SK54895A3 - Method and apparatus for monitoring recirculation control system performance - Google Patents

Description

Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje spôsob a zariadenie k monitorovaniu a analyzovaniu výkonu recirkulačnej riadiacej sústavy. Podľa vynálezu sa tlak tekutiny, pretekajúci riadiacou sústavou, meria priamo tlakovými a diferenciálnymi prevodníkmi u hlavného vstupu, hlavného výstupu a pozdĺž recirkulačnej dráhy kontrolnej sústavy. Keď prostriedok k regulácii prietoku tekutiny k recirkulačnému výstupu obsahuje piest s piestovou komorou, meria sa tlak pozdĺž recirkulačnej dráhy v piestovej komore. Údaje o tlaku sa prenášajú do analyzátoru k určeniu výkonu ventilu. Vynález obsahuje spôsob monitorovania výkonu recirkulačnej riadiacej sústavy, do ktorej je vedená tekutina, pričom riadiaca sústava má hlavný vstup, hlavný výstup a recirkulačný výstup. Spôsobom podľa vynálezu sa získavajú údaje o tlaku tekutiny, pretekajúcej sústavou, u hlavného vstupu do sústavy, ďalej sa získavajú údaje o tlaku tekutiny, pretekajúcej sústavou, u hlavného výstupu zo sústavy a získavajú sa údaje o tlaku tekutiny, pretekajúcej recirkulačnou dráhou sústavy. Keď recirkulačná

-3riadiaca sústava obsahuje prostriedok k regulácii prietoku tekutiny do recirkulačného výstupu, ktorý obsahuje piest s piestovou komorou, meria sa tlak pozdĺž recirkulačnej dráhy v piestovej komore behom činnosti tejto sústavy. Získané údaje o tlaku sa analyzujú k určeniu výkonu ventilu.

Vynález tiež obsahuje zariadenie k monitorovaniu a analýze výkonu recirkulačnej riadiacej sústavy. Zariadenie obsahuje prostriedok k získavaniu údajov o tlaku tekutiny, pretekajúcej sústavou, v hlavnom vstupe do sústavy, ďalej prostriedok k získavaniu údajov o tlaku tekutiny, pretekajúcej sústavou, v hlavnom výstupe zo sústavy a prostriedok k získavaniu údajov o tlaku tekutiny, pretekajúcej recirkulačnou dráhou sústavy. Keď recirkulačná riadiaca sústava obsahuje prostriedok k regulácii prietoku tekutiny do recirkulačného výstupu, ktorý obsahuje piest s piestovou komorou, zariadenie získava tlak tekutiny, pretekajúcej recirkulačnou dráhou, v piestovej komore behom činnosti tejto sústavy. Získané údaje o tlaku sa analyzujú k určeniu výkonu ventilu.

Prehľad obrázkov na výkrese vynález nie a vybavením.

Vynález bude bližšie vysvetlený pomocou priloženého výkresu. Pre objasnenie vynálezu je na výkrese znázornené jeho výhodné prevedenie, ale samozrejme sa predpokladá, že je omedzený uvedeným konkrétnym usporiadaním Na obr.l je v reze schematicky znázornený recirkulačný ventil podľa výhodného prevedenia, na obr.2 je tento ventil znázornený v reze 2-2 podľa obr.l so zobrazením recirkulačného výstupu a polohy tlakového snímača, na obr.3 je schematicky znázornená spojená ventilová monitorovacia a analytická sústava, na obr.4 je graficky znázornený záznam tlaku ventilu pri jeho činnosti a na obr.5 je znázornený vývojový diagram zobrazujúci sekvenciu logickej operácie pre

-4analyzovanie záznamu tlaku ventilu podl'a obr.l.

