CN107941482B - 故障检测阀装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有压力控制阀的阀装置，特别是诸如热交换器阀装置，所述压力控制阀包括与节流元件协作并控制压差的阀元件。此外，本发明涉及一种用于对阀装置进行功能检查的方法，其中传感器测量阀元件的位置，并且将测量位置与期望位置进行比较，以给出阀装置是否根据预期工作的指示。

Description

故障检测阀装置

技术领域

本发明涉及一种具有压力控制阀的阀装置，特别是诸如热交换器阀装置，所述压力控制阀包括与节流元件协作并控制压差的阀元件。此外，本发明涉及一种用于对阀装置进行功能或诊断性检查的方法。

背景技术

在加热系统中，流量可以由流量控制器(例如阀)控制，其中这些阀可以是独立于压力的阀，从而提高系统的效率。

然而，这种阀的操作可能受到各种原因的影响，例如工作流体中的已经沉没在阀中的碎屑等，部分地堵塞阀。这将导致诸如加热系统的降低的效率，而且导致实际操作与期望不符的不可预测的阀。

本发明引入了帮助监测阀的操作变化的装置，从而检测其功能中的故障或仅仅改变。

发明内容

因此，本发明引入了一种测量阀装置的功能的方法，该阀装置包括压力控制阀，压力控制阀包括与节流元件协作并控制压差的阀元件，该方法将压力控制阀暴露于在测试范围中的多个流量，并且针对每个流量来测量阀元件相对于节流元件的位置，将测量阀元件位置数据与期望数据进行比较，并且使用可能的偏差来识别阀装置未根据期望工作。

如果膜不会因其上的压差的变化而发生偏转，则这可能是阀装置中的故障的指示。

在一个实施例中，该方法包括将流量从所述测试范围的第一极限流量改变成第二极限流量，并且随后从所述第二极限流量改变成所述第一极限流量，并且针对每个流量来测量阀元件相对于节流元件的位置，测量数据因此形成测量滞后作用，该方法包括将该测量滞后作用与期望的标准滞后作用进行比较，并使用可能的偏差来识别阀装置未根据期望工作。

在一个实施例中，所述流量由包括流量控制阀元件和阀座的流量控制阀调节，并且其中所述测试范围第一极限对应于第一打开位置，并且所述第二极限对应于流量控制阀元件相对于节流元件的位置的第二打开位置。

在一个实施例中，流量控制阀元件保持在每个位置足够长的时间，以使压力控制阀调节从而在控制阀上获得恒定的δ压力dP。

在一个实施例中，当流量改变时流量控制阀元件相对于节流元件变得基本稳定的时间被用作检测阀装置未根据期望工作的参数。

如果阀元件使用例如比期望的时间要长得多的时间做出反应，这可能也是所述阀装置中的故障的指示。

在一个实施例中，所述阀装置包括串联连接的所述压力控制阀和所述流量控制阀，所述压力控制阀控制所述流量控制阀上的压差(P2-P3)。

本发明还涉及具有压力控制阀的阀装置，所述压力控制阀包括与节流元件协作并控制压差的阀元件，其特征在于，设置检测装置，检测装置测量所述阀元件的位置，以及其中所述测量位置被传送到处理器，在处理器中将测量位置与期望位置进行比较，并且在处理器中偏差用于估计所述阀装置的功能。

在一个实施例中，所述检测装置与处理器进行数据通信，处理器包括阀元件的期望位置数据以及将测量位置与期望位置进行比较的算法。

在一个实施例中，流量控制阀与所述压力控制阀串联连接，所述压力控制阀控制所述流量阀上的压差(P2-P3)。

在一个实施例中，所述检测装置包括位置传感器、电位计和/或霍尔传感器。

在一个实施例中，所述检测装置包括磁体，所述磁体连接到所述阀元件。

在一个实施例中，所述阀元件成连接到膜的中空活塞的形式，所述活塞的内部空间形成中间区域，所述膜在远离所述节流元件的方向上通过所述中间区域中的压力(P2)被加载并且在朝向所述节流元件的方向上通过在所述流量控制阀下游的压力被加载。

在一个实施例中，本发明涉及一种处理器，所述处理器适于控制阀装置，并且包括用于进行根据前述实施例中的任一个的功能测试的装置。

附图说明

图1是加热系统的示意图，并且

图2是热交换器阀装置的示意图，并且

图3是另一个阀装置的示意图。

图4是根据实施例的诊断过程的示意图。

图5示出了根据实施例的诊断过程的测量滞后作用。

图6A-D图6A-D示出了不同的标准滞后作用和测量滞后作用。

具体实施方式

图1示意性地示出了包括进送管线装置2和返回管线装置3的加热系统1。多个热交换器4、5、6连接在进送管线装置2和返回管线装置3之间。每个热交换器4、5、6以连接阀装置7、8、9的方式操作或设置有阀装置7、8、9，这将结合图2更详细地描述。在图示中，看到三个热交换器4、5、6和三个阀装置7、8、9，但是只要存在至少一个阀装置7，任何数量的热交换器都适用于本发明，无论其是否以连接到热交换器4、5、6的方式操作。进送管线装置2和返回管线装置3连接到锅炉10。控制器12与阀装置7、8、9进行数据交换通信。

