NO20101641A1 - Fremgangsmate for a oppdage og lokalisere en fluidlekkasje i forbindelse med en stempel-maskin - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for å oppdage og å lokalisere en ventillekkasje i en stempel-maskin (1) som haren aksel (24), hvor fremgangsmåten inkluderer; - festing av minst en vibrasjonssensor (16', 16", 16") til en ventilblokk (14', 14", 14") i stempelmaskinen (1); - måling av vibrasjonene fra alle vibrasjonssensorer (16', 16", 16"); - festing av en sensor (22) til stempelmaskinen (1), hvor sensoren er designet til å frembringe, direkte eller indirekte, et akselvinkel-posisjonssignal for akselen (24),og hvor fremgangsmåten videre inkluderer; - bestemmelse av, direkte eller indirekte, et akselvinkel- posisjonssignal for akselen (24); - omforming av vibrasjonssignalene fra alle vibrasjonssensorer (16', 16", 16'") til ett innhyllingssignal som representerer det momentane vibrasjonsnivå; - anvendelse av vinkel- posisjonssignalet til konstruering av vindusfunksjoner som velger innhyllingssignalet i valgte akselvinkelsektorer; - anvendelse av vindusfunksjonene til å finne sektorbaserte gjennomsnitt av vibrasjonsnivået, og - sammenligning av gjennomsnittene med et kritisk omgivelses- vibrasjonsnivå for å oppdage og lokalisere lekkasjer i en eller to ventiler.

Description

FREMGANGSMÅTE FOR Å OPPDAGE OG LOKALISERE EN FLUIDLEKKASJE I FORBINDELSE MED EN STEMPELMASKIN

Denne oppfinnelse vedrører oppdagelse og lokalisering av en fluidlekkasje i ventilene i en stempelmaskin. Mer spesifikt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for oppdagelse og lokalisering av en fluidlekkasje i forbindelse med en stempelmaskin, hvor fremgangsmåten inkluderer: - festing av minst én vibrasjonssensor til en ventilblokk i stempelmaskinen;

- måling av vibrasjonene fra alle vibrasjonssensorer; og

- festing av en sensor til stempelmaskinen, hvor sensoren er designet til å frembringe, direkte eller indirekte, et akselvinkel-posisjonssignal for akselen.

Oppdagelse, lokalisering og kvantifisering av lekkasjer relatert til stempelmaskiner (heretter for enkelhets skyld referert til som pumper) er viktige for minimering av

kostnader og nedetid i forbindelse med ventil- og stempelfeil. Dagens praksis involve-rer ingen sikker måte til å lokalisere lekkasjer. En lekkasje i én eller flere ventiler eller stempler vil forårsak et fall i den volumetriske virkningsgrad. Dersom en pumpe kjører med en konstant hastighet, forårsaker denne reduksjonen i volumetrisk virkningsgrad også at det midlere utløpstrykk faller. Et trykkfall kan imidlertid også være resultat av lekkasjer utenfor pumpen eller til og med reduksjoner i strømningsmotstanden som ikke er relatert til lekkasjer. Slike reduksjoner i strømningsmotstand kan oppstå som følge av temperatur og viskositet, eller de kan komme fra et omløp rundt én eller flere strømningsstrupere. Et trykkfall kan derfor ikke brukes til lokalisering av lekkasjen.

Faglærte operatører kan enkelte ganger lokalisere ventillekkasjer ved å lytte på lyden fra pumpen ved hjelp av et enkelt stetoskop, vanligvis i form av et skrujern eller en trestav, som holdes mellom ventilblokken og det menneskelige øre. Det er imidlertid enkelte ulemper forbundet med denne metode, så som:

- Lokaliseringen er usikker, selv for en opplært og erfaren person.

- Det er generelt ikke mulig å skjelne mellom en sugeventil og en utløpsventil.

- Personen må stille diagnosen i farlig område, fordi han/hun må oppholde seg svært

nær pumpen mens den går.

- Personen vil også bli utsatt for skadelige høye lydtrykknivåer, som ofte overstiger 100 dBA nær pumpen.

- Diagnosen er tidkrevende.

- Kontrollen vil kun utføres ved visse intervaller.

En lekkasje i en ventil eller et stempel tilkjennegir seg ved flere effekter som kan tas opp av forskjellige sensorer. De meste karakteristiske forandringer på grunn av en økende lekkasje er: - Utløpstrykket begynner å falle, forutsatt at tapet i trykk ikke kompenseres av en økning i den totale pumpemengde. - Utløpstrykket fra en pumpe begynner å variere syklisk med en periode som er lik pumpens rotasjonsperiode. - Sugetrykket til en pumpe begynner også å variere syklisk med den samme periode. - Lavfrekvente og sykliske vibrasjoner øker, særlig på fleksible slanger, både høy-trykksslangen og lavtrykksslangen.

