用于感測(cè)流經(jīng)流量控制設(shè)備的流體內(nèi)的空化現(xiàn)象的裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種用于感測(cè)流經(jīng)流量控制設(shè)備的流體內(nèi)的空化現(xiàn)象的裝置，例如控制閥，包括以一種方式耦接到流量控制設(shè)備的聲發(fā)射傳感器以采集由空化現(xiàn)象引起的聲信號(hào)。處理器從聲發(fā)射傳感器接收聲信息。處理器從符合一定預(yù)定義準(zhǔn)則的聲信息選擇性地確認(rèn)空化事件。基于空化事件的速率和單獨(dú)的空化事件的強(qiáng)度中的至少一個(gè)來(lái)監(jiān)控空化水平?？栈娇梢员挥脕?lái)確認(rèn)在流量控制設(shè)備內(nèi)出現(xiàn)的空化現(xiàn)象，用來(lái)追蹤在流量控制設(shè)備內(nèi)的累計(jì)空化，和/或用來(lái)確認(rèn)空化水平隨著時(shí)間的顯著變化。該信息可以被用來(lái)降低空化現(xiàn)象，評(píng)估修理和維護(hù)和/或監(jiān)控流量控制設(shè)備的性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于感測(cè)流經(jīng)流量控制設(shè)備的流體內(nèi)的空化現(xiàn)象的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種用于在諸如控制閥或管道的流量控制設(shè)備內(nèi)或其附近檢測(cè)和監(jiān)控液體中的空化現(xiàn)象的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)液體的流體壓力下降到低于其在流體的受控液流中(諸如，管道或控制閥內(nèi))的蒸汽壓時(shí)，在液流中產(chǎn)生空化現(xiàn)象，并且在液流中形成氣泡。隨后，當(dāng)流體壓力恢復(fù)到高于蒸汽壓的水平，則氣泡破裂并在產(chǎn)生顯著高能聲波的過(guò)程中猛烈地內(nèi)爆。有時(shí)，初始?xì)馀莸男纬芍傅氖恰伴W蒸”，而氣泡的內(nèi)爆指的是“空化”。但是，為了描述的目的，術(shù)語(yǔ)“空化”此后除非清楚地指出其他過(guò)程否則用來(lái)包括氣泡的形成和內(nèi)爆兩者的所有過(guò)程。
[0003]控制閥通常具有至少一個(gè)位于進(jìn)入到閥體的入口和流出閥體的出口之間某處的減少的流動(dòng)面積區(qū)。一種典型的減少的流動(dòng)面積區(qū)處于由閥座限定的孔口處或閥座限定的孔口附近和/或鄰近閥內(nèi)件。因此，流經(jīng)控制閥的流體在流經(jīng)該減少的流動(dòng)面積區(qū)時(shí)通常經(jīng)歷一定程度的壓降或壓力損失。在多少增加一些之前，在控制閥體的靠近下游或內(nèi)側(cè)某處，壓力會(huì)典型地具有最低值。在一些情況中，這些更低的壓力條件可以在閥內(nèi)件和出口之間的控制閥內(nèi)和/或在緊鄰出口的管道內(nèi)弓丨發(fā)空化現(xiàn)象。
[0004]流經(jīng)控制閥的液流內(nèi)的空化現(xiàn)象可能是個(gè)麻煩?？刂崎y的物理邊界的內(nèi)部或其附近的空化現(xiàn)象可能導(dǎo)致對(duì)控制閥或鄰近的管道元件嚴(yán)重的物理?yè)p壞。例如，貫穿閥體或閥內(nèi)件的流道的內(nèi)壁表面處或其附近的空化現(xiàn)象可能導(dǎo)致對(duì)壓力邊界、閥內(nèi)件或其他閥元件的損壞。損壞典型地隨著時(shí)間累積從而必須對(duì)控制閥執(zhí)行周期性的維護(hù)以修復(fù)由空化現(xiàn)象引起的元件損傷。當(dāng)在許多工業(yè)過(guò)程線(xiàn)路上調(diào)度維護(hù)時(shí)，希望在過(guò)程線(xiàn)路關(guān)閉以及開(kāi)啟之前能夠精確地預(yù)知何時(shí)某個(gè)閥或其他某個(gè)設(shè)備會(huì)需要修理，直到包括替換。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型所要解決的問(wèn)題是如何在過(guò)程線(xiàn)路關(guān)閉以及開(kāi)啟之前能夠精確地預(yù)知何時(shí)某個(gè)閥或其他某個(gè)設(shè)備會(huì)需要修理，直到包括替換。
[0006]根據(jù)一些方面，在系統(tǒng)和裝置中，布置聲發(fā)射傳感器從而通過(guò)感測(cè)聲信號(hào)來(lái)檢測(cè)在諸如控制閥的流量控制設(shè)備內(nèi)和/或最接近流量控制設(shè)備處空化現(xiàn)象的存在。該聲發(fā)射傳感器為被布置以感測(cè)穿過(guò)固體材料的聲能的電子傳感器。在一些配置中，該電子傳感器包括壓電陶瓷的或其他的壓電聲發(fā)射傳感器、電容式聲發(fā)射傳感器、激光干涉儀聲發(fā)射傳感器和/或其他同等類(lèi)型的電子聲發(fā)射傳感器。優(yōu)選地，聲發(fā)射傳感器被設(shè)置在流量控制設(shè)備的外表面上。處理器可操作地耦接到聲發(fā)射傳感器。該處理器被配置以從傳感器接收聲信息并處理聲信息以確認(rèn)和/或監(jiān)控流量控制設(shè)備內(nèi)的空化現(xiàn)象。
[0007]在根據(jù)本實(shí)用新型的教導(dǎo)的一種示例性配置中，一種用于感測(cè)流經(jīng)流量控制設(shè)備的流體內(nèi)空化現(xiàn)象的裝置包括聲發(fā)射傳感器和處理器。該聲發(fā)射傳感器被配置以沿著延伸通過(guò)流量控制設(shè)備的主體的受控的流體流動(dòng)路徑設(shè)置在選定位置上，諸如在更易于經(jīng)受空化現(xiàn)象的位置或其附近。聲發(fā)射傳感器被布置以檢測(cè)由流體流動(dòng)路徑內(nèi)的空化現(xiàn)象產(chǎn)生的聲信號(hào)。隨著瞬態(tài)的彈性波的單獨(dú)的和離散的出現(xiàn)確認(rèn)并捕獲聲信號(hào)是優(yōu)選的。聲發(fā)射傳感器被布置以基于在流體流動(dòng)路徑內(nèi)被檢測(cè)的聲信號(hào)而向處理器提供聲信息，諸如通過(guò)表示聲信號(hào)的強(qiáng)度的信號(hào)。處理器與聲發(fā)射傳感器可操作地耦接以接收聲信息。處理器被布置以處理聲信息并至少部分地基于從聲信息提取的空化事件的速率和單獨(dú)的空化事件的強(qiáng)度來(lái)監(jiān)控流體流動(dòng)路徑內(nèi)的空化水平。
[0008]根據(jù)一些方面和形式，系統(tǒng)的物理元件的配置和相互連接提供了脫離于系統(tǒng)的任何計(jì)算機(jī)例程和方法方面特定的優(yōu)點(diǎn)。同樣地，在其他方面和形式上，使此處公開(kāi)的過(guò)程的各個(gè)方面具體化的計(jì)算機(jī)例程和/或方法提供了脫離于系統(tǒng)的一些或全部特定物理元件的特定優(yōu)點(diǎn)。
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種用于感測(cè)流經(jīng)流量控制設(shè)備的流體內(nèi)的空化現(xiàn)象的裝置，所述裝置包括:聲發(fā)射傳感器，其被配置以沿著延伸通過(guò)所述流量控制設(shè)備的主體的受控的流體流動(dòng)路徑設(shè)置在第一選定位置，其中，所述聲發(fā)射傳感器被布置以檢測(cè)由所述流體流動(dòng)路徑內(nèi)的空化現(xiàn)象所產(chǎn)生的聲信號(hào)并基于所檢測(cè)的聲信號(hào)提供聲信息；以及處理器，其與所述聲發(fā)射傳感器可操作地耦接并被布置以從所述聲發(fā)射傳感器接收所述聲信息，其中，所述處理器被布置以處理所述聲信息并且至少部分地基于從所述聲信息所提取的空化事件的速率和單獨(dú)的空化事件的強(qiáng)度來(lái)監(jiān)控所述流體流動(dòng)路徑中的空化水平。