热载体介质诸如通过循环泵(未示出)在加热系统1中循环，热载体介质例如为在锅炉10中加热的加热水。为此，循环泵必须增加进送管线装置2中的热载体介质的压力。这种压力必须足够高，以便所有的热交换器4、5、6都可以满足其要求。锅炉可以是连接到加热流体源的热交换器，诸如在例如区域加热系统中锅炉是常见的。

图2示意性地示出了阀装置7的实施例，阀装置8、9可以具有相同的结构。

阀装置7包括具有第一部分13和第二部分14的壳体。壳体具有入口15和出口16。入口15通过进送管线装置2连接到循环泵11。到达入口15的热载体介质具有压力P1。

压力控制阀17位于入口15的下游，并且包括中空活塞形式的阀元件18和节流元件19。

弹簧20沿远离节流元件19的方向作用在阀元件18上。此外，阀元件18连接到膜21。

阀元件18的中空内部形成中间区域22。该中间区域22中的热载体介质具有压力P2。

流量控制阀23布置在所述压力控制阀17的下游。流量控制阀23包括流量控制阀元件24和阀座25。出口16布置在流量控制阀23的下游。出口16中的热载体介质具有压力P3。

中间区域22的压力P2沿着朝向节流元件19的方向作用在膜21上。出口16经由通道26连接到空间27，使得出口16的压力P3在与中间区域22的压力P2相反的方向上作用在膜上。

可以看出，入口15中的压力P1高于中间区域22中的压力P2。中间区域22中的压力P2高于出口16中的压力P3。

还可以从图2中看出，流量控制阀23上的压差P2-P3与膜21上的压差P2-P3相同。该压差P2-P3对应于弹簧20的力而在膜21上产生力。阀元件8处于压差P2-P3和弹簧20的力平衡的位置。

当入口15处的压力P1增加时，中间区域22中的压力P2也增加，并且使阀元件8在朝向节流元件9的方向上移动，使得中间区域22中的压力P2减小。当入口15处的压力P1减小时，中间区域22中的压力P2也减小，使得阀元件18被弹簧20的力移动离开节流元件19，使得中间区域22中的压力P2再次增加。

在所示实施例中，霍尔传感器28布置在壳体的第二部分14中。优选地在阀元件18的面向流量控制阀23的端部处，磁体29固定在阀元件8上。

霍尔元件28与磁体29一起用作检测装置，用于检测阀元件18是否能够执行压力控制功能。换句话说，霍尔传感器28与磁体29一起形成位置传感器，位置传感器在阀元件18距节流元件19最远的距离的情况下输出最大信号。

由于中间区域22中的压力P2不能大于入口5中的压力P1，所以弹簧20的力将阀元件18移动离开节流元件19，直到它靠在中间壁30上，流量控制阀23的阀座25形成在中间壁30中。在这种情况下，入口15中的压力P1与中间区域22中的压力P2相同，并且阀元件18不能沿朝向节流元件19的方向移动，以控制流量控制阀23上的压差或压力差P2-P3。这种情况可以容易地被霍尔传感器28检测到，霍尔传感器28向控制器12输出相应的信号。因此，控制器12“意识到”阀装置7还和阀装置8、9的压差，阀装置7、8、9是类似的，并且还与控制器12进行数据交换通信。

霍尔传感器28可以容易地检测到阀元件18是否能够通过中间区域22中的压力P2移动。如果压差P2-P3小于对应于弹簧20的最小力的预定最小值，那么不能控制压差。当使用霍尔传感器28和磁体29时，不需要压力传感器或压力开关。这将达到相同的结果，但会降低成本效益。

以这种方式，通过了解阀元件18的位置，能够使系统监控阀装置7，从而引入其连接的加热系统(如果和可选地)的额外的诊断功能。例如，如果碎屑已经阻塞在阀装置7中，则阀装置7的霍尔传感器28可以帮助通知操作的改变以识别诸如阻塞的问题的存在。

在一个实施例中，这种压力增加是逐步地或递增地进行的，其中每个增量对应于预定的最小值，该值明确地对应于弹簧20的最小力。

在另一个或另外的实施例中，例如通过比较阀元件18的测量位置，多个阀装置7、8、9有助于识别进送管线装置2中的堵塞点，显示哪个阀装置7、8、9发生变化。

图3示出了另一个阀装置7’。对应于图2的元件的元件用相同的附图标记表示。

图3的阀装置7’仅包括压力控制阀17。这种阀被设计成保持恒定设置的压差。通过内部连接并与弹簧20一起，出口16中的压力作用在膜21的下侧，同时经由脉冲管26，流动管中的压力作用在膜21的顶部上，即在空间27中。这样，平衡阀保持调节的压差。