- Det høyfrekvente vibrasjonsnivå i pumpen nær lekkasjekilden øker.

Kjent teknikk inkluderer flere fremgangsmåter for lekkasjedeteksjon som benytter de første fire trekk opplistet ovenfor. Ifølge US-patent 5720598 benyttes trykk fra minst én pumpe i kombinasjon med rotasjonshastigheten til pumpen, målt i tid, til å bestemme og analysere pumpens harmoniske oversvingninger for tilstedeværelse av en defekt og typen av defekt. Den spesifikke pumpeenhet som har defekten blir deretter bestemt.

WO-dokument 03/087754 beskriver en fremgangsmåte som anvender en kombinasjon av tester av aktiv hastighetsvariasjon og analyse av harmoniske oversvingninger for både å kvantifisere og lokalisere en lekkasje.

Erfaring har vist at de ovenstående fremgangsmåter ifølge kjent teknikk ikke virker tifredsstillende i in situ omgivelser. Det er særlig vanskelig å lokalisere nøyaktig den faktiske ventil som lekker.

En lekkasjestrøm i motsatt retning gjennom en defekt ventil vil generere høyfrekvente vibrasjoner i ventilblokken. Vibrasjonene kan tas opp av et akselerometer plassert nær lekkasjekilden, for eksempel på den utvendige overflate av en ventilblokk.

US-patent 5650943 beskriver en fremgangsmåte som benytter transportabelt utstyr, hvor transdusere er påsatt i passende lokaliseringer i ventilsystemet for å fremskaffe lydsignaler. Signalene blir hurtig-Fourier-transformert til ventilsignaturer. Differensial-signatur-metoden brukes til å foreta beslutninger om ventillekkasjer. Fremgangsmåten er designet til å evaluere om hvorvidt en ventil lekker eller ikke. Den er ikke designet til skjelne mellom lekkasjer i sugeventilen og utløpsventilen i en ventilblokk. Fremgangsmåten inkluderer således sammenligning av fremskaffede signaler med lagrede signaler fra den faktiske ventil, hvor det lagrede signal er fremskaffet fra en tidligere opprettet database. Fremgangsmåten vil ikke skjelne mellom ventiler i den samme ventilblokken.

Norsk dokument 20072230 beskriver en fremgangsmåte som benytter den kjensgjer-ning at en lekkasje i en stengt ventil i en stempelmaskin vil generere høyfrekvente vibrasjoner i ventilblokken som inneholder den lekkende ventil. Ved å ta opp disse vibrasjoner med akselerometere (ett pr. ventilblokk) og behandle vibrasjonsdataene sammen med et tidsstyringssignal, er det mulig å bruke fremgangsmåten til å oppdage en lekkasje og å lokalisere lekkasjekilden.

In situ tester har vist at den beskrevne fremgangsmåte gjelder for heks-pumper, hvor ventilblokkene er bredt separert, slik at en lekkasjefremkalt vibrasjon overført fra den lekkende ventilblokk til en annen ventilblokk er liten. Felterfaring har imidlertid også vist at fremgangsmåten ikke virker med pumper så som kvintupleks-pumper, som har en integrert ventilblokk istedenfor delte ventilblokken Årsaken er at dempingen av vibrasjonen inne i blokken er forholdsvis lav. Med andre ord, lekkasjefremkalt vibrasjon kan tas opp nesten hvor som helst på ventilblokken, og akselerometerplassering vil ikke hjelpe til med å lokalisere lekkasjen, slik som det gjør i en heks-pumpe.

In situ målinger viser også at fremgangsmåten ikke virker tilfredsstillende på triplekspumper, selv om en triplekspumpe har atskilte ventilblokker. En mulig årsak til en observert forholdsvis sterk vibrasjonsoverføring mellom ventilblokker i en triplekspumpe, kan være sugemanifolden. Sugemanifolden er ofte et forholdsvis stort rør med flenser, og den virker som en effektiv bro for overføring av vibrasjon mellom de tre sugeventilblokkene.

Formålet med oppfinnelsen er å overvinne eller redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen med de trekk som er beskrevet i beskrivelsen nedenfor og de følgende patentkrav.

