NO20120283A1

NO20120283A1 - Smartventil som anvender en kraftfoler

Info

Publication number: NO20120283A1
Application number: NO20120283A
Authority: NO
Inventors: Loc Gia Hoang
Original assignee: Cameron Int Corp
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2012-03-29
Also published as: BR112012007748B1; GB201208029D0; WO2011043917A1; SG179187A1; GB2487336A; BR112012007748A2; NO341593B1; US20110083746A1; GB2487336B

Abstract

En ventil (10), i noen utførelsesformer, inkluderer et legeme (12) med en strømningsvei (22,24), en spindel (30), et strømningselement (32) koblet til spindelen (30), der strømningselementet (32) grenser mot strømningsveien (22,24) for å regulere strømning av et fluid gjennom strømningsveien (22,24), og en kraftføler (74) koblet til spindelen (30) og innrettet for å angi kraften som utøves på spindelen (30).

Description

KRYSSREFERANSE TIL BESLEKTET SØKNAD

[0001] Denne søknaden tar prioritet fra den ugranskede US-patentsøknaden 12/577,142 med tittelen "Smart Valve Utilizing a Force Sensor", innlevert 9. oktober 2009, som inntas her som referanse i sin helhet.

OPPFINNELSENS OMRÅDE

[0002] Foreliggende oppfinnelse vedrører regulering og overvåkning av fluidstrømning. Mer spesifikt vedrører foreliggende oppfinnelse en smartventil for å overvåke ventilytelse og for å måle trykket i et prosessfluid som strømmer gjennom smartventilen.

BAKGRUNN

[0003] Dette avsnittet er ment for å introdusere leseren for forskjellige tekniske aspekter som kan være beslektet med forskjellige aspekter ved foreliggende oppfinnelse, som er beskrevet og/eller krevet beskyttelse for nedenfor. Denne redegjørelsen antas å være nyttig for å gi leseren bakgrunnsinformasjon for å lette en bedre forståelse av de forskjellige aspekter ved foreliggende oppfinnelse. Det må derfor forstås at denne teksten skal leses i dette lys, og ikke som innrømmelse av kjent teknikk.

[0004] Ventiler brukes over alt for å forvalte og overføre materiale. Ventiler har generelt en åpen posisjon som muliggjør fluidstrømning og en lukket posisjon som reduserer eller stenger helt for fluidstrømning. I alminnelighet er det ønskelig å overvåke tilstand (f.eks. strømning og trykk) for fluidet som strømmer gjennom ventilen. Videre er det som regel også ønskelig å overvåke ventilens ytelse. Spesielt vil ventilens tilstand og ytelse typisk forringes gjennom dens levetid. I tillegg kan ventilen bli begrodd for eksempel som følge av ugunstige prosessforhold. Det kan derfor bli nødvendig å reparere eller bytte ut ventilen.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0005] Forskjellige trekk, aspekter og fordeler med foreliggende oppfinnelse vil forstås bedre når den følgende detaljerte beskrivelsen leses med støtte i de vedlagte figurene, der like tegn representerer like deler og der:

[0006] Figur 1 er en skisse sett forfra av en smartventil som kan innlemme en kraftføler i samsvar med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

[0007] Figur 2 er et tverrsnitt av smartventilen tatt langs linjen 1 -1 i figur 1 som viser smartventilen i en lukket posisjon i samsvar med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

[0008] Figur 3 er et tverrsnitt av smartventilen tatt langs linjen 1 -1 i figur 1 som viser smartventilen i en åpen posisjon i samsvar med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

[0009] Figur 4 er et tverrsnitt av smartventilen tatt langs linjen 1 -1 i figur 1 som viser smartventilen i det den skitfer fra en lukket posisjon til en åpen posisjon i samsvar med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

[0010] Figur 5 er et flytdiagram av en fremgangsmåte for å bestemme et trykk i et prosessfluid ved hjelp av smartventilen ifølge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; og

[0011] Figur 6 er et flytdiagram av en fremgangsmåte for å bestemme ytelsen til eller annen tilstand for smartventilen ifølge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse.

