用于估計(jì)回轉(zhuǎn)閥的密封件的情況的方法和裝置制造方法
【專利摘要】公開(kāi)了用于估計(jì)回轉(zhuǎn)閥的密封件的情況的方法和裝置。一種示例性方法包括確定回轉(zhuǎn)閥的流量控制組件的密封件磨損循環(huán)。該密封件磨損循環(huán)包括流量控制組件在與密封件接觸的第一位置與第二位置之間的移動(dòng)。該示例性方法還包括確定在該密封件磨損循環(huán)期間操作該流量控制組件的致動(dòng)器的扭矩并且基于該扭矩估計(jì)該密封件的情況。
【專利說(shuō)明】用于估計(jì)回轉(zhuǎn)閥的密封件的情況的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文的公開(kāi)整體涉及密封件，并且更具體而言涉及用于估計(jì)回轉(zhuǎn)閥的密封件的情況的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]過(guò)程控制系統(tǒng)通常使用各種各樣的過(guò)程控制設(shè)備(如回轉(zhuǎn)閥)來(lái)控制工業(yè)過(guò)程?；剞D(zhuǎn)閥典型地包括接合密封件以閉合流體流動(dòng)通道的流量控制組件(例如球、盤、偏心塞子等等)。當(dāng)移動(dòng)流量控制組件以接合或脫離密封件時(shí)，流量控制組件可能使密封件受到壓力并且/或者導(dǎo)致密封件磨損。為了確定密封件的情況，可以周期性地離線(即當(dāng)工業(yè)過(guò)程暫?；蛲Ｖ箷r(shí))檢查并且/或者測(cè)試該閥。然而，密封件經(jīng)常在工業(yè)過(guò)程正受到控制時(shí)壞掉，或者在密封件的使用壽命到期之前就基本上被替換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一種示例性方法包括確定回轉(zhuǎn)閥的流量控制組件的密封件磨損循環(huán)。該密封件磨損循環(huán)包括流量控制組件在與密封件接觸的第一位置與第二位置之間的移動(dòng)。該示例性方法還包括確定在該密封件磨損循環(huán)期間操作該流量控制組件的致動(dòng)器的扭矩并且基于該扭矩估計(jì)該密封件的情況。
[0004]本文公開(kāi)的另一種示例性方法包括確定回轉(zhuǎn)閥的流量控制組件的密封件磨損循環(huán)。該密封件磨損循環(huán)包括流量控制組件在與密封件接觸的第一位置與第二位置之間的移動(dòng)。該示例性方法還包括響應(yīng)于確定該密封件磨損循環(huán)，增加密封件磨損循環(huán)的計(jì)數(shù)，并且將該計(jì)數(shù)與變量相關(guān)聯(lián)，該變量與在該密封件的使用壽命期間的密封件磨損循環(huán)的估計(jì)數(shù)量相對(duì)應(yīng)?；谠撚?jì)數(shù)和該變量估計(jì)該密封件的情況。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1示出了一種可用于實(shí)現(xiàn)本文的公開(kāi)的教導(dǎo)的示例性過(guò)程控制系統(tǒng)。
[0006]圖2是一種可用于實(shí)現(xiàn)本文公開(kāi)的示例性方法的示例性回轉(zhuǎn)閥的橫截面視圖。
[0007]圖3是用于表示一種本文所公開(kāi)的示例性方法的流程圖。
[0008]圖4用于表示另一種本文所公開(kāi)的示例性方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]雖然結(jié)合球閥來(lái)描述以下裝置和方法，但是示例性裝置和方法還可用于任意其他回轉(zhuǎn)閥，例如全通徑球閥、分段球閥、V型槽球閥、蝶形閥、偏心塞閥等等。并且，雖然結(jié)合氣動(dòng)致動(dòng)器(例如Fisher? 2052振動(dòng)膜回轉(zhuǎn)致動(dòng)器)描述了以下裝置和方法，但是示例性裝置和方法還可用于任意其他回轉(zhuǎn)致動(dòng)器，例如液壓致動(dòng)器、電力致動(dòng)器等等。
