[发明专利]一种在控制回路中检测气动操作控制阀的故障的方法

说明书

本申请是申请日为2003年2月7日、申请号为03809552.1的发明专利的分 案申请。

技术领域

本发明通常涉及控制阀，尤其是涉及在用于控制阀的控制回路部件中计 算流体流动特性和执行诊断的方法和装置。

背景技术

控制阀用于调节通过管子或管路的工艺用流体的流动。这种阀通常包括 设置在工艺流体流路内的节流部件(throttling element)，该部件与致动器 (actuator)相连。各种致动器已为人所熟知，多种控制阀可利用气动致动器， 该致动器使用空气、天然气或者其它可在加压下调节致动器的位置的流体。 举例来说，在弹簧和薄膜致动器中，弹簧向致动器的一侧施加一个力，同时 控制流体压力在致动器的相反侧受到控制，从而调节上述节流部件的位置。 可替换的，还可使用活塞致动器，活塞将致动器壳体分为上下两室，控制这 两个室的流体压力，可驱动上述致动器到达要求的位置。在任何类型的气动 致动器中，可具有向周围环境的控制流体标称泄出量。

定位器(或伺服控制器)控制作用在气动致动器的一个或两个室上的流 体压力。该定位器通常包括处理器，电流压力转换器(I/P)，二级气动装置(即 滑阀(spool valve)或者气动继电器)，和阀行程反馈传感器。该I/P转换器与供 压源相连，向滑阀附近的柔性薄膜输送要求的控制用流体的压力。上述薄膜 控制滑阀的位置，以将控制用流体导向致动器的腔室。致动器的运动导致上 述节流部件的相应运动，从而控制工艺用流体的流动。上述定位器进一步从 处理控制器接收参考信号，通常为命令信号形式，将该参考信号和阀行程反 馈相比较，驱动上述I/P转换器(和二级气动装置)，从而将阀朝向参考信号移 动。

随着使用以处理器为基础的控制的需求增长，使用在定位器内的滑阀已 经着重地被仪表化。举例来说，在利用活塞致动器时，上述滑阀包括接收供 给压力的入口端，与致动器第一室流体连通的第一出口端，和致动器第二室 流体连通的第二出口端。已知的滑阀在上述入口端、第一出口端和第二出口 端处都设置有压力传感器，为处理器提供反馈。另外，传统滑阀还包括用于 检测滑阀位置的位移传感器，并向处理器提供反馈信号。

传统定位器具有的一些部件易受各种控制用流体泄漏或者阻塞的影响， 从而导致控制阀的功能下降或者无法操作。例如，上述I/P转换器包括与供给 压力密封连接的入口。该I/P转换器包括一节流器，限定初级节流孔和喷嘴， 来导引控制用流体朝向节气门。该I/P转换器进一步包括将控制用流体导向滑 阀的密封出口。上述I/P转换器经常设置在工矿设施上，这些地方的环境空气 已被油、溶解矿物质、沙砾等污染。因此，当这种空气用作为控制用流体时， 上述污染物就可能部分或者全部堵塞上述节流孔或者喷嘴。另外，上述I/P 转换器出入口之间设置的密封也会失效。因而这种堵塞或泄漏会缓慢降低控 制阀的性能，导致效率低下，或者致使整个控制阀完全失效。在两种情况下， 很难决定是由于定位器导致故障的发生，更不用说确定定位器内故障的确切 位置。

类似的，在致动器壳体内可能产生的泄漏或者在滑阀和致动器之间的连 接中可能形成的堵塞都会降低控制阀性能或者导致失效。举例来说，上下致 动器室和大气之间可能形成泄漏，或一个活塞环可能失效导致从一个室到另 一个室之间的泄漏。在这些环境下，处理器就必须调节其用于节流部件给定 位置的控制信号。在控制用介质为天然气时，泄漏检测尤为重要。在嘈杂车 间环境下，随着时间的流逝这种泄漏可能发生并且直到阀停止工作之前仍不 为人们所发视。

附图说明

图1为安装到控制阀的致动器上的定位器的简要框图；

图2为图1中所示定位器的放大视图；

图3A和3B分别表示出弹簧和薄膜致动器分别经历泄漏和堵塞时，控制 用流体的质量流分布的曲线图；

图4A、4B和4C分别表示出活塞致动器在第一室、第二室和活塞环内的 控制用流体的质量流分布的曲线图；

图5是简要示出用于表征和定位部件故障的逻辑子程序的决策树；

图6是用于二级气动装置的定位器的另一替换实施例的示意图，该定位 器具有气动继电器。

具体实施方式