NO20150855A1

NO20150855A1 - Akustisk væskeventilkalibrering

Info

Publication number: NO20150855A1
Application number: NO20150855A
Authority: NO
Inventors: Shawn W Anderson
Original assignee: Fisher Controls Int
Priority date: 2013-01-04
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2015-07-01
Also published as: CN103912717A; US9170238B2; EP2941580B1; JP6416114B2; BR112015015086A2; AU2014204098B2; CN103912717B; CA2895267C; AR094360A1; JP2016510385A; AU2014204098A1; CA2895267A1; RU2015129458A; RU2663600C2; MX2015008725A; KR20150103037A; WO2014107495A1; US20140190263A1; EP2941580A1; MX360471B

Description

AKUSTISK VÆSKEVENTILKALIBRERING

OFFENTLIGGJØRINGENS OMRÅDE

[0001] Offentliggjøringen vedrører generelt prosessindustrireguleringsventiler, og nærmere bestemt, akustisk væskeventilkalibrering.

BAKGRUNN

[0002] Væskereguleringsventiler, som for eksempel kuleventiler, inkluderer vanligvis et lukkeelement som kan dreies til en åpen eller lukket posisjon i forhold til en ventiltetning for å tillate eller begrense passeringen av væskestrømmen gjennom ventilen. En væskereguleringsventil som ikke har et riktig posisjonert lukkeelement i den lukkede posisjonen kan lekke prosessvæske, for derved å resultere i en ineffektiv tetning av ventilen.

OPPSUMMERING

[0003] Det offentliggjøres fremgangsmåter og apparater for akustisk væskeventilkalibrering. Et fremgangsmåteeksempel involverer å dreie et lukkeelement i en ventil til flere posisjoner langs en ventil sl aglengde, oppnå akustiske emisjonssignaler som genereres av en væske som passerer gjennom ventilen ved hjelp av en sensor når lukkemedlemmet er i posisjonene, og identifisere, ved hjelp av en prosessor, en nullposisjon av lukkeelementet basert på de akustiske emisjonssignalene.

[0004] Et eksempelapparat inkluderer en dreiende reguleringsventil som har et lukkeelement, en sensor for å oppnå akustiske emisjonssignaler som genereres av væske som passerer gjennom ventilen, og en prosessor for å bestemme en nullposisjon av lukkeelementet basert på de akustiske emisjonssignalene.

[0005] Et annet eksempelapparat inkluderer anordninger for å oppnå akustiske emisjonssignaler som genereres av en væske når et lukkeelement i en ventil er i flere posisjoner langs et ventilslag, og anordninger for å identifisere en nullposisjon av lukkeelementet basert på de akustiske emisjonssignalene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0006] FIG. 1 er et eksempelapparat for å identifisere en nullposisjon av et lukkeelement i en væskereguleringsventil ifølge ett eller flere aspekter ved den foreliggende offentliggjøringen.

[0007] FIG. 2 er et flytdiagram av en eksempelfremgangsmåte som kan anvendes til å gjennomføre eksemplene beskrevet heri.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0008] Eksempelfremgangsmåtene og -apparatene beskrevet heri vedrører akustisk kalibrering av væskereguleringsventiler. Nærmere bestemt kan eksemplene beskrevet heri anvendes til å identifisere en optimal null- eller midtposisjon (feks. en minimal lekkasje-eller strømningsposisjon) av et lukkeelement fra en væskereguleringsventil. Nærmere bestemt kan eksemplene beskrevet heri anvende akustiske emisjonssignaler avgitt som et resultat av væske som strømmer gjennom en ventil for å muliggjøre plassering av et lukkeelement av ventilen ved en optimal null- eller midtposisjon under drift, og som et resultat, oppnå minimal eller i det vesentlige null lekkasje gjennom ventilen i den lukkede posisjonen.

[0009] Væskereguleringsventiler inkluderer generelt en indre komponent kjent som et lukkeelement eller trim som posisjoneres i forhold til en ventiltetning for å styre strømningen av væske gjennom ventilen. I en dreiende ventil kan et lukkeelement dreies om en akse langs en bane som kan betegnes som et ventilslag. Når et lukkeelement er i en helt lukket posisjon med hensyn til ventiltetningen, forhindres væsken i det vesentlige fra å passere gjennom ventilen. Denne helt lukkede posisjonen kan tilsvare et mekanisk stopp av ventilen. Dreiing av lukkeelementet en avstand langs ventilslaget på for eksempel omtrent 90 grader fra den helt lukkede posisjonen tillater væske å strømme gjennom ventilen med minimal begrensning. I en slik posisjon kan lukkeelementet anses å være i en helt åpen posisjon. Når lukkeelementet dreies om sin akse til forskjellige posisjoner langs ventilslaget mot eller bort fra den helt lukkede posisjonen, hvor de forskjellige posisjonene kan plasseres mellom de helt åpne og helt lukkede posisjonene, begrenses strømmen av væsken gjennom ventilen tilsvarende.