DETALJERT BESKRIVELSE AV KONKRETE UTFØRELSESFORMER

[0012] Én eller flere konkrete utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse vil bli beskrevet nedenfor. Disse beskrevne utførelsesformene er kun eksempler på foreliggende oppfinnelse. Videre, i et forsøk på å gi en konsis beskrivelse av disse utførelseseksemplene, er ikke alle trekk ved en faktisk utførelse nødvendigvis beskrevet her. Det må forstås at i utviklingen av en hvilken som helst slik faktisk utførelse, som i ethvert utviklings- eller konstruksjonsprosjekt, en rekke utførelsesspesifikke beslutninger må tas for å oppnå utviklerens spesifikke mål, så som overhold av systemrelaterte og forretningsrelaterte føringer, som kan variere fra én utførelse til en annen. Videre må det forstås at en slik utviklingsjobb kan være komplisert og tidkrevende, men likevel vil være en rutinemessig utviklings-, konstruksjons- og tilvirkningsjobb for fagmannen på bakgrunn av denne beskrivelsen.

[0013] De viste utførelsesformene inkluderer en smartventil, som inkluderer en kraftføler (f.eks. lastføler, belastningscelle, tøyningsmåler eller annet) for å overvåke kraften (eller trykket) som virker på spindelen på et ventilelement. Innlemmelse av kraftføleren letter overvåkning av ventilens ytelse gjennom ventilens levetid og overvåkning av strømningsrørtrykk (f.eks. prosesstrykket). I tillegg kan strømningsrørtrykket (dvs. trykket i prosessfluidet som reguleres av ventilen) bli overvåket både når ventilen er i en innelukkende tilstand (f.eks. ingen fluidstrømning gjennom ventilstrømningsveien) og når ventilen er i en åpen posisjon. I andre utførelsesformer kan strømningsrørtrykket ellers bli overvåket ved hjelp av en trykkmåler, trykkomformer eller et annet trykkelement anordnet direkte i strømningsveien i ventilen. En fordel med å anvende kraftføleren for å overvåke strømningstrykk er at en fjerner en mulig lekkasjevei i tilknytning for eksempel til et instrumentuttak (dvs. med en trykkmåler) anordnet direkte i strømningsrøret.

[0014] En ventils ytelse kan for eksempel bli vurdert basert på hvor mye forsynt trykk som kreves for å aktivere ventilen, eller ved å skru fra hverandre ventilen for å inspisere innvendige deler. Til forskjell vil innlemmelse av kraftføleren i ventilen i alminnelighet gi en bedre overvåkning av ventilens ytelse uten demontering av ventilen. Den avfølte kraftinformasjonen kan for eksempel bli anvendt for å endre vedlikeholdsprogrammet for ventilen. I tillegg kan kraftføleren bli anvendt for å overvåke strømningsrørtrykket (dvs. trykket som utøves av prosessfluidet i strømningsveien i ventilen) via trykket som virker på ventilspindelens tverrsnittsareal. Videre, som beskrevet nedenfor, kan innlemmelse av en forskyvningsomformer i ventilen for å måle spindelbevegelse gi ytterligere informasjon om ventilytelse. De viste utførelsesformene kan bli anvendt på eksisterende konstruksjoner med forholdsvis små modifikasjoner i noen anvendelser. Eksempler på smartventilene vist her kan inkludere strømningsventiler, sluseventiler, spjeldventiler, kikventiler, kuleventiler, nåleventiler og annet. Uansett type ventil er det i alminnelighet fordelaktig å overvåke ytelsen til smartventilen, samt å innhente informasjon om fluidet smartventilen regulerer.

[0015] Figur 1 er en skisse sett forfra av en smartventil 10 som kan innlemme en kraftføler i samsvar med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Smartventilen 10 kan inkludere et ventillegeme 12 koblet til et ventildeksel 14 ved hjelp av én eller flere bolter 16. Smartventilen 10 kan også inkludere en aktuatorenhet 18 som, som beskrevet nedenfor, kan bli anvendt for å bevege en ventilspindel i smartventilen 10 aksialt langs en senterakse 20 av smartventilen 10 for å aktivere smartventilen 10 mellom åpen og lukket posisjon. Aktuatorenheten 18 kan bli aktivert av en operatørperson (f.eks. ved anvendelse av et overstyringsverktøy) eller kan bli aktivert automatisk av et hydraulisk eller elektrisk styresystem.

