Способ и устройство (варианты) для стабилизации позиционера клапана во время испытаний электромагнитного клапана
Изобретение относится к электромагнитным клапанам, и в частности к способам и устройствам стабилизации позиционера клапана во время испытаний электромагнитного клапана. Типовое устройство содержит электромагнитный клапан (202) и позиционер (106) клапана, соединенный с возможностью передачи данных и имеющий гидравлическое сообщение с электромагнитным клапаном. Позиционер клапана должен быть установлен в состояние управления давлением, до проведения испытания электромагнитного клапана. Позиционер клапана должен обнаруживать изменение давления на противоположных концах электромагнитного клапана, вызванное переходом электромагнитного клапана из первого состояния во второе состояние, и переходить из состояния управления давлением в насыщенное состояние после обнаружения указанного изменения давления. Полное давление нагнетания должно стабилизировать позиционер клапана, проводящего испытание электромагнитного клапана. Позиционер клапана должен поддерживать насыщенное состояние, пока давление на противоположных концах электромагнитного клапана не вернется к предварительно определенному начальному значению. Предложенные изобретения позволяют испытывать электромагнитный клапан, который управляет активацией аварийного клапана посредством позиционера независимо от испытаний аварийного клапана. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 11 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Этот патент в целом относится к электромагнитным клапанам, и в частности, к способам и устройствам стабилизации позиционера клапана во время испытаний электромагнитного клапана.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Аварийные клапаны (например, отсечные клапаны, дренажные клапаны) часто используются в условиях (например, нефтяной и газовой промышленности) для защиты людей, оборудования и/или окружающей среды в опасных условиях. Например, аварийный отсечной клапан может активироваться (например, закрываться) для остановки потока опасного материала после обнаружения опасного состояния. В некоторых случаях проводят испытания аварийных клапанов для проверки возможности активации аварийных отсечных клапанов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] В одном примере устройство содержит электромагнитный клапан, который должен позволять исполнительному механизму закрывать аварийный клапан, и позиционер клапана, соединенный с возможностью передачи данных и имеющий гидравлическое сообщение с электромагнитным клапаном. Позиционер клапана должен быть установлен в состояние управления давлением, чтобы поддерживать предварительно определенное начальное значение давления на входе электромагнитного клапана до проведения испытания электромагнитного клапана. Позиционер клапана должен обнаруживать изменение давления на противоположных концах электромагнитного клапана, вызванное переходом электромагнитного клапана из первого состояния во второе состояние и переходом позиционера клапана из состояния управления давлением в насыщенное состояние после обнаружения указанного изменения давления, во время которого позиционер клапана подает полное давление нагнетания. Указанное полное давление нагнетания должно стабилизировать позиционер клапана после перехода электромагнитного клапана из первого состояния во второе состояние для проведения испытания электромагнитного клапана. Позиционер клапана должен поддерживать насыщенное состояние, пока давление на противоположных концах электромагнитного клапана не вернется к предварительно определенному начальному значению.
[0004] В другом примере способ включает установку путем исполнения первых команд посредством процессора позиционера клапана в состояние управления давлением для поддержания предварительно определенного начального значения давления на входе электромагнитного клапана до проведения испытания электромагнитного клапана. Способ включает обнаружение путем исполнения вторых команд посредством процессора изменения давления на противоположных концах электромагнитного клапана, вызванного переходом электромагнитного клапана из первого состояния во второе состояние. Способ включает после обнаружения указанного изменения давления переход путем исполнения третьих команд посредством процессора позиционера клапана из состояния управления давлением в насыщенное состояние, во время которого позиционер клапана подает полное давление нагнетания, стабилизирующее позиционер клапана после перехода электромагнитного клапана из первого состояния во второе состояние для проведения испытания электромагнитного клапана. Способ включает поддержание путем исполнения четвертых команд посредством процессора позиционера клапана в насыщенном состоянии, пока давление на противоположных концах электромагнитного клапана не вернется к предварительно определенному начальному значению.
[0005] В другом примере устройство содержит механизм активации исполнительного механизма, закрывающего аварийный клапан, и механизм позиционирования соединенный с возможностью передачи данных и имеющий гидравлическое сообщение с указанным механизмом активации. Механизм позиционирования должен быть установлен в состояние управления давлением, чтобы поддерживать предварительно определенное начальное значение давления на входе механизма активации до проведения испытания механизма активации. Механизм позиционирования содержит механизм обнаружения изменения давления на противоположных концах механизма активации, вызванного переходом механизма активации из первого состояния во второе состояние. Механизм позиционирования содержит механизм перехода механизма позиционирования из состояния управления давлением в насыщенное состояние после обнаружения указанного изменения давления, во время которого механизм позиционирования подает полное давление нагнетания. Указанное полное давление нагнетания должно стабилизировать механизм позиционирования после перехода механизма активации из первого состояния во второе состояние для проведения испытания механизма активации. Механизм перехода должен поддерживать насыщенное состояние, пока давление на противоположных концах механизма активации не вернется к предварительно определенному начальному значению.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0006] Фиг. 1 иллюстрирует типовой отсечной клапан, типовой исполнительный механизм и типовой позиционер клапана в соответствии с принципами данного изобретения.
[0007] Фиг. 2 иллюстрирует исполнительный механизм и позиционер клапана по фиг. 1 и типовой электромагнитный клапан в соответствии с принципами данного изобретения.
[0008] Фиг. 3 представляет собой вид в поперечном разрезе электромагнитного клапана по фиг. 2.
[0009] Фиг. 4 представляет собой увеличенный вид в поперечном разрезе клапанных каналов электромагнитного клапана по фиг. 2.
[0010] Фиг. 5 представляет собой гидродинамическую схему исполнительного механизма, позиционера клапана и электромагнитного клапана по фиг. 1-2 в первом состоянии в соответствии с принципами данного изобретения.
[0011] Фиг. 6 представляет собой гидродинамическую схему исполнительного механизма, позиционера клапана и электромагнитного клапана по фиг. 1-2 во втором состоянии в соответствии с принципами данного изобретения.
[0012] Фиг. 7 представляет собой электрическую и гидродинамическую схему исполнительного механизма, позиционера клапана и электромагнитного клапана по фиг. 1-2 в соответствии с принципами данного изобретения.
[0013] Фиг. 8 изображает результаты измерений изменения давления электромагнитного клапана по фиг. 2-7, когда позиционер клапана не стабилизирован во время испытания электромагнитного клапана по фиг. 2-7.
[0014] Фиг. 9 изображает результаты измерений изменения давления электромагнитного клапана по фиг. 2-7 во время стабилизации позиционера клапана по фиг. 1-2 и 5-7 в соответствии с принципами данного изобретения.
[0015] Фиг. 10 изображает другие результаты измерений изменения давления электромагнитного клапана по фиг. 2-7 во время стабилизации позиционера клапана по фиг. 1-2 и 5-7 в соответствии с принципами данного изобретения.
[0016] Фиг. 11 представляет собой блок-схему, представляющую типовой способ стабилизации позиционера клапана по фиг. 1-2 и 5-7 во время испытаний электромагнитного клапана по фиг. 2-7 в соответствии с принципами данного изобретения.
[0017] Фигуры представлены не в масштабе. Для пояснения нескольких слоев и областей толщина слоев в графических материалах может быть увеличена. Где это возможно, одинаковые номера позиций использованы в графических материалах и приложенном письменном описании для обозначения одинаковых или подобных деталей.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0018] Аварийные клапаны (например, отсечные клапаны, дренажные клапаны) используются в условиях, например, нефтяной и газовой промышленности, для защиты людей, оборудования и/или окружающей среды в опасных условиях. Например, отсечной клапан может закрываться после обнаружения опасного состояния для остановки потока опасного материала и таким образом уменьшения риска нанесения ущерба людям, оборудованию и/или окружающей среде.
