DE4208667A1 - Determining transmission friction of adjustable fitting - e.g. valve in nuclear power station - Google Patents

Determining transmission friction of adjustable fitting - e.g. valve in nuclear power station

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Inventor
Klaus Fischer
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ELEKTRO-MECHANIK GMBH, 57482 WENDEN, DE
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TECHNISCHER UEBERWACHUNGS-VEREIN RHEINLAND EV 5000 KOELN DE
TECH UEBERWACHUNGS VEREIN RHEI
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, e.g. due to impact, work, mechanical power, or torque, adapted for special purposes
    • G01L5/0061Force sensors associated with industrial machines or actuators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0075For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment
    • F16K37/0083For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment by measuring valve parameters

Abstract

Determination of the spindle nut and stuffing box friction of fittings with an electrical positioning drive is carried out by (a) applying hydraulic test forces to the spindle (5) outside the pressurised enclosure of the fitting (2); (b) determining, storing and/or displaying the test forces with time as measurement functions Fi = Fi(t); and (c) simultaneously determining, storing and/or displaying, as a measurement function M = M(t), the time-related torque at the input to the fitting during the load testing of the fitting. A measuring system, for carrying the above friction determination process, is also claimed. USE/ADVANTAGE - The process is useful for friction testing of fittings, e.g. pipeline valves, in nuclear power stations. Friction can be determined accurately in the opening and closing directions of the fitting.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Spin delmutter- und Stopfbuchsreibung von Armaturen mit elektri schem Stellantrieb. The invention relates to a method for determining the spin delmutter- and Stopfbuchsreibung fittings with schem electrical actuator.

In Kernkraftwerken werden Armaturen benötigt, die aus sicher heitstechnischen Gründen im Anforderungsfall zuverlässig funk tionieren müssen. In nuclear power plants valves are required which must tioning of safety-technical reasons in case of demand reliable radio. Bei der Umwandlung des Antriebsmoments in die zur Betätigung der Schieberplatte notwendigen Spindellängs kraft spielen hierbei der Zustand der Stopfbuchse und der Spindelmutter eine wesentliche Rolle. In the conversion of the drive torque in the necessary for operating the slide plate spindle longitudinal force here is the state of the gland and the spindle nut play an important role.

Wird die Stopfbuchse zu fest angezogen, kann eine so große Reibkraft entstehen, daß die Armatur zwar bei wiederkeh renden Prüfungen funktioniert; If the stuffing box tightened too much, such a large friction force may arise that although the valve works at wiederkeh Governing tests; es fehlt jedoch unter Umständen im Anforderungsfall bei hohem Systemdruck eine ausreichende Stellkraft. but lacks sufficient force may on demand at high system pressure. Eine weitere große Bedeutung hat die Spindelmutter reibung. Another great importance friction, the spindle nut. Ist der Reibungsbeiwert zu gering, kann die Armatur bei Abschaltversagen des Antriebmotors beschädigt werden; If the friction is too low, the valve can be damaged if Abschaltversagen of the drive motor; ist der Reibungsbeiwert zu hoch, besteht im Anforderungsfall die Gefahr des Nichtfunktionierens der Armatur. the coefficient of friction is too high, on demand, the risk of non-functioning of the valve.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein meßtechnisches Verfahren zu schaffen, das die Bestimmung der Spindelmutter- und Stopfbuchsreibung ermöglicht. The invention now has for its object to provide a metrological method which enables the determination of the spindle nut and Stopfbuchsreibung.

Die Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß an der Armaturenspindel äußere, konzentrisch an greifende Prüfkräfte mit Erfassung der Kräfte als Funktion der Zeit F = F(t) angesetzt werden. The object is achieved by the inventive method, that are attached to the valve stem outer concentric = an inter-test forces with detection of the forces as a function of time F F (t). Beim elektromotorischen Betätigen der Armatur in der Nähe der Offenstellung wird dann das vom Stellantrieb abgegebene Drehmoment ebenfalls als Funktion der Zeit M = M(t) erfaßt. When electromotive actuation of the valve in the vicinity of the open position, the output torque from the actuator also as a function of time M = M (t) is then detected.

