JP2021162476A - Thickness reduction diagnostic system for valve, thickness reduction diagnostic method for valve and thickness reduction diagnostic service for valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バルブの減肉を診断するバルブの減肉診断システム、バルブの減肉診断方法およびバルブの減肉診断サービスに関する。 The present invention relates to a valve thinning diagnosis system for diagnosing valve thinning, a valve thinning diagnosis method, and a valve thinning diagnosis service.
プラント内のバルブを対象として、保全対象となるバルブの絞り込みを行う弁管理システムが、特許文献1に記載されている。特許文献1には、「弁の入り口圧力と入り口口径、弁開度、流体の流量から求まる弁絞り部での圧力および流体速度を求め、この圧力を流体の飽和蒸気圧と比較することで、キャビテーションやフラッシングなどの流体状態の変化を評価し、評価した流体状態、弁絞り部での流体速度および弁に使用される材料の特性から弁の水理的寿命を数値的に評価し、弁の危険度をランク付けすることで検査対象となる弁の絞り込み支援を行う。」と記載されている(段落0011参照)。
特許文献1に記載された弁管理システムでは、バルブの劣化の度合を、簡略化モデルを用いた演算によって評価している。この演算には、バルブの絞り部における流体の速度と、バルブの絞り部における流体の圧力とが用いられている。絞り部における流体の速度は、バルブを流れる流量と絞り部の流路断面積との関係に基づいて計算されている。絞り部における流体の圧力は、ベルヌーイの定理に基づいて計算されている。
In the valve management system described in
特許文献1で計算されている流体の速度や圧力は、バルブの絞り部における代表値に相当している。すなわち、バルブの内部の形状が加味されていない平均的な値である。このような値に基づいて、バルブの劣化の度合を評価すると、バルブの内部の局所的な劣化を把握することができないため、バルブの劣化の診断に関して、正確性や信頼性の向上が課題となっている。
The fluid velocity and pressure calculated in
一般に、バルブの内部の形状は、複雑な三次元形状を呈している。バルブに流体が流された場合、バルブの内部に形成される流路領域の形状は、バルブの開度毎に異なる形状となる。このようなバルブに流体が流されると、流れの剥離や偏流が生じる。そのため、バルブの流路領域の或る部分には、高流速や高圧力が発生する。 Generally, the internal shape of a valve has a complicated three-dimensional shape. When a fluid is flowed through the valve, the shape of the flow path region formed inside the valve is different depending on the opening degree of the valve. When a fluid flows through such a valve, the flow is separated or drifts. Therefore, a high flow velocity and a high pressure are generated in a certain part of the flow path region of the valve.
バルブの劣化の度合を表す指標としては、バルブの内壁の減肉量等がある。バルブの内壁の減肉を診断するにあたり、バルブの内部の局所的な流れを加味していないと、高流速や高圧力が発生した箇所の減肉が過少評価される虞がある。バルブの内壁で局所的に減肉が進行した場合、予期しない穴開き等の破損や、事故に繋がる危険性がある。 An index showing the degree of deterioration of the valve includes the amount of wall thinning on the inner wall of the valve. When diagnosing the wall thinning of the inner wall of the valve, if the local flow inside the valve is not taken into consideration, the wall thinning at the place where high flow velocity or high pressure is generated may be underestimated. If wall thinning progresses locally on the inner wall of the valve, there is a risk of unexpected damage such as drilling or an accident.
そこで、本発明は、バルブ内部の流路領域を複数の小領域に分割し、バルブの内部の局所的な流れを加味して、小領域毎にバルブ内壁の減肉を診断可能なバルブの減肉診断システム、バルブの減肉診断方法およびバルブの減肉診断サービスを提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, the flow path region inside the valve is divided into a plurality of small regions, and the local flow inside the valve is taken into consideration to reduce the thickness of the valve inner wall for each small region. The purpose is to provide a meat diagnosis system, a valve thinning diagnosis method, and a valve thinning diagnosis service.
前記課題を解決するために本発明に係るバルブの減肉診断システムは、バルブの減肉を診断するバルブの減肉診断システムであって、前記バルブの形状を表すバルブ形状データ、および、前記バルブの開度を表すバルブ開度データに基づいて、前記バルブの流路領域の形状を表す流路形状データを生成する流路形状生成部と、前記流路領域を複数の小領域に分割して、数値解析のためのメッシュを生成するメッシュ生成部と、前記メッシュ上で前記小領域毎の流体の状態を表す流体状態量を演算する流体状態量演算部と、前記小領域毎に演算した前記流体状態量に基づいて、前記バルブの内壁の小領域毎の減肉速度を計算する減肉速度計算部と、前記減肉速度を時間積分して、前記バルブの内壁の小領域毎の累積減肉量を計算する累積減肉量計算部と、前記バルブの内壁の小領域毎の累積減肉量を表す累積減肉量データを格納するデータ格納部と、を備える。 In order to solve the above problems, the valve thinning diagnosis system according to the present invention is a valve thinning diagnosis system for diagnosing valve thinning, and includes valve shape data representing the shape of the valve and the valve. Based on the valve opening data representing the opening degree of the valve, the flow path shape generating unit that generates the flow path shape data representing the shape of the flow path region of the valve and the flow path region are divided into a plurality of small regions. , A mesh generation unit that generates a mesh for numerical analysis, a fluid state amount calculation unit that calculates a fluid state amount representing the state of the fluid in each small region on the mesh, and the calculation unit for each small region. A wall thinning speed calculation unit that calculates the wall thinning rate for each small area of the inner wall of the valve based on the amount of fluid state, and a wall thinning rate calculation unit that time-integrates the wall thinning rate to accumulate cumulative reduction for each small area of the inner wall of the valve. It includes a cumulative wall thinning amount calculation unit for calculating the meat amount, and a data storage unit for storing cumulative wall thinning amount data representing the cumulative wall loss amount for each small area of the inner wall of the valve.
また、本発明に係るバルブの減肉診断方法は、バルブの減肉を診断するバルブの減肉診断方法であって、前記バルブの形状を表すバルブ形状情報、および、前記バルブの開度を表すバルブ開度情報に基づいて、前記バルブの流路領域の形状を決定し、前記流路領域を複数の小領域に分割して、前記小領域毎の流体の状態を表す流体状態量を計算し、前記小領域毎に計算した前記流体状態量に基づいて、前記バルブの内壁の小領域毎の減肉速度を計算し、前記減肉速度を時間積分して、前記バルブの内壁の小領域毎の累積減肉量を計算する。 Further, the valve thinning diagnosis method according to the present invention is a valve thinning diagnosis method for diagnosing valve thinning, and represents valve shape information indicating the shape of the valve and opening degree of the valve. Based on the valve opening degree information, the shape of the flow path region of the valve is determined, the flow path region is divided into a plurality of small regions, and the amount of fluid state representing the state of the fluid in each small region is calculated. , The wall thinning rate for each small area of the inner wall of the valve is calculated based on the fluid state amount calculated for each small area, and the wall thinning rate is time-integrated for each small area of the inner wall of the valve. Calculate the cumulative amount of wall loss.
また、本発明に係るバルブの減肉診断サービスは、バルブの減肉を診断するバルブの減肉診断サービスであって、バルブの減肉を診断するバルブの減肉診断システムと、通信ネットワークに接続されており、バルブの形状を表すバルブ形状データおよび前記バルブの内壁の小領域毎の累積減肉量を表す累積減肉量データを管理するサーバと、前記通信ネットワークに接続されており、前記バルブのユーザに操作されるクライアントと、を有し、前記サーバは、前記バルブのユーザからの診断要求を受け付け、前記クライアントを介して前記バルブ形状データを特定する情報を受信し、前記減肉診断システムは、前記バルブ形状データに基づいて、前記累積減肉量を計算し、前記累積減肉量のデータは、前記ユーザが確認可能な診断結果データとして、前記サーバから前記クライアントに送信される。 Further, the valve thinning diagnosis service according to the present invention is a valve thinning diagnosis service for diagnosing valve thinning, and is connected to a valve thinning diagnosis system for diagnosing valve thinning and a communication network. The valve is connected to the communication network and is connected to the server that manages the valve shape data representing the shape of the valve and the cumulative wall thinning amount data representing the cumulative wall thinning amount for each small area of the inner wall of the valve. The server has a client operated by the user, receives a diagnosis request from the user of the valve, receives information for identifying the valve shape data via the client, and receives the information for identifying the valve shape data, and the wall thickness diagnosis system. Calculates the cumulative wall thinning amount based on the valve shape data, and the cumulative wall thinning amount data is transmitted from the server to the client as diagnostic result data that can be confirmed by the user.
本発明によると、バルブ内部の流路領域を複数の小領域に分割し、バルブの内部の局所的な流れを加味して、小領域毎にバルブ内壁の減肉を診断可能なバルブの減肉診断システム、バルブの減肉診断方法およびバルブの減肉診断サービスを提供することができる。 According to the present invention, the flow path region inside the valve is divided into a plurality of small regions, and the local flow inside the valve is taken into consideration to diagnose the thinning of the inner wall of the valve for each small region. It is possible to provide a diagnostic system, a valve thinning diagnosis method, and a valve thinning diagnosis service.
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.
<第1実施形態>
はじめに、本発明の第1実施形態に係るバルブの減肉診断システム、および、これを用いたバルブの減肉診断方法について、図を参照しながら説明する。なお、以下の各図において、共通する構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。
<First Embodiment>
First, the valve thinning diagnosis system according to the first embodiment of the present invention and the valve thinning diagnosis method using the system will be described with reference to the drawings. In each of the following figures, common configurations are designated by the same reference numerals and duplicated description will be omitted.