[0019] Например, некоторые известные отсечные клапаны приводятся в действие (например, закрываются, открываются) посредством исполнительного механизма, который функционально связан с электромагнитным клапаном, связанным с контроллером (например, программируемым контроллером, программируемым логическим контроллером, логическим устройством и т.п.). В некоторых случаях исполнительный механизм содержит поршень, который расположен в камере и функционально соединен с пружиной. Когда давление в камере прикладывает к поршню усилие, которое превышает предварительно установленную нагрузку на пружину, поршень предотвращает срабатывание пружины и таким образом исполнительного механизма, тем самым удерживая отсечной клапан в открытом положении. Когда давление в камере падает ниже предварительно установленной нагрузки на пружину, пружина приводит в действие поршень внутри камеры и таким образом заставляет исполнительный механизм перевести отсечной клапан из открытого положения в закрытое положение. В некоторых случаях положением исполнительного механизма управляет электромагнитный клапан, который подает воздух в камеру и/или удаляет (например, вытягивает, выпускает) воздух из нее. Например, электромагнитный клапан выпускает воздух из исполнительного механизма после получения аварийного сигнала от контроллера, который связан с датчиком, обнаруживающим наличие опасного и/или угрожающего состояния.
[0020] В некоторых случаях в среде могут отсутствовать опасные и/или угрожающие состояния в течение длительных периодов времени. В результате аварийный клапан, исполнительный механизм и/или электромагнитный клапан могут не действовать в течение продолжительного периода времени. В таких случаях аварийный клапан, исполнительный механизм и/или электромагнитный клапан могут подвергаться износу и/или повреждениям, которые служат причиной отсутствия срабатывания (например, закрывания отсечного клапана, открывания дренажного клапана) после обнаружения опасного и/или угрожающего состояния. Чтобы убедиться, что аварийный клапан будет срабатывать при обнаружении таких состояний, некоторые аварийные клапаны периодически испытывают.
[0021] Некоторые известные аварийные клапаны испытывают посредством испытания с частичным ходом. Для проведения испытания с частичным ходом позиционер функционально соединяют с исполнительным механизмом, так что во время испытания положение исполнительного механизма и таким образом аварийного клапана контролирует позиционер (а не электромагнитный клапан). Например, во время испытания отсечного клапана с частичным ходом позиционер заставляет исполнительный механизм частично привести в действие отсечной клапан (например, пройти часть полного хода до закрытого положения, например, от 10% до 15%) из открытого положения. Поскольку в ходе испытания с частичным ходом отсечной клапан частично закрывается, испытание с частичным ходом прерывает и/или нарушает работу системы, в которой установлен отсечной клапан, во время проведения испытания с частичным ходом. В результате часто аварийные клапаны испытывают посредством испытания с частичным ходом только один раз в пару лет. Кроме того, поскольку исполнительный механизм и аварийный клапан во время испытания с частичным ходом контролирует непосредственно позиционер, такие испытания не проверяют возникновение со временем износа и/или других повреждений у электромагнитного клапана, которые могут помешать срабатыванию аварийного клапана при обнаружении опасного и/или угрожающего состояния.
[0022] Другие известные аварийные клапаны испытывают путем отключения электромагнитного клапана (например, путем обесточивания электромагнитного клапана), заставляющего аварийный клапан частично закрыться (например, до предварительно определенного частично открытого положения). Однако такие испытания может быть сложным контролировать, поскольку электромагнитный клапан имеет только два состояния управления (например, под напряжением и обесточенное), что делает невозможным точное управление исполнительным механизмом и, таким образом, точное управление аварийным клапаном, когда воздух выходит из исполнительного механизма. Кроме того, поскольку разница между давлением в камере в положении покоя и давлением в камере в полностью активированном положении минимальна (например, по причине большой предварительно установленной нагрузки и низкого коэффициента упругости пружины), часто бывает трудно соотнести давление в камере и положение позиционера клапана, и таким образом определить, сколько воздуха должно быть выпущено из камеры до того, как исполнительный механизм начнет приводить в действие аварийный клапан. К тому же, коммуникационные, 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 аварийный клапан и/или вернуть аварийный клапан в его исходное положение. В результате сложности контроля таких испытаний аварийный клапан часто не срабатывает, что приводит к ложному отрицательному результату (например, в результате срабатывания электромагнитного клапана в течение слишком короткого промежутка времени). В других случаях такие испытания приводят к действию отсечного клапана более чем на желаемую величину (например, чрезмерному ходу, такому как полное закрывание отсечного клапана, которое происходит в результате срабатывания электромагнитного клапана в течение слишком продолжительного времени), тем самым дополнительно прерывая и/или нарушая работу системы, в которой установлен аварийный клапан. Кроме того, такие испытания могут не обнаружить вовремя повреждение электромагнитного клапана, поскольку электромагнитные клапаны часто изнашиваются раньше, чем обычно испытывают аварийные клапаны посредством срабатывания электромагнитного клапана (например, испытания аварийных клапанов могут проводиться один раз в пару лет).
[0023] Примеры, описываемые в данном документе, позволяют испытывать электромагнитный клапан, который управляет активацией аварийного клапана (например, отсечного клапана, дренажного клапана) посредством позиционера независимо от испытаний аварийного клапана. В примерах, описываемых в данном документе, электромагнитный клапан испытывают без активации аварийного клапана и, таким образом, без прерывания или нарушения работы системы, в которой установлен аварийный клапан. Чтобы позволить позиционеру клапана определять функциональность электромагнитного клапана, типовые способы и устройства, описываемые в данном документе, стабилизируют позиционер клапана, когда электромагнитный клапан переходит между первым состоянием и вторым состоянием во время испытаний электромагнитного клапана.
[0024] Примеры, описываемые в данном документе, содержат электромагнитный клапан, который должен позволять исполнительному механизму закрывать аварийный клапан, и позиционер клапана, соединенный с возможностью передачи данных и имеющий гидравлическое сообщение с электромагнитным клапаном. Позиционер клапана сначала установлен в состояние управления давлением, чтобы поддерживать предварительно определенное начальное значение давления на входе электромагнитного клапана до проведения испытания электромагнитного клапана. Кроме того, позиционер клапана обнаруживает изменение давления на противоположных концах электромагнитного клапана, вызванное переходом электромагнитного клапана из первого состояния во второе состояние, и переходит из состояния управления давлением в насыщенное состояние после обнаружения указанного изменения давления. Позиционер клапана подает полное давление нагнетания в насыщенном состоянии, стабилизирующее позиционер клапана после перехода электромагнитного клапана из первого состояния во второе состояние для проведения испытания электромагнитного клапана. Позиционер клапана поддерживает насыщенное состояние, пока давление на противоположных концах электромагнитного клапана не вернется к начальному значению.
[0025] В некоторых примерах позиционер клапана устанавливается в состояние управления давлением посредством регулирования давления по анализу выходных данных, которое приостанавливает подачу полного давления нагнетания (например, насыщения) позиционера клапана, управляя давлением на входе электромагнитного клапана. Кроме того, типовой позиционер клапана возвращается в состояние управления давлением после определения возврата давления на противоположных концах электромагнитного клапана к начальному значению. Например, позиционер клапана возвращается в состояние управления давлением для уменьшения выхода за установленные пределы начального значения после достижения начального значения.
