DE102004006354A1

DE102004006354A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Beurteilung des Wartungszustandes eines Ventils

Info

Publication number: DE102004006354A1
Application number: DE200410006354
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. Merte; Armin Dr. Gasch; Thomas Dr. Karte; Andreas Stelter; Wolfgang Lasarzik
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2024-02-11
Also published as: DE102004006354B4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (und ein Verfahren) zur Beurteilung des Wartungszustandes eines Ventils vorgeschlagen, bei welcher ein Aktuator (5) über eine Ventilstange (3) auf eine Ventil-Verstellmechanik (6) einwirkt, DOLLAR A - wobei ein Sensorelement (11) die während einer Bewegung der Ventilstange (3) auftretende Kraft oder mechanische Spannung erfasst und ein der gemessenen Kraft oder Spannung entsprechendes Sensorsignal bildet, DOLLAR A - wobei eine Elektronik (10) mit Prozessor zur Signalaufbereitung und Signalverarbeitung vorgesehen ist, welcher einen Speicher aufweist, der als Richtwert eine Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße enthält, DOLLAR A - wobei ein Vergleicher das Sensorsignal und die Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Meßgröße miteinander vergleicht DOLLAR A - und wobei der Vergleicher eine Anzeigeeinrichtung ansteuert, um eine Meldung in einer Anzeigevorrichtung auszulösen, welche auf die erforderliche Wartung des Ventils (1) hinzuweist, sobald das Sensorsignal die Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße um mehr als einen Toleranzwert überschreitet, welcher zulässige Abweichungen vom idealen, einem neuen Ventil entsprechenden Wert der Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße definiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beurteilung des Wartungszustandes eines Ventils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Beurteilung des Wartungszustandes eines Ventils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2. Die Erfindung kann beispielsweise bei Ventilen verwendet werden, welche zur Steuerung von Flüssigkeitsströmen in Rohrleitungs-Systemen eingesetzt werden.
Allgemein ist eine Wartung eines Ventils erforderlich, um einen eventuellen vorzeitigen Verschleiß verschiedener Ventilbaugruppen (wie mechanische Einrichtungen oder Dichtungen) rechtzeitig festzustellen und nachfolgend entsprechende Maßnahmen durchzuführen, wie Austausch von Ventilkomponenten oder Dichtungen, Schmiermittelzufuhr usw. Dies ist zum einen zur Sicherstellung einer hohen Lebensdauer des Ventils von Vorteil und verhindert zum anderen eine Störung der gesamten Anlage, deren Baustein das Ventil darstellt. Da die speziellen Bedingungen des Einsatzortes mitentscheidend für den auftretenden Verschleiß des Ventils sind, ist eine Wartung

• beruhend auf Erfahrungswerten oder empirisch ermittelten Werten,
• beruhend auf unabhängig vom Einsatzort fest vorgegebenen Intervallen,
• beruhend auf der erfassten Anzahl an Bewegungen, insbesondere Hubbewegungen einer Ventilstange

