DE4439230C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Zustandsbestimmung von Armaturen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zustandsbestimmung von Armaturen.

Rohrleitungsarmaturen dienen dem Ein- und Ausschalten der Strömung, der Regelung der Durchflußmenge, der Temperatur und des Druckes oder dem Schutz der technischen Anlagen vor unzulässigen Änderungen der Be­ triebsparameter. Ist deren einwandfreie Funktion gestört, wird der Betrieb der gesamten Anlage beeinträchtigt. Man ist deshalb bestrebt, in ihrer Funktion beeinträchtigte Armaturen frühzeitig zu erkennen, um gezielte Insandsetzungsmaßnah­ men einzuleiten. Dies muß aus wirtschaftlichen Gründen ohne Unterbrechung des Anlagen­ betriebes und bei unzugänglichen oder konta­ minierten, bzw. verfügbarkeitsrelevanten Arma­ turen ohne deren Demontage erfolgen.

Zum gegenwärtigen Stand der Technik gehören Verfahren und Vorrichtungen die zur Zustandsbestimmung von Armaturen die elektrischen Parameter des Antriebes erfassen und bewerten. In der Firmenschrift. "Das Armaturendiagnose- System DAW" (SIEMENS AG) und der Publikation von F.W. Schmidt ("Diagnoseprü­ fungen für die Überprüfung der Funktion von Armaturen", Seminar Interatomenergo, Moskau 1991") wird ein Verfahren vorgestellt das neben der elektrischen Wirkleistung auch den Verschiebeweg des Federpaketes im Antrieb, die logischen Signale der Wegend- und Dreh­ momentschalter, die Abschaltzeitverzögerung, die Gesamtstellzeit sowie die Laufzeiten der Überbrückungsschalter erfaßt und daraus Infor­ mationen über den technischen Zustand der Armatur ableitet.

In der Erfindungsbeschreibung WO 89/06351 ist ein Verfahren zur Überwachung von Armaturen dargelegt, welche von einem Gleichstrommotor angetrieben werden. Erfaßt werden hierbei die Motorspannung, der Motorstrom und -widerstand sowie das Abtriebsmoment des Motors.

Die Patentschrift WO 93/05378 beschreibt ein Verfahren das für Motorarmaturen mit Wechsel- und Gleichspannungsantrieb anwendbar ist.

Aus der Patentschrift US 5231469 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem mittels optischer Triangulation der Zustand von Armaturen bestimmt wird. Jedoch wird dort keine Torsion, sondern eine Translation gemessen.

Weiterhin sind Verfahren bekannt, welche zur Ar­ maturendiagnose das Drehmoment der Armatur mittels einer Drehmomentmeßdose erfassen ("Drehmomentmessung an Armaturen", Katalog ES 07/91, ABB Reaktor GmbH). Dazu wird eine Drehmomentmeßeinrichtung in die Armatur eingebracht und das Drehmoment während des Armaturenbetriebes erfaßt. Durch Trend- oder Ist- Soll-Vergleich des zusandsbeschreibenden Drehmomentenverlaufes können Armaturenfehler erkannt werden.

Zur Applikation von Verfahren der direkten Dreh­ momenterfassung muß die Armatur, zumindest teilweise, demontiert und konstruktiv verändert werden.

Die Anwendbarkeit von Verfahren, weiche auf der Messung elektrischer Parameter beruhen, ist von der Art der Antriebsenergie der Armatur abhängig. Bei pneumatisch oder hydraulisch betätigten Armaturen muß die Vorrichtung an die spezifische Art der Antriebsenergie angepaßt werden.

Die Aufgabe der nachfolgend beschriebenen Erfindung ist die Darstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Zustandsbestimmung von Armaturen, daß unabhängig von der Art der Antriebsenergie und ohne Demontage oder konstruktive Änderung der Armatur anwendbar ist.

Die Aufgabe wird durch die in den Patent­ ansprüchen aufgeführten Merkmale gelöst.

Entsprechend dem gegenwärtigen Erkenntnis­ stand kann aus den während des Armaturen­ betriebes wirkenden Löse-, Lauf-, Festfahr- und Überhöhungsmomenten der Zustand der Armatur bestimmt werden. Dazu werden deren absolute Größen und ihr zeitlicher Verlauf bewertet. Unter der Wirkung dieser Momente torodieren alle sich im Kraftfluß befindlichen Armaturenbauteile. Bei hinreichend kleinen Torsionen ist diese dem wirkendem Drehmoment direkt proportional. Die Zustandsbeurteilung kann deshalb auch mittels der gemessenen Torsion eines sich im Kraftfluß befindlichen nicht­ rotierenden Armaturenbauteils erfolgen.