[0026] В некоторых примерах позиционер клапана принимает колеблющееся давление нагнетания и поддерживает давление на входе электромагнитного клапана на уровне ниже среднего давления нагнетания на предварительно определенную величину (например, приблизительно на 5 фунтов на квадратный дюйм (3515 кг/м2)). Позиционер клапана поддерживает начальное значение давления на входе, создавая устойчивые характеристики давления (например, начальное значение давления) во время испытания электромагнитного клапана. Например, позиционер клапана использует начальное значение давления для определения функциональности электромагнитного клапана.
[0027] В некоторых примерах позиционер клапана переходит в насыщенное состояние после обнаружения изменения давления, чтобы предотвратить влияние задержки передачи данных, электрической и/или механической задержки при переходе электромагнитного клапана между первым и вторым состоянием на испытание электромагнитного клапана. Позиционер клапана может переходить в насыщенное состояние, минуя регулятор давления позиционера клапана, чтобы предотвратить влияние указанного регулятора давления на давление на входе позиционера клапана. В дополнительном или альтернативном варианте позиционер клапана поддерживается в насыщенном состоянии после возврата электромагнитного клапана в первое состояние, чтобы увеличить скорость сброса, с которой давление на противоположных концах электромагнитного клапана возвращается к начальному значению. Кроме того, позиционер клапана может поддерживаться в насыщенном состоянии во время критического режима потока и докритического режима потока электромагнитного клапана.
[0028] Обратимся к фигурам, на которых фиг. 1 иллюстрирует типовую аварийную систему 100, описываемую в данном документе. В проиллюстрированном примере аварийная система 100 содержит отсечной клапан 102, исполнительный механизм 104, электромагнитный клапан (например, электромагнитный клапан 202 по фиг. 2) и позиционер 106 клапана (например, цифровой контроллер клапана). Исполнительный механизм 104 содержит первую камеру 108, вторую камеру 110 и корпус 112 приводного модуля. В первой камере 108 находится поршень (например, поршень 510 по фиг. 5), а во второй камере 110 находится пружина (например, пружина 514 по фиг. 5), которая приводит в действие вал (например, вал 502 по фиг. 5) исполнительного механизма 104, расположенный 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, управляя количеством флюида, протекающего между первым концом 114 и вторым концом 116 отсечного клапана 102. Вал исполнительного механизма 104 функционально соединен с клапанным элементом отсечного клапана 102, позволяя исполнительному механизму 104 переводить отсечной клапан 102 между открытым положением и закрытым положением.
[0029] При работе после обнаружения угрожающих и/или опасных условий или состояний исполнительный механизм 104 заставляет отсечной клапан 102 перейти в закрытое положение. Например, отсечной клапан 102 закрывается, прекращая поток флюида (например, потенциально опасного материала), когда обнаружено опасное состояние, чтобы увеличить и/или улучшить безопасность людей, оборудования и/или окружающей среды. Поскольку угрожающие и/или опасные условия могут не обнаруживаться в течение продолжительных периодов времени, позиционер 106 клапана типовой аварийной системы 100 периодически испытывает функциональность отсечного клапана 102 и/или исполнительного механизма 104 (например, посредством испытания с частичным ходом), проверяя способность отсечного клапана 102 закрываться. Например, позиционер 106 клапана периодически проводит испытание с частичным ходом, определяя, не повреждены ли и/или не выведены из строя другим способом исполнительный механизм 104 и/или отсечной клапан 102. Кроме того, в проиллюстрированном примере аварийная система 100 содержит пульт 118 управления, позволяющий оператору инициализировать проведение позиционером 106 клапана испытания отсечного клапана 102, исполнительного механизма 104 и/или электромагнитного клапана аварийной системы 100. Хотя аварийная система 100 по проиллюстрированному примеру содержит отсечной клапан 102, в альтернативном варианте аварийная система 100 может содержать аварийный клапан другого типа, например, дренажный клапан и/или клапан любого другого типа, способный активироваться посредством исполнительного механизма 104.
[0030] Фиг. 2 иллюстрирует позиционер 106 клапана, электромагнитный клапан 202 и часть исполнительного механизма 104 типовой аварийной системы 100. При работе после обнаружения угрожающих и/или опасных условий электромагнитный клапан 202 обесточивается (например, энергия не подается в электромагнитный клапан 202), что заставляет электромагнитный клапан 202 активировать исполнительный механизм 104, который в свою очередь заставляет отсечной клапан 102 (фиг. 1) перейти в положение срабатывания (например, закрытое положение отсечного клапана 102). В дополнение к периодическим испытаниям отсечного клапана 102 и/или исполнительного механизма 104, позиционер 106 клапана типовой аварийной системы 100 периодически испытывает электромагнитный клапан 202, проверяя, что электромагнитный клапан 202 будет активировать исполнительный механизм 104 после обнаружения условий срабатывания (например, угрожающих и/или опасных). Например, позиционер 106 клапана проводит испытание, определяя, переключается ли электромагнитный клапан 202 после прекращения позиционером 106 клапана подачи электропитания в электромагнитный клапан 202 из первого состояния (например, состояния под напряжением, нормального состояния) во второе состояние (например, обесточенное состояние, аварийное состояние, состояние срабатывания), активируя исполнительный механизм 104.
[0031] Фиг. 3 представляет собой вид в поперечном разрезе типового электромагнитного клапана 202 аварийной системы 100 (фиг. 1-2). Как проиллюстрировано на фиг. 3, электромагнитный клапан 202 представляет собой 3/2-ходовый клапан, в котором шток 302 активируется, образуя два альтернативных пути для флюида между тремя каналами. Например, в первом состоянии (например, состоянии под напряжением, нормальном состоянии) шток 302 электромагнитного клапана 202 образует первый путь для флюида между первым клапанным каналом 306 и вторым клапанным каналом 308. Чтобы образовать первый путь для флюида первого состояния шток 302 блокирует, герметизирует или другим способом предотвращает поток флюида через третий клапанный канал 310. Кроме того, как проиллюстрировано на фиг. 3, шток 302 может быть активирован для перевода электромагнитного клапана 202 во второе состояние (например, обесточенное состояние, аварийное состояние, состояние срабатывания), в котором шток 302 образует второй путь 311 для флюида электромагнитного клапана 202 между вторым и третьим клапанным каналом 308, 310, блокируя, герметизируя и/или другим способом предотвращая поток флюида через первый клапанный канал 306.
[0032] Как проиллюстрировано на фиг. 3, шток 302 соединен с якорем 312 так, что перемещение якоря 312 вдоль канала 314 заставляет шток 302 переходить между первым состоянием и вторым состоянием электромагнитного клапана 202. В проиллюстрированном примере якорь 312 по меньшей мере частично расположен в канале 314, образованном катушкой 316 электромагнита, создающей магнитное поле. Якорь 312 состоит из магнитного материала. В результате магнитное поле, создаваемое катушкой 316 электромагнита, толкает, перемещает и/или активирует якорь 312, когда катушка 316 электромагнита переходит между состоянием под напряжением и обесточенным состоянием, заставляя шток 302 переходить между первым состоянием и вторым состоянием электромагнитного клапана 202. В проиллюстрированном примере катушка 316 электромагнита обесточена, а якорь 312 и шток 302 расположены во втором состоянии электромагнитного клапана 202. Когда катушка 316 электромагнита находится под напряжением, магнитное поле, создаваемое катушкой 316 электромагнита, изменяется, таким образом заставляя магнитный якорь 312 и шток 302, соединенный с якорем 312, перемещаться вдоль канала 314 в первое положение электромагнитного клапана 202. Чтобы обесточить катушку 316 электромагнита, позиционер 106 клапана прерывает подачу электропитания в электромагнитный клапан 202 на период импульса посредством кабеля, соединенного с электромагнитным клапаном 202 с помощью зажима 318. Например, кабель соединен с зажимом 318, соединяя с возможностью передачи данных электромагнитный клапан 202 с позиционером 106 клапана (фиг. 1 и 2), который испытывает функциональность электромагнитного клапана 202, и/или с контроллером (например, программируемым контроллером, программируемым логическим контроллером, логическим устройством и т.п.), который обнаруживает угрожающие и/или опасные условия посредством датчиков.
