dem Regelventil umfaßt, und
- - wobei die Fluidzustand-Ermittlungsmittel einen Speicher 237a umfassen, in dem eine Beziehung im voraus gespeichert ist, die ein Verhältnis zwischen der Fluid kraft und dem stromaufwärts und stromabwärts vorhandenen Differenzdruck des Fluids an dem Regelventil wiederspie gelt, und die Fluidkraft aus dem stromaufwärts und strom abwärts vorhandenen Differenzdruck des Fluids an dem Regelventil, der durch die Druck-Ermittlungsmittel er mittelt wird, unter Verwendung der gespeicherten Bezie hung ermitteln.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
sie weiter Druck-Ermittlungsmittel (238) zur Ermittlung
der stromaufwärts und stromabwärts vorhandenen Druckes
des Fluids an dem Regelventil umfaßt, und
- - wobei die Fluidzustand-Ermittlungsmittel einen Speicher (237a) umfassen, in dem eine Beziehung im voraus gespeichert ist, die ein Verhältnis zwischen einer Fluid kraft und dem stromaufwärts und stromabwärts vorhandenen Druck des Fluids an dem Regelventil repräsentiert, und die Fluidkraft aus dem stromaufwärts und stromabwärts vorhandenen Druck des Fluids an dem Regelventil, der jeweils von dem Druck-Ermittlungsmittel erhalten wird, unter Verwendung der gespeicherten Beziehung ermitteln.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
sie weiter Druck-Ermittlungsmittel (238) zur Ermittlung
eines stromaufwärts vorhandenen Druckes des Fluids an
einem Regelventil umfaßt, und
- - wobei die Fluidzustand-Ermittlungsmittel einen Speicher (237a) umfassen, in dem eine Beziehung im voraus gespeichert ist, die ein Verhältnis zwischen einer Fluid kraft und dem stromaufwärts vorhandenen Druck des Fluids am Regelventil repräsentiert, und die Fluidkraft aus dem stromaufwärts vorhandenen Druck des Fluids am Regelven til, der von dem Druck-Ermittlungsmittel erhalten wird, unter Verwendung der gespeicherten Beziehung erhalten.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
sie weiter Druck-Ermittlungsmittel (238) zur Ermittlung
eines stromabwärts vorhandenen Drucks des Fluids am Re
gelventil umfaßt, und
- - wobei die Fluidzustand-Ermittlungsmittel einen Speicher (237a) umfassen, in dem eine Beziehung im voraus gespeichert ist, die ein Verhältnis zwischen einer Fluid kraft und dem stromabwärts vorhandenen Druck des Fluids an dem Regelventil wiederspiegelt, und die Fluidkraft aus dem stromabwärts vorhandenen Druck des Fluids am Regel ventil, der von den Druck-Ermittlungsmitteln erhalten wird, unter Verwendung der gespeicherten Beziehung erhal ten.
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