[0016] Smartventilen 10 inkluderer også en innløpskanal 22 og en utløpskanal 24 for tilkobling til rør eller andre komponenter. Foreksempel kan smartventilen 10 være plassert mellom et oppstrømsrør 26 som transporterer et prosessfluid fra en kilde, og et nedstrømsrør 28 som transporterer prosessfluidet til utstyr nedstrøms. I en slik utførelsesform kan smartventilen 10 bli anvendt på en på/av-måte for å tillate eller stenge for strømning fra oppstrømsrøret 26 gjennom smartventilen 10 og inn i nedstrømsrøret 28.1 andre utførelsesformer kan smartventilen 10 bli anvendt for å regulere (f.eks. strupe) strømning fra oppstrømsrøret 26 inn i nedstrømsrøret 28.

[0017] Materialene i smartventilen 10 kan variere sterkt, for eksempel avhengig av den tiltenkte anvendelse. Ventilmaterialer kan inkludere karbonstål, rustfritt stål, lavlegert stål, nikkelbelagte materialer, nikkellegeringer (f.eks. iconel, monel og liknende), Teflon-innsatser etc. Tetnings- og pakningsmaterialer kan inkludere teflon, PTFE, elastomerer, metaller etc. Trykk- og temperaturmerkingen til smartventilen 10 kan også variere sterkt avhengig av den tiltenkte anvendelse. Slik merking er imidlertid ikke ment å begrense teknikken ifølge oppfinnelsen, som kan bli anvendt for et hvilket som helst strømningsrørtrykk. Temperaturmerkingen kan være for veldig lave temperaturer, omgivelsestemperatur, veldig høye temperaturer etc.

[0018] Figur 2 er et tverrsnitt av smartventilen 10 tatt langs linjen 1 -1 i figur 1 som viser smartventilen 10 i en lukket posisjon i samsvar med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Smartventilen 10 inkluderer en ventilspindel 30 med en ventilsluse 32 festet til en nedre ende 34 av ventilspindelen 30.1 noen utførelsesformer kan ventilslusen 32 være festet til den nedre enden 34 av ventilspindelen 30 ved hjelp av gjenger. I andre utførelsesformer kan imidlertid ventilslusen 32 være festet til den nedre enden 34 av ventilspindelen 30 ved hjelp av andre koblingsmåter, så som T-spor, pinner, løftemuttere eller annet.

[0019] Ventilslusen 32 kan inkludere en port 36 som tillater strømning av prosessfluid gjennom ventillegemet 12 når ventilslusen 32 er beveget til en åpen posisjon. Mer spesifikt er porten 36 en åpning gjennom ventilslusen 32 som er slik at når ventilslusen 32 er i åpen posisjon, porten 36 er hovedsakelig linjeført med åpninger 38, 40 henholdsvis i et innløpssete 42 og et utløpssete 44 i ventillegemet 12. Ved å bevege ventilslusen 32 aksialt langs senteraksen 20 til smartventilen 10 slik at porten 36 linjeføres med åpningene 38, 40 i innløpssetet 42 og utløpssetet 44, kan smartventilen 10 bli åpnet og prosessfluidet kan tillates å strømme gjennom ventillegemet 12 til smartventilen 10. Tilsvarende kan smartventilen 10 lukkes ved å bevege ventilslusen 32 aksialt langs senteraksen 20 til smartventilen 10 slik at porten 34 ikke lenger er linjeført med åpningene 38,40 i innløpssetet 42 og utløpssetet 44. Det må forstås at smartventilen 10 kan være en toveisventil, og at benevnelsene "innløp" og "utløp" er anvendt for å lette forklaringen og ikke innebærer noen retningsbegrensning for smartventilen 10. For eksempel kan de respektive setene 42, 44 være enten innløps- eller utløpsseter. Det må også forstås at posisjonen til porten 36 på ventilslusen 32 er relativ. Porten 36 vist i figurene 2 til 4 er generelt for en sviktlukket ventil. I andre utførelsesformer kan imidlertid porten 36 bli linjeført med åpningene 38, 40 ved svikt slik at den er en sviktåpen ventil.

[0020] Strømningsveien gjennom smartventilen 10 er vist av pilen 46. Innløps- og utløpsventilkoblinger 48, 50 kan bli anvendt for å koble ventillegemet 12 på smartventilen 10 til prosesskanaler eller prosessrør. I den illustrerte utførelsesformen inkluderer innløps- og utløpsventilkoblingene 48, 50 flenser med innløps- og utløpsbolthuller 52, 54 for tilkobling til prosesskanalene eller prosessrørene (f.eks. oppstrøms- og nedstrømsrørene 26, 28 illustrert i figur 1). I andre utførelsesformer kan imidlertid innløp- og utløpsventilkoblingene 48, 50 være skrueforbindelser, sveisede forbindelser eller annet.