図1は、第1実施形態に係るバルブの減肉診断システムの構成を示す図である。
図1に示すように、第1実施形態に係るバルブの減肉診断システム100は、流体情報入力部101と、流路形状生成部102と、メッシュ生成部103と、流体状態量演算部104と、減肉速度計算部105と、累積減肉量計算部106と、累積加算部107と、データ格納部108と、画像生成部109と、を備えている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a valve thinning diagnosis system according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the valve
減肉診断システム100は、バルブの減肉を診断する装置である。流体と接するバルブの内壁は、エロージョン・コロージョン等によって劣化する。湿り蒸気等の二相流体が通流する場合には、キャビテーションエロージョンや液滴衝撃エロージョン(Liquid Droplet Impingement:LDI)による劣化が進行する。減肉診断システム100は、このような劣化の定量的な評価を可能とするために、バルブの内壁の減肉速度や減肉量を求めるものである。
The wall
一般に、バルブの内壁の減肉速度は、バルブの内部を通流する流体の状態に依存する。例えば、流体の圧力、流速、流量、温度等や、蒸気の湿り度等に応じて、バルブの内壁の減肉速度が異なる。従来の一般的な診断システムでは、バルブの入出口で計測した流体の状態に基づいて、バルブの個体としての診断を行っている(特許文献1参照)。これに対し、減肉診断システム100では、バルブ内部の流路領域を複数の小領域に分割し、バルブの内壁の小領域毎の減肉速度や累積減肉量を求め、バルブの内壁の小領域毎の劣化の評価を可能にする。
In general, the rate of wall thinning of the inner wall of a valve depends on the condition of the fluid flowing through the inside of the valve. For example, the wall thinning rate of the inner wall of the valve differs depending on the pressure, flow velocity, flow rate, temperature, etc. of the fluid, the wetness of the steam, and the like. In a conventional general diagnostic system, a valve is diagnosed as an individual based on the state of the fluid measured at the inlet and outlet of the valve (see Patent Document 1). On the other hand, in the wall
減肉診断システム100では、バルブの内壁の小領域毎の減肉速度を求めるにあたり、バルブの内部に形成される流路領域を複数の小領域に分割し、小領域毎の流体の状態を求める。小領域毎の流体の状態は、数値流体力学(Computational Fluid Dynamics:CFD)を利用した数値解析シミュレーションによって演算される。有限体積法による数値解析シミュレーションを行うため、バルブの流路領域を複数の小領域(一般にセルと呼ばれる)に分割して、数値解析のためのメッシュを生成する。メッシュとは、複数のセルで構成された流路領域全体を指す。
In the wall
減肉診断システム100において、診断対象であるバルブ1は、信号線を介してシステムと接続される。診断対象のバルブ1は、例えば、配管網中に設置されている実用上のバルブであってもよいし、試験用に用意されたバルブであってもよい。実用されているバルブ1を診断する場合、バルブ1の設置の場所は、特に限定されるものではない。
In the wall thinning
診断対象のバルブ1は、例えば、化学プラント、原子力プラント、発電プラント、鉄鋼プラント、石油プラント、工場、水処理施設、廃棄物処理施設等、各種の施設に設置されたものであってよい。診断対象のバルブ1は、構造、形状、機能、用途等が、特に限定されるものではない。
The
図1において、診断対象のバルブ1は、開度を計測する開度センサ111と、流体状態量を計測するセンサ113,114と、開度を制御する開度制御装置115と、開度が制御される開閉自在な弁体116と、流体が通流する内部流路が設けられた弁箱117と、を備えている。減肉診断システム100は、このような構成を有する一般的なバルブ1を診断対象とすることができる。
In FIG. 1, the
流体状態量とは、流体の物理的ないし化学的状態を表す各種の物理量を意味する。診断対象のバルブ1に流される流体としては、液体、気体や、湿り蒸気のような二相流体等が挙げられる。流体状態量の具体例としては、圧力、流速、流量、温度等や、蒸気の湿り度、乾き度や、化学組成、乱流強度等が挙げられる。
The fluid state quantity means various physical quantities representing the physical or chemical state of a fluid. Examples of the fluid flowing through the
図1において、流体状態量を計測するセンサ113,114としては、上流側センサ113と、下流側センサ114と、が備えられている。
In FIG. 1, as the
上流側センサ113は、弁体116よりも上流側の弁箱117の入口に設置されている。上流側センサ113は、上流側の流体状態量を計測するためのセンサである。上流側の流体状態量は、弁箱117に流入する弁体116よりも上流側の流体118の流体状態量を意味する。
The
下流側センサ114は、弁体116よりも下流側の弁箱117の出口に設置されている。下流側センサ114は、下流側の流体状態量を計測するためのセンサである。下流側の流体状態量は、弁箱117から流出する弁体116よりも下流側の流体119の流体状態量を意味する。
The
上流側の流体状態量や下流側の流体状態量は、減肉診断システム100による数値解析シミュレーションにおいて、メッシュを構成するセル毎の流体状態量を演算するときに、バルブ流路入口およびバルブ流路出口の境界条件として用いられる。上流側センサ113や下流側センサ114は、各流体状態量を所定の時間間隔で計測し、各流体状態量の計測データを減肉診断システム100に出力する。
The fluid state amount on the upstream side and the fluid state amount on the downstream side are the valve flow path inlet and the valve flow path when the fluid state amount for each cell constituting the mesh is calculated in the numerical analysis simulation by the wall thinning
上流側センサ113や下流側センサ114は、メッシュを構成するセル毎の流体状態量を演算し得る限り、それぞれ、一種の流体状態量を計測してもよいし、複数種の流体状態量を計測してもよい。セル毎の流体状態量を演算するにあたり、複数種の流体状態量が必要になる場合は、上流側センサ113や下流側センサ114のそれぞれとして、複数のセンサを用いてもよい。
As long as the
上流側センサ113や下流側センサ114は、計測した流体状態量に基づいて演算されるセル毎の流体状態量が、バルブの内壁の減肉速度を計算できる物理量となる限り、互いに適宜の流体状態量を計測することができる。
The
例えば、上流側の流体状態量として、流量と温度を計測し、下流側の流体状態量として、圧力を計測することができる。このような計測を行うと、CFDを利用した数値解析シミュレーションによって、メッシュを構成するセル毎の圧力、流速および温度を演算することができる。これらの流体状態量からは、バルブの内壁の減肉速度を計算することができる。 For example, the flow rate and temperature can be measured as the fluid state quantity on the upstream side, and the pressure can be measured as the fluid state quantity on the downstream side. When such measurement is performed, the pressure, flow velocity, and temperature of each cell constituting the mesh can be calculated by a numerical analysis simulation using CFD. From these fluid state quantities, the wall thinning rate of the inner wall of the valve can be calculated.
診断対象のバルブ1において、バルブの開度、すなわち、弁体116の変位は、開度制御装置115によって制御される。弁体116が所定の変位に制御されると、バルブ1の流路領域の形状が変化し、バルブ1の絞り部の断面積も変わる。減肉診断システム100では、バルブ1の流路領域の形状を決定し、流路領域を小領域に分割して、バルブの内壁の小領域毎の減肉を求めるために、このようなバルブの開度の情報を利用する。
In the
弁体116の変位は、開度センサ111によって計測される。開度センサ111は、バルブ開度データ120を、減肉診断システム100に出力する。バルブ開度データ120は、弁体116の基準位置に対する変位に基づいたバルブ1の開度を表すデータである。
The displacement of the
なお、図1において、診断対象のバルブ1は、グローブバルブとされている。しかしながら、診断対象のバルブ1は、ボールバルブ、ゲートバルブ、バタフライバルブ、ダイヤフラムバルブ、チャッキバルブ等のいずれであってもよい。
In FIG. 1, the
また、図1において、上流側センサ113や下流側センサ114は、それぞれ、弁箱117に設置されている。しかしながら、上流側センサ113は、弁体116よりも上流側の適宜の位置に設置することができる。また、下流側センサ114は、弁体116よりも下流側の適宜の位置に設置することができる。
Further, in FIG. 1, the
上流側センサ113や下流側センサ114としては、診断のために設置された新規のセンサを利用してもよいし、配管網中に予め設置されている既存のセンサを利用してもよい。例えば、バルブ1の上流側に設置されるオリフィス流量計や、バルブ1の下流側に設置される圧力計等を利用することができる。既存のセンサを利用すると、センサの設置に関わるコストを削減できる。また、開度センサ111としては、センサ113,114と同様に、新規のセンサを利用してもよいし、既存のセンサを利用してもよい。
As the
減肉診断システム100は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の演算装置や、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等の記憶装置や、磁気ディスク、光学ディスク、不揮発性メモリ等の外部記憶装置や、入力インタフェイス、出力インタフェイス、送受信機能等を備えるコンピュータによって構成される。減肉診断システム100の機能の一部は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶されたプログラムや、その他のハードウェアによって実行されてもよい。
The wall thinning
減肉診断システム100には、操作データ等を入力する入力装置や、表示装置10等が、インタフェイスを介して接続される。入力装置としては、例えば、キーボード、マウス、タッチパッド等が挙げられる。表示装置10としては、例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイ、ブラウン管等が挙げられる。
An input device for inputting operation data and the like, a
流体情報入力部101は、上流側センサ113によって計測された上流側の流体状態量の計測データ、および、下流側センサ114によって計測された下流側の流体状態量の計測データの入力を受け付ける。流体情報入力部101は、バルブの減肉を診断する処理が開始されると、現時刻における各データを、流体状態量演算部104に送る。
The fluid
流路形状生成部102は、バルブ形状データ110およびバルブ開度データ120の入力を受け付け、バルブ形状データ110およびバルブ開度データ120に基づいて、数値解析シミュレーションで用いる流路形状データを生成する。バルブ形状データ110は、バルブ1の形状を表すデータである。バルブ開度データ120は、バルブ1の開度を表すデータである。流路形状データは、バルブ1の流路領域の形状を表すデータである。
The flow path shape
バルブ形状データ110は、例えば、弁体116の表面や弁箱117の内表面の形状を表すサーフェスモデル状のデータを含む。バルブ形状データ110としては、数値解析の手法に応じて、二次元CADデータ、三次元CADデータ等を用いることができる。バルブ形状データ110は、診断対象のバルブ1の種類を特定する方法等によって、各種のバルブの形状を記憶しているデータベース、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体等から入力することができる。
The
バルブ開度データ120は、例えば、バルブ1の開度を%等で表すデータや、弁体116の基準位置からの変位を表すデータによって構成される。バルブ開度データ120は、開度センサ111から入力される。
The
流路形状データは、バルブ1の内表面の形状を表すバルブ形状データ110と、開度毎の弁体116の位置を表すバルブ開度データ120との組み合わせにより、バルブの内部に形成される流路領域の形状を表すデータとして生成される。数値解析シミュレーションの解析対象である流体は、この流路形状データによって特定される流路領域に存在する。
The flow path shape data is a flow formed inside the valve by combining the
流路形状生成部102は、バルブの開度毎に流路形状データを生成する。バルブ1の流路領域の形状は、弁体116や弁箱117の形状と、バルブの開度に応じて決まる。バルブ1の絞り部は、開度が大きい場合に断面積が大きくなり、開度が小さい場合に断面積が小さくなる。そのため、バルブの開度毎に、流れの剥離、偏流、乱流等の分布が異なる。バルブの開度毎に流路形状データを生成すると、流路形状に応じて変化する流れの分布を加味した数値解析シミュレーションが可能になり、バルブの内壁の局所的な減肉を正確に診断することができる。
The flow path shape
メッシュ生成部103は、流路形状データ上で、バルブ1の流路領域を複数の小領域(セル)に分割して、数値解析のためのメッシュを生成する。CFDを利用した数値解析シミュレーションでは有限体積法を用いるため、離散化のために、解析対象であるバルブ1の流路領域を複数のセルに分割する。セルへの分割によって生成されるメッシュは、節点間隔等が、特に制限されるものではない。分割によって生成される各セルは、規則形状であってもよいし、非構造的な不規則形状であってもよい。
The
流体状態量演算部104は、メッシュ生成部103が生成したメッシュ上で、メッシュを構成するセル毎の流体の状態を表す流体状態量を演算する。セル毎の流体状態量は、CFDを利用した数値解析シミュレーションによって演算される。流体状態量演算部104は、メッシュ生成部103が生成したメッシュデータ、上流側の流体状態量の計測データ、および、下流側の流体状態量の計測データを取得し、メッシュデータで特定される流路領域を計算体系として、有限体積法を用いた数値解析シミュレーションを行う。
The fluid state
数値解析シミュレーションにおいて、上流側の流体状態量の計測データ、および、下流側の流体状態量の計測データは、バルブ流路入口およびバルブ流路出口の境界条件として入力される。流体状態量演算部104は、バルブ1の流路領域を表すメッシュ上の各セルにおいて、質量保存方程式、運動量保存方程式、エネルギ保存方程式、状態方程式等の基礎方程式を解き、セル毎の流体状態量を求める。
In the numerical analysis simulation, the measurement data of the fluid state amount on the upstream side and the measurement data of the fluid state amount on the downstream side are input as the boundary conditions of the valve flow path inlet and the valve flow path outlet. The fluid state
数値解析シミュレーションでは、バルブ1の流路領域を表すメッシュを、二次元的に作成して解析してもよいし、三次元的に作成して解析してもよい。また、基礎方程式を分離的に解いてもよいし、連成的に解いてもよい。バルブ1を通流する流体は、流体の種類にもよるが、ニュートン流体として扱ってもよいし、非ニュートン流体として扱ってもよい。また、現時刻における定常解析を行ってもよいし、非定常解析を行ってもよい。但し、解析時間を短縮する観点では、定常解析を行うことが好ましい。
In the numerical analysis simulation, the mesh representing the flow path region of the
数値解析シミュレーションでは、流体運動を記述した偏微分方程式として、ナビエ−ストークス(Navier-Stokes)方程式や、その他の乱流モデルを用いることができる。乱流モデルとしては、バルブ1の流路領域の形状、流体の種類、流速等に応じて、適宜の種類を用いることができる。乱流モデルの具体例としては、k−ωモデル、k−εモデル、Spalart−Allmarasモデル等のRANSや、LES等が挙げられる。
In the numerical analysis simulation, the Navier-Stokes equation and other turbulence models can be used as the partial differential equations that describe the fluid motion. As the turbulent flow model, an appropriate type can be used depending on the shape of the flow path region of the
流体状態量演算部104は、演算されたセル毎の流体状態量のデータを、個々のセルを表す識別子と関連付けた状態で、減肉速度計算部105に送る。例えば、上流側の流体状態量として、流量と温度を計測し、下流側の流体状態量として、圧力を計測すると、メッシュを構成するセル毎の圧力、流速および温度を演算することができる。そのため、これらのセル毎の流体状態量のデータを、メッシュの全体について、減肉速度計算部105に送る。
The fluid state
減肉速度計算部105は、メッシュ上でセル毎に計算した流体状態量に基づいて、バルブの内壁のセル毎の減肉速度を計算する。バルブの内壁の減肉速度は、材料の減肉速度を予測する予測計算モデルに基づいて計算される。予測計算モデルは、流体状態量や、バルブ1の材料の機械的特性等の関数として表される。減肉速度計算部105は、セル毎に計算した流体状態量のデータを予測計算モデルにあてはめ、バルブ1の内壁に隣接するセルについて、材料に応じた減肉速度を求める。減肉速度計算部105は、計算されたバルブの内壁のセル毎の減肉速度のデータを、個々のセルを表す識別子と関連付けた状態で、累積減肉量計算部106、データ格納部108および画像生成部109に送る。
The wall thinning
ここで、バルブの内壁の減肉速度の具体的な計算法について説明する。 Here, a specific calculation method of the wall thinning rate of the inner wall of the valve will be described.