[0033] Фиг. 4 представляет собой увеличенный вид в поперечном разрезе первого, второго и третьего клапанного канала 306, 308, 310 и штока 302, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии. В проиллюстрированном примере шток 302 содержит первый уплотнитель 402 (например, первое уплотнительное кольцо), который входит в зацепление с корпусом 404 электромагнитного клапана 202 смежно с первым клапанным каналом 306. Первый уплотнитель 402 образует уплотнение с корпусом 404 электромагнитного клапана 202, предотвращающее гидравлическое сообщение первого клапанного канала 306 с третьим клапанным каналом 310 и вторым клапанным каналом 308, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии. Кроме того, шток 302 не блокирует третий клапанный канал 310 или второй клапанный канал 308, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии, образуя второй путь 311 для флюида второго состояния.
[0034] Как проиллюстрировано на фиг. 4, шток 302 содержит второй уплотнитель 406 (например, второе уплотнительное кольцо), который входит в зацепление с корпусом 404 электромагнитного клапана 202 смежно с третьим клапанным каналом 310, когда электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии. Второй уплотнитель 406 образует уплотнение с корпусом 404 электромагнитного клапана 202, предотвращающее гидравлическое сообщение третьего клапанного канала 310 со вторым клапанным каналом 308 или первым клапанным каналом 306 в первом состоянии электромагнитного клапана 202. Кроме того, шток 302 не блокирует второй клапанный канал 308 или первый клапанный канал 306, когда электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии, образуя первый путь для флюида первого состояния.
[0035] Фиг. 5 и 6 изображают гидродинамическую схему типовой аварийной системы 100, в которой позиционер 106 клапана испытывает функциональность электромагнитного клапана 202 независимо от испытания функциональности отсечного клапана 102 (фиг. 1) и/или исполнительного механизма 104. Конкретнее, фиг. 5 иллюстрирует аварийную систему 100 во время испытания электромагнитного клапана 202, когда электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии (например, состоянии под напряжением, нормальном состоянии), а фиг. 6 иллюстрирует аварийную систему 100 во время испытания электромагнитного клапана 202, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии (например, обесточенном состоянии, аварийном состоянии, состоянии срабатывания).
[0036] Как проиллюстрировано на фиг. 5, исполнительный механизм 104 содержит вал 502, который функционально соединен с клапанным элементом отсечного клапана 102, переводящий отсечной клапан 102 между открытым и закрытым положением. Вал 502 функционально соединен со штоком 504 исполнительного механизма 104 посредством зажимного механизма 506, расположенного в корпусе 112 приводного модуля. Первый конец 508 штока 504 входит в первую камеру 108 исполнительного механизма 104 и соединен с поршнем 510, расположенным в первой камере 108, а второй конец 512 штока 504 входит во вторую камеру 110 и соединен с пружиной 514, расположенной во второй камере 110.
[0037] На фиг. 5 исполнительный механизм 104 находится в положении покоя, которое соответствует открытому положению отсечного клапана 102. Например, пружина 514 предварительно нагружена так, что пружина 514 сжата внутри второй камеры 110. Кроме того, давление внутри напорной камеры 516 первой камеры 108 прикладывает усилие к поршню 510 в первом направлении (например, влево в проиллюстрированном примере), существенно большее усилия (например, предварительной нагрузки), прикладываемого пружиной 514 ко второму концу 512 штока 504 в противоположном направлении (например, вправо в проиллюстрированном примере). Исполнительный механизм 104 остается в положении покоя, пока усилие, прикладываемое пружиной 514, не превосходит усилие, прикладываемое давлением в напорной камере 516. Например, после обнаружения угрожающего и/или опасного состояния напорная камера 516 может вентилироваться в течение определенного периода времени для существенного уменьшения давления внутри напорной камеры 516. В таких случаях исполнительный механизм 104 начинает закрывать отсечной клапан 102, только когда усилие, прикладываемое поршнем 510, становится меньше усилия, прикладываемого пружиной 514.
[0038] Кроме того, как проиллюстрировано на фиг. 5, исполнительный механизм 104, позиционер 106 клапана и электромагнитный клапан 202 типовой аварийной системы 100 имеют гидравлическое сообщение друг с другом. Позиционер 106 клапана содержит первый напорный канал 518, второй напорный канал 520 и третий напорный канал 522. Третий напорный канал 522 принимает подаваемый флюид (например, нерегулируемый технологический воздух), который подают в первый напорный канал 518, указанный первый напорный канал 518 имеет гидравлическое сообщение с первым клапанным каналом 306 электромагнитного клапана 202, а второй напорный канал 520 имеет гидравлическое сообщение со вторым клапанным каналом 308 электромагнитного клапана 202 и напорной камерой 516 исполнительного механизма 104 посредством измерительной линии 524. Кроме того, третий клапанный канал 310 имеет гидравлическое сообщение с дренажным отверстием.
[0039] На фиг. 5 электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии, в котором третий клапанный канал 310 закрыт, образуя первый путь для флюида между первым клапанным каналом 306 и вторым клапанным каналом 308. В результате напорная камера 516 исполнительного механизма 104 имеет гидравлическое сообщение с первым напорным каналом 518 позиционера 106 клапана и получает из него флюид. Например, флюид, подаваемый первым напорным каналом 518, заставляет напорную камеру 516 создавать первое давление в напорной камере 516, когда электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии. Первое давление напорной камеры 516 прикладывает первое усилие к поршню 510, которое больше, чем предварительная нагрузка исполнительного механизма 104 (например, создаваемая пружиной 514), тем самым позволяя исполнительному механизму 104 оставаться в положении покоя, когда электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии.
[0040] Кроме того, когда электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии, позиционер 106 клапана находится в состоянии управления давлением, во время которого позиционер 106 клапана регулирует давление на входе электромагнитного клапана 202. Например, третий напорный канал 522 позиционера 106 клапана принимает нагнетаемый флюид, который может быть нерегулируемым и/или иметь колеблющееся давление. Чтобы получить возможность подачи в электромагнитный клапан 202 флюида, имеющего по существу постоянное и/или устойчивое давление, позиционер 106 клапана регулирует нагнетание флюида, поступающего в третий напорный канал 522, позволяя первому напорному каналу 518 создавать и/или поддерживать управляемое неколеблющееся давление на входе электромагнитного клапана 202. В некоторых примерах позиционер 106 клапана поддерживает предварительно определенное начальное значение давления на входе электромагнитного клапана 202, меньшее среднего давления нагнетания, получаемого позиционером 106 клапана, на предварительно определенную величину. В некоторых примерах позиционер 106 клапана поддерживает предварительно определенное начальное значение давления на входе электромагнитного клапана 202 на 5 фунтов на квадратный дюйм (3515 кг/м2) меньше среднего значения колеблющегося давления нагнетания. Позиционер 106 клапана подает регулируемое давление на вход электромагнитного клапана 202, создавая согласованные характеристики давления (например, начальное значение, используемое для расчета изменения давления на противоположных концах электромагнитного клапана 202) во время испытания функциональности электромагнитного клапана 202.
