SU922002A1 - Устройство автоматического обнаружени неисправностей приводного регулирующего органа транспортного трубопровода - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ОБНАРУЖЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ПРИВОДНОГО РЕГУЛИРУЮЩЕГО ОРГАНА ТРАНСПОРТНОГО ТРУБОПРОВОДА Изобретение относитс  к трубопроводному транспорту, а именно к устройству . автоматического обнаружени  неисправностей приводного регулирующего органа транспортного трубопровода, и может : быть использовано дпч автоматического контрол  состо ни  и обнаружени  неисправностей регутшрующего органа транспортного трубопровода, работающего на воде, гидросмеси, нефти и агрессивных .средах. Известны устройства контрол  положений регулирующих и запорных органов, включенных в cxeiyty автоматизации угле- сосной станции, содержащие кониеш 1е выключатели открыти  и закрыти  задвижек и щиберОв на всасывающем и нагнетательном трубопроводах, соединенные че рез контакты исполнительных реле с вход ными- цеп ми программного реле времени контакть которого коммутируют входные цепи пусковых устройств исполнитель ных механизмов регулирующих шиберов и двигателей углесосов l. Однако эти устройства, контролиру  тблько крайние положени  регулирующего органа, не обеспечивают обнаружени  неисправностей в приводе, а также иэнос или заиление регулирующего oprai : что приводит к неэффективн ж1у использованию его в системах регулировани  изза больших динамических отклонений регулируемых параметров (давиени  и расхода ) и к потере устойчивости, особенно в зоне глубокого дросселировани . Известно также устройство автоматического обнаружени  неисправностей приводного регулирующего органа транспорт-ного трубопровода, содержащее датчик давлени , установленный на трубопроводе датчик перемещени , задатчик скорости перемещени  регулирующего органа и блок сигнализации 2. Однако устройство не обеспечивает; возможность обнаружени  неисправностей в приводе регулирующего органа; обиа-ружение отклонени  скорости перемещени  органа от заданной при заилении и закупорке рабочей попости (проходных сечений) ор гана, попадании твердых частиц в зазоры и направл ющие пазы регулирующего органа , при заклинивании; контроль гидрав лических характеристик и обнаружение недопустимого изменени  расходной (пропускной ) характеристики регулирующего органа при износах, коррозии, повреждени х . Цель изобретени  - повышение надежности работы. Поставленна  цепь достигаетс  тем, что устройство снабжено элементами сравнени , датчиками перепада давлени  и потребл емой приводом мощности, поро говыма и анализирующим блоками, блоком коррекции, блоками моделировани  зависимости перепада давлени  и мощности от перемещени  регупирующего органа и блоком определени  отклонени  скорости перемещени -регулирующего органа от заданной, вход которого и одни из входов блоков моделировани  подключены к датчику перемещени , а их выходы - к одним иэ входов соответственно первого , второго и третьего элементов сравне ни , другие входы которых подключены соответственно к датчику перепада давлени , датчику мощности и задатчику скорости, а выходы - к входам пороговых блоков, .соединенных выходами с вхо дами анализирующего блока, к выходу ко торого подключен блок сигнализации, при чем другие входы блоков моделировани  подключены к выходу блока коррекции, соединенного входом с датчиком давлени . При этом блок определени  отклонени  скорости перемещени  регулирующего органа от заданной содержит звено запаздывани  и соединенный с его выходом одним из входов элемент сравнени , другой вход которого и вход звена запаздывани   вл ютс  входами этого блока , а выход элемента сравнени  - выходом блока. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит датчик 1 текущего давлени  Р расходной среды (вода, гидросмесь, нефть, пар, химпродукты и т. п.), установленный перед регулирующим органом 2, датчик. 3 текущего перепада давлени  Н на органе 2, одним входом соединенный с выходом датчика 1 давлени , привод 4 с исполнительным ме ханизмом (показан электрический исполнительный механизм), преобразующий энергию в перестановочное усилие, необ ходимое дл  перемещени  штока 5 органа 2, преобразуемое последним в изменение расхода среды. На щтоке 5 установлен датчик 6 текущего перемещени  S штока, контролирующий наличие перемещени  органа 2 при включенном приводе 4. Выход датчика 6 перемещени  соединен с одними из входов блоков 7 и 8 моделировани , моделирующих соответственно зависимости перепада давлени  Н о на органе 2 и потребл емой мощности VVo приводом 4 от величины перемещени  щтока 5 при исправном органе 2 и приводе 4, и входом блока 9 определени  ( обнаружени ) отклонени  скорости 5 перемещени  органа 2 от заданной. Другие входы блоков 7 и 8 подключены соответственно к первому и второму выходам блока 1О коррекции, корректирующего модельные характеристики перепада давлени  HQ на органе 2 и потребл емой мощности )Уо приводом 4 в зависимости от общего давлени  Р в трубопроводе перед органом 2, а вход блока 1О подключен к выходу датчика 1 давлени . Выходы блоков 7-9 подключены к первым входам соответственно элементов 11-13 сра внени , вторые входы которых подключены к выходам датчика 3 перепада давлени , датчика 14 действительной потребл емой мощности W приводом 4 и задатчика 15 скорости SQ перемещени  щтока органа 2 при включенном приводе 4, Датчик 14 мощности входами подключен к выходам трансформаторов 16 тока и напр жени , установленным на щйнах питающих напр жений пусковой аппаратуры привода 4. Элементы 11-13 сравнени  своими выходами через соответствующие входы пороговых блоков 17, формирующих сигналы логических уровней О или °1 по сигналам отклонений Д Н, Д W и д5о ,с учетом знака.отклонени , подключен к соответствующим входам анализирующего блока 18 распознавани  неисправностей , который выходами подключен к входам блока 19 сигнализации. Блок 9. вь1полнен параллельным включением звена 2О запаздывани  (задержки ) и. пр мого канала 21 (пр ма  цепь), которые соединены с выходом датчика 6 перемещени , а выходами - с соответствующими , входами четвертого элемента 22 сравнени , выходом подключенного к первому входу элемента 13 сравнени . Реализаци  узлов предлагаемого устройства , кроме типовых узлов пусковой аппаратуры привода, датчиков давлени . 59 перепада цаепопи  и мощности, выпопиена на интегральных микросхемах серии К14О, К155, транзистора типа КП1ОЗЕ и диодах типа Д2Б. Так, элементы срав нени  11-13 и 22 выполнены на операционных услови х (ОУ) типа К1УТ401Б. Блок 10 корр(гкции выполнен по схеме двухканального линейного усилител  с перестраиваемым коэффициентом передачи и реализован на ОУ типа К1УТ401Б и транзисторах КП103Е. Блоки 7 и 8 построены по схеме функциональных преобразователей , выходы которых нагружены на умножители сигналов. Дл  корректировк .и модельных характеристик в зави- is симости от давлени  на управл ющие входы умножителей поданы выходные сигналы блока коррекции. Функциональные преобразователи построены на ОУ К1УТ4Ь1Б в цеп х обратной св зи которых использованы преобразователи, выполненные на диодах Д2Б, Умножители сигналов выполнены по схеме сравнивающего устройства на ОУ К1УТ4О1Б, в цеп х обратной св зи которых включены управл емые де- лители на полевых транзисторах КП1ОЗЕ Точность воспроизведени  модел ми реальных характеристик пор дка 1,5-2%, Пороговые блоки 17 построены на двухпороговых амплитудных дискриминаторах с использованием элементов К1УТ4О1Б и диодов Д2Б и дешифраторах логических уровней сигналов, собранных на. логических элементах типа К1ЛБ553.