例えば、液滴衝撃エロージョンは、次のような過程で起こる。バルブ1の絞り部で流れが加速すると、流体の圧力が飽和蒸気圧よりも低くなったとき、気体の一部が凝縮して液滴が生成し、気液二相流体を生じる。凝縮した液滴がバルブの内壁に高速で衝突すると、液滴衝撃エロージョンが起こる。
For example, droplet impact erosion occurs in the following process. When the flow is accelerated at the throttle portion of the
このような液滴衝撃エロージョンによる材料の減肉速度は、液滴凝縮解析と、液滴飛跡解析と、減肉速度解析と、によって計算することができる。 The thinning rate of the material due to such droplet impact erosion can be calculated by droplet condensation analysis, droplet track analysis, and wall thinning rate analysis.
はじめに、液滴凝縮解析として、流体から凝縮する液滴の状態を数値解析シミュレーションによって解析する。数値解析シミュレーションによると、メッシュを構成する各セルの流体状態量を基に、液滴の発生位置、発生量、液滴径を求めることができる。液滴の状態は、液滴が飽和蒸気温度以下で発生するとの仮定の下で、飽和蒸気温度と個々のセルの蒸気温度との差から、次の数式(I)〜(IV)によって求められる。 First, as a droplet condensation analysis, the state of droplets condensed from a fluid is analyzed by a numerical analysis simulation. According to the numerical analysis simulation, the droplet generation position, the generation amount, and the droplet diameter can be obtained based on the fluid state amount of each cell constituting the mesh. The state of the droplet is determined by the following formulas (I) to (IV) from the difference between the saturated vapor temperature and the vapor temperature of each cell, assuming that the droplet is generated below the saturated vapor temperature. ..
ここで、r*はケルビン−ヘルムホルツによる生成核半径[m]、σは蒸気表面張力[N・m−1]、Tsは飽和蒸気温度[K]、ρは液滴密度[kg・m−3]、hは蒸発潜熱[J・kg−1]、ΔTは飽和蒸気温度と個々のセルの蒸気温度との差、Jは液滴の核生成速度、qcは凝縮係数、ηは非等温補正係数、Mは水銀分子量[kg・mol−1]、Gはギブス自由エネルギ[J]、Kbはボルツマン定数、γは表面張力[N・m−1]、Rは気体定数[J・mol−1・K−1]、Tvは蒸気温度[K]を表す。 Here, r * is the nucleation radius [m] generated by Kelvin-Helmholtz, σ is the vapor surface tension [Nm- 1 ], Ts is the saturated vapor temperature [K], and ρ is the droplet density [kgm- 3]. ], H is the latent heat of evaporation [J · kg -1 ], ΔT is the difference between the saturated vapor temperature and the vapor temperature of each cell, J is the nucleation rate of droplets, qc is the condensation coefficient, and η is the non-isothermal correction coefficient. , M is mercury molecular weight [kg · mol -1 ], G is Gibbs free energy [J], Kb is Boltzmann constant, γ is surface tension [N · m -1 ], R is gas constant [J · mol -1 · K -1 ] and Tv represent the steam temperature [K].
次に、液滴飛跡解析として、流体から発生した液滴の飛跡を数値解析シミュレーションによって解析する。数値解析シミュレーションによると、メッシュを構成するセルのうち、バルブの内壁に相当する対象壁面に対する、液滴の衝突頻度、衝突速度を求めることができる。液滴の飛跡は、液滴凝縮解析で求めた状態の液滴を各セルに配置し、所定の流れの下で運動を再現することにより、次の数式(V)〜(VII)によって求められる。 Next, as a droplet track analysis, the track of a droplet generated from a fluid is analyzed by a numerical analysis simulation. According to the numerical analysis simulation, it is possible to obtain the collision frequency and the collision speed of the droplets with respect to the target wall surface corresponding to the inner wall of the valve among the cells constituting the mesh. The track of the droplet is obtained by the following mathematical formulas (V) to (VII) by arranging the droplet in the state obtained by the droplet condensation analysis in each cell and reproducing the motion under a predetermined flow. ..
ここで、mは液滴質量[kg]、vは液滴速度[m・S−1]、uは流速[m・S−1]、CDは抗力係数、Redはレイノルズ数、Dは液滴径[m]、μは粘度[Pa・S]を表す。 Here, m drop mass [kg], v is the drop velocity [m · S -1], u is the flow rate [m · S -1], CD is the drag coefficient, Re d is the Reynolds number, D is the liquid Drop diameter [m] and μ represent viscosity [Pa · S].
次に、減肉速度解析として、バルブの内壁の材料毎の液滴の衝突による減肉速度を計算する。液滴の衝突による減肉速度は、液滴の衝突頻度、衝突速度、材料の機械的特性、例えば、硬さの関数として表される。液滴の衝突による減肉速度は、例えば、次の数式(VIII)によって求められる。 Next, as a wall thinning speed analysis, the wall thinning speed due to the collision of droplets for each material on the inner wall of the valve is calculated. The rate of wall thinning due to droplet collision is expressed as a function of droplet collision frequency, collision velocity, and mechanical properties of the material, such as hardness. The wall thinning rate due to the collision of droplets is calculated by, for example, the following mathematical formula (VIII).
ここで、Wは減肉速度[mm・s−1]、Fは液滴の衝突頻度[mm−2・s−1]、νは液滴の衝突速度、Dは液滴径[m]、ρは液滴密度[kgm−3]、Cは材料係数、nは実測との相関で決定する衝突速度の次数を表す。材料係数Cは、材料の硬さの関数として扱うことができ、バルブの材料を用いた衝突試験を実際に行い、得られた結果を回帰分析して求めることができる。 Here, W is the wall thinning speed [mm · s -1 ], F is the collision frequency of the droplet [mm -2 · s -1 ], ν is the collision speed of the droplet, and D is the droplet diameter [m]. ρ represents the droplet density [kgm -3 ], C represents the material coefficient, and n represents the order of the collision velocity determined by the correlation with the actual measurement. The material coefficient C can be treated as a function of the hardness of the material, and a collision test using the material of the valve can be actually performed, and the obtained result can be obtained by regression analysis.
なお、バルブの減肉の診断対象は、エロージョン・コロージョンによる減肉や、キャビテーションエロージョンによる減肉や、液滴衝撃エロージョンによる減肉や、これらの複合による減肉等のいずれであってもよい。これらによる減肉速度は、バルブの材料を用いた腐食試験・壊食試験を実際に行い、複数の流体状態量の条件下で得られた結果を、各種の多変量解析の手法で解析して求めることができる。 The valve wall thinning may be diagnosed by any of erosion corrosion, cavitation erosion, droplet impact erosion, and combination of these. For the wall thinning rate due to these, corrosion tests and corrosion tests using valve materials were actually performed, and the results obtained under the conditions of multiple fluid state quantities were analyzed by various multivariate analysis methods. Can be sought.
累積減肉量計算部106は、バルブの内壁のセル毎の減肉速度を時間積分して、バルブの内壁のセル毎の累積減肉量を計算する。累積減肉量計算部106は、減肉速度計算部105から、現時刻におけるバルブの内壁のセル毎の減肉速度のデータを取得し、この減肉速度を、前回の計測時刻から現時刻までの経過時間で時間積分する。このような積分処理によって、前回の計測時刻から現時刻までに生じた減肉変化量が求められる。
The cumulative wall thinning
累積減肉量計算部106は、累積加算部107を備えている。累積加算部107は、データ格納部108から、前回の計測時刻までのバルブの内壁のセル毎の累積減肉量のデータを取得し、累積減肉量計算部106によって計算された減肉変化量を、この累積減肉量に対して加算する。このような加算処理によって、現時刻までのバルブの内壁のセル毎の累積減肉量が求められる。累積加算部107は、計算された現時刻までのバルブの内壁のセル毎の累積減肉量のデータを、個々のセルを表す識別子と関連付けた状態で、データ格納部108および画像生成部109に送る。
The cumulative wall thinning
データ格納部108は、バルブの内壁のセル毎の累積減肉量のデータや、バルブの内壁のセル毎の減肉速度のデータを格納する。データ格納部108は、累積加算部107から、現時刻までの累積減肉量のデータを取得すると、このデータを最新のデータとして更新する。これらのデータは、個々のセルを表す識別子と関連付けられた状態で、診断結果データベース130として格納される(図2参照)。
The
画像生成部109は、バルブの内壁のセル毎の累積減肉量のデータや、バルブの内壁のセル毎の減肉速度のデータに基づいて、バルブの減肉の診断結果を示す診断結果データを生成する。生成された診断結果データは、表示装置10に出力される(図3参照)。
The
図2は、バルブの減肉の診断結果のデータを格納するデータベースの一例を示す図である。
図2に示すように、バルブの減肉の診断結果は、診断結果データベース130として、テーブルによる格納形式で、データ格納部108に記憶させることができる。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a database that stores data on the diagnosis result of valve wall thinning.