[0010]有利地，所述流量控制設(shè)備包括控制閥，其中，所述主體包括所述控制閥的閥體，并且其中，所述聲發(fā)射傳感器被耦接到所述閥體的外表面并且被布置以檢測(cè)由所述空化現(xiàn)象所產(chǎn)生的彈性波并將被布置以提供所述聲信息的信號(hào)傳送至所述處理器。
[0011]有利地，所述處理器監(jiān)控空化水平隨著時(shí)間的累計(jì)。
[0012]有利地，所述處理器基于空化水平的所述累計(jì)預(yù)測(cè)維護(hù)需求。
[0013]有利地，所述處理器基于所述空化水平監(jiān)控由所述空化現(xiàn)象所引起的對(duì)所述閥的估計(jì)的損傷率。
[0014]有利地，其中所述處理器基于所述估計(jì)的損傷率預(yù)測(cè)維護(hù)需求。
[0015]有利地，所述聲發(fā)射傳感器包括壓電傳感器、電容式傳感器和激光干涉儀傳感器中的至少一個(gè)。
[0016]有利地，所述流量控制設(shè)備為管道，并且其中，所述聲發(fā)射傳感器被耦接到所述管道的外表面并被布置以檢測(cè)由所述空化現(xiàn)象所產(chǎn)生的彈性波并將提供所述聲信息的信號(hào)傳送至所述處理器。
[0017]有利地，所述處理器在所述流體流動(dòng)路徑中的不同的流動(dòng)狀態(tài)之間進(jìn)行區(qū)分，包括對(duì)正常流動(dòng)狀態(tài)和高于預(yù)定義的閾值空化水平的空化流動(dòng)狀態(tài)之間的區(qū)分，并產(chǎn)生所述流動(dòng)狀態(tài)的報(bào)告。
[0018]有利地，所述處理器基于由所述聲發(fā)射傳感器所提供的信號(hào)的頻率、幅度、上升時(shí)間、能量和計(jì)數(shù)中的至少一個(gè)在所述不同的流動(dòng)狀態(tài)之間進(jìn)行區(qū)分。
[0019]有利地，還包括:第二聲發(fā)射傳感器，其沿著所述流體流動(dòng)路徑設(shè)置在第二選定位置，其中，所述第二聲發(fā)射傳感器提供表示在所述正常流動(dòng)狀態(tài)下在所述流體流動(dòng)路徑內(nèi)感測(cè)到的聲信號(hào)的基準(zhǔn)聲信息。
[0020]有利地，還包括:數(shù)字的閥定位器，其與所述處理器和所述控制閥可操作地耦接，所述定位器被布置以控制所述控制閥的流量控制構(gòu)件的位置，其中，所述數(shù)字閥定位器接收表示所述流量控制構(gòu)件的位置的位置數(shù)據(jù)，并且其中，所述數(shù)字閥定位器使得所述聲信息與所述位置相互關(guān)聯(lián)并因此確認(rèn)在所述流體流動(dòng)路徑內(nèi)的非理想的流動(dòng)狀態(tài)。
[0021]有利地，所述聲發(fā)射傳感器與用于過(guò)程控制工廠(chǎng)的計(jì)算機(jī)化的控制系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)字的閥定位器、資產(chǎn)管理軟件和過(guò)程控制系統(tǒng)中的至少一個(gè)集成。
[0022]本實(shí)用新型的方案利用與空化水平有關(guān)的信息來(lái)監(jiān)控在一定時(shí)間段上的空化現(xiàn)象，并且用以監(jiān)控空化活動(dòng)隨著時(shí)間的累積。可以利用該信息來(lái)評(píng)估流量控制設(shè)備所承受的損傷量，以追蹤損傷，和/或預(yù)測(cè)和/或作維護(hù)計(jì)劃以修理?yè)p傷。
[0023]此處公開(kāi)的與任何一個(gè)或多個(gè)從屬權(quán)利要求以及下面描述一致的系統(tǒng)、裝置和方法的其他可行方面和可選形式在考慮下面的詳細(xì)描述和所附附圖上是顯而易見(jiàn)的。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為過(guò)程控制線(xiàn)路中的控制閥的局部橫截面圖，其包括用于感測(cè)流經(jīng)控制閥的流體中的空化現(xiàn)象的系統(tǒng)的圖示說(shuō)明；
[0025]圖2為監(jiān)控流量控制設(shè)備內(nèi)的空化現(xiàn)象的方法的邏輯流程圖，其可以利用圖1的系統(tǒng)而實(shí)施；
[0026]圖2A為一對(duì)關(guān)聯(lián)圖，表不在空化流動(dòng)的理想周期中一系列聲發(fā)射信號(hào)的幅度和閾值交叉點(diǎn)；
[0027]圖3為圖2的步驟的詳細(xì)邏輯流程圖；
[0028]圖4為監(jiān)控流量控制設(shè)備內(nèi)的空化現(xiàn)象的另一種方法的邏輯流程圖，其可以利用圖1的系統(tǒng)而實(shí)施；
[0029]圖5為監(jiān)控流量控制設(shè)備內(nèi)的空化現(xiàn)象的進(jìn)一步的方法的邏輯流程圖，其可以利用圖1的系統(tǒng)而實(shí)施；以及
[0030]圖6為監(jiān)控流量控制設(shè)備內(nèi)的空化現(xiàn)象的更進(jìn)一步的方法的邏輯流程圖，其可以利用圖1的系統(tǒng)而實(shí)施。

【具體實(shí)施方式】
[0031]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型的教導(dǎo)用于感測(cè)和/或監(jiān)控流經(jīng)控制閥10或其他流量控制設(shè)備的液體中的空化現(xiàn)象的裝置和系統(tǒng)8。系統(tǒng)8包括流量控制設(shè)備，諸如控制閥10和/或管道24a和24b、一個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射傳感器，諸如聲發(fā)射傳感器26a_d，以及計(jì)算機(jī)化的處理器，諸如處理器30。系統(tǒng)8可以為更大的過(guò)程控制工廠(chǎng)的一部分，諸如煉油廠(chǎng)或化學(xué)處理廠(chǎng)，如現(xiàn)有技術(shù)所理解的那樣。例如，系統(tǒng)8可以被集成到用于過(guò)程控制工廠(chǎng)的計(jì)算機(jī)化的控制系統(tǒng)，諸如在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6，954，713所描述的系統(tǒng)，它通過(guò)引證的方式整體合并于此。系統(tǒng)8感測(cè)液流中的聲信號(hào)，諸如由靠近或在控制閥10內(nèi)的空化現(xiàn)象產(chǎn)生的聲信號(hào)，并基于聲信號(hào)確認(rèn)空化流動(dòng)狀態(tài)。聲信號(hào)可以包括由氣泡的形成和/或作為空化現(xiàn)象一部分的氣泡接下來(lái)的破裂而引發(fā)的瞬態(tài)的聲能信號(hào)。空化流動(dòng)狀態(tài)可以由空化事件的出現(xiàn)而確認(rèn)，它具有預(yù)選的特性。優(yōu)選地，系統(tǒng)8基于空化事件的速率和/或單獨(dú)的空化事件的強(qiáng)度來(lái)監(jiān)控空化水平。系統(tǒng)8可以提供液體中空化流動(dòng)狀態(tài)的報(bào)告。該報(bào)告可以提供給操作員和/或提供給用于控制閥10的控制器。在一些配置中，系統(tǒng)8追蹤空化現(xiàn)象隨著時(shí)間的累積，這可以用來(lái)預(yù)測(cè)何時(shí)應(yīng)當(dāng)安排對(duì)控制閥10維護(hù)。在一些配置中，系統(tǒng)8監(jiān)控空化水平的變化，這可以被用來(lái)對(duì)空化水平在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著變化提供報(bào)警。在一些配置中，空化水平可以與控制閥的位置相關(guān)聯(lián)以確認(rèn)潛在有問(wèn)題的操作狀態(tài)。盡管附圖中所示的例子具體地與控制閥10有關(guān)，但是系統(tǒng)8、裝置和方法可以以與示例性的控制閥10相關(guān)的描述類(lèi)似的方式被布置來(lái)監(jiān)控在用于過(guò)程液體的其他類(lèi)型的流量控制設(shè)備(諸如管道和減徑管)中的空化現(xiàn)象。
