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CN101749303A - 确定阀门机械的磨损状态的方法及阀门装置 - Google Patents

确定阀门机械的磨损状态的方法及阀门装置 Download PDF

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CN101749303A CN200910258349A CN200910258349A CN101749303A CN 101749303 A CN101749303 A CN 101749303A CN 200910258349 A CN200910258349 A CN 200910258349A CN 200910258349 A CN200910258349 A CN 200910258349A CN 101749303 A CN101749303 A CN 101749303A
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Abstract

用于以传感方式确定用于控制流过管路(1)的处理介质流的阀门装置的工作状态的方法，其轴向可移动地设置在阀壳(2)内的阀门单元(4)通过施加控制压力经由气动的调节驱动装置(10)而运动，其中为了确定运动期间的滑动摩擦力对控制压力进行测量和分析，其中阀门单元(4)至少在往复路径的一部分区域上以恒定的速度移动，速度值通过位置传感器件(7)来测量以进行信号处理，其中同时通过压力传感器件(6)测量当前施加的控制压力以进行信号处理，此后通过电子的分析单元(8)根据这两个测量值，由与在阀门单元(4)的恒定速度下所施加的控制压力成正比表示的驱动力确定阀门单元(4)的当前滑动摩擦力作为磨损状态的量度。

Description

确定阀门机械的磨损状态的方法及阀门装置
技术领域
本发明涉及一种以传感方式确定用于控制处理介质流的阀门装置的工作状态的方法，其轴向可移动地设置在阀壳内的阀门单元通过施加控制压力而被气动的调节驱动装置所移动，其中为了确定移动期间的摩擦力，对控制压力进行测量和分析。另外本发明还涉及一种阀门装置，其具有用于实施上述方法的电子装置。
背景技术
在本公开中使用的概念“定位调节器”支持机电系统，该机电系统根据一个或多个输入信号来控制气动调节驱动装置的辅助能源，以便使阀门单元进入特定的位置。为了实现功能，定位调节需要处于压力下的气体、通常是压缩空气作为辅助能源，而且还需要电能。
现有技术中众所周知的用于操作处理阀的气动位置调节器至少具有在后面还要详细描述的核心组件。利用气动系统，根据一个或多个输入信号，简单工作或双重工作的气动调节驱动装置的驱动室被有目的地充气和排气。气动系统通常由辅助能源导管、一个或多个前导阀装置以及引至驱动室以控制驱动室的充气和/或排气的控制压力导管组成。借助位置传感器作为调节反馈传感器，阀门单元的运动和位置作为一个或多个信号来表示。此外还具有控制电子器件，其具有微控制器，并接收一个或多个输入信号。该控制电子器件内的固件将输入信号和位置传感器的信号处理成输出信号，作为气动调节驱动装置的输入信号。
位置调节器的固件实现了对所接入的气动调节驱动装置的动态特性进行分析的功能。在开始运转的时候，在初始化过程期间，在阀门单元的调节区域内通过一次，并记录调节区域的起始值和最终值。
调节驱动装置在翻转驱动和往复驱动情况下是有区别的。在往复驱动的情况下，调节驱动装置的从动轴的线性运动直接传递到线性操作的调节机构。与此相反，在翻转驱动的情况下，调节驱动装置的从动轴的线性运动利用适当的手段被转换成旋转运动。
气动调节驱动装置和位置调节器借助扩展组件相连接。所述扩展组件包括将调节驱动装置相对于调节反馈传感器的运动和位置传递给位置调节器的组件。
当处理阀工作时针对上述目的是存在缺点的，即单个阀门的先前未预见的故障也可能会对整个生产技术设备等造成不利影响。在极端情况下，整个设备会彻底停止运行。为克服这一问题，已经试图在经过一段估计的阀门机械停机时间后进行预先准备的更换。然而，在这种方法中，更换往往是在实际磨损极限之前很久就已经完成，因为在估计的停机时间与实际停机时间之间有很大的偏差。
