Устройство автоматического обнаружения неисправностей приводного регулирующего органа транспортного трубопровода

 

О П И С А Н И Е ()922002

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социапистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.09.80 (21) 2982753/27-11 (5) ) М. (п с присоединением заявки №

В 65 G 53/66

F 04 В 49/02

3Ъвударстаенвй «емитет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 23.04.82. Бюллетень № 15

Дата опубликования описания 23.04.82 (53): Уд К621.67 1 (088.8) де делам изе4ретеннй и открытий

А. А. Борисов, Г. В. Мокрый и В. Н. Еньшин -"(. : ;- ",::

Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ОБНАРУЖЕНИЯ

НЕИСПРАВНОСТЕЙ ПРИВОДНОГО РЕГУЛИРУЮШЕГО

ОРГАНА ТРАНСПОРТНОГО ТРУБОПРОВОДА

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, а именно к устройству . автоматического обнаружения неисправностей приводного регупируюшего органа транспортного трубопровода, и может быть использовано дпя автоматического

S контроля состояния и обнаружения неисправностей регулирующего органа транспортного трубопровода, работающего на воде, гидросмеси, нефти и агрессивных средах.

Известны устройства контропя попо-.

/ жений регулирующих и запорных органов, включенных в схему автоматизации углесосной станции, содержащие концевые выкпючатепи открытия и закрытия задвижек и шиберов на всасывающем и нагнетатепьном трубопроводах, соединенные через контакты исполнительных реле с входными целями программного реле времени контакты которого коммутируют входные цепи пусковых устройств исполнительных механизмов регулирующих шиберов и двигателей углесосов (1).

Однако эти устройства, контролируя только крайние положения регулирующего органа, не обеспечивают обнаружения неисправностей в приводе, а также износ ипи заипение регулирующего оргайат что приводит к неэффективному использованию его в системах регулирования иэза бопьших динамических откпонений регулируемых параметров (давления и расхода) и к потере устойчивости, особенно в зоне глубокого дросселирования.

Известно также устройство автоматического обнаружения неисправностей приводного регулирующего органа транспорт-. ного трубопровода, содержащее датчик давления, установпенный на трубопроводе, датчик перемещения, задатчик скорости перемещения регулирующего органа и блок сигнализации (2).

Однако устройство не обеспечивает; возможность обнаружения неисправностей в приводе регулирующего органа; обнаружение отклонения скорости перемещения органа от заданной при эаилении и закупор2 4 ходимое для перемещения штока 5 органа 2, преобразуемое последним в изме« нение расхода среды. На штоке 5 установлен датчик 6 текущего перемещения

S штока, контролирующий наличие. перемещения органа 2 при включенном приводе 4, Выход датчика 6 перемещения соединен с одними из входов блоков 7 и

8 моделирования, моделирующих соответственно зависимости перепада давления

H p на органе 2 и потребляемой мощности

Я/0 приводом 4 от величины перемещения штока 5 при исправном органе 2 и приводе 4, и входом блока 9 определения (обнаружения) отклонения скорости 5 перемещения органа 2 от заданной. Другие входы блоков 7 и 8 подключены соответственно к первому и второму выходам блока 10 коррекции, корректирующего модельные характеристики перепада давления Hp на органе 2 и потребляемой мощности Ц0 приводом 4 в зависимости от общего давления P в трубопроводе перед органом 2, а вход блока 10 подключен к выходу датчика 1 давления.

Выходы блоков 7-9 подключены к первым входам соответственно элементов

11-13 сравнения, вторые входы которых подключены к выходам датчика 3 перепада давления, датчика 14 действительной потребляемой мощности 4 приводом

4 и задатчика 15 скорости $О перемещения штока органа 2 при включенном приводе 4. Датчик 14 мощности входами подключен к выходам трансформаторов

16 тока и напряжения, установленным на шинах питающих напряжений пусковой аппаратуры привода 4.

Элементы 1 1-1 3 сравнения своими выходами через соответствующие входы пороговых блоков 17, формирующих сигналы .логических уровней "0" или "1 по сигналам отклонений 4Н, й|l и aBp.,c учетом знака отклонения, подключен к соответствующим входам анализирующего блока 18 распознавания неисправностей, который выходами подключен к входам блока 19 сигнализации.

