Способ и устройства оценки испытания электромагнитного клапана с помощью механизма позиционирования
Раскрыты способ и устройства оценки испытания электромагнитного клапана с помощью механизма позиционирования. Приведенное в качестве примера устройство содержит электромагнитный клапан, позволяющий исполнительному механизму закрывать клапан аварийного отключения и механизм позиционирования клапана, гидравлически связанный и соединенный с возможностью связи с электромагнитным клапаном. Механизм позиционирования клапана предназначен для выдачи команды электромагнитному клапану на переход электромагнитного клапана из первого состояния во второе состояние. Механизм позиционирования клапана предназначен для контроля изменения давления в камере давления исполнительного механизма, гидравлически связанного с электромагнитным клапаном, относительно начального давления в течение длительности контроля. Механизм позиционирования клапана предназначен для идентификации максимального изменения давления в течение длительности контроля и определения состояния готовности электромагнитного клапана, когда максимальное изменение давления превышает минимальное значение отключения, а изменение давления во время окончания контроля меньше максимального значения сброса. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[1] Данная патентная заявка относится, в целом, к электромагнитным клапанам и, в частности, к способам и устройству оценки испытания электромагнитного клапана с помощью механизма позиционирования.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[2] Клапаны аварийного отключения (например, отсечные клапаны, выпускные клапаны) часто используют в различных средах (например, в нефтегазовой промышленности) для защиты людей, оборудования и/или окружающей среды в опасных условиях. Например, клапан аварийного отключения может быть приведен в действие (например, закрыт), чтобы остановить поток опасного материала при обнаружении опасного состояния. В некоторых случаях проводят испытания клапанов аварийного отключения, чтобы убедиться, что клапаны аварийного отключения смогут срабатывать.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[3] В одном примере устройство содержит электромагнитный клапан, позволяющий исполнительному механизму закрывать клапан аварийного отключения и механизм позиционирования клапана, гидравлически связанные и соединенные с возможностью связи с электромагнитным клапаном. Механизм позиционирования клапана предназначен для выдачи команды электромагнитному клапану на длительность импульса, чтобы перевести электромагнитный клапан из первого состояния во второе состояние. Длительность импульса составляет отрезок времени от времени начала до времени окончания импульса. Электромагнитный клапан предназначен для перехода из второго состояния в первое состояние после завершения длительности импульса. Механизм позиционирования клапана предназначен для контроля изменения давления в камере давления исполнительного механизма, гидравлически связанного с электромагнитным клапаном, относительно начального давления в течение длительности контроля, которая составляет отрезок времени от времени начала до времени окончания контроля. Механизм позиционирования клапана предназначен для идентифицирования максимального изменения давления в течение длительности контроля и определения состояния готовности электромагнитного клапана, когда максимальное изменение давления больше, чем минимальное значение отключения, а изменение давления во время окончания контроля меньше, чем максимальное значение сброса.
[4] В другом примере способ включает подачу команды, путем выполнения первых команд процессором, электромагнитному клапану на переход в течение длительности импульса из первого состояния во второе состояние. Электромагнитный клапан должен позволять исполнительному механизму закрыть клапан аварийного отключения. Длительность импульса составляет отрезок времени от времени начала до времени окончания импульса. Способ включает подачу команды, путем выполнения вторых команд посредством процессора, электромагнитному клапану на переход из второго состояния в первое состояние во время окончания импульса и контроля, путем выполнения третьих команд посредством процессора, изменения давления в камере давления исполнительного механизма, гидравлически связанного с электромагнитным клапаном, относительно начального давления в течение длительности контроля, который составляет отрезок времени от времени начала до времени окончания контроля. Способ включает идентификацию, путем выполнения четвертых команд посредством процессора, максимального изменения давления в течение длительности контроля и определения, путем выполнения пятых команд посредством процессора состояния готовности электромагнитного клапана, когда максимальное изменение давления больше, чем минимальное значение отключения, и изменение давления во время окончания контроля меньше, чем максимальное значение сброса.
[5] В другом примере устройство содержит приспособление для приведения в действие исполнительного механизма для закрытия клапана аварийного отключения и приспособление для позиционирования, сообщающееся по текучей среде и соединенное с возможностью связи с приспособлением для приведения в действие. Приспособление для позиционирования предназначено для подачи команды приспособлению для приведения в действие в течение длительности импульса на переход приспособления для приведения в действие из первого состояния во второе состояние. Длительность импульса составляет отрезок времени от времени начала до времени окончания импульса. Приспособление для приведения в действие должно переходить из второго состояния в первое состояние после завершения длительности импульса. Приспособление для позиционирования предназначено для контроля изменения давления в камере давления исполнительного механизма, гидравлически связанного с приспособлением для приведения в действие относительного начального давления в течение длительности контроля, которая составляет отрезок времени от времени начала до времени окончания контроля. Приспособление для позиционирования предназначено для идентификации максимального изменения давления в течение длительности контроля и определения состояния готовности приспособления для приведения в действие, когда максимальное изменение давления больше, чем минимальное значение отключения, а изменение давления во время окончания контроля меньше, чем максимальное значение сброса.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[6] На фиг. 1 проиллюстрирован приведенный в качестве примера клапан аварийного отключения, приведенный в качестве примера исполнительный механизм и приведенный в качестве примера механизм позиционирования клапана в соответствии с принципами данного раскрытия изобретения.
[7] На фиг. 2 проиллюстрирован исполнительный механизм и механизм позиционирования клапана в соответствии с фиг. 1 и приведенный в качестве примера электромагнитный клапан в соответствии с принципами данного раскрытия изобретения.
[8] На фиг. 3 проиллюстрирован вид в поперечном сечении электромагнитного клапана в соответствии с фиг. 2.
[9] На фиг. 4 проиллюстрирован увеличенный вид в поперечном сечении клапанных проходных отверстий электромагнитного клапана в соответствии с фиг. 2.
[10] На фиг. 5 проиллюстрирована схема потока текучей среды исполнительного механизма, механизма позиционирования клапана и электромагнитного клапана в соответствии с фиг. 1-2 в первом состоянии в соответствии с принципами данного раскрытия изобретения.
[11] На фиг. 6 проиллюстрирована схема потока текучей среды исполнительного механизма, механизма позиционирования клапана и электромагнитного клапана в соответствии с фиг. 1-2 во втором состоянии в соответствии с принципами данного раскрытия изобретения.
[12] На фиг. 7 проиллюстрирована электрическая схема и схема потока текучей среды исполнительного механизма, механизма позиционирования клапана и электромагнитного клапана в соответствии с фиг. 1-2 согласно принципам данного раскрытия изобретения.
[13] На фиг. 8А представлен график, изображающий приведенную в качестве примера оценку испытания электромагнитного клапана в соответствии с фиг. 2-7, проводимого посредством механизма позиционирования клапана в соответствии с фиг. 1-2 и 5-7 согласно принципам, приведенным в данном документе.
[14] На фиг. 8B представлен график, изображающий другую приведенную в качестве примера оценку испытания электромагнитного клапана в соответствии с фиг. 2-7, проводимую посредством механизма позиционирования клапана в соответствии с фиг. 1-2 и 5-7 согласно принципам, приведенным в данном документе.
[15] На фиг. 9 представлен график, изображающий приведенные в качестве примера измерения, проведенные для оценки электромагнитного клапана в соответствии с фиг. 2-7 посредством механизма позиционирования клапана в соответствии с фиг. 1-2 и 5-7.
[16] На фиг. 10 проиллюстрирована блок-схема последовательности операций, представляющая приведенный в качестве примера способ оценки испытания электромагнитного клапана в соответствии с фиг. 2-7 посредством механизма позиционирования в соответствии с фиг. 1, 2 и 5-7 согласно указаниям, приведенным в данном документе.
[17] Фигуры представлены без соблюдения масштаба. Вместо этого, чтобы четко показать несколько слоев и зон, толщина того или иного слоя может быть увеличена в графических материалах. Везде, где это возможно, одни и те же ссылочные позиции будут использоваться во всех графических материалах и в прилагаемом письменном описании для обозначения одних и тех же или похожих частей.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[18] Клапаны аварийного отключения (например, отсечные клапаны, выпускные клапаны) используют в различных средах, например в нефтегазовой промышленности, для защиты людей, оборудования и/или окружающей среды в опасных условиях. Например, отсечной клапан может быть закрыт при обнаружении опасных условий для остановки потока опасных материалов и, таким образом, снижения риска причинения вреда людям, оборудованию и/или окружающей среде.
