用于估計回轉閥的密封件的情況的方法和裝置制造方法
【專利摘要】公開了用于估計回轉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。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器的扭矩并且基于該扭矩估計該密封件的情況。
【專利說明】用于估計回轉閥的密封件的情況的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本文的公開整體涉及密封件，并且更具體而言涉及用于估計回轉閥的密封件的情況的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]過程控制系統(tǒng)通常使用各種各樣的過程控制設備(如回轉閥)來控制工業(yè)過程?；剞D閥典型地包括接合密封件以閉合流體流動通道的流量控制組件(例如球、盤、偏心塞子等等)。當移動流量控制組件以接合或脫離密封件時，流量控制組件可能使密封件受到壓力并且/或者導致密封件磨損。為了確定密封件的情況，可以周期性地離線(即當工業(yè)過程暫?；蛲Ｖ箷r)檢查并且/或者測試該閥。然而，密封件經常在工業(yè)過程正受到控制時壞掉，或者在密封件的使用壽命到期之前就基本上被替換。

【發(fā)明內容】

[0003]一種示例性方法包括確定回轉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。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器的扭矩并且基于該扭矩估計該密封件的情況。
[0004]本文公開的另一種示例性方法包括確定回轉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。該示例性方法還包括響應于確定該密封件磨損循環(huán)，增加密封件磨損循環(huán)的計數，并且將該計數與變量相關聯(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)的估計數量相對應?；谠撚嫈岛驮撟兞抗烙嬙撁芊饧那闆r。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1示出了一種可用于實現(xiàn)本文的公開的教導的示例性過程控制系統(tǒng)。
[0006]圖2是一種可用于實現(xiàn)本文公開的示例性方法的示例性回轉閥的橫截面視圖。
[0007]圖3是用于表示一種本文所公開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的示例性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0009]雖然結合球閥來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，雖然結合氣動致動器(例如Fisher? 2052振動膜回轉致動器)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致動器，例如液壓致動器、電力致動器等等。
[0010]回轉閥(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/或其他回轉閥)通常在過程控制系統(tǒng)中用于控制工業(yè)過程?；剞D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)。在當流量控制組件從接合或靠著密封件的第一、閉合位置移動到第二位置以脫離密封件或者從第二位置移動到第一位置以接合密封件時的密封件磨損循環(huán)期間，流量控制組件可能使密封件受到壓力并且/或者導致密封件磨損。隨著時間推移，該壓力和/或磨損可能導致密封件壞掉。
[0011]對于扭矩閥座回轉閥(例如蝶形閥、偏心塞子等等)，當流量控制組件(例如盤)在閉合期間與密封件接合時致動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，流量控制組件相對于密封件移動。因此，扭矩閥座回轉閥的密封件的使用壽命對應于密封件磨損循環(huán)的數量。直到密封件達到門限情況(例如用壞情況)為止，致動器為了實現(xiàn)關閉所產生的扭矩基本上保持恒定。如果密封件是非金屬的，則當密封件達到門限情況時，致動器為了實現(xiàn)關閉所產生的扭矩對于后續(xù)的密封件磨損循環(huán)可能降低，因為密封件與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，則致動器為了實現(xiàn)關閉所產生的扭矩對于后續(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，則致動器為了實現(xiàn)關閉所產生的扭矩對于后續(xù)的密封件磨損循環(huán)可能降低。在其他實例(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)的數量的影響。對于定位座閥(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于密封件的旋轉。
