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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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 del nut and stuffing box friction of fittings with electri actuator.

In Kernkraftwerken werden Armaturen benötigt, die aus sicher­ heitstechnischen Gründen im Anforderungsfall zuverlässig funk­ tionieren müssen. 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.Fittings are required in nuclear power plants that are safe due to technical reasons, reliable radio when required must act. When converting the drive torque into the spindle length required to operate the slide plate The state of the stuffing box and the Spindle nut plays an essential role.

Wird die Stopfbuchse zu fest angezogen, kann eine so große Reibkraft entstehen, daß die Armatur zwar bei wiederkeh­ renden Prüfungen funktioniert; es fehlt jedoch unter Umständen im Anforderungsfall bei hohem Systemdruck eine ausreichende Stellkraft. Eine weitere große Bedeutung hat die Spindelmutter­ reibung. Ist der Reibungsbeiwert zu gering, kann die Armatur bei Abschaltversagen des Antriebmotors beschädigt werden; ist der Reibungsbeiwert zu hoch, besteht im Anforderungsfall die Gefahr des Nichtfunktionierens der Armatur.If the stuffing box is tightened too tight, it can be too large Frictional forces arise that the valve does return exams works; however, it may be missing A sufficient one if required with high system pressure Positioning force. The spindle nut is also of great importance friction. If the coefficient of friction is too low, the valve can be damaged if the drive motor fails to switch off; is if the coefficient of friction is too high, there is the Risk of the valve not working.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein meßtechnisches Verfahren zu schaffen, das die Bestimmung der Spindelmutter- und Stopfbuchsreibung ermöglicht.The invention is based on the object, a metrological To create procedures that the determination of the spindle nut and stuffing box friction enables.

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. 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. The object is thereby according to the inventive method solved that on the valve stem outer, concentric gripping test forces with recording of the forces as a function of Time F = F (t) can be used. When actuated by an electric motor the valve near the open position will then be from Actuator output torque also as a function of Time M = M (t) recorded.  

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. Je nach den Ergebnissen können dann recht­ zeitig Sanierungsmaßnahmen für die betreffende Armatur getrof­ fen werden.Taking into account the boundary conditions system pressure and Weight of the spindle can now be set differently The spindle nut and stuffing box friction in Opening and closing directions with sufficient accuracy be determined. Depending on the results, you can then be right renovation measures for the relevant valve were taken in good time be opened.

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. 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.In an expedient embodiment of the method according to the invention it is also provided that the change in the test force measured during a load cycle in short time intervals and the Individual measurement signals are stored as a control function and / or is shown. This procedure allows it within the given measurement time despite the limited data processing speed of the electronic components to be used reliable recording 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 stuffing box friction of fittings with electric actuator according to the method of claims 1-3.

Erfindungsgemäß wird die Spindel mit einem Hydraulikkolben kraftschlüssig verbunden. Der zugehörige Hydraulikzylinder stützt sich über eine Kraftmeßeinrichtung an einem Festpunkt ab. Wei­ terhin sind die Zylinderräume über und unter dem Kolben durch ein Rohr miteinander verbunden. Zusätzlich befindet sich in der Rohrleitung eine Einrichtung zum Verändern des Rohrquer­ schnitts, zweckmäßigerweise ein Drosselventil.According to the invention, the spindle is equipped with a hydraulic piston non-positively connected. The associated hydraulic cylinder supports a force measuring device at a fixed point. Wei Furthermore, the cylinder spaces above and below the piston are through a pipe connected together. Additionally located in the pipe a device 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. 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. If the valve is now actuated by an electric motor, the valve is displaced Piston the hydraulic fluid from the shrinking cylinder part of the room via the pipeline in the growing cylinder the part space. Depending on the opening condition of the throttle valve a different force on the valve stem, the via the signal output of the force measuring device with data processing and / or display device is connected.  

Außerdem resultiert aus der unterschiedlichen Spindelkraft über die Spindelmutter ein unterschiedliches Antriebsmoment, welches ebenfalls aufgezeichnet wird.It also results from the different spindle force the spindle nut has a different driving torque, which is also recorded.

