Результат интеллектуальной деятельности: Способ диагностики уплотнительных поверхностей запорной арматуры

Изобретение относится устройствам для приведения в движение запорных элементов с иной целью, чем открывание или закрывание клапана, крана или задвижки, например, для притирки, для предотвращения заедания в частности к способу диагностики уплотнительных поверхностей запорной арматуры.

Известно устройство (патент РФ №110160, опубл. 10.11.2011, F16K 31/04) управления запорно-регулирующим органам трубопроводной арматуры, состоящее из электропривода, содержащего электродвигатель, блок датчиков, включающий датчик положения, блок аналогового выхода, блок дискретных выходов, модуля управления в корпусе, содержащего блок силового коммутатора, блоки дискретных входов и выходов, блок обработки данных и диагностики, выполненный с возможностью подключения к внешнему управляющему устройству посредством дискретных сигналов, переносной пульт настройки, кроме этого в электропривод введены: датчик температуры, установленный в обмотке электродвигателя, датчик момента, связанный с дискретными входами модуля управления, в модуль управления - блок тепловой защиты, вход которого предназначен для подключения датчика температуры, а выход соединен с блоком обработки данных, блок сетевого интерфейса для реализации возможности подключения к внешнему управляющему устройству посредством цифровой связи, блок микропереключателей, при этом датчик положения электропривода выполнен бесконтактным, по крайней мере, токовым.

Недостатком способа диагностики реализуемого в данном устройстве является сложность и малая точность диагностики, именно уплотнительных поверхностей запорной арматуры.

Известен способ (патент РФ №2382991, опубл. 27.02.2010, G01H 1/00), включающий внешнее воздействие на устройство, подлежащее диагностике, запись осциллограммы вибраций устройства, подлежащего диагностике, с использованием, по меньшей мере, одного датчика вибрации, частотный анализ полученных результатов измерений, выделение частот, характеризующихся наибольшей выраженностью среди прочих, формирование средневзвешенного спектра частот, измерение спектра собственных колебаний устройства, выделение частот, характеризующихся наибольшей выраженностью среди прочих, формирование разностного спектра частот, характеризующихся наибольшей выраженностью, с его последующей оценкой, отличающийся тем, что в подлежащей анализу запорной арматуре - агрегате, подлежащем диагностике, выделяются составные элементы, образующие переменно-упругие механические связи, предварительно определяется частота собственных колебаний агрегата h, связанная с размерами, и частота собственных колебаний агрегата F_m, связанная с массой тела, производится активное внешнее воздействие на агрегат, подлежащий диагностике, с диапазоном амплитуд, превышающим величину промышленных помех, а также полосу частот, превышающую полосу частот собственных колебаний объекта F_d, связанную с размерами, и полосу частот F_m, связанную с массой тела, с последующим возбуждением во всем агрегате, подлежащем диагностике, а также в каждом из составных элементов агрегата, собственных колебаний, при этом частотный анализ полученных результатов измерений выполняется с использованием преобразования Фурье с последующим формированием спектров возбужденных колебаний для агрегата, подлежащего диагностике, а также составных элементов агрегата, формирование средневзвешенного спектра частот производится без учета частот, характеризующихся наибольшей выраженностью, измерение спектра собственных колебаний производится как для всего агрегата, подлежащего диагностике, так и для составных элементов агрегата, причем среди частот, характеризующихся наибольшей выраженностью, среди прочих выделяются частоты, являющиеся наиболее низкими гармониками в ряду, при формировании разностного спектра частот, характеризующихся наибольшей выраженностью, выполняется оценка средневзвешенного спектра частот резонансного сигнала, а оценка разностного спектра и выделение частот, характеризующихся наибольшей выраженностью, производится для всех составных элементов агрегата, подлежащего диагностике, с последующим выводом о перемещении составных элементов агрегата относительно друг друга с последующим формированием массива значений, качественно характеризующих степень механической взаимосвязи каждого из составных элементов агрегата, подлежащего диагностике.

Недостаткам данного решения является сложность и низкая точность диагностики уплотнительных поверхностей запорной арматуры.

Известен способ (патент РФ №2045007, опубл. 27.09.1995, G01M 3/16), заключающийся в том, что создают в изделии испытательное давление воздуха, отключают изделие от источника давления и регистрируют наличие утечки воздуха из изделия, при этом фиксируют изменение электрического потенциала изделия и по этому изменению регистрируют наличие утечки.

Недостаткам данного решения является невозможность диагностики уплотнительных поверхностей запорной арматуры.

На данный момент предложенный способ диагностики уплотнительных поверхностей запорной арматуры в документах не раскрывается, то есть существует необходимость создания такого способа и применение его в производстве.

Технической задачей заявляемого решения является упрощение конструкции и повышение точности диагностики уплотнительных поверхностей запорной арматуры.