[0032]控制閥10包括閥體12、流量控制構(gòu)件14和致動(dòng)器16。流體流動(dòng)路徑18延伸通過(guò)閥體12。流體流動(dòng)路徑18從入口 20至少部分地延伸到閥體12，經(jīng)過(guò)喉部28，到離開(kāi)閥體12的出口 22。流體流動(dòng)路徑18還可以由連接到入口 20的管道24a和/或連接到出口22的管道24b至少部分地限定?？刂崎y10的輔助元件是熟知的并且為了簡(jiǎn)潔的目的此處不予解釋進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
[0033]一個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射傳感器26a、26b、26c和26d沿著流體流動(dòng)路徑18布置。作用在閥體12的內(nèi)表面上或者作用在閥體12的內(nèi)表面附近的空化事件通過(guò)閥體傳送到一個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射傳感器26a_d。聲發(fā)射傳感器26a_d檢測(cè)聲信號(hào)并提供表示被檢測(cè)到的聲信號(hào)(acoustic signal)的聲信息(acoustic informat1n)。由聲發(fā)射傳感器感測(cè)的聲信號(hào)可以包括，例如，在空化過(guò)程中由流體內(nèi)的氣泡破裂引起的振動(dòng)和噪音。聲信號(hào)還可以包括當(dāng)氣泡在足夠靠近閥體的內(nèi)壁破裂時(shí)在閥體12內(nèi)釋放的能量，這對(duì)閥體造成較小的損傷。優(yōu)選地，隨著瞬態(tài)彈性能量波的單獨(dú)地和離散地發(fā)生，該聲發(fā)射傳感器26a-d確認(rèn)并捕獲聲信號(hào)。如現(xiàn)有技術(shù)所理解的，彈性能量波為與穿過(guò)空氣或液體的聲能量波相反的穿過(guò)固體的聲能量波。該由聲發(fā)射傳感器26a_d傳送的聲信息優(yōu)選地以由響應(yīng)所感測(cè)的聲信號(hào)而產(chǎn)生的諸如電子聲發(fā)射信號(hào)的信號(hào)形式提供。聲發(fā)射信號(hào)26a_d優(yōu)選地為壓電傳感器，諸如壓電陶瓷傳感器，并且可以為高頻壓電陶瓷傳感器，諸如，可從德國(guó)伊京的Vallen SystemeGmbH公司購(gòu)買(mǎi)的VS900-RIC型聲發(fā)射傳感器，盡管也可以使用其他的高頻聲發(fā)射傳感器。在一些配置中，一個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射傳感器還可以或者可選擇地可包括電容式聲發(fā)射傳感器、激光干涉儀聲發(fā)射傳感器和/或能夠檢測(cè)并接收由控制閥10內(nèi)或控制閥10附近的空化現(xiàn)象產(chǎn)生的聲信號(hào)的其他類(lèi)型的電子聲發(fā)射傳感器。
[0034]系統(tǒng)8并不必然在所有的配置中包括在聲發(fā)射傳感器26a_d的每個(gè)或全部；然而，優(yōu)選地，聲發(fā)射傳感器26a_d的至少一個(gè)被布置以捕獲由空化現(xiàn)象引起的聲信號(hào)。在圖1的不例性的配置中，聲發(fā)射傳感器26a_d的每一個(gè)被布置在一個(gè)或多個(gè)被選定的位置處,該位置可以基于經(jīng)受由控制閥10引起的空化現(xiàn)象的可能性來(lái)選擇。布置聲發(fā)射傳感器26a_d以檢測(cè)從沿著流體流動(dòng)路徑18流動(dòng)的流體傳出并作為彈性波穿過(guò)控制閥10的一個(gè)或多個(gè)固體元件(諸如，閥體12的壁)的聲信號(hào)。
[0035]聲發(fā)射傳感器26a_c在空化現(xiàn)象很可能發(fā)生的一個(gè)或多個(gè)位置處布置在閥體12和管道24b上?？栈F(xiàn)象可能發(fā)生的一個(gè)通常的區(qū)域?yàn)樘幱诳拷y內(nèi)件和/或流量控制構(gòu)件14下游的流體流動(dòng)路徑18的區(qū)域，諸如位于喉部28和出口 22之間。因此，聲發(fā)射傳感器26a和26b沿著喉部28和出口 22之間的流體流動(dòng)路徑18位于不同的被選定的位置處。例如，聲發(fā)射傳感器26a設(shè)置于鄰近喉部28，并且聲發(fā)射傳感器26b設(shè)置于鄰近出口22。在空化期間，氣泡的形成可以產(chǎn)生第一聲信號(hào)模式并且氣泡的內(nèi)爆可以產(chǎn)生第二聲信號(hào)模式。聲發(fā)射傳感器26a_c檢測(cè)這些第一和第二聲信號(hào)模式并以本領(lǐng)域熟知的方式產(chǎn)生表示這些聲信號(hào)模式的電子的聲發(fā)射信號(hào)。在這種配置中，聲發(fā)射傳感器26a可以更容易檢測(cè)氣泡的形成或“閃蒸”并且聲發(fā)射傳感器26b可以更容易檢測(cè)氣泡的內(nèi)爆?？栈F(xiàn)象還可以發(fā)生或繼續(xù)進(jìn)一步地發(fā)生在出口 22的下游，諸如在緊鄰出口 22的管道24b的區(qū)域。因此，聲發(fā)射傳感器26c設(shè)置在鄰近與出口 22連接的接頭的管道24b上。該聲發(fā)射傳感器26c還可以檢測(cè)氣泡的內(nèi)爆或可以檢測(cè)少量的氣泡內(nèi)爆或常規(guī)流動(dòng)，即，沒(méi)有空化現(xiàn)象存在的流動(dòng)。
[0036]聲發(fā)射傳感器26d沿著流體流動(dòng)路徑18設(shè)置在不易于經(jīng)受空化現(xiàn)象的靠近控制閥10的一個(gè)或多個(gè)位置處。該聲發(fā)射傳感器26d可以位于在流量控制構(gòu)件14的上游側(cè)。例如，聲發(fā)射傳感器26d可以耦接在位于入口 20和流量控制構(gòu)件14之間的閥體12的外表面上，如圖1所示，或者耦接在管道24a上。因?yàn)槁暟l(fā)射傳感器26d位于空化現(xiàn)象不易于發(fā)生的地方，所以聲發(fā)射傳感器26d提供了基準(zhǔn)聲信息，其可以被用作常規(guī)流動(dòng)(即，沒(méi)有空化現(xiàn)象存在的流動(dòng))的基準(zhǔn)測(cè)度。由聲發(fā)射傳感器26d產(chǎn)生的基準(zhǔn)聲信息可以為被稱(chēng)作基準(zhǔn)發(fā)射信號(hào)的電子的聲發(fā)射信號(hào)的形式?；鶞?zhǔn)聲信息可以與從聲發(fā)射傳感器26a-c產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)得到的聲信息相比來(lái)校正聲發(fā)射傳感器26a-c，檢測(cè)流體中的空化現(xiàn)象的出現(xiàn)，和/或測(cè)量空化現(xiàn)象的強(qiáng)度。