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beurteilung des Wartungszustandes eines Ventils der eingangs genannten Art anzugeben, das den speziellen Einsatzort des Ventils berücksichtigt.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Beurteilung des Wartungszustandes eines Ventils der eingangs genannten Art anzugeben, die den speziellen Einsatzort des Ventils berücksichtigt.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 2 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung unabhängig vom speziellen Einsatzort des Ventils sicherstellen, dass eine erforderliche Wartung des Ventils rechtzeitig festgestellt wird, um derart einerseits eine optimale Lebensdauer des Ventils zu gewährleisten und andererseits unnötig hohe Wartungskosten zu verhindern.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiels eines Ventils mit einer Vorrichtung zur Beurteilung des Wartungszustandes,
2 ein zweites Ausführungsbeispiels eines Ventils mit einer Vorrichtung zur Beurteilung des Wartungszustandes.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiels eines Ventils mit einer Vorrichtung zur Beurteilung des Wartungszustandes dargestellt. Es ist ein Ventil 1 zu erkennen, dessen rohrförmiger Ventilkörper 2 in üblicher Weise an beiden Stirnflächen mit einem Flansch 7, 8 versehen ist, um derart eine abgedichtete Montage des Ventils 1 im Zuge einer Rohrleitung zu ermöglichen. Im Innern des Ventilkörpers 2 befindet sich eine Ventil-Verstellmechanik 6 (beispielsweise zum Öffnen/Schließen der Rohrleitung), deren Betätigung über eine Ventilstange 3 erfolgt, welche den Ventilkörper 2 über eine Ventilstangen-Dichtung 4 durchstößt. Das weitere Ende dieser Ventilstange 3 wird von einem Aktuator 5 beaufschlagt.
Der Aktuator 5 empfängt Steuerbefehle von einer Elektronik 10, wobei beispielsweise ein Kabel 12 zur Kommunikation zwischen Elektronik 10 und Aktuator 5 eingesetzt ist. Je nach vorliegendem Steuerbefehl führt die Ventilstange 3 eine entsprechende Hubbewegung senkrecht zur Wand des Ventilkörpers 2 bzw. Längsachse des Ventils 1 aus, welche auf die Ventil-Verstellmechanik 6 in gewünschter Weise einwirkt. Üblicherweise erfolgt eine Rückmeldung hinsichtlich der von der Ventilstange 3 ausgeführten Hubbewegung, indem ein Wegaufnehmer 9 die tatsächliche Hubbewegung der Ventilstange 3 erfasst und der Elektronik 10 ein entsprechendes Sensorsignal – beispielsweise über ein Kabel 13 – zuleitet. Durch diese Maßnahmen wird eine geregelte Bewegung der Ventilstange 3 ermöglicht.
Um den aktuellen Wartungszustand des Ventils 1 beurteilen zu können, ist ein Sensorelement 11 seitlich an der Ventilstange 3 montiert, welches die während einer Hubbewegung der Ventilstange 3 auftretenden Kräfte oder mechanischen Spannungen erfasst und ein der gemessenen Kraft (Druckkraft oder Zugkraft) oder mechanischen Spannung (Dehnung) entsprechendes Sensorsignal – beispielsweise über ein Kabel 14 – an die Elektronik 10 leitet. Zweckmäßig weist das Sensorelement 11 eine analoge Signalauf bereitung auf. Durch die Messung der in der Ventilstange 3 auftretenden Dehnung oder der Kraft, die benötigt wird, um die Ventilstange 3 zu bewegen, können Rückschlüsse über den Zustand der Mechanik im Ventil – Ventil-Verstellmechanik 6 – und/oder der Ventilstangen-Dichtung 4 geschlossen werden.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiels eines Ventils mit einer Vorrichtung zur Beurteilung des Wartungszustandes dargestellt. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird hier das der gemessenen Kraft oder mechanischen Spannung entsprechende Sensorsignal per Funksignal an die Elektronik 10 geleitet, wozu das Sensorelement 11 einen Funksender 15 aufweist sowie die Elektronik 10 mit einem Funkempfänger 16 ausgerüstet ist. Selbstverständlich weisen der Funksender 15 einen vorgeschalteten Modulator/Codierer und eine nachgeschaltete Antenne sowie der Funkempfänger 16 eine vorgeschaltete Antenne und einen nachgeschalteten Demodulator/Decodierer auf. Es ist somit möglich, das dem Sensorsignal entsprechende, aufbereitete Funksignal vom Funksender 15 zum Funkempfänger 16 zu senden. Die übrige Anordnung ist wie unter 1 beschrieben.
Alternativ zur Übermittlung des Sensorsignals per Funk ist es auch möglich, eine drahtlose Signalübertragung per Infrarotsignal zu realisieren, d. h. das Sensorelement 11 ist hierfür mit einem Infrarot-Sender ausgerüstet, während die Elektronik 10 einen Infrarot-Empfänger aufweist.
Für beide Ausführungsbeispiele gilt, dass die Elektronik 10 mit einem Prozessor versehen ist, welcher die Signalaufbereitung und Signalverarbeitung vornimmt. Insbesondere ist ein Speicher vorgesehen, welcher als Richtwert eine Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße enthält, welche auf einer charakteristischen, im Herstellerwerk des Ventils nach Fertigung des Ventils erfassten idealen Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße beruht. Das aufbereitete Sensorsignal des Sensorelements 11 wird in einem Vergleicher mit der Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße verglichen. Überschreitet das Sensorsignal die Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße um mehr als einen Toleranzwert, welcher zulässige Abweichungen vom idealen, einem neuen Ventil entsprechenden Wert definiert, so steuert der Vergleicher eine Anzeigevorrich tung an, um eine Meldung in einer Anzeigevorrichtung auszulösen, welche auf die erforderliche Wartung des Ventils 1 hinzuweist.
In den vorstehenden Beispielen wird davon ausgegangen, dass die Elektronik 10 des Wegaufnehmers 9 gleichzeitig auch zur Beurteilung des Wartungszustandes des Ventils herangezogen wird. Alternativ hierzu ist es auch möglich, eine separate Elektronik hierfür einzusetzen.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht bereits hervor, dass das Sensorelement 11 wahlweise als Kraft-Sensorelement oder als Sensorelement zur Erfassung einer mechanischen Spannung ausgebildet ist. Als Kraft-Sensorelement ist beispielsweise eine Kraftmessdose einsetzbar, welche innerhalb der Ventilstange oder im Aktuator 5 zwischen Ventilstange und Antrieb der Ventilstange angeordnet ist, um dort die auf die Ventilstange 3 einwirkende Kraft zu erfassen. Bei Einsatz eines seitlich an der Ventilstange montierten Sensors können die in der Ventilstange auftretenden mechanischen Spannungen oder Dehnungen ermittelt werden. Hierzu eignen sich ein Dehnungsmessstreifen oder ein Oberflächenwellensensor.