Блок 9. выполнен параллельным включением звена 20 запаздывания (задержки) и. прямого канала 21 (прямая цепь), которые соединены. с выходом датчика 6 перемещения, а выходами - с соответствующими. входами четвертого элемента

22 сравнения, выходом подключенного к первому входу элемента 13 сравнения.

Реализация узлов предлагаемого устройства, кроме типовых узлов пусковой аппаратуры привода, датчиков давления, 3 92200 ке рабочей полости (проходных сечений) органа, попадании твердых частиц в зазоры и направляющие пазы регулирующего органа, при заклинивании; контроль гидравлических характеристик и обнаружение недопустимого изменения расходной (пропускной) характеристики регулирующего органа при износах, коррозии, повреждениях.

Бель изобретения — повышение надежности работы.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено элементами сравнения, датчиками нерепада давления и потребляемой приводом мощности, лоро- 15 говыми и анализирующим блоками, блоком коррекции, блоками моделирования зависимости перепада давления и мощности от перемещения регулирующего органа и блоком определения отклонения скорости перемещения.регулирующего органа от заданной, вход которого и одни иэ входов блоков моделирования подкшочены к датчику перемещения, а их выходык одним иэ входов соответственно первого, второго и третьего элементов сравнения, другие входы которых подключены соответственно к датчику перепада давления,:датчику мощности и эадатчику скорости, а выходы - к входам пороговых блоков,.соединенных выходами с входами анализирующего блока, к выходу ко- . торого подкшочен блок сигнализации, причем другие входы блоков моделирования подключены к выходу блока коррекции, 35 соединенного входом с датчиком давления, При этом блок определения отклонения скорости перемещения регулирующего органа от заданной содержит звено запаздывания и соединенный с его выходом одним из входов элемент сравнения, другой вход которого и вход звена запаздывания являются входами этого блока а выход элемента сравнения — выхо45 дом блока.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит датчик 1 теку-,.

mего давления P расходной среды (вода, гидросмесь, нефть, пар, химпродукты и

50 т. п.), установленный перед регулируюшим органом 2, датчик. 3 текущего перепада давления Н на органе 2, одним входом соединенный с выходом датчика 1 давления, привод 4 с исполнительным ме55 ханиэмом {показан электрический исполнительный механизм), преобразующий энергию в перестановочное усилие, необ02 6 согласующие входные элементы с соотI ветствуюшими датчиками.

Г)редлагаемое устройство работает следующим образом.

Нормальное рабочее состояние регулирующего органа 2 характеризуется Исправным регулирующим элементом, исправным проходным сечением, исправным приводом.

В случае нормального режима при включенном приводе 4 на выходе датчика

6 перемещения формируется сигнал, пропорциональный текущему перемещению

5() штока 5 при нормальном рабочем состоянии органа 2, который поступает на блок 9 обнаружения отклонения ско.рости перемещения органа 2 от заданной.

B блоке 9 сигнал 5(t) разветвляясь, поступает одновременно на входы звена 20 запаздывания и прямого канала 21 для выявления величины и знака приращения

ЬЬ(С) перемещения штока 5 и, следовательно, органа 2 на расчетном интервале времени, равном i . Интервал численно равен большему из всех расчетных интервалов времени необходимого для изменения значения параметров давления, перелада давления. или мощности на допустимую величину, превышающую порог нечувствительности измерительных каналов давления, перепада давления и мощности.

Далее сигналы текущего перемещения

S(t) и сдвинутого на расчетный интервал времени ТS(<-7) с выхода звена запаздывания поступают на соответствующие входы четвертого элемента 22 сравнения, на выходе которого формируется сигнал приращения 1 дб (- Ь Ь) текущего перемещения S(4) от перемещения S(< - ), С! который имел место на выходе блока 9 до начала движения штока 5, т.е. hS(t) =

=S(<) - S (t, - e).

