專利名稱：過程閥門的泄漏檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)過程中的閥門，更具體地，涉及一種對通過閉 合閥門的流體泄漏的檢測和診斷。
背景技術(shù)：
在過程控制工業(yè)中，自動控制閥門被廣泛地用于控制工業(yè)過程的過 程流體質(zhì)量流量和/或速度。在一些情況下，尤其在批量過程中，需要閥 門在閥門閉合時實(shí)現(xiàn)緊密關(guān)閉的條件。術(shù)語"緊密關(guān)閉"指的是零或近 似零的流體流過所述閥門的閥門位置。具體地，緊密關(guān)閉條件存在于如 下情況下沒有流體流過閥門；或者將流體流量減小為一種水平，這種水平使得流體對于過程幾乎沒有影響。在要求緊密閥門關(guān)閉條件的工業(yè)過程中，如果閥門沒有緊密地關(guān)閉，所產(chǎn)生的泄漏到批量(batch)接收處的材料可以毀滅該批。如果緊 密關(guān)閉的閥門泄漏了有害或有毒的化學(xué)藥品，則所述泄漏會對種植人員 產(chǎn)生危害，并且可以導(dǎo)致需要涉及環(huán)境保護(hù)組織(EPA)的事件。這兩個 結(jié)果可能是非常昂貴的?？刂崎y門的緊密關(guān)閉通常使用諸如彈性密封或Teflo，密封之類的 密封。對于腐蝕性的過程流體，優(yōu)選地將Teflon⑧和其他抗腐蝕材料用 作密封材料。不幸地是，由于多種原因密封會失效，這些原因包括腐蝕、 污垢、氣蝕、物理磨損等。腐蝕典型地侵蝕密封，產(chǎn)生表面不完整性， 所述不完整性使得難以實(shí)現(xiàn)緊密的密封。污垢指的是在閥座或密封件上 聚集的材料，所述材料阻礙閥門實(shí)現(xiàn)緊密的關(guān)閉。氣蝕指的是在空氣流 體內(nèi)的局部形成物或由于流體內(nèi)壓力降低(例如當(dāng)將閥門從閉合調(diào)節(jié)到 打開位置時)而在閥門內(nèi)急劇膨脹的氣穴(vapor pocket)。流體內(nèi)氣穴 的膨脹可能引起金屬侵蝕和最終的閥門故障。"物理磨損"指的是在使閥門塞和閥座或密封件之間的材料收縮的閥門閉合過程期間損壞密封，從 而損壞座或密封體的情況。最后，碎片通常也會妨礙密封或閥門行進(jìn)， 從而妨礙閥門緊密關(guān)閉。在過程控制工業(yè)中需要用于檢測閥門密封件或閥門定位器何時出 現(xiàn)故障或者緊密關(guān)閉的閥門是否出現(xiàn)泄漏的裝置。本發(fā)明的實(shí)施例提出 了對于這些和其他問題的解決方案，并且提供了相對于現(xiàn)有技術(shù)的其他 優(yōu)點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容提供了一種泄漏檢測系統(tǒng)，用于檢測通過用于工業(yè)過程的閉合閥門 的泄漏?？刹迦氚迮c流體流成共線地與閥門相連。傳感器與所述流體流 相連。泄漏檢測器與傳感器分接管相連，并且適用于檢測通過所述閥門 .的泄漏。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有與閥門機(jī)械連接的致動器和聲泄漏 檢測器的閥門定位器的簡化方框圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有連接在閥門法蘭和下游管道之間的 泄漏檢測器的閥門的簡化方框圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的配置用于聲泄漏檢測的圖2的泄漏檢測 器的截面圖。圖4A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的配置用于使用差壓測量進(jìn)行泄漏檢測的圖2的泄漏檢測器的截面圖。圖4B是圖4A的泄漏檢測器的實(shí)施例的側(cè)視截面圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、與具有差壓端口的閥門相關(guān)聯(lián)的基于差壓的泄漏檢測器的簡化方框圖。圖6A和6B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的泄漏檢測系統(tǒng)的簡化方框圖。 圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的診斷泄漏檢測器是否正確運(yùn)行的方法的簡化流程圖。圖8是基于聲標(biāo)記圖和閥門位置信息來識別閥門故障類型的方法的簡化流程圖。圖9是基于所測量的聲信號和閥門控制信息來估計閥門泄漏和故障 程度的方法的簡化流程圖。盡管以上表示的說明是用于闡述優(yōu)選實(shí)施例，還要考慮本發(fā)明的其 他實(shí)施例， 一些其他實(shí)施例在所述討論中沒有提到。在所有情況下，該 公開介紹了本發(fā)明的所示實(shí)施例，作為示例而不是限制。本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員可以得出落在本發(fā)明原理的范圍和精神內(nèi)的各種其他小的修改和 實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明描述了用于在閥門處于完全閉合位置時針對緊密關(guān)閉的閥 門來監(jiān)測泄漏的技術(shù)。典型地，將這種緊密關(guān)閉的閥門用在工業(yè)過程中 的蒸汽或其他高能氣體或流體遞送系統(tǒng)中。圖1是具有適用于打開和閉合閥門的定位器/發(fā)送器102的緊密關(guān) 閉閥門組件100的簡化方框圖。通常，控制室104通過雙線電流回路106 向閥門定位器/發(fā)送器102發(fā)送希望的閥門位置信號。也可以使用其他通 信回路，包括三線和四線電流回路和無線通信鏈路。定位器102接收氣動空氣的供應(yīng)，并且提供控制壓力IIO，作為來 自控制中心114的希望闊門位置設(shè)定點(diǎn)和以下兩個變量的函數(shù)控制壓 力信號112和所感測的位置信號114的導(dǎo)數(shù)?？刂茐毫?10向致動器116 提供加壓空氣，所述致動器116與直行程閥桿控制閥門118機(jī)械相連， 盡管旋轉(zhuǎn)或其他類型的關(guān)閉閥門也可用于本發(fā)明。致動器116包括隔膜120，當(dāng)來自加壓空氣的控制壓力110壓向所 述隔膜120時，所述隔膜120偏移，從而向下推進(jìn)閥桿122。所述閥桿 122與閥門閉合元件或塞124相連，調(diào)節(jié)所述塞的大小以與閥座126配 對以閉合所述閥門118，從而當(dāng)塞124完全落座時停止第一通道128和 第二通道130之間的流體流。