Príklady prevedenia vynálezu

Spôsob podľa vynálezu obsahuje monitorovanie kritických parametrov výkonu recirkulačnéj riadiacej sústavy behom jej prevádzky. Týmito parametrami sú tlak tekutiny pretekajúcej hlavným výstupom sústavy alebo rozdiel medzi vstupným a výstupným tlakom, a tlak tekutiny pretekajúcej recirkulačným výstupom sústavy. Keď recirkulačný riadiaci ventil obsahuje regulačný ventil a piestové usporiadanie pre regulovanie prietoku tekutiny recirkulačným výstupom, ako je uvedené v patentovom spise US 4,967,783, je výhodné merač a monitorovať tlak tekutiny v piestovej komore, prv ako v recirkulačnom výstupe. Údaje o tlaku tekutiny sa najmä zhromažďujú priamo tlakovým a diferenciálnym tlakovým prevodníkom a prenášajú sa do analytického zariadenia, kde sa údaje analyzujú k určeniu výkonu ventilu.

Na obr.l a 2 je znázornené monitorovacie zariadenie recirkulačného riadiaceho ventilu podľa vynálezu. Recirkulačný riadiaci ventil 10 obsahuje hlavné teleso 11 s hlavným vstupom 12 a hlavným výstupom 14. Hlavný vstup 12 je prepojený s regulačným ventilom 17 recirkulačným kanálkom 20, ktorý je prepojený s púzdrom 22. spojeným s posuvným piestom 26, ktorý je prepojený s recirkulačným -výstupom 16 pomocou otvoru 15.. Keď je požadovaný odber z čerpadla, ktorý zodpovedá poklesu výstupného tlaku u hlavného výstupu 14. uvedie sa do činnosti regulačný ventil 28, pomocou ktorého sa naplní piestová komora 24 tekutinou. Keď sa piestová komora 24 naplní tekutinou, posuvný piest 26 je hnaný hore smerom k dorazu na púzdro 22, a tým reguluje prietok tekutiny k recirkulačnému výstupu 16.. Tlakový prevodník 30 sníma tlak tekutiny v hlavnom vstupe 12 otvorom 31 a prevádza a prenáša tieto údaje ako elektronický signál.

-5Podobne tlakový prevodník 36 sníma tlak tekutiny v piestovej komore 24 otvorom 37. Diferenciálny tlakový prevodník 32 meria rozdiel tlaku tekutiny hlavného vstupu 12 otvorom 31 a hlavného výstupu 14 otvorom 33.· Ako vhodný tlakový prevodník alebo diferenciálny tlakový prevodník môže byť použitý model 1151HP a 1151DP, komerčne dostupný u firmy Rosemount, Inc., Eden Prairie, Missouri.

Na obr.3 je znázornená recirkulačná kontrolná sústava a monitorovacie zariadenie obsahujúce recirkulačný riadiaci ventil z obr. la 2. Tekutina z čerpadla 40 vstupuje do recirkulačného ventilu 10 vstupom 12 a vychádza výstupom 14 podľa požiadavku užívateľa 42 na odber tekutiny. Je samozrejmé, že funkciou recirkulačného riadiaceho ventilu 10 je udržovať aspoň minimálny prietok čerpadlom 40. k zamedzeniu jeho prehriatia. Keď požiadavka užívateľa 42 na odber tekutiny z čerpadla poklesne pod hodnotu minimálneho prietoku čerpadlom 40, recirkulačný riadiaci ventil 10 usmerní prietok do recirkulačného výstupu 16 okrem prietoku hlavným výstupom 14.. Do recirkulačného výstupu 16 sa odkloní dostatočné množstvo tekutiny, takže spojený prietok výstupu 14 a 16 tvorí aspoň minimálny prietok požadovaný pre čerpadlo 40. Týmto spôsobom môže byť vždy dodržaný prietok vstupom 12., a tým i čerpadlom 40 nad hodnotou minimálneho o

prietoku usmernením dodatočného prietoku do recirkulačného výstupu 16. Tlakový prevodník 30 vstupného tlaku, diferenciálny tlakový prevodník 32 a tlakový prevodník 36 tlaku piestu prenášajú príslušné údaje vhodnými vodičmi 44. 46 a 48. znázornenými čiarkované do analyzátoru 50 výkonu recirkulačného ventilu. Analyzátor 50 prijíma a analyzuje prenášané údaje o tlaku a indikuje výkon ventilu. Krivky znázorňujúce vzťah tlaku a prietoku na obr.4, vo forme diagramu, tvoria názorný príklad vlastností riadiaceho recirkulačného ventilu 10 vo výhodnom prevedení podľa obr.l a 2. Krivky predstavujú záznam údajov predpokladaného tlaku