[0037]優(yōu)選地，聲發(fā)射傳感器26a_d被固定到各自的閥體12和管道24a以及24b的外部，即，與流體流動(dòng)路徑18相對(duì)的壁的側(cè)面上。在這種配置中，聲發(fā)射傳感器26a-d能夠沿著流動(dòng)路徑18檢測(cè)來(lái)自空化現(xiàn)象的聲信號(hào)而不破壞流動(dòng)路徑的邊界。也就是說(shuō)，不帶有聲發(fā)射傳感器26a-d或者延伸通過(guò)諸如密封件或法蘭的邊界壁的引線(xiàn)，流動(dòng)路徑18依然是封閉的。通過(guò)不破壞流動(dòng)路徑的邊界，系統(tǒng)8能夠以不易于引起泄漏的方式來(lái)捕獲聲信號(hào)。通過(guò)足以將設(shè)置在各自的閥體12和/或管道24a、24b的聲發(fā)射傳感器26a_d保持的任何方法，聲發(fā)射傳感器26a-d可以可操作地耦接到閥體12和/或管道24a、24b并且能夠充分地感測(cè)從沿著流體流動(dòng)路徑18流動(dòng)的液體傳出的振動(dòng)形式的聲信號(hào)。用于空化現(xiàn)象的聲發(fā)射監(jiān)控的一種優(yōu)選的聲耦合類(lèi)似于描述在現(xiàn)有技術(shù)所知悉的ASTM標(biāo)準(zhǔn)E650的過(guò)程。例如，典型地，保持聲發(fā)射傳感器的表面上的有效檢測(cè)區(qū)域和流量控制設(shè)備的表面之間以其間最小化的間隙或空氣間隔最大化的面對(duì)面接觸是重要的。因此，聲發(fā)射傳感器26a-d可以直接耦接到各自的閥體12和/或管道24a、24b的外表面，例如，通過(guò)焊接、緊固件、夾具或粘合劑。優(yōu)選地，聲發(fā)射傳感器的表面的形狀與閥體或管道的容納表面相應(yīng)形狀互補(bǔ)。在一些情況，薄層的潤(rùn)滑油或凝膠可以設(shè)置在傳感器的表面和容納表面之間并且被操作以便于避免其間的任何空氣泡。
[0038]熱間隔件(thermal standoff)(未示出)可以設(shè)置在聲發(fā)射傳感器的表面和容納表面之間從而使聲發(fā)射傳感器與閥體絕緣。使用熱間隔件在閥以高溫操作的場(chǎng)合或者當(dāng)進(jìn)出閥受限時(shí)可以是有利的。熱間隔件可以為一塊帶有被布置以散熱的一個(gè)或多個(gè)裸露的外側(cè)表面的金屬。熱間隔件的加入可能還需要對(duì)聲發(fā)射信號(hào)做一些補(bǔ)償和/或校正以適應(yīng)由熱間隔件引起的差異。
[0039]處理器30可操作地連接到一個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射傳感器26a_d以接收由其產(chǎn)生的各自的聲信息。聲信息可以以任何合適的方式通信，諸如通過(guò)經(jīng)由有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通信路徑直接地接收聲發(fā)射信號(hào)或者通過(guò)經(jīng)由其他可能的通信路徑間接地接收聲信息。優(yōu)選地，聲信息以由聲發(fā)射傳感器26a_d響應(yīng)所感測(cè)的聲信號(hào)而產(chǎn)生的電子的聲發(fā)射信號(hào)的形式提供。該處理器30被配置以基于接收自任何一個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射傳感器26a、26b、26c和/或26d的聲信息來(lái)確認(rèn)和監(jiān)控流體流動(dòng)路徑18中空化現(xiàn)象的存在?；诒槐O(jiān)控的空化現(xiàn)象，處理器30還被配置以從聲信息中提取數(shù)據(jù)并利用聲信息來(lái)確定關(guān)于控制閥10或與控制閥10有關(guān)的額外信息。處理器30可以專(zhuān)用來(lái)監(jiān)控在流量控制設(shè)備的空化現(xiàn)象的出現(xiàn)，或者處理器30可以與執(zhí)行其他過(guò)程控制功能的其他計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)集成。例如，處理器30可以與定位器32集成用于控制流量控制構(gòu)件14的位置。定位器32可以為典型的數(shù)字閥定位器，諸如Fisher Fieldview? DVC6000型數(shù)字閥控制器，其可以從愛(ài)荷華州馬歇爾鎮(zhèn)的艾默生過(guò)程管理公司購(gòu)買(mǎi)。處理器30可以連接到和/或與一個(gè)或多個(gè)其他工廠(chǎng)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)34集成，例如，與總線(xiàn)36集成。
[0040]在一種配置中，處理器30包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)38、一個(gè)或多個(gè)數(shù)字的或其他的電子存儲(chǔ)模塊40、一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)處理器42和其他熟知的計(jì)算機(jī)元件，諸如輸入/輸出裝置、數(shù)據(jù)通信裝置、專(zhuān)用集成電路(ASICs)和/或用于完成功能的軟件模塊以及此處以在數(shù)字信號(hào)處理和計(jì)算【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員理解的方式所描述的方法。該DSP38可以包括模擬-數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換器。在其他配置中，該處理器30可以包括嵌入式的信號(hào)處理例程取代專(zhuān)用的DSP38以處理從聲發(fā)射傳感器26a-d接收的聲發(fā)射信號(hào)。計(jì)算機(jī)處理器30可以將以上的所有功能元件包括在單個(gè)單元，或一個(gè)或多個(gè)元件可以是遠(yuǎn)程的并通過(guò)任何熟知的數(shù)據(jù)通信配置而可操作地連接，諸如通過(guò)Foundat1n?現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議、HART協(xié)議、因特網(wǎng)、以太網(wǎng)和/或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的其他合適的數(shù)據(jù)通信配置。系統(tǒng)8的各種元件之間可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)有線(xiàn)連接和/或無(wú)線(xiàn)連接數(shù)據(jù)通信。