As shown in FIG. 2, the diagnosis result of valve wall thinning can be stored in the
診断結果データベース130は、バルブの内壁のセル毎に付される識別子(領域No.)、バルブの内壁のセル毎の座標、バルブの内壁のセル毎の減肉速度、バルブの内壁のセル毎の累積減肉量等のデータを含むことができる。
The
識別子(領域No.)としては、例えば、メッシュを構成する多数のセルのうち、バルブの内壁に隣接するセルに対して、任意の番号等を付与することができる。座標としては、例えば、xyz座標系等における所定の基準点に対するセルの中心の座標等を用いることができる。診断結果データベース130は、その他のデータとして、セル毎の流体状態量のデータ等を含んでもよい。
As the identifier (region No.), for example, an arbitrary number or the like can be assigned to the cell adjacent to the inner wall of the valve among a large number of cells constituting the mesh. As the coordinates, for example, the coordinates of the center of the cell with respect to a predetermined reference point in the xyz coordinate system or the like can be used. The
図3は、バルブの減肉の診断結果を示す画像の一例を示す図である。
図3に示すように、バルブの減肉の診断結果は、バルブの内壁のセル毎の減肉速度や、バルブの内壁のセル毎の累積減肉量を、数値画像131として表示することができる。また、バルブ1の流路領域ないし内壁の形状を、形状画像132として表示することができる。
FIG. 3 is a diagram showing an example of an image showing a diagnosis result of valve wall thinning.
As shown in FIG. 3, the diagnosis result of the wall thinning of the valve can display the wall thinning speed of each cell of the inner wall of the valve and the cumulative wall thinning amount of each cell of the inner wall of the valve as a
数値画像131は、バルブの内壁のセル毎に付される識別子(領域No.)や座標と関連付けて、テーブル等として表示することができる。また、形状画像132は、バルブの内壁のセル毎の減肉速度や累積減肉量の結果と関連付けて、二次元的または三次元的に表示することができる。形状画像132は、数値データをモデリングする画像ソフトウェア等によって作成することができる。
The
例えば、図3に示すように、テーブル上に表示した識別子(領域No.)を、形状画像132の対応する領域にも表示することができる。減肉速度や累積減肉量が所定の閾値よりも大きい領域や、顕著な減肉が発生した箇所や、セル毎の減肉の危険性等を、色付け、テクスチャ等によって視覚的に強調表示させることもできる。また、減肉速度や累積減肉量の数値範囲毎に、各セルを色やテクスチャで分けてマップ表示させることもできる。
For example, as shown in FIG. 3, the identifier (region No.) displayed on the table can also be displayed in the corresponding region of the
或いは、図3とは異なり、初期表示においては、数値画像131を表示せず、形状画像132のみを表示することもできる。このような初期表示の状態において、形状画像132上の任意のセルをクリック等で指定したとき、そのセルの座標、減肉速度、累積減肉量等がポップアップ等で表示するように構成することもできる。
Alternatively, unlike FIG. 3, in the initial display, only the
バルブの減肉の診断結果を表す形状画像132は、数値解析シミュレーションに基づいて三次元的に視覚化することが容易である。そのため、減肉の発生箇所や減肉量の予測を視覚的に理解することを可能にする利点がある。また、数値画像131は、各セルの減肉速度や累積減肉量の大きさに応じて、昇順または降順に配列させて表示することもできる。そのため、減肉量が大きい箇所を容易に判別することを可能にする利点がある。このような表示によって、バルブの補修・交換の優先順位を適切に決めることができる。
The
以上の減肉診断システム100や、これを用いた減肉診断方法によると、バルブの形状の情報や、バルブの開度の情報や、バルブを流れる流体の状態の情報に基づいて、バルブの流路領域を分割した小領域毎の流体状態量を求めることができる。小領域毎の流体状態量からは、バルブの内壁の小領域毎の減肉速度や累積減肉量を、正確性高く求めることができる。バルブの内部が複雑な三次元形状である場合や、バルブの開度が頻繁に切り替えられる場合であり、流れの剥離、偏流、乱流等の分布が頻繁に変化するような状況であっても、バルブの内壁の小領域毎の減肉が正確性高く定量化される。よって、バルブの内部の局所的な流れを加味してバルブの内壁の小領域毎の減肉を評価することができる。診断上で局所的な流速ピーク等の見落としが低減するため、減肉の過小評価を回避することができる。
According to the above-mentioned
以上の減肉診断システム100によると、バルブの保守サービス、保証サービスを様々な形態で展開することが可能である。例えば、減肉診断システム100で評価した累積減肉量から、バルブの寿命を予測することができる。そのため、バルブの交換や補修の時期を適切に決定することができる。保守が必要なバルブの選別や、保守の優先順位の選定が可能になるため、保守コストを削減することができる。また、バルブの適切な保証期間を決定することができる。バルブの運用条件に応じて、個別の保証期間を設定することが可能になる。
According to the above-mentioned
図4は、バルブの減肉診断システム100における処理の一例を示すフローチャートである。
図4に示すように、前記の減肉診断システム100は、バルブの減肉を診断する処理を、診断対象のバルブ1の実際の運用中に行うこともできる。
FIG. 4 is a flowchart showing an example of processing in the valve thinning
As shown in FIG. 4, the wall thinning
バルブ1の実際の運用中には、バルブの開度や流体の状態が経時的に変化する。このような状況では、バルブの内部において、流れの剥離、偏流、乱流等の分布が頻繁に変化する。しかし、このようなバルブ1の実際の運用中であっても、減肉診断システム100によって、バルブの減肉の時間変化を監視することができる。
During the actual operation of the
バルブ1の運用中にバルブの減肉を診断する場合、はじめに、バルブ形状データ110を取得する(ステップS201)。バルブ形状データ110は、運用されているバルブ1の種類に応じて、各種のバルブの形状を記憶しているデータベース、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体等から流路形状生成部102に入力される。
When diagnosing the wall thinning of the valve during the operation of the
続いて、現時刻におけるバルブ開度データ120を取得する(ステップS202)。バルブ開度データ120は、運用されているバルブ1の開度センサ111から流路形状生成部102に入力される。
Subsequently, the valve
続いて、前回の計測時刻から現時刻までにバルブの開度に変化があると(ステップS203;YES)、ステップS204に進む。 Subsequently, if there is a change in the valve opening degree from the previous measurement time to the current time (step S203; YES), the process proceeds to step S204.
バルブの開度に変化がある場合、現時刻におけるバルブ開度データ120に基づいて流路形状データを生成し、バルブ1の流路領域を複数の小領域(セル)に分割して、数値解析のためのメッシュを生成する(ステップS204)。流路形状生成部102は、生成した流路形状データをメッシュ生成部103に送る。メッシュ生成部103は、生成したメッシュデータを流体状態量演算部104に送る。
When there is a change in the valve opening, the flow path shape data is generated based on the
続いて、現時刻における流体状態量の計測データを取得する(ステップS205)。上流側の流体状態量の計測データは、上流側センサ113から流体情報入力部101に入力される。下流側の流体状態量の計測データは、下流側センサ114から流体情報入力部101に入力される。その後、ステップS207に進む。
Subsequently, the measurement data of the fluid state amount at the current time is acquired (step S205). The measurement data of the fluid state amount on the upstream side is input from the
一方、前回の計測時刻から現時刻までにバルブの開度に変化がないと(ステップS203;NO)、ステップS206に進む。 On the other hand, if there is no change in the valve opening degree from the previous measurement time to the current time (step S203; NO), the process proceeds to step S206.
バルブの開度の変化がない場合、新規の流路形状データを生成することなく、現時刻における流体状態量の計測データを取得する(ステップS206)。 When there is no change in the opening degree of the valve, the measurement data of the fluid state amount at the current time is acquired without generating new flow path shape data (step S206).
次いで、前回の計測時刻から現時刻までに流体状態量の変化があると(ステップS207;YES)、ステップS208に進む。 Then, if there is a change in the fluid state amount from the previous measurement time to the current time (step S207; YES), the process proceeds to step S208.
一方、前回の計測時刻から現時刻までに流体状態量の変化がないと(ステップS207;NO)、ステップS210に進む。 On the other hand, if there is no change in the fluid state amount from the previous measurement time to the current time (step S207; NO), the process proceeds to step S210.
バルブの開度に変化があり、現時刻における流体状態量の計測データが取得された場合(ステップS205)や、バルブの開度に変化がなく、前回の計測時刻から現時刻までに流体状態量の変化がある場合(ステップS207;YES)には、メッシュを構成するセル毎の流体状態量を演算する(ステップS208)。流体状態量演算部104は、メッシュデータ、上流側の流体状態量の計測データ、および、下流側の流体状態量の計測データに基づいて、CFDを利用した数値解析シミュレーションを行う。
When there is a change in the valve opening and the measurement data of the fluid state quantity at the current time is acquired (step S205), or when there is no change in the valve opening and the fluid state quantity is from the previous measurement time to the current time. (Step S207; YES), the fluid state quantity for each cell constituting the mesh is calculated (step S208). The fluid state
続いて、メッシュ上でセル毎に計算した流体状態量に基づいて、現時刻におけるバルブの内壁のセル毎の減肉速度を計算する(ステップS209)。減肉速度計算部105は、計算された減肉速度のデータを、データ格納部108に格納する。
Subsequently, the wall thinning rate for each cell on the inner wall of the valve at the current time is calculated based on the fluid state amount calculated for each cell on the mesh (step S209). The wall thinning
続いて、現時刻におけるバルブの内壁のセル毎の減肉速度を時間積分して、現時刻におけるバルブの内壁のセル毎の減肉変化量を計算する(ステップS210)。累積減肉量計算部106は、減肉変化量として、前回の計測時刻から現時刻までの減肉量を計算する。
Subsequently, the wall thinning rate for each cell on the inner wall of the valve at the current time is time-integrated to calculate the amount of change in wall thinning for each cell on the inner wall of the valve at the current time (step S210). The cumulative wall thinning
続いて、前回の計測時刻までのバルブの内壁のセル毎の累積減肉量に対して、現時刻におけるバルブの内壁のセル毎の減肉変化量を加算して、現時刻までのバルブの内壁のセル毎の累積減肉量を計算する(ステップS211)。累積加算部107は、計算された累積減肉量のデータを、データ格納部108に格納する。
Subsequently, the amount of change in wall thinning for each cell on the inner wall of the valve at the current time is added to the cumulative amount of wall thinning for each cell on the inner wall of the valve up to the previous measurement time, and the inner wall of the valve up to the current time is added. Cumulative wall thinning amount for each cell is calculated (step S211). The
続いて、バルブの内壁のセル毎の累積減肉量のデータに基づいて、バルブの減肉の診断結果を示す診断結果データを生成し、バルブの減肉の診断結果を表示装置10に表示する(ステップS212)。
Subsequently, based on the data of the cumulative wall thickness reduction amount for each cell of the inner wall of the valve, the diagnosis result data showing the diagnosis result of the wall thickness reduction of the valve is generated, and the diagnosis result of the wall thickness reduction of the valve is displayed on the
続いて、バルブ1の減肉を診断する処理が終了時刻に達しているか否かを判定する(ステップS213)。判定の結果、処理が終了時刻に達していないと(ステップS213;NO)、ステップS202に戻り、以降の処理を繰り返す。一方、判定の結果、処理が終了時刻に達していると(ステップS213;YES)、バルブの減肉を診断する処理を終了する。
Subsequently, it is determined whether or not the process of diagnosing the thinning of the
なお、バルブの減肉を診断する処理は、所定の終了時刻に達したときに停止してもよいし、バルブ1を使用したプロセスが終了したときに停止してもよい。また、バルブの開度や流体の状態が所定の条件である場合の診断結果が得られたときに停止してもよい。
The process of diagnosing the wall thinning of the valve may be stopped when a predetermined end time is reached, or may be stopped when the process using the
図4に示すような処理によると、センサ113,114によって計測した現時刻における流体状態量に基づいて、バルブの内壁のセル毎の減肉速度や減肉量を求めることができる。そのため、バルブの開度や流体の状態が時々刻々変化する実際のバルブの運用中であっても、バルブの内部の局所的な流れを加味して、バルブの内壁のセル毎の減肉を正確に診断することができる。
According to the process shown in FIG. 4, the wall thinning rate and the wall thinning amount for each cell on the inner wall of the valve can be obtained based on the fluid state amount at the current time measured by the
バルブの実際の運用中においては、図4に示すような処理を、プロセスの変化に追従するように、短い時間間隔でサイクルさせる必要がある。そのため、CFDを利用した数値解析シミュレーションについて、数値解析の高速化が求められる。従来、数値解析の高速化は、多くの分野で課題となっている。 During the actual operation of the valve, the process shown in FIG. 4 needs to be cycled at short time intervals to follow changes in the process. Therefore, for numerical analysis simulation using CFD, speeding up of numerical analysis is required. Conventionally, speeding up numerical analysis has been an issue in many fields.