[19] Например, некоторые известные отсечные клапаны приводятся в действие (например, закрываются, открываются) посредством исполнительного механизма, который функционально связан с электромагнитным клапаном, соединенным с возможностью связи с контроллером (например, программируемым контроллером, программируемым логическим контроллером, логическим решающим устройством и т. д.). В некоторых случаях исполнительный механизм содержит поршень, который расположен в камере и функционально связан с пружиной. Когда давление в камере прикладывает усилие к поршню, которое превышает предварительно установленную нагрузку на пружину, поршень предотвращает приведение в действие пружины и, следовательно, исполнительного механизма, тем самым удерживая отсечной клапан в открытом положении. Когда давление в камере падает ниже предварительно установленной нагрузки пружины, пружина заставляет поршень в камере приводиться в действие и, таким образом, заставляет исполнительный механизм приводить в действие отсечной клапан, переводя его из открытого положения в закрытое положение. В некоторых случаях положение исполнительного механизма управляется электромагнитным клапаном, который обеспечивает воздухом камеру и/или удаляет (например, откачивает, выпускает) воздух из камеры. Например, электромагнитный клапан выпускает воздух из исполнительного механизма после получения аварийного сигнала от контроллера, который соединен с возможностью связи с датчиком, обнаруживающим наличие небезопасных и/или опасных условий.
[20] В некоторых случаях среда может не иметь небезопасных и/или опасных условий в течение длительных периодов времени. В результате клапан аварийного отключения, исполнительный механизм и/или электромагнитный клапан могут не приводиться в действие в течение длительного периода времени. В таких случаях клапан аварийного отключения, исполнительный механизм и/или электромагнитный клапан могут изнашиваться и/или повреждаться таким образом, что из-за этого клапан аварийного отключения не срабатывает (например, ситуация закрытия отсечного клапана, ситуация открытия выпускного клапана) при обнаружении небезопасных и/или опасных условий. Чтобы убедиться в том, что клапан аварийного отключения будет срабатывать при обнаружении таких условий, некоторые клапаны аварийного отключения периодически проходят испытания.
[21] Некоторые известные клапаны аварийного отключения испытываются с помощью испытания клапана частичным ходом. Для проведения испытания клапана частичным ходом механизм позиционирования функционально соединяется с исполнительным механизмом, так что положением исполнительного механизма и, следовательно, клапана аварийного отключения управляет механизм позиционирования (а не электромагнитный клапан) во время испытания. Например, во время испытания клапана частичным ходом, проводимого на отсечном клапане, механизм позиционирования заставляет исполнительный механизм частично приводить в действие отсечной клапан (например, прохождение части полного хода в закрытое положение, например, как части, составляющей примерно от 10% до 15%) из открытого положения. Поскольку испытание клапана частичным ходом частично закрывает отсечной клапан, испытание клапана частичным ходом прерывает и/или нарушает работу системы, в которой установлен отсечной клапан, во время проведения испытания клапана частичным ходом. В результате клапаны аварийного отключения часто проходят испытания посредством испытания клапана частичным ходом только один раз на пару лет. Кроме того, поскольку исполнительный механизм и клапан аварийного отключения управляются непосредственно механизмом позиционирования во время испытания клапана частичным ходом, такие испытания не позволяют проверить, что электромагнитный клапан не изношен и/или не поврежден каким-либо иным образом с течением времени так, что это предотвратит срабатывание клапана аварийного отключения при обнаружении небезопасных и/или опасных условий.
[22] Другие известные клапаны аварийного отключения проходят испытания путем отключения электромагнитного клапана (например, путем обесточивания электромагнитного клапана), чтобы вызвать частичное закрытие клапана аварийного отключения (например, для перехода в заранее определенное частично открытое положение). Однако управлять такими испытаниями может быть сложно, потому что электромагнитный клапан имеет только два состояния управления (например, под напряжением и обесточенный), которые препятствуют точному управлению исполнительным механизмом и, таким образом, точному управлению клапаном аварийного отключения при выпуске воздуха из исполнительного механизма. Кроме того, поскольку давление в камере в положении покоя исполнительного механизма соответствует усилию, которое обычно значительно превышает предварительно установленную нагрузку на пружину, часто бывает трудно определить, сколько воздуха должно быть выпущено из камеры перед тем, как исполнительный механизм начнет приводить в действие клапан аварийного отключения. Кроме того, электрические и/или механические задержки в системе могут затруднить определение того, как долго электромагнитный клапан должен приводить в действие исполнительный механизм, чтобы частично закрыть и/или частично открыть клапан аварийного отключения и/или вернуть клапан аварийного отключения в положение покоя. Вследствие сложности управления такими испытаниями клапан аварийного отключения часто не срабатывает, что приводит к ошибочно-отрицательному значению (например, в результате отключения электромагнитного клапана в течение слишком короткой длительности времени). В других случаях такие испытания приводят к срабатыванию клапана чаще требуемого количества раз (например, перебег, например полное закрытие отсечного клапана, который возникает в результате отключения электромагнитного клапана в течение слишком большой длительности времени) и таким образом к дополнительному прерыванию и/или нарушению работы системы, в которой установлен клапан аварийного отключения. Кроме того, поскольку клапаны аварийного отключения нередко проверяются один раз в пару лет путем отключения электромагнитного клапана, такие испытания могут своевременно не обнаруживать повреждение электромагнитного клапана, который часто изнашивается скорее, чем исполнительный механизм и/или клапан аварийного отключения.
[23] Примеры, раскрытые в данном документе, обеспечивают испытание электромагнитного клапана, который управляет приведением в действие клапана аварийного отключения (например, отсечного клапана, выпускного клапана), с помощью механизма позиционирования и независимо от испытания клапана аварийного отключения. В примерах, раскрытых в данном документе, испытывают электромагнитный клапан, не приводя в действие отсечной клапан и, таким образом, не прерывая и/или не нарушая работу системы, в которой установлен отсечной клапан. Чтобы оценить испытание электромагнитного клапана, раскрытые в данном документе приведенные в качества примера способы и устройство сравнивают изменения давления в камере давления исполнительного механизма, гидравлически связанного с электромагнитным клапаном, с минимальным значением отключения и максимальным значением сброса, связанным с электромагнитным клапаном в состоянии готовности (например, состоянии функционирования, обычном состоянии и т. д.).
[24] Примеры, раскрытые в данном документе, включают электромагнитный клапан, который позволяет исполнительному механизму приводить в действие клапан аварийного отключения (например, в небезопасных и/или опасных условиях), переводя его в положение отключения (например, закрытое положение для отсечного клапана, открытое положение для выпускного клапана), и механизм позиционирования клапана, который гидравлически связан и соединен с возможностью связи с клапаном аварийного отключения. Для проведения испытания электромагнитного клапана механизм позиционирования клапана дает команду электромагнитному клапану на переход в течение длительности импульса из первого состояния (например, состояния под напряжением, обычного состояния) во второе состояние (например, обесточенное состояние, аварийное состояние, состояние отключения) на определенный период времени. Например, длительность импульса составляет отрезок времени от времени начала до времени окончания импульса. После завершения длительности импульса механизм позиционирования клапана должен дать команду электромагнитному клапану на переход из второго состояния в первое состояние. Механизм позиционирования клапана контролирует изменение давления в камере давления исполнительного механизма, который гидравлически связан с электромагнитным клапаном, относительно начального давления (например, измеренного до запуска электромагнитного клапана для перехода во второе состояние) в течение длительности контроля, которая составляет отрезок времени от времени начала до времени окончания контроля. Например, время контроля больше или равно длительности импульса. Кроме того, механизм позиционирования клапана идентифицирует максимальное изменение давления в течение длительности контроля.
[25] Когда максимальное изменение давления больше, чем минимальное значение отключения, и изменение давления во время окончания контроля меньше, чем максимальное значение сброса, механизм позиционирования клапана в раскрытых в данном документе примерах определяет состояние готовности, в котором электромагнитный клапан может приводить в действие исполнительный механизм клапана аварийного отключения. В качестве альтернативного варианта механизм позиционирования клапана определяет ошибку и/или отклоненное от нормы состояние электромагнитного клапана, когда максимальное изменение давления меньше, чем минимальное значение отключения, и/или изменение давления во время окончания контроля больше, чем максимальное значение сброса. В примерах, в которых клапан аварийного отключения является отсечным клапаном, механизм позиционирования клапана, идентифицирующий, что максимальное изменение давления меньше, чем минимальное значение отключения, может указывать на то, что электромагнитный клапан работает медленно и/или не может заставить исполнительный механизм закрыть отсечной клапан. В качестве дополнительного или альтернативного варианта, механизм позиционирования клапана, определяющий, что изменение давления во время окончания контроля больше, чем максимальное значение сброса, может указывать на то, что электромагнитный клапан работает медленно и/или не может заставить исполнительный механизм вновь открыть отсечной клапан после закрытия.