-6prevodníkom predstavuje tekutiny ako funkcie prietoku hlavným výstupom 14. Vodorovná osa 52 predstavuje hlavný prietok hlavným výstupom 14 v galónoch za minútu a je tu označená ako, hlavný prietok. Zvislé osy 54 a 55 predstavujú tlak v librách na štvorcový palec (psi). Krivka 56 vstupného tlaku predstavuje tlak tekutiny v hlavnom vstupe 12 ako funkciu hlavného prietoku hlavným výstupom 14, preneseného prevodníkom .30. Krivka 58 piestového tlaku predstavuje tlak tekutiny v piestovej komore 24 ako funkciu hlavného prietoku, preneseného 36. Podobne krivka 60 diferenciálneho tlaku diferenciálny tlak medzi hlavným vstupom 12.

a recirkulačným výstupom 16 ako funkciu hlavného prietoku hlavným výstupom 14, preneseného prevodníkom 32.. Krivka 57 predstavuje zdvihnutie taniera 21 vo vnútri ventilu 10 a je znázornená jednoducho pre informáciu. Krivka 59 predstavuje obtok CV ventilu 10 ako funkciu hlavného prietoku a je tiež znázornená jednoducho pre informáciu. Ďalej bude uvedený vysvetľujúci príklad. Recirkulačný ventil podľa vynálezu je určený k tomu, aby začal odkláňať tekutinu recirkulačným výstupom 16., keď hlavný prietok hlavným výstupom 14 poklesne pod 500 gpm (1890 l/min) , ako je znázornené v bode 61. Z tohoto bodu vychádza čiarkovaná priamka 62 a prechádza zvisle všetkými tromi krivkami tlaku k indikácii záznamu predpokladaného tlaku od miest prietoku pod 500 gpm (1890 l/min), kde je nutná recirkulácia. Nad 500 gpm (1890 l/min) nie je nutná recirkulácia. Čiarkovaná priamka 62 ohraničuje krivku 60 diferenciálneho tlaku v bode 64, ktorý odpovedá záznamu 5 psi (34,5 kPa) a je označený ako nastavená hodnota diferenciálneho tlaku. Akýkoľvek záznam diferenciálneho tlaku, ktorý je zhodný s nastavenou hodnotou diferenciálneho tlaku 5 psi (34,5 kPa) alebo je vyšší, označuje, že hlavný prietok hlavným výstupom 14 je aspoň zhodný alebo vyšší ako požadovaný minimálny prietok 500 gpm (1890 l/min), a vtedy nie je požadovaná recirkulácia recirkulačným výstupom 16.

-Ί Porovnaním. krivky 56 vstupného tlaku a krivky 58 piestového tlaku, je zrejmé, že kedykoľvek je hlavný prietok hlavným výstupom 14 na hodnote minimálneho prietoku 500 gpm (1890 1/min) alebo vyšší (krivky 56 a 58 znázornenej vpravo od čiarkovanej priamky 62), krivka 58 piestového tlaku je v podstate zhodná s krivkou 56 vstupného tlaku. Ale, keď hlavný prietok klesne pod hodnotu minimálneho prietoku 500 gpm (1890 1/min) , (vľavo od čiarkovanej priamky 62) , krivka 58 piestového tlaku klesne na menej ako polovicu krivky 56 vstupného tlaku. Táto drastická zmena piestového tlaku je priamym dôsledkom prietoku, riadeného recirkulačným výstupom