Det tilveiebringes en fremgangsmåte for å oppdage og lokalisere en ventillekkasje i en stempelmaskin med en aksel, hvor fremgangsmåten inkluderer: - festing av minst én vibrasjonssensor til en ventilblokk i stempelmaskinen; - måling av vibrasjonene fra den minst ene vibrasjonssensor; - festing av en sensor til stempelmaskinen, hvor sensoren er designet til å frembringe, direkte eller indirekte, et akselvinkel-posisjonssignal for akselen, hvor fremgangsmåten videre inkluderer: - bestemmelse av, direkte eller indirekte, et akselvinkel-posisjonssignal for akselen; - omforming av vibrasjonssignalene fra alle vibrasjonssensorer til et innhyllingssignal som reflekterer det momentane vibrasjonsnivå; - anvendelse av vinkel-posisjonssignalet for konstruering av vindusfunksjoner som tar opp innhyllingssignalet i valgte akselvinkelsektorer; - anvendelse av vindusfunksjonene til å finne sektorbaserte gjennomsnitt av vibrasjonsnivået; og - sammenligne gjennomsnittene med et kritisk omgivelses-vibrasjonsnivå for å oppdage og lokalisere lekkasjer i én eller to ventiler.

Den foreslåtte fremgangsmåte kan beskrives av to litt forskjellige algoritmer. En første algoritme er en enklere én som er godt egnet til å oppdage og lokalisere en enkelt lekkasje. En annen algoritme er mer avansert og i stand til å lokalisere doble lekkasjer.

Begge algoritmer krever en akselvinkel 9 som kan måles direkte fra en sensor eller beregnes f.eks. som forklart nedenfor: Et tidsstyringssignal har sin opprinnelse fra en sensor som er designet til å gi et digitalt tidsstyringssignal med én puls pr. omdreining, som brukes til å finne pumpens akselvinkel ved ethvert tidspunkt. Den følgende delalgoritme kan brukes for denne transformasjonen fra tidsstyring til vinkel. Tidsstyringssignalet, som typisk er det digi-tale signal med to nivåer fra en avstandssensor, er essensielt i denne fremgangsmåte. Sensoren må gi kun én puls pr. omdreining, men den kan installeres på forskjellige steder, så som hovedtannhjulet, veivakselen eller én av stempelstengene. Den følgen-de algoritme kan anvendes for å transformere tidsstyringssignalet til pumpens akselvinkel, 0. Denne fremgangsmåte gjelder selv om pumpehastigheten ikke er konstant, men forandres langsomt under analyseperioden. i. Bestem alle tidsstyringshendelser {tup,,}, når tidsstyringssignalet går fra en lav verdi til en høy verdi. ii. Finn de korresponderende omdreiningsperioder T, fra differansen mellom suksessive tider. iii. Finn korresponderende gjennomsnittlige pumpehastigheter Q3= 27t/T3og sentertider tj= (tup,l+1+ tup,i)/2. Det skal bemerkes at antallet gjennomsnitt er én mindre enn antallet tidsstyringshendelser. iv. Anvend en egnet ID interpolasjon/ekstrapolasjon-metode for å finne pumpens vinkelhastighet for alle tidssampler: Q = interpl(tj, Qj, t). v. Tidsintegrer hastigheten for å fremskaffe en akkumulert akselvinkel for pumpen: 8aCc= 2*2 ■ At, hvor Z betegner akkumulert summasjon og At betegner sampeltidsintervall. vi. Beregn differansen mellom den akkumulerte vinkel og den virkelige akselvinkel-posisjon ved den første tidsstyringshendelse ved interpolasjon,

Øaccup = interpl(t]#eacc,tup,i).

vii. Til slutt, finn pumpens akselposisjon som den akkumulerte pumpevinkel minus differansen: 0 = Øacc-9acc,up+0Up hvor Øup representerer pumpens sanne akselvinkel når tidsstyringssignalet blir høyt.

Den ovenstående fremgangsmåte for vinkelkonvertering gjelder på samme måte hvis den positive tidsstyrings-signalflanke erstattes av den negative tidsstyringsflanke, forutsatt at pumpevinkelen for den negative flanke er kjent. Fremgangsmåten krever minst to fullstendige omdreininger for å være i stand til å tilveiebringe vinkelen med en variabel hastighet. Ellers antas en konstant hastighet. Hvis det brukes et ytterligere tidsstyringssignal, f.eks. en avstandssensor som avføler alle tannhjulstenner på hovedtannhjulet, kan det beregnes en mer detaljert hastighetsprofil, uten at dette krever flere enn to omdreininger.