[0010] I noen eksempler på fremgangsmåtene og apparatene beskrevet heri, når lukkeelementet av ventilen dreies til forskjellige posisjoner langs ventilslaget under drift, kan en sensor detektere korresponderende akustisk energi eller emisjonssignaler som genereres av turbulent væskestrøm i de forskjellige posisjonene. Som beskrevet i mer detalj nedenfor muliggjør en analyse av disse akustiske emisjonssignalene identifisering av den optimale null- eller midtposisjonen av lukkeelementet, som kan anvendes til å plassere lukkeelementet i forhold til en ventiltetning for minimal eller i det vesentlige nullstrømning eller -lekkasje gjennom ventilen. Denne optimale null- eller midtposisjonen kan tilsvare en slagposisjon av ventilen som anordnes i avstand fra den helt lukkede eller den mekaniske stopp-posisjonen til ventilen. I et eksempel tilsvarer den optimale null- eller midtposisjonen for en ventil en slagposisjon hvor væsketurbulens og dermed energien forbundet med de akustiske utslippene på grunn av slik turbulens, minimeres.

[0011] Mens noen kjente teknologier detekterer akustiske emisjoner for generelt å kvantifisere lekkasje gjennom ventiler, anvendes ikke slike teknologier til å identifisere en optimal null- eller midtposisjon av et ventillukkeelement i forhold til en ventiltetning som beskrevet i forbindelse med eksemplene heri.

[0012] I samsvar med læren offentliggjort heri kan en sensor posisjoneres i nærheten av en væskereguleringsventil. Ettersom lukkeelementet dreies til forskjellige posisjoner langs ventilslaget, detekterer sensoren akustiske emisjonssignaler som genereres av den turbulente strømmen av væske gjennom ventilen ved de forskjellige posisjonene, inkludert, for eksempel, en første posisjon og en andre posisjon som er forskjellig fra den første posisjonen. En prosessor eller enhver annen egnet prosesseringsanordning kan bestemme den optimale null- eller midtposisjonen av lukkeelementet basert på analyse av de akustiske emisjonssignalene som innsamles ved de første og andre posisjonene. Å bevege lukkeelementet til nullposisjonen kan oppnås ved for eksempel en aktuator og en digital ventilstiller.

[0013] Eksempelfremgangsmåtene og -apparatet beskrevet heri kan implementeres når ventilen installeres og er i drift i en prosessapplisering, og dermed sørge for identifisering og plassering av lukkeelementet i nullposisjonen mens ventilen er i bruk. I tillegg eller alternativt kan de offentliggjorte fremgangsmåtene og apparatene anvendes til å identifisere den optimale null- eller midtposisjonen av ventilen under fremstillingen av ventilen. I andre eksempler kan eksemplene tilveiebrakt heri være en del av et anleggsstyringssystem eller en eiendomsadministrasjonsprogramvarepakke. Andre anvendelser av de offentliggjorte fremgangsmåtene og apparatet inkluderer, men er ikke begrenset til, deteksjon av ventiltetningen eller lukkeelementskade og/eller unngåelse av over-dreiing av lukkeelementet.

[0014] FIG. 1 viser et eksempelapparat 100 for å identifisere den optimale null- eller midtposisjonen væskereguleringsventilen 102 som har et lukkeelement 104. Væskereguleringsventilen 102 kan være en dreiende reguleringsventil, så som en kuleventil, en strupeventil, eller en hvilken som helst annen type væskereguleringsventil. Væskereguleringsventilen 102 kan være en posisjonssittende ventil, en dreiemomentsittende ventil, eller en hvilken som helst annen anordning. Væskereguleringsventilen 102 inkluderer ytterligere en ventiltetning 106 og en sensor 108. Sensoren 108 kan plasseres nær væskereguleirngsventilen 102 og er i noen eksempler nær eller i tilknytning til ventiltetningen 106. Sensoren 108 kan for eksempel være en piezokeramisk sensor. I andre eksempler kan flere sensorer plasseres på flere steder i nærheten av væskereguleirngsventilen 102 og/eller ventiltetningen 106.