[0012]本文所述的示例性裝置和方法可用于估計回轉閥的密封件的情況。本文公開的示例性方法和裝置可以用于回轉閥在線(即正用于控制工業(yè)工程)時。本文公開的示例性方法包括確定回轉閥的流量控制組件的密封件磨損循環(huán)。在一些實例中，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。在其他實例中，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。本文公開的一些實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器的扭矩并且基于該扭矩估計密封件的情況。
[0013]本文公開的另一種示例性方法包括確定回轉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)的計數?？梢詫⒃撚嫈蹬c一個變量相關聯(lián)，該變量與密封件的使用壽命期間的密封件磨損循環(huán)的估計數量相對應?；谠撚嫈岛妥兞?，可以估計密封件的情況。在一些實例中，通過基于該計數以及與該變量相對應的密封件的使用壽命期間的密封件磨損循環(huán)的估計數量來計數比率。
[0014]圖1示出了可用于實現(xiàn)本文公開的示例性裝置和方法的示例性過程控制系統(tǒng)100。示例性過程控制系統(tǒng)100包括任意數量的過程控制設備102，如輸入設備和/或輸出設備。在一些實例中，輸入設備包括閥、泵、風扇、加熱器、冷卻器、混合器和/或其他設備，并且輸出設備包括溫度傳感器、壓力計、濃度計、液面計、流量計、蒸汽傳感器、閥控制器和/或其他設備。
[0015]輸入設備和輸出設備經由數據總線(例如FOUNDATIONFieldbus?)或者局域網(LAN) 106，可通信地耦接到控制器104(例如DeltaV?控制器)。輸入設備和輸出設備可以無線可通信地耦接到控制器104。控制器104向輸入設備發(fā)送指令以控制過程并且接收并且/或者收集由輸出設備發(fā)送的信息(例如測量的變量、環(huán)境信息和/或輸入設備信息等等)?？刂破?04生成通知、警報消息和/或其他信息。控制器104還可通信地耦接到工作站108，工作站108包括用于顯示過程控制信息(例如測量的過程控制信息、警報消息等等)的接口 110。雖然在圖1中顯示了單個控制器104，但是在示例性系統(tǒng)100中可以包括一個或多個附加控制器而不脫離本文公開的教導。
[0016]圖2描述了可用于實現(xiàn)本文公開的實例的示例性回轉閥200的橫截面視圖。示例性回轉閥200是球閥(例如Fisher? Vee-Bal 1?V150閥)。然而，任意其他回轉閥(例如全通徑球閥、分段球閥、蝶形閥、塞閥、偏心塞閥等等)可用于實現(xiàn)本文公開的實例。示例性回轉閥200包括用于限定流體流動通道204的閥體202。密封件206被設置在流體流動通道204中并且耦接到閥體202。流量控制組件208被設置在流體流動通道204中與密封件206相鄰。在所示實例中,流量控制組件208是球。其他實例包括其他流量控制組件(例如盤、塞子等等)。當流量控制組件208處于接合或靠著密封件206的第一、閉合位置中時，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軸210和驅動軸212。驅動軸212可以耦接到氣動致動器(未顯示)，例如Fisher? 2052振動膜回轉致動器。該致動器可以是單作用致動器或雙作用致動器。其他示例性回轉閥(例如液壓致動器或電力致動器)可用于實現(xiàn)本文公開的實例。致動器具有預先確定的特性，例如有效區(qū)域、桿臂長度和基準范圍(即在無負載的情況下將驅動軸212從完全開啟位置旋轉到完全閉合位置的壓力范圍，例如3帕到15帕)。基于該特性，可以確定致動器的估計最大扭矩。
[0017]示例性回轉閥200還包括數字閥控制器(“dvc”)(未顯示)，例如Fisher?FIELDVUE? DVC6200數字閥控制器。數字閥控制器包括一個或多個傳感器以收集并且確定信息，例如驅動軸212的位置、軸旋轉的方向、閥關閉的計數、閥打開的計數、致動器中的活塞的一個或多個末端上的壓強和/或其他信息。