[0041] Позиционер 106 клапана в проиллюстрированных примерах испытывает функциональность электромагнитного клапана 202, определяя, переходит ли электромагнитный клапан 202 между первым состоянием (фиг. 5) и вторым состоянием (фиг. 6), когда позиционер 106 клапана дает соответствующую команду электромагнитному клапану 202 (например, прерывая подачу электропитания в электромагнитный клапан 202). Например, позиционер 106 клапана может обнаруживать состояние ошибки, если шток 302 (фиг. 3 и 4) не перемещается и/или перемещается слишком медленно, переводя электромагнитный клапан 202 из первого состояния во второе состояние после прерывания подачи электропитания в электромагнитный клапан 202. Позиционер 106 клапана определяет, переходит ли электромагнитный клапан 202 из первого состояния во второе состояние, путем определения наличия и величины изменения давления на противоположных концах электромагнитного клапана 202 в результате прерывания подачи электропитания. Поскольку усилие, прикладываемое к поршню 510, существенно больше, чем усилие, прикладываемое пружиной 514, когда электромагнитный клапан 202 типовой аварийной системы 100 находится в первом состоянии, позиционер 106 клапана способен проверить функциональность электромагнитного клапана 202 путем создания и измерения относительно небольшого уменьшения или увеличения давления без влияния на положение исполнительного механизма 104 и/или отсечного клапана 102 (например, без закрывания отсечного клапана 102).
[0042] Чтобы обнаружить изменение давления в напорной камере 516 исполнительного механизма 104, второй напорный канал 520 позиционера 106 клапана измеряет давление напорной камеры 516 посредством измерительной линии 524. Например, позиционер 106 клапана измеряет посредством измерительной линии 524 начальное давление (например, начальное давление 808 по фиг. 8), связанное с первым состоянием, до перехода электромагнитного клапана 202 во второе состояние. Кроме того, позиционер 106 клапана отдает команду электромагнитному клапану 202 на переход во второе состояние и наблюдает давление напорной камеры 516 исполнительного механизма 104, когда электромагнитный клапан 202 переходит между первым состоянием и вторым состоянием.
[0043] Фиг. 6 изображает типовую аварийную систему 100, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии. Как проиллюстрировано на фиг. 6, первый клапанный канал 306 закрыт во втором состоянии, таким образом образуя второй путь 311 для флюида (фиг. 3 и 4) между вторым клапанным каналом 308 и третьим клапанным каналом 310 электромагнитного клапана 202. Таким образом, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии, электромагнитный клапан 202 позволяет флюиду выходить из напорной камеры 516 через второй путь 311 для флюида электромагнитного клапана 202 в дренажное отверстие. В результате давление, измеряемое во втором напорном канале 520 в проиллюстрированном примере уменьшается со временем, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии, относительно того, когда электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии.
[0044] Когда электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии, первый напорный канал 518 позиционера 106 клапана имеет гидравлическое сообщение с напорной камерой 516 исполнительного механизма 104 посредством линии 601 управления. Когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии, первый напорный канал сохраняет гидравлическое сообщение с линией 601 управления, но не с напорной камерой 516. Поскольку напорная камера 516 содержит существенно больший объем флюида по сравнению с линией 601 управления, объем флюида, сообщающегося с первым напорным каналом, существенно изменяется (например, уменьшается), когда электромагнитный клапан 202 переходит между состояниями, вызывая дестабилизацию управления давлением позиционера 106 клапана. В результате давление, измеряемое позиционером 106 клапана, может быть нестабильным, отклоняться и/или колебаться в течение короткого промежутка времени. Чтобы стабилизировать и/или предотвратить дестабилизацию перепада давления, измеряемого позиционером 106 клапана, позиционер клапана переходит из состояния управления давлением в насыщенное состояние после перехода электромагнитного клапана 202 во второе состояние. В некоторых примерах позиционер клапана устанавливается в состояние управления давлением посредством регулирования давления по анализу выходных данных, предотвращая подачу позиционером 106 клапана полного давления нагнетания в электромагнитный клапан 202. Для перехода позиционера 106 клапана из состояния управления давлением в насыщенное состояние позиционер 106 клапана минует регулятор давления позиционера 106 клапана и заставляет сервопривод позиционера 106 клапана насыщаться, переводя электропневматический преобразователь позиционера 106 клапана на максимальный уровень. В насыщенном состоянии позиционер 106 клапана подает полное давление нагнетания, при этом давление флюида, подаваемого позиционером 106 клапана в электромагнитный клапан 202, не регулируется. В проиллюстрированном примере электромагнитный клапан 202 находится в критическом режиме потока, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии, а позиционер 106 клапана находится в насыщенном состоянии.
[0045] В некоторых случаях может наблюдаться задержка между командой позиционера 106 клапана электромагнитному клапану 202 на переход во второе состояние и переходом электромагнитного клапана 202 во второе состояние. Например, указанная задержка может представлять собой задержку передачи данных и/или электрическую задержку между позиционером 106 клапана и электромагнитным клапаном 202 и/или механическую задержку электромагнитного клапана 202 (например, задержку перемещения штока 302 вдоль канала 314 по фиг. 3). Чтобы предотвратить переход позиционера 106 клапана в насыщенное состояние до перехода электромагнитного клапана 202 во второе состояние, и таким образом влияние на начальное давление, используемое для определения функциональности электромагнитного клапана 202, позиционер 106 клапана переходит в насыщенное состояние после обнаружении изменения давления (например, уменьшения давления) на противоположных концах электромагнитного клапана 202, вызванного вторым состоянием. Например, для испытания функциональности электромагнитного клапана 202, позиционер 106 клапана определяет максимальное изменение давления (например, максимальное снижение давления во время и/или после импульсного сигнала) относительно начального давления и сравнивает максимальное изменение давления с минимальным значением срабатывания. Если максимальное изменение давления превышает минимальное значение срабатывания, позиционер 106 клапана может определить, что электромагнитный клапан находится в состоянии готовности или в функциональном состоянии. Таким образом, позиционер 106 клапана переходит в насыщенное состояние, стабилизирующее позиционер 106 клапана и, таким образом, позволяющее позиционеру 106 клапана определять функциональность электромагнитного клапана 202.
[0046] Позиционер 106 клапана дополнительно испытывает функциональность электромагнитного клапана 202, давая команду электромагнитному клапану 202 на возврат в первое состояние (например, путем подачи электропитания в электромагнитный клапан 202) и сравнивая изменение давления в момент окончания наблюдения с максимальным исходным значением. Если изменение давления в момент окончания наблюдения меньше максимального исходного значения, позиционер 106 клапана может определить, что электромагнитный клапан находится в состоянии готовности или в функциональном состоянии. В дополнительном или альтернативном варианте, чтобы увеличить скорость сброса, с которой электромагнитный клапан 202 возвращается к начальному давлению, позиционер 106 клапана остается в насыщенном состоянии, пока электромагнитный клапан 202 не достигнет начального давления. Например, электромагнитный клапан 202 находится в докритическом режиме потока, когда электромагнитный клапан 202 находится в первом состоянии, а позиционер 106 клапана находится в насыщенном состоянии. Как только электромагнитный клапан 202 возвращается к начальному давлению, позиционер 106 клапана переходит из насыщенного состояния в состояние управления давлением.