由EP0739503B1给出一种带有位置调节器的阀门装置，所述位置调节器另外还包括用于监控工作状态的诊断装置。在这里作为用于阀座的关闭体的阀门单元的定位调节器按照从外部预先给定的电调节信号来工作。在定位调节器内部，通过相应的传感器件来测量阀门单元的当前干扰，其影响进出驱动室的控制压力，从而使阀门单元进入所希望的位置。控制压力由外部的控制压力轴提供，并由内部的前导阀装置分别按照驱动室的调节信号来传导，或者开始令驱动室排气，以使阀门单元在正确的方向上运动。其中运动通过集成的复位弹簧来进行。
由于通常具有很小的零件尺寸和很高的开关频率，前导阀装置的阀门机械通常相对于磨损所造成的污损特别敏感，这种污损尤其是可能通过压缩空气进入到灵敏的前导阀装置的区域内。前导阀装置的故障导致气动系统的缺陷，这可能会使得整个阀门装置停机。除了污损之外，还可以避免尤其是在气动阀门和与之相连的执行单元之间的气压导管区域内的泄漏。
由WO2005/109140A1给出了一种用于监控阀门装置工作状态的电子分析单元。为此测量气动阀门的阀门单元前面和后面的压力。此外，阀门单元的开口横截面通过位置传感器来确定。利用这些数据计算出经过前导阀的气体流量。通过在实际工作条件下分析气体流量，可以得出关于气动阀门工作状态的结论。从而可以获得关于正常工作状态或故障状态的指示，从而及时采取维护措施。
这种用于诊断工作状态的电子分析单元的缺点是具有很高的传感技术开销。由于需要不同的压力传感器和附加传感器，必须有关于气动系统的粗略信息，以便能够确定系统内的故障功能。
除此之外，由普遍的现有技术出发，还有这样的解决方案：其中为了确定阀门单元运动期间的滑动摩擦力，以传感技术方式确定并分析当前施加到阀门单元上的控制压力。由于在恒定的控制活塞直径下控制压力与阀门单元的驱动力成正比，可以根据测得的压力值确定使得阀门单元运动所需的驱动力。如果在气动阀门工作时间过程中驱动力上升，则这意味着磨损增大。
发明内容
本发明的任务是由此出发进一步改进基于分析所出现的滑动摩擦力以传感技术方式确定阀门机械的工作状态的方法，通过考虑有说服力的测量值，能够得到对于阀门单元的当前滑动摩擦力的尽可能精确的结论。
该任务由权利要求1的前序部分所述方法出发，结合其特征部分所述的特征来解决。后面的从属权利要求进一步给出了本发明具有优点的改进方案。对于气动阀门，该任务通过权利要求7来解决。
本发明给出了以下方法技术指导：阀门单元至少在往复路径的一部分区域上以恒定的速度移动，速度值通过位置传感器件来测量以进行信号处理，其中同时通过压力传感器件测量当前施加的控制压力以进行信号处理，此后通过电子分析单元根据这两个测量值，由与在阀门单元的恒定速度下所施加的控制压力成正比表示的驱动力确定阀门单元的当前滑动摩擦力作为磨损状态的量度。
本发明所述解决方案的优点尤其是在于：通过测量阀门单元位置的位置传感器件与获取控制压力的压力传感器件的特定组合，不是能更为精确地确定滑动摩擦力值，而是通过与历史上的滑动摩擦力进行比较从而得到关于所发生的磨损的结论。由于位置传感器件为确定仅在阀门单元的恒定速度下使阀门单元运动所需的控制压力而进行辅助调节，进一步排除了测量值有误的干扰影响。因为具有恒定速度的运动阶段通过气动阀门内的压力变换或者通过由静摩擦力所引起的干扰影响得以消除。
优选的是，为了确定磨损状态，由所述分析单元对相同速度测量值下相互以一定时间间隔进行的至少两次测量的压力测量值进行比较。由相应的压力测量值计算出摩擦参数，并通过比较可以确定这些摩擦参数是否变差，如果变差则意味着发生磨损。这里的时间间隔应当选择为通过测量能够获知显著的改变。根据开关的频繁程度，这可能在几天内实现。然而，作为对此的替代，也可以在不同的速度测量值下获取与之相应的压力测量值，其中根据分别得到的数值对，可以在考虑速度差的情况下计算出摩擦参数。
优选的是，作为本发明所述方法的起始条件，只有当阀门单元克服了相应的静摩擦力从静止位置出发稳定地以恒定速度向前运动时，才对这两个测量值进行检测。由此可以可靠地排除初始静摩擦力对阀门单元速度变化的影响。