閥門118經(jīng)由法蘭132與管道部分134相 連并且由扣件133固定，所述管道部分運(yùn)送流體流。在定位器102內(nèi)，收發(fā)器140從控制中心104接受4-20mA的信號， 但是例如也可以從手控通信器(handhold communicator^無線通信鏈路或任意其他通信路徑接收信號。所述回路上電流的量表示所希望的閥門位置，但是可以根據(jù)諸如HART 、 Foundation現(xiàn)場總線、CAN之類的 協(xié)議或諸如DE、 BRAIN 、 Infinity或!^0(^115@之類的其他數(shù)字協(xié)議，在 電流上疊加包括傳感器選擇命令和數(shù)據(jù)的數(shù)字信息。對于嚴(yán)格的控制， 位置信號114可以是微處理器內(nèi)補(bǔ)償?shù)臏囟??？刂齐娐?42提供命令輸出144，作為來自收發(fā)器140的希望設(shè)定 點(diǎn)、位置信號114和壓力信號112的函數(shù)。電路內(nèi)部的時間導(dǎo)數(shù)電路146 和氣動裝置(pneumatics) 148提供相對于用于電路146內(nèi)的控制算法 的時間的速度反饋信號(壓力信號112的導(dǎo)數(shù))。優(yōu)選地，取決于特定的 實(shí)現(xiàn)，將壓力信號用作速度反饋信號、扭矩信號或力信號。優(yōu)選地，換能器電路和氣動裝置148使用自適應(yīng)控制算法，所述自 適應(yīng)控制算法使用諸如壓力、位置、力、密封和底座磨損之類的可用感測信號來精細(xì)地調(diào)諧與成比例一積分一微分控制特征。通常，換能器電 路和氣動裝置148接收每平方英寸(PSI) 0-200磅的空氣供應(yīng)108，并 且提供控制壓力110，作為來自控制電路142的控制信號144函數(shù)。感 測裝置150感測來自控制壓力110的壓力傳感器152和機(jī)械位置傳感器 154的信號，并且向控制電路142提供條件壓力112和位置114。傳感器160和與第二通道130相鄰的閥門118相連，并且適用于感 測在所述第二通路130內(nèi)由流過閥門118的流體引起的聲信號。然后泄 漏檢測器156處理所感測的聲信號162，所述泄漏檢測器156將所感測 的聲信號162與所存儲的聲標(biāo)記圖159或從存儲器158檢索的模板相比 較，以確定所述閥門118是否泄漏。在一個實(shí)施例中，泄漏檢測器156 與閥門位置(閥桿122和塞124的位置)無關(guān)地監(jiān)測閥門118的聲標(biāo)記 圖。在可選實(shí)施例中，泄漏檢測器156基于所感測的聲信號161與從存 儲器158檢索的所存儲標(biāo)記圖159的比較和位置控制信號166兩者，來 產(chǎn)生泄漏輸出164。在另一個實(shí)施例中，泄漏檢測器156基于所感測的 聲信號162與從存儲器158檢索的所存儲標(biāo)記圖159的比較和所測量的 機(jī)械位置154兩者，產(chǎn)生泄漏輸出信號165。在另一個實(shí)施例中，在從 控制中心104或控制電路142接收到觸發(fā)168時，泄漏檢測器156只將 聲信號162與從存儲器158檢索的所存儲標(biāo)記圖159進(jìn)行比較。所得到的輸出164將是"盲測"，意味著在沒有考慮所希望的或?qū)嶋H的閥門位置的情況下產(chǎn)生輸出。然后，依賴于特定的實(shí)現(xiàn)，由控制電路142或控制 中心104處理輸出164。最后，盡管各種函數(shù)塊被當(dāng)作分離的元件，但是可以組合一些函數(shù) 塊。例如，泄漏檢測器156可以包括傳感器160。具體地，泄漏檢測器 可以包括傳感器、微處理器、存儲器和發(fā)送電路，所述發(fā)送電路適用于 從控制中心接收/向控制中心發(fā)送信號。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的過程控制閥門組件200的簡化方框圖。 閥門202經(jīng)由通信鏈路208，通過閥門監(jiān)測和控制電子裝置206與控制 中心204通信相連。為了簡單起見，將省略關(guān)于閥門而配置的更多細(xì)節(jié)。如上所述，供應(yīng)210向閥門監(jiān)測和控制電子裝置206提供加壓流體， 所述閥門監(jiān)測和控制電子裝置206控制閥桿212和塞214的位置。閥體 216包括第一通道218，所述第一通道218通過閥座222與第二通道220 相連。隨著閥桿212向下前進(jìn)，塞214與閥座222緊密配合以停止第一 和第二通道218、 220之間的流體流。法蘭224將閥門216與相鄰管道部分228的法蘭226相連。將泄漏 檢測板230定位于閥門216和閥門216下游并且與流體流共線的管道部 分228之間。緊固件227將管道部分228固定到閥門216，并且在下游 一側(cè)緊固件227將管道部分228固定到板230和閥門216。優(yōu)選地，法 蘭224與閥座222緊鄰，并且最優(yōu)地，法蘭224中的一個與閥體216 — 體形成。板230配置有一個或更多傳感器分接管(如圖3至5所示)，用于 容納與泄漏檢測器232相連的傳感器。所述傳感器可以是聲傳感器或壓 力傳感器，具有足夠的帶寬以俘獲目標(biāo)音頻信號。泄漏檢測器232配置 有傳感器233、存儲器234和微處理器236，用于將所測量的下游信號與 在存儲器234中存儲的參考信號進(jìn)行比較，并且用于向控制中心204產(chǎn) 生輸出診斷信號238。優(yōu)選地，傳感器233是聲傳感器，但是也可以是 壓力傳感器或差壓傳感器，適用于測量所希望聲頻率范圍內(nèi)的過程產(chǎn)生 信號，所述聲頻率范圍可以落在或者不落在可聽見頻率范圍內(nèi)。對于高能過程流體，因?yàn)殚y門閉合(意味著塞214朝著閥座222前進(jìn)并且進(jìn)入所述閥座222)，通過閥門216的流體通道變窄，并且產(chǎn)生了
聲噪聲。該效應(yīng)有時相對于標(biāo)準(zhǔn)家用龍頭是能被察覺的，所述家用龍頭
產(chǎn)生可聽見的變化噪聲。典型地，聲噪聲是由流過閥門216的流體產(chǎn)生 的，并且聲噪聲的頻率一直增加，直到當(dāng)閥門216完全閉合(意味著塞 214完全落在閥座222中)時所述聲噪聲突然停止(或變化)。應(yīng)該理解 的是在一些示例中，所述聲噪聲落在可聽見的頻率范圍內(nèi)。在其他實(shí)施 例中，聲噪聲處于可聽見的頻率范圍之外的頻率，但是仍然通過聲傳感 器或壓力傳感器能夠檢測到，所述傳感器能夠測量聲噪聲的頻率范圍。
通過估計由聲傳感器檢測的、流過閥門的過程的噪聲信號，可以檢 測何時閥門還沒有實(shí)現(xiàn)緊密關(guān)閉。如果閥門216沒有實(shí)現(xiàn)緊密關(guān)閉條件， 則聲噪聲保持處于頻率和幅度的中間值。