[0047] Кроме того, в проиллюстрированном примере аварийная система 100 включает регенеративную дыхательную систему 602, в которой третий клапанный канал 310 электромагнитного клапана 202, дренажное отверстие 604 позиционера 106 клапана и дренажное отверстие 606 вспомогательной камеры 608 первой камеры 108 исполнительного механизма 104 сбрасывают давление через обратный клапан 610. Дренажное отверстие 606 первой камеры 108 предотвращает образование вакуума во вспомогательной камере 608, когда поршень 510 перемещается внутри первой камеры 108 (например, по направлению вправо в проиллюстрированном примере), дополнительно обеспечивая перемещение поршня 510, когда давление внутри напорной камеры 516 изменяется. Чтобы предотвратить втягивание вспомогательной камерой 608 загрязненного воздуха и/или химических веществ из атмосферы, регенеративная дыхательная система 602 позволяет вспомогательной камере 608 втягивать по существу чистый воздух из дренажного отверстия 604 позиционера 106 клапана и/или третьего клапанного канала 310 электромагнитного клапана 202. Кроме того, обратный клапан 610 поддерживает давление (например, приблизительно 1 фунт на квадратный дюйм (703 кг/ м2)) внутри регенеративной дыхательной системы 602, позволяя вспомогательной камере 608 втягивать выходящий воздух из дренажного отверстия 604 позиционера 106 клапана и/или третьего клапанного канала 310 электромагнитного клапана 202. Таким образом, позиционер 106 клапана способен испытывать функциональность электромагнитного клапана 202, когда регенеративная дыхательная система 602 встроена в аварийную систему 100. В дополнительном или альтернативном варианте позиционер 106 клапана способен испытывать функциональность электромагнитного клапана 202, когда регенеративная дыхательная система не встроена в аварийную систему 100.
[0048] Фиг. 7 изображает электрическую и гидродинамическую схему аварийной системы 100 в соответствии с идеями, представленными в данном документе, когда электромагнитный клапан 202 находится во втором состоянии. Как проиллюстрировано на фиг. 7, электромагнитный клапан 202 соединен с возможностью передачи данных с позиционером 106 клапана и первым источником 702 выходного сигнала посредством кабелей 704, 706, 708. Например, для соединения с возможностью передачи данных электромагнитного клапана 202 и позиционера 106 клапана кабель 704 соединяет позиционер 106 клапана с зажимом 710, а кабель 706 соединяет зажим 710 с электромагнитным клапаном 202. Таким образом, кабели 704, 706 позволяют позиционеру 106 клапана прерывать и/или разрешать подачу электропитания в электромагнитный клапан 202, испытывая функциональность электромагнитного клапана 202. Кроме того, кабель 708 соединяет первый источник 702 выходного сигнала с зажимом 710, соединяя с возможностью передачи данных первый источник 702 выходного сигнала с электромагнитным клапаном 202. В некоторых примерах первый источник 702 выходного сигнала представляет собой выходной зажим контроллера (например, программируемого контроллера, программируемого логического контроллера, логического устройства и т.п.), который подает и/или предоставляет электропитание (например, посредством сигнала 24 +В постоянного тока) в электромагнитный клапан 202, открывая отсечной клапан 102 (фиг. 1), и/или прекращает подачу электропитания (например, посредством сигнала 0 В постоянного тока), закрывая отсечной клапан 102 после обнаружения угрожающего и/или опасного состояния. Таким образом, как проиллюстрировано на фиг. 7, позиционер 106 клапана установлен для испытания электромагнитного клапана 202 без влияния на способность электромагнитного клапана 202 закрывать отсечной клапан 102 после обнаружения угрожающего и/или опасного состояния.
[0049] Как проиллюстрировано на фиг. 7, позиционер 106 клапана соединен с возможностью передачи данных со вторым источником выходного сигнала 712, который отправляет входной сигнал (например, сигнал 4-20 мА) в позиционер 106 клапана, управляя позиционером 106 клапана. Кроме того, источник 712 выходного сигнала отправляет испытательный сигнал (например, посредством протокола передачи данных HART, PROFIBUS АР, сетевой шины FOUNDATION Fieldbus и т.п.), начиная испытание (например, испытание с частичным ходом) электромагнитного клапана 202, исполнительного механизма 104 и/или отсечного клапана 102. Таким образом, позиционер 106 клапана по проиллюстрированному примеру испытывает функциональность электромагнитного клапана 202 независимо от испытаний функциональности отсечного клапана 102 и/или исполнительного механизма 104. В некоторых случаях электромагнитный клапан 202 может иметь большую вероятность износа и/или повреждения со временем по сравнению с исполнительным механизмом 104 и/или отсечной задвижкой 102. В таких случаях, позиционер 106 клапана проводит испытание электромагнитного клапана 202 чаще (например, ежемесячно), чем он может проводить испытание с частичным ходом отсечного клапана 102 (например, ежеквартально, ежегодно и т.д.). Кроме того, в некоторых примерах запланировано (например, запрограммировано), проведение позиционером 106 клапана испытания с частичным ходом отсечного клапана 102 после испытания функциональности электромагнитного клапана 202. В таких примерах, если позиционер 106 клапана идентифицирует ошибку и/или неисправность электромагнитного клапана 202, позиционер 106 клапана может быть запрограммирован прервать или продолжить запланированное испытание с частичным ходом и/или предоставить этот выбор оператору,
[0050] Фиг. 8 представляет собой график 800, изображающий результаты измерений изменения давления напорной камеры 516 (фиг. 5-6) исполнительного механизма 104 (фиг. 1-2 и 5-7), когда позиционер 106 клапана (фиг. 1-2 и 5-7) остается в состоянии управления давлением, когда электромагнитный клапан 202 (фиг. 2-7) переходит во второе состояние. Как проиллюстрировано на фиг. 8, прерывание 802 подачи электропитания в электромагнитный клапан 202 вызывает изменение 804 давления в напорной камере 516. Например, давление в напорной камере 516 уменьшается во время прерывания 802 электропитания и увеличивается после возобновления электропитания электромагнитного клапана 202. Кроме того, поскольку объем, контролируемый позиционером 106 клапана существенно изменяется (например, уменьшается) после перехода электромагнитного клапана 202 во второе состояние (например, позиционер клапана прекращает контролировать объем исполнительного механизма), управление давлением позиционера 106 клапана дестабилизируется, если позиционер 106 клапана остается в состоянии управления давлением, когда электромагнитный клапан 202 переходит во второе состояние. Например, измеряемое изменение 806 давления позиционера 106 клапана колеблется и/или отклоняется от начального давления 808 по существу с высокой частотой во время прерывания 802 электропитания, таким образом создавая сложности или неточности определения функциональности электромагнитного клапана 202 позиционером 106 клапана. В некоторых примерах позиционер 106 клапана может оставаться в состоянии управления давлением и определять, что электромагнитный клапан 202 перешел во второе состояние путем обнаружения соответствующих отклонений и/или колебаний измеряемого изменения 806 давления.