16. keď hlavný prietok klesne pod hodnotu minimálneho prietoku. Tieto krivky sa môžu použiť k analyzovaniu výkonu recirkulačného riadiaceho ventilu 10. Najprv sa vymedzí stav hlavného prietoku hlavným výstupom 14. Kedykoľvek je záznam diferenciálneho tlaku vyšší ako nastavená hodnota v bode 64. 5 psi (34,5 kPa) podľa uvedeného príkladu, je hlavný prietok hlavným výstupom 64 vyšší ako požadovaný minimálny prietok a vtedy nie je nutná recirkulácia. Tento stav je označený ako vysoký prietok. Rovnako, kedykoľvek je záznam diferenciálneho tlaku nižší ako nastavená hodnota v bode 64, je hlavný prietok nižší ako požadovaný minimálny prietok a je nutné robiť recirkuláciu recirkulačným výstupom 16. Tento stav je označený ako nízky prietok. Keď je známy stav prietoku hlavným výstupom 14, je vymedzený skutočný výkon riadiaceho ventilu 10.. Keď je stav hlavného prietoku hlavným výstupom 14 vysoký (nie je požadovaná cirkulácia) , piestový tlak by mal byť v podstate zhodný so vstupným tlakom, ako je znázornené krivkami 56 a 58 vpravo od čiarkovanej priamky 62. Keď je piestový· tlak nižší ako vstupný tlak, je to pravdepodobne preto, že tekutina presakuje regulačným ventilom riadiaceho ventilu 10 a recirkulačným výstupom 16.. Keď je stav prietoku vysoký a piestový tlak je v podstate polovičný alebo nižší ako

-8polovica vstupného tlaku, je otvorený recirkulačný obtokový ventil. Rovnako, keď je stav prietoku nízky (je požadovaná recirkulácia) , tlak v piestovej komore by mal robiť, polovicu vstupného tlaku alebo menej, ako je znázornené krivkami 56 a 58 vľavo od čiarkovanej priamky 62.. Keď piestový tlak nie je tak nízky, recirkulačný obtok je chybne uzavretý, žiadna tekutina nerecirkuluje a nedodrží sa minimálny požadovaný prietok čerpadlom 40.. Jé zrejmé, že krivky znázornené na obr.4 sú určené len pre informáciu. Každý recirkulačný ventil typu podľa výhodného prevedenia bude mať špecifickú nastavenú hodnotu diferenciálneho tlaku v bode 64 v závislosti na type ventilu a na požadovanom minimálnom prietoku pre čerpadlo, ktoré má byť chránené.

Podľa obr. 3 a 5 bude teraz popísaný analyzátor 50. Získané údaje vstupného tlaku, piestového tlaku a diferenciálneho tlaku sa prenesú do analyzátoru 50 pomocou vodičov 44, 46. a 48., znázornených čiarkované. Odborníci v tomto odbore vedia, že existuje mnoho spôsobov k prenosu údajov o tlaku, zahrňujúcich elektrické analógové signály, a rovnako prenosové médiá, ako sú vodiče, optické vlákna alebo rádiové signály. Spôsob prenosu použitý u tohoto vynálezu je analogický prenos pomocou vodičov. Analyzátor 50 obsahuje indikačný svetelný panel 70 obsahujúci svetelné indikátory 94, 96., .98, 100 a 102 a vnútorný, neznázornený, elektrický obvod, ktorý analyzuje údaje o tlaku podľa naprogramovanej logickej operácie, ako je znázornené na obr.5, ktorý bude ďalej popísaný.