[26] Приведенный в качестве примера механизм позиционирования клапана определяет максимальное изменение давления (например, максимальное снижение или падение давления) путем сравнения начального давления в камере давления исполнительного механизма, гидравлически связанного с электромагнитным клапаном, с минимальным измеренным давлением в камере давления в течение длительности контроля. Кроме того, механизм позиционирования клапана определяет изменение давления (например, повышение давления) во время окончания контроля путем сравнения начального давления и измеренного давления в камере давления во время окончания контроля.
[27] В некоторых примерах механизм позиционирования клапана дополнительно определяет состояние готовности электромагнитного клапана, когда максимальное изменение давления больше, чем минимальное значение отключения, изменение давления во время окончания контроля меньше, чем максимальное значение сброса, и максимальное изменение давления меньше, чем максимальное значение отключения. В некоторых примерах минимальное значение отключения приблизительно в два раза меньше максимального значения отключения. В некоторых примерах максимальное значение сброса приблизительно в два раза превышает изменение номинального давления относительно начального давления.
[28] Раскрытые в данном документе примеры позволяют механизму позиционирования клапана испытывать электромагнитный клапан независимо от испытания клапана аварийного отключения и/или без того, чтобы заставлять электромагнитный клапан приводить в действие клапан аварийного отключения. Кроме того, приведенный в качестве примера механизм позиционирования клапана испытывает функциональность электромагнитного клапана (например, определяет, находится ли электромагнитный клапан в состоянии готовности или в состоянии ошибки и/или в отклоненном от нормы состоянии), исходя из сравнения изменения давления с начальным давлением для учета переменного потока выше по потоку, переменного потока ниже по потоку, задержки сообщения между механизмом позиционирования клапана и электромагнитным клапаном и/или механической и/или электрической задержки при переходе электромагнитного клапана между первым состоянием и вторым состоянием.
[29] В соответствии с фигурами, на фиг. 1 проиллюстрирована приведенная в качестве примера аварийная система 100, раскрытая в данном документе. В проиллюстрированном примере аварийная система 100 содержит отсечной клапан 102, исполнительный механизм 104, электромагнитный клапан (например, электромагнитный клапан 202 в соответствии с фиг. 2) и механизм 106 позиционирования клапана (например, цифровой контроллер клапана). Исполнительный механизм 104 содержит первую камеру 108, вторую камеру 110 и корпус 112 приводного модуля. Первая камера 108 содержит поршень (например, поршень 510 в соответствии с фиг. 5), а вторая камера 110 содержит пружину (например, пружину 514 в соответствии с фиг. 5), которая приводит в действие вал (например, вал 502 в соответствии с фиг. 5) исполнительного механизма 104, расположенного в корпусе 112 приводного модуля. Как проиллюстрировано на фиг. 1, отсечной клапан 102 соединен с корпусом 112 приводного модуля исполнительного механизма 104. Отсечной клапан 102 содержит клапанный элемент (например, шар), который переводит отсечной клапан 102 между открытым положением и закрытым положением, чтобы регулировать количество текучей среды, протекающей между первой стороной 114 и второй стороной 116 отсечного клапана 102. Вал исполнительного механизма 104 функционально соединен с клапанным элементом отсечного клапана 102, чтобы исполнительный механизм 104 мог переводить отсечной клапан 102 между открытым положением и закрытым положением.
[30] Во время эксплуатации после обнаружения небезопасной и/или опасной среды или условий исполнительный механизм 104 заставляет отсечной клапан 102 переходить в закрытое положение. Например, отсечной клапан 102 закрывается, чтобы предотвратить прохождение текучей среды (например, потенциально опасного материала), когда обнаружены опасные условия, для усиления и/или улучшения безопасности людей, оборудования и/или окружающей среды. Из-за того, что небезопасные и/или опасные условия невозможно обнаруживать в течение длительных периодов времени, механизм 106 позиционирования клапана приведенной в качестве примера аварийной системы 100 периодически проводит испытание функциональности отсечного клапана 102 и/или исполнительного механизма 104 (например, с помощью испытания клапана частичным ходом), чтобы проверить, может ли отсечной клапан 102 закрываться. Например, механизм 106 позиционирования клапана периодически проводит испытание клапана частичным ходом, чтобы определить, поврежден ли и/или иным образом не работает исполнительный механизм 104 и/или отсечной клапан 102. Кроме того, в проиллюстрированном примере аварийная система 100 содержит панель 118 управления, которая позволяет оператору запускать механизм 106 позиционирования клапана, чтобы провести испытание отсечного клапана 102, исполнительного механизма 104 и/или электромагнитного клапана аварийной системы 100. Хотя аварийная система 100 в проиллюстрированном примере содержит отсечной клапан 102, аварийная система 100 может в качестве альтернативного варианта содержать клапан аварийного отключения другого типа, такой как выпускной клапан и/или клапан любого другого типа, который может приводиться в действие исполнительным механизмом 104.
[31] На фиг. 2 проиллюстрирован механизм 106 позиционирования клапана, электромагнитный клапан 202 и часть исполнительного механизма 104 приведенной в качестве примера аварийной системы 100. Во время эксплуатации после обнаружения небезопасной и/или опасной среды электромагнитный клапан 202 обесточивается (например, не подается питание на электромагнитный клапан 202), чтобы заставить электромагнитный клапан 202 привести в действие исполнительный механизм 104, который, в свою очередь, приводит в действие отсечной клапан 102 (фиг. 1) в направлении положения отключения (например, закрытого положения для отсечного клапана 102). Кроме того, чтобы периодически проводить испытание отсечного клапана 102 и/или исполнительного механизма 104, механизм 106 позиционирования клапана приведенной в качестве примера аварийной системы 100 периодически проводит испытание электромагнитного клапана 202, чтобы проверить, будет ли электромагнитный клапан 202 приводить в действие исполнительный механизм 104 после обнаружения состояния отключения (например, небезопасных и/или опасных условий). Например, механизм 106 позиционирования клапана проводит испытание, чтобы определить, переключается ли электромагнитный клапан 202, когда механизм 106 позиционирования клапана прерывает подачу питания на электромагнитный клапан 202, из первого состояния (например, состояния под напряжением, обычного состояния) во второе состояние (например, обесточенное состояние, аварийное состояние, состояние отключения) для приведения в действие исполнительного механизма 104.
[32] На фиг. 3 проиллюстрирован вид в поперечном сечении приведенного в качестве примера электромагнитного клапана 202 аварийной системы 100 (фиг. 1-2). Как проиллюстрировано на фиг. 3, электромагнитный клапан 202 представляет собой 3/2-ходовой клапан, в котором шток 302 приводится в действие для определения двух чередующихся путей потока между тремя проходными отверстиями. Например, в первом состоянии (например, состоянии под напряжением, в обычном состоянии) шток 302 электромагнитного клапана 202 определяет первый путь потока между первым проходным отверстием 306 клапана и вторым проходным отверстием 308 клапана. Чтобы определить первый путь потока в первом состоянии, шток 302 перекрывает, изолирует и/или иным образом предотвращает протекание текучей среды через третье проходное отверстие 310 клапана. Кроме того, как проиллюстрировано на фиг. 3, шток 302 может быть приведен в действие для перевода электромагнитного клапана 202 во второе состояние (например, обесточенное состояние, аварийное состояние, состояние отключения), в котором шток 302 определяет второй канал 311 потока электромагнитного клапана 202 между вторым и третьим проходными отверстиями 308, 310 клапана путем перекрытия, изолирования и/или иного предотвращения протекания текучей среды через первое проходное отверстие 306 клапана.