[0010]回轉(zhuǎn)閥(例如全通徑球閥、分段球閥、V型槽球閥(例如Fisher?Vee-BalI? V150閥、Fisher? Vee-Ball? V300閥)、蝶形閥、偏心塞閥和/或其他回轉(zhuǎn)閥)通常在過(guò)程控制系統(tǒng)中用于控制工業(yè)過(guò)程?；剞D(zhuǎn)閥典型地包括接合和脫離密封件的流量控制組件(例如球、盤、塞子等等)。在當(dāng)流量控制組件從接合或靠著密封件的第一、閉合位置移動(dòng)到第二位置以脫離密封件或者從第二位置移動(dòng)到第一位置以接合密封件時(shí)的密封件磨損循環(huán)期間，流量控制組件可能使密封件受到壓力并且/或者導(dǎo)致密封件磨損。隨著時(shí)間推移，該壓力和/或磨損可能導(dǎo)致密封件壞掉。
[0011]對(duì)于扭矩閥座回轉(zhuǎn)閥(例如蝶形閥、偏心塞子等等)，當(dāng)流量控制組件(例如盤)在閉合期間與密封件接合時(shí)致動(dòng)器輸出完全額定扭矩。在流量控制組件與密封件的接合與脫離期間，流量控制組件相對(duì)于密封件移動(dòng)。因此，扭矩閥座回轉(zhuǎn)閥的密封件的使用壽命對(duì)應(yīng)于密封件磨損循環(huán)的數(shù)量。直到密封件達(dá)到門限情況(例如用壞情況)為止，致動(dòng)器為了實(shí)現(xiàn)關(guān)閉所產(chǎn)生的扭矩基本上保持恒定。如果密封件是非金屬的，則當(dāng)密封件達(dá)到門限情況時(shí)，致動(dòng)器為了實(shí)現(xiàn)關(guān)閉所產(chǎn)生的扭矩對(duì)于后續(xù)的密封件磨損循環(huán)可能降低，因?yàn)槊芊饧c流量控制組件之間的干擾變少。如果密封件是金屬的并且涂有抗磨涂層，則致動(dòng)器為了實(shí)現(xiàn)關(guān)閉所產(chǎn)生的扭矩對(duì)于后續(xù)的密封件磨損循環(huán)由于磨傷而增加。如果密封件是金屬的并且未涂有抗磨涂層，則致動(dòng)器為了實(shí)現(xiàn)關(guān)閉所產(chǎn)生的扭矩對(duì)于后續(xù)的密封件磨損循環(huán)可能降低。在其他實(shí)例(例如偏心塞閥)中，密封件的使用壽命不受密封件磨損循環(huán)的數(shù)量的影響。對(duì)于定位座閥(例如球閥)，流量控制組件基本上總是接觸密封件。因此，密封件磨損循環(huán)包括流量控制組件相對(duì)于密封件的旋轉(zhuǎn)。
[0012]本文所述的示例性裝置和方法可用于估計(jì)回轉(zhuǎn)閥的密封件的情況。本文公開(kāi)的示例性方法和裝置可以用于回轉(zhuǎn)閥在線(即正用于控制工業(yè)工程)時(shí)。本文公開(kāi)的示例性方法包括確定回轉(zhuǎn)閥的流量控制組件的密封件磨損循環(huán)。在一些實(shí)例中，該密封件磨損循環(huán)包括流量控制組件從靠著密封件的第一、閉合位置到第二位置的移動(dòng)。在其他實(shí)例中，該密封件磨損循環(huán)包括流量控制組件從第二位置到第一位置的移動(dòng)。本文公開(kāi)的一些實(shí)例還包括用于在該密封件磨損循環(huán)期間確定操作該流量控制組件的致動(dòng)器的扭矩并且基于該扭矩估計(jì)密封件的情況。
[0013]本文公開(kāi)的另一種示例性方法包括確定回轉(zhuǎn)閥的流量控制組件的密封件磨損循環(huán)并且增加密封件磨損循環(huán)的計(jì)數(shù)。可以將該計(jì)數(shù)與一個(gè)變量相關(guān)聯(lián)，該變量與密封件的使用壽命期間的密封件磨損循環(huán)的估計(jì)數(shù)量相對(duì)應(yīng)?；谠撚?jì)數(shù)和變量，可以估計(jì)密封件的情況。在一些實(shí)例中，通過(guò)基于該計(jì)數(shù)以及與該變量相對(duì)應(yīng)的密封件的使用壽命期間的密封件磨損循環(huán)的估計(jì)數(shù)量來(lái)計(jì)數(shù)比率。