[0041]處理器30包括例程指令或被布置以存取這種足以接收由聲發(fā)射傳感器26a_d產(chǎn)生的聲信息的合適的硬件和/或軟件裝置執(zhí)行的例程指令，并且基于各自的空化事件的速率和強(qiáng)度以足以監(jiān)控流體流動(dòng)路徑內(nèi)空化水平的方法處理接收到的聲信息。為了實(shí)現(xiàn)這種目的，優(yōu)選地以一系列例程指令的形式的一個(gè)或多個(gè)例程能夠可存取到處理器30。在一種配置中，采集例程50、濾波例程52和一個(gè)或多個(gè)監(jiān)控例程54a、54b、54c和54d存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器40內(nèi)。在其他配置中，例程指令還可以或可選擇地直接地嵌入到計(jì)算機(jī)處理器42內(nèi)和/或可以被存儲(chǔ)在其他地方并通過(guò)計(jì)算機(jī)處理器42遠(yuǎn)程存取。采集例程50使處理器30接收由聲發(fā)射傳感器26a-d產(chǎn)生的聲信息，諸如通過(guò)接收聲發(fā)射信號(hào)(“AE信號(hào)”)。該濾波例程52對(duì)接收的AE信號(hào)濾波以選擇只符合表示控制閥10的空化現(xiàn)象的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定義特征信號(hào)并忽略其他信號(hào)。在一些配置中，濾波還可以或可選擇地通過(guò)由聲發(fā)射傳感器26a-d對(duì)聲信號(hào)濾波和/或通過(guò)濾波硬件55來(lái)實(shí)現(xiàn)。濾波硬件55可操作地位于聲發(fā)射傳感器26a-d以及處理器30之間以便于在被處理器30接收之前對(duì)聲發(fā)射信號(hào)濾波。根據(jù)各種準(zhǔn)則，監(jiān)控例程54a-d利用被選定的信號(hào)來(lái)確認(rèn)并監(jiān)控控制閥10內(nèi)的空化現(xiàn)象。同時(shí)，采集例程50、濾波例程52和一個(gè)或多個(gè)監(jiān)控例程54a-d可以被配置以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)下文詳述的方法。例程50、52和52a-d可以為例如被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器40內(nèi)軟件形式的指令，和/或硬件，諸如計(jì)算機(jī)處理器42內(nèi)的專(zhuān)用電路、DSP38、定位器32和/或傳感器26a_d。
[0042]參見(jiàn)圖2和圖3，示出了監(jiān)控諸如控制閥10和/或管道24a或24b的流量控制設(shè)備內(nèi)空化現(xiàn)象的一種方法100。該方法由圖1的系統(tǒng)8執(zhí)行。系統(tǒng)8被配置從而以任何一個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射傳感器26a_d在更可能表示空化現(xiàn)象的頻率范圍內(nèi)采集來(lái)自流經(jīng)流量控制設(shè)備的流體的聲信號(hào)。采集的聲信號(hào)優(yōu)選地包括由空化現(xiàn)象產(chǎn)生的瞬態(tài)聲能數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)8可以被配置以在聲發(fā)射傳感器處提供一定程度的濾波，例如，通過(guò)調(diào)節(jié)聲發(fā)射傳感器的靈敏度參數(shù)、以預(yù)定義的靈敏度范圍選擇聲發(fā)射傳感器和/或調(diào)節(jié)用于由聲發(fā)射傳感器輸出的聲發(fā)射信號(hào)的輸出參數(shù)。在一些配置中，聲發(fā)射傳感器26a_d被配置以對(duì)聲信號(hào)濾波從而通過(guò)僅采集范圍內(nèi)的聲信號(hào)而提供第一水平的濾波。例如，一些配置中的范圍處于大約500kHz和大約1600kHz之間，但也可使用其他范圍。系統(tǒng)8可以被配置以在聲發(fā)射傳感器和處理器30之間提供一定水平的濾波，例如，通過(guò)可操作地設(shè)于聲發(fā)射傳感器和處理器30之間的濾波硬件55。該系統(tǒng)可以被配置以提供一定水平的濾波，例如，通過(guò)調(diào)節(jié)處理器30的接收極限參數(shù)，諸如，通過(guò)由軟件或硬件執(zhí)行的例程或指令例程。接收極限參數(shù)可以包括處理器30的AD轉(zhuǎn)換器、DSP38或其他硬件或軟件元件中的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。該處理器30從一個(gè)或多個(gè)聲信息傳感器26a-d接收AE信號(hào)形式的與由瞬態(tài)事件引發(fā)的聲信號(hào)有關(guān)的聲信息并利用該數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算空化程度，前述的瞬態(tài)事件在流量控制設(shè)備內(nèi)的空化事件中伴隨每個(gè)氣泡形成、氣泡腔或氣泡的破裂。
[0043]塊102至少在預(yù)選范圍的頻率內(nèi)從流量控制設(shè)備采集聲信號(hào)。在一種配置中，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射傳感器26a_d,初始地米集聲信號(hào)。聲發(fā)射傳感器26a_d被配置以在一定范圍的頻率內(nèi)，諸如至少在大約500kHz和大約1600kHz之間，采集瞬態(tài)的聲能數(shù)據(jù)。由傳感器26a和26b兩者之一采集的聲信號(hào)，例如，可以被用來(lái)提供與喉部28下游的流量控制閥10內(nèi)發(fā)生的空化現(xiàn)象有關(guān)的直接的聲信息。由傳感器26c采集的聲信號(hào)可以提供與發(fā)生在鄰近控制閥10的下游出口 22的管道24b內(nèi)的空化現(xiàn)象有關(guān)的直接信息。由傳感器26d采集的聲信號(hào)可以提供與無(wú)空化現(xiàn)象的標(biāo)準(zhǔn)液流相關(guān)的控制或基準(zhǔn)信息。為了下面描述的目的，聲信號(hào)由聲發(fā)射傳感器26a獲取；然而,對(duì)于任何一個(gè)聲發(fā)射傳感器26a_d,可以遵從該相同的過(guò)程。然后，聲發(fā)射傳感器26a產(chǎn)生表示所獲取的瞬態(tài)聲能數(shù)據(jù)的AE信號(hào)形式的聲信息。該AE信號(hào)，例如，經(jīng)由電線(xiàn)56和/或其他合適的電子數(shù)據(jù)通信路徑，被傳到處理器30。塊102可以被執(zhí)行，例如，通過(guò)處理器30的采集例程50。
[0044]根據(jù)預(yù)定義的參數(shù)，塊104確定來(lái)自塊102的AE信號(hào)是否由空化事件引起?？栈录葾E信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定義的特征限定。在一種配置中，空化事件被限定為所獲取的高于預(yù)定義的最小閾值并在預(yù)定義的濾波器范圍內(nèi)的AE信號(hào)。在一種配置中，空化事件被限定為所獲取的高于預(yù)定義的最小閾值并在預(yù)定義的濾波器范圍內(nèi)的AE信號(hào)。濾波器范圍可以包括最小閾值(即，低端)和預(yù)定義的最大截止值(即，高端)。例如，整個(gè)的AE信號(hào)波形可以基于信號(hào)的幅度和頻率考慮。AE信號(hào)波形的幅度表示給定波形的聲能分貝(dBAE)。優(yōu)選地，通過(guò)計(jì)算-20Logl0 (峰值幅度電壓/I微伏)，聲能分貝以微伏為單位測(cè)量并且以dBAE為單位報(bào)告?？梢源_定AE信號(hào)的波形是否符合一個(gè)或多個(gè)閾值參數(shù)，諸如在特定范圍內(nèi)的幅度和/或高幅度波形的命中率。然而，也可以使用其他閾值和濾波器參數(shù)。如果AE信號(hào)超過(guò)預(yù)定的最小閾值并在預(yù)定義的濾波器范圍內(nèi)，則該AE信號(hào)被看作為由例如可以影響流量控制設(shè)備維護(hù)的空化事件引起的“命中”。在這種情況，該AE信號(hào)被選為由空化事件引起的并且控制傳送到塊106。如果AE信號(hào)沒(méi)有超過(guò)預(yù)定的最小閾值并且未處于預(yù)定義的濾波器范圍時(shí)，則忽略該AE信號(hào)并控制轉(zhuǎn)到塊102以從聲發(fā)射傳感器26a采集另一 AE信號(hào)。例如通過(guò)處理器30的濾波例程52可以執(zhí)行塊104。