[33] Как проиллюстрировано на фиг. 3, шток 302 соединен с якорем 312 так, что перемещение якоря 312 вдоль прохода 314 заставляет шток 302 перемещаться между первым состоянием и вторым состоянием электромагнитного клапана 202. В проиллюстрированном примере якорь 312 по меньшей мере частично расположен в проходе 314, образованном катушкой 316 электромагнитного клапана, которая создает магнитное поле. Якорь 312 состоит из магнитного материала. В результате магнитное поле, создаваемое катушкой 316 электромагнитного клапана, толкает, перемещает и/или приводит в действие якорь 312, когда катушка 316 электромагнитного клапана переходит между состоянием под напряжением и обесточенным состоянием, чтобы заставить шток 302 перейти между первым состоянием и вторым состоянием электромагнитного клапана 202. В проиллюстрированном примере электромагнитная катушка 316 обесточена, а также якорь 312 и шток 302 расположены во втором состоянии электромагнитного клапана 202. Когда на электромагнитную катушку 316 подается напряжение, изменяется магнитное поле, создаваемое катушкой 316 электромагнитного клапана, в результате чего магнитный якорь 312 и шток 302, соединенный с якорем 312, приводятся в действие вдоль прохода 314 для перехода в первое состояние электромагнитного клапана 202. Чтобы обесточить катушку 316 электромагнитного клапана, механизм 106 позиционирования клапана прерывает подачу питания на электромагнитный клапан 202 на время длительности импульса (например, длительности импульса 808 в соответствии с фиг. 8А-8В) через проводку, которая соединена с электромагнитным клапаном 202 через клеммную колодку 318. Например, проводка соединена с клеммной колодкой 318 для соединения с возможностью связи электромагнитного клапана 202 с механизмом 106 позиционирования клапана (фиг. 1 и 2), который проводит испытание функциональности электромагнитного клапана 202, и/или с контроллером (например, программируемым контроллером, программируемым логическим контроллером, логическим решающим устройством и т. д.), который обнаруживает небезопасные и/или опасные условия с помощью датчика (датчиков).
[34] На фиг. 4 проиллюстрирован увеличенный вид в поперечном сечении первого, второго и третьего проходных отверстий 306, 308, 310 клапана и штока 302, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии. В проиллюстрированном примере шток 302 содержит первое уплотнение 402 (например, первое уплотнительное кольцо), которое входит в зацепление с корпусом 404 электромагнитного клапана 202 рядом с первым проходным отверстием 306 клапана. Первое уплотнение 402 образует уплотнение с корпусом 404 электромагнитного клапана 202, чтобы предотвратить сообщение по текучей среде первого проходного отверстия 306 клапана с третьим проходным отверстием 310 клапана и вторым проходным отверстием 308 клапана, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии. Кроме того, шток 302 не перекрывает третье проходное отверстие 310 клапана или второе проходное отверстие 308 клапана, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии, чтобы определить второй путь 311 потока во втором состоянии.
[35] Как проиллюстрировано на фиг. 4, шток 302 содержит второе уплотнение 406 (например, второе уплотнительное кольцо), которое должно входить в зацепление с корпусом 404 электромагнитного клапана 202 рядом с третьим проходным отверстием 310 клапана, когда электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии. Второе уплотнение 406 образует уплотнение с корпусом 404 электромагнитного клапана 202 для предотвращения сообщения по текучей среде третьего проходного канала 310 клапана со вторым проходным отверстием 308 клапана или первым проходным отверстием 306 клапана в первом состоянии электромагнитного клапана 202. Кроме того, шток 302 не перекрывает второе проходное отверстие 308 клапана или первое проходное отверстие 306 клапана, когда электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии, чтобы определить первый путь потока в первом состоянии.
[36] На фиг. 5, 6 проиллюстрирована схема потока текучей среды приведенной в качестве примера аварийной системы 100, в которой механизм 106 позиционирования клапана проводит испытание функциональности электромагнитного клапана 202 независимо от испытания функциональности отсечного клапана 102 (фиг. 1) и/или исполнительного механизма 104. Более конкретно, на фиг. 5 проиллюстрирована аварийная система 100 во время испытания электромагнитного клапана 202, когда электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии (например, в состоянии под напряжением, в обычном состоянии), а на фиг. 6 проиллюстрирована аварийная система 100 во время испытания электромагнитного клапана 202, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии (например, обесточенном состоянии, аварийном состоянии, состоянии отключения).
[37] Как проиллюстрировано на фиг. 5, исполнительный механизм 104 содержит вал 502, который функционально соединен с клапанным элементом отсечного клапана 102, чтобы привести в действие отсечной клапан 102 для перемещения его между открытым и закрытым положениями. Вал 502 функционально соединен со штоком 504 исполнительного механизма 104 с помощью механизма 506 траверсы, расположенного в корпусе 112 приводного модуля. Первый конец 508 штока 504 проходит в первую камеру 108 исполнительного механизма 104 и соединяется с поршнем 510, расположенным в первой камере 108, а второй конец 512 штока 504 проходит во вторую камеру 110 и соединяется с пружиной 514, расположенной во второй камере 110.
[38] На фиг. 5 проиллюстрировано, что исполнительный механизм 104 находится в положении покоя, которое соответствует открытому положению отсечного клапана 102. Например, пружина 514 предварительно нагружена таким образом, что пружина 514 сжимается во второй камере 110. Кроме того, давление внутри камеры 516 давления первой камеры 108 прилагает усилие к поршню 510 в первом направлении (например, влево в проиллюстрированном примере), которое существенно больше усилия (например, предварительной нагрузки), оказываемого пружиной 514 на второй конец 512 штока 504 в противоположном направлении (например, вправо в проиллюстрированном примере). Исполнительный механизм 104 остается в положении покоя до тех пор, пока усилие, приложенное пружиной 514, не преодолеет усилие, приложенное давлением в камере 516 давления. Например, при обнаружении небезопасного и/или опасного состояния содержимое камеры 516 давления может выпускаться в течение периода времени, чтобы существенно снизить давление внутри камеры 516 давления. В таких случаях исполнительный механизм 104 начинает закрывать отсечной клапан 102 только тогда, когда усилие, прилагаемое к поршню 510, становится меньше, чем усилие, прилагаемое пружиной 514.
[39] Кроме того, как проиллюстрировано на фиг. 5, исполнительный механизм 104, механизм 106 позиционирования клапана и электромагнитный клапан 202 приведенной в качестве примера аварийной системы 100 гидравлически связаны друг с другом. Механизм 106 позиционирования клапана содержит первое напорное отверстие 518, второе напорное отверстие 520 и третье напорное отверстие 522. В третье напорное отверстие 522 поступает подаваемая текучая среда (например, нерегулируемый технологический воздух), которая подается в первое напорное отверстие 518, причем первое напорное отверстие 518 гидравлически связано с первым проходным отверстием 306 клапана электромагнитного клапана 202, а второе напорное отверстие 520 гидравлически связано со вторым проходным отверстием 308 клапана электромагнитного клапана 202 и камерой 516 давления исполнительного механизма 104 через измерительную линию 524. Кроме того, третье проходное отверстие 310 клапана гидравлически связано с выпускным отверстием.
[40] Как проиллюстрировано на фиг. 5, электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии, в котором третье проходное отверстие 310 клапана закрыто, чтобы образовать первый путь потока между первым проходным отверстием 306 клапана и вторым проходным отверстием 308 клапана. В результате камера 516 давления исполнительного механизма 104 гидравлически связана с первым напорным отверстием 518 механизма 106 позиционирования клапана и получает из него текучую среду. Например, текучая среда, обеспечиваемая первым напорным отверстием 518, заставляет камеру 516 давления создавать первое давление в камере 516 давления, когда электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии. Первое давление камеры 516 давления прикладывает первое усилие к поршню 510, которое больше, чем предварительная нагрузка исполнительного механизма 104 (например, обеспечиваемая пружиной 514), тем самым позволяя исполнительному механизму 104 оставаться в положении покоя, когда электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии.
[41] Кроме того, механизм 106 позиционирования клапана проводит испытание функциональности электромагнитного клапана 202, определяя, переходит ли электромагнитный клапан 202 между первым состоянием (фиг. 5) и вторым состоянием (фиг. 6), когда механизм 106 позиционирования клапана прерывает подачу питания на электромагнитный клапан 202. Например, механизм 106 позиционирования клапана может обнаружить ошибку, если шток 302 (фиг. 3 и 4) не перемещается и/или перемещается слишком медленно, чтобы перевести электромагнитный клапан 202 из первого состояния во второе состояние при прерывании подачи питания от механизма 106 позиционирования клапана. Кроме того, механизм 106 позиционирования клапана обнаруживает, переходит ли электромагнитный клапан 202 из первого состояния во второе состояние, путем определения того, вызывает ли и в какой степени прерывание подачи питания изменение давления во всем электромагнитном клапане 202. Поскольку усилие, прилагаемое к поршню 510, существенно больше, чем усилие, прилагаемое пружиной 514, когда электромагнитный клапан 202 приведенной в качестве примера аварийной системы 100 находится в первом состоянии, механизм 106 позиционирования клапана способен проверить функциональность электромагнитного клапана 202 путем создания и измерения относительно небольшого уменьшения и/или увеличения давления, не влияя на положение исполнительного механизма 104 и/или отсечного клапана 102 (например, без закрытия отсечного клапана 102).
