使用电子阀致动器诊断阀的装置的制造方法

文档序号:10126852阅读:321来源:国知局
使用电子阀致动器诊断阀的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开一般地涉及致动器,更具体地,涉及使用电子阀致动器诊断阀的装置。
【背景技术】
[0002]控制阀(例如,滑动阀杆阀)通常被用于过程控制系统中以控制过程流体的流动。控制阀典型地包括使该控制阀的操作自动化的致动器(例如,电子致动器,液压致动器等)。电子致动器经常使用经由驱动系统(例如,一个或多个传动装置)可操作地耦接至流体控制元件的电动机。在操作期间,当电功率被提供给电动机时,电子致动器在关闭位置和打开位置之间移动流体控制元件,以调节流过阀的流体。当阀被关闭时,流体控制元件典型地被配置为密封地接合布置在流动路径内的环形的或圆周形的密封件(例如,阀座),以阻止在阀的入口和出口之间的流体流动。随着时间的推移以及重复的使用,阀元件和/或致动器元件可能磨损,导致各种形式的故障(例如,阀内件故障、填料故障、传动结构磨损等),这可能减少致动器控制阀和/或阀达到紧密密封以阻止泄露的可靠性。
【实用新型内容】
[0003]为了解决现有技术中存在的随着时间的推移以及重复的使用,阀元件和/或致动器元件可能磨损,导致各种形式的故障,从而减少致动器控制阀和/或阀达到紧密密封以阻止泄露的可靠性的问题,本实用新型公开了使用电子阀致动器诊断阀的装置。示例性装置包括:电动机,用于致动阀;旋转传感器,用于监测与所述电动机相关联的驱动轴的转动,以确定所述驱动轴移动的距离;以及阀位置传感器,用于监测所述阀的流体控制元件的位置。示例性电子阀致动器还包括处理器,用于基于来自所述旋转传感器和所述阀位置传感器的反馈生成警报,所述警报与所述阀的故障相关联。
[0004]在一个实施例中,所述处理器用于计算当所述阀完全关闭时测量到的所述流体控制元件的位置与参考位置之间的差值,并且基于所述差值,生成所述警报以指示阀内件的故障。
[0005]在另一个实施例中,当所述阀完全关闭时测量到的所述流体控制元件的所述位置基于所述阀位置传感器检测所述流体控制元件何时停止运动来确定。
[0006]在另一个实施例中,当所述阀完全关闭时测量到的所述流体控制元件的所述位置基于当关闭所述阀时在所述电动机停止转动之前所述旋转传感器检测所述驱动轴移动的所述距离来确定。
[0007]在另一个实施例中,还包括电流传感器,用于当所述电动机正移动所述流体控制元件时,监测所述电动机引出的电流,所述处理器用于将所述电动机引出的所述电流与参考电流进行比较,并且基于所述比较生成所述警报。
[0008]在另一个实施例中,当所述电动机引出的所述电流高于所述参考电流至少第一阈值时,所述警报用于指示填料磨损、填料失调或过度阀内件摩擦中的至少一种,并且其中当所述电动机引出的所述电流低于所述参考电流至少第二阈值时,所述警报用于指示低填料负载。
[0009]在另一个实施例中,当所述电动机引出的所述电流的峰值与所述参考电流的峰值之间的差值超过一个阈值时,所述警报用于指示阀内件故障。
[0010]在另一个实施例中,还包括内部负载弹簧,用于当至所述电子阀致动器的电功率被移除时,偏置所述阀,当所述驱动轴移过对应于当所述阀关闭时所述阀的所述位置的位置时,所述内部负载弹簧被加载。
[0011]在另一个实施例中,所述处理器用于当所述电动机停止转动时,经由所述旋转传感器确定所述驱动轴移动的所述距离,并且当所述电动机停止转动时所述驱动轴移动的所述距离与参考距离之间的距离超过一个阈值时,所述警报用于指示弹簧故障或阀内件故障中的至少一种。
[0012]在另一个实施例中,所述处理器用于:在所述阀的一系列连续的冲程期间,监测所述驱动轴移动的所述距离与所述参考距离之间的差值;基于所述差值的变化率,生成所述警报,以指示所述弹簧故障或所述阀内件故障中的一种。