Den forholdsvis enkle versjon av den nye lekkasjeoppdagelses-algoritme inkluderer de følgende trinn, og den tillater at det brukes ett eller flere akselerasjonssignaler. a) Fange inn høyhastighetsdata om akselerasjon(er), a„ og avstandssensor over et tidsintervall som dekker i det minste én pumpeomdreining. b) Valgfritt, anvend et signalkondisjoneringsfilter på de rå akselerasjonssignaler. c) Analyser tidsstyringssignalet for å finne akselvinkelen 0 som en funksjon av tid, som beskrevet ovenfor. d) Konstruer en innhyllingsfunksjon, f.eks. aenv=V(5;ai<2>), som representerer det momentane vibrasjonsnivå. e) Beregn den første harmoniske komplekse Fourier-komponent for innhyllingssignalet medCi=2<aerwexp(jØ)>, hvor j er den imaginære enhet V(-l) og klam-mene < > betegner å finne gjennomsnittet over et heltall av omdreininger. f) Bestem den mulige lekkasjevinkel med 0|eai<= angle(Ci) som representerer sek-torens senter for økte vibrasjoner. g) Konstruer vinkelbasert vindusfunksjon, Wi, som velger innhyllingsfunksjon i en sektor sentrert på lekkasjevinkelen 0|eak, og et annet vindu w0, som velger innhyllingsfunksjonen i en sektor sentrert på den komplementære vinkel (0|eak±7t). h) Finn de korresponderende vibrasjonsnivåer <Si=(w1aenv)/<Wi> og s0=<w0aenv)/<Wo>. i) Utløs en lekkasjealarm hvis det høyeste vibrasjonsnivå overstiger et kritisk

nivå, for eksempel scr=2s0, og bestem at lekkasjeverdien er den ene som har sin stengefase nærmest den observerte lekkasjefase 0|eak.

Samplingsfrekvensen fra akselerometeret bør være høy nok, typisk 25 kHz, til å inkludere de dominerende lekkasjestøy-vibrasjonsfrekvenser. Kondisjoneringsfilteret i det annet trinn kan inkludere for det første en fjerning av spisser eller klipping for å mini-mere effekten av ventilstengespisser, og for det annet et båndpassfilter for å maksi-mere kontrasten mellom lekkasjestøy og normal omgivelsesstøy. Innhyllingsfunksjonen kan alternativt inkludere en multiplikativ faktor, eller, hvis det brukes kun ett akselerometersignal, konstrueres ved anvendelse av Hilbert-transformasjon:

aenv= I Hilbert(a) |.

Videre kan innhyllingsfunksjonen valgfritt, for presentasjonsformåt, glattes med et lavpassfilter som ikke har faseskift. Et mulig valg for vinduene Wi og w0, som representerer sektorene for respektivt maksimum og minimum vibrasjoner er Wi=H(cos(ø-øieak)) og w0=H(-cos(0-0|eak))/hvor H er Heaviside-trinnfunksjonen definert som 1 for positive argumenter og ellers 0. De foreslåtte vinduer kan alternativt erstattes av mindre sektorer (180°-2A9) ved bruk av de mer generelle formler Wi=H(cos(ø-0|eak)-sin(AØ)) og w0=H(-cos(ø-0|eai<)+sin(AØ)), eller av kontinuerlig varie-rende vindusfunksjoner, så som wi=sin(0-ø|eak) ■ H(cos(9-0|eak)) og w0=sin(8|eak-ø) ■ H(-cos(0-9ieak)). Et alternativ til å bruke det inneværende lave vibrasjonsnivå, s0, som en referanse for det kritiske vibrasjonsnivå, er å bruke normale omgivelses-vibrasjonsnivåer basert på tidligere målinger hvor alle ventiler var skadefrie.

Vedrørende det siste trinn for lokalisering av lekkasjen, skal det innses at hver ventil har en unik fase som representerer senteret i den lekkende fase. Som et eksempel, hvis "avfyrings"-rekkefølgen for en kvintupleks-pumpe er {1,5,2,4,3} (tallene representerer den lineære posisjons rekkefølge), så har de korresponderende sugeventiler de følgende senterfaser {Øsi, Øs2, 6s3, øs4, 6s5}={90°, 162°, -126°, -54°, 18°}, og ut-løpsventilene har de følgende faser {0Di, 0D2, 0D3, ØD4, Ød5}={-90°, -18°, 54°, 126°, -162°}. Her refererer indeksen, la oss si su til stengefasen og den mulige lekkasjefase for sugeventil 1. De ovenstående fasevinkler er teoretiske og basert på antakelsene om perfekte ventiler og ingen fluidkompressibilitet.

I virkeligheten forårsaker treghet og fluidets kompressibilitet en faseforsinkelse. Denne faseforsinkelsen kan modelleres og korrigeres for, enten ved skifting av de ovenstående ventilfaser til høyere verdier, eller ved skifting av den observerte lekkasjefase til en lavere verdi. En egnet modell for forsinkelseskiftet er 0|ag = Q t+AØp, hvor Q er pumpens rotasjonshastighet (i rad/s), x er vinkelens stengeforsinkelsestid (typisk 0,02 s) og AØp er en trykkforsinkelsesfunksjon. Det er en ikke-lineær og komplisert funksjon avhengig av mange faktorer, så som utløpstrykk, fluidets kompressibilitet og det såkalte klaringsvolum ('clearance volume'). Klaringsvolumet er det gjenværende fluidvolum mellom suge- og utløpsventilene når stempelet er fullstendig utstrukket.