特别是在弹力复位的阀门单元的情况下，建议以复位弹簧的弹力影响对根据测得的控制压力所导出的驱动力加以校正。在这种状况下，本发明所述方法也可以在借助复位弹簧简单作用的调节驱动情况下应用。
所述分析单元最好是通过与经由压力测量值所考量的驱动力成简化的正比数学关系来确定当前的滑动摩擦力值。这种简单的措施可以通过为使阀门单元在相位恒定的速度下运动所施加的驱动力与当前滑动摩擦力的直接关联而得以应用。
对于装配有先前所述的用于确定滑动摩擦力的装置的气动调节驱动装置而言，建议将为此所需的位置传感器件和压力传感器件直接集成到一个输送控制压力的前导阀中。其中可以使用用于确定驱动室的端侧末端与控制活塞的工作面之间的轴向间距的间距测量装置作为位置传感器件。可以使用测量驱动室内压力的常规压力传感器作为压力传感器件。
根据本发明所述的一种在实现阀门单元的尽可能恒定的速度方面得到改进的措施，建议控制电子器件根据由位置传感器件所确定的位置信号的时间变化计算出当前的速度，并通过改变控制压力而使其保持恒定。由此，可以通过简单的方式控制阀门单元的速度。
作为对此的替代，为了实现阀门单元的恒定速度，为施加控制压力而置入的前导阀也可以按照具有恒定额定值预设的I/P转换器类型而构造。通过可经由I/P转换器实现的恒定压力，可以产生恒定的驱动力，恒定的驱动力至少在调节单元的部分往复路径上使调节单元以恒定的速度运动。I/P转换器被控制以提供恒定的质流或恒定的压差，由其得到所希望的恒定的阀门单元速度。
但是也可以考虑完全省去用于产生恒定速度的主动构件，使得在随机校准并可由位置传感器件检测到的恒定的阀门单元的速度下，可通过压力传感器件对此时所施加的控制压力进行测量。但此时必须避免把所希望的运动速度强加给阀门单元。
附图说明
下面借助附图结合对本发明的优选实施例的说明详细描述本发明的其它改进措施。如图所示：
图1阀门装置的示意图，其集成有用于测量和分析控制压力以得到关于阀门机械磨损状态的结论的装置，以及
图2示出了用于以传感方式确定阀门机械的工作状态的方法步骤的流程图。
具体实施方式
根据图1，在一个处理阀的连接到管路1上的阀壳2内设置了一个可轴向移动的阀门单元4，它与阀座3共同作用。该阀门单元4通过端侧的控制活塞，经由在调节驱动装置10上施加控制压力而被操作。
调节驱动装置10的复位通过设置在调节驱动装置10内的复位弹簧5来实现。
为了确定阀门单元4运动期间的滑动摩擦力，设置了压力传感器件6，它被集成在位置调节器11的区域内，并测量驱动室内的压力。此外，在阀门单元4的区域内还设置了位置传感器件7，该位置传感器件确定阀门单元4的当前位置。利用所述位置传感器件7监控在哪些部分区域内所述阀门单元4以恒定的速度运动。在该部分区域内，通过压力传感器件6检测调节驱动装置10的当前所施加的控制压力。根据这两个测量值，连接在后面的分析单元8由测得的压力值计算出在运动阶段产生恒定速度的驱动力，所测得的压力值与阀门单元4的当前滑动摩擦力成正比关系。通过这种方式，可以确定滑动摩擦力作为磨损状态的量度。
为了识别出所发生的磨损，在特定速度下所施加的控制压力的先前确定的测量值被存储在与分析单元8相连的电子存储器9中。
根据图2，在步骤(a)阀门单元开始运动，在步骤(b)达到恒定的速度，通过控制压力的影响使速度保持恒定，在步骤(c)以传感技术方式测量该速度以及在恒定速度下相应的控制压力。在弹力复位的气动阀门单元的情况下，接着在步骤(d)对测得的压力值针对弹力进行校正，以得到用于阀门单元的驱动力。基于这些数据，在步骤(e)针对测得的速度确定与之成正比关系的滑动摩擦力，紧接着在步骤(f)进行存储，以对历史数据进行汇总。由此可以与同一速度下的历史测量数据进行比较，以识别出数据变化，该数据变化在滑动摩擦力增大时给出关于阀门机械的所发生的磨损的指示(g)。
附图标记列表
1管路
2阀壳
3阀座
4阀门单元
5复位弹簧
6压力传感器件
7位置传感器件
8分析单元
9存储器
10气动调节驱动装置
11位置调节器
12压力介质导管