[0045]塊106記錄從塊104選定的表不來(lái)自由聲發(fā)射傳感器26a捕獲的空化事件的各種聲信息的AE信號(hào)的預(yù)選特征。參見(jiàn)圖2A，在空化流動(dòng)的一定時(shí)段期間，單獨(dú)的空化事件典型地發(fā)生在組中。圖2A示出了用于瞬態(tài)事件的示例性波形WF，其可以與空化流動(dòng)的一定時(shí)段期間的一組空化事件類(lèi)似。上圖示出了采集的信號(hào)S的電壓且下圖示出了信號(hào)的閾值交叉點(diǎn)。傳感器輸出電壓，如上圖所示，典型地為以聲能分貝(即，dBAE)為單位報(bào)告。信號(hào)S在沒(méi)有空化事件的時(shí)間tO處開(kāi)始，在時(shí)間tl跨過(guò)預(yù)定的閾值水平T，在時(shí)間t2上升到峰值幅度，在時(shí)間t3回落到低于閾值水平T，并且在時(shí)間t4落到?jīng)]有空化事件。其他特征可以包括采集的信號(hào)S的附加的單獨(dú)的特征，諸如在該組內(nèi)閾值交叉點(diǎn)TC的數(shù)量、速率和/或持續(xù)時(shí)間、從第一閾值交叉點(diǎn)到命中組內(nèi)最大幅度獲取信號(hào)S的上升時(shí)間以及命中組的累計(jì)能量，它們中的每一個(gè)在聲波形處理的【技術(shù)領(lǐng)域】中是容易理解的。閾值交叉點(diǎn)TC可以對(duì)應(yīng)于與圖4相關(guān)的此后詳述的命中和計(jì)數(shù)。
[0046]轉(zhuǎn)到圖2，塊108確定來(lái)自被記錄在塊106的特征的空化水平值。該空化水平基于空化事件的速率和空化事件的強(qiáng)度來(lái)確定。在一種示例性方法中，如圖3所示，塊108包括在塊110中與空化事件的速率相關(guān)的第一計(jì)算、在塊112中與每個(gè)空化事件的強(qiáng)度相關(guān)的第二計(jì)算以及在塊114中與空化水平值相關(guān)的第三計(jì)算。
[0047]塊110通過(guò)記錄在被選的一個(gè)時(shí)間段內(nèi)發(fā)生的空化事件的數(shù)量來(lái)計(jì)算命中率。例如，命中率H可以為在當(dāng)前時(shí)間T之前的一段時(shí)間t期間發(fā)生的空化事件的數(shù)量N除以該時(shí)間段。這可以以公式H = NT_t/(T-t)表示。在大部分情況下，命中率通過(guò)在一定時(shí)間段上發(fā)生的空化事件的數(shù)量來(lái)計(jì)算，該時(shí)間段最多到幾秒，諸如大約I秒與大約10秒之間。然而，在一些情況下也可以使用更長(zhǎng)的或更短的時(shí)間段。該命中率以在該時(shí)間段內(nèi)每秒的空化事件的數(shù)量來(lái)報(bào)告。參見(jiàn)圖2A，在一種實(shí)施例中，命中率R可以以在空化流動(dòng)的給定時(shí)段(即，從tl到t3)期間出現(xiàn)的單獨(dú)的閾值交叉點(diǎn)TC的數(shù)量除以空化流動(dòng)的持續(xù)時(shí)段(例如，t3-tl)來(lái)計(jì)算。
[0048]基于記錄在塊106的特征，塊112計(jì)算每個(gè)單獨(dú)的空化事件的強(qiáng)度。該強(qiáng)度是基于測(cè)量空化事件所釋放的能量。例如，強(qiáng)度可以與所獲取信號(hào)S的幅度、持續(xù)時(shí)間、波下面積和/或其他單獨(dú)的的特征有相關(guān)性。在一種配置中，如圖2A所示，強(qiáng)度被確定為一個(gè)波形或一組波形下面積的絕對(duì)值。能量可以根據(jù)傳感器輸出電壓的平方對(duì)時(shí)間積分，即，能量=/ (V2Mdt)來(lái)計(jì)算，其中V為傳感器輸出電壓并且dt為時(shí)間上的變化，這在現(xiàn)有技術(shù)中是可以理解的。塊I1和112可以以任何順序或同時(shí)地執(zhí)行。
[0049]基于在塊110計(jì)算的命中率以及在塊112計(jì)算的強(qiáng)度，塊114計(jì)算空化水平的值?？栈降闹祪?yōu)選地根據(jù)命中率和強(qiáng)度兩者的函數(shù)來(lái)計(jì)算。也就是說(shuō)，C = f(R，i)，其中C為空化水平，R為命中率，I為強(qiáng)度。優(yōu)選地，該空化水平為與命中率和強(qiáng)度直接成比例的。取決于接收的具體數(shù)據(jù)和希望輸出的具體形式，不同的具體方程關(guān)系可以被用來(lái)計(jì)算空化水平C。
[0050]塊106-114可以被執(zhí)行，例如，通過(guò)監(jiān)控處理器30的例程54a。
[0051]由方法100確定的空化水平可以具有幾個(gè)不同的用途，諸如確定空化是否發(fā)生、確定在一些時(shí)間點(diǎn)空化活動(dòng)的強(qiáng)度和/或追蹤一定時(shí)間段的空化累積和/或損傷。該信息可以是有用的，例如，在監(jiān)控流量控制設(shè)備的性能、確認(rèn)流量控制設(shè)備的不理想的性能和/或無(wú)需拆卸或不使流量控制設(shè)備完全失效而預(yù)測(cè)維護(hù)需求。下面的方法建立在方法100上，以利用關(guān)于由監(jiān)控方法提供的空化水平的信息。
[0052]圖4示出了監(jiān)控空化現(xiàn)象的另一種方法200，其可以是有用的，例如，用于評(píng)估對(duì)諸如控制閥10的流量控制設(shè)備的損傷。方法200可以以圖1所示的系統(tǒng)8實(shí)施。該方法200包括用于監(jiān)控空化水平的方法100的步驟并利用與空化水平有關(guān)的信息來(lái)監(jiān)控在一定時(shí)間段上的空化現(xiàn)象，并且用以監(jiān)控空化活動(dòng)隨著時(shí)間的累積?？梢岳迷撔畔?lái)評(píng)估流量控制設(shè)備所承受的損傷量，以追蹤損傷，和/或預(yù)測(cè)和/或作維護(hù)計(jì)劃以修理?yè)p傷。
[0053]圖1的系統(tǒng)被配置以在選定的頻率范圍內(nèi)從任何一個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射傳感器26a_d采集瞬態(tài)的聲能數(shù)據(jù)，如之前關(guān)于方法100所詳細(xì)描述的。
[0054]在塊102，圖1的系統(tǒng)至少在預(yù)選的頻率范圍內(nèi)從任何一個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射傳感器26a-d采集瞬態(tài)的聲能數(shù)據(jù)并產(chǎn)生AE信號(hào)，如之前所詳細(xì)描述的。
[0055]在塊104，處理器30根據(jù)預(yù)定義的參數(shù)確定AE信號(hào)是否由空化事件弓丨起并且如果信號(hào)處于預(yù)定義的參數(shù)內(nèi)則選擇該信號(hào)用于進(jìn)一步地處理，如之前所詳細(xì)描述的。
[0056]在塊106，處理器30記錄被選定信號(hào)的被選定的特征，諸如聲發(fā)射信號(hào)的波形或其他單獨(dú)的特征，如之前所詳細(xì)描述的。
[0057]在塊110，處理器30確定空化事件的速率，例如，通過(guò)如之前所述的計(jì)算命中率。