Den beskrevne algoritme for oppdagelse av lekkasje er ikke i stand til å oppdage og lokalisere to lekkende ventiler samtidig, med mindre lekkasjene har svært forskjellig størrelse. Årsaken er at to lekkasjer vil forstyrre hverandre, og den resulterende innhyllingsfunksjon vil ha et senter som kanskje ikke korresponderer med noen av de lekkende ventiler. En dyktig operatør kan imidlertid sannsynligvis lokalisere flere lekkasjer ved å sammenligne vibrasjonssignalet med de forskjellige ventilstengefaser.

Fremgangsmåten kan videre inkludere:

- å la vinduene representere 2p ikke-overlappende sektorer, hvor p er antallet stempler i stempelmaskinen; - å utløse en lekkasjealarm hvis en gruppe av p eller flere tilgrensende sektorer har et vibrasjonsnivå som overstiger et kritisk nivå; og - bestemmelse av, hvis lekkasjealarmen er utløst, de lekkende ventiler som de ventiler som har stengesektorer som passer sammen med enten de første p sektorer eller de siste p sektorer i gruppen.

Fremgangsmåte kan videre inkludere:

- bestemmelse av sentervinkelen for innhyllings-vibrasjonssignalet med Fourier-analyse; - anvendelse av sentervinkelen til å konstruere to brede og komplementære vindusfunksjoner som representerer akselsektorer for respektivt det høyeste og det laveste vibrasjonsnivå; og - anvendelse av disse vindusfunksjoner og innhyllingsfunksjonen til å finne det gjennomsnittlige signalnivå i sektorene; og - å utløse en lekkasjealarm hvis det høyeste vibrasjonsnivå overstiger den kritiske verdi; og - bestemmelse av, hvis lekkasjealarmen er utløst, den lekkende ventil som den ventil som har sin stengesektor nærmest vindussektoren med høyest vibrasjonsnivå.

Fremgangsmåten kan videre inkludere:

- å stille inn et kritisk vibrasjonsnivå som løser ut en lekkasjealarm lik en multiplikativ faktor ganger minimumsverdien av sektorbaserte vibrasjonsnivåer.

Fremgangsmåten kan videre inkludere:

- å stille inn et kritisk vibrasjonsnivå som løser ut en lekkasjealarm til en verdi som enten er beregnet fra en empirisk formel som en funksjon av pumpehastighet og utløpstrykk, eller valgt fra en oppslagstabell, og hvor i begge tilfeller tidligere målinger av normale omgivelsesvibrasjoner er innebygd.

Den følgende alternative algoritme kan brukes for automatisk å oppdage enkle og doble lekkasjer. Dette gjelder for pumper med p stempler og ved bruk av ett eller flere akselerometere.

A. Med forholdsvis høy hastighet, fang inn data på akselerasjoner og avstands-sensorsignal over en tid som dekker minst én pumpeomdreining.

B. Valgfritt, anvend et signalkondisjoneringsfilter på de rå akselerasjonssignaler. C. Konstruer en innhyllingsvibrasjonsfunksjon, basert på alle akselerometersigna-ler, f.eks. ved aenv=V(Zai<2>), som representerer det momentane vibrasjonsnivå. D. Analyser tidsstyringssignalet for å finne akselvinkelen 9 som en funksjon av tid,

som beskrevet ovenfor.

E. Konstruer 2p ikke-overlappende vindusfunksjoner, wk, som selektivt velger innhyllingsfunksjonen i korresponderende akselsektorer, slik at hver ventils stengefase består av p tilgrensende sektorer.

F. Beregn støynivået i alle 2p akselsektorer med sk=<wk aenv>/<Wk).

G. Hvis p eller flere tilgrensende sektorer har et støynivå som overstiger et kritisk støynivå, så utløs en lekkasjealarm.

H. Bestem de mulig lekkende ventiler som de ventiler som har åpne- eller stengesektorer som passer sammen med enten de første p sektorer eller de siste p sektorer med økt støy.

Et egnet valg for vindusfunksjoner i trinn E er wk=H(cos(e-(2k-l)7c/(2p)-0|ag)-cos(w7t/p)) hvor k er et heltall som går fra 1 til 2p, 9|ag er den estimerte forsinkelses-fase og w er en vindusbredde-faktor som er lik eller mindre enn enhet. En årsak til bruk av en redusert vindusbredde (w<l) i trinn E er å ekskludere de vibrasjonsspisser som opptrer når ventilene treffer ventilsetene. Disse vibrasjoner er ikke relatert til lekkasjer, og er tilbøyelige til å gjøre kontrasten mellom lekkende faser og de ikke-lekkende faser uskarp. Et alternativ til å bruke redusert vindusbredde er å bruke kontinuerlig vektede vinduer som representerer lave vekter ved overgangssektorene, lignende de som er nevnt som en valgmulighet i den enkle algoritme ovenfor. Formelen i trinn F gjelder for enhver vindusvalgmulighet, og gjennomsnittene krever ikke heltallige omdreininger.