-Анализирующий блок 18 реализован на логических элементах серии К155 по схеме ком бинационного автомата, управл емого двоичными выходными сигналами от пороговых блоков. Выходы комбинационного автомата через PS -триггеры сопр гаютс  с входными цеп ми блока сигнали зации . Звено 20 запаздывани  построено в виде набора элементов пам ти по схеме динамического запоминающего устройства (ДЗУ), в котором обеспечиваетс  слежение за амплитудой выходного сигна ла датчика перемещени  и последующего хранени  текущего значени  этого сигнала по команде, приход щей от двоичных счетчиков. ДЗУ вьшолнено на элементах К1УТ401Б,счетшки-на К155ИЕ5. Подключение выходов ДЗУ к схеме 22 сравнени  осуществл етс  коммутатором, выполненным по схеме распределител  им .пульсов на К155ИЕ5. Устройство выполн етс  в виде отдел ного блока и устанавливаетс  в аппаратном отделении, где сопр гаетс  через 02 согпасуршие входные элементы с соответствующими датчиками. Предлаг-аемое устройство работает следующим образом. Нормальное рабочее состо ние регулирующего органа 2 характеризуетс  rfcnравным регулирующим элементом , исправным проходным сечением, исправным приводом . В случае нормального режима при включенном приводе 4 на выходе датчика 6 перемещени  формируетс  сигнал, пропорциональный текущему перемещению S(t) штока 5 при нормальном рабочем состо нии органа 2, который поступает на блок 9 обнаружени  отклонени  скорости перемещени  органа 2 от заданной. В блоке 9 сигнал ) разветвл  сь, поступает одновременно на выходы звена 20 запаздывани  и пр мого канала 21 дл  вы влени  величины и знака приращени  uS(.t) перемещени  щтока 5 и, следовательно , органа 2 на расчетном интервале времени, равном i. Интервал численно равен больщему из всех расчетных интервалов времени необходимого дл  изменени  значени  параметров давлени , перепада давлени , или мощности на допустимую величину, превыщающую порог нечувствительности измерительных каналов давлени , перепада давлени  и мощности. Далее сигналы текущего перемещени  5(.t) и сдвинутого на расчетный интер- . вал времени ) с выхода звена запаздывани  поступают на соответствующие входы четвертого элемента 22 сравнени , на выходе которого формируетс  сигнал приращени  uS(-iSj текущего перемещени  SCt) от перемещени  5(i-t), который имел место на выходе блока 9 до начала движени  щтока 5, т.е. AS(t)s )-5(t-T:). Вследствие посто нства интервала дл  приводов с посто нной скоростью исполнени  величина приращени  хода лВСЪ) щтока на расчетном интервале времени ilfeOOnSt также посто нна , т.е. uStC) C.,4To равносильно неизменноЬти скорости перемещени  и пропорциональности ее приращению хода щтока, т.е. S(.t) К u5 Culsconsfe ,где К| s -} /Т коэффициент пропорциональности. Таким образом, любые отклонени  скорости перемещени  регулирующего органа от заданной соответствуют различным значени м приращени  uStt) хода щтока и свидетельствуют о нарушени х в приводе 4 и неисправности органа 2. Поэтому формируемый на выходе блока 9 сигмал , пропорциональный приращению )  вл етс  в то же врем  сигналом, пропо циональным текущей скорости S(t) перемещени  РО(ЗО). Использование такого способа определени  скорости перемеще- ни   кинематической передачи органа 2 значительно повыщает точность работы устройства и его помехозащищенность в режиме диагностического контрол . Одновременно сигнал от датчика 6 пе ремешени  подаетс  на основные входы блоков 7 и 8 моделировани , воспроизво д щих на выходах сигналы, пропорционал ные перепаду:давлени  HQ на органе 2 и потребл емой мощности WQ соответственно от текущего