通過檢測過程控制閥門202上的聲頻率行進(jìn)(從打開的閥門位置到 閉合的閥門位置)，可以確定閥門202是否完全關(guān)閉或閥門202是否允許 過程流體泄漏到下游管道段228中。在泄漏檢測器232中設(shè)置的微處理 器236用于處理聲傳感器信息，并提供診斷輸出238和可選輸出240(如 虛線所示)，所述可選輸出240響應(yīng)于由傳感器拾取的聲信號，例如可以 表示閥門位置。在這種情況下，可以基于相對于參考噪聲標(biāo)記圖的聲頻 率來推斷閥門位置。
首先，存儲參考圖案，所述參考圖案表示當(dāng)閥門從打開位置調(diào)節(jié)為 完全閉合(緊密關(guān)閉)條件時產(chǎn)生的聲信號。這種所存儲的參考圖案包 含頻率和幅度序列信息，可用作跟蹤閥門閉合過程的參考模板。如果隨
著時間的過去，頻率和幅度圖案匹配所述模板，但是沒有在緊密關(guān)閉條 件下結(jié)束，則電子裝置可以輸出表示泄漏閥門的警報或警告。通過觀察 與模板相關(guān)的測量信號并且注意表示沒有實(shí)現(xiàn)緊密關(guān)閉的終點(diǎn)出現(xiàn)的地 方，可以估計泄漏量(或者故障程度)。
檢測泄漏閥門可如下實(shí)現(xiàn)。當(dāng)閥門216處于80%閉合和完全打開之 間時，通過閥門216的流體噪聲基本上是恒定的。然而，當(dāng)閥門216開 始關(guān)閉時(即，當(dāng)閥門塞214落于閥座216內(nèi)，以便將流過閥門216流 體關(guān)閉約81%和99%時)，流過閥門216的過程所產(chǎn)生的噪聲開始在幅度 和頻率兩方面都增加。最后，當(dāng)閥門216實(shí)現(xiàn)了緊密關(guān)閉條件時(即，塞214完全落于閥座222中，使得所述通道100%閉合)，噪聲信號迅速 從其最大頻率和幅度降低至基本上為0。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，幾乎總是存在過程噪聲。然而， 當(dāng)閥門閉合時，傳感器所測量的過程噪聲改變。微處理器236適用于將 所測量的聲頻率與所存儲的模板或來自存儲器234的聲標(biāo)記圖進(jìn)行比 較，并且可以檢測當(dāng)閥門完全關(guān)閉時的聲變化。泄漏檢測器232適用于 從感測信號中分離過程(背景)噪聲以便隔離與泄漏相關(guān)的噪聲。與在存儲器234中存儲的基線標(biāo)記圖相比，也可以基于聲噪聲標(biāo)記 圖中的變化來檢測在過程中形成的問題。具體地，背景噪聲中的變化可 以表示在工業(yè)過程中的固定裝置中形成的問題，例如軸承損壞、泵損壞 等。例如，當(dāng)可旋轉(zhuǎn)裝置中的軸承開始損壞時，它們通常產(chǎn)生尖銳噪聲， 這是潛在的軸承損壞的早期征兆。如果這種裝置開始產(chǎn)生額外的過程噪 聲，所述噪聲聚集了已有的過程噪聲。過程噪聲幅度的顯著變化或正常 范圍外(并且在所存儲的聲標(biāo)記圖中不存在)的頻率信號的巻積可以表 示固定過程裝置中形成的問題。在一個實(shí)施例中，除了產(chǎn)生與閥門216有關(guān)的診斷信號之外，微處 理器236適用于提供表示過程裝置的整體機(jī)能的預(yù)測診斷信號。該可選 擇的過程裝置診斷信號是基于所測量的背景噪聲和所存儲的參考記號圖 的背景噪聲之間的差。具體地，如果所測量的背景噪聲相對于所存儲的 參考記號圖變化大于預(yù)定限度，所述泄漏檢測器232適用于向控制中心 204產(chǎn)生警報信號。通常，電子裝置可以共同位于單獨(dú)的封裝中(如圖1所示)?？蛇x 地，如圖2所示，泄漏檢測器232可以與閥門監(jiān)測和控制電子裝置206 分離。在優(yōu)選實(shí)施例中，泄漏檢測器232提供經(jīng)由外部裝置或經(jīng)由本地操 作界面(LOI) 242設(shè)定初始值的能力，可以將LOI集成到包含泄漏檢測 器232的發(fā)送器244中。在優(yōu)選實(shí)施例中，電子裝置經(jīng)由如HART 、 Foundation現(xiàn)場總線、CAN之類的數(shù)字總線或任意其他的雙向通信標(biāo)準(zhǔn) 的雙向通信。這種通信能力用于設(shè)定初始值以及輸出各種級別的警報。 針對這種類型的儀表，所述電子裝置典型地是供有4-20mA的回路。圖3是包括板302的聲泄漏檢測器300的簡化截面圖，聲泄漏檢測 器300適用于容納發(fā)送器304。所述發(fā)送器304適用于檢測由流過閥門 的流體(如圖2所示)引起的聲信號，并且向控制中心306發(fā)送測量和 診斷信號。
通常，板302具有環(huán)形本體308，限定了管腔(lumen) 310的大小 以與下游管道段(例如圖2中的元件228)配合。板302配置有延伸件 312和定位元件，所述延伸件312適用于在安裝期間向現(xiàn)場的操作者提 供視覺參考，所述定位元件用于將板302定位于閥門法蘭和下游管道段 之間。之后，將分接管(tap) 314設(shè)置在本體308中，用于容納感測元 件316。通常，分接管314幾乎在板302的整個壁厚度上延伸。在可選 實(shí)施例中，分接管314延伸通過本體308的整個壁并且進(jìn)入管腔310中， 并且感測元件316適用于密封所述分接管開口，并且在操作期間與流體 流直接接觸。
發(fā)送器304包括聲傳感器318，適用于檢測由所述感測元件316所 測量的聲信號。發(fā)送器304包括微處理器320，用于調(diào)節(jié)所測量的聲信 號。收發(fā)器322適用于向控制中心306發(fā)送測量和診斷信號，并且從所 述控制中心306接收控制信號。最后，泄漏檢測器324配置用于基于所 測量的聲信號與在存儲器326中存儲的基線信號的比較的變化，檢測通 過閥門的泄漏。
通常，以虛線、按照部分示出了發(fā)送器304的全部元件，這是因?yàn)?依賴于具體的實(shí)現(xiàn)，可以將各種功能和功能性組合到單獨(dú)的電路元件或 多個電路和/或軟件元件中。具體地，每一個元件(318-326)只是示出 用以說明聲發(fā)送器304的操縱能力。