Ved bruk av det minimumssektor-baserte vibrasjonsnivå som en referanse for det kritiske nivå, er fremgangsmåten ovenfor i stand til å lokalisere opp til to samtidige lekkasjer med sammenlignbar styrke, med mindre både sugeventilen og utløpsventilen for det samme stempel lekker. Disse ventiler er perfekt komplementære uten over-lapping av stengefaser, hvilket innebærer at alle sektorer kan ha økte vibrasjonsnivåer.

En mulig vei rundt dette problem er, istedenfor å bruke minimums-vibrasjonsnivået som en referanse, å bestemme det kritiske vibrasjonsnivå som en funksjon av pumpehastighet og utløpstrykk. Nivået kan enten beregnes fra en empirisk formel eller velges fra en oppslagstabell. En slik tabell bør inkorporere tidligere erfaring med skadefrie ventiler og med forskjellige pumpehastigheter og utløpstrykk.

Det siste trinn i den ovenstående algoritme utelukker muligheten for trippel-lekkasjer. Dette er fordi når p+2 eller flere tilgrensende sektorer har økte vibrasjoner, er det en teoretisk mulighet for at også de ventiler som ikke dekker endesektorene kan ha en lekkasje. Sannsynligheten for trippel lekkasje av sammenlignbar størrelse er imidlertid så lav at å vise dem som mulige dekkende ventiler gir liten mening.

Fremgangsmåten kan videre inkludere presentering av den faktisk lekkende ventil eller ventiler til et menneske med et indikatorpanel eller et brukergrensesnitt med indikatorer og historisk trending.

En foretrukket måte å presentere ventiltilstandene til et menneske på er å bruke en datamaskins grensesnittskjerm som viser et generisk riss av pumpen med sine p sugeventiler og p utløpsventiler. Lekkende ventiler kan f.eks. markeres med røde indikatorer og de skadefrie med grønne indikatorer.

I tilfeller hvor lekkasjealarmen løses ut, vil det være nyttig for en operatør å betrakte registrerte akselerasjonssignaler sammen med de forskjellige stengevinduer på data-maskinens skjerm. En opplært operatør kan bruke denne informasjon til å bekrefte og sjekke den datamaskinbaserte diagnose, særlig i tilfellet av mulige flerdobbelte lekkasjer.

Et sammenlignende trendplott av de forskjellige vibrasjonsnivåer, fortrinnsvis etter normalisering med det kritiske nivå, vil også hjelpe en operatør til å foreta en manuell evaluering av ventiltilstandene. Et slikt plott kan avsløre en begynnende lekkasje til og med før lekkasjealarmen løses ut, og før en annen lekkasje har begynt å utvikle seg. En annen fordel med å lagre gamle tidsregistreringer og behandlede data, er at tilfeldige lekkasjealarmer kan utelukkes. Slike alarmer kan løses ut av smuss av partikler som midlertidig blokkerer tetningsfunksjonen for en ellers skadefri ventil. Tilfeldige alarmer kan fortrinnsvis unngås ved hjelp av avansert logikk som krever at en lekkasje må oppdages over et spesifisert tidsintervall før lekkasjealarmen utløses.

Vibrasjonssignalene er, når de sendes ut f.eks. ut av en høyttaler, overraskende godt egnet for det menneskelige øre for å identifisere en lekkasje. Når signalene behandles som beskrevet ovenfor og forstyrrende støy i en stor utstrekning er filtrert bort, identifiserer øret også lett alvorligheten av en lekkasje, relativt sett.

Operatøren kan lytte i sanntid, hvis det er flere enn én ventilblokk, på de forskjellige ventilblokker. Dette kan gjøres fra en fjerntliggende posisjon ved bruk av en høretelefon eller et høyttalersystem, og en bryter som velger én vibrasjonssensor (ventilblokk) om gangen, i det tilfellet når det brukes flere akselerometere. En operatør vil selv uten mye opplæring hurtig fastlegge ved hvilken ventilblokk lekkasjen utvikler seg. Justeringer av volum og utjevnerfilter kan valgfritt inkluderes for å gjøre lekkasjelyden tydeligere.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen beskriver en forholdsvis enkel og pålitelig måte til å oppdage og lokalisere en ventilfluidlekkasje i en stempelmaskin, selv om ventilene er posisjonert i den samme ventilblokk.