[0051] Фиг. 9 представляет собой график 900, изображающий типовые результаты измерений изменения давления, получаемых позиционером 106 клапана (фиг. 1-2 и 5-7), испытывающим функциональность электромагнитного клапана 202 (фиг. 2-7), когда позиционер 106 клапана стабилизирован посредством насыщенного состояния. Например, график 900 изображает изменение давления напорной камеры 516 (фиг. 5-6) исполнительного механизма 104, когда флюид, поступающий в позиционер 106 клапана, имеет давление около 80,7 фунтов на квадратный дюйм (56245,57 кг/м2), а давление на входе электромагнитного клапана 202 (например, давление между первым напорным каналом 518 позиционера 106 клапана и первым клапанным каналом 306 электромагнитного клапана 202) составляет около 75 фунтов на квадратный дюйм (52730,2 кг/м2). Кроме того, начальное давление в напорной камере 516 нормализовано до значения «0». В проиллюстрированном примере график 900 включает первую линию 902, которая представляет изменение давления на противоположных концах электромагнитного клапана 202 со временем, когда электропитание прерывается на период импульса около 0,25 секунды, вторую линию 904, которая представляет указанное изменение давления, когда электропитание прерывается на период импульса около 0,5 секунды, третью линию 906, которая представляет указанное изменение давления когда электропитание прерывается на период импульса около 1,0 секунды, и четвертую линию 908, которая представляет указанное изменение давления, когда электропитание прерывается на период импульса около 2,0 секунд. Как проиллюстрировано на фиг. 9, измеряемое изменение 806 давления позиционера 106 клапана (например, представленное первой линией 902, второй линией 904, третьей линией 906 и/или четвертой линией 908) не колеблется и/или не отклоняется, когда позиционер 106 клапана находится в насыщенном состоянии.
[0052] Как проиллюстрировано на фиг. 9, при переходе позиционера 106 клапана в насыщенное состояние после перехода электромагнитного клапана 202 во второе состояние позиционер 106 клапана позволяет уменьшать давление с постоянной скоростью (например, по существу, линейной скоростью) независимо от длительности импульса по причине условий ограничения потока, в которых скорость потока не зависит от давления на выходе. Например, давление снижается с постоянной, по существу, линейной скоростью для импульсов длительностью 0,25 секунды, 0,5 секунды, 1 секунды и/или 2 секунды. Кроме того, позиционер 106 клапана поддерживается в насыщенном состоянии после возобновления электропитания электромагнитного клапана 202, позволяя впоследствии увеличивать давление на противоположных концах электромагнитного клапана 202 с постоянной скоростью сброса (например, первой скоростью сброса), которая больше, чем скорость сброса (например, вторая скорость сброса), связанная со скоростью регулирования давления. Другими словами, поддержание позиционера 106 клапана после возобновления электропитания электромагнитного клапана 202 и/или после достижения максимального изменения давления (например, представленного соответствующими минимумами на линиях 902, 904, 906, 908) напорной камеры 516 исполнительного механизма 104 увеличивает скорость сброса, с которой давление в напорной камере 516 возвращается к начальному давлению 808 (фиг. 8).
[0053] Как только давление на противоположных концах электромагнитного клапана 202 достигает начального давления 808 (нормализованного до значения «0» на фиг. 10), позиционер 106 клапана возвращается в состояние управления давлением. Как проиллюстрировано на фиг. 10, скорость изменения давления уменьшается после достижения начального давления 808. Кроме того, давление на противоположных концах электромагнитного клапана 202 в конечном итоге сбрасывается до начального давления 808, если электромагнитный клапан 202 остается в первом состоянии в течение некоторого периода времени. Таким образом, переход между состоянием управления давлением и насыщенным состоянием позиционера 106 позволяет стабилизировать позиционер 106 клапана и таким образом определять функциональность электромагнитного клапана 202.
[0054] Фиг. 10 представляет собой график 900, изображающий результаты измерений изменения давления электромагнитного клапана 202 (фиг. 2-7), когда указанный электромагнитный клапан переходит между первым состоянием и вторым состоянием. В проиллюстрированном примере позиционер 106 клапана (фиг. 1-2 и 5-7) переходит в насыщенное состояние после перехода электромагнитного клапана 202 во второе состояние и возвращается в состояние управления давлением после обнаружения увеличения давления в напорной камере 516 (фиг. 5-6) исполнительного механизма 104 (фиг. 1-2 и 5-7). Как проиллюстрировано на фиг. 10, измеренное изменение 806 давления позиционера 106 клапана не колеблется и/или не отклоняется во время прерывания 802 электропитания. Измеряемое изменение 806 давления позиционера 106 клапана по существу равняется изменению давления и/или следует за ним, когда давление в напорной камере 516 возвращается к начальному давлению 808, что позволяет позиционеру 106 клапана точно определять функциональность электромагнитного клапана 202.
[0055] Фиг. 11 представляет собой блок-схему, представляющую типовой способ 1100 стабилизации типового позиционера клапана во время испытания типового электромагнитного клапана в соответствии с принципами, представленными в данном документе. Хотя указанный типовой способ 1100 описан со ссылкой на блок-схему, проиллюстрированную на фиг. 11, много других способов стабилизации позиционера клапана во время испытания электромагнитного клапана можно использовать в альтернативных вариантах. Например, можно изменить порядок исполнения блоков и/или изменить, убрать и/или объединить некоторые из описываемых блоков. Кроме того, блоки типового способа 1100 реализуются путем исполнения соответствующих команд (например, первых команд, вторых команд, третьих команд и т.д.) посредством процессора.
[0056] Типовой способ 1100 стабилизации позиционера клапана во время испытания электромагнитного клапана обсуждается в связи с типовой аварийной системой 100 по фиг. 1-2 и 5-7 и/или типовым графиком по фиг. 9. Кроме того, поскольку типовой способ 1100 может ссылаться на типовую аварийную систему 100 по фиг. 1-2 и 5-7 и/или типовой график по фиг. 9, компоненты, идентифицированные на фиг. 1-2, 5-7 и 9, имеющие функции, по существу аналогичные или идентичные функциям компонентов, описываемых ниже, не будут подробно описаны снова. Вместо этого для аналогичных структур будут использованы одинаковые номера позиций.
[0057] Типовой способ 1100, описываемый в данном документе, начинается в блоке 1102 с установки позиционера клапана (например, позиционера 106 клапана по фиг. 1-2 и 5-7) в состояние управления давлением для поддержания начального значения давления на входе (например, начального давления 808 по фиг. 8 и 10). Например, устанавливают начальное давление на 5 фунтов на квадратный дюйм (3515 кг/м2) меньше среднего значения колеблющегося давления нагнетания. В блоке 1104 позиционер клапана отдает команду электромагнитному клапану (например, электромагнитному клапану 202 по фиг. 2-7) на переход электромагнитного клапана из первого состояния во второе состояние. Например, позиционер клапана дает команду электромагнитному клапану на переход во второе состояние путем прерывания подачи электропитания в электромагнитный клапан (например, прерывания 802 подачи электропитания по фиг. 8 и 10).
[0058] Кроме того, типовой способ 1100 включает определение наличия обнаружения изменения давления (например, падения или уменьшения давления) на противоположных концах электромагнитного клапана позиционером клапана (блок 1106). Если позиционер клапана не обнаруживает изменение давления, позиционер клапана может ждать обнаружения изменения давления. Например, электромагнитный клапан может не переходить во второе состояние, вызывающее изменение давления немедленно после прерывания подачи электропитания в результате задержки передачи данных, электрической и/или механической задержки электромагнитного клапана. После обнаружения изменения давления позиционер клапана переходит в насыщенное состояние для стабилизации позиционера клапана (блок 1108). Например, иначе позиционер клапана может дестабилизироваться, если позиционер клапана останется в состоянии управления давлением после перехода электромагнитного клапана во второе состояние. В блоке 1110 позиционер клапана отдает команду электромагнитному клапану на возврат в первое состояние. Например, позиционер клапана возвращает электромагнитный клапан в первое состояние путем подачи электропитания в электромагнитный клапан (например, прекращая прерывание 802 подачи электропитания).