Unter Berücksichtigung der Randbedingungen Systemdruck und Gewicht der Spindel kann nun bei verschieden vorzugebenden Prüfkräften die Spindelmutter- und Stopfbuchsreibung in Öffnungs- und in Schließrichtung mit genügender Genauigkeit bestimmt werden. Taking into account the boundary conditions, system pressure and weight of the spindle, the spindle nut and Stopfbuchsreibung in opening and in closing direction with sufficient accuracy can now be determined at different load values ​​presettable. Je nach den Ergebnissen können dann recht zeitig Sanierungsmaßnahmen für die betreffende Armatur getrof fen werden. Depending on the results can then be remedial measures for the relevant fitting getrof fen good time.

In zweckmäßiger Ausgestaltung des erfindungsmäßigen Verfahrens ist ferner vorgesehen, daß die Veränderung der Prüfkraft wäh rend eines Lastspiels in kurzen Zeitabständen gemessen und die Einzelmeßsignale als Kontrollfunktion abgespeichert und/oder angezeigt wird. In an advantageous embodiment of the invention convenient method is further provided that the variation in the test force currency end of a load cycle measured in short time intervals and stored the Einzelmeßsignale as a control function and / or is displayed. Diese Verfahrensweise erlaubt es innerhalb der gegebenen Meßzeit trotz der begrenzten Datenverarbeitungsge schwindigkeit der einzusetzenden elektronischen Bauteile eine zuverlässige Erfassung und Abspeicherung der die Kontrollfunk tion bildenden Meßwerte zu erreichen. This procedure makes it possible, within the given measuring period despite the limited Datenverarbeitungsge speed of the electronic components to be used to achieve a reliable detection and storage of the control radio tion forming measured values.

Die Erfindung betrifft ferner eine Meßanordnung zur Ermittlung der Spindelmutter- und Stopfbuchsreibung von Armaturen mit elektrischem Stellantrieb nach dem Verfahren der Ansprüche 1-3. The invention further relates to a measuring arrangement for determining the spindle nut and Stopfbuchsreibung of valves with electrical actuator according to the process of claims 1-3.

Erfindungsgemäß wird die Spindel mit einem Hydraulikkolben kraftschlüssig verbunden. According to the invention the spindle with a hydraulic piston is connected frictionally. Der zugehörige Hydraulikzylinder stützt sich über eine Kraftmeßeinrichtung an einem Festpunkt ab. The associated hydraulic cylinder is supported via a force measuring device at a fixed point. Wei terhin sind die Zylinderräume über und unter dem Kolben durch ein Rohr miteinander verbunden. Wei terhin, over the cylinder chambers and interconnected beneath the piston through a pipe. Zusätzlich befindet sich in der Rohrleitung eine Einrichtung zum Verändern des Rohrquer schnitts, zweckmäßigerweise ein Drosselventil. In addition is in the pipeline means for changing the pipe cross-section, expediently a throttle valve.

Wird nun die Armatur elektromotorisch betätigt, so verdrängt der Kolben die Hydraulikflüssigkeit aus dem kleiner werdenden Zylin derteilraum über die Rohrleitung in den größer werdenden Zylin derteilraum. Now, if the valve actuated by an electric motor, the piston displaces the hydraulic fluid from the decreasing Zylin derteilraum through the pipe in the growing Zylin derteilraum. Je nach Öffnungszustand des Drosselventils entsteht dabei eine unterschiedliche Kraft auf die Armaturenspindel, die über den Signalausgang der Kraftmeßeinrichtung mit einer Daten verarbeitungs- und/oder Anzeigeneinrichtung verbunden ist. Depending on the opening state of the throttle valve while a different force to the valve stem that its processing on the signal output of the force-measuring device with a data and / or display device is connected is formed.