1: Ventil
2: Ventilkörper
3: Ventilstange
4: Ventilstangen-Dichtung
5: Aktuator
6: Ventil-Verstellmechanik
7: Flansch
8: Flansch
9: Wegaufnehmer
10: Elektronik
11: Sensorelement
12: Kabel
13: Kabel
14: Kabel
15: Funksender
16: Funkempfänger

Claims

Verfahren zur Beurteilung des Wartungszustandes eines Ventils, bei welchem mit Hilfe eines Aktuators (5) über eine Ventilstange (3) auf eine Ventil-Verstellmechanik (6) eingewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, – dass die während einer Bewegung der Ventilstange (3) aktuell auftretende Kraft oder mechanische Spannung erfasst und mit einer als Richtwert dienenden Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße verglichen wird – und dass eine Meldung ausgelöst wird, welche auf die erforderliche Wartung des Ventils hinweist, sobald die aktuell auftretende Kraft oder mechanische Spannung die Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße um mehr als einen Toleranzwert überschreitet.
Vorrichtung zur Beurteilung des Wartungszustandes eines Ventils, bei welcher ein Aktuator (5) über eine Ventilstange (3) auf eine Ventil-Verstellmechanik (6) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, – dass ein Sensorelement (11) die während einer Bewegung der Ventilstange (3) auftretende Kraft oder mechanische Spannung erfasst und ein der gemessenen Kraft oder Spannung entsprechendes Sensorsignal bildet, – dass eine Elektronik (10) mit Prozessor zur Signalaufbereitung und Signalverarbeitung vorgesehen ist, welcher einen Speicher aufweist, der als Richtwert eine Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße enthält, – dass ein Vergleicher das Sensorsignal und die Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße miteinander vergleicht – und dass der Vergleicher eine Anzeigeeinrichtung ansteuert, um eine Meldung in einer Anzeigevorrichtung auszulösen, welche auf die erforderliche Wartung des Ventils (1) hinzuweist, sobald das Sensorsignal die Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße um mehr als einen Toleranzwert überschreitet, welcher zulässige Abweichungen vom idealen, einem neuen Ventil entsprechenden Wert der Kraft-Kenngröße oder Spannungs-Kenngröße definiert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11) seitlich an der Ventilstange (3) montiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11) im Aktuator (5) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektronik (10) die Elektronik eines Wegaufnehmers (9) dient, welcher die aktuelle Bewegung der Ventilstange (3) erfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal über ein Kabel (14) vom Sensorelement (11) zur Elektronik (10) gelangt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11) mit einem Funksender (15) und die Elektronik (10) mit einem Funkempfänger (16) versehen sind, so dass das Sensorsignal als Funksignal übertragbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11) mit einem Infrarot-Sender und die Elektronik (10) mit einem Infrarot-Empfänger versehen sind, so dass das Sensorsignal als Infrarotsignal übertragbar ist.