[42] Чтобы обнаружить изменение давления (например, изменение 802 давления в соответствии с фиг. 8A, 8B) в камере 516 давления исполнительного механизма 104, второе напорное отверстие 520 механизма 106 позиционирования клапана измеряет давление в камере 516 давления через измерительную линию 524. Механизм 106 позиционирования клапана измеряет через измерительную линию 524 давление в камере 524 давления в течение заранее определенной длительности контроля (например, длительности 812 контроля в соответствии с фиг. 8A, 8B). Например, механизм 106 позиционирования клапана измеряет начальное давление (например, начальное давление 814 в соответствии с фиг. 8А), связанное с первым состоянием электромагнитного клапана 202 в начале времени контроля. Кроме того, начиная с момента запуска (например, момента 806 запуска в соответствии с фиг. 8A), механизм 106 позиционирования клапана дает команду (например, путем прерывания подачи питания) электромагнитному клапану 202 в течение предварительно определенной длительности импульса (например, длительности 808 импульса в соответствии с фиг. 8А, 8В) перейти во второе состояние. Таким образом, механизм 106 позиционирования клапана контролирует давление в камере 516 давления, когда электромагнитный клапан 202 получает команду на переход из первого состояния во второе состояние.
[43] На фиг. 6 проиллюстрирована приведенная в качестве примера аварийная система 100, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии. Как проиллюстрировано на фиг. 6, первое проходное отверстие 306 клапана закрыто во втором состоянии, тем самым образуя второй путь 311 потока (фиг. 3-4) между вторым проходным отверстием 308 клапана и третьим проходным отверстием 310 клапана электромагнитного клапана 202. Таким образом, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии, электромагнитный клапан 202 позволяет выпускать текучую среду из камеры 516 давления через второй путь 311 потока электромагнитного клапана 202 в выпускной канал. В результате давление, измеренное вторым напорным отверстием 520 в проиллюстрированном примере, со временем уменьшается, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии, по сравнению с тем, когда электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии.
[44] Электромагнитный клапан 202 получает команду на то, чтобы находиться во втором состоянии (например, путем прерывания подачи питания) от времени начала до времени окончания импульса (например, времени 810 окончания импульса в соответствии с фиг. 8A) длительности импульса. Кроме того, второе напорное отверстие 520 механизма 106 позиционирования клапана измеряет (например, непрерывно контролирует через измерительную линию 524) давление в камере 516 давления в течение длительности контроля, которая заканчивается во время окончания контроля (например, время 816 окончания контроля в соответствии с фиг. 8А). Чтобы провести испытание функциональности электромагнитного клапана 202, механизм 106 позиционирования клапана идентифицирует максимальное изменение давления (например, максимальное изменение 820 давления в соответствии с фиг. 8A, 8B) в течение длительности контроля относительно начального давления, измеренного во время начала. Например, поскольку электромагнитный клапан 202 выпускает содержимое из камеры 516 давления, сообщающейся по текучей среде со вторым напорным отверстием 520 во втором состоянии, максимальное изменение давления равно максимальному снижению давления в течение времени контроля. Чтобы определить, находится ли электромагнитный клапан в состоянии готовности или в состоянии ошибки и/или отклоненном от штатного состоянии, механизм 106 позиционирования клапана выполняет сравнение между (например, вычисляет разницу между) измеренным максимальным изменением давления и минимальным значением отключения (например, минимальным значением 822 отключения в соответствии с фиг. 8А, 8В). Если максимальное изменение давления меньше минимального значения отключения, механизм 106 позиционирования клапана определяет, что электромагнитный клапан 202 находится в состоянии ошибки и/или отклоненном от штатного состоянии. Например, электромагнитный клапан 202 находится в состоянии ошибки и/или отклоненном от штатного состоянии, если электромагнитный клапан 202 не переходит и/или переходит слишком медленно во второе состояние, чтобы безопасно закрыть отсечной клапан 102 в аварийной ситуации. Кроме того, механизм 106 позиционирования клапана может идентифицировать, что электромагнитный клапан 202 находится в состоянии готовности (например, функционирует должным образом), если максимальное изменение давления больше, чем минимальное значение отключения, что указывает на то, что электромагнитный клапан 202 может перейти во второе состояние достаточно быстро, чтобы безопасно закрыть отсечной клапан 102 в аварийной ситуации и/или в ситуации, требующей принятия неотложных мер.
[45] Приведенный в качестве примера механизм 106 позиционирования клапана дополнительно проводит испытание функциональности электромагнитного клапана 202, давая команду электромагнитному клапану 202 вернуться в первое состояние после завершения длительности импульса. Например, механизм 106 позиционирования клапана продолжает контролировать изменение давления после завершения длительности импульса, потому что длительность контроля больше, чем длительность импульса (например, разрешая подачу питания на электромагнитный клапан 202). Чтобы дополнительно определить, находится ли электромагнитный клапан 202 в состоянии готовности или в состоянии ошибки и/или отклоненном от штатного состоянии, механизм 106 позиционирования клапана выполняет сравнение между (например, вычисляет разницу между) изменением давления во время окончания контроля (например, изменением 824 давления во время 816 окончания контроля в соответствии с фиг. 8А) и максимальным значением сброса (например, максимальным значением 826 сброса в соответствии с фиг. 8А). Механизм 106 позиционирования клапана определяет изменение давления во время окончания контроля путем сравнения начального давления с давлением в камере 516 давления исполнительного механизма 104 во время окончания контроля. Если изменение давления во время окончания контроля превышает максимальное значение сброса, механизм 106 позиционирования клапана определяет, что электромагнитный клапан находится в состоянии ошибки и/или отклоненном от штатного состоянии. Например, изменение давления во время окончания контроля, превышающее максимальное значение сброса, указывает на то, что электромагнитный клапан 202 не может выполнить сброс и/или слишком медленно выполняет сброс в первое состояние после завершения подачи импульсного сигнала. Механизм 106 позиционирования клапана определяет, что электромагнитный клапан 202 находится в состоянии готовности, если изменение давления во время окончания контроля меньше максимального значения сброса, а максимальное изменение давления больше минимального значения отключения. Определяя, находится ли электромагнитный клапан 202 в состоянии готовности, на основании сравнения изменения давления с начальным давлением, механизм 106 позиционирования клапана способен точно проводить испытание функциональности электромагнитного клапана 202, когда присутствует изменяющаяся или колеблющаяся расположенная выше по течению часть потока, изменяющаяся или колеблющаяся расположенная ниже по течению часть потока, задержка в сообщении между механизмом 106 позиционирования клапана и электромагнитным клапаном 202 и/или механическая и/или электрическая задержка при переходе штока 302 (фиг. 3 и 4) электромагнитного клапана 202 между первым состоянием и вторым состоянием.
[46] Кроме того, в проиллюстрированном примере аварийная система 100 содержит систему 602 рециркуляции воздуха, в которой третий проходной канал 310 клапана электромагнитного клапана 202, выпускное отверстие 604 механизма 106 позиционирования клапана и выпускное отверстие 606 вторичной камеры 608 первой камеры 108 исполнительного механизма 104 прокачиваются через обратный клапан 610. Выпускное отверстие 606 первой камеры 108 предотвращает образование вакуума во вторичной камере 608, когда поршень 510 перемещается внутри первой камеры 108 (например, в направлении вправо в проиллюстрированном примере), чтобы дополнительно обеспечить перемещение поршня 510, когда внутри камеры 516 давления изменяется давление. Для предотвращения втягивания вторичной камерой 608 загрязненного воздуха и/или химических веществ из атмосферы система 602 рециркуляции воздуха позволяет вторичной камере 608 втягивать, по существу, чистый воздух из выпускного отверстия 604 механизма 106 позиционирования клапана и/или третьего проходного отверстия 310 клапана электромагнитного клапана 202. Кроме того, обратный клапан 610 поддерживает давление (например, около 1 фунта на квадратный дюйм) в системе 602 рециркуляции воздуха, чтобы позволить вторичной камере 608 втягивать выпускаемый воздух из выпускного отверстия 604 механизма 106 позиционирования клапана и/или третьего проходного отверстия 310 клапана электромагнитного клапана 202. Таким образом, механизм 106 позиционирования клапана способен проводить испытание функциональности электромагнитного клапана 202, когда система 602 рециркуляции воздуха входит в состав аварийной системы 100. В качестве дополнительного или альтернативного варианта, механизм 106 позиционирования клапана способен проводить испытание функциональности электромагнитного клапана 202, когда в состав аварийной системы 100 не входит система рециркуляции воздуха.