[0021] Som beskrevet over i forbindelse med figur 1 kan smartventilen 10 inkludere en aktuatorenhet 18. Et aktuatortrykk-styringsinnløp 56 kan muliggjøre overvåkning og styring av aktuatortrykket inne i et trykksatt hulrom 58 inne i aktuatorenheten 18. Spesielt kan i noen utførelsesformer et trykksatt fluid (f.eks. luft, olje, vann, andre hydraulikkfluider etc.) tillates å strømme inn i og ut av det trykksatte hulrommet 58 gjennom aktuatortrykk-styringsinnløpet 56. Et sylinderlokk 60 på aktuatorenheten 18 kan sikre at trykket i det trykksatte hulrommet 58 opprettholdes. Det trykksatte fluidet inne i det trykksatte hulrommet 58 kan påføre aktuatortrykket, som kan bli anvendt for å justere eller opprettholde posisjonen (f.eks. åpen eller lukket) til ventilspindelen 30 i smartventilen 10. Spesielt kan aktuatorenheten 18 fungere mye på samme måte som et stempel, i det aktuatortrykket inne i det trykksatte hulrommet 58 påfører en nedoverrettet kraft på en øvre overflate 62 av et stempelhode 64 inne i aktuatorenheten 18.

[0022] Generelt kan denne nedoverrettede kraften bli motvirket av aktuatorfjærer 66, som kan strekke seg hovedsakelig fra en nedre overflate 68 av stempelhodet 64 til en nedre innervegg 70 i aktuatorenheten 18.1 noen utførelsesformer kan aktuatorfjærene 66 være holdt på plass slik at aktuatorfjærene 66 kun tillates å bevege seg aksialt. Med andre ord kan radiell og tangentiell bevegelse av aktuatorfjærene 66 være hindret i disse respektive retningene. For eksempel kan i noen utførelsesformer aktuatorfjærene 66 være inneholdt i sylindriske hylser, som også strekker seg fra den nedre overflaten 68 av stempelhodet 64 til den nedre innerveggen 70 i aktuatorenheten 18.

[0023] Som beskrevet over kan aktuatortrykket inne i det trykksatte hulrommet 58 utøve en nedoverrettet kraft på den øvre overflaten 62 av stempelhodet 64, som kan bli motvirket av aktuatorfjærene 66, og strømningstrykket kan virke på ventilspindelen 30 kun sammen med andre ubetydelige friksjonskrefter. Følgelig kan vekselvirkningen mellom den nedoverrettede kraften utøvet av aktuatortrykket inne i det trykksatte hulrommet 58 og den oppoverrettede kraften som påføres av de motvirkende aktuatorfjærene 66 bestemme den aksielle posisjonen til ventilspindelen 30. Spesielt kan en øvre ende 72 av ventilspindelen 30 være festet til stempelhodet 64. Når den nedoverrettede kraften forårsaket av aktuatortrykket inne i det trykksatte hulrommet 58 overvinner den oppoverrettede motstandskraften fra aktuatorfjærene 66, trykket i strømningsboringen virker på ventilspindelen 30 og friksjonskraften mellom overflaten av ventilslusen 32 og setene 42, 44, gjør stempelhodet 64 at ventilspindelen 30 beveger seg aksialt nedover, for eksempel, til en åpen posisjon (se figur 3). Når den oppoverrettede kraften fra aktuatorfjærene 66 overvinner den nedoverrettede kraften forårsaket av aktuatortrykket inne i det trykksatte hulrommet 58, lar imidlertid stempelhodet 64 ventilspindelen 30 bevege seg aksialt oppover, for eksempel, til en lukket posisjon. De relative oppoverrettede og nedoverrettede kreftene og bevegelsen vist i de illustrerte utførelsesformene er kun eksempler, og er ikke ment som en begrensning. For eksempel kan i andre utførelsesformer kreftene og bevegelsen være i en hvilken som helst retning der motstandskraften fra aktuatorfjærene 66 hovedsakelig motvirker aktuatortrykket inne i det trykksatte hulrommet 58.