[0014]圖1示出了可用于實(shí)現(xiàn)本文公開(kāi)的示例性裝置和方法的示例性過(guò)程控制系統(tǒng)100。示例性過(guò)程控制系統(tǒng)100包括任意數(shù)量的過(guò)程控制設(shè)備102，如輸入設(shè)備和/或輸出設(shè)備。在一些實(shí)例中，輸入設(shè)備包括閥、泵、風(fēng)扇、加熱器、冷卻器、混合器和/或其他設(shè)備，并且輸出設(shè)備包括溫度傳感器、壓力計(jì)、濃度計(jì)、液面計(jì)、流量計(jì)、蒸汽傳感器、閥控制器和/或其他設(shè)備。
[0015]輸入設(shè)備和輸出設(shè)備經(jīng)由數(shù)據(jù)總線(例如FOUNDATIONFieldbus?)或者局域網(wǎng)(LAN) 106，可通信地耦接到控制器104(例如DeltaV?控制器)。輸入設(shè)備和輸出設(shè)備可以無(wú)線可通信地耦接到控制器104?？刂破?04向輸入設(shè)備發(fā)送指令以控制過(guò)程并且接收并且/或者收集由輸出設(shè)備發(fā)送的信息(例如測(cè)量的變量、環(huán)境信息和/或輸入設(shè)備信息等等)?？刂破?04生成通知、警報(bào)消息和/或其他信息?？刂破?04還可通信地耦接到工作站108，工作站108包括用于顯示過(guò)程控制信息(例如測(cè)量的過(guò)程控制信息、警報(bào)消息等等)的接口 110。雖然在圖1中顯示了單個(gè)控制器104，但是在示例性系統(tǒng)100中可以包括一個(gè)或多個(gè)附加控制器而不脫離本文公開(kāi)的教導(dǎo)。
[0016]圖2描述了可用于實(shí)現(xiàn)本文公開(kāi)的實(shí)例的示例性回轉(zhuǎn)閥200的橫截面視圖。示例性回轉(zhuǎn)閥200是球閥(例如Fisher? Vee-Bal 1?V150閥)。然而，任意其他回轉(zhuǎn)閥(例如全通徑球閥、分段球閥、蝶形閥、塞閥、偏心塞閥等等)可用于實(shí)現(xiàn)本文公開(kāi)的實(shí)例。示例性回轉(zhuǎn)閥200包括用于限定流體流動(dòng)通道204的閥體202。密封件206被設(shè)置在流體流動(dòng)通道204中并且耦接到閥體202。流量控制組件208被設(shè)置在流體流動(dòng)通道204中與密封件206相鄰。在所示實(shí)例中,流量控制組件208是球。其他實(shí)例包括其他流量控制組件(例如盤、塞子等等)。當(dāng)流量控制組件208處于接合或靠著密封件206的第一、閉合位置中時(shí)，密封件206在密封件206和流量控制組件208之間提供流體密封。在所示實(shí)例中，流量控制組件208處于第一、閉合位置中。流量控制組件208可操作地耦接到從動(dòng)軸210和驅(qū)動(dòng)軸212。驅(qū)動(dòng)軸212可以耦接到氣動(dòng)致動(dòng)器(未顯示)，例如Fisher? 2052振動(dòng)膜回轉(zhuǎn)致動(dòng)器。該致動(dòng)器可以是單作用致動(dòng)器或雙作用致動(dòng)器。其他示例性回轉(zhuǎn)閥(例如液壓致動(dòng)器或電力致動(dòng)器)可用于實(shí)現(xiàn)本文公開(kāi)的實(shí)例。致動(dòng)器具有預(yù)先確定的特性，例如有效區(qū)域、桿臂長(zhǎng)度和基準(zhǔn)范圍(即在無(wú)負(fù)載的情況下將驅(qū)動(dòng)軸212從完全開(kāi)啟位置旋轉(zhuǎn)到完全閉合位置的壓力范圍，例如3帕到15帕)?；谠撎匦?，可以確定致動(dòng)器的估計(jì)最大扭矩。