[47] На фиг. 7 проиллюстрирована электрическая схема и схема потока текучей среды аварийной системы 100 в соответствии с изложенными в данном документе принципами, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии. Как проиллюстрировано на фиг. 7, электромагнитный клапан 202 соединен с возможностью связи с механизмом 106 позиционирования клапана и первым выходным источником 702 через проводку 704, 706, 708. Например, для соединения с возможностью связи электромагнитного клапана 202 и механизма 106 позиционирования клапана проводка 704 соединяет механизм 106 позиционирования клапана с клеммной колодкой 710, а проводка 706 соединяет клеммную колодку 710 с электромагнитным клапаном 202. Таким образом, проводка 704, 706 позволяет механизму 106 позиционирования клапана прерывать подачу питания и позволяет подавать питание на электромагнитный клапан 202 для проведения испытания функциональности электромагнитного клапана 202. Кроме того, проводка 708 соединяет первый выходной источник 702 с клеммной колодкой 710, чтобы соединять с возможностью связи первый выходной источник 702 с электромагнитным клапаном 202. В некоторых примерах первый выходной источник 702 является выходной клеммой контроллера (например, программируемого контроллера, программируемого логического контроллера, логического решающего устройства и т. д.), который подает и/или обеспечивает питание (например, посредством сигнала постоянного тока напряжением +24 В) на электромагнитный клапан 202, чтобы открыть отсечной клапан 102 (фиг. 1) и/или прерывает подачу питания (например, посредством сигнала постоянного тока напряжением 0 В), чтобы закрыть отсечной клапан 102 при обнаружении небезопасных и/или опасных условий. Таким образом, как проиллюстрировано на фиг. 7 механизм 106 позиционирования клапана установлен для испытания электромагнитного клапана 202, без воздействия на способность электромагнитного клапана 202 закрывать отсечной клапан 102 при обнаружении небезопасных и/или опасных условий.
[48] Как проиллюстрировано на фиг. 7, механизм 106 позиционирования клапана соединен с возможностью связи со вторым выходным источником 712, который отправляет входной сигнал (например, сигнал 4-20 мА) на механизм 106 позиционирования клапана для управления механизмом 106 позиционирования клапана. Кроме того, выходной источник 712 отправляет испытательный сигнал (например, через протокол обмена данными HART, PROFIBUS PA, промышленную шину FOUNDATION и т. д.), чтобы начать испытание (например, испытание клапана частичным ходом) электромагнитного клапана 202, исполнительного механизма 104 и/или отсечного клапана 102. Таким образом, механизм 106 позиционирования клапана в проиллюстрированном примере проводит испытание функциональности электромагнитного клапана 202 независимо от испытания функциональности отсечного клапана 102 и/или исполнительного механизма 104. В некоторых случаях электромагнитный клапан 202 может, более вероятно, износиться и/или повредиться с течением времени по сравнению с исполнительным механизмом 104 и/или клапаном 102 отключения. В таких случаях механизм 106 позиционирования клапана проводит испытание электромагнитного клапана 202 чаще (например, ежемесячно), чем испытание частичным ходом отсечного клапана 102 (например, раз в квартал, раз в год и т.д.). Кроме того, в некоторых примерах запланировано (например, запрограммировано), что механизм 106 позиционирования клапана будет проводить испытание частичным ходом отсечного клапана 102 после испытания функциональности электромагнитного клапана 202. В таких примерах, если механизм 106 позиционирования клапана идентифицирует ошибку и/или неисправность электромагнитного клапана 202, механизм 106 позиционирования клапана может быть запрограммирован и/или может позволять оператору решать прервать или продолжить запланированное испытание клапана частичным ходом.
[49] На фиг. 8А представлен график 800, изображающий приведенную в качестве примера оценку испытания электромагнитного клапана 202 (фиг. 2-7), проведенного посредством механизма 106 позиционирования клапана (фиг. 1-2 и 5-7), в котором электромагнитный клапан 202 находится в состоянии готовности. В проиллюстрированном примере изменение 802 давления в камере 516 давления (фиг. 5-6) исполнительного механизма 104 (фиг. 1-2, 5-6) и импульсный сигнал 804 нанесены на график в зависимости от времени.
[50] Как проиллюстрировано на фиг. 8A, импульсный сигнал 804 отправляется для перехода электромагнитного клапана 202 из первого состояния (например, состояния под напряжением, обозначенного значением ‘1’ на фиг. 8A) во второе состояние (например, обесточенное состояние, обозначенное значением ‘0’ на фиг. 8А). Импульсный сигнал 804 отправляется во время 806 начала и длится в течение длительности 808 импульса до времени 810 окончания импульса. Кроме того, механизм 106 позиционирования клапана контролирует давление на электромагнитном клапане 202 в течение длительности 812 контроля. В проиллюстрированном примере длительность 812 контроля начинается во время 806 начала длительности 808 импульса. Например, механизм 106 позиционирования клапана измеряет начальное давление 814 во время 806 начала. В других примерах длительность 812 контроля может начинаться до времени 806 начала импульсного сигнала 804, так что начальное давление 814 измеряется до отправки импульсного сигнала 804. Кроме того, длительность 812 контроля продолжается до времени 816 окончания контроля. Длительность 812 контроля больше, чем длительность 808 импульса, так что механизм 106 позиционирования клапана продолжает контролировать давление на электромагнитном клапане 202 после завершения подачи импульсного сигнала 804.
[51] График 800 отображает изменение 802 давления, измеряемое механизмом 106 позиционирования клапана с течением времени относительно момента, когда механизм 106 позиционирования клапана отправляет импульсный сигнал 804 на электромагнитный клапан 202. Например, механизм 106 позиционирования клапана определяет и/или рассчитывает изменение 802 давления путем сравнения результата измерения давления в камере 516 давления в определенный момент времени с начальным давлением 814. Как проиллюстрировано на фиг. 8А, механизм 106 позиционирования клапана измеряет уменьшение давления на механизм 106 позиционирования клапана, отправляя импульсный сигнал 804 на электромагнитный клапан 202, и повышение давления на механизм 106 позиционирования клапана, завершая отправку импульсного сигнала 804. В проиллюстрированном примере давление в камере 516 давления начинает уменьшаться приблизительно во время 806 начала импульсного сигнала 804. В других примерах давление начинает уменьшаться после времени 806 запуска из-за задержки связи между механизмом 106 позиционирования клапана и электромагнитным клапаном 202 и/или из-за механической и/или электрической задержки работы электромагнитного клапана 202 (например, задержки перемещения штока 302, в соответствии с фиг. 3 и 4, из первого состояния во второе состояние). Кроме того, в проиллюстрированном примере максимальное изменение 820 давления электромагнитного клапана 202 происходит приблизительно во время 810 окончания импульса в виде импульсного сигнала 804. В других примерах максимальное изменение 820 давления происходит после того, как заканчивается подача импульсного сигнала 804 из-за коммуникативной, электрической и/или механической задержки. Например, задержка срабатывания, связанная с отсечным клапаном, может привести к выпуску из отсечного клапана в течение периода времени, немного выходящего за пределы времени 810 окончания подачи импульса в виде импульсного сигнала 804. В таком примере, максимальное изменение 820 давления может происходить в момент времени, соответствующий окончанию периода выпуска из отсечного клапана, в отличие от того, что происходит во время 810 окончания подачи импульса в виде импульсного сигнала 804. Максимальное изменение 820 давления может происходить в любой момент времени в течение длительности 812 контроля, описанной выше.
[52] На графике 800 примера, проиллюстрированного на фиг. 8А, изображено изменение 802 давления в электромагнитном клапане 202, который находится в состоянии готовности. График 800 на фиг. 8А содержит приведенное в качестве примера минимальное значение 822 отключения (например, минимальное пороговое значение отключения) и приведенное в качестве примера максимальное значение 826 сброса (например, максимальное пороговое значение сброса). Минимальное значение 822 отключения соответствует минимальному изменению давления, которое должно превышаться в определенный момент времени в течение длительности 812 контроля для определения того, что электромагнитный клапан 202 находится в состоянии готовности. Максимальное значение 826 сброса соответствует максимальному изменению давления, которое не должно превышаться во время 816 окончания контроля длительности 812 контроля для определения того, что электромагнитный клапан 202 находится в состоянии готовности. Например, максимальное значение сброса может быть превышено в тех случаях, когда измеренное давление электромагнитного клапана 202 недостаточно вернулось к начальному давлению 814 к моменту времени 816 окончания контроля длительности 812 контроля. В некоторых примерах максимальное значение 826 сброса (например, максимальное пороговое значение сброса) может быть установлено на значение, которое приблизительно вдвое превышает значение номинального изменения давления относительно начального давления 814. В проиллюстрированном примере в соответствии с фиг. 8A определяют, что электромагнитный клапан 202 находится в состоянии готовности, поскольку максимальное изменение 820 давления больше, чем минимальное значение 822 отключения, а изменение 824 давления во время 816 окончания контроля меньше, чем максимальное значение 826 сброса.