[0058]在塊112，處理器30確定每個(gè)空化事件的強(qiáng)度，例如通過(guò)如之前所述的計(jì)算每個(gè)空化事件的能量的量。
[0059]在塊114a，處理器30計(jì)算空化水平并確定該空化水平是否超過(guò)預(yù)定的空化水平閾值。如果該空化水平超過(guò)預(yù)定的空化水平閾值，則控制傳到塊116。如果空化水平?jīng)]有超過(guò)預(yù)定的空化水平閾值，則控制返回塊102以采集另一 AE信號(hào)。在一個(gè)示例性的配置中，確定空化水平是否超過(guò)預(yù)定的空化水平閾值可以包括將命中率和強(qiáng)度的每一個(gè)或兩者之一與用于空化事件的各自的閾值單獨(dú)對(duì)比。在塊110中計(jì)算的命中率與預(yù)定的命中率閾值比較。強(qiáng)度與預(yù)定的強(qiáng)度閾值比較。在一些配置中，如果命中率和強(qiáng)度兩者都超過(guò)各自的命中率閾值和強(qiáng)度閾值，則空化水平被確定為超過(guò)預(yù)定的空化水平閾值。在其他配置中，如果命中率或強(qiáng)度超過(guò)各自的命中率閾值和強(qiáng)度閾值，則空化水平被確定為超過(guò)預(yù)定的空化水平閾值。在另一種示例性配置中，空化水平，如之前對(duì)圖3的塊114所述的那樣，以取決于命中率和強(qiáng)度的每一個(gè)的合成值來(lái)計(jì)算?？栈降暮铣芍蹬c預(yù)定的合成空化水平閾值比較。如果合成值超過(guò)合成空化水平閾值，則空化水平被確定為超過(guò)預(yù)定的空化水平閾值。進(jìn)一步的示例性配置可以包括之前的兩個(gè)示例性配置的組合。這些方案的任一個(gè)中，計(jì)算的空化水平為空化事件的速率和單獨(dú)的空化事件的強(qiáng)度的函數(shù)，并且優(yōu)選地為如之前所解釋的直接比例函數(shù)。如果空化水平?jīng)]有超過(guò)預(yù)定的空化水平閾值，則控制返回塊102以從一個(gè)或多個(gè)聲能傳感器26a-d采集另一個(gè)AE信號(hào)。如果空化水平超過(guò)預(yù)定的空化水平閾值，則處理器30開(kāi)始進(jìn)一步地監(jiān)控協(xié)議，該協(xié)議可以例如被用來(lái)評(píng)估對(duì)流量控制設(shè)備的損傷，前述監(jiān)控可以在塊116、118和120的一個(gè)或多個(gè)步驟中執(zhí)行，其在后文予以敘述。
[0060]塊116產(chǎn)生表示空化水平超過(guò)預(yù)定的閾值或數(shù)值的報(bào)警。該報(bào)警優(yōu)選地由處理器30產(chǎn)生。
[0061]塊118追蹤空化水平超過(guò)預(yù)定閾值的次數(shù)和/或時(shí)間量從而可以監(jiān)控由空化現(xiàn)象引起的對(duì)流量控制設(shè)備的累積損傷的評(píng)估。在一些配置中，該塊118增加用于計(jì)數(shù)空化水平已經(jīng)被確定超過(guò)預(yù)定的空化水平的次數(shù)的計(jì)數(shù)器。當(dāng)每次在塊116產(chǎn)生報(bào)警時(shí)，塊118可以使計(jì)數(shù)器的值增加，或者，在塊116沒(méi)有產(chǎn)生報(bào)警但為直接響應(yīng)塊114a的肯定性的確認(rèn)，該塊118也可以使計(jì)數(shù)器的值增加。該計(jì)數(shù)器優(yōu)選地為處理器30內(nèi)的數(shù)字電子計(jì)數(shù)器，諸如被存儲(chǔ)在電子存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)庫(kù)和/或其他數(shù)字計(jì)數(shù)器機(jī)構(gòu)內(nèi)；然而，其他類(lèi)型的計(jì)數(shù)器，諸如模擬計(jì)數(shù)器，也可以使用。在一些配置中，塊118追蹤空化水平超過(guò)預(yù)定閾值的累計(jì)時(shí)間量。塊118可以確認(rèn)在空化水平超過(guò)預(yù)定閾值期間每次發(fā)生(incidence)的持續(xù)時(shí)間并加法地累計(jì)每次的持續(xù)時(shí)間。加法的累計(jì)將表示空化水平超過(guò)預(yù)定閾值的被累計(jì)的時(shí)間量。
[0062]塊120向使用者提供存在報(bào)警狀態(tài)的通知。該通知可以由處理器30產(chǎn)生，例如，以發(fā)向顯示屏的電子通知的形式。
[0063]塊122將控制返回到塊102。
[0064]由塊118的計(jì)數(shù)器累計(jì)的計(jì)數(shù)可以被用來(lái)評(píng)估和/或追蹤對(duì)流量控制設(shè)備的損傷。具體地，該計(jì)數(shù)可以表示由流量控制設(shè)備隨著時(shí)間所承受的損傷量。通過(guò)累計(jì)的空化事件的數(shù)量和由流量控制設(shè)備經(jīng)受的損傷量之間的相互關(guān)系，計(jì)數(shù)可以與流量控制設(shè)備的損傷的評(píng)估相關(guān)聯(lián)。例如，當(dāng)計(jì)數(shù)(即，空化事件數(shù)量高于預(yù)定的空化水平閾值)增加時(shí)，被評(píng)估的對(duì)流量控制設(shè)備的累計(jì)損傷假定也是增加的。該相互關(guān)系可以是線(xiàn)性的、非線(xiàn)性的、指數(shù)的或例如可以被實(shí)驗(yàn)式地和/或理論性地確定的其他合適的關(guān)系。因此，較大數(shù)目的計(jì)數(shù)可以表示由空化現(xiàn)象引起的對(duì)流量控制設(shè)備較大量的損傷的評(píng)估。相反地，較小數(shù)目的計(jì)數(shù)可以表示由空化現(xiàn)象引起的對(duì)流量控制設(shè)備的較小量的損傷的評(píng)估。
[0065]由計(jì)數(shù)器累計(jì)的數(shù)目可以被用來(lái)確認(rèn)何時(shí)流量控制設(shè)備需要被保養(yǎng)以修理由空化現(xiàn)象引起或指示的損傷。例如，當(dāng)流量控制設(shè)備為新的并且未受損時(shí)，該計(jì)數(shù)可以被設(shè)定為O。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)定義的極限值時(shí)，流量控制設(shè)備可以被指定維護(hù)。在一些配置中，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到一些預(yù)定的極限值時(shí)，可以形成表明控制閥10應(yīng)當(dāng)維修的報(bào)告。在這種配置中，損傷的評(píng)估是基于依賴(lài)于在流量控制設(shè)備中空化事件的速率和強(qiáng)度之一或其兩者的累計(jì)損傷。進(jìn)一步地，損傷的評(píng)估可以被調(diào)節(jié)以使評(píng)估或多或少地加權(quán)在空化事件的速率或強(qiáng)度上。預(yù)定的極限值可以被實(shí)驗(yàn)式地和/或理論性地確定。
[0066]在一些配置中，計(jì)數(shù)可以被用來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)何時(shí)流量控制設(shè)備應(yīng)當(dāng)被維修以修理由空化現(xiàn)象導(dǎo)致或表明的損傷。例如，報(bào)警的速度，即，每一些時(shí)間增量報(bào)警數(shù)量的速率，可以與在一定時(shí)間段報(bào)警的累計(jì)的和配合使用以預(yù)測(cè)在將來(lái)會(huì)達(dá)到的預(yù)定極限值的時(shí)間。