[0013]在另一个实施例中,还包括电流传感器,用于当所述电动机正加载所述内部负载弹簧时,监测所述电动机引出的电流,所述处理器用于如果所述电动机引出的所述电流与参考电流之间的差值超过一个阈值,则生成所述警报以指示弹簧故障。
[0014]本实用新型的各实施例的装置能够增加致动器控制阀和/或阀达到紧密密封以阻止泄露的可靠性。
【附图说明】
[0015]图1为根据此处公开的教导构建的示例性电子阀致动器的示意图;
[0016]图2为表示图1的操作阀的示例性致动器的驱动轴的示例性移动跨度的图;
[0017]图3为未加压的阀被打开和关闭时的示例性参考电流轮廓;
[0018]图4为加压的阀被打开和关闭时的示例性参考电流轮廓;
[0019]图5为与图3和图4的示例性参考轮廓进行比较的、显示潜在故障的阀的示例性测量到的电流轮廓;
[0020]图6-7为表示用于实现图1的示例性致动器的示例性过程的流程图;
[0021]图8为示例性处理器平台的示意图,该处理器平台可以被用于和/或编程为执行图6-7的示例性过程,和/或更一般地,实现图1的示例性致动器。
【具体实施方式】
[0022]电子阀致动器是关闭阀的有效方式。然而,当电动机停止时(例如,不再施加电功率),阀可能打开,特别地,当阀堵塞高压流体时,由于过程流体推加在阀上的力,阀可能打开。在一些实例中,提供给电子阀致动器的功率从不被关掉,从而使得致动器内的电动机能够维持阀内的紧密密封。但是,这种方式低效且昂贵,因为其消耗大量功率。作为一个替代,一些电子阀致动器甚至在电动机停止之后,使用弹簧,例如贝式弹簧(Belleville spring)或贝式垫圈(Belleville washer),来帮助在阀座上施加压力以确保阀被适当地关闭,如2013年4月2日授权的Schade等人的美国专利8,408,518中所描述的,在此作为一个整体并入作为参考。当使用这种内部偏置的致动器关闭阀时,一旦阀杆被定位至0%的位置(例如,完全关闭的位置),电动机继续驱动阀杆。然而,在该点,阀的位置不再变化(因为阀塞已经接合阀座),但是电动机继续促使弹簧至完全压缩,由此在功率被从致动器移除之前,加载弹簧。
[0023]尽管如上所描述的,以内部负载弹簧偏置的电子阀致动器能够使得提供至致动器的功率被关断,但是电子阀致动器仍旧出现诊断阀本身及其对应的致动器的潜在故障的挑战。进一步地,使用内部负载弹簧提供了潜在的故障的额外来源,其可能混淆对阀内故障的适当诊断。特别地,阀内的故障可以包括:(1)由阀塞和阀座的密封表面的腐蚀和磨损引起的阀内件故障,这导致阀不能达到其预期的关断能力;(2)过度阀内件摩擦,这降低了阀的反应灵敏度并且可能增加致动器上的压力;(3)导致阀内增加的摩擦的填料故障,来自于填料的磨损、不兼容的材料或填料的失调;(4)导致泄漏(以及减少的摩擦)的填料故障,来自于低填料负载或来自于填料被挤压出。如上所指出的,除了阀故障之外,有可能致动器的内部负载弹簧要么由于失去其弹性和/或要么由于被破坏也发生故障。进一步地,致动器的传动机构可能随着时间的推移而磨损,导致对阀的运动的控制精确度降低。
[0024]此处描述的教导提供了通过识别此处描述的一个或多个潜在故障模式的可能性来克服上述挑战的方式。此外,此处描述的装置和方法提供了辨别各种故障模式的方式,以识别故障最可能的原因从而更好地辅助维护人员解决该故障。
[0025]图1为根据此处公开的教导构建的示例性电子阀致动器100的示意图。在示出的实施例中,示例性致动器100从外部功率源102处接收功率,以操作和监测控制阀104。在不出的实施例中,致动器100包括处理器或微控制器106,电动机驱动器108,电动机110,一个或多个旋转传感器112,方向传感器114,阀位置传感器116,电流传感器118,电压传感器120,温度传感器122和通信接口 124。