[0015] Under drift detekteres akustiske emisjonssignaler som genereres av væsken som passerer gjennom væskereguleirngsventilen 102 når lukkeelementet 104 dreies av sensoren 108, og registreres og analyseres av en prosessor 110. Analysen av de akustiske emisjonssignalene som utføres av prosessoren 110 kan involvere, for eksempel, å beregne en kvadratisk middelverdi. I noen eksempler kan andre energiparametere måles og/eller beregnes av sensoren 108, og prosessoren 110, inkludert, men ikke begrenset til, luftstøy, ultralydsignaler, eller hitteamplituder av signaler som genereres av støy annet enn fra å passere væske og som detekteres av sensoren 108, som for eksempel støy som følge av bevegelsen av selve ventilen. Prosessoren 110 kan analysere de akustiske emisjonssignalene som detekteres av sensoren 108 og forbinde de akustiske emisjonssignalene med posisjoner av lukkeelementet 104 for å bestemme en optimal null- eller midtposisjon av lukkeelementet 104. Etter identifikasjon av den optimale null- eller midtposisjonen, kan prosessoren 110 kommunisere med en digital ventilstiller 112 og en aktuator 114 for å plassere lukkeelementet 104 ved nullposisjonen.

[0016] I en eksempelfremgangsmåte for å identifisere den optimale null- eller midtposisjonen av væskereguleirngsventilen 102, kan lukkeelementet 104 dreies til flere posisjoner langs ventilslaget. I et slikt eksempel innsamles akustiske emisjonssignaldata av sensoren 108 for alle posisjonene langs ventilslaget. Prosessoren 110 kan identifisere en ventillukkeelementposisjon tilsvarende et minimalt akustisk emisjonssignal som detekteres av sensoren 108 ved de flere posisjonene. I noen eksempler kan prosessoren identifisere posisjonene som tilsvarer minimale akustiske emisjonssignaler, og å utføre en midtpunktsberegning ved hjelp av signaldata fra tilstøtende posisjoner for å identifisere nullposisjonen. I andre eksempler innsamles akustiske emisjonssignaler kontinuerlig når lukkeelementet 104 dreies mot midtposisjonen og dreies utover midtposisjonen. I slike eksempler identifiserer prosessoren 110 en ventillukkeelementposisjon tilsvarende et minimalt akustisk emisjonssignal som detekteres av sensoren 108.

[0017] FIG. 2 viser et eksempel på flytskjema som representerer en fremgangsmåte 200 som kan implementeres for å identifisere den optimale null- eller midtposisjonen til en væskereguleirngsventil. Eksempelfremgangsmåten 200 i FIG. 2 kan utføres ved hjelp av en prosessor, en styringsenhet og/eller en hvilken som helst annen egnet prosesseringsanordning. For eksempel kan eksempelfremgangsmåten 200 i FIG. 2 implementeres ved hjelp av kodede instruksjoner (f.eks. datamaskinlesbare instruksjoner) som lagres på et konkret datamaskinlesbart medium så som et flashminne, et leselager (ROM), og/eller et minne med direkte tilgang (RAM). Som anvendt heri er uttrykket håndgripelig datamaskinlesbart medium uttrykkelig definert til å inkludere en hvilken som helst type datamaskinlesbar lagring og til å utelukke signaler som forplanter seg. I tillegg eller alternativt kan eksempelfremgangsmåten 200 i FIG. 2 implementeres ved hjelp av kodede instruksjoner (feks. datamaskinlesbare instruksjoner) som lagres på et ikke-varig datamaskinlesbart medium så som et flashminne, et leselager (ROM), et direktelager (RAM), et hurtigminne, eller hvilke som helst andre lagringsmedier, hvor informasjonen lagres for en hvilken som helst varighet (feks. i lengre tidsperioder, permanente, korte forekomster, for midlertidig bufring og/eller for mellomlagring av informasjonen). Som anvendt heri er uttrykket ikke-varig datamaskinlesbart medium uttrykkelig definert til å inkludere et hvilket som helst type datamaskinlesbart medium, og til å utelukke signaler som forplanter seg.

[0018] Videre, selv om eksempelfremgangsmåten 200 i FIG. 2 beskrives under henvisning til flytskjemaet i FIG. 2, kan andre fremgangsmåter for å implementere eksempelfremgangsmåten 200 i FIG. 2 benyttes. For eksempel kan rekkefølgen av utførelsen av blokkene endres, og/eller noen av blokkene som er beskrevet kan endres, elimineres, oppdeles eller kombineres. I tillegg kan noen av eller alle eksempeloperasj onene i FIG. 2 utføres sekvensielt og/eller parallelt ved, for eksempel, separate prosesseringstråder, prosessorer, anordninger osv.