これに対し、図4に示す処理には、ステップS203が組み込まれている。バルブの開度に変化があった場合には、新規の流路形状データや新規のメッシュが生成されるが、バルブの開度に変化がない場合には、これらが生成されることなく、既存の流路形状データやメッシュが利用される。そのため、図4に示すような処理によると、流路形状データやメッシュの生成に要する時間を削減することが可能であり、処理の全体について高速化を図ることができる。 On the other hand, step S203 is incorporated in the process shown in FIG. When there is a change in the valve opening, new flow path shape data and a new mesh are generated, but when there is no change in the valve opening, these are not generated and the existing Flow path shape data and mesh are used. Therefore, according to the process shown in FIG. 4, it is possible to reduce the time required to generate the flow path shape data and the mesh, and it is possible to speed up the entire process.
また、図4に示す処理には、ステップS207が組み込まれている。前回の計測時刻から現時刻までに流体状態量の変化がある場合には、セル毎の流体状態量が再演算されるが、流体状態量の変化がない場合には、セル毎の流体状態量が再演算されない。累積減肉量計算部106では、前回の計測時刻における減肉速度が再び時間積分されるため、累積減肉量は前回の計測時刻と同じデータで更新されることになる。そのため、図4に示すような処理によると、比較的時間がかかる数値解析シミュレーションがスキップされるため、処理の全体について高速化を図ることができる。
Further, step S207 is incorporated in the process shown in FIG. If there is a change in the fluid state quantity from the previous measurement time to the current time, the fluid state quantity for each cell is recalculated, but if there is no change in the fluid state quantity, the fluid state quantity for each cell is calculated. Is not recalculated. In the cumulative wall thinning
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係るバルブの減肉診断システム、および、これを用いたバルブの減肉診断方法について、図を参照しながら説明する。
<Second Embodiment>
Next, the valve thinning diagnosis system according to the second embodiment of the present invention and the valve thinning diagnosis method using the system will be described with reference to the drawings.
図5は、第2実施形態に係るバルブの減肉診断システムの構成を示す図である。
図5に示すように、第2実施形態に係るバルブの減肉診断システム200は、前記の減肉診断システム100と同様に、流体情報入力部101と、流路形状生成部102と、メッシュ生成部103と、流体状態量演算部104と、減肉速度計算部105と、累積減肉量計算部106と、累積加算部107と、データ格納部108と、画像生成部109と、を備えている。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a valve thinning diagnosis system according to a second embodiment.
As shown in FIG. 5, the valve thinning
減肉診断システム200が、前記の減肉診断システム100と異なる点は、流路形状生成部102が、配管網形状データ140を追加的に参照し、バルブ形状データ110、バルブ開度データ120および配管網形状データ140に基づいて、流路形状データを生成する点である。配管網形状データ140は、バルブ1に接続される配管網の形状を表すデータである。
The difference between the wall thinning
減肉診断システム200は、配管網中におけるバルブの配置を加味して、バルブの減肉を診断する装置である。流体と接するバルブの内壁は、流体の流速ないし運動エネルギが高いほど減肉が進行する。診断対象のバルブでは、バルブに接続される配管網の形状に応じて、流れの剥離、偏流、乱流等が生じる。また、キャビテーション数や液滴の衝突頻度も変わる。減肉診断システム200は、このような配管網の影響によるバルブの劣化を評価するために、配管網の形状を加味して、バルブの内壁の減肉速度や減肉量を求めるものである。
The wall thinning
図5において、診断対象のバルブ1の上流側には、接続配管2が接続されている。この接続配管2は、エルボを備えており、全体としてL字状を呈している。接続配管2の上流側には、配管網上流側センサ213が備えられている。配管網上流側センサ213は、接続配管2の上流側の流体状態量を計測するためのセンサである。
In FIG. 5, a connecting
接続配管2の上流側の流体状態量は、減肉診断システム200による数値解析シミュレーションにおいて、メッシュを構成するセル毎の流体状態量を演算するときに、接続配管2への流路入口の境界条件として用いられる。配管網上流側センサ213は、流体状態量を所定の時間間隔で計測し、流体状態量の計測データを減肉診断システム200に出力する。
The fluid state amount on the upstream side of the connecting
配管網上流側センサ213は、上流側センサ113と同様に、メッシュを構成するセル毎の流体状態量を演算し得る限り、一種の流体状態量を計測してもよいし、複数種の流体状態量を計測してもよい。セル毎の流体状態量を演算するにあたり、複数種の流体状態量が必要になる場合は、配管網上流側センサ213として、複数のセンサを用いてもよい。
Similar to the
配管網上流側センサ213としては、上流側センサ113と同様に、診断のために設置された新規のセンサを利用してもよいし、配管網中に予め設置されている既存のセンサを利用してもよい。例えば、接続配管2の上流側に設置されるオリフィス流量計等を利用することができる。なお、配管網上流側センサ213を診断に利用する場合、上流側センサ113を新規に設ける必要はない。
As the
減肉診断システム200において、流路形状生成部102は、バルブ形状データ110、バルブ開度データ120および配管網形状データ140の入力を受け付け、バルブ形状データ110、バルブ開度データ120および配管網形状データ140に基づいて、数値解析シミュレーションで用いる流路形状データを生成する。
In the wall thinning
配管網形状データ140は、例えば、バルブ1に接続される配管を構成する管や管継手の内表面の形状を表すサーフェスモデル状のデータや、バルブと配管との接続構造や位置関係を表すデータを含む。例えば、図5に示す接続配管2の内表面の形状を表すデータや、配管継手の接続部の内表面の形状を表すデータ等が含まれる。配管網形状データ140としては、数値解析の手法に応じて、二次元CADデータ、三次元CADデータ等を用いることができる。配管網形状データ140は、診断対象のバルブ1に接続する配管を構成する管や管継手の種類を特定する方法等によって、各種の管や管継手の形状を記憶しているデータベース、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体等から入力することができる。
The pipe
流路形状データは、バルブ1の内表面の形状を表すバルブ形状データ110と、開度毎の弁体116の位置を表すバルブ開度データ120と、配管を構成する管や管継手の内表面の形状を表す配管網形状データ140との組み合わせにより、バルブの内部およびバルブに接続される配管網の内部に形成される流路領域の形状を表すデータとして生成される。
The flow path shape data includes
減肉診断システム200において、メッシュ生成部103は、流路形状生成部102が生成した流路形状データを基に、流路領域を複数のセルに分割して、数値解析のためのメッシュを生成する。この処理は、バルブ形状データ110、バルブ開度データ120および配管網形状データ140に基づいている。そのため、バルブ1の内部に形成される流路領域と、バルブ1に接続される配管網の内部に形成される流路領域、例えば、接続配管2の内部や、管継手の内部に形成される流路領域とが繋がった形状のメッシュが生成される。流体状態量演算部104は、このようなメッシュ上で、メッシュを構成するセル毎の流体の状態を表す流体状態量を演算する。
In the wall thinning
減肉診断システム200の数値解析シミュレーションにおいて、バルブの上流または下流に接続する配管網形状データ140を入力した場合、入力した配管網形状データ140の上流側の始点において入口境界条件を与え、また、下流側の終点において出口境界条件を与える必要がある。このとき、流体状態量を取得するセンサの位置は、これらの配管網形状データ140の上流側の始点および下流側の終点と一致することが好ましいが、必ずしも一致しなくてもよい。一致する場合は、流体状態量の計測データは、そのまま境界条件として入力される。一方、一致しない場合は、流体状態量の計測データは、流体運動に関する物理法則や実験に基づく経験式などを用いることで、配管網形状データ140の上流側の始点または下流側の終点における流体状態量に変換する。
In the numerical analysis simulation of the wall thinning
例えば、図5に示す減肉診断システム200では、配管網上流側センサ213によって計測された上流側の流体状態量の計測データは、接続配管2への流路入口の境界条件として入力することができる。一方、下流側センサ114によって計測された下流側の流体状態量の計測データは、バルブ流路出口の境界条件として入力することができる。流体状態量演算部104は、バルブ1の流路領域およびバルブ1に接続される配管網の流路領域を表すメッシュ上の各セルにおいて、基礎方程式を解き、セル毎の流体状態量を求める。
For example, in the wall thinning
減肉診断システム200において、流体状態量演算部104は、演算されたセル毎の流体状態量のデータを、個々のセルを表す識別子と関連付けた状態で、減肉速度計算部105に送る。流体状態量のデータとしては、少なくとも、バルブ1の内壁に隣接するセルについてのデータが送られる。以降の動作は、前記の減肉診断システム100と同様である。
In the wall thinning
なお、図5に示す減肉診断システム200において、上流側の境界条件は、配管網上流側センサ213によって計測された計測データに基づいて設定されている。しかしながら、上流側の境界条件は、上流側センサ113によって計測された計測データに基づいて設定することもできる。例えば、接続配管2の上流端における液体状態量は、ベルヌーイの定理等を用いることによって、上流側センサ113によって計測された上流側の流体状態量から計算することができる。そのため、配管網上流側センサ213を用いなくとも、接続配管2の上流端からバルブ1の出口までの流路領域を計算体系とすることができる。
In the wall thinning
また、図5に示す減肉診断システム200において、バルブ1の減肉の診断には、バルブ1の上流側に接続された配管網の影響が加味されている。しかしながら、バルブ1の減肉の診断には、バルブ1の下流側に接続された配管網の影響を加味してもよい。また、上流側に接続された配管網と下流側に接続された配管網の両方の影響を加味してもよい。下流側の境界条件は、上流側の境界条件と同様に、下流側センサ114や、下流側の配管網上に設けた配管網下流側センサを用いて設定することができる。
Further, in the wall thinning
以上の減肉診断システム200や、これを用いた減肉診断方法によると、診断対象のバルブに接続された接続配管の影響を加味して、バルブの内壁のセル毎の減肉を診断することができる。例えば、診断対象のバルブの上流側にエルボが接続されている場合、エルボの内部で大きな偏流が発生するため、バルブに流入する流れも偏る。このような場合、バルブの入口を上流側の境界とすると、エルボでの偏流が加味されず、セル毎の減肉が正確に求められなくなる。これに対し、バルブに接続される配管網の形状を表すデータを用いると、エルボ上流からバルブの出口まで等のように、バルブ1に接続される配管網を含めた流路領域を計算体系とすることができるため、バルブの内部の局所的な流れを、より正確に解析することができる。
According to the above-mentioned
以上の減肉診断システム200によると、バルブの保守サービス、保証サービスを様々な形態で展開することが可能である。例えば、減肉診断システム200で評価した累積減肉量から、バルブが減肉し難くなるように、バルブの設置位置、バルブに接続する配管の種類、バルブに対する配管の接続方式等を提案することができる。バルブのユーザからバルブの形状の情報や、バルブの運用条件の情報を入手し、数値解析シミュレーションを行うことにより、バルブの内壁のセル毎の減肉を評価することができる。バルブに接続する配管網の複数のパターンについて、数値解析シミュレーションを行うことにより、バルブの設置位置、バルブに接続する配管の種類、バルブに対する配管の接続方式等の最適解を提案することも可能になる。
According to the above-mentioned
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係るバルブの減肉診断システム、および、これを用いたバルブの減肉診断方法について、図を参照しながら説明する。
<Third Embodiment>
Next, the valve thinning diagnosis system according to the third embodiment of the present invention and the valve thinning diagnosis method using the system will be described with reference to the drawings.