Указанный технический результат достигается тем, что способ диагностики уплотнительных поверхностей запорной арматуры включает подключение электропривода к запорной арматуре и последующее измерение и фиксацию электрических сигналов. Фиксируют электрический сигнал с, по крайней мере, одного из фазовых проводов, идущих на электропривод за интервал времени соответствующий: процессам открытия и закрытия запорной арматуры, при этом измерение электрического сигнала осуществляется за счет измерения силы тока с помощью внешнего измерительного преобразователя - токовых клещей, фиксирование сигнала осуществляется осциллографом.

Осциллограф выполнен с возможностью построения графиков, отражающих зависимость средних квадратичных значений силы тока.

Снимаемый с токовых клещей сигнал поступает на контроллер, где полученные мгновенные значения силы толка преобразуются в среднеквадратичные значения силы тока по формуле:

где i₁, i₂, …, i_n - мгновенные значения силы тока, А;

n - количество точек усреднения.

Величина крутящего момента зависит от величины давления в трубопроводе, конструктивных особенностей самой запорной арматуры, а также от технического состояния уплотнительных поверхностей запорного органа. Так как, крутящий момент создается приводом, работающим от электрической сети, то существует зависимость между электрической мощностью в обмотках электродвигателя привода и его крутящим моментом, которая определяется формулой:

где:

М - крутящий момент, Н⋅м;

Р - мощность, Вт;

ω - угловая частота, рад/с;

U - напряжение, В;

I - сила тока, А;

ϕ - сдвиг фаз между U и I, радиан.

То есть о техническом состоянии запорного органа арматуры можно судить по значениям электрической мощности, а при стабильном сетевом напряжении - по значениям силы тока электропривода. Для исключения влияния на работу привода измерения силы тока выполняются с помощью внешнего измерительного преобразователя - токовых клещей, охватывающих силовые фазные провода, по которым подается питание на привод. На фиг. 1 представлена схема измерений, используемых в данном способе.

Измерительная схема содержит: осциллограф - 1, выполняющий контроль, токовые клещи 2, которые измеряют сигнал, один из фазовых силовых проводов 3 идущих на электропривод 4, связанный с запорной арматурой 5. Полученный с токовых клещей сигнал поступает на осциллограф, полученный с токовых клещей сигнал регистрируется осциллографом, при этом полученные мгновенные значения силы толка преобразуются в средне-квадратичные значения силы (СКЗ) тока. Дальнейшая математическая обработка полученных мгновенных значений силы толка производится и заключается в вычислении средних квадратичных значений (СКЗ) силы тока по формуле:

где i_i, i₂, …, i_n - мгновенные значения силы тока, А;

n - количество точек усреднения.

Техническое состояние запорного узла определяется во время открытия и закрытия запорной арматуры. На фигуре 2 представлен график зависимости СКЗ силы тока от времени при открытии задвижки с односторонним давлением на затворе. На фигуре 3 представлен фрагмент, изображенный на фигуре 2 «срыв запорного органа». На фигуре 4 представлен график зависимости СКЗ силы тока при закрытии запорной арматуры. На фигуре 5 представлены графики зависимости СКЗ силы тока от времени на всем интервале открытия и закрытия задвижки, с односторонним давлением на затворе - при трех различных состояниях уплотнительной поверхности запорной арматуры. Информативной является как величина тока при «срыве» и открытии/закрытии запорного органа, так и наличие (отсутствие) скачкообразных его изменений, свидетельствующих о появлении дефектов на уплотнительных поверхностях. На фигуре 5 кривая 6 соответствует исправной задвижке, кривая 7 иллюстрирует появление задиров и рисков на уплотнительных поверхностях запорного органа, кривая 8 показывает характер изменения СКЗ силы тока в случае, когда запорная арматура не обеспечивает герметичность запорного органа.

Способ диагностики уплотнительных поверхностей запорной арматуры включает подключение электропривода к запорной арматуре и последующее измерение и фиксацию электрических сигналов, при этом фиксируют электрический сигнал с фазового провода, идущего на электропривод за интервал времени, соответствующий: процессам открытия и закрытия запорной арматуры, так что данный интервал времени включает начало переходного процесса включения электропривода, процесс выборки зазоров запорной арматуры, процесс срыва запорного органа с односторонним давлением на затворе арматуры, процесс хода на открытие с односторонним давлением на затворе арматуры, начало переходного процесса на закрытие на электроприводе с односторонним давлением на затворе арматуры, процесс уменьшения зазоров при ходе на закрытие и процесс установления запорного органа с односторонним давлением на затворе арматуры, а измерение электрического сигнала осуществляется за счет измерения силы тока с помощью внешнего измерительного преобразователя - токовых клещей, фиксирование измеренного с помощью внешнего измерительного преобразователя - токовых клещей электрического сигнала осуществляется с помощью запоминающего осциллографа, при этом состояние уплотнительных поверхностей запорной арматуры определяется по графикам зависимости средних квадратичных значений силы тока (см. фиг. 2-5).

Таким образом, достигается техническая задача - упрощение конструкции и повышение точности диагностики уплотнительных поверхностей запорной арматуры.