перемещени  S(t) што ка 5 (положени  регулирующего элемента органа 2) в нормальном режиме. При возможных изменени х давлени  Р (-t) перед органом 2 и, следовательно, возмож ных изменени х мощности и перепада дав лени  в нормальном режиме на одни из входов блоков 7 и 8 подаютс  сигналы коррекции с соответствующих выходов блока 10 коррекции,которые сформированы им по сигналу текущего давлени  Pit) ) поступающего на вход блока 10 от датчика 1 давлени . Опорные сигналы HQ и Wp с выходов блоков 7 и 8 моделировани  перепада давлени  и мощности и сигнал S(tJ с выхода блока 9 поступают на первые вхо ды соответственно элементов 11, 12 и 13 сравнени . На вторые входы элементов сравнени  11-13 поступают соответ ственно текущие сигналы, пропорциональные перепаду давлени  H(.t) на органе 2, действительной потребл емой мощности W(.t) приводом и расчетной скорости S - органа 2, снимаемые соответственно с выходов датчика 3 перепада давлени , датчика 14 мощности (выходной сигнап формируетс  по значени м тока и напр жени  питающих щин привода 4 и снимаемых с трансформаторов 16 тока и напр жени ) и задатчика 15 скорости органа . 2, После сравнени  модельного перепада давлени  HO мощности /( и расчетной скорости S о и текущих VI t) ,) и Sit) в соответствующих элементах срав нени  11-13 на их выходах по вл ютс  сигналы, пропорциональные отклонени м модельных парметров от их действительных значений, т.е. йН Нр-HuWs-W -W и LS р-2,которые поступают на соответствующие входы пороговых блоков 17. Каналы пороговых блоков 17, фиксирующие сигналы отклонений поДН, и uS настраиваютс  на средний уровень сра нени  соответствующих параметров независимо . Средний уровень сравнени  соответствует контролируемым параметрам органа 2, наход щегос  в нормальном рабочем состо нии. Ширина каналов блоков 17, равна  соответствующим значени м 6H,iw и б5 характеризует порог срабатывани  каналов и устанавливаетс  заранее на основании допустимых отклонений относительно минимальных и максимальных значений соответствующих параметров . Если сигнал отклонени  некоторого параметра не превыщает щирину ndрога срабатывани  соответствующего канала порогового блока, на его обоих выходах формируютс  сигналы логического уровн  О, а дл  сигналов отклонений, превыщающих установленный порог срабатывани  в меньшую или больщую сторону , - сигналы логического уровн  I, Так как высокие уровни значений этих сиг налов на обоих выходах каждого блока не совпадают, это эквивалентно формированию логических комбинаций сигналов, которые соответствуют отношени м (, 1Х-)( иХ Хр-сЛх (где X дл  соответствующих каналов пороговых блоков замен етс  на H,vy -и S ), несущих определенную информацию о рабочем состо нии органа 2 и типе его неисправности. При превышении сигналами рассогласований йН, (U 5 выше допустимых значений установленных порогов срабатывани  своих каналов пороговых блоков, Т. е, |uH|(/-H,|AWl7C7 W HluSl t S эти каналы срабатывают, и на выходах блоков 17 формируютс  выходные сигналы в форме логических комбинаций, передава  таким образом в анализирующий блок 18 информацию дл  распознавани  рабочего состо ни  органа 2 и вы влени  причины неисправности. После распознавани  состо ни  органа 2 и обнаружени  неисправности анализирующий блок 18 формирует выдачу селективной информации в блок 19 сигнализации о причине неисправности органа 2. В блоке 18 реализован алгоритм распознавани  состо ни  органа. 