Вследствие постоянства интервала т для приводов с постоянной скоростью исполнения величина приращения хода aS(t) штока на расчетном интервале времени i OOnSA также постоянная, т.е. вSPi)= C05St,что равносильно неизменности скорости перемещения и пропорциональности ее приращению хода штока, т.е. 3(t) =

К aS (v)CotlSt где К = 1(c коэффици%

I ент пропорциональности.

Таким образом, любые отклонения скорости перемещения регулирующего органа от заданной соответствуют различным значениям приращения дЦф хода штока и свидетельствуют о нарушениях в приводе 4 и неисправности органа 2. Поэтому формируемый на выходе блока 9 сигУстройство выполняется в виде отдельного блока и устанавливается в аппаратном отделении, где сопрягается через

5 9220 перепада давления и мощности, выполнена на интегральных микросхемах серии

Kl 40, К155, транзистора типа КП103Е и диодах типа Д2Б. Так, элементы срав-нения 11-13 и 22 выполнены на операционных условиях (ОУ) типа К1УТ401Б.

Блок 10 коррекции выполнен по схеме двухканального линейного усилителя с перестраиваемым коэффициентом передачи и реализован на ОУ типа К1УТ401Б и транзисторах КП103Е. Блоки 7 и 8 построены по схеме функциональных пре= образователей, выходы которых нагружены на умножители сигналов. Для корректировки модельных характеристик в эави- 15 симости от давления на управляющие входы умножителей поданы выходные сигналы блока коррекции.. Функциональные преобразователи построены нв ОУ К1УТ401Б в цепях обратной связи которых использованы преобразователи, выполненные на диодах Д2Б. Умножители сигналов выполнены по схеме сравнивающего устройства нв ОУ К1УТ401Б, в цепях обратной связи которых включены управляемые де- 2s лители на полевых транзисторах КП1ОЗЕ.

Точность воспроизведения моделями реальных характеристик порядка 1,5-2 .

Пороговые блоки 17 построены на двухпороговых амплитудных дискриминаторах jp с использованием элементов К1УТ401Б и диодов Д2Б и дешифраторах логических уровней сигналов, собранных на. логических элементах типа К1ЛБ553. Анализирующий блок 18 реализован на логических элементах серии К155 по схеме комбинационного автомата, управляемого двоичными выходными сигналами от пороговых блоков. Выходы комбинационного автомата через PS -триггеры сопрягают- 4в ся с входными цепями блока сигнализации. Звено 20 запаздывания построено в виде набора элементов памяти по схеме динамического запоминающего устройства (ДЗУ), в котором обеспечивается 4 слежение за амплитудой выходного сигнала датчика перемещения и последующего хранения текущего значения этого сигнала по команде, приходящей от двоичных счетчиков. ДЗУ выполнено на элементах

К1УТ401Б,счетчики-на К155ИЕ5. Подключение выходов ДЗУ к схеме 22 сравнения осуществляется коммутатором, выполненным по схеме распределителя им.пульсов на К155ИЕ5.

02 нения соответствующих параметров независимо. Средний уровень сравнения соответствует контролируемым параметрам органа 2, находящегося в нормальном рабочем состоянии. Ширина каналов блоков 17, равная соответствующим значениям оН,5% и 6S характеризует порог срабатывания каналов и устанавливается заранее на основании допустимых отклонений относительно минимальных и максимальных значений соответствующих параметров. Если сигнал отклонения некоторого параметра не превышает ширину пброга срабатывания соответствующего канала порогового блока, на его обоих выходах формируются сигнапы логического уровня "0", а для сигналов отклонений, превышающих установленный порог срабатывания в меньшую или большую сторону, — сигнапы логического уровня "1" °

Так как высокие уровни значений этих сигналов на обоих выходах каждого блока не совпадают, это эквивалентно формированию погических комбинаций сигналов, которые соответствуют отношениям 7)Х >. с "х, (Х-Х, l dX и Х(ХО- Ф X (где х для соответствующих каналов пороговых блоков заменяется на Н>%I и 5 )), несущих определенную информацию о рабочем состоянии органа 2 и типе его неисправности.