圖4A示出了泄漏檢測器400的替換實(shí)施例。泄漏檢測器400包括 板402，用于連接在閥門和下游管道段之間，并且與流體流共線。所述 板402與差壓發(fā)送器404相連，所述差壓發(fā)送器404又與控制中心406 相連。板402包括延伸元件408，延伸元件408可以在安裝期間用以定 位和確定板402的方向。如圖3所示，板402限定了管腔410，調(diào)節(jié)管 腔410的大小以與閥門和下游管道段之間的閥門腔室(chamber)相連。 此外，板402的管腔410用包括可變面積流體區(qū)域414的流量限制元件412制成，所述可變面積流體區(qū)域414逐漸減小為點(diǎn)415。優(yōu)選地，可以 將板402插入到緊密關(guān)閉的閥門和下游管道段之間。調(diào)節(jié)可變面積流量區(qū)域414的大小，使得在閥門出口和可插入板 402之間的流體高差隨著泄漏(流體)速率的增加而增加。在圖4A中， 為清楚起見對該可變面積特征414的尺寸進(jìn)行了放大。通常，V形可變 面積414使得差壓發(fā)送器對于低流量更敏感。將兩個壓力端口 416和418 設(shè)置在板402的壁中，并且橫孔從板402的閥門側(cè)向壓力端口 418延伸。差壓發(fā)送器404與設(shè)置在壓力端口 416和418內(nèi)的傳感器417和419 相連，以測量板402的管腔410內(nèi)的差壓，并且延伸通過相關(guān)聯(lián)的閥門 和下游管道段。差壓發(fā)送器404配置有泄漏檢測器422，用于基于與在 存儲器中存儲的基線差壓相比的差壓變化，識別通過閥門的泄漏。泄漏 檢測器422以虛線示出并且與所述差動發(fā)送器404重疊，以表示泄漏檢 測器422可以包含在所述差動發(fā)送器404內(nèi)，或者可以是分離的。此外， 控制中心404可以基于從所述差壓發(fā)送器406接收到的測量數(shù)據(jù)，執(zhí)行 泄漏檢測器422的特定功能。通常，將壓力端口416定位于管腔410的頂部附近，以在過程流體 流過流量限制板402時監(jiān)測所述過程流體的高差。將壓力端口 418定位 于管腔410的底部附近，以測量管道靜態(tài)壓力，使得壓力測量是實(shí)際的 差壓。壓力端口 416和壓力端口 418沿與流體流過板402 (當(dāng)所述板402 與閥門相連時)的方向大致橫向的方向延伸進(jìn)入所述板402。為了測量 所述差壓，優(yōu)選地，將端口 416和418沿與流體方向橫向的軸大致對齊 (如圖4B所示)。所述橫孔402延伸穿過板402并且進(jìn)入端口 418。當(dāng) 流體積聚在可變區(qū)域414中時，靜態(tài)壓力在所述橫孔402中增加，并且 由在壓力端口 418中的壓力傳感器測量到。盡管已經(jīng)關(guān)于差壓傳感器描 述了本實(shí)施例，兩計示壓力傳感器或絕對壓力傳感器也可以用于進(jìn)行這如下來實(shí)現(xiàn)檢測泄漏閥門。當(dāng)閥門打開時，下游管道基本上充滿過 程流體。當(dāng)閥門關(guān)閉時，管道中的流體開始流干。對于管道充滿的條件， 壓力端口 416和418均由流體覆蓋。只要是這樣的情況，所測量的差壓 就保持基本不變。 一旦管道中的流體下降到頂部端口416以下，發(fā)送器404測量管道中的流體高差(head)。如果閥門緊密地關(guān)閉，流體高差繼 續(xù)減少，直到流體的高度與流量限制器412的可變區(qū)域(通道)414的 底部高度相同為止。此時，沒有額外的流體出現(xiàn)，差壓測量達(dá)到穩(wěn)定狀 態(tài)并且保持基本不變。發(fā)送器404測量在緊密關(guān)閉條件期間的流體高差， 并且將所述高差測量存儲在存儲器424中作為參考值。
如果閥門在關(guān)閉之后泄漏， 一些過程流體泄漏到板402和閥門之間 的區(qū)域。該流體流出到流量限制器412和板402中的可變區(qū)域414上。 可變區(qū)域414適用于容易地檢測在流體接近零流量(或無流量)條件時 少量流體增量的高差變化。因?yàn)榱黧w泄漏通過閥門密封，所述差壓測量 略微改變。如果差壓測量變化超過預(yù)定量，則泄漏檢測器422產(chǎn)生警報 或警告，并且在發(fā)送器404的輸出上提供。在該實(shí)施例中，將安裝設(shè)計 配置為使得當(dāng)閥門關(guān)閉時閥門下游流干。
在圖4B中，示出了處于原位的板402和部分截面圖。優(yōu)選地，板 402包括基本上與軸432對齊的上部孔(壓力分接管)416和下部孔(壓 力分接管)418，所述軸432與流體方向橫向地延伸。將所述板402設(shè)置 在閥門426和下游管道段428之間，并且由夾緊裝置430將其固定就位。
如圖所示，橫孔420 (以虛線示出)從板420的上游表面421延伸 至下部孔418。將所述橫孔420設(shè)置在流量限制器412內(nèi)，并且暴露于 所述流體。通過閉合閥門從閥門部分426所接收的流體泄漏積聚在流量 限制器412后面，并且沿V形區(qū)綿的底部(由虛線415表示)流過流量 限制器412的可變面積V形部分(圖4A中的元件414)。當(dāng)流體積聚在 流量限制器412后面時， 一些泄漏流體流到橫孔420中，并且設(shè)置在下 部孔(壓力分接管)418內(nèi)的傳感器可以適用于測量所述橫孔內(nèi)的靜態(tài) 壓力。可以將來自下部孔418中的傳感器的靜態(tài)壓力測量與上部孔416 中的傳感器進(jìn)行的壓力測量之間的差壓用于檢測通過閥門的非常小的泄 漏。
可變面積流量限制器的底部部分145從閥門426朝著下游管道段 428傾斜，以促進(jìn)流出。如果所述閥門緊密地關(guān)閉，流體從板402中流 出，并且在短暫的時間段之后，全部流體從流量限制器通過底部部分415 流出，并且進(jìn)入下游管道段428中。如果泄漏繼續(xù)，流體繼續(xù)流到閥門部分426中，積聚在流量限制器412后面，并且流到橫孔420中，從而 產(chǎn)生差壓。圖4A的泄漏檢測器422可以用于識別表示泄漏條件的差壓。 如果檢測到泄漏，例如，可以向氣動致動器產(chǎn)生控制信號以使閥門更緊 密地進(jìn)入閥座?？蛇x地，可以向控制中心(例如控制中心406)產(chǎn)生警 報信號。在任一情況下，差壓分接管416和418提供用于檢測泄漏閥門 的裝置。
圖5示出了具有根據(jù)本發(fā)明可選實(shí)施例的泄漏檢測系統(tǒng)500的緊密 關(guān)閉閥門的簡化方框圖。在該實(shí)施例中，將圖4A和4B的錐形流量限制 器和壓力端口 (或分接管)并入到閥體中，消除了對于單獨(dú)的板的需要。
所述泄漏檢測系統(tǒng)500包括與氣動閥門504相連并且適用于打開和 關(guān)閉所述閥門的發(fā)送器502。此外，發(fā)送器502經(jīng)由通信鏈路508與控 制中心506通信。在一個實(shí)施例中，通信鏈路508是雙線回路。然而， 也可以使用其他通信鏈路，包括無線鏈路或者三線或四線鏈路。通常， 控制中心506在雙線電流回路508上向閥門定位器/發(fā)送器502發(fā)送所希 望的閥門位置信號。也可以使用其他通信鏈路，包括三線和四線電流回 路以及無線通信鏈路。