[0024] Som illustrert kan smartventilen 10 innbefatte en kraftføler 74 (eller lastføler) inne i aktuatorenheten 18, som kan være en belastningscelle, tøyningsmåler eller annet. Generelt kan kraftføleren 74 være festet til ventilspindelen 30 eller kan være dannet i ett med ventilspindelen 30, og kan generere datasignaler som angir hvor mye kraft som utøves på ventilspindelen 30. Følgelig kan kraftføleren 74 befinne seg utenfor, og være isolert fra, strømningsveien 46 i smartventilen 10.1 noen utførelsesformer kan en dataledning 76 bli anvendt for å overføre datasignalene som angir kraften som utøves på ventilspindelen 30, fra kraftføleren 74 til et ventilstyringssystem 78. Ventilstyringssystemet 78 kan inkludere en prosessor og minne innrettet for å kjøre programmerbar logikk. For eksempel kan ventilstyringssystemet 78 være en programmerbar logikkstyringsenhet (PLC), et distribuert styresystem (DCS) etc. Spesielt, som vil bli beskrevet nærmere nedenfor, kan ventilstyringssystemet 78 være innrettet for å konvertere datasignalene som angir kraften som virker på ventilspindelen 30 til et samsvarende trykk i prosessfluidet som strømmer gjennom ventillegemet 12 til smartventilen 10.

[0025] Datasignalene fra kraftføleren 74 kan i alminnelighet også bli anvendt for å bestemme hvordan en skal justere aktuatortrykket inne i det trykksatte hulrommet 58 i aktuatorenheten 18. Spesielt kan ventilstyringssystemet 78 være innrettet for å justere mengden av trykksatt fluid i det trykksatte hulrommet 58 i aktuatorenheten 18 basert i hvert fall delvis på datasignalene generert av kraftføleren 74. For eksempel kan ventilstyringssystemet 78 innbefatte logikk for å bestemme når en skal øke, redusere eller opprettholde mengden av trykksatt fluid inne i det trykksatte hulrommet 58.1 noen utførelsesformer kan ventilstyringssystemet 78 for eksempel være innrettet for å justere mengden av trykksatt fluid i det trykksatte hulrommet 58.

[0026] Spesielt kan i noen utførelsesformer ventilstyringssystemet 78 være innrettet for å bestemme hvorvidt en skal øke, redusere eller opprettholde mengden av trykksatt fluid inne i det trykksatte hulrommet 58 ved å anvende datasignalene fra kraftføleren 74 for å beregne trykket i prosessfluidet som strømmer gjennom ventillegemet 12 til smartventilen 10. Ved å anvende kraftføleren 74 på denne måten kan trykket i prosessfluidet bli bestemt uten bruk av forstyrrende, direkte målemetoder, så som trykkmålere, trykkomformere eller andre trykkelementer anordnet direkte i strømningsveien 46 i prosessfluidet.

[0027] I alminnelighet vil trykket i prosessfluidet inne i ventillegemet 12 til smartventilen 10 være samsvarende med spindelkraften Fstem(f.eks. kraften forårsaket av strømningsrørtrykket som virker på ventilspindelen 30). Når smartventilen 10 er i den lukkede posisjonen, som illustrert i figur 2, vil kraftføleren 74 i alminnelighet kun måle spindelkraften Fstem. Én grunn til dette er at, når smartventilen 10 er i den lukkede posisjonen, det kun kan befinne seg en ubetydelig mengde trykksatt fluid inne i det trykksatte hulrommet 58 i aktuatorenheten 18, med den øvre overflaten 62 av stempelhodet 64 anlagt mot en nedre flate 80 av en justeringsmutter 82. Den oppoverrettede motstandskraften fra aktuatorfjærene 66 kan reagere mot den nedre overflaten 68 av stempelhodet 64 og således mot den nedre flaten 80 av justeringsmutteren 82.1 andre utførelsesformer kan imidlertid aktuatorfjærene 66 fortsatt påføre en viss oppoverrettet motstandskraft, og ventilstyringssystemet 78 kan være innrettet for å tilpasse seg følgelig. Når smartventilen 10 er i den lukkede posisjonen, kan således innestengningstrykket PShut-in bli estimert basert i hvert fall delvis på kraften Fsensorsom måles av kraftføleren 74. Spesielt kan innestengningstrykket Pshut-in bli estimert ved å dividere kraften Fsensorsom måles av kraftføleren 74 med tverrsnittsarealet Astemtil ventilspindelen 30 ved anvendelse av likningen:

[0028] Som beskrevet over, når aktuatortrykket er påført ved å tilføre trykksatt fluid inn i det trykksatte hulrommet 58 i aktuatorenheten 18, vil de resulterende kreftene på stempelhodet 64 gjøre at ventilspindelen 30 beveger seg nedover aksialt, slik at smartventilen 10 blir beveget mot sin åpne posisjon. Figur 3 er et tverrsnitt av smartventilen 10 tatt langs linjen 1 -1 i figur 1 som viser smartventilen 10 i en åpen posisjon i samsvar med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Som illustrert kan aktuatortrykket forårsaket av det trykksatte fluidet inne i det trykksatte hulrommet 58 utøve en aksialt nedoverrettet stempelkraft FPiStonfordelt langs den øvre overflaten 62 av stempelhodet 64. Stempelkraften Fpistonvil i alminnelighet være jevnt fordelt over den øvre overflaten 62 av stempelhodet 64. Normalt vil resultanten av stempelkraften FPiStonvirke på stempelhodet 64 og videre på ventilspindelen 30, og med det gjøre at ventilspindelen 30 beveger aksialt nedover mot den åpne posisjonen til smartventilen 10.

[0029] Som beskrevet over forårsaker aksial nedoverbevegelse av ventilspindelen 30 at også ventilslusen 32 beveger seg aksialt nedover. Følgelig vil porten 36 inne i ventilslusen 32 begynne å linjeføres med åpningene 38, 40 henholdsvis i innløpssetet 42 og utløpssetet 44. Når dette skjer, vil prosessfluidet vil begynne å strømme gjennom ventillegemet 12 til smartventilen 10 langs strømningsveien 46. På et tidspunkt vil den aksielle nedoverbevegelsen av ventilspindelen 30 stanses av en øvre ende 84 av en sylindrisk stopper 86, inne i hvilken ventilspindelen 30 beveger seg aksialt. Når dette skjer, er smartventilen 10 i fullt åpen posisjon og siden stempelkraften Fpistoni sin helhet blir overført til den sylindriske stopperen 86, kan trykket P^ a i prosessfluidet som strømmer gjennom smartventilen 10 bli estimert basert i hvert fall delvis på kraften Fsensoravfølt av kraftføleren 74. Spesielt kan trykket Pfiuidi prosessfluidet som strømmer gjennom smartventilen 10 som angitt tidligere bli estimert ved å dividere kraften Fsensormålt av kraftføleren 74 med tverrsnittsarealet Astemtil ventilspindelen 30 med bruk av likningen:

[0030] Videre kan i noen utførelsesformer ytelsestrekk ved smartventilen 10 bli estimert ved hjelp av kraften Fsensormålt av kraftføleren 74. Spesielt kan ventilegenskapene til smartventilen 10 bli estimert mens smartventilen beveges fra lukket posisjon (f.eks. figur 2) til åpen posisjon (f.eks. figur 3). Figur 4 er et tverrsnitt av smartventilen tatt langs linjen 1 -1 i figur 1 som viser smartventilen i overgangen mellom lukket posisjon og åpen posisjon i samsvar med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Antatt at smartventilen 10 innledningsvis er i lukket posisjon, kan aktuatortrykket gradvis bli påført ved å tilføre trykksatt fluid inn i det trykksatte hulrommet 58 i aktuatorenheten 18. Som beskrevet over kan stempelhodet 64 begynne å bevege ventilspindelen 30 aksialt nedover, og med det gjøre at ventilslusen 32 beveges fra lukket til åpen posisjon.