[0026]在示出的实施例中,微控制器106接收来自传感器112,114,116,118,120,122中的一个或多个传感器的信息和/或经由通信接口 124接收外部信息,以监测和/或控制阀104。在一些实施例中,基于接收到的信息,微控制器106经由电动机驱动器108控制电动机110以在阀104内移动流体控制元件。在一些实施例中,阀104是滑动阀杆阀。在一些实施例中,电动机110经由将电动机110的旋转运动转换成驱动轴的直线运动的传动装置可操作地耦接至驱动轴。在该些实施例中,驱动轴耦接至阀104的阀杆,从而使得电动机110的运动转化成流体控制元件的运动。在其他实施例中,阀104是旋转阀,从而传动装置将电动机110的旋转运动转换成驱动轴的旋转运动,用于相应地旋转親接至阀盘或其他阀元件的阀轴以打开和关闭阀。因此,尽管此处公开的教导主要结合滑动阀杆阀进行描述,但是这些教导也可以应用于旋转阀。
[0027]在一些实施例中,传动装置和电动机110的驱动轴以严格的公差水平进行制造,以精确地控制驱动轴在线性方向移动驱动轴相应的旋转数目的距离。在一些实施例中,致动器100包括旋转传感器112,用于监测驱动轴的旋转。在一些实施例中,旋转传感器112实现为非接触传感器,例如,譬如霍尔效应传感器,光学编码器等。特别地,在旋转传感器112包括霍尔效应传感器的一些实施例中,电动机110的驱动轴包括围绕轴的圆周分布的一个或多个磁体。当每个磁体经过旋转传感器112时,产生一个指示驱动轴的旋转的信号或脉冲。旋转传感器112的数目以及围绕驱动轴分布的磁体的数目确定监测驱动轴的运动(以及阀104内相应的流体控制元件)的分辨率。例如,在一些实施例中,致动器100包括3个旋转传感器,以及驱动轴包括10个磁体。在该些实施例中,轴的一个全程旋转对应于从旋转传感器112处接收到30(3X10)个脉冲。假设驱动轴的一个全程旋转对应于驱动轴线性运动0.3英寸,示例性致动器100能够控制或监测阀104内的流体控制元件在0.01英寸(0.3英寸/旋转+30脉冲/旋转)内的运动。进一步地,电动机110的速度也能够基于脉冲被接收到的速率(基于磁体经过旋转传感器112)来监测。附加地或替换地,在一些实施例中,旋转传感器112可以被定位为在电动机110的传动装置内的其他位置检测相应的磁体。在该些实施例中,驱动轴移动的相应距离以上述描述的相同方式来确定,除了要考虑任何齿轮齿数比。进一步地,示例性致动器100包括方向传感器114,用于检测驱动轴旋转的方向,由此指示驱动轴移动的方向并且因此指示阀104内的流体控制元件正在运动的方向。
[0028]如上所述,通过经由旋转传感器112监测电动机110的驱动轴移动的距离(和方向),能够推断阀104的位置(也即,阀104内流体控制元件的位置)。例如,能够基于当电动机110将流体控制元件从参考位置移动到关注的位置时接收到的脉冲的数目来推断阀104的位置。在一些实施例中,参考位置对应于阀104在完全打开的位置。在该些实施例中,当驱动轴从完全打开的位置关闭阀104时经由旋转传感器112接收到的脉冲的数目能够被用于确定驱动轴移动的距离,并且由此确定阀104的流体控制元件已经运动到关闭的距离。类似地,在一些实施例中,参考位置对应于电动机110停止转动与此同时将流体控制元件移动到关闭位置时该电动机110的位置。在一些实施例中,当阀104到达完全关闭的位置时电动机110停止转动,因为当阀塞遇到阀座时导致机械的停止。在该些实施例中,通过基于当阀104从完全关闭的位置打开时经由旋转传感器112接收到的脉冲的数目确定驱动轴从电动机停止转动的位置所移动的距离,能够推断流体控制元件的位置。
[0029]在其他例子中,致动器100包括内部负载弹簧或偏置元件,用于当功率从示例性致动器100移除时偏置阀104。在一些实施例中,内部负载弹簧包括贝式弹簧或贝式垫圈。在一些这样的实施例中,电动机110的驱动轴移动阀104内的流
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