При превышении сигналами рассогла— сований ЬН,ЬФ и Ь5 выше допустимых значений установленных порогов срабатывания своих канапов пороговых блоков, т. е. )ЬН!)с Н,(ЬМ!рФ Фl и!Ь9 1 > с"5 эти каналы срабатывают, и на выходах блоков 17 формируются выходные сигналы в форме логических комбинаций, передавая таким образом в анализирующий блок

18 информацию для распознавания рабочего состояния органа 2 и выявления причины неисправности. После распознавания состояния органа 2 и обнаружения неисправности анапизирующий блок

18 формирует выдачу селективной информации в блок 19 сигнализации о причине неисправности органа 2. В блоке 18 реализован алгоритм распознавания состояния органа 2, отображающий диагностический граф возможных неисправностей„ возникающих в органе 2, обнаружение которых выявляется (распознается) по ло ги чес ким комби нациям, форми руемым на выходах блоков 17 на основании текущих значений отклонений контролируемых параметров.

Например, если сигнал отклонения ЬБ, снимаемый с выхода элемента 13 срав7 9220 нал, пропорциональный приращению ЬБ(Ц, является в то же время сигналом, пропор. циональным текущей скорости 5(t) перемещения PO(30). Использование такого способа определения скорости перемещения кинематической передачи органа 2 значительно повышает точность работы устройства и его помехозащищенность в режиме диагностического контроля..

Одновременно сигнал от датчика 6 пе- gg ремешения подается на основные входы блоков 7 и 8 моделирования, воспроизводящих на выходах сигнапы, пропорциональные перепаду. давления Но на органе 2 и потребляемой мощности W соответственно от текущего перемещения S (y) штока 5 (положения регулирующего элемента органа 2) в нормальном режиме. При возможных изменениях давпения Р (4) перед органом 2 и, следовательно, возможных изменениях мощности и перепада давпения в нормальном режиме на одни из входов блоков 7 и 8 подаются сигналы коррекции с соответствующих выходов блока 10 коррекции, которые сформированы им по сигнацу текущего давления

Р() > поступающего на вход блока 10 от датчика 1 давпения.

Опорные сигнапы H< и w> с выходов блоков 7 и 8 моделирования перепада давления и мощности и сигнал S(e) с выхода бпока 9 поступают на первые входы соответственно эпементов ll, 12 и

- 3 сравнения. На вторые входы эпементов сравнения 11-13 поступают соответ35 ственно текущие сигналы, пропорциональные перепаду давпения H(t) на органе

2, действительной потребляемой мощности 4/ t) приводом и расчетной скорости органа 2, снимаемые соответственно с выходов датчика 3 перепада давления, датчика 14 мощности (выходной сигнап формируется по значениям тока и напряжения питающих шин привода 4 и снимаемых с трансформаторов 16 тока и на45 пряжения) и задатчика 15 скорости ор- . гана 2. После сравнения модельного перепада давления Но мощности MI> и расчетной скорости 5 о и текущих H(t) >%(t) и 5(t,) в соответствующих элементах срав50 нения 11-13 на их выходах появляются сигнапы, пропорционапьные отклонениям модельных парметров от их действительных значений, т,е. ЬН =Н ) -НЬФ-4 -Ф и

Канапы пороговых бпоков 3 7, фиксирующие сигнапы отклонений по Ь Н,ЬФ и

ЬЬ настраиваются на средний уровень срав9

922002 10 нения после сравнения текущей скорости

5 поступающей с выхода блока 9, с заданной 50 - с выхода задатчика 15, не превышает установленного значения

d"5 - порога срабатывания канала ско - рости блока 1 7, т. е. д Ь = IS - S p (95,что свидетельствует об исправности привода и кинематической передачи, и сигналы отклонений дН и да снимаемые соответственно с выходов элементов 11 и

12 сравнения после сравнения модельных сигналов, поступающих с выходов блоков

7 и 8 перепада давления и мощности, с действительными сигналами перепада давления и мощности, поступающими от датчиков перепада 3 и мощности 14, также не превышают установленных значений d H и с/ N - -порогов срабатывания каналов перепада давления и мощности, т.е.!дН!=!Н -Н! < с(Н и !дЖ=!%0-3Ч! 4> й, 20 что свидетельствует об отсутствии износа регулирующих элементов, заиления и закупорки проходных рабочих полостей органа 2 и отсутствии перегруза двигателя, на выходах блоков 17 формирует- 25 ся комбинация логических сигналов оостояшая из одних нулей (нулевая комбинация), по которой блок 1 8 после анализа формирует информацию о нормальном состоянии и исправности органа 2, передава-. p емую в блок 19 сигнализации для оператора. Алгоритм распознавания нормального состояния органа 2 в рабочем режиме приведен в таблице (i-я строка).