[0018]DVC可操作地耦接到致動器并且可通信地耦接到控制器104。在操作期間，DVC接收來自控制器104的指令以移動流量控制組件208例如遠離密封件206 (即開啟閥)、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(例如經由氣動信號)向用于移動驅動軸212的致動器發(fā)送指令。
[0019]在所示實例中，在操作期間，DVC確定流量控制組件208的一個或多個密封件磨損循環(huán)。在一些實例中，密封件磨損循環(huán)是打開循環(huán)，該打開循環(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。在其他實例中，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。在一些實例中，第二位置是流量控制組件208脫離密封件206時流量控制組件208的位置。在一些實例中，第二位置是流量控制組件208最初接合或脫離密封件206時流量控制組件208的位置，例如與流量控制組件208離開第一、閉合位置的總可能行程的大約百分之二相對應的位置。在一些實例中，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的位置。在密封件磨損循環(huán)期間，DVC確定致動器的壓力。在密封件206基本上總是與流量控制組件208接觸的一些實例中，密封件磨損循環(huán)是流量控制組件208相對于密封件206的旋轉。
[0020]可以基于壓力計算致動器在密封件磨損循環(huán)期間的一個或多個扭矩。例如，可以使用以下方程式I計算單作用致動器的扭矩；可以使用以下方程式2計算沒有彈簧的雙作用致動器的扭矩；并且可以使用以下方程式3計算有彈簧的雙作用致動器的扭矩:[0021]
【權利要求】
1.一種回轉閥,包括: 限定流體流動通道的閥體； 耦接到所述閥體并且布置在所述流體流動通道中的密封件； 布置在所述流體流動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； 耦接到所述流量控制組件的致動器，其被配置為施加扭矩以在所述密封件磨損循環(huán)期間移動所述流量控制組件；以及 可操作地耦接到所述致動器的控制器，其被配置為基于所施加的扭矩估計所述密封件的情況。
2.如權利要求1所述的回轉閥，其中所述流量控制組件包括球。
3.如權利要求1或2所述的回轉閥，其中所述流量控制組件可操作地耦接到從動軸和驅動軸，所述致動器通過所述驅動軸耦接到所述流量控制組件。
4.如權利要求1-3中任一項所述的回轉閥，其中所述致動器是氣動致動器。
5.如權利要求1-4中任一項所述的回轉閥，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.如權利要求1-5中任一項所述的回轉閥，其中所述控制器被配置為確定所述致動器所施加的扭矩。
7.如權利要求6所述的回轉閥，其中所述控制器被配置為確定所述致動器的一個或多個壓強，并且所述控制器被配置為基于所述一個或多個壓強確定所施加的扭矩。
8.如權利要求1-7中任一項所述的回轉閥，其中所述控制器被配置為通過基于所述扭矩和設置值設定值來計算值，來估計所述密封件的情況。
9.如權利要求8所述的回轉閥，其中所述控制器被配置為通過使用所述扭矩和所述設置值設定值計算比率，來計算所述值。
10.如權利要求1-9中任一項所述的回轉閥，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到預先確定的等級為止的密封件磨損循環(huán)的估計剩余數量。
11.如權利要求1-10中任一項所述的回轉閥，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)的頻率來確定直到所述密封件的情況達到預先確定的等級為止的估計時間量。
12.如權利要求1-11中任一項所述的回轉閥，其中所述控制器被配置為確定密封件磨損循環(huán)的計數，并且基于所述計數確定直到所述密封件的情況達到預先確定的等級為止的密封件磨損循環(huán)的估計剩余數量。
13.如權利要求12所述的回轉閥，其中所述控制器被配置為將增加密封件磨損循環(huán)的計數加一，將所述計數與變量相關聯(lián)，并且基于所述計數和所述變量估計所述密封件的情況，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)的估計數量相對應。
14.如權利要求12所述的回轉閥，其中所述控制器被配置為基于對類似的回轉閥的測試來確定密封件磨損循環(huán)的估計剩余數量。
【文檔編號】F16K5/06GK103672007SQ201310433561
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權日:2012年9月19日
【發(fā)明者】S·W·安德森, T·D·格雷博 申請人:費希爾控制國際公司