Außerdem resultiert aus der unterschiedlichen Spindelkraft über die Spindelmutter ein unterschiedliches Antriebsmoment, welches ebenfalls aufgezeichnet wird. In addition, due to the different spindle motor via the spindle nut, a different driving torque, which is also recorded.

Die Hydraulikanordnung kann bei einer Vielzahl von Armaturen auch zwischen Spindelmutter und Stopfbuchse angebracht werden. The hydraulic arrangement can be mounted in a variety of fittings and between the spindle nut and stuffing box. Mehrere Hydraulikzylinder werden dann so angeordnet, daß die resultierende Kraft aller Kolben konzentrisch zur Spindellängs achse angreift. A plurality of hydraulic cylinders are then positioned so that the resultant force of all the pistons engages concentrically to the spindle longitudinal axis.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to schematic drawings. Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine Armatur mit elektrischem Stellantrieb mit einer Meßanordnung, Fig. 1 is a valve with electric actuator with a measuring arrangement,

Fig. 2 den Verlauf der Kurven Antriebsmoment M = M(t), Prüfkraft F = F (t), Reibbeiwert µ = µ(t) und Stopfbuchsreibung FSt = FST(t) während eines Meß zyklus. Fig. 2 shows the course of the curves driving torque M = M (t), test force F = F (t), coefficient of friction μ = μ (t) and Stopfbuchsreibung FSt = FST (t) during a measurement cycle.

In Fig. 1 ist ein in einer Rohrleitung ( 1 ) angeordnetes Ventil ( 2 ) schematisch dargestellt, das über einen Stellantrieb ( 3 ) je nach Aufgabenstellung mit Hilfe eines elektrischen Motors in Öffnungs- oder Schließstellung gefahren werden kann. In Fig. 1 a in a pipeline (1) is arranged valve (2) schematically shown, which via an actuating drive (3) can be driven depending on the task with the help of an electric motor in the opening or closing position. Die Spindel mutter ( 4 ) dient dabei zum Umsetzen des Stellantriebsmoments in die Stellkraft der Spindel ( 5 ), während die Stopfbuchse ( 6 ) den äußeren Raum gegen den Mediumdruck in der Armatur abdichtet. The spindle nut (4) serves for reacting the actuator torque in the restoring force of the spindle (5), while the stuffing box (6) seals the external space against the pressure medium in the valve.

Die Meßanordnung ( 7 ) besteht im wesentlichen aus dem Hydraulik kolben ( 8 ) und -zylinder ( 9 ), der am Festpunkt ( 10 ) abgestützten Kraftmeßeinrichtung ( 11 ), dem Verbindungsrohr ( 12 ) zwischen den Zylinderteilräumen ( 13 ), ( 14 ) und dem Drosselventil ( 15 ). The measuring arrangement (7) consists essentially of the hydraulic piston (8) and cylinders (9) at the fixed point (10) supported on force measuring device (11), the connecting pipe (12) between the cylinder part spaces (13), (14) and the throttle valve (15). Der Signalausgang ( 16 ) der Kraftmeßeinrichtung ( 11 ) kann nun auf ein Anzeigegerät ( 17 ), beispielsweise ein Speicheroszilloskop aufge schaltet werden. The signal output (16) of the force measuring device (11) can now to a display device (17) can be switched, for example, a storage oscilloscope up. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn der Signalaus gang ( 16 ) auf eine Datenverarbeitungseinrichtung ( 18 ) aufge schaltet ist. It is expedient, however, if the Signalaus gear (16) to a data processing device (18) is switched.