可以通过转动改变弹簧20的力的旋钮31来调节所示实施例中的该压差。

阀7’的实施例还包括霍尔传感器28，还有一个形成检测装置的磁体29，该检测装置可被设置成检测由阀装置7’调节的压差是否超过预定的最小值。

虽然所示的实施例通过由霍尔传感器28和磁体29形成的传感器30来操作，但是这些传感器可以由能够例如通过测量部件(如阀元件18)在阀装置本身内的位置和/或膜21的偏转来感测阀装置7、7’上的压差的任何其它合适的传感器30来更换。

包括这样的传感器30能够找出阀元件18的位置与例如膜21的偏转的关系，给出与压差的关系。

在一个实施例中，当流量已经改变时阀元件(18)相对于节流元件(19)变得基本稳定的时间被用作检测阀装置未根据期望工作的参数。

本发明涉及一种得出该关系和使用这种关系用于故障检测的方法，例如用于测试阀装置7、7’根据期望进行操作。

在一个实施例中，例如但不排他地，对于如图2所示的阀装置7，通过根据可能的预先安排的方案在位置的测试范围内相对于所述阀座25定位所述流量控制阀元件24，流量控制阀23被设置在一个或多个不同的阀开口处。位置的测试范围可以覆盖流量控制阀23的完全打开范围，从完全关闭到完全打开，或者这个全范围的子范围。从每个位置，流量控制阀元件24保持足够长的时间，以使压力控制阀17调节从而在控制阀17上获得恒定的δ压力dP。一旦达到了测试范围的上限，该过程反转回至用于减小阀开口的每个步骤的测试范围的下限。

更一般来说，阀装置7、7’暴露于从测试范围的第一极限到第二极限的变化流量范围。在一些实施例中，例如通过能够调节流量的泵送装置，或通过连接来控制通过阀装置7、7’的流量的控制阀23，可以导致流量。在一些实施例中，如图2所示，控制阀23一体形成在阀装置7、7’中。

根据通过控制阀23改变流量的实施例的过程或方法也在图4中示出，但是该过程或方法同样也适用于通过诸如可调节泵的其它装置改变流量的情况。

该方法的第一步骤包括将流量设置在所述测试范围的第一极限处，例如将流量控制阀23的阀开口设置在第一极限位置处，其中该第一极限可以是下限，例如所述流量控制阀元件24相对于所述阀座25的下部打开位置。限定的测试范围可以覆盖限定的流量跨度，例如所述流量控制阀23的在完全关闭的阀开口(例如流动控制阀元件24与阀座25接触，以便关闭根据上述实施例的通过阀的任何流动)和完全打开的阀开口(例如，流量控制阀元件24处于至阀座25的最大可能距离处以关闭根据上述实施例的通过阀的任何流动)之间的阀开口。然后，传感器30对膜21的位置进行测量，膜21的位置代表阀元件位置18和压差dP，并将数据传送例如到处理器。

这种用于存储和处理数据的通信和装置将是任何已知的类型。

然后，该过程继续执行将流量逐步从测试范围的第一极限改变成第二极限的多个步骤(例如，根据限定的方案来改变流量控制阀23的开口)，并且对于每个步骤，传感器30测量代表压差dP的阀元件位置18，并将数据传送例如到处理器。

当在一个实施例中达到第二极限时，该过程通过将流量(例如通过改变流量控制阀23的阀开口)从所述测试范围的第二极限改变成第一极限的步骤继续，并且对于每个步骤，传感器30测量代表压差dP的阀元件位置18，并将数据传送例如到处理器。

结果数据如此形成流量相对于对应的压差的测量滞后作用，或如图所示，流量控制阀23的阀开口相对于相应的压差的测量滞后作用，或至少阀元件18的位置的测量滞后作用。这然后可以与预期的标准滞后作用相比较，可能给出诊断信息，例如碎屑是否已经堵塞在阀装置7、7’中。

因此，阀装置7、7’的传感器30可以帮助通知操作的改变以识别诸如堵塞的问题的存在。

图5示出了流量控制阀23(或者更一般地仅是流量41)的阀位置41(或更一般地，阀开口)与压差42、dP(或更一般地，阀元件18的位置)的测量滞后作用40关系，其中每个箭头43表示根据前面描述的也在图4中示出的过程的一个步骤的测量。