定位器/發(fā)送器502接收氣動空氣512的供應(yīng)，并且提供控制壓力 514,作為來自控制中心506的所希望閥門位置設(shè)定點(diǎn)和以下兩個變量的 函數(shù)控制壓力信號516和所感測的位置信號518的導(dǎo)數(shù)?？刂茐毫?14 向致動器514提供加壓空氣，所述致動器504與直行程閥桿控制閥門520 機(jī)械相連，但是旋轉(zhuǎn)或其他類型的關(guān)閉閥門也適用于本發(fā)明。
致動器522包括隔膜524，當(dāng)來自加壓空氣的控制壓力514壓向所 述隔膜524時，所述隔膜524偏移，從而向下推進(jìn)所述閥桿526。所述 閥桿526與閥門塞528相連，調(diào)節(jié)閥門塞528的尺寸來匹配閥座530以 關(guān)閉閥門520，從而當(dāng)塞528完全落座時停止第一通路532和第二通路 534之間的流體流動。閥門520與承載流體流的過程管道部分540相連。 所述閥門520經(jīng)由閥門法蘭536和管道法蘭538與管道部分540相連， 閥門法蘭536和管道法蘭538由扣件542固定。
在定位器/發(fā)送器502中，收發(fā)器510從控制中心516接收4-20mA 的信號，但是也可以例如從手持通信器、無線通信鏈路、或任意其他通信路徑接收信號?；芈飞想娏鞯姆缺硎舅Ｍ拈y門位置，但是也可
以根據(jù)諸如HART 、 Foundation現(xiàn)場總線之類的協(xié)議或諸如DE、 BRAIN 、 Infinity或^^)北113 之類的其他數(shù)字協(xié)議在電流上疊加包括傳感器選擇 命令和數(shù)據(jù)的數(shù)字信息。對于嚴(yán)格的控制，位置信號518可以是在微處 理器內(nèi)補(bǔ)償?shù)臏囟取?br> 控制電路544提供命令輸出546，作為來自收發(fā)器510的所希望設(shè) 定點(diǎn)、位置信號518和壓力信號516的函數(shù)。換能器電路和氣動裝置548 基于控制信號546來控制壓力514。在一個實(shí)施例中，時間導(dǎo)數(shù)函數(shù)(未 示出)提供相對于控制電路544內(nèi)的控制算法的時間的速度反饋信號(壓 力信號516的導(dǎo)數(shù))。優(yōu)選地，依賴于具體的實(shí)現(xiàn)，將所述壓力信號516 用作速度反饋信號、扭矩信號或力信號。
優(yōu)選地，換能器電路和氣動裝置548使用自適應(yīng)控制算法，所述自 適應(yīng)控制算法使用諸如壓力、位置、力、封裝和底座磨損之類的可用感 測信號來精細(xì)地調(diào)諧比例-積分一微分控制特征。通常，換能器電路和氣 動裝置548接收每平方英寸(PSI) 0-200磅的氣體512的供應(yīng)，并且提 供作為來自控制電路544的控制信號546的函數(shù)的控制壓力514。感測 裝置550感測來自控制壓力514的壓力傳感器552和機(jī)械位置傳感器554 的信號，并且向所述控制電路544提供調(diào)節(jié)的壓力516和位置518的測
差壓傳感器556和與第二通路534相鄰的閥門520相連，并且適合 于感測由流過閥門520的流體引起的第二通路534內(nèi)的聲信號。具體地， 將上部壓力分接管558 (或壓力端口)和下部壓力分接管560設(shè)置在閥 門520的外殼中。可以將橫孔561設(shè)置在從面對沿閥座530的方向、從 流量限制元件562的表面延伸的可變面積流量限制元件562中。通過閥 門泄漏的流體積聚在所述流量限制元件562后面，填充橫孔561，從而 在橫孔561內(nèi)提供可由分接管560內(nèi)的傳感器測量的靜態(tài)壓力，所述分 接管560與所述橫孔561交叉。
通常，可以將感測裝置(未示出)定位于分接管558、 560內(nèi)，并 且與用于測量所述第二通路534內(nèi)的差壓的差壓傳感器556相連。在所 述第二通路534內(nèi)制造具有可變面積564的流量限制元件562，用于測量流過所述閥門520的低流體流量。
如前所述，上部分接管558測量在所述第二通路534內(nèi)流動的過程 流體的高差。下部分接管560基于橫孔561內(nèi)的流體，測量所述閥門562 的靜態(tài)壓力。當(dāng)閥門520關(guān)閉時(意味著塞528落于閥座530中)，通路 534內(nèi)的流體流開始流出。當(dāng)壓力分接管558、 560均由流體覆蓋時，所 測量的差壓不會改變(并且在每一個端口 558和560處測量的壓力基本 上相同)。然而，當(dāng)流體泄漏到上部分接管558的水平面以下時，發(fā)送器 502測量閥門520內(nèi)的流體高差。如果閥門520緊密地閉合，流體高差 繼續(xù)降低，直到流體的高度為零并且沒有額外的流體出現(xiàn)為止。此時， 與差壓測量相關(guān)聯(lián)的圖案達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)?？梢詫⑺龈卟顪y量存儲在存 儲器566中，并且可以由泄漏檢測器568用于在高差測量的低點(diǎn)與所存 儲的高差測量相比的變化超過預(yù)定限度時標(biāo)識閥門泄漏。
可以通過使用閥門控制信號546 (由箭頭570表示)來額外地增強(qiáng) 所述泄漏檢測器568。具體地，所述泄漏檢測器568可以監(jiān)測閥門控制 信號570，以檢驗(yàn)當(dāng)控制中心506要求閉合閥門時的緊密關(guān)閉。如果流 體噪聲的幅度和頻率并不表示已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了緊密的關(guān)閉條件，泄漏檢測器
568通過收發(fā)器510可以發(fā)送表示閥門520可能泄漏的診斷警告或報警。 此外，通過跟蹤閥門控制信號546、 570，泄漏檢測器568可以基于所感 測的流過閥門520的流體的聲頻率與在存儲器566中存儲的聲頻率分布， 來提供閥門位置的輔助標(biāo)記。
圖6A和6B是示出了本發(fā)明的泄漏檢測器的兩種可能實(shí)現(xiàn)的簡化方 框圖。在圖6A中，泄漏檢測系統(tǒng)600包括與傳感器604和存儲器606 相連的泄漏檢測器602。泄漏檢測器602從傳感器604接收測量信號并 且從閥門位置傳感器608接收閥門位置信號。泄漏檢測器602考慮閥門 位置傳感器608的閥門位置測量，將來自傳感器604的測量信號與來自 存儲器606的所存儲測量信號進(jìn)行比較，并且確定閥門是否泄漏。如果 來自傳感器604的測量表示流體流動，但是閥門位置傳感器608表示閥 門是打開的，則不存在泄漏。另一方面，如果閥門位置傳感器608表示 完全關(guān)閉的閥門，但是傳感器604表示流體流動，則泄漏檢測器602產(chǎn) 生表示在其輸出端上泄漏的警報610。通常，所述傳感器604可以是聲傳感器、差壓傳感器或任意其他類 型的傳感器，適用于檢測下游管道段或闊門的輔助通道中的低流體流量。
圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的泄漏檢測系統(tǒng)620的可選實(shí)施例。
所述泄漏檢測系統(tǒng)620包括與傳感器624和存儲器626相連的泄漏檢測
器622。所述傳感器624與工業(yè)過程相連，所述工業(yè)過程與閥門的輔助
通道相鄰或集成。傳感器624檢測管道部分或閥門的管腔內(nèi)的流體流，
并且泄漏檢測器將所測量的流體流與來自存儲器622的所存儲標(biāo)記圖進(jìn)
行比較。在優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)通過閥門的流體產(chǎn)生的聲標(biāo)記圖來測量
流體流。所述聲標(biāo)記圖可以落在或不落在可聽見的頻率范圍內(nèi)，但是仍 然可由具有足夠帶寬的聲傳感器或壓力傳感器檢測到，以捕獲目標(biāo)聲信號。
泄漏檢測器622利用閥門位置控制信號或檢測器觸發(fā)信號628。泄 漏檢測器628使用閥門位置控制信號(表示所希望閥門位置)來提供表 示是否實(shí)現(xiàn)所希望閥門位置的輔助標(biāo)記。具體地，所述閥門只是部分地 關(guān)閉，閥門塞的定位應(yīng)該引起聲標(biāo)記圖變化，并且所述變化應(yīng)該與所存 儲的參考聲頻率相對應(yīng)。如果所述閥門塞引起與針對所希望插頭位置的 所存儲參考頻率不同的聲頻率，泄漏檢測器622產(chǎn)生表示所述閥門處于 與所希望關(guān)閉不同的關(guān)閉的輸出。與所存儲的參考頻率的背離程度可以 提供閥門定位器超過或未達(dá)到所希望閥門位置的程度表示。
可選地，如果所述信號628是檢測器觸發(fā)信號，控制器可以通過泄 漏檢測器622發(fā)起測試。泄漏檢測器622在接收所述觸發(fā)信號628時， 輪詢傳感器624，并且將所檢索的測量信號與來自存儲器626的所存儲 測量信號進(jìn)行比較。如果這兩個信號之間的差超過了預(yù)定限度，可以在 泄漏檢測器輸出630上發(fā)出警報信號。
盡管已經(jīng)主要關(guān)于具有用于物理地定位閥門的氣動致動器的閥門 而描述了本發(fā)明，本發(fā)明也可以使用諸如電動、水壓等之類的其他致動 器。通常，本發(fā)明用于緊密關(guān)閉的應(yīng)用，例如在食品加工業(yè)，其中必須 緊密地控制對于一批產(chǎn)品的熱傳送(經(jīng)由蒸汽)或成分傳送。
如這里所使用的，術(shù)語緊密關(guān)閉指的是如下條件通過閥門的流體 流減小為零流體流量，或減小為較慢速率的流體流，使其對于批量過程沒有影響。在可選實(shí)施例中，具體地在應(yīng)用于蒸汽應(yīng)用時，可以將壓力或是聲 檢測器用溫差發(fā)送器來代替。具體地，當(dāng)閥門關(guān)閉時，管道內(nèi)的蒸汽將 冷凝并且流出到下游管道段中。如果所述蒸汽通過閥門較慢地泄漏，上 部分接管和下部分接管應(yīng)該具有較大的溫差。在一個實(shí)施例中，所述蒸 汽將迅速冷凝，并且上部溫度傳感器測量到比下部溫度傳感器低得多的 溫度?？蛇x地，所述蒸汽通過"關(guān)閉闊門"迅速地漏出，引起上部溫度 傳感器繼續(xù)測量到高溫，而下部溫度傳感器(定位于閥門底部)(在全部 液體已經(jīng)從閥門流出之后)冷卻。通常，本發(fā)明提出了一種在線檢測方法，檢測當(dāng)閥門應(yīng)該關(guān)閉時閥 門是否泄漏。此外，相對于頻率/幅度模板的變化可以提供泄漏的嚴(yán)重程 度或程度的表示。本發(fā)明還部分地對于用戶而言是簡單可實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)榘惭b不需要焊接或熱鑄(hot tapping)?？梢匀菀椎貙⑺鲩y門緊固在 閥體上?？蛇x地，具有相關(guān)傳感器的孔板(orifice plate)可以容易地 插入在閥門和下游管道段之間。此外，本發(fā)明提出了一種簡單裝置，用于簡單地通過檢測當(dāng)閥門打 開時在操作期間是否存在正常的流噪聲，來測試泄漏檢測器(聲傳感器)。 如果差壓發(fā)送器的頻率響應(yīng)足夠高，則可以將差壓發(fā)送器用作聲傳感器。 與附加閥門、管道、通風(fēng)以及用于處理需要緊密關(guān)閉的嚴(yán)格閥門的硬件 的安裝相關(guān)聯(lián)的成本相比，本發(fā)明提供了低成本的泄漏檢測方案。通常，所述電子裝置包括適用于接收壓力信號并且調(diào)節(jié)所述壓力信 號的電路和/或軟件。此外，電子裝置包括適用于識別泄漏流的不可接受 值的泄漏檢測器(或者泄漏檢測功能)。此外，所述電子裝置包括用于存 儲設(shè)定值的存儲器，并且至少提供數(shù)字處理容量。在優(yōu)選實(shí)施例中，所 述存儲器是非易失性存儲器。作為診斷，任意堵塞的流量限制幾何結(jié)構(gòu)都可以表現(xiàn)為關(guān)閉時的泄 漏條件。作為估計任意警報或警告的一部分，可以在確定閥門密封是否 需要維修之前容易地去除所述板并且檢査堵塞。在可選實(shí)施例中，可以 將錐形流量限制和壓力端口直接并入到閥體中，從而消除了對于單獨(dú)的 板的需要。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的診斷泄漏檢測器是否運(yùn)行的方法。 首先，打開閥門(步驟700)。傳感器檢測流過打開閥門的流體的打開閥門標(biāo)記圖(步驟702)。泄漏檢測器檢索所存儲的打開閥門參考標(biāo)記圖(步 驟704)并且將所測量的打開閥門標(biāo)記圖與所存儲的打開閥門標(biāo)記圖進(jìn) 行比較(706)。如果所測量的打開閥門標(biāo)記圖和所存儲的打開閥門(參 考)標(biāo)記圖之間的差超過預(yù)定限度，則產(chǎn)生表示泄漏檢測器問題的警報 (步驟708)。圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的診斷閥門故障方法的簡化流程圖。泄漏 檢測器測量閥門的聲標(biāo)記圖(步驟800)。泄漏檢測器從適用于監(jiān)測閥門 位置的例如閥門桿位置傳感器、控制電路或其他元件檢索閥門位置信息 (步驟802)。泄漏檢測器測試閥門位置信息，以察看閥門是否關(guān)閉(步 驟804)。