[0059] После возврата электромагнитного клапана в первое состояние давление на противоположных концах электромагнитного клапана может начать увеличиваться. Например, позиционер клапана сначала остается в насыщенном состоянии после прекращения прерывания подачи электропитания, увеличивая скорость сброса, с которой увеличивается давление на противоположных концах электромагнитного клапана. В блоке 1112 позиционер клапана определяет наличие возврата давления на противоположных концах электромагнитного клапана к начальному значению. Если давление на электромагнитном клапане еще не вернулось к начальному значению, насыщенное состояние позиционера клапана поддерживается до тех пор, пока не будет достигнуто начальное значение (блок 1114). После достижения начального значения позиционер клапана возвращается в состояние управления давлением (блок 1116). Например, позиционер клапана возвращается в состояние управления давлением для уменьшения выхода за установленные пределы начального значения. В некоторых примерах позиционер клапана может реализовать технологию мягкого перехода (например, путем повторной инициализации внутренних состояний позиционера клапана), чтобы обеспечить улучшенный переход при возврате из насыщенного состояния в состояние управления давлением.
[0060] Хотя в данном документе описаны некоторые типовые устройства и способы, объем защиты данного патента ими не ограничен. Напротив, данный патент охватывает все способы, устройства и изделия, объективно принадлежащие к объему исправленной формулы изобретения либо буквально, либо по теории эквивалентов.
1. Устройство стабилизации позиционера клапана во время испытаний электромагнитного клапана, содержащее:
электромагнитный клапан, позволяющий исполнительному механизму закрывать аварийный клапан; и
позиционер клапана, имеющий гидравлическое сообщение и соединение с возможностью передачи данных с указанным электромагнитным клапаном, причем позиционер клапана:
установлен в состояние управления давлением, чтобы поддерживать предварительно определенное начальное значение давления на входе электромагнитного клапана до проведения испытания электромагнитного клапана;
обнаруживает изменение давления на противоположных концах электромагнитного клапана, вызванное переходом электромагнитного клапана из первого состояния во второе состояние;
переходит из состояния управления давлением в состояние насыщения, во время которого позиционер клапана подает полное давление нагнетания, стабилизирующее позиционер клапана после перехода электромагнитного клапана из первого состояния во второе состояние для проведения испытания электромагнитного клапана; и
поддерживает состояние насыщения, пока давление на противоположных концах электромагнитного клапана не вернется к предварительно определенному начальному значению.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что позиционер клапана возвращается в состояние управления давлением после определения позиционером клапана достижения давлением на противоположных концах электромагнитного клапана предварительно определенного начального значения.
3. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что позиционер клапана устанавливается в состояние управления давлением посредством регулирования давления по анализу выходных данных, которое приостанавливает подачу полного давления нагнетания позиционера клапана, управляя давлением на входе электромагнитного клапана.
4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что позиционер клапана содержит регулятор давления, который обходится для перехода позиционера клапана из состояния управления давлением в состояние насыщения, причем указанный регулятор давления должен влиять на давление на входе позиционера клапана.
5. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что позиционер клапана принимает колеблющееся давление нагнетания и поддерживает давление на входе электромагнитного клапана на уровне ниже среднего давления нагнетания на предварительно определенную величину.
6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что позиционер клапана должен использовать предварительно определенное начальное значение для определения функциональности электромагнитного клапана.
7. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что позиционер клапана поддерживает предварительно определенное начальное значение давления на входе, создавая устойчивые характеристики давления во время испытания электромагнитного клапана.
8. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что позиционер клапана поддерживается в состоянии насыщения во время критического режима потока и докритического режима потока электромагнитного клапана.
9. Способ стабилизации позиционера клапана во время испытаний электромагнитного клапана, включающий следующие этапы:
установки путем исполнения первых команд посредством процессора позиционера клапана в состояние управления давлением для поддержания предварительно определенного начального значения давления на входе электромагнитного клапана аварийной системы до проведения испытания электромагнитного клапана;
обнаружения путем исполнения вторых команд посредством процессора изменения давления на противоположных концах электромагнитного клапана, вызванного переходом электромагнитного клапана из первого состояния во второе состояние;
после обнаружения указанного изменения давления перехода путем исполнения третьих команд посредством процессора позиционера клапана из состояния управления давлением в состояние насыщения, во время которого позиционер клапана подает полное давление нагнетания, стабилизирующее позиционер клапана после перехода электромагнитного клапана из первого состояния во второе состояние для проведения испытания электромагнитного клапана; и
поддержания путем исполнения четвертых команд посредством процессора позиционера клапана в состоянии насыщения, пока давление на противоположных концах электромагнитного клапана не вернется к предварительно определенному начальному значению.
10. Способ по п. 9, дополнительно включающий возврат позиционера клапана в состояние управления давлением после определения достижения предварительно определенного начального значения давления на противоположных концах электромагнитного клапана.
11. Способ по п. 9 или 10, отличающийся тем, что возврат позиционера клапана в состояние управления давлением уменьшает выход за установленные пределы предварительно определенного начального значения.
12. Способ по любому из пп. 9-11, дополнительно включающий использование указанного предварительно определенного начального значения для определения функциональности электромагнитного клапана.
13. Способ по любому из пп. 9-12, отличающийся тем, что поддерживается предварительно определенное начальное значение давления на входе для создания устойчивых характеристик давления во время испытания электромагнитного клапана.
14. Способ по любому из пп. 9-13, отличающийся тем, что переход позиционера клапана в состояние насыщения после обнаружения изменения давления предотвращает влияние по меньшей мере одной из задержки передачи данных, электрической и/или механической задержки при переходе электромагнитного клапана между первым и вторым состоянием на испытание электромагнитного клапана.
15. Способ по любому из пп. 9-14, отличающийся тем, что переход позиционера клапана из состояния управления давлением в состояние насыщения включает обход регулятора давления позиционера клапана, предотвращающий влияние указанного регулятора давления на давление на входе позиционера клапана.
16. Способ по любому из пп. 9-15, отличающийся тем, что поддержание позиционера клапана в состоянии насыщения после возврата электромагнитного клапана в первое состояние увеличивает скорость сброса, с которой давление на противоположных концах электромагнитного клапана возвращается к предварительно определенному начальному значению.
17. Способ по любому из пп. 9-16, дополнительно включающий получение позиционером клапана давления нагнетания, колеблющегося со временем.
18. Способ по любому из пп. 9-17, отличающийся тем, что поддержание давления на входе электромагнитного клапана включает поддержание позиционером клапана давления на входе на уровне меньше среднего давления нагнетания, получаемого позиционером клапана.
19. Устройство стабилизации позиционера клапана во время испытаний электромагнитного клапана, содержащее:
механизм активации исполнительного механизма, закрывающего аварийный клапан; и
механизм позиционирования, имеющий гидравлическое сообщение и соединение с возможностью передачи данных с механизмом активации, указанный механизм позиционирования должен быть установлен в состояние управления давлением, чтобы поддерживать предварительно определенное начальное значение давления на входе механизма активации до проведения испытания механизма активации, при этом указанный механизм позиционирования содержит:
механизм обнаружения изменения давления на противоположных концах механизма активации, вызванного переходом механизма активации из первого состояния во второе состояние; и
механизм перехода механизма позиционирования из состояния управления давлением в состояние насыщения после обнаружения изменения давления, во время которого механизм позиционирования подает полное давление нагнетания, стабилизирующее механизм позиционирования после перехода механизма активации из первого состояния во второе состояние для проведения испытания механизма активации, причем указанный механизм перехода поддерживает состояние насыщения до возврата давления на противоположных концах механизма активации к предварительно определенному начальному значению.
20. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что механизм перехода возвращает механизм позиционирования в состояние управления давлением после определения механизмом обнаружения изменения давления достижения давлением на противоположных концах механизма активации предварительно определенного начального значения.