Claims (12)

1.一种用于以传感方式确定用于控制流过管路(1)的处理介质流的阀门装置的工作状态的方法，其中轴向可移动地设置在阀壳(2)内的阀门单元(4)通过施加控制压力而经由气动调节驱动装置(10)被移动，其中为了确定运动期间的滑动摩擦力对控制压力进行测量和分析，其特征在于，
阀门单元(4)至少在往复路径的部分区域上以恒定的速度移动，速度值通过位置传感器件(7)来测量以进行信号处理，其中同时通过压力传感器件(6)测量当前施加的控制压力以进行信号处理，此后通过电子的分析单元(8)根据这两个测量值，由与在阀门单元(4)的恒定速度下所施加的控制压力成正比表示的驱动力确定阀门单元(4)的当前滑动摩擦力作为磨损状态的量度。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，为了确定磨损状态，由所述分析单元(8)对相同速度测量值下相互以一定时间间隔进行的至少两次测量的压力测量值进行比较，其中由相应的压力测量值计算出摩擦参数。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，为了确定磨损状态，由所述分析单元(8)对分别相应的不同速度测量值下相互以一定时间间隔进行的至少两次测量的压力测量值进行比较，其中由相应的数值对计算出摩擦参数。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，作为起始条件，只有当阀门单元(4)克服了相应的静摩擦力从静止位置出发稳定地以恒定速度运动时，才对这两个测量值进行检测。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，在弹力复位的阀门单元(4)的情况下，针对复位弹簧(5)的弹力影响对根据测得的控制压力所导出的驱动力加以校正。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，为了确定当前的滑动摩擦力，由所述分析单元(8)将驱动力设定为与之成正比。
7.一种用于控制流过管路(1)的处理介质流的阀门装置，具有气动的调节驱动装置(10)，用于通过施加控制压力使轴向可移动地设置在阀壳(2)内的阀门单元(4)运动，其中为了确定运动期间的摩擦力，设置有用于测量和分析控制压力的装置，其特征在于，
阀门单元(4)至少在往复路径的部分区域上以恒定的速度移动，位置传感器件(7)测量速度值以进行信号处理，其中同时压力传感器件(6)测量当前施加的控制压力以进行信号处理，此后电子的分析单元(8)根据这两个测量值，通过计算与在阀门单元(4)的恒定速度下所施加的控制压力成正比表示的驱动力确定阀门单元(4)的当前滑动摩擦力作为磨损状态的量度。
8.根据权利要求7的阀门装置，其特征在于，所述位置传感器件(7)和压力传感器件(6)被集成在输送控制压力的位置调节器(11)中。
9.根据权利要求7的阀门装置，其特征在于，为了实现阀门单元(4)的恒定速度，分析单元(8)根据由位置传感器件(7)所确定的位置信号的时间变化计算出当前的速度，并通过控制压力的改变使当前的速度保持恒定。
10.根据权利要求7或8的阀门装置，其特征在于，为了实现阀门单元(4)的恒定速度，为施加控制压力而置入的至少一个前导阀按照具有恒定的额定值预设的I/P转换器的类型而构造。
11.根据权利要求7的阀门装置，其特征在于，只有在随机校准并由位置传感器件(7)检测到的恒定的阀门单元(4)的速度下，通过压力传感器件(6)对此时所施加的控制压力进行测量。
12.根据权利要求7的阀门装置，其特征在于，所述调节驱动装置(10)在一侧能够通过压力介质导管(12)进气，并从另一端侧出发持续地从复位弹簧(5)进气。
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