Bei vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Messung der Torsion ohne Demontage der Armatur erfolgen. Eine solches, einfach zu applizierendes, Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 1. Erfindungsgemäß besteht die Vorrichtung aus einem laser-optischen Wegsensor (S), welcher nach dem Prinzip der optischen Triangulation arbeitet, und einer Einrichtung zur Umlenkung und Streuung des Laserstrahls (U). Durch die Einrichtung zur Umlenkung und Streuung des Laserstrahls (U) wird die Messung der senkrecht zum Laserstrahl gerichteten Torsion ermöglicht. Der Winkel zwischen dem Laserstrahl und der ihm zugewandten Stirnseite der Einrichtung (U) bestimmt den Verstärkungsfaktor der Meßstrecke. Nach erfolgter Offset-Kompensation wird das Ausgangssignal des laser-optischen Wegsensors zur Elimination von Störeinflüssen tiefpaßgefiltert. Anschließend erfolgt die Digitalisierung des Signals mit bekannten Verfahren und dessen Weiterverarbeitung mit bekannten Rechner­ strukturen.

Fig. 2 zeigt die Anbringung der Vorrichtung (V) am Bockaufsatz (B) eines Regelventils.

Die Vorrichtung (V) befindet sich dabei parallel zur Spindel und senkrecht zu der zu messenden Torsion des Bockaufsatzes (B).

1. Anwendungsbeispiel

Nachweis unzulässig verpreßter Stopfbuchs­ packung am Regelventil.

Fig. 3 zeigt die Torsion des Bockaufsatzes in Auf- Richtung für den Ausgangszustand und bei unzulässig verpreßter Stopfbuchse.

Die unzulässige Verpressung der Stopfbuchs­ packung führte zu einer Erhöhung des Reib­ momentes zwischen Spindel und Stopfbuchs­ packung. Dadurch erhöhte sich die während des Armaturenlaufes gemessene Torsion des Bock­ aufsatzes um ca. 15%.

2. Anwendungsbeispiel

Nachweis eines Tellerfederbruches am Regelventil.

Fig. 4 zeigt die Torsion des Bockaufsatzes in Auf- Richtung für den Ausgangszustand und bei Bruch der Tellerfedern.

Durch den Tellerfederbruch wurde die Armatur kraftschlüssiger. Dadurch erhöhte sich die Torsion des Bockaufsatzes während des gesamten Armaturenlaufes.

Durch die erheblich reduzierte Federkraft wurde das zur Absteuerung notwendige Überhöhungsmoment erst beim geometrisch maximal möglichen Verfahrweg der Armaturenspindel erreicht. Bei konstanter Verfahrgeschwindigkeit führte dies zur Laufzeitverlängerung. Weiterhin verursachte die stark herabgesetzte Federkraft beim Einfahren in die Endlage eine Erhöhung der Torsion des Bockaufsatzes um ca. 10% gegenüber dem Ausgangszustand.

Claims (2)

1. Verfahren zur Diagnose des technischen Zustandes von Armaturen, wobei

• - auf nicht rotierenden und ein Drehmoment übertragenden Bauteilen der Armatur eine optische Vorrichtung mit einem Laser angebracht wird, die es erlaubt, die einem übertragenden Drehmoment proportionale Torsion der nicht rotierenden Bauteile mittels optischer Triangulation zu messen und wobei
• - während der Betätigung der Armatur der zeitliche Verlauf der Torsion gemessen und der technische Zustand der Armatur durch Bewertung dieses zeitlichen Verlaufes bestimmt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei auf einem nichtrotierenden und ein Drehmoment übertragenden Bauteil einer Armatur eine optische Vorrichtung mit einem laser-optischen Wegsensor (S) und mit einer Einrichtung (U) zur Umlenkung eines Laserstrahls befestigt ist, welche es erlaubt, die durch ein übertragendes Drehmoment bewirkte Torsion mittels optischer Triangulation dadurch zu messen, daß die Einrichtung (U) zur Umlenkung die senkrecht zum Laserstrahl gerichtete Torsion in eine durch den laser-optischen Wegsensor (S) meßbare Wegdifferenz transformiert.