[53] На фиг. 8B представлен график 828, изображающий другую приведенную в качестве примера оценку испытания электромагнитного клапана 202 (фиг. 2-7), проведенного с помощью механизма 106 позиционирования клапана (фиг. 1-2, 5-7), в котором электромагнитный клапан 202 находится в состоянии готовности. Изменение 802 давления в камере 516 давления (фиг. 5-6) исполнительного механизма 104 (фиг. 1-2, 5-6) и импульсный сигнал 804 нанесены на график в зависимости от времени. График 828 отображает изменение 802 давления, измеряемое механизмом 106 позиционирования клапана с течением времени относительно момента, когда механизм 106 позиционирования клапана посылает импульсный сигнал 804 на электромагнитный клапан 202. В проиллюстрированном примере длительность 808 импульса и длительность 812 контроля, по существу, равны. В других примерах длительность 812 контроля может быть больше, чем длительность 808 импульса.
[54] Приведенный в качестве примера график 828 изображает изменение 802 давления электромагнитного клапана 202, который находится в состоянии готовности. График 828 на фиг. 8B содержит приведенное в качестве примера минимальное значение 822 отключения (например, минимальное пороговое значение отключения) и приведенное в качестве примера максимальное значение 830 отключения (например, максимальное пороговое значение отключения). Минимальное значение 822 отключения соответствует минимальному изменению давления, которое должно превышаться в определенный момент времени в течение длительности 812 контроля для определения того, что электромагнитный клапан 202 находится в состоянии готовности. Максимальное значение 830 отключения соответствует максимальному изменению давления, которое не должно превышаться ни в какой момент времени в течение длительности 812 контроля для определения того, что электромагнитный клапан 202 находится в состоянии готовности. Например, максимальное значение 830 отключения может быть превышено в тех случаях, когда в течение длительности 812 контроля произошел слишком большой выброс содержимого. В некоторых примерах минимальное значение 822 отключения (например, минимальное пороговое значение отключения) может быть установлено на значение, которое составляет приблизительно половину значения, на которое установлено максимальное значение 830 отключения (например, максимальное пороговое значение отключения). В примере, проиллюстрированном на фиг. 8B, определяют, что электромагнитный клапан 202 находится в состоянии готовности, поскольку максимальное изменение 820 давления, измеренное механизмом 106 позиционирования клапана, больше, чем минимальное значение 822 отключения, и меньше, чем максимальное значение 830 отключения. Если максимальное изменение 820 давления меньше минимального значения 822 отключения или больше максимального значения 830 отключения, механизм 106 позиционирования клапана определяет, что электромагнитный клапан 202 находится в состоянии ошибки и/или отклоненном от штатного состоянии.
[55] На фиг. 9 представлен график 900, изображающий приведенные в качестве примера результаты измерений изменения давления, выполненных механизмом 106 позиционирования клапана (фиг. 1-2 и 5-7) для оценки функциональности электромагнитного клапана 202 (фиг. 2-7). Например, график 900 содержит первый набор линий 902, который соответствует моменту, когда начальное давление 814 (фиг. 8A-8B) составляет 80 фунтов на квадратный дюйм, второй набор линий 904, который соответствует моменту, когда начальное давление 814 составляет 70 фунтов на квадратный дюйм, третий набор линий 906, который соответствует моменту, когда начальное давление 814 составляет 60 фунтов на квадратный дюйм, и четвертый набор линий 908, который соответствует моменту, когда начальное давление 814 составляет 50 фунтов на квадратный дюйм. В проиллюстрированном примере начальное давление 814 для каждого из наборов линий 902, 904, 906, 908 нормализуется до значения ‘0’. Кроме того, график 900 иллюстрирует изменение 802 давления для разных длительностей импульсов (например, 0,25 секунды, 0,5 секунды, 1 секунда, 2 секунды, 4 секунды). Таким образом, результаты измерений графика 900 (например, максимальные изменения давления) могут использоваться при определении минимального значения 822 отключения (фиг. 8A-8B), максимального значения 826 сброса (фиг. 8A) и/или максимального значения 830 отключения при оценке функциональности электромагнитного клапана 202.
[56] На фиг. 10 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая приведенный в качестве примера способ 1000 оценки испытания приведенного в качестве примера электромагнитного клапана посредством приведенного в качестве примера механизма позиционирования клапана в соответствии с изложенными в данном документе принципами. Хотя приведенный в качестве примера способ 1000 описан со ссылкой на блок-схему последовательности операций, проиллюстрированную на фиг. 10, альтернативно могут быть использованы многие другие способы оценки испытания электромагнитного клапана посредством механизма позиционирования клапана. Например, может быть изменен порядок реализации блоков и/или некоторые описанные блоки могут быть изменены, исключены или объединены. Кроме того, блоки приведенного в качестве примера способа 1000 могут быть реализованы путем выполнения соответствующих выдаваемых процессором команд (например, первых команд, вторых команд, третьих команд и т. д.).
[57] Приведенный в качестве примера способ 1000 оценки испытания электромагнитного клапана посредством механизма позиционирования клапана рассматривается в связи с приведенной в качестве примера аварийной системой 100 в соответствии с фиг. 1-2 и 5-7, приведенным в качестве примера графиком 800 в соответствии с фиг. 8А, приведенным в качестве примера графиком 828 в соответствии с фиг. 8B и/или приведенным в качестве примера графиком 900 в соответствии с фиг. 9. Кроме того, поскольку приведенный в качестве примера способ 1000 может ссылаться на приведенную в качестве примера аварийную систему 100 в соответствии с фиг. 1-2 и 5-7, приведенный в качестве примера график 800 в соответствии с фиг. 8А, приведенный в качестве примера график 828 в соответствии с фиг. 8B и/или приведенный в качестве примера график 900 в соответствии с фиг. 9, компоненты, определенные на фиг. 1-9, имеющие функции, по существу, аналогичные или идентичные функциям компонентов, описанным ниже, не будут снова подробно описаны. Вместо этого одинаковые ссылочные позиции будут использоваться для аналогичных конструкций.
[58] Выполнение раскрытого в данном документе, приведенного в качестве примера способа 1000 начинается в блоке 1002 с помощью механизма позиционирования клапана (например, механизма 106 позиционирования клапана в соответствии с фиг. 1-2 и 5-7), контролирующего давление в камере давления (например, камере 516 давления в соответствии с фиг. 5-6) исполнительного механизма (например, исполнительного механизма 104 в соответствии с фиг. 1-2 и 5-7), гидравлически связанного с электромагнитным клапаном (например, электромагнитным клапаном 202 в соответствии с фиг. 2-7) в течение длительности контроля (например, длительности 812 контроля в соответствии с фиг. 8А-8В). В соответствии с блоком 1004, механизм позиционирования клапана дает команду (например, путем прерывания подачи питания) электромагнитному клапану перейти из первого состояния (например, состояния под напряжением, обычного состояния) во второе состояние (например, обесточенное состояние, аварийное состояние, состояние отключения) в течение длительности (например, длительности 808 импульса в соответствии с фиг. 8A-8B). В соответствии с блоком 1006, механизм позиционирования клапана дает команду электромагнитному клапану вернуться в первое состояние после завершения и/или прекращения длительности импульса. Например, импульсный сигнал вызывает изменение давления (например, изменение 802 давления в соответствии с фиг. 8A-9), такое как уменьшение и/или увеличение давления, которое измеряется механизмом позиционирования клапана в течение длительности контроля. В некоторых примерах электромагнитный клапан находится во втором состоянии в течение длительности импульса, которая начинается после окончания длительности контроля, меньше длительности контроля и заканчивается до начала длительности контроля.