[0019] Eksempelfremgangsmåten 200 i FIG. 2 kan anvendes til å identifisere den optimale null- eller midtposisjonen av lukkeelementet 104 av væskereguleringsventilen 102. Eksempelfremgangsmåten 200 kan initieres av en kommando for å dreie lukkeelementet 104 til en første posisjon (blokk 202). I et eksempel kan lukkeelementet 104 dreies til en første posisjon langs ventilslaget. For eksempel, i den første posisjonen, kan lukkeelementet 104 plasseres mellom en helt åpen posisjon og en helt lukket posisjon og væske kan passere gjennom væskereguleringsventilen 104. Sensoren 108 måler deretter akustiske emisjonssignaler når lukkeelementet 104 er i denne første posisjonen (blokk 204). Lukkeelementet kan dreies til flere posisjoner langs ventilslaget, som sådan begrenses ikke eksempelfremgangsmåten 200 til dreining av lukkeelementet til bare en første posisjon. Lukkeelementet 104 kan så dreies til en andre posisjon (blokk 206) og sensoren 108 måler akustiske emisjonssignaler når lukkeelementet 104 er i denne andre posisjonen (blokk 208). I ett eksempel kan den andre posisjonen ligge ved en posisjon utover den optimale null- eller midtposisjonen til ventilen (feks. mellom en helt lukket posisjon og midtposisjonen). I dette eksempelet har lukkeelementet 104 blitt dreid langs ventilslaget fra den første posisjonen, nådd midtposisjonen, og dreid forbi midtposisjonen mot den helt lukkede (feks. mekanisk sluttede) posisjonen. I andre eksempler tilsvarer den andre posisjonen en posisjon hvori sensoren 108 detekterer økte andre akustiske emisjonssignaler i forhold til de første akustiske emisjonssignalene. Lukkeelementet 104 kan dreies til flere posisjoner langs ventilslaget, som sådan begrenses ikke eksempelfremgangsmåten 200 til dreining av lukkeelementet 104 til bare en andre posisjon.

[0020] De akustiske emisjonssignalene som ble samlet på de første og andre posisjonene av sensoren 108 analyseres av en hensiktsmessig prosesseringsanordning, så som prosessoren 110. Prosessoren 110 kan for eksempel beregne den kvadratiske middelverdien for støynivåene for de akustiske emisjonssignalene som registreres av sensoren 108 og identifiserer den optimale null- eller midtposisjonen av lukkeelementet 104 basert på analyse av de akustiske emisjonssignaldataene (blokk 210). For eksempel kan prosesseringsanordningen identifisere en ventillukkeelementposisjon tilsvarende et minimalt akustisk emisjonssignal som detekteres av sensoren 108 mellom de første og andre posisjonene og forbinder denne posisjonen med den optimale null- eller midtposisjonen av lukkeelementet 104.

[0021] I et annet eksempel kan prosesseringsanordningen bestemme en posisjon midtveis mellom den første posisjonen og den andre posisjonen tilsvarende økte første og andre akustiske emisjonssignaler som detekteres av sensoren 108. Prosessoren 110 kan forbinde midtveisposisjonen med den optimale midt- eller nullposisjonen til lukkeelementet 104. En slik midtveisposisjon kan bestemmes av forskjellige signalanalyseberegninger. For eksempel, i tilfellet målingen av det andre akustiske emisjonssignalet som detekteres av sensoren 108 er vesentlig lik målingen av det første akustiske emisjonssignalet, kan det utføres en midtpunktsberegning av prosessoren 110 for å bestemme en posisjon midtveis mellom posisjonene som tilsvarer de første og andre akustiske emisjonssignalene. Alternativt, i noen eksempler, kan det første akustiske emisjonssignalet og det andre akustiske emisjonssignalet tilsvare i det vesentlige forskjellige støynivåer som genereres av den hensiktsmessige væsken. I slike eksempler kan en kurvetilpasning av, for eksempel, en polynomisk kurve som genereres av akustiske emisjonssignaldata som detekteres av sensoren 108 utføres av prosessoren 110 for å bestemme den optimale null- eller midtposisjonen. En slik kurvetilpasning ved hjelp av for eksempel en andre ordens funksjon, kan forbinde de akustiske emisjonssignalmålingene med posisjonene til lukkeelementet 104 for å identifisere den optimale null- eller midtposisjonen av lukkeelementet 104 som tilsvarer et minimalt akustisk emisjonssignal som detekteres av sensoren 108.