[0017]示例性回轉(zhuǎn)閥200還包括數(shù)字閥控制器(“dvc”)(未顯示)，例如Fisher?FIELDVUE? DVC6200數(shù)字閥控制器。數(shù)字閥控制器包括一個(gè)或多個(gè)傳感器以收集并且確定信息，例如驅(qū)動(dòng)軸212的位置、軸旋轉(zhuǎn)的方向、閥關(guān)閉的計(jì)數(shù)、閥打開(kāi)的計(jì)數(shù)、致動(dòng)器中的活塞的一個(gè)或多個(gè)末端上的壓強(qiáng)和/或其他信息。
[0018]DVC可操作地耦接到致動(dòng)器并且可通信地耦接到控制器104。在操作期間，DVC接收來(lái)自控制器104的指令以移動(dòng)流量控制組件208例如遠(yuǎn)離密封件206 (即開(kāi)啟閥)、朝向密封件206和/或接合密封件206以形成密封件206與流量控制組件208之間的流體密封。DVC然后(例如經(jīng)由氣動(dòng)信號(hào))向用于移動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸212的致動(dòng)器發(fā)送指令。
[0019]在所示實(shí)例中，在操作期間，DVC確定流量控制組件208的一個(gè)或多個(gè)密封件磨損循環(huán)。在一些實(shí)例中，密封件磨損循環(huán)是打開(kāi)循環(huán)，該打開(kāi)循環(huán)包括流量控制組件208從第一、閉合位置到第二位置的移動(dòng)。在其他實(shí)例中，該密封件磨損循環(huán)是閥閉合循環(huán)，該閥閉合循環(huán)包括流量控制組件208從第二位置到第一、閉合位置的移動(dòng)。在一些實(shí)例中，第二位置是流量控制組件208脫離密封件206時(shí)流量控制組件208的位置。在一些實(shí)例中，第二位置是流量控制組件208最初接合或脫離密封件206時(shí)流量控制組件208的位置，例如與流量控制組件208離開(kāi)第一、閉合位置的總可能行程的大約百分之二相對(duì)應(yīng)的位置。在一些實(shí)例中，第二位置是密封件206與流量控制組件208之間的流體密封最初被破壞或形成時(shí)的位置。在密封件磨損循環(huán)期間，DVC確定致動(dòng)器的壓力。在密封件206基本上總是與流量控制組件208接觸的一些實(shí)例中，密封件磨損循環(huán)是流量控制組件208相對(duì)于密封件206的旋轉(zhuǎn)。
[0020]可以基于壓力計(jì)算致動(dòng)器在密封件磨損循環(huán)期間的一個(gè)或多個(gè)扭矩。例如，可以使用以下方程式I計(jì)算單作用致動(dòng)器的扭矩；可以使用以下方程式2計(jì)算沒(méi)有彈簧的雙作用致動(dòng)器的扭矩；并且可以使用以下方程式3計(jì)算有彈簧的雙作用致動(dòng)器的扭矩:[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種回轉(zhuǎn)閥,包括: 限定流體流動(dòng)通道的閥體； 耦接到所述閥體并且布置在所述流體流動(dòng)通道中的密封件； 布置在所述流體流動(dòng)通道中并且與所述密封件相鄰的流量控制組件，所述流量控制組件具有密封件磨損循環(huán)，所述密封件磨損循環(huán)包括在所述流量控制組件接合所述密封件的第一位置與第二位置之間的移動(dòng)； 耦接到所述流量控制組件的致動(dòng)器，其被配置為施加扭矩以在所述密封件磨損循環(huán)期間移動(dòng)所述流量控制組件；以及 可操作地耦接到所述致動(dòng)器的控制器，其被配置為基于所施加的扭矩估計(jì)所述密封件的情況。
2.如權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)閥，其中所述流量控制組件包括球。