При появлении неисправности, например когда износ регулирующих элементов (поворотная заслонка, клапан-седло, "щечек" задвижек "Лудло" и т. n.) органа 2 превысил допустимые пределы, а привод и кинематическая передача находятся в исправном состоянии и отсутствует закупорка проходных полостей органа 2, то на выходах элементов 12 и 13 сравнения сигналы отклонений будут меньше порогов срабатывания, т. е.!дЖ!< Ф% и!ДВ! < У6, так как потребляемая приводом мощности соответствует модельной (или близка к ней) для исправного привода и скорость перемещения органа 2

5Р также соответствует заданной (поломок в кинематической передаче и закупорок нет), а на выходе элемента 11 сравнения после сравнения модельного перепада давления на органе 2 при отсутствии износа и действительного перепада давления, соответствующего изношенному органу 2, формируется отрицательный сигнал отклонения ЬН, превышающий d H порог срабатывания канала перепада, т.е.

hH (-б Н, свидетельствующий о недопустимом уменьшении перепада давления из-за увеличения проходного сечения органа 2, обусловленного его износом. Относительно отклонений дН (-о Н,)дЖ! «(p !д "р, на выходах блоков 17 формируется логическая комбинация, по которой в блоке

18 формируется сигнал, поступающий в блок 19 сигнализации, о недопустимом износе органа 2 и изменении его расходной характеристики (2-я строка табпи4 цы).

Таким же образом работает устройст/ во при закупорке рабочей полости, заедании, заклинивании и выпадении регулирующих элементов и неисправностях в приводе. Например, при заедании регулирующего элемента органа 2 скорость перемещения штока меньше заданной или равна нулю, перепад на органе 2 при данном давлении и положении штока соответствует модельному, а потребляемая приводом мощность будет больше чем определенная для данного положения штока по модели, поэтому на выходах элементов

11-13 сравнения появляются сигналы отклонений параметров, которые будут соответствовать отношениям}дН! < ф Н, дМ)ФФ и д6 (- 5,относительно которых на выходах блоков 17 формируетея логическая комбинация, а по ней в блоке 18 - сигнал в блок 19 сигнализации о заедании регулирующего элемента органа 2 (3-я строка таблицы). Другие возможные случаи неисправностей органа 2 и алгоритм диагностического контроля и обнаружения этих неисправностей, а также формируемые информационные сигналы в блок сигнализации для оператора приведены в таблице.

922002 12

Наименование параметра, отклонение и знак отклонения

Г1ри чина неисправности (jupe

Сигнализация оператору пп

>< 1 <(/

1É414 "

Рассоединение или обрыв в кинематической передаче механизма

bS (-d"S

Закупорка полос тей проходного сечения РО(30) Протечки через залорные элементы

ldS 1 < 0 5 Частичное заиливадие проходного сечения PO(30) 8 ЙН(-(/ Н 14ф1 б"N dS ф S

Поломка, рассое- Регулируюший ординение или обрыв ган неисправен: порегулируюшего ломка регулируюэлемента щего элемента (е фЯ ного механизма!

ЬН1 (/ И \delved М

2 АИ С-(/"Н 1ЬФ1<ол%. 3 16Н1<Фн ф)Ф®

4 Id HI<>11 1Ь®<ФЮ/

5 hH 7ФН b% pd" 9/

6 4Н)0 и 1д у1< /щ

7 yH>d и 1del(d"Ф

9 1dH)4d Н h%(-УЬ

Увеличение проходного сечения органа иэ-эа износа

Задание, эаклинивание или стопорение штока или регулирующих элементов иэ-за перекосов изношенных элементов

Отключен привод или рассоединение валов привода и редуктора изза износа фрикциона .