Na obr.5 je uvedený bežný vývojový diagram v blokovom usporiadaní. Jednotlivé bloky kosoštvorcového tvaru predstavujú logické operácie, ako je porovnávanie údajov a pravouhlé bloky predstavujú sekvenciu jednotlivých krokov, ktoré sú označené svetelnými indikátormi. Logická operácia začína vstupom všetkých záznamov o tlaku do vstupného bloku 72. V tomto bode sa urobí rozhodnutie v rozhodovacom bloku

-974. či je hlavný prietok ventilom 10 a výstupom 14 vysoký alebo nízky. Rozhodnutie sa urobí porovnaním záznamu diferenciálneho tlaku s vopred nastavenou hodnotou diferenciálneho tlaku. Ak je diferenciálny tlak nižší, vývojový diagram pokračuje na blok 76. Ak je diferenciálny tlak vyšší, vývojový diagram pokračuje na blok 84. Pre tento prípad sa predpokladá, že diferenciálny tlak je nižší a vývojový diagram pokračuje na blok 76. Blok 76 rozsvieti na svetelnom panelu 70 svetelný indikátor 94 hlavného nízkeho prietoku pre indikáciu, že je vyžadovaná recirkulácia recirkulačným výstupom 16 pre udržanie minimálneho prietoku. V rozhodovacom bloku 78 sa porovnáva piestový tlak s polovicou vstupného tlaku. Ak je piestový tlak nižší ako polovica vstupného tlaku, vývojový diagram pokračuje na blok 80., pričom sa na svetelnom panelu 70, rozsvieti svetelný indikátor 96 pre otvorený obtok, s indikáciou, že recirkulačný ventil riadne pracuje. Keď však piestový tlak nie je nižší ako polovica vstupného tlaku, vývojový diagram pokračuje na blok 82., pričom sä na svetelnom panelu 70 rozsvieti svetelný indikátor 102 pre indikáciu, že obtok je chybne uzavretý a vtedy recirkulačný ventil nepracuje riadne pri recirkulácii tekutiny.

Pri návrate na blok 74 sa teraz predpokladá vysoký tlak, a že vývojový diagram pokračuje na blok .84.. Blok 84 rozsvieti svetelný indikátor 100 pre indikáciu, že hlavný prietok je vysoký (nie je požadovaná recirkulácia). Vývojový diagram pokračuje na bloky 86 a 90. V rozhodovacom bloku 86. sa prevedie rozhodnutie, či je piestový' tlak nižší ako vstupní tlak. Ak sa rozhodnutie vyrieši kladne, pokračuje vývojový diagram na blok 88, pričom sa rozsvieti svetelný indikátor 98 pre indikáciu priesaku regulačného ventilu. Ak sa v bloku 86 neurobí. kladné rozhodnutie, končí táto časť vývojového diagramu.

Pri návratu na blok 90 sa urobí rozhodnutie, ak je

-10záznam piestového tlaku nižší ako polovica záznamu vstupného tlaku. Ak sa rozhodnutie vyrieši kladne, pokračuje vývojový diagram na blok 92., pričom sa rozsvieti svetelný indikátor 96 pre indikáciu, že obtok je otvorený. Svetelný indikátor 96 v kombinácii so svetelným indikátorom 100 indikuje vážny problém ventilu.

Bolo zistené, že táto logická operácia je priebežná. Keďže tieto tri záznamy tlaku sa priebežne monitorujú a analyzujú, logická operácia sa priebežne opakuje. Keď sa menia záznamy, menia sa tiež svetelné indikátory. Elektrické obvody výhodného prevedenia k vykonávaniu uvedenej logickej operácie získavajú údaje ako analógové signály z prevodníkov 30. 32 a 36. Signály sa potom prevádzajú na digitálne signály a spracovávajú sa v kombinačných logických obvodoch k dosiahnutiu požadovaného výstupu alebo indikácie. Odborníci v tomto odbore ľahko pochopia, ako zostaviť také zariadenie a takisto alternatívne spôsoby prevedenia logickej operácie, vrátane vloženia údajov do programovateľného mikroprocesoru. Alternatívne spôsoby a zariadenia pre indikáciu alebo zobrazovanie výsledkov logickej operácie sú tiež dobre známe a zahrňujú zobrazovanie týchto výsledkov na monitore. Analyzátor 50 sa môže umiestniť miestne alebo diaľkovo vzhľadom k riadiacemu ventilu 10. Okrem analyzátoru 50, sa môže použiť diaľkovo umiestnený analyzátor 104, ktorý získava potrebné signály pomocou vodičov 106 znázornených čiarkované. Na svetelný panel 70 sa môžu tiež pridať vhodné štítky pre každý svetelný indikátor.