如果閥門是關(guān)閉的，泄漏檢測器將所測量的閥門標(biāo)記圖與所存 儲的"關(guān)閉"位置處的參考標(biāo)記圖進(jìn)行比較(步驟806)。如果所測量 的閥門標(biāo)記圖表示閥門是關(guān)閉的(步驟808)，則閥門是關(guān)閉的，并且泄 漏檢測器繼續(xù)監(jiān)測所述閥門(塊810)。如果所測量的標(biāo)記圖與關(guān)閉位置 處的參考標(biāo)記圖不匹配(步驟808)，則閥門沒有關(guān)閉，并且產(chǎn)生表示泄 漏閥門的警報(步驟812)。如果閥門沒有關(guān)閉(步驟804)，將測量的閥門的聲標(biāo)記圖與所檢索 閥門位置處的所存儲參考標(biāo)記圖進(jìn)行比較(步驟814)。如果所測量的標(biāo) 記圖與閥門位置處的所存儲參考標(biāo)記圖匹配(步驟816)，泄漏檢測器繼 續(xù)監(jiān)測所述閥門(步驟810)。如果所測量的標(biāo)記圖與閥門位置處的所存 儲參考標(biāo)記圖不匹配(步驟816)，泄漏檢測器產(chǎn)生表示閥門定位器存在 問題的警報(步驟818)。在該示例中，由定位器或控制器電路監(jiān)測閥門位置，因此聲泄漏檢 測器適用于提供泄漏閥門診斷和閥門位置的輔助確認(rèn)。如果所述定位器 沒有正確地運(yùn)行，則泄漏檢測器不能夠?qū)⑺鶞y量的信號與所希望閥門位 置處的參考信號相匹配，會產(chǎn)生閥門故障(定位器故障)警報。圖9是基于所測量的聲信號來估計泄漏的泄漏閥門診斷方法的簡化 流程圖。通常，當(dāng)閥門從完全打開調(diào)節(jié)到完全關(guān)閉位置時，監(jiān)測正確運(yùn) 行的閥門，并且將與閥門的調(diào)節(jié)相關(guān)聯(lián)的聲圖案存儲在存儲器中，作為參考圖案。如這里所使用的，短語"正確運(yùn)行"指的是當(dāng)閥門完全關(guān)閉 時實(shí)現(xiàn)了緊密關(guān)閉。在操作期間，泄漏檢測器監(jiān)測閥門控制信號(步驟 900)。在接收到閥門調(diào)節(jié)控制信號時，當(dāng)將所述閥門從第一位置調(diào)節(jié)到第二位置時，泄漏檢測器監(jiān)測所述闊門的變化的聲圖案(步驟902)。所述泄漏檢測器將所測量的聲圖案與所存儲的參考圖案進(jìn)行比較(步驟904)。如果所述圖案匹配(步驟906)，則所述閥門正確運(yùn)行，并且所述 泄漏檢測器繼續(xù)監(jiān)測所述閥門(步驟908)。如果所述圖案不匹配(步驟906)，泄漏檢測器識別所測量的聲圖案 中與第二閥門位置相對應(yīng)的終點(diǎn)(步驟910)。所述泄漏檢測器計算所識 別的終點(diǎn)和所存儲的參考圖案中與第二閥門位置相對應(yīng)的點(diǎn)之間的距離 (步驟912)。距離計算是在所測量的聲圖案中已識別的終點(diǎn)與所存儲的 聲圖案中的點(diǎn)相比較時其間的差別的測量。在一個實(shí)施例中，所述距離 是作為一組變量的平方差之和的平方歐幾里德距離。然后，所述泄漏檢 測器基于所述終點(diǎn)來估計泄漏量或閥門的故障程度(步驟914)。更具體 地，泄漏檢測器適用于基于所計算的距離來估計泄漏量和閥門的故障程 度。最后，泄漏檢測器914產(chǎn)生表示閥門故障并且表示泄漏量或閥門故 障程度的警報(步驟916)。通常，在終點(diǎn)和參考圖案中的所希望點(diǎn)之間的計算距離可以提供故 障程度或泄漏程度的表示。在一個實(shí)施例中，所述距離(D)根據(jù)以下線 性等式提供對于泄漏程度的表示-E=kD其中E是泄漏或故障的程度，D是計算的距離，k是標(biāo)量(scalar)。 在該實(shí)施例中，標(biāo)量(k)可以包括與通過所述系統(tǒng)的流體流速相關(guān)聯(lián)的 因子。在批量過程中，泄漏量或故障程度可以提供是否可以補(bǔ)救所述批次 或是否必須丟棄所述批次的表示。此外，泄漏或故障程度表示與參考樣 式的背離，可以將其用于預(yù)測對于閥座的污垢、侵蝕或損壞程度，以便 警告操作者在開始新的批次之前檢査閥門，以便防止不希望的閥門故障。盡管已經(jīng)參考優(yōu)選地實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對這些實(shí)施例進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的多種改變。
權(quán)利要求
1.一種泄漏檢測系統(tǒng)，用于檢測通過設(shè)置在工業(yè)過程的上游管道和下游管道之間的關(guān)閉閥門的泄漏，所述系統(tǒng)包括可插入板，與和所述流體流共線的所述管道中的所述閥門相連；傳感器分接管，所述傳感器分接管延伸穿過所述可插入板至所述管道的管腔；以及泄漏檢測器，與所述傳感器分接管相連，并且適用于基于所測量的聲標(biāo)記圖來檢測通過所述閥門的泄漏。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述泄漏檢測器適用于基于 所測量的聲標(biāo)記圖和所存儲的參考標(biāo)記圖之間的差，來識別泄漏。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述泄漏檢測器適用于如果 所測量的聲標(biāo)記圖與所存儲的聲標(biāo)記圖的差超過預(yù)定限度，向控制中心 產(chǎn)生警報信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述泄漏檢測器適用于基于 超過預(yù)定噪聲限度的背景過程噪聲的幅度和/或頻率的變化，來檢測工業(yè) 過程的固定裝置中的問題。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述泄漏檢測器適用于基于 所測量的聲標(biāo)記圖相對于所存儲的聲標(biāo)記圖之間的差的幅度，來預(yù)測通 過所述閥門的泄漏程度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所測量的聲信號包括頻率和 幅度圖案，并且其中所述泄漏檢測器適用于基于所述頻率和幅度圖案與 所存儲的參考圖案之間的差，來估計已經(jīng)泄漏通過所述閥門的流體量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，基于相對于所存儲的參考 圖案上的對應(yīng)點(diǎn)的所述頻率和幅度圖案的終點(diǎn)，來估計泄漏量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述可插入板提供可變面積 的通道。