[59] В соответствии с блоком 1008, механизм позиционирования клапана идентифицирует максимальное изменение давления (например, максимальное изменение 820 давления в соответствии с фиг. 8A-8B) в течение продолжительности контроля. В соответствии с блоком 1010, способ 1000 включает определение того, больше ли максимальное изменение давления, чем минимальное значение отключения (например, минимальное значение 822 отключения в соответствии с фиг. 8A-8B). Если максимальное изменение давления не превышает минимальное значение отключения, механизм позиционирования клапана определяет, что электромагнитный клапан находится в состоянии ошибки и/или отклоненном от штатного состоянии и/или неисправен (блок 1012). В соответствии с блоком 1014, если максимальное изменение давления больше, чем минимальное значение отключения, способ 1000 включает определение того, меньше ли изменение давления в конце длительности контроля (например, изменение 824 давления во время 816 окончания контроля в соответствии с фиг. 8A), чем максимальное значение сброса (например, максимальное значение 826 сброса в соответствии с фиг. 8A). Блок 1014 может дополнительно и/или альтернативно включать определение того, меньше ли максимальное изменение давления, чем максимальное значение отключения (например, максимальное значение 830 отключения в соответствии с фиг. 8B). Если изменение давления в конце длительности контроля не меньше максимального значения сброса (и/или если максимальное изменение давления не меньше максимального значения отключения), механизм позиционирования клапана определяет, что электромагнитный клапан находится в состоянии ошибки и/или отклоненном от штатного состоянии и/или неисправен (блок 1012). Если изменение давления в конце длительности контроля меньше максимального значения сброса (и/или если максимальное изменение давления меньше максимального значения отключения), механизм позиционирования клапана определяет, что электромагнитный клапан находится в состоянии готовности, в котором электромагнитный клапан способен приводить в действие исполнительный механизм, чтобы закрыть отсечной клапан (например, отсечной клапан 102 в соответствии с фиг. 1 и 5-7) при обнаружении небезопасных и/или опасных условий (блок 1016).
[60] Хотя в данном документе описаны некоторые приведенные в качестве примера устройство и способы, объем охвата данной патентной заявки этим не ограничивается. Напротив, данная патентная заявка охватывает все способы, устройства и изделия, объективно подпадающие под объем измененной формулы изобретения, либо буквально, либо согласно доктрине эквивалентов.
1. Устройство для оценки испытания электромагнитного клапана с помощью механизма позиционирования, содержащее:
электромагнитный клапан, позволяющий исполнительному механизму закрывать клапан аварийного отключения; и
механизм позиционирования клапана, гидравлически связанный и соединенный с возможностью связи с электромагнитным клапаном, причем механизм позиционирования клапана предназначен для:
отправки команды электромагнитному клапану на переход электромагнитного клапана из первого состояния во второе состояние в течение длительности импульса, причем длительность импульса составляет отрезок времени от времени начала до времени окончания импульса, на переход электромагнитного клапана из второго состояния в первое состояние после завершения длительности импульса;
контроля изменения давления в камере давления исполнительного механизма, гидравлически связанного с электромагнитным клапаном, относительно начального давления в течение длительности контроля, которая составляет отрезок времени от времени начала до времени окончания контроля;
идентификации максимального изменения давления в течение длительности контроля и
определения состояния готовности электромагнитного клапана, когда максимальное изменение давления больше минимального значения отключения, а изменение давления во время окончания контроля меньше максимального значения сброса.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что механизм позиционирования клапана предназначен для определения состояния ошибки электромагнитного клапана, когда выполняется по меньшей мере одно из условий: максимальное изменение давления меньше минимального значения отключения или изменение давления во время окончания контроля больше максимального значения сброса.
3. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что длительность контроля механизма позиционирования клапана больше, чем длительность импульса.
4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что механизм позиционирования клапана определяет максимальное изменение давления путем сравнения начального давления в камере давления исполнительного механизма и минимального давления, измеренных в камере давления механизмом позиционирования клапана, и определяет изменение давления во время окончания контроля путем сравнения начального давления и давления в камере давления, измеренного во время окончания контроля механизмом позиционирования клапана.
5. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что механизм позиционирования клапана предназначен для дополнительного определения состояния готовности электромагнитного клапана, когда максимальное изменение давления больше минимального значения отключения и меньше максимального значения отключения, причем минимальное значение отключения приблизительно в половину меньше максимального значения отключения.
6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что максимальное значение сброса приблизительно в два раза превышает изменение номинального давления относительно начального давления.
7. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что механизм позиционирования клапана предназначен для испытания электромагнитного клапана, не заставляя электромагнитный клапан приводить в действие клапан аварийного отключения.
8. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что механизм позиционирования клапана предназначен для испытания электромагнитного клапана независимо от испытания клапана аварийного отключения.
9. Способ оценки испытания электромагнитного клапана с помощью механизма позиционирования, включающий:
отправку команды, путем выполнения первых команд посредством процессора, электромагнитному клапану в течение длительности импульса перейти из первого состояния во второе состояние, при этом указанный электромагнитный клапан дает возможность исполнительному механизму закрыть клапан аварийного отключения, причем длительность импульса составляет отрезок времени от времени начала до времени окончания импульса;
отправку команды, путем выполнения вторых команд посредством процессора, электромагнитному клапану на переход из второго состояния в первое состояние во время окончания импульса;
контроль, путем выполнения третьих команд посредством процессора, за изменением давления в камере давления исполнительного механизма, гидравлически связанного с электромагнитным клапаном, относительно начального давления в течение длительности контроля, который составляет отрезок времени от времени начала до времени окончания контроля;
идентификацию, путем выполнения четвертых команд посредством процессора, максимального изменения давления в течение длительности контроля; и
определение, путем выполнения пятых команд посредством процессора, состояния готовности электромагнитного клапана, когда максимальное изменение давления превышает минимальное значение отключения, а изменение давления во время окончания контроля меньше максимального значения сброса.
10. Способ по п. 9, дополнительно включающий определение состояния ошибки электромагнитного клапана, когда существует по меньшей мере одно из следующих условий: максимальное изменение давления меньше, чем минимальное значение отключения, или изменение давления во время окончания контроля больше, чем максимальное значение сброса.
11. Способ по п. 9 или 10, отличающийся тем, что идентификация того, что максимальное изменение давления меньше минимального значения отключения, указывает на то, что электромагнитный клапан медленно заставляет исполнительный механизм закрывать клапан аварийного отключения.
12. Способ по любому из пп. 9-11, отличающийся тем, что идентификация того, что изменение давления во время окончания контроля больше, чем максимальное значение сброса, указывает на то, что электромагнитный клапан медленно заставляет исполнительный механизм повторно открывать клапан аварийного отключения после закрытия.
13. Способ по любому из пп. 9-12, отличающийся тем, что длительность контроля больше, чем длительность импульса.
14. Способ по любому из пп. 9-13, дополнительно включающий определение максимального изменения давления путем вычисления разности начального давления в камере давления и минимального давления в камере давления в течение длительности контроля.
15. Способ по любому из пп. 9-14, дополнительно включающий определение изменения давления во время окончания контроля путем вычисления разности начального давления камеры давления и давления камеры давления во время окончания контроля.
16. Способ по любому из пп. 9-15, дополнительно включающий определение состояния готовности электромагнитного клапана, когда максимальное изменение давления больше минимального значения отключения и меньше максимального значения отключения, причем минимальное значение отключения приблизительно в половину меньше максимального значения отключения.
17. Способ по любому из пп. 9-16, отличающийся тем, что максимальное значение сброса приблизительно в два раза превышает изменение номинального давления относительно начального давления.
18. Способ по любому из пп. 9-17, отличающийся тем, что определение состояния готовности электромагнитного клапана на основании изменения давления в камере давления относительно начального давления позволяет испытывать электромагнитный клапан, когда имеется по меньшей мере одно из условий: переменный поток выше по потоку, переменный поток ниже по потоку, задержка сообщения между механизмом позиционирования клапана и электромагнитным клапаном или механическая задержка при переходе электромагнитного клапана между первым состоянием и вторым состоянием.
19. Устройство для оценки испытания электромагнитного клапана с помощью механизма позиционирования, содержащее:
приспособление для приведения в действие исполнительного механизма для закрытия клапана аварийного отключения и
приспособление для позиционирования, сообщающееся по текучей среде и соединенное с возможностью связи с приспособлением для приведения в действие, причем приспособление для позиционирования предназначено для:
отправки команды приспособлению для приведения в действие на переход приспособления для приведения в действие из первого состояния во второе состояние в течение длительности импульса, причем длительность импульса составляет отрезок времени от времени начала до времени окончания импульса, на переход приспособления для приведения в действие из второго состояния в первое состояние после завершения длительности импульса;
контроля изменения давления в камере давления исполнительного механизма, гидравлически связанного с приспособлением для приведения в действие относительно начального давления в течение длительности контроля, которая составляет отрезок времени от времени начала до времени окончания контроля;
идентификации максимального изменения давления в течение длительности контроля и
определения состояния готовности приспособления для приведения в действие, когда максимальное изменение давления больше минимального значения отключения, а изменение давления во время окончания контроля меньше максимального значения сброса.
20. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что приспособление для позиционирования предназначено для определения состояния ошибки приспособления для приведения в действие, когда существует по меньшей мере одно из следующих условий: максимальное изменение давления меньше, чем минимальное значение отключения, или изменение давления во время окончания контроля больше, чем максимальное значение сброса.