I det følgende beskrives det et eksempel på bruk av fremgangsmåten illustrert på de ledsagende tegninger, hvor: Figur 1 skjematisk viser en tripleks pumpe med vibrasjonssensorer festet til hver ventilblokk i pumpen, så vel som en rotasjonsvinkelsender posisjonert ved pumpeakselen; Figur 2 viser det samme som på figur 1 i en kvintupleks-pumpe, hvor kun én

vibrasjonssensor er festet til en felles ventilblokk; og

Figur 3 viser en graf som illustrerer et rått vibrasjonssignal som en funksjon av tid, så vel som et signal som er behandlet ved bruk av en fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen som en funksjon av akselvinkel.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en såkalt triplekspumpe, nedenfor benevnt pumpe, som er forsynt med tre individuelt virkende stempler 2, som har sin utstrekning gjennom sine respektive sylindere 4. Kun det første stempel 2 og korresponderende sylinder 4 er vist. Sylindrene 4 kommuniserer med en innløpsmanifold 6 gjennom sine respektive sugeventiler Sl, S2 og S3, og en utløpsmanifold 10 gjennom sine respektive utløpsventiler Dl, D2 og D3, se figur 1.

Den første sugeventilen Sl og den første utløpsventilen Dl er bygd inn i en første ventilblokk 14' som kommuniserer med den første sylinderen 4. På den samme måte er den annen sugeventil S2 og den annen utløpsventil D2 bygd inn i en annen ventilblokk 14", og den tredje sugeventil S3 og den tredje utløpsventil D3 er bygd inn i en tredje ventilblokk 14'".

På mindre triplekspumper kan ventilblokkene 14', 14" og 14'" være deler av et felles metallstykke.

En første vibrasjonssensor 16' som kommuniserer med en datamaskin 18 gjennom en første kabel 20', er festet til den første ventilblokk 14'. En annen vibrasjonssensor 16" som kommuniserer med datamaskinen 18 gjennom en annen kabel 20', er festet til den annen ventilblokk 14", mens en tredje vibrasjonssensor 16'" som kommuniserer med datamaskinen 18 gjennom en tredje kabel 20'", er festet til den tredje ventilblokk 14'".

En rotasjonsvinkelsender 22 som kommuniserer med datamaskinen 18 gjennom en fjerde kabel 20"", er anordnet til å gi et pulssignal pr. omdreining av veivakselen 24 i pumpen 1.

Datamaskinen 18 er utstyrt med en skjerm 26 og en høyttaler 28.

Sensorene 16', 16" og 16'", senderen 22 og datamaskinen 18 er av typer som i og for seg er kjente, og datamaskinen 18 er programmert til å utføre de aktuelle beregning-er.

Vibrasjoner avfølt fra ventilblokkene 14', 14" og 14'" tas opp av vibrasjonssensorene henholdsvis 16', 16" og 16'", og sendes som signaler til datamaskinen 18.

Signalene klargjøres som beskrevet i den generelle del av beskrivelsen, og vises på skjermen 26. Alarmer kan gis gjennom høyttaleren 28.

Når en lekkasje utvikler seg, kan en karakteristisk "hvesende" støy som opptrer med regelmessige intervaller, sendes gjennom høyttaleren 28. Lydstyrken av den hvesende støy øker ettersom lekkasjen utvikler seg.

På fig. 2 vises det en kvintuplekspumpe 28 som kun har én vibrasjonssensor 16 festet til en ventilblokk 14. En første sugeventil Sl og en første utløpsventil Dl i pumpen 28 er vist.

På fig. 3, øvre delplott, blir det rå signal a fra sensoren 16 fra en test vist som en funksjon av tid. Det øvre delplott viser således det rå akselerometersignal a, skalert i g, gjennom en 2 s periode. Vindusfunksjonen wSi, som representerer det teoretiske stengeintervall for sugeventilen Sl, er inkludert for enkel tolking. Denne vindusfunksjonen beregnes fra et tidsstyringssignal, er ikke vist, ved hjelp av fremgangsmåten beskrevet i den generelle del av beskrivelsen. Pumpehastigheten varierte litt fra ca. 135 o/min ved begynnelsen av registreringen til 127 o/min på slutten, og utløpstryk-ket var ca. 70 bar. Det øvre delplott viser klart at utløpsventilen Dl lekker, på grunn av det økte vibrasjonsnivå under stengefasen av Dl (komplementær fase til den viste Sl).