2, отображающий диагностический граф возможных неисправностей, возникающих в органе 2, обнаружение которых вы вл етс  (распознаетс ) по логическим комбинаци м, формируемым на выходах блоков 17 на основании текущих значений отклонений контролируемых параметров. Например, если сигнал отклонени  д5, нимаемый с выхода элемента 13 сравнеПИЯ после сравнени  текущей скорости S , поступаюшей с выхода бпока 9, с заданной BO - с выхода задатчика 15, не превышает установпенного значени  сЛЗ - порога срабатывани  канала ско рости бпока 17, т. e,|uSl-lS-Sol O S,4TO свидетельствует об исправности привода и кинематической передачи, и сигналы отклонений лН и (/ снимаемые соответственно с выходов элементов 11 и 12 сравнени  после сравнени  модельны сигналов, поступающих с выходов блоков 7 и 8 перепада давлени  и мощности, с действительными сигналами перепада давлени  и мощности, поступающими от датчиков перепада 3 и мощности 14, так же не превыщают установленных значений (Ли и - порогов срабатывани  каналов перепада давлени  и мощности, т.е. IW1 HQ-HU .и lu MlslXMo- s UcANW, что свидетегаьствует об отсутствии износа регулирующих элементов, заилени  и закупорки проходных рабочих полостей органа 2 и отсутствии перегруза двигател , на -выходах блоков 17 формируетс  комбинапи  логических сигналов, по- сто ща  из одних нулей (нулева  комбина ци ), по которой блок 18 после анализа фо мирует информацию о нормальном состо нии и исправности органа 2, передава- емую- в блок 19 .сигнализации дл  оператора . Алгоритм распознавани  нормаль ного состо ни  органа 2 в рабочем режиме приведен втаблице (1-  строка). п При по влении неисправности, например когда износ регулирующих элементов (поворотна  опслоика, клапан-седло, щечек задвижек Лудло и т. п.) ор гана 2 превысил допустимые пределы, а привод и кинематическа  передача наход тс  в исправном состо нии и отсутст вует закупорка проходных полостей органа 2, то на выходах элементов 12 и 13 сравнени  сигналы отклонений будут мень ще порогов срабатывани , т. e,jAV/| и1Д51 с , так как потребл ема  приводом мощности соответствует модельной (или близка к ней) дл  исправного привода и скорость перемещени  органа 2 также соответствует заданной (поломок в кинематической передаче и закупорок нет), а на выходе элемента 11 сравнени  после сравнени  модельного перепада давлени  на органе 2 при отсутствии износа и действительного перепада давлени , соответствующего изношенному органу 2, формируетс  отрицательный сигнал отклонени  йН , превышающий сЛН порог срабатывани  канала перепада, т.е. ДН -(ЛН, свидетельствующий о недопустицом уменьшении перепада давлени  из-за увеличени  проходного сечени  органа 2, обусловленного его износом. Относительно отклонений ЛН -(Н,1лЭД1 iuSlitfS, на выходах блоков 17 формируетс  логическа  комбинаци , по которой в блоке 18 формируетс  сигнал, поступающий в блок 19 сигнализации, о недопустимом износе органа 2 и изменении его расходной характеристики (2-  строка табли- цы ). Таким же образом работает устрюйст во при закупорке рабочей полости, заедании , заклинивании и выпадении регулирующих элементов и неисправност х в приводе. Например, при заедании регулирующего элемента органа 2 скорость перемещени  щтока меньще заданной или равна нулю, перепад на органе 2 при данном давлении и положении щтока соответствует модельному, а потребл ема  при- . водом мощность будет больше чем определенна  дл  данного положени  штока по модели, поэтому на выходах элементов 11-13 сравнени  по вл ютс  сигналы отклонений параметров, которые будут соответствовать отношени м |й ИI cfH, и u5 относительно которых на выходах блоков 17 формируетс  логическа  . Комбинаци , а по ней в блоке 18 - сигнал в блок 19 сигнализации о заедании регулирующего элемента органа 2 (3-  строка таблицы). Другие возможные случаи неисправностей органа 2 и алгоритм диагностического контрол  и обнаружени  этих неисправностей , а также формируемые информационные сигналь в блок сигнализации дл  оператора приведены в таблице.