Die Hydraulikanordnung kann bei einer Vielzahl von Armaturen auch zwischen Spindelmutter und Stopfbuchse angebracht werden. Mehrere Hydraulikzylinder werden dann so angeordnet, daß die resultierende Kraft aller Kolben konzentrisch zur Spindellängs­ achse angreift.The hydraulic assembly can be used with a variety of fittings can also be fitted between the spindle nut and the stuffing box. Several hydraulic cylinders are then arranged so that the resulting force of all pistons concentric to the spindle length axis attacks.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated by schematic drawings explained. 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 drive torque M = M (t), test force F = F (t), coefficient of friction µ = µ (t) and stuffing box friction FSt = FST (t) during a measuring 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. 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.In Fig. 1, a valve ( 2 ) arranged in a pipeline ( 1 ) is shown schematically, which can be moved via an actuator ( 3 ) depending on the task with the help of an electric motor in the open or closed position. The spindle nut ( 4 ) serves to convert the actuator torque into the actuating force of the spindle ( 5 ), while the stuffing box ( 6 ) seals the outer space against the medium pressure 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). Der Signalausgang (16) der Kraftmeßeinrichtung (11) kann nun auf ein Anzeigegerät (17), beispielsweise ein Speicheroszilloskop aufge­ schaltet werden. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn der Signalaus­ gang (16) auf eine Datenverarbeitungseinrichtung (18) aufge­ schaltet ist. The measuring arrangement ( 7 ) consists essentially of the hydraulic piston ( 8 ) and cylinder ( 9 ), the force measuring device ( 11 ) supported at the fixed point ( 10 ), the connecting tube ( 12 ) between the partial cylinder spaces ( 13 ), ( 14 ) and the throttle valve ( 15 ). The signal output ( 16 ) of the force measuring device ( 11 ) can now be switched to a display device ( 17 ), for example a storage oscilloscope. However, it is useful if the signal output ( 16 ) is switched to a data processing device ( 18 ).

Diese ist besonders dann erforderlich, wenn eine dem Anforde­ rungsfall der Armatur entsprechende Kraftkennlinie als Funktion des Hubes simuliert werden soll. Die vorgegebene Funktion wird beispielsweise über eine Datei (19) eingelesen und anschließend beim Verfahren der Armatur mit der Meßfunktion F = F(t) ver­ glichen. 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. Die Meßfunktion F = F(t) wird dabei in (21) gespeichert. Analog wird die zugehörige Meßfunktion M = M(t) über ein Gerät (22) in (23) gespeichert.This is particularly necessary if a force characteristic curve corresponding to the requirement of the valve is to be simulated as a function of the stroke. The specified function is, for example, read in via a file ( 19 ) and then compared with the measuring function F = F (t) when the valve is moved. In the event of deviations from the measuring function F = F (t) beyond a predetermined tolerance, the measuring function F = F (t) with the throttle valve ( 15 ) is motorized ( 20 ) corrected by the data processing device ( 18 ). The measuring function F = F (t) is stored in ( 21 ). Similarly, the associated measurement function M = M (t) is stored in ( 23 ) via a device ( 22 ).

In Fig. 2 sind die bei einem Meßzyklus in der Zeit t2-t1 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) FSt =FSt(t) dargestellt.In Fig. 2, the measured at a measuring cycle in the time t 2 -t 1 control functions drive torque ( 24 ) M = M (t) and test force ( 25 ) F = F (t) and the resultant functions are spindle nut friction coefficient ( 26 ) µ = µ (t) and stuffing box friction ( 27 ) F St = F St (t) shown.

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.During the stuffing box friction with various test engineers the spindle can be assumed to be constant mother friction among other things a dependence on the area load and the lubrication condition.

Claims (10)

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 Fi = Fi(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 box friction of valves with an electric actuator, characterized in that hydraulic test forces are attached to the valve stem outside the pressure-carrying enclosure of the valve and recorded as measuring functions F i = F i (t) over time, are saved and / or displayed and at the same time the torque occurring during a load cycle of the valve with these hydraulic test forces at the valve inlet in the valve chain actuator / actuator is recorded, stored and / or displayed as a measuring function M = M (t). 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 with the Spindle longitudinal axis coincides, and the size of the Result of the hydraulic test forces to be specified the values during a valve stroke continuously or changes constantly over time or from one Valve stroke changes to the next valve stroke. 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 records that the torque M = M (t) and the test force F = F (t) during a valve duty cycle in short Time intervals measured and the individual measurement signals as Control functions processed, saved and / or are displayed.   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 arrangement for determining the spindle nut and stuffing Book description of valves with electric actuator for Implementation of the method according to claims 1-3, since characterized in that the valve stem with at least a hydraulic piston is positively connected. 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 description of valves with electric actuator for Implementation of the method according to claims 1-3, since characterized in that the hydraulic piston around closing cylinder with a force measuring device against the pressure generated by the piston during valve movement is supported. 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. Measuring arrangement for determining the spindle nut and stuffing Book description of valves with electric actuator for Implementation of the method according to claims 1-3, since characterized in that when arranging several hydraulics aggregate the cylinders surrounding the pistons with a Force measuring device per hydraulic cylinder against the during the valve movement generated by the pistons abge are supported. 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. Measuring arrangement for determining the spindle nut and stuffing Book description of valves with electric actuator for Implementation of the method according to claims 1-3, since characterized in that the cylinder space below and above the piston is connected to one another by a pipeline. 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. Measuring arrangement for determining the spindle nut and stuffing Book description of valves with electric actuator for Implementation of the method according to claims 1-3, since characterized in that the pipeline with a the pipe cross-section changeable device is provided.   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 ge indicates that the measuring outputs of the force measuring devices ver with a data processing and display device are bound. 10. Meßanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rohrquerschnitt veränderbare Einrichtung durch die Datenverarbeitungseinrichtung gesteuert oder geregelt wird.10. Measuring arrangement according to claim 8, characterized in that the pipe cross section changeable device by the data processing device is controlled or regulated becomes.
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