[0031 ] Når smartventilen 10 er mellom lukket og åpen posisjon, kan kraften Fsensorsom måles av kraftføleren 74 være en sum av flere krefter. Nærmere bestemt, tilsvarende som i scenariene med lukket og åpen posisjon, vil kraftføleren 74 være påvirket av spindelkraften Fstem- Imidlertid vil kraftføleren 74 i tillegg også være påvirket av en slusemotstandskraft Fgate(f.eks. friksjonskraften fra den lukkede ventilslusen 32 som virker mot ventilsetene 42, 44) og en fjærkraft Fspring fra aktuatorfjærene 66 som motvirker den aksialt nedoverrettede stempelkraften Fpiston- Når strømningsboringen oppstrøms (f.eks. oppstrøms ventilslusen 32) begynner å stilles i kommunikasjon med strømningsboringen nedstrøms (f.eks. nedstrøms ventilslusen 32), vil slusemotstandskraften Fgateavta. På dette tidspunktet vil kraftføleren 74 derfor kun påvirkes av spindelkraften Fstem og ubetydelige friksjonskrefter på ventilslusen 32 og den øvre enden 72 av ventilspindelen 30. Ved å overvåke endringen av disse kreftene over tid kan størrelsen til slusemotstandskraften Fgatebli brukt som en indikator for tilstanden til smartventilen 10. Med andre ord kan overvåkning av disse kreftene over tid bidra til å bestemme ventilsignaturer (f.eks. indikasjoner om driftsytelse eller annen tilstand) for smartventilen 10.

[0032] I noen utførelsesformer kan ventilslusemotstandskraften Fgatebli tatt hensyn til ved for eksempel å subtrahere ventilslusemotstandskraften Fgatefra kraften Fsensormålt av kraftføleren 74.1 andre utførelsesformer kan imidlertid ventilslusemotstandskraften Fgatebli antatt å være ubetydelig. For eksempel, som beskrevet over, når strømningsboringen oppstrøms (f.eks. oppstrøms ventilslusen 32) begynner å stilles i kommunikasjon med strømningsboringen nedstrøms (f.eks. nedstrøms ventilslusen 32), avtar ventilslusemotstandskraften Fgatetil en ubetydelig størrelse. Ventilstyringssystemet 78 kan være innrettet for å ta hensyn til ventilslusemotstandskraften Fgatenår den beregner trykket Pfiuidi prosessfluidet over tid.

[0033] Eventuelt kan i noen utførelsesformer en forskyvningsomformer 88 være installert for å måle den aksielle forskyvningen av ventilspindelen 30. De aksielle forskyvningsdataene generert av forskyvningsomformeren kan gi ytterligere informasjon, i tilknytning til kraftdataene generert av kraftføleren 74, for å tilveiebringe ytterligere indikasjoner om ventilens ytelse. Som illustrert kan i noen utførelsesformer forskyvningsomformeren 88 være anordnet på en innervegg 90 i aktuatorenheten 18 nær stempelhodet 64 slik at aksial bevegelse av stempelhodet 64 kan bli målt som et mål for den aksielle forskyvningen av ventilspindelen 30. Imidlertid kan forskyvningsomformeren 88 også bli plassert andre steder inne i smartventilen 10. For eksempel kan forskyvningsomformeren 88 bli plassert i aktuatorenheten 18 slik at den måler forskyvningen av stempelhodet 64, ventilspindelen 30 eller også ventilslusen 32.

[0034] Figur 5 er et flytdiagram av en fremgangsmåte 92 for å bestemme trykk i prosessfluidet ved hjelp av smartventilen 10 i samsvar med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. I trinn 94 kan posisjonen til smartventilen 10 bli bestemt. For eksempel kan smartventilen 10 være satt i åpen posisjon (f.eks. der porten 36 i ventilslusen 32 er hovedsakelig linjeført med åpningene 38, 40 i innløpssetet 42 og utløpssetet 44). I trinn 96 kan kraften som virker på ventilspindelen 30 i smartventilen 10 bli målt. Foreksempel, som beskrevet over, kan kraften Fstemsom virker på ventilspindelen 30 bli målt av kraftføleren 74.1 trinn 98 kan trykk i prosessfluidet som strømmer langs strømningsveien 46 i ventillegemet 12 til smartventilen 10 bli beregnet. Prosesstrykket kan være samsvarende med kraften Fstem som virker på ventilspindelen 30 og kan, i noen utførelsesformer, bli beregnet i hvert fall delvis ved å dividere kraften F^em som virker på ventilspindelen 30 med tverrsnittsarealet Astemtil ventilspindelen 30. På denne måten, uten inngrep i prosesstrømningsveien 46, slik at en unngår potensiell lekkasje, kan prosesstrykket bli bestemt ved hjelp av fremgangsmåten 92 i figur 5.