Diese ist besonders dann erforderlich, wenn eine dem Anforde rungsfall der Armatur entsprechende Kraftkennlinie als Funktion des Hubes simuliert werden soll. This is especially necessary if a Anforde the insurance case the valve corresponding force characteristics to be simulated as a function of the stroke. Die vorgegebene Funktion wird beispielsweise über eine Datei ( 19 ) eingelesen und anschließend beim Verfahren der Armatur mit der Meßfunktion F = F(t) ver glichen. The predetermined function is read for example via a file (19) and subsequently = in the process of fitting with the measurement function F F (t) ver equalized. Bei Abweichungen von der Meßfunktion F = F(t) über eine vorgegebene Toleranz hinaus wird die Meßfunktion F = F(t) mit dem Drosselventil ( 15 ) motorisch ( 20 ) durch die Datenverarbei tungseinrichtung ( 18 ) korrigiert. In case of deviations of the measurement function F = F (t) over a predetermined tolerance, the measurement function F = F (t) with the throttle valve (15) motor (20) supply means by the Datenverarbei (18) is corrected. Die Meßfunktion F = F(t) wird dabei in ( 21 ) gespeichert. The measurement function F = F (t) is then stored in (21). Analog wird die zugehörige Meßfunktion M = M(t) über ein Gerät ( 22 ) in ( 23 ) gespeichert. Similarly, the corresponding measurement function M = M (t) via a device (22) is stored in (23).

In Fig. 2 sind die bei einem Meßzyklus in der Zeit t 2 -t 1 ge messenen Kontrollfunktionen Antriebsmoment ( 24 ) M = M(t) und Prüfkraft ( 25 ) F = F(t) sowie die daraus abgeleiteten Ergebnis funktionen Spindelmutter-Reibwert ( 26 ) µ = µ(t) und Stopfbuchs reibung ( 27 ) F St =F St (t) dargestellt. In FIG. 2, the case of a measurement cycle in time t 2 -t 1 ge measured control functions drive torque (24) M = M (t) and test load (25) F = F (t) and the derived result functions spindle nut friction factor (26) μ = μ (t) and stuffing box friction (27) F F St = St (t).

Während die Stopfbuchsreibung bei verschiedenen Prüfkräften als konstant angenommen werden kann, besteht bei der Spindel mutterreibung unter anderem eine Abhängigkeit von der Flächen belastung und dem Schmierzustand. While the Stopfbuchsreibung can be assumed to be constant for different test forces, consists in the spindle nut friction, inter alia, a function of the load surfaces and the lubrication state.

Claims (10)