Det nedre delplott som er plottet mot akselvinkel i omdreininger, viser innhyllings-akselerasjonen aenvetter at den er glattet med et 200 Hz lavpassfilter. Vindusfunksjonen Wi i det nedre delplott er det lekkende vindu funnet ved Fourier-analyse, som beskrevet av trinnene e-g i algoritmen i den generelle del av beskrivelsen. Senter-punktet, illustrert med en sirkel i det nedre delplott, representerer i dette vinduet en pumpeakselvinkel på -84°. Denne verdien samsvarer nesten perfekt med den teoretiske verdi på -90°, idet det tas hensyn til at ingen forsinkelsesskift-korreksjoner er påført. Vibrasjonsnivåforholdet i lekkende og ikke-lekkende faser bestemmes til å være 8,6, hvilket langt overgår en lekkasje-deteksjonsterskel typisk bestemt til 1,5.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for å oppdage og å lokalisere en ventillekkasje i en stempel-maskin (1) som haren aksel (24), hvor fremgangsmåten inkluderer: - festing av minst én vibrasjonssensor (16', 16", 16") til en ventilblokk (14', 14", 14") i stempelmaskinen (1); - måling av vibrasjonene fra alle vibrasjonssensorer (16', 16", 16"); - festing av en sensor (22) til stempelmaskinen (1), hvor sensoren er designet til å frembringe, direkte eller indirekte, et akselvinkel-posisjonssignal for akselen (24),karakterisert vedat fremgangsmåten videre inkluderer: - bestemmelse av, direkte eller indirekte, et akselvinkel-posisjonssignal for akselen (24); - omforming av vibrasjonssignalene fra alle vibrasjonssensorer (16', 16", 16'") til ett innhyllingssignal som representerer det momentane vibrasjonsni- o va; - anvendelse av vinkel-posisjonssignalet til konstruering av vindusfunksjoner som velger innhyllingssignalet i valgte akselvinkelsektorer; - anvendelse av vindusfunksjonene til å finne sektorbaserte gjennomsnitt av vibrasjonsnivået, og - sammenligning av gjennomsnittene med et kritisk omgivelses-vibrasjonsnivå for å oppdage og lokalisere lekkasjer i én eller to ventiler.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten videre inkluderer: - å la vinduene representere 2p ikke-overlappende sektorer, hvor p er antallet av stempler i stempelmaskinen (1); - å utløse en lekkasjealarm hvis en gruppe av p eller flere tilgrensende sektorer har et vibrasjonsnivå som overstiger et kritisk nivå; og - bestemmelse av, hvis lekkasjealarmen er utløst, de lekkende ventiler som de ventiler som har stengesektorer som passer sammen med enten de første p sektorer eller de siste p sektorer i gruppen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten videre inkluderer: - bestemmelse av sentervinkelen for innhyllings-vibrasjonssignalet med Fou-rieranalyse; - anvendelse av sentervinkelen til å konstruere to brede og komplementære vindusfunksjoner som representerer akselsektorer for respektivt det høyeste og det laveste vibrasjonsnivå; - anvendelse av disse vindusfunksjoner og innhyllingsfunksjonen til å finne det gjennomsnittlige signalnivå i sektorene; og - å utløse en lekkasjealarm hvis det høyeste vibrasjonsnivå overstiger en kritisk verdi; og - bestemmelse av, dersom lekkasjealarmen er utløst, den lekkende ventil som den ventil som har sin stengesektor nærmest vindussektoren med høyest vibrasjonsnivå.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 til 3,karakterisert vedat fremgangsmåten videre inkluderer: - å stille inn et kritisk vibrasjonsnivå som løser ut en alarm lik en multiplikativ faktor ganger minimumsverdien av sektorbaserte vibrasjonsnivåer.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 til 3,karakterisertved at fremgangsmåten videre inkluderer: - å stille inn et kritisk vibrasjonsnivå som løser ut en lekkasjealarm til en verdi som enten er beregnet fra en empirisk formel som en funksjon av pumpehastighet og utløpstrykk, eller valgt fra en oppslagstabell, og hvor i begge tilfeller tidligere målinger av normale omgivelsesvibrasjoner er inkorporert.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 til 5,karakterisertved at fremgangsmåten videre inkluderer: - presentering av den faktisk lekkende ventil eller ventiler for et menneske.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert vedat fremgangsmåten videre inkluderer: - festing av en sensor (22) til stempelmaskinen (1), hvor sensoren er designet til å produsere et digitalt tidsstyringssignal med én puls pr. omdreining; - bestemmelse av alle tidsstyringshendelser når tidsstyringssignalet går fra en lav verdi til en høy verdi eller fra høy verdi til lav verdi; - å finne de korresponderende omdreiningsperioder fra differansen mellom suksessive tidsstyringshendelser; - å finne korresponderende gjennomsnittlige pumpehastigheter og sentertider; - anvendelse av en egnet ID interpolasjons/ekstrapolasjons-metode for å finne vinkelpumpehastigheten for alle tidssamplene; - tidsintegrering av hastigheten for å fremskaffe en akkumulert pumpeaksel vinkel; - beregning av differansen mellom den akkumulerte vinkel og den virkelige akselvinkelposisjon ved den første tidsstyringshendelse; og - å finne pumpeakselposisjonen som den akkumulerte pumpevinkel minus differansen.