[0035] Figur 6 er et flytdiagram av en fremgangsmåte 100 for å bestemme ytelsen til eller annen tilstand for smartventilen 10 ifølge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. I trinn 102 kan posisjonen til smartventilen 10 bli justert. For eksempel kan smartventilen 10 bli justert til åpen posisjon (f.eks. der porten 36 i ventilslusen 32 er hovedsakelig linjeført med åpningene 38, 40 i innløpssetet 42 og utløpssetet 44). Under prosessen med å justere ventilposisjonen, i trinn 104, kan kreftene som virker på ventilspindelen 30 bli overvåket, for eksempel ved hjelp av kraftføleren 74. Eventuelt kan i trinn 106 forskyvningen av ventilspindelen 30 i forhold til strømningsveien 46 bli målt av forskyvningsomformeren 84 anordnet inne i eller tilstøtende smartventilen 10.

[0036] Med dataene generert i trinnene 102,104 og 106 kan i trinn 108 en ventilsignatur (f.eks. en indikasjon av driftsytelse eller annen tilstand) bli bestemt basert på de overvåkede kreftene. Deretter kan i trinn 110 denne ventilsignaturen bli sammenliknet med tidligere ventilsignaturer for å bestemme en endring i tilstand eller ytelse for smartventilen 10 over tid. Ventilens tilstand kan således bli bestemt ved hjelp av kraftføleren og eventuelt en forskyvningsomformer.

[0037] Selv om den er omtalt her å være anvendelig med den konkrete typen sluseventil illustrert i figurene 2 til 4, kan også andre typer sluseventiler, så som de med buede strømningsveier, også dra nytte av de viste utførelsesformene. Videre kan andre typer ventiler enn sluseventiler også dra nytte av de viste utførelsesformene. For eksempel kan kuleventiler anvende en kraftføler og eventuelt også en forskyvningsomformer. Både bevegelsen til spindelen i kuleventilen og bevegelsen til kulen kan bli overvåket, og trykket som virker på disse elementene kan bli målt. Disse dataene kan tilveiebringe en signatur for ventilen som indikerer driftsytelse og tilstand for ventilen. Disse dataene kan også muliggjøre måling av trykket i prosessfluidet.

[0038] Selv om oppfinnelsen kan realiseres med forskjellige modifikasjoner og i alternative former, er konkrete utførelsesformer vist som et eksempel i tegningene og beskrevet i detalj her. Imidlertid må det forstås at oppfinnelsen ikke er ment å være begrenset til de konkrete formene som er vist. Tvert imot skal oppfinnelsen dekke alle modifikasjoner, ekvivalenter og alternativer som faller innenfor oppfinnelsens ramme og idé, som definert av de vedføyde kravene.

Claims

1. Ventil (10), omfattende: et legeme (12) med en strømningsvei (22,24); en spindel (30); et strømningselement (32) koblet til spindelen (30), der strømningselementet (32) grenser mot strømningsveien (22,24) for å regulere strømning av et fluid gjennom strømningsveien (22,24); og en kraftføler (74) koblet til spindelen (30) og innrettet for å angi kraften påført på spindelen (30).

2. Ventil (10) ifølge krav 1, der kraften angitt av kraftføleren (74) er samsvarende med et trykk i fluidet.

3. Ventil (10) ifølge krav 1, der kraften angitt av kraftføleren (74) tilveiebringer en signatur for ventilen (10).

4. Ventil (10) ifølge krav 1, der kraftføleren (74) omfatter en belastningscelle.

5. Ventil (10) ifølge krav 1, omfattende en aktuator (18) innrettet for å bevege spindelen (30) for å justere posisjonen til ventilen (10).

6. Ventil (10) ifølge krav 5, der aktuatoren (18) omfatter et stempel (64) innrettet for å virke mot fjærer (66) i aktuatoren for å bevege spindelen (30).

7. Ventil (10) ifølge krav 1, omfattende en forskyvningsomformer (88) innrettet for å angi forskyvning av spindelen (30).

8. Ventil (10) ifølge krav 7, der forskyvningen er i forhold til strømningsveien (22,24).

9. Ventil (10) ifølge krav 7, der forskyvningen driver justering av strømningselementet (32) i forhold til strømningsveien (22,24).

10. Ventil (10) ifølge krav 7, der forskyvningen er hovedsakelig vinkelrett på fluidstrømningsretningen gjennom strømningsveien (22,24).