  1. 1. Verfahren zur Ermittlung der Spindelmutter- und Stopf buchsreibung von Armaturen mit elektrischem Stellantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der druckführenden Umschließung der Armatur hydraulische Prüfkräfte an der Ar maturenspindel angebracht und über der Zeit als Meßfunktionen F i = F i (t) erfaßt, gespeichert und/oder angezeigt werden und gleichzeitig das während eines Lastspiels der Armatur mit diesen hydraulischen Prüfkräften am Armatureneingang in der Antriebskette Armatur/Stellantrieb auftretende Drehmoment über der Zeit als Meßfunktion M = M(t) erfaßt, gespeichert und/ oder angezeigt wird. 1. A method for determining the spindle nut and stuffing book friction of valves by the electric actuator, characterized in that hydraulic test loads on the Ar matur spindle mounted outside of the pressure boundary of the valve and detected by the time measurement functions F i = F i (t), will be stored and / or displayed and at the same time occurring during a duty cycle of the valve with these hydraulic test loads on the valve input to the drive chain valve / actuator torque over the time measuring function M = M (t) is detected, stored and / or displayed.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resultierende der hydraulischen Prüfkräfte mit der Spindellängsachse zusammenfällt, und sich die Größe der Resultierenden der hydraulischen Prüfkräfte nach vorzugeben den Werten während eines Armaturenhubes kontinuierlich oder zeitintervallweise konstant ändert, oder sich von einem Armaturenhub zum nächsten Armaturenhub ändert. 2. The method according to claim 1, characterized in that the resultant of the hydraulic test forces to the spindle longitudinal axis coincides, and the size of the resultant of the hydraulic test loads to predetermine the values ​​during a Armaturenhubes continuously or time intervals constantly changes, or by a valve stroke to the next valve travel changes.
  3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Drehmoment M = M(t) und die Prüfkraft F = F(t) während eines Lastspiels der Armatur in kurzen Zeitabständen gemessen und die einzelnen Meßsignale als Kontrollfunktionen verarbeitet, abgespeichert und/oder angezeigt werden. 3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the torque M = M (t) and the test force F = F (t) measured during a load cycle the valve at short time intervals and process the individual measuring signals and control functions stored and / or displayed.
  4. 4. Meßanordnung zur Ermittlung der Spindelmutter- und Stopf buchsreibung von Armaturen mit elektrischem Stellantrieb zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 - 3, da durch gekennzeichnet, daß die Armaturenspindel mit mindestens einem Hydraulikkolben kraftschlüssig verbunden ist. 4. measuring device for determining the spindle nut and stuffing book friction of valves with electric actuator for performing the method according to claims 1-3, as characterized by that the valve stem is frictionally connected with at least one hydraulic piston.
  5. 5. Meßanordnung zur Ermittlung der Spindelmutter- und Stopf buchsreibung von Armaturen mit elektrischem Stellantrieb zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 - 3, da durch gekennzeichnet, daß der den Hydraulik-Kolben um schließende Zylinder mit einer Kraftmeßeinrichtung gegen den während der Armaturenbewegung vom Kolben erzeugten Druck abgestützt wird. 5. Measuring arrangement for determining the spindle nut and stuffing book friction of valves with electric actuator for performing the method according to claims 1-3, as characterized by that the hydraulic piston by closing cylinder with a force measuring device against the while the valve movement from the piston pressure generated is supported.
  6. 6. Meßanordnung zur Ermittlung der Spindelmutter- und Stopf buchsreibung von Armaturen mit elektrischem Stellantrieb zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-3, da durch gekennzeichnet, daß bei Anordnung mehrerer Hydraulik aggregate die die Kolben umschließenden Zylinder mit einer Kraftmeßeinrichtung je Hydraulikzylinder gegen den während der Armaturenbewegung von den Kolben erzeugten Drücke abge stützt werden. 6. A measuring arrangement for determining the spindle nut and stuffing book friction of valves with electric actuator for performing the method according to claims 1-3, as characterized by, that if a plurality of hydraulic cylinders surrounding the pistons, the aggregate with a force measuring means depending on hydraulic cylinders against the while the instrument movement are supported abge of the piston pressures generated.
  7. 7. Meßanordnung zur Ermittlung der Spindelmutter- und Stopf buchsreibung von Armaturen mit elektrischem Stellantrieb zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 - 3, da durch gekennzeichnet, daß der Zylinderraum unter und über dem Kolben mit einer Rohrleitung untereinander verbunden ist. 7. A measuring arrangement for determining the spindle nut and stuffing book friction of valves with electric actuator for performing the method according to claims 1-3, as characterized by, that the cylinder space under the piston and is connected via a pipeline to one another.
  8. 8. Meßanordnung zur Ermittlung der Spindelmutter- und Stopf buchsreibung von Armaturen mit elektrischem Stellantrieb zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 - 3, da durch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung mit einer den Rohr querschnitt veränderbaren Einrichtung versehen ist. 8. A measuring arrangement for determining the spindle nut and stuffing book friction of valves with electric actuator for performing the method according to claims 1-3, as characterized by, that the pipe with a variable cross-section of the pipe device is provided.
  9. 9. Meßanordnung nach den Ansprüchen 5 und 6 , dadurch ge kennzeichnet, daß die Meßausgänge der Kraftmeßeinrichtungen mit einer Datenverarbeitungs- und Anzeigeeinrichtung ver bunden sind. 9. Measuring arrangement according to claims 5 and 6, characterized in that the measurement outputs of the force measuring devices ver with a data processing and display device connected are.
  10. 10. Meßanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rohrquerschnitt veränderbare Einrichtung durch die Datenverarbeitungseinrichtung gesteuert oder geregelt wird. 10. Measuring device according to claim 8, characterized in that the the tube cross section variable means is controlled by the data processing means or regulated.
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