図6は、第3実施形態に係るバルブの減肉診断システムの構成を示す図である。
図6に示すように、第3実施形態に係るバルブの減肉診断システム300は、前記の減肉診断システム100と同様に、流路形状生成部102と、メッシュ生成部103と、流体状態量演算部104と、減肉速度計算部105と、累積減肉量計算部106と、累積加算部107と、データ格納部108と、画像生成部109と、を備えている。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a valve thinning diagnosis system according to a third embodiment.
As shown in FIG. 6, the valve wall thinning
減肉診断システム300が、前記の減肉診断システム100と異なる点は、システムが演算部310と診断部320で構成されており、流体情報入力部101に代えて、運用条件入力部151を備えており、更に、減肉速度データ格納部150と、減肉速度取得部152と、バルブ開度条件生成部153と、流体条件生成部154と、を備えている点である。
The difference between the wall thinning
減肉診断システム300は、予め用意された減肉速度のデータベースを参照して、バルブの減肉を診断する装置である。バルブの運用中には、流体の状態が頻繁に変化したり、バルブの開度が頻繁に変更されたりする。数値解析シミュレーションのための入力条件が変わると再演算が必要になるため、必要な診断結果が適時に得られなくなる。減肉診断システム300は、このような診断の遅延を回避するために、予め用意された減肉速度のデータベースから、バルブの運用条件に対応したデータを抽出して、バルブの内壁の減肉速度や減肉量を求めるものである。
The wall thinning
減肉診断システム300の演算部310は、流路形状生成部102、メッシュ生成部103、流体状態量演算部104、減肉速度計算部105、バルブ開度条件生成部153および流体条件生成部154を備えている。
The
バルブ開度条件生成部153は、診断対象のバルブについて、任意の開度の範囲で、複数のバルブ開度データ120を生成する。複数のバルブ開度データ120は、減肉速度データベース160を用意するための流路形状データの生成に用いられる。バルブ開度条件生成部153は、例えば、開度0〜100%の範囲で、互いに異なる複数のバルブ開度データ120を、所定の数値間隔ないし無作為に生成する。
The valve opening
流体条件生成部154は、診断対象のバルブに流される流体について、上流側の流体状態量および下流側の流体状態量のそれぞれにつき、複数の条件データを生成する。複数の条件データは、減肉速度データベース160を用意するための数値解析シミュレーションの境界条件として用いられる。流体条件生成部154は、例えば、バルブ1の運用条件に対して想定される範囲で、互いに異なる複数の条件データを、所定の数値間隔ないし無作為に生成する。バルブ1の運用条件は、例えば、バルブ形状データ110等と共に入力することができる。
The fluid
減肉診断システム300において、流路形状生成部102は、バルブ形状データ110およびバルブ開度条件生成部153が生成したバルブ開度データ120を取得し、バルブ形状データ110およびバルブ開度データ120に基づいて、数値解析シミュレーションで用いる流路形状データを生成する。
In the wall thinning
流路形状データは、バルブ1の内表面の形状を表すバルブ形状データ110と、開度毎の弁体116の位置を表すバルブ開度データ120との組み合わせにより、減肉診断システム100においてと同様に、バルブの内部に形成される流路領域の形状を表すデータとして生成される。
The flow path shape data is the same as in the wall thinning
減肉診断システム300において、メッシュ生成部103は、流路形状生成部102が生成した流路形状データ上で、数値解析のためのメッシュを生成する。メッシュは、バルブ開度条件生成部153が生成した複数のバルブ開度データ120毎に生成される。流体状態量演算部104は、このような複数のバルブ開度条件での形状の異なるメッシュ毎に、メッシュを構成するセル毎の流体の状態を表す流体状態量を演算する。
In the wall thinning
流体状態量演算部104は、メッシュ生成部103が生成したメッシュデータ、流体条件生成部154が生成した上流側の流体状態量の条件データ、および、流体条件生成部154が生成した下流側の流体状態量の条件データを取得し、複数のバルブ開度条件での形状の異なるメッシュ毎に、メッシュデータで特定される流路領域を計算体系として、数値解析シミュレーションを行う。
The fluid state
減肉診断システム300の数値解析シミュレーションにおいて、流体条件生成部154が生成した上流側の流体状態量の条件データ、および、流体条件生成部154が生成した下流側の流体状態量の条件データは、境界条件として入力される。数値解析シミュレーションは、複数のバルブ開度データ120に対応した複数のメッシュデータ毎、且つ、複数の流体状態量の条件データ毎に行われる。
In the numerical analysis simulation of the wall thinning
減肉速度計算部105は、メッシュ上でセル毎に計算した流体状態量に基づいて、バルブの内壁のセル毎の減肉速度を計算する。バルブの内壁のセル毎の減肉速度は、複数のメッシュデータ毎、且つ、複数の流体状態量の条件データ毎に取得される。減肉速度計算部105は、計算されたバルブの内壁のセル毎の減肉速度のデータを、個々の運用条件を表す識別子および個々のセルを表す識別子と関連付けた状態で、減肉速度データ格納部150に送る。
The wall thinning
減肉速度データ格納部150は、複数のメッシュデータ毎、且つ、複数の流体状態量の条件データ毎に計算されたバルブの内壁のセル毎の減肉速度のデータを格納する。これらの複数の減肉速度のデータは、個々の運用条件を表す識別子および個々のセルを表す識別子と関連付けられた状態で、減肉速度データベース160として格納される(図7参照)。
The wall thinning speed
図7は、バルブの減肉速度のデータを格納するデータベースの一例を示す図である。
図7に示すように、複数のバルブ開度データ120に対応した複数のメッシュデータ毎、且つ、複数の流体状態量の条件データ毎に計算された減肉速度のデータは、減肉速度データベース160として、テーブルによる格納形式で、減肉速度データ格納部150に記憶させることができる。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a database that stores data on the wall thinning speed of the valve.
As shown in FIG. 7, the wall thinning rate data calculated for each of the plurality of mesh data corresponding to the plurality of
減肉速度データベース160は、バルブの運用条件毎に付される識別子(条件No.)、バルブの開度、上流側の流体状態量、下流側の流体状態量等のデータを含むことができる。また、バルブの運用条件毎に、バルブの内壁のセル毎に付される識別子(領域No.)、バルブの内壁のセル毎の座標、バルブの内壁のセル毎の減肉速度等のデータを含むことができる。
The wall thinning
識別子(条件No.)としては、例えば、バルブの開度、上流側の流体状態量および下流側の流体状態量のうち、少なくとも一つの値が異なる個々の運用条件に対して、任意の番号等を付与することができる。減肉速度のデータは、バルブの開度、上流側の流体状態量および下流側の流体状態量に応じて、バルブの内壁のセル毎に付される識別子(領域No.)や、バルブの内壁のセル毎の座標のデータと関連付けられる。 The identifier (condition No.) includes, for example, an arbitrary number for each operating condition in which at least one of the valve opening, the fluid state amount on the upstream side, and the fluid state amount on the downstream side is different. Can be given. The wall thinning speed data includes an identifier (region No.) assigned to each cell on the inner wall of the valve and an inner wall of the valve according to the valve opening, the fluid state on the upstream side, and the fluid state on the downstream side. Is associated with the cell-by-cell coordinate data of.
減肉診断システム300は、このような減肉速度データベース160が予め用意された状態で、バルブの減肉を診断する処理を行う。
The wall thinning
減肉診断システム300の診断部320は、累積減肉量計算部106、累積加算部107、データ格納部108、画像生成部109、減肉速度データ格納部150、運用条件入力部151および減肉速度取得部152を備えている。
The
運用条件入力部151は、上流側の流体状態量の計測データ、下流側の流体状態量の計測データ、および、バルブ開度データ120の入力を受け付ける。運用条件入力部151は、バルブの減肉を診断する処理が開始されると、診断対象となる現時刻における各運用条件データを、減肉速度取得部152に送る。
The operation
減肉速度取得部152は、運用条件入力部151から現時刻における各運用条件データが入力されると、減肉速度データ格納部150に格納されている減肉速度データベース160から、入力された運用条件データ(計測データ)に対応する減肉速度のデータを取得する。例えば、減肉速度データベース160に格納されているバルブ開度データ、上流側の流体状態量の計測データ、下流側の流体状態量の計測データが離散的である場合、数学的距離が最短となるようなデータを取得することができる。減肉速度取得部152は、減肉速度データ格納部150から取得した減肉速度のデータを、個々の運用条件を表す識別子および個々のセルを表す識別子と関連付けた状態で、累積減肉量計算部106および画像生成部109に送る。以降の動作は、前記の減肉診断システム100と同様である。
When each operation condition data at the current time is input from the operation
以上の減肉診断システム300によると、運用条件を網羅するように複数のメッシュが生成される。そして、メッシュ毎、且つ、流体状態量の条件毎に数値解析シミュレーションが行われる。数値解析シミュレーションに、大規模並列計算機等を用いると、種々の条件による数値解析を短時間に行うことができるため、減肉速度データベースを短時間に作成することができる。種々の条件による数値解析シミュレーションは、バルブの実際の運用前に実施することも可能である。バルブの減肉の診断が必要な場合に、数値解析シミュレーションを実行せず、減肉速度データベースを検索するだけで、減肉速度のデータを得ることができるため、処理の全体について高速化を図ることができる。そのため、バルブの実際の運用中に、リアルタイムで診断することも容易になる。また、システムが演算部と診断部に分離されるため、診断部については、大規模な計算機や、それに付随する冷却装置を省略化して、小型化を図ることもできる。診断部を小型化すると、バルブ自体に付属させることが可能になるため、IoT(Internet of Things)によるエッジコンピューティングが可能になる。
According to the above-mentioned
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係るバルブの減肉診断システム、および、これを用いたバルブの減肉診断方法と、バルブの減肉診断サービスについて、図を参照しながら説明する。
<Fourth Embodiment>
Next, the valve thinning diagnosis system according to the fourth embodiment of the present invention, the valve thinning diagnosis method using the system, and the valve thinning diagnosis service will be described with reference to the drawings.
図8は、第4実施形態に係るバルブの減肉診断システムの構成を示す図である。
図8に示すように、第4実施形態に係るバルブの減肉診断システム400は、演算部410と、管理サーバ420と、バルブ形状データベース421と、配管網形状データベース422と、クライアントの端末430と、によって構成されている。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a valve thinning diagnosis system according to a fourth embodiment.