9. 一種聲泄漏檢測系統(tǒng)，用于檢測通過工業(yè)過程的閥門的流體泄 漏，所述閥門具有與下游通道相連的上游通道和閥門關(guān)閉元件，所述閥門關(guān)閉元件適用于選擇性地關(guān)閉通過所述閥門的流體流，所述閥門具有 延伸到與所述下游通道相鄰的閥門中的一個或更多個傳感器分接管，所 述系統(tǒng)包括泄漏檢測器，與所述一個或更多個傳感器分接管相連，并且適用于 基于所測量的聲信號來檢測通過所述閥門的泄漏。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述泄漏檢測器還包括 可變面積流量區(qū)域，設(shè)置為與所述下游通道中的閥門關(guān)閉元件相鄰，以從所述閥門關(guān)閉元件漏出積聚的流體，所述可變面積流量區(qū)域適 用于使得所述泄漏檢測器對于與泄漏相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)生低流體流量的頻率敏 感。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述一個或更多個傳感器分接管之一延伸進(jìn)入與所述可變流量區(qū)域相鄰的闊門中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述泄漏檢測器包括 聲發(fā)送器，適用于檢測來自流過所述閥門的流體的聲信號；以及 電路，適用于基于所述聲信號和所存儲的參考信號之間的差來檢測通過所述閥門的泄漏。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述泄漏檢測器包括 差壓發(fā)送器，與所述一個或更多個傳感器分接管相連，所述傳感器分接管具有足夠的帶寬以捕獲與流過所述閥門的流體相關(guān)聯(lián)的差分聲信 號。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述泄漏檢測器還包括存儲器，適用于存儲正確運(yùn)行的閥門的參考聲圖案。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述泄漏檢測器包括電路，適用于如果所測量的聲信號和所存儲的參考信號之間的差超 過預(yù)定限度，向控制中心產(chǎn)生診斷信號。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述泄漏檢測器適用于基于 所測量的聲信號和所存儲的參考信號之間的差，來估計通過所述閥門的 泄漏量。
17. —種泄漏檢測系統(tǒng)，用于檢測通過設(shè)置在工業(yè)過程的上游管道 和下游管道之間的閥門組件的關(guān)閉閥門元件的泄漏，所述系統(tǒng)包括第一傳感器，設(shè)置在從所述關(guān)閉閥門元件下游的所述閥門組件的上 部中，并且適用于測量下游部分中的壓力；流量限制元件，所述流量限制元件設(shè)置在所述關(guān)閉閥門下游的所述閥門組件的底部中；橫孔，暴露于所述流體流，并且從所述關(guān)閉閥門的方向延伸到所述 流量限制元件中不超過所述流量限制元件的總寬；第二傳感器，設(shè)置在所述閥門組件的下部中并且與所述橫孔相連， 所述第二傳感器適用于測量所述下游部分中的靜態(tài)壓力;以及泄漏檢測器，與所述第一和第二傳感器相連，并且適用于基于差分 標(biāo)記圖來檢測通過所述關(guān)閉閥門的泄漏。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的泄漏檢測系統(tǒng)，其中所述流量限制元件 包括可變面積流量通道，用于將低流體流量從所述關(guān)閉閥門元件引導(dǎo)至 所述下游管道。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的泄漏檢測系統(tǒng)，其中所述流量限制元件 和所述第一和第二傳感器沿與流體流方向大致橫向的軸線大致軸向?qū)?齊。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的泄漏檢測系統(tǒng)，其中所述第一傳感器和 所述第二傳感器包括壓力傳感器，所述差分標(biāo)記圖包括差分壓力標(biāo)記圖。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的泄漏檢測系統(tǒng)，其中所述第一傳感器和 所述第二傳感器包括壓力傳感器，所述壓力傳感器適用于測量在所述下 游部分中的頻率范圍中的壓力信號，并且其中所述差分標(biāo)記圖包括差分 聲標(biāo)記圖。
22. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的泄漏檢測系統(tǒng)，其中所述閥門組件包括 閥門元件，包括外殼，所述外殼連接在上游和下游管道部分之間，并且限定了所述上游和下游管道部分之間的流體通道，所述閥門元件包 括適用于密封地關(guān)閉所述流體通道的閥門關(guān)閉元件；以及板，與和所述流體流共線的流體通道相連，并且位于所述閥門元件 和所述下游管道部分之間，所述板在所述可插入板的下部上具有可變流 量區(qū)域，所述可變流量區(qū)域適用于引導(dǎo)在所述關(guān)閉閥門和所述下游管道之間的低流體流量；其中所述第一和第二傳感器、所述流量限制區(qū)域和橫孔設(shè)置在所述 板中。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的泄漏檢測器，其中所述板包括 上部和下部壓力分接管，設(shè)置在所述板中，并且適用于分別容納所述第一和所述第二壓力傳感器，所述下部壓力分接管延伸到所述板中至 所述橫孔。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的泄漏檢測器，所述板的所述可變流量區(qū) 域包括與所述板內(nèi)壁的下表面一體形成的平坦區(qū)域。
全文摘要
描述了一種泄漏檢測系統(tǒng)，用于檢測通過設(shè)置在工業(yè)過程的上游管道和下游管道之間的關(guān)閉閥門的泄漏?？刹迦氚?302)與和所述流體流共線的管道中的所述閥門相連。傳感器(316)連接所述流體并且提供標(biāo)記圖輸出。泄漏檢測器(324)與所述傳感器(16)相連，并且適用于基于所述標(biāo)記圖輸出檢測通過所述閥門的泄漏。
文檔編號G01M3/28GK101278180SQ200680036037
公開日2008年10月1日 申請日期2006年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者格雷戈里·C·布朗 申請人:羅斯蒙德公司