图6A是对所述流量控制阀23的阀位置41(或更一般地，仅仅是流量41)与压差42(或阀元件18的位置)的理想的线性44标准滞后作用关系的高度示意图。当流量改变时，膜21上的压差改变，并且膜21偏转，改变所述阀元件18相对于节流元件19的位置，直到达到力的平衡，从而确保在膜21上(从而也在可能的控制阀23上)的恒定的压差dP。当阀位置改变回到之前的位置时，理想地，膜21上的变化的压差将沿着相同的线性44曲线返回到先前位置。

在现实世界中，阀未理想地工作，因此通常会经历一些标准滞后作用44，如图6B所示，其中这一般可能是由于阀本身和/或系统的原因。在本示例中，图6B所示的标准滞后作用44表示通常良好工作的阀和系统的标准滞后作用。

当提到“标准滞后作用44”时，无论它是否如图6A所示是理想的线性的，还是如图6B所示是更真实的，都表示系统在其按期望运行的情况下的预期滞后作用。

图6C示出了一个示例，其中看到测量滞后作用40与标准滞后作用44沿压差轴线42在45处不同，6D示出了一个示例，其中测量滞后作用40沿压差轴线42和阀位置轴线42在45、46处不同。

Claims (13)

1.一种测量阀装置的功能的方法，所述阀装置包括压力控制阀，所述压力控制阀包括与节流元件协作并控制压差的阀元件，所述方法将压力控制阀暴露于在测试范围中的多个流量，所述流量由包括流量控制阀元件和阀座的流量控制阀调节，并且针对每个流量来测量阀元件相对于节流元件的位置，将测量的阀元件位置数据与期望数据进行比较并且将流量控制阀的阀位置与期望的阀位置进行比较，并且使用可能的偏差来识别阀装置未根据期望工作，其中，所述流量控制阀的所述阀位置是流量控制阀元件相对于阀座的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述方法包括将流量从所述测试范围的第一极限流量改变成第二极限流量，并且随后从所述第二极限流量改变成所述第一极限流量，并且针对每个流量来测量阀元件相对于节流元件的位置，测量数据因此形成测量滞后作用，所述方法包括将该测量滞后作用与期望的标准滞后作用进行比较，并使用可能的偏差来识别阀装置未根据期望工作。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

所述测试范围的第一极限流量对应于第一打开位置，并且所述第二极限流量对应于阀元件相对于节流元件的位置的第二打开位置。

4.根据权利要求3所述的方法，其中：

阀元件在每个位置处保持足够长的时间，以使压力控制阀调节从而在控制阀上获得恒定的压力。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中：

当流量已经改变时，阀元件相对于节流元件变得基本稳定的时间被用作检测阀装置未根据期望工作的参数。

6.根据权利要求3或4所述的方法，其中：

所述阀装置包括串联连接的所述压力控制阀和所述流量控制阀，所述压力控制阀控制所述流量控制阀上的压差。

7.一种具有压力控制阀的阀装置，所述压力控制阀包括与节流元件协作并控制压差的阀元件，其特征在于，

压力控制阀暴露于在测试范围中的多个流量，所述流量由包括流量控制阀元件和阀座的流量控制阀调节，设置检测装置以针对每个流量来测量所述阀元件相对于节流元件的位置，以及其中所述阀元件的测量位置被传送到处理器，在处理器中将所述阀元件的所述测量位置与期望位置进行比较并且将流量控制阀的阀位置与期望的阀位置进行比较，并且在处理器中偏差用于估计所述阀装置的功能，其中，所述流量控制阀的所述阀位置是流量控制阀元件相对于阀座的位置。

8.根据权利要求7所述的阀装置，其中：

所述检测装置与处理器进行数据通信，所述处理器包括阀元件的期望位置数据、流量控制阀的期望的阀位置数据以及将所述阀元件的所述测量位置与期望位置进行比较和将流量控制阀的阀位置与期望的阀位置进行比较的算法。

9.根据权利要求7或8所述的阀装置，其特征在于：

流量控制阀与所述压力控制阀串联连接，所述压力控制阀控制所述流量控制阀上的压差。

10.根据权利要求7或8所述的阀装置，其特征在于：

所述检测装置包括位置传感器、电位计和/或霍尔传感器。

11.根据权利要求10所述的阀装置，其特征在于：

所述检测装置包括磁体，所述磁体连接到所述阀元件。

12.根据权利要求7、8和11中的任一项所述的阀装置，其特征在于：

所述阀元件成连接到膜的中空活塞的形式，所述活塞的内部空间形成中间区域，所述膜在远离所述节流元件的方向上通过所述中间区域中的压力被加载并且在朝向所述节流元件的方向上通过在所述流量控制阀下游的压力被加载。

13.一种处理器，适于控制根据权利要求7-12中的任何一项所述的阀装置并且包括根据权利要求1-6中的任何一项所述的方法进行功能测试的装置。

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