As shown in FIG. 8, the valve thinning
演算部410は、有線または無線による通信回線を介して、管理サーバ420と接続されている。管理サーバ420は、通信ネットワークを介して、複数のクライアントの端末430と接続されている。また、管理サーバ420は、有線または無線による通信回線を介して、バルブ形状データベース421や、配管網形状データベース422と接続されている。
The
クライアントの端末430は、バルブのユーザによって操作される端末であり、ユーザが運用する診断対象のバルブ1が備えられる現場施設等に設置されている。通信ネットワークは、インターネット、LAN(Local Area Network)等の有線通信または無線通信で構築されている。
The
減肉診断システム400は、バルブのユーザからの診断要求に応じて、バルブの減肉を診断するシステムである。減肉診断システム400は、バルブの減肉の診断結果をユーザが実地で確認することを可能にするために、バルブの運用条件をユーザから通信ネットワークを介して受信し、その運用条件の下でバルブの内壁の減肉速度や減肉量を求め、バルブの減肉の診断結果をユーザに対して通信ネットワークを介して送信するものである。
The wall thinning
クライアントの端末430は、例えば、CPU等の演算装置や、ROM、RAM等の記憶装置や、入力インタフェイス、出力インタフェイス、送受信機能等を備えるコンピュータによって構成される。クライアントの端末430には、操作データ等を入力する入力装置や、表示装置等が、インタフェイスを介して接続される。クライアントの端末430は、診断対象のバルブ1と、有線または無線による通信回線を介して接続される。
The
診断対象のバルブ1は、開度センサ111、上流側センサ113、下流側センサ114、開度制御装置115、弁体116、弁箱117等を備えている。クライアントの端末430は、上流側センサ113や下流側センサ114から各流体状態量の計測データを入力可能に設けられる。また、クライアントの端末430は、開度センサ111からバルブ開度データ120を入力可能に設けられる。
The
減肉診断システム400は、演算部410において、流路形状データの生成、数値解析のためのメッシュの生成、メッシュを構成するセル毎の流体状態量の演算、バルブの内壁のセル毎の減肉速度の計算、バルブの内壁のセル毎の累積減肉量の計算を行い、クライアントの端末430において、バルブの減肉の診断結果の表示を行うように構成することができる。バルブ1を運用するユーザは、診断条件の特定のみによって、数値解析シミュレーションおよび減肉速度計算の結果を得ることができる。
In the
演算部410は、前記の減肉診断システム300の演算部310と同様に、流路形状生成部102、メッシュ生成部103、流体状態量演算部104、減肉速度計算部105、バルブ開度条件生成部153、流体条件生成部154、累積減肉量計算部106、累積加算部107、データ格納部108、画像生成部109、減肉速度データ格納部150、運用条件入力部151および減肉速度取得部152を備えることができる。
Similar to the
減肉診断システム400において、診断対象のバルブ1のユーザは、ウェブ上の減肉診断サービスのページ等で、バルブ1の減肉の診断を依頼することができる。減肉診断サービスは、有償および無償のいずれとしてもよい。また、会員制および非会員制のいずれとしてもよい。管理サーバ420は、ユーザから診断の依頼があると、クライアントの端末430からの診断要求を受け付け、診断要求を識別する識別データを生成する。
In the wall thinning
管理サーバ420は、バルブ1のユーザからの診断要求を受け付けると、クライアントの端末430を介して、バルブ1の形状を表すバルブ形状データ110や、バルブ1の開度を表すバルブ開度データ120や、バルブ1に接続される配管網の形状を表す配管網形状データ140を特定する情報を受信する。例えば、バルブ1のユーザは、クライアントの端末430に表示されるユーザインターフェイス上で、運用しているバルブ1の種類や、バルブ1に接続している管の種類や、バルブ1と配管との接続構造や位置関係の種類や、バルブ1の運用条件範囲を特定することができる。
When the
管理サーバ420は、バルブ1の形状を表すバルブ形状データ110や、バルブ1の開度を表すバルブ開度データ120や、バルブに接続される配管網の形状を表す配管網形状データ140や、バルブの内壁のセル毎の累積減肉量を表す累積減肉量データや、バルブの減肉の診断結果を示す診断結果データ等を管理し、これらのデータの送受信、受け付け、格納、読み取り等を行う。
The
管理サーバ420は、クライアントの端末430から各データを特定する情報を受信すると、バルブ形状データベース421や配管網形状データベース422にアクセスし、対応するバルブ形状データ110や配管網形状データ140を取得する。データの特定には、バルブ1や配管を構成する管や管継手の製品名、製品番号、メーカ名等や、予め分類された接続構造の種別名等を用いることができる。管理サーバ420は、バルブ形状データ110や配管網形状データ140や運用条件範囲のデータを、識別データと関連付けて演算部410に送る。
When the
演算部410は、バルブ形状データ110や配管網形状データ140や運用条件範囲のデータに基づいて、前記の減肉診断システム300と同様に、減肉速度データベース160を構築する(図6、図7参照)。運用条件範囲のデータは、流体条件生成部154が複数の条件データを生成するときに参照される。流体状態量演算部104は、メッシュを構成するセル毎の流体状態量を演算し、減肉速度計算部105は、バルブの内壁のセル毎の減肉速度を計算する。
The
演算部410では、バルブ1のユーザが特定したバルブの種類、バルブ1に接続している管の種類、バルブ1と配管との接続構造や位置関係の種別、および、バルブの運用条件範囲の下で、複数のバルブ開度データ120に対応した複数のメッシュデータ毎、且つ、複数の流体状態量の条件データ毎に、バルブの内壁のセル毎の減肉速度のデータを収集する。収集された減肉速度のデータは、診断要求毎に減肉速度データベース160として格納される(図7参照)。
In the
バルブ1のユーザは、診断対象のバルブ1の実際の運用条件を表す運用条件データを、減肉速度データベース160が構築される以前、または、減肉速度データベース160が構築される以後に、クライアントの端末430から管理サーバ420に対して送信することができる。管理サーバ420は、運用条件データを受信すると、運用条件入力部151から流体状態量演算部104に送る。
The user of the
演算部410において、減肉速度取得部152は、運用条件入力部151から各データが入力されると、減肉速度データベース160から、入力されたデータに対応する減肉速度のデータを取得する。そして、減肉速度取得部152は、減肉速度データベース160から取得した減肉速度のデータを、個々の運用条件を表す識別子および個々のセルを表す識別子と関連付けた状態で、累積減肉量計算部106および画像生成部109に送る。
In the
累積減肉量計算部106は、バルブの内壁のセル毎の累積減肉量を計算する。また、画像生成部109は、バルブの内壁のセル毎の累積減肉量のデータや、バルブの内壁のセル毎の減肉速度のデータに基づいて、バルブの減肉の診断結果を示す診断結果データを生成する。診断結果データは、診断要求を識別する識別データと関連付けられた状態で診断結果データベース130に格納される。バルブの減肉の診断結果は、ユーザインターフェイス上に描写することも可能である。このような場合、診断結果データとして、ユーザインターフェイスに対応したデータを生成する。
The cumulative wall thinning
診断対象のバルブ1のユーザは、例えば、管理サーバ420から、電子メール等によって、診断の終了の通知を受けることができる。また、ユーザは、ウェブ上の減肉診断サービスのページ等で、バルブ1の減肉の診断結果の照会を依頼することができる。管理サーバ420は、バルブ1のユーザから照会要求を受け付けると、診断結果データベース130にアクセスし、対応する累積減肉量データ等を取得する。そして、対応する累積減肉量データ等を含むデータを、ユーザが確認可能な診断結果データとして、クライアントの端末430に送信する。バルブの減肉の診断結果を示す画像は、クライアントの端末430の表示装置10に表示される。
The user of the
以上の減肉診断システム400や、これを用いた減肉診断方法によると、診断対象のバルブを運用するユーザは、送受信機能、表示機能等を有する機器や、バルブに設置されたセンサを保有していれば、バルブの減肉の診断を受けることができる。そのため、システムの導入、維持管理、保守等のコストを削減することができる。数値解析シミュレーションに、大規模並列計算機等を用いると、複数のユーザに対する診断要求に対応できるし、運用条件のデータを収集することもできる。収集した運用条件のデータは、データベース化することによって、診断の正確性や信頼性の向上に利用することもできる。また、ウェブ上でユーザが減肉診断システムに運用条件とバルブ型式を入力して、診断結果を提供するウェブ診断サービスが可能になる。このような診断サービスによると、バルブを運用しているユーザや、プラントを設計しようとしているユーザが、運用条件とバルブ型式を特定して、診断結果を受け取ることができるため、プラントの設計におけるバルブの選定や、運用条件の設定を適切に行うことができる。
According to the above-mentioned
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、本発明は、必ずしも前記の実施形態が備える全ての構成を備えるものに限定されない。或る実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えたり、或る実施形態の構成の一部を他の形態に追加したり、或る実施形態の構成の一部を省略したりすることができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the present invention is not necessarily limited to those having all the configurations included in the above-described embodiment. Replacing part of the configuration of one embodiment with another, adding part of the configuration of one embodiment to another, or omitting part of the configuration of one embodiment. Can be done.
例えば、前記の減肉診断システム100,200,300,400や、これを用いた減肉診断方法は、開度センサ111で計測したバルブの開度や、センサ113,114で計測した流体状態量を、数値解析シミュレーションに利用している。しかしながら、バルブの減肉を診断する処理は、バルブの開度や流体の状態量の予測値、推測値、仮想値等を利用して行うこともできる。例えば、バルブの運用条件の時間的変化のシナリオを予測して、運用条件として用いることもできる。このような方法によると、将来的なバルブの減肉量を予測して、バルブの寿命を診断することができる。また、バルブの減肉が抑制される運用条件を求めて、ユーザに対する提案、アドバイス等を行うことができるため、保守ビジネス、製品開発、運転コンサルティング等の分野に活用することができる。
For example, the wall thinning
また、前記の減肉診断システム100,200,300,400を用いた減肉診断方法は、バルブの流路領域を分割した小領域毎の流体状態量を、数値解析シミュレーションによって演算している。また、バルブの内壁の小領域毎の減肉速度を減肉速度計算部で計算し、バルブの内壁の小領域毎の累積減肉量を累積減肉量計算部で計算している。しかしながら、これらの計算は、大規模計算機ではなく、より簡易的な手法で行うこともできる。例えば、バルブ等の内部における流れは、経験的にパターン化することが可能な場合がある。このような場合には、流路領域が、直進する流れ、曲がる流れ、剥離する流れ等の数パターンの小領域毎に分割されると仮定することができる。そのため、センサの計測に基づいて、数パターンに分割した小領域毎に流体状態量を推定することができる。大規模計算機等を用いる必要がないため、処理の全体について高速化を図ることができる。
Further, in the wall thinning diagnosis method using the wall thinning
すなわち、本発明に係るバルブの減肉診断方法としては、バルブの形状を表すバルブ形状情報、および、バルブの開度を表すバルブ開度情報に基づいて、バルブの流路領域の形状を決定し、バルブの流路領域を複数の小領域に分割して、小領域毎の流体の状態を表す流体状態量を計算し、小領域毎に計算した流体状態量に基づいて、バルブの内壁の小領域毎の減肉速度を計算し、減肉速度を時間積分して、バルブの内壁の小領域毎の累積減肉量を計算する、という構成であれば、適宜の手法を用いることができる。例えば、計算の一部を他の装置で実行する方法や、計算の一部または全部を基礎方程式への直接代入で行う方法等を用いることもできる。 That is, as the method for diagnosing wall thinning of a valve according to the present invention, the shape of the flow path region of the valve is determined based on the valve shape information indicating the shape of the valve and the valve opening information indicating the opening degree of the valve. , The flow path region of the valve is divided into a plurality of small regions, the fluid state amount representing the fluid state in each small area is calculated, and the small inner wall of the valve is calculated based on the fluid state amount calculated for each small area. An appropriate method can be used if the configuration is such that the wall thinning rate for each region is calculated, the wall thinning speed is time-integrated, and the cumulative wall thinning amount for each small area of the inner wall of the valve is calculated. For example, a method of executing a part of the calculation by another device, a method of performing a part or all of the calculation by direct substitution to the basic equation, or the like can be used.