|АН14сЛИ UNVUd W

ДНЧ-С Н luV(

IfiSKc S

. 3

4 t(H

5

6 ДН7(ЛН

7 (Л «luSI O

8 lANMMcTWД5 cAS

9 .

Состо ние регулирующего органа нормальное - исправен

Неисправен регули-г рующий орган: износ регулирующих элементов , износ полости проходного сечени 

Неисправен регулирующий орган: за-, едание регулирующих элементов и щтока

Неисправен регупирующий орган: поломка в кинематической передаче исполнительного механизма

Регулирующий орган исправен (хот  состо ние ненормальное ): закупорка полостей проходного сечени 

, Неисправен регулирующий орган: износ запорных элементов

Регулирующий орган исправен: заклинивание проходного сечени 

Поломка, рассое-Регулирующий ординени или обрывган неисправен: порегулирующеголомка регулируюэлементащего элемента

Регулирующий орган неисправен: поломка исполнительного механизма

13

922002

14 Продолжение табтшы

10

uH -оГН uNW

(ЛЗ

11

Таким образом, предлагаемое устройство реагирует на любые возможные изменени  состо ни  регулирующих органов вызванные неисправност ми их элементов и узлов, обеспечива  надежный контроль состо ни  и обнаружение неисправностей с выдачей селективной информации оператору о причине неисправности.

Автоматическое обнаружение неисправностей регулирующего органа обеспечивает своевременный ремонт или за-: мену органа, поскольку его надежна  работа в основном определ ет эффективность регулировани  режимов гйдротранспортного трубопровода при управлении потоком среды. Кроме того, надежный контроль состо ни  и гидравлических характеристик органа снижает возможные больщие динамические отклонени  и ошибки регулируемого давлени  и расходаПотока , повыщает устойчивость работы САР в результате чего дополнительно снижаютс  затрать на нерациональное расхо- дование полезного продукта и энергии на перекачивание нерационального излишка продукта. Эти факты особенно важны дл  регулирующего органа, имеющего довольно значительные объемы проходной рабочей полости и работающего при высоких давлени х и скорост х потока среды .

Claims (2)

1. Устройство автоматического обнаружени  неисправностей приводного peI

Регулирующий орган неисправен: износ регулирующих элементов и проходного сечени ; изменение расходной характеристики регулирующего органа

Регулирующий орган неисправен: неисправен привод

гулирующего органа транспортного трубопровода , содержащее датчик давлени , установленный на трубопроводе, датчик перемещени  и задатчик скорости перемещени  регулирующего органа, и блок сигнализации , отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности ра боты, оно снабжено элементами сравнени , датчиками перепада давлени  и потребл емой приводом мощности, порого1выми и анализирующим блоками, блоком коррекции, блоками моделировани  зависимости перепада давлени  и мощности от перемещени  регулирующего органа и блоком определени  отклонени  скорости перемещени  регулирующего органа от заданной, вход которого и одни из входов блоков моделировани  подключены к датчику перемещени , а их выходы - к од-, ним из входов соответственно первого. Второго и третьего элементов сравнени , другие входы которых подключены соответственно к датчику перепада давлени , датчику мощности и задатчику скорости, а выходы - к входам пороговых блоков соединенных выходами с входами анапилизирующего блока, к выходу которого подключены блок сигнализации, причем другие входы блоков моделировани  подключены к выходу блока коррекции, соединенного входом с датчиком давлени .

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с   тем, что блок определени  отклонени  скорости перемещени  регули5 рующего органа от заданной содержит звено запаздывани  и соединенный с его выходом одним из входов элемент сравнени , другой вход которого и вход звена запаздывани   вл ютс  входами этого блока, а выход элемента сравнени  - выходом блока.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Скиваковский А4О.,Смопдырев А. Е., Зубакин Ю. С. Автоматизаци  трубопроводного транспорта в горной промышпенности . М., Недра, 1972, с. 194-2ОО. 2. Александров А. М., Цимблер Ю. А., Топол нский Ю. А. Эпектрогидравпическа  система автоматического регулировани  в магистральных нефте- и продуктопроводах . - Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. 1969, Ns 12, с. 10-14.

W