3.如權(quán)利要求1或2所述的回轉(zhuǎn)閥，其中所述流量控制組件可操作地耦接到從動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)軸，所述致動(dòng)器通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)軸耦接到所述流量控制組件。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的回轉(zhuǎn)閥，其中所述致動(dòng)器是氣動(dòng)致動(dòng)器。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的回轉(zhuǎn)閥，其中在所述第二位置處，所述流量控制組件初始接合或脫離所述密封件。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的回轉(zhuǎn)閥，其中所述控制器被配置為確定所述致動(dòng)器所施加的扭矩。
7.如權(quán)利要求6所述的回轉(zhuǎn)閥，其中所述控制器被配置為確定所述致動(dòng)器的一個(gè)或多個(gè)壓強(qiáng)，并且所述控制器被配置為基于所述一個(gè)或多個(gè)壓強(qiáng)確定所施加的扭矩。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的回轉(zhuǎn)閥，其中所述控制器被配置為通過(guò)基于所述扭矩和設(shè)置值設(shè)定值來(lái)計(jì)算值，來(lái)估計(jì)所述密封件的情況。
9.如權(quán)利要求8所述的回轉(zhuǎn)閥，其中所述控制器被配置為通過(guò)使用所述扭矩和所述設(shè)置值設(shè)定值計(jì)算比率，來(lái)計(jì)算所述值。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的回轉(zhuǎn)閥，其中所述控制器被配置為確定所述扭矩的改變速率，并且基于所述扭矩和所述改變速率確定直到所述密封件的情況達(dá)到預(yù)先確定的等級(jí)為止的密封件磨損循環(huán)的估計(jì)剩余數(shù)量。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的回轉(zhuǎn)閥，其中所述控制器被配置為確定所述密封件磨損循環(huán)的頻率，并且基于所述扭矩和所述密封件磨損循環(huán)的頻率來(lái)確定直到所述密封件的情況達(dá)到預(yù)先確定的等級(jí)為止的估計(jì)時(shí)間量。
12.如權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的回轉(zhuǎn)閥，其中所述控制器被配置為確定密封件磨損循環(huán)的計(jì)數(shù)，并且基于所述計(jì)數(shù)確定直到所述密封件的情況達(dá)到預(yù)先確定的等級(jí)為止的密封件磨損循環(huán)的估計(jì)剩余數(shù)量。
13.如權(quán)利要求12所述的回轉(zhuǎn)閥，其中所述控制器被配置為將增加密封件磨損循環(huán)的計(jì)數(shù)加一，將所述計(jì)數(shù)與變量相關(guān)聯(lián)，并且基于所述計(jì)數(shù)和所述變量估計(jì)所述密封件的情況，其中所述變量與所述密封件的使用壽命期間的密封件磨損循環(huán)的估計(jì)數(shù)量相對(duì)應(yīng)。
14.如權(quán)利要求12所述的回轉(zhuǎn)閥，其中所述控制器被配置為基于對(duì)類似的回轉(zhuǎn)閥的測(cè)試來(lái)確定密封件磨損循環(huán)的估計(jì)剩余數(shù)量。
【文檔編號(hào)】F16K5/06GK103672007SQ201310433561
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月19日
【發(fā)明者】S·W·安德森, T·D·格雷博 申請(qǐng)人:費(fèi)希爾控制國(guó)際公司