Состояние регулирующего органа нормальное — исправен

Неисправен регулирующий орган; износ регулирующих элементов, износ полости проходного сечения

Неисправен регулирующий орган: за-. едание регулирующих элементов и штока

Неисправен регулирующий орган: поломка в кинематической передаче исполнительного

Регулирующий орган исправен (хотя состояние ненормальное): закупорка полостей проходного сечения, Неисправен регулирующий орган: износ запорных элементов

Регулирующий орган исправен: заклинивание проходного сечения

Регулирующий орган неисправен: по= ломка исполнитель922002

Продолжение табпицы

Причина неисправности

Сигнализация оператору пп

Значительный из10

Регулирующий орган неисправен: износ регу пирующих эпементов и проходного сечения; изменение расходной характеристики регупируюшего органа нос проходного сечения и регупирующих элементов

bS (-0" 5 Неисправности в приводе, обрыв питающих шин.

Регупируюший орган . неисправен: неисправен привод

Наименование параметра откпонение и знак отклонения

Таким образом, предлагаемое устройство реагирует на любые возможные изменения состояния регулирующих органов вызванные неисправностями их элементов и узлов, обеспечивая надежный контропь состояния и обнаружение неисправностей с выдачей селективной информации оператору о причине неисправности.

Автоматическое обнаружение неисправностей регулирующего органа обеспечивает своевременный ремонт ипи за- мену органа, поскольку его надежная работа в основном определяет эффективность регулирования режимов гидротранспортного трубопровода при управпении потоком среды. Кроме того, надежный контроль состояния и гидравлических характеристик органа снижает возможные большие динамические отклонения и ошибки регулируемого давления и расхода потока, повышает устойчивость работы САР, в результате чего дополнительно снижаются затраты на нерационапьное расходование полезного продукта и энергии на перекачивание нерационапьного изпишка продукта, Эти факты особенно важны для регулирующего органа, имеющего довольно значительные объемы проходной рабочей полости и работающего при высоких давлениях и скоростях потока сре ды.

Формула изобретения

1, Устройство автоматического обнаружения неисправностей приводного регулируюшего органа транспортного трубопровода, содержащее датчик давпения, 2S установпенный на трубопроводе, датчик перемещения и задатчик скорости перемещения регупируюшего органа, и блок сигнализации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности ра» боты, оно снабжено элементами сравне30 ния, датчиками перепада давпения и потребляемой приводом мощности, порого выми и анапизируюшим блоками, бпоком коррекции, блоками моделирования зависимости перепада давпения и мощности от перемещения регулирующего органа и блоком определения откпонения скорости перемещения регупируюшего органа от заданной, вход которого и одни из входов блоков модепирования подкпючены к датчику перемещения, а их выходы — к одним из входов соответственно первого, второго и третьего элементов сравнения, другие входы которых подключены соответственно к датчику перепада давпения, датчику мощности и задатчику скорости, а выходы — к входам пороговых блоков соединенных выходами с входами аналилизируюшего блока, к выходу которого подключены блок сигнализации, причем другие входы блоков моденирования подключены к выходу блока коррекции, соединенного входом с датчиком давпения.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю ш е е с я тем, что блок определения

N отклонения скорости перемещения регулирующего органа от заданной содержит звено запаздывания и соединенный с его выходом одним из входов элемент срав922002

ВНИИПИ Заказ 2479/27 Тираж 972 Подпйсное

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 нения, другой вход которого и вход звена запаздывания являются входами этого блока, а выход элемента сравнения - выходом блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Скиваковский А.О., Смопдырев А. Е., Зубакин Ю. С. Автоматизация трубопроводного транспорта в горной промышленности. M., "Недра, 1972, с. 194-200.

2. Александров A. M., Цимбпер Ю. А., Тополянский Ю. A. Эпектрогидравпическая система автоматического регулирования в магистральных нефте- и продуктопроводах. - "Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов". 1969, % 12, с, 10-14.