[0022] Alternativt kan den beskrevne fremgangsmåten utføres manuelt av en person ved hjelp av en egnet håndholdt anordning for behandling av akustiske emisjonssignaler. I tilfellet at null- eller midtposisjonen har blitt identifisert, kan eksempelfremgangsmåten 200 involvere å bevege lukkeelementet til nullposisjonen ved hjelp av for eksempel den digitale ventilstilleren 112 og aktuatoren 114.

[0023] Selv om den foregående detaljerte beskrivelsen henviser til forskjellige spesifikke eksempler, skal det forstås at modifikasjoner og forandringer i strukturen og arrangementet av de andre eksemplene enn de som er spesifikt angitt heri kan oppnås av fagfolk innen teknikken og at slike modifikasjoner og endringer skal anses som innenfor det generelle omfanget av denne offentliggjøringen.

Claims

1. Fremgangsmåte omfattende: dreiing av et lukkeelement for en ventil til flere posisjoner langs et ventilslag, oppnå akustiske emisjonssignaler som genereres av en væske som passerer gjennom ventilen ved hjelp av en sensor når lukkeelementet er i posisjonene, og identifisering, ved hjelp av en prosessor, av en nullposisjon av lukkeelementet basert på de akustiske emisjonssignalene.

2. Fremgangsmåten ifølge krav 1, hvori identifisering av nullposisjonen omfatter å finne et minimalt akustisk emisjonssignal, og å forbinde det minimale akustiske emisjonssignalet med nullposisjonen av lukkeelementet.

3. Fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori de flere posisjonene omfatter en første posisjon der lukkeelementet er mellom en helt åpen posisjon og en helt stengt posisjon av ventilen, og en andre posisjon der lukkeelementet er plassert utenfor nullposisjonen.

4. Fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori identifisering av nullposisjonen omfatter å finne et minimalt akustisk emisjonssignal mellom den første posisjonen og den andre posisjonen og forbinde det minimale akustiske emisjonssignalet med nullposisjonen av lukkeelementet.

5. Apparat, omfattende: en dreiende reguleringsventil som har et lukkeelement, en sensor for oppnåelse av akustiske emisjonssignaler som genereres av væske som passerer gjennom ventilen, og en prosessor for å bestemme en nullposisjon av lukkeelementet basert på de akustiske emisjonssignalene.

6. Apparatet ifølge krav 5, hvori sensoren plasseres nær inntil en tetning av ventilen.

7. Apparatet ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori sensoren er en piezokeramisk sensor.

8. Apparatet ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori lukkeelementet dreies til en første posisjon og en andre posisjon.

9. Apparatet ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori sensoren oppnår første akustiske emisjonssignaler når lukkeelementet dreies til den første posisjonen, og andre akustiske emisjonssignaler når lukkeelementet dreies til den andre posisjonen.

10. Apparatet ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori prosessoren bestemmer nullposisjonen til lukkeelementet basert på de første og andre akustiske emisjonssignalene som oppnås ved den første posisjonen og den andre posisjonen.

11. Apparatet ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori et minimalt akustisk emisjonssignal forbindes med nullposisjonen til lukkeelementet.

12. Apparatet ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, ytterligere omfattende en digital ventilretter for å bevege lukkeelementet til nullposisjonen.

13. Apparatet ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori den dreiende reguleringsventilen er posisjonssittende eller dreiekraftsittende.

14. Apparatet ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori prosessoren er til å bestemme nullposisjonen ved å oppnå en kvadratisk middelverdi av de akustiske emisj onssignalene.

15. Apparatet ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori de akustiske emisjonssignalene omfatter ultralydsignaler.

16. Apparatet ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori de akustiske emisjonssignalene omfatter luftstøy.

17. Apparat omfattende: anordning for å oppnå akustiske emisjonssignaler som genereres av en væske når et lukkeelement i en ventil er i flere posisjoner langs et ventilslag, og anordninger for å identifisere en nullposisjon av lukkeelementet basert på de akustiske emisjonssignalene.

18. Apparatet ifølge krav 17, hvori anordningen for å oppnå de akustiske emisjonssignalene er en piezokeramisk sensor.

19. Apparatet ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, hvori anordningen for å identifisere nullposisjonen er en prosessor.

20. Apparatet ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, videre omfattende anordninger for å bevege lukkeelementet til nullposisjonen.