或いは、減肉診断システム400は、演算部410において、流路形状データの生成、数値解析のためのメッシュの生成、メッシュを構成するセル毎の流体状態量の演算、バルブの内壁のセル毎の減肉速度の計算を行い、クライアントの端末430において、バルブの内壁のセル毎の累積減肉量の計算、バルブの減肉の診断結果の表示を行うように構成することもできる。
Alternatively, the wall thinning
また、バルブ1の形状を表すバルブ形状データ110や、バルブ1の開度を表すバルブ開度データ120や、バルブに接続される配管網の形状を表す配管網形状データ140を特定する情報の送信は、クライアントの端末430を介してもよいし、その他のコンピュータ、スマートフォン等を介してもよい。バルブ1の実際の運用条件を表す運用条件データの送信や、診断結果データの受信についても同様である。
Further, information for specifying the
また、減肉診断システム100,200,300,400の機能の一部または全部は、ハードウェア、ソフトウェア、これらの組み合わせのいずれによって実現してもよい。ソフトウェアとしては、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶されたプログラムを用いることができる。また、管理サーバ420として、単一のサーバを備えてもよいし、複数のサーバを備えてもよい。形状データベース421や配管網形状データベース422は、アクセス制限を付与してネットワーク上に接続してもよい。減肉診断システム400の個々の機能は、クラウドコンピューティングによって実現してもよい。
Further, some or all of the functions of the wall thinning
1 バルブ
2 接続配管
10 表示装置
100 減肉診断システム
101 流体情報入力部
102 流路形状生成部
103 メッシュ生成部
104 流体状態量演算部
105 減肉速度計算部
106 累積減肉量計算部
107 累積加算部
108 データ格納部
109 画像生成部
110 バルブ形状データ
111 開度センサ
113 上流側センサ
114 下流側センサ
115 開度制御装置
116 弁体
117 弁箱
120 バルブ開度データ
130 診断結果データベース
131 数値画像
132 形状画像
140 配管網形状データ
150 減肉速度データ格納部
151 運用条件入力部
152 減肉速度取得部
153 バルブ開度条件生成部
154 流体条件生成部
160 減肉速度データベース
200 減肉診断システム
213 配管網上流側センサ
300 減肉診断システム
310 演算部
320 診断部
400 減肉診断システム
410 演算部
420 管理サーバ(サーバ)
421 バルブ形状データベース
422 配管網形状データベース
430 端末(クライアント)
1
421
Claims (9)
前記バルブの形状を表すバルブ形状データ、および、前記バルブの開度を表すバルブ開度データに基づいて、前記バルブの流路領域の形状を表す流路形状データを生成する流路形状生成部と、
前記流路領域を複数の小領域に分割して、数値解析のためのメッシュを生成するメッシュ生成部と、
前記メッシュ上で前記小領域毎の流体の状態を表す流体状態量を演算する流体状態量演算部と、
前記小領域毎に演算した前記流体状態量に基づいて、前記バルブの内壁の小領域毎の減肉速度を計算する減肉速度計算部と、
前記減肉速度を時間積分して、前記バルブの内壁の小領域毎の累積減肉量を計算する累積減肉量計算部と、
前記バルブの内壁の小領域毎の累積減肉量を表す累積減肉量データを格納するデータ格納部と、を備えるバルブの減肉診断システム。 It is a valve thinning diagnosis system that diagnoses valve thinning.
A flow path shape generating unit that generates flow path shape data representing the shape of the flow path region of the valve based on the valve shape data representing the valve shape and the valve opening data representing the valve opening degree. ,
A mesh generation unit that divides the flow path region into a plurality of small regions and generates a mesh for numerical analysis.
A fluid state quantity calculation unit that calculates a fluid state quantity representing the fluid state of each small region on the mesh, and a fluid state quantity calculation unit.
A wall thinning speed calculation unit that calculates the wall thinning speed for each small area of the inner wall of the valve based on the fluid state amount calculated for each small area.
A cumulative wall thinning amount calculation unit that calculates the cumulative wall thinning amount for each small area of the inner wall of the valve by time-integrating the wall thinning speed.
A valve thinning diagnosis system including a data storage unit for storing cumulative wall thinning data representing a cumulative wall thinning amount for each small area of the inner wall of the valve.
前記流路形状生成部は、前記バルブ形状データ、前記バルブ開度データ、および、前記バルブに接続される配管網の形状を表す配管網形状データに基づいて、前記流路形状データを生成するバルブの減肉診断システム。 The valve thinning diagnostic system according to claim 1.
The flow path shape generating unit is a valve that generates the flow path shape data based on the valve shape data, the valve opening degree data, and the piping network shape data representing the shape of the piping network connected to the valve. Thinning diagnosis system.
前記バルブに流入する流体の状態を表す上流側の流体状態量を計測する上流側センサと、
前記バルブから流出する流体の状態を表す下流側の流体状態量を計測する下流側センサと、
前記上流側センサによって計測された前記上流側の流体状態量の計測データ、および、前記下流側センサによって計測された前記下流側の流体状態量の計測データを、前記流体状態量演算部に入力する流体状態量入力部を備え、
前記流体状態量演算部は、前記計測データに基づいて前記流体状態量を演算するバルブの減肉診断システム。 The valve thinning diagnostic system according to claim 1.
An upstream sensor that measures the amount of fluid state on the upstream side, which indicates the state of the fluid flowing into the valve,
A downstream sensor that measures the amount of fluid state on the downstream side that indicates the state of the fluid flowing out of the valve,
The measurement data of the upstream side fluid state amount measured by the upstream side sensor and the measurement data of the downstream side fluid state amount measured by the downstream side sensor are input to the fluid state amount calculation unit. Equipped with a fluid state quantity input unit
The fluid state amount calculation unit is a valve thinning diagnosis system that calculates the fluid state amount based on the measurement data.
前記メッシュ生成部は、複数の前記メッシュを生成し、
前記流体状態量演算部は、複数のメッシュ毎に前記小領域毎の流体状態量を演算し、
前記減肉速度計算部は、複数のメッシュ毎に前記小領域毎の減肉速度を計算し、
前記減肉速度のデータは、データベースとして格納されるバルブの減肉診断システム。 The valve thinning diagnostic system according to claim 1.
The mesh generation unit generates a plurality of the meshes,
The fluid state amount calculation unit calculates the fluid state amount for each small region for each of a plurality of meshes, and then calculates the fluid state amount for each small area.
The wall thinning speed calculation unit calculates the wall thinning speed for each small area for each of a plurality of meshes.
The wall thinning speed data is stored as a database in the valve thinning diagnosis system.
前記バルブに流入する流体の状態を表す上流側の流体状態量を計測する上流側センサと、
前記バルブから流出する流体の状態を表す下流側の流体状態量を計測する下流側センサと、
前記上流側センサによって計測された前記上流側の流体状態量の計測データ、および、前記下流側センサによって計測された前記下流側の流体状態量の計測データを取得する運用条件入力部を備え、
前記運用条件入力部は、前記上流側の流体状態量の計測データ、および、前記下流側の流体状態量の計測データを、減肉速度取得部に送り、
前記減肉速度取得部は、前記計測データに対応する前記減肉速度のデータを前記データベースから取得し、前記減肉速度のデータを前記累積減肉量計算部に送るバルブの減肉診断システム。 The valve thinning diagnostic system according to claim 4.
An upstream sensor that measures the amount of fluid state on the upstream side that indicates the state of the fluid flowing into the valve,
A downstream sensor that measures the amount of fluid state on the downstream side that indicates the state of the fluid flowing out of the valve,
The operation condition input unit for acquiring the measurement data of the fluid state amount on the upstream side measured by the upstream sensor and the measurement data of the fluid state amount on the downstream side measured by the downstream sensor is provided.
The operation condition input unit sends the measurement data of the fluid state amount on the upstream side and the measurement data of the fluid state amount on the downstream side to the wall thinning speed acquisition unit.
The wall thinning speed acquisition unit is a valve wall thinning diagnosis system that acquires the wall thinning speed data corresponding to the measurement data from the database and sends the wall thinning speed data to the cumulative wall thinning amount calculation unit.
前記バルブの内壁の小領域毎の累積減肉量を表示する表示装置を備えるバルブの減肉診断システム。 The valve thinning diagnostic system according to claim 1.
A valve thinning diagnostic system including a display device that displays the cumulative wall thinning amount for each small area of the inner wall of the valve.
通信ネットワークに接続されており、前記バルブ形状データおよび前記累積減肉量データを管理するサーバを備え、
前記サーバは、クライアントから前記バルブ形状データの入力を受け付け、前記バルブ形状データに基づいて計算された前記累積減肉量データを前記クライアントに送信するバルブの減肉診断システム。 The valve thinning diagnostic system according to claim 1.
It is connected to a communication network and has a server that manages the valve shape data and the cumulative wall loss data.
The server is a valve thinning diagnosis system that receives input of the valve shape data from a client and transmits the cumulative wall thinning amount data calculated based on the valve shape data to the client.
前記バルブの形状を表すバルブ形状情報、および、前記バルブの開度を表すバルブ開度情報に基づいて、前記バルブの流路領域の形状を決定し、
前記流路領域を複数の小領域に分割して、前記小領域毎の流体の状態を表す流体状態量を計算し、
前記小領域毎に計算した前記流体状態量に基づいて、前記バルブの内壁の小領域毎の減肉速度を計算し、
前記減肉速度を時間積分して、前記バルブの内壁の小領域毎の累積減肉量を計算するバルブの減肉診断方法。 Diagnosis of valve wall thinning This is a valve wall thinning diagnosis method.
Based on the valve shape information indicating the shape of the valve and the valve opening information indicating the opening degree of the valve, the shape of the flow path region of the valve is determined.
The flow path region is divided into a plurality of small regions, and the fluid state quantity representing the fluid state for each small region is calculated.
Based on the fluid state amount calculated for each small region, the wall thinning rate for each small region of the inner wall of the valve is calculated.
A valve thinning diagnosis method for calculating the cumulative wall thinning amount for each small region of the inner wall of the valve by time-integrating the wall thinning speed.
バルブの減肉を診断するバルブの減肉診断システムと、
通信ネットワークに接続されており、バルブの形状を表すバルブ形状データおよび前記バルブの内壁の小領域毎の累積減肉量を表す診断結果データを管理するサーバと、
前記通信ネットワークに接続されており、前記バルブのユーザに操作されるクライアントと、を有し、
前記サーバは、前記バルブのユーザからの診断要求を受け付け、前記クライアントを介して前記バルブ形状データを特定する情報を受信し、
前記減肉診断システムは、前記バルブ形状データに基づいて、前記累積減肉量を計算し、
前記累積減肉量のデータは、前記ユーザが確認可能な診断結果データとして、前記サーバから前記クライアントに送信されるバルブの減肉診断サービス。 It is a valve thinning diagnosis service that diagnoses valve thinning.
Valve thinning diagnosis system for diagnosing valve thinning and
A server that is connected to a communication network and manages valve shape data that represents the shape of the valve and diagnostic result data that represents the cumulative wall thickness reduction for each small area of the inner wall of the valve.
It has a client that is connected to the communication network and is operated by the user of the valve.
The server receives a diagnosis request from the user of the valve, receives information for identifying the valve shape data via the client, and receives information.
The wall thinning diagnosis system calculates the cumulative wall thinning amount based on the valve shape data.
The cumulative wall thinning amount data is a valve thinning diagnosis service transmitted from the server to the client as diagnosis result data that can be confirmed by the user.
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