Odborník v tomto odbore zistí, že u popísaného prevedenia sa môžu urobiť zmeny, bez toho aby došlo k prekročeniu rozsahu vynálezeckej koncepcie. Je preto samozrejmé, že tento vynález sa neobmedzuje na špecifické popísané prevedenie, ale jeho zámerom je pokryť všetky modifikácie, ktoré sú zahrnuté do rozsahu vynálezu, ako je

-11definované v patentových nárokoch

Claims (7)

1. Spôsob monitorovania činnosti recirkulačnej riadiacej sústavy, obsahujúci kroky usmerňovania tekutiny recirkulačnou riadiacou sústavou obsahujúcou .hlavný vstup (12), ktorým sa udržuje minimálny prietok, hlavný výstup (14), recirkulačný výstup (16) a pieest (26) piestovej komore (26) na regulovanie prietoku tekutiny recirkulačným výstupom (16), vyznačujúci sa tým, že sa získajú údaje hlavným vstupom (12), údaje o tlaku kvapaliny pretekajúcej o tlaku kvapaliny, pretekajúcej hlavným výstupom (14), údaje o tlaku kvapaliny v piestovej komore (24) a tieto údaje sa využijú na analýzu činnosti recirkulačnej sústavy.

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že údaje o tlaku kvapaliny prechádzajúce hlavným výstupom (12) sú získané vo forme tlakového rozdielu medzi tlakom tekutiny v hlavnom vstupe (12) a hlavnom výstupe (14).

3.Spôsob podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c i s a t ý m, že krok využitia záskaných údajov obsahuje kroky výpočtu tlakového rozdielu medzi získaným tlakom kvapaliny prechádzajúcej hlavným vstupom (12) a získaným tlakom kvapaliny prechádzajúcej hlavným výstupom (14) a porovnanie vypočítaného tlakového rozdielu s dopredu určenou nastavenou hodnotou, porovnanie získaného tlaku v piestovej komore (14) so získaným vstupným tlakom a použitie výsledku porovnania tlakového rozdielu s dopredu určenou nastavenou hodnotou a porovnanie tlaku v piestovej komore (24) so vstupným tlakom na určenie činnosti sústavy.

4. Spôsob podľa nároku 3, vyznačuj úci m, že krok použitia získaných údajov obsahuje kroky porovnania vypočítaného tlakového rozdielu s dopredu určenou nastavenou hodnotou, porovnanie získaného tlaku v piestovej komore (24) so získaným vstupným tlakom a použitie týchto porovnaní na určenie činností sústavy.

5. Zariadenie na monitorovanie činnosti recirkulačnéj riadiacej sústavy, obsahujúci hlavný vstup (12), ktorým sa udržuje minimálny prietok, hlavný výstup (14), rečirkulačný výstup (16), piest (26) v piestovej komore. (24) na regulovanie prietoku kvapaliny do recirkulačného výstupu (16), vyznač u j ú c e sa t ý rn, Že obsahuje prostriedok na získavanie údajov o tlaku tekutiny, pretekajúcou hlavným vstupom (12), prostriedok na získavanie údajov o tlaku tekutiny, pretekajúcou hlavným výstupom (14) a prostriedok na získavanie údajov o tlaku tekutiny v piestovej komore (24), prostriedok na analyzovanie získaných údajov na stanovenie činnosti sústavy.

6. Zariadenie podľa nároku 5, v y z n a č u j ú o i sa tým, že získané údaje o tlaku tekutiny pretekajúcej hlavným výstupom (14) tvorí tlakový rozdiel tlaku medzi tlakom tekutiny v hlavnom vstupe (12) a v hlavnom výstupe (14).

7. Zariadenie podľa nároku 5 alebo 6, v y z n a č u j ú c i sa t ý m, že prostriedok na analyzovanie sáskaných údajov obsahuje logické operačné zariadenie.