[0067]塊116、118、120和122可以順序地或同時(shí)執(zhí)行。在評(píng)估和/或追蹤空化現(xiàn)象引起的對(duì)流量控制設(shè)備的損傷的過(guò)程，可以執(zhí)行更多的附加功能步驟或較少的功能步驟。塊114a-122可以被執(zhí)行，例如，通過(guò)監(jiān)控處理器30的例程54b。
[0068]圖5示出了監(jiān)控空化現(xiàn)象的方法300，其可以被用來(lái)監(jiān)控對(duì)諸如控制閥10的流量控制設(shè)備的損傷速率。該方法300可以以圖1所示的裝置執(zhí)行。方法300包括方法100和200的用于監(jiān)控空化水平的步驟并利用與空化水平有關(guān)的信息來(lái)確定可以被用來(lái)評(píng)估流量控制設(shè)備所經(jīng)受的損傷的速率的信息。
[0069]圖1的系統(tǒng)被配置以在大約500kHz和大約1600kHz之間從任何一個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射傳感器26a-d采集瞬態(tài)的聲能數(shù)據(jù)，優(yōu)選地以與之前所述的方法100和200有關(guān)的方式同樣的方式。此外，塊102、104、106、108和112由處理器30以與之前所述的方法100和200有關(guān)的方式同樣的方式執(zhí)行，為了簡(jiǎn)潔的目的此處不予贅述。
[0070]塊124計(jì)算空化事件的一個(gè)或多個(gè)趨勢(shì)。在一種配置中，塊124確定命中率的趨勢(shì)和強(qiáng)度值的趨勢(shì)。趨勢(shì)可以以圖表表示的方式和/或統(tǒng)計(jì)學(xué)上的方式確定。例如，如果命中率在采樣時(shí)間段是增加的，則命中率趨勢(shì)可以是正的，如果命中率在采樣時(shí)間段是降低的，則命中率趨勢(shì)可以是負(fù)的，并且如果命中率在采樣時(shí)間段是保持不變的，則命中率趨勢(shì)可以是穩(wěn)定的(即，O)。同樣地，如果強(qiáng)度值在采樣時(shí)間段上是增加的、降低的或保持不變的，則強(qiáng)度趨勢(shì)可以分別是正的、負(fù)的或穩(wěn)定的。該采樣時(shí)間段可以被選擇為任何合適的時(shí)間段。例如，采樣時(shí)間段可以為秒、分鐘、小時(shí)、天、星期或更長(zhǎng)或更短的周期，其取決于希望的靈敏度。對(duì)于每一個(gè)命中率趨勢(shì)和強(qiáng)度趨勢(shì)，采樣時(shí)間段可以是相同的或彼此不同的。在另一種配置中，塊124確定將每一個(gè)命中率數(shù)據(jù)和強(qiáng)度數(shù)據(jù)結(jié)合并合并到合成空化活動(dòng)趨勢(shì)的趨勢(shì)。該合成空化活動(dòng)趨勢(shì)可以以如所希望的不同權(quán)重和/或附加信息來(lái)計(jì)算。
[0071]塊126確定在塊124中計(jì)算的一個(gè)或多個(gè)趨勢(shì)是不是顯示了流量控制設(shè)備內(nèi)的空化活動(dòng)是否以統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著方式而正在增加。統(tǒng)計(jì)顯著性可以以許多方式確定。例如，統(tǒng)計(jì)顯著性可以是基于多個(gè)被選變量的移動(dòng)平均和/或被選的標(biāo)準(zhǔn)方差。例如，塊126可以確定在塊124中計(jì)算的趨勢(shì)的移動(dòng)平均是否超過(guò)預(yù)選值和/或空化活動(dòng)是否以超過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)偏差相關(guān)的預(yù)選水平的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)內(nèi)的預(yù)選速率的速率增加。如果這樣的話(huà)，則控制傳到塊128。否則，控制返回到塊102。
[0072]塊128產(chǎn)生表明空化水平正在增加的報(bào)警。在塊130，處理器30通知使用者空化水平正在升高。塊128和130可以以任何希望的順序執(zhí)行。在塊128產(chǎn)生的報(bào)警可以被用來(lái)，例如，針對(duì)正常的空化水平上的增加監(jiān)控流量控制設(shè)備，前述正常的空化水平上的增加可以表示一些問(wèn)題，諸如操作者從外觀(guān)檢測(cè)不會(huì)以其他方式容易地看到的故障或維護(hù)需求，或其他信息。
[0073]在塊122，控制返回塊102以繼續(xù)監(jiān)控來(lái)自流量控制設(shè)備的瞬態(tài)聲能數(shù)據(jù)。
[0074]塊122-130可以被執(zhí)行，例如，通過(guò)監(jiān)控處理器30的例程54c。
[0075]在一些配置中，兩個(gè)或多個(gè)方法100、200和300可以一起或同時(shí)執(zhí)行以提供幾種類(lèi)型的信息給使用者。例如，塊102到112可以被順序地執(zhí)行，并且然后每個(gè)塊114、塊114a到120以及塊124到130的兩個(gè)或多個(gè)可以被執(zhí)行以提供空化水平、累計(jì)損傷的評(píng)估和損傷速率的每一個(gè)。
[0076]在一些配置中，一個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射傳感器26a_d與定位器32集成。在一些配置中，一個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射傳感器26a_d與過(guò)程控制工廠(chǎng)的計(jì)算機(jī)化的控制系統(tǒng)的資產(chǎn)管理軟件集成。在一些配置中，一個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射傳感器26a_d與過(guò)程控制工廠(chǎng)內(nèi)的過(guò)程控制系統(tǒng)集成。例如，任何一個(gè)或多個(gè)聲發(fā)射傳感器26a_d可以與其自身的專(zhuān)用處理器30直接關(guān)聯(lián)，或者可以作為定位器32的元件、DSP38或包括諸如可從艾默生過(guò)程管理購(gòu)買(mǎi)的AMS套件的資產(chǎn)管理軟件的更高級(jí)別的過(guò)程軟件或諸如來(lái)自艾默生過(guò)程管理的DeltaV數(shù)字自動(dòng)系統(tǒng)的頂級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行。
[0077]在一些配置中，處理器30被配置以基于控制元件14的位置來(lái)確認(rèn)有問(wèn)題的流動(dòng)狀態(tài)。該處理器30被配置以從定位器32接收關(guān)于流量控制構(gòu)件14的位置信息。該位置信息被用來(lái)基于由任何一種方法100、200或300確定的空化水平確認(rèn)潛在有問(wèn)題的操作狀態(tài)。位置信息可以與對(duì)不同位置的期望的空化水平相關(guān)，并且期望的空化水平與實(shí)際的空化水平(諸如，在塊114被計(jì)算的)比較。例如，可以實(shí)驗(yàn)性地發(fā)現(xiàn)在給定控制閥內(nèi)的空化的量根據(jù)流量控制構(gòu)件14的位置的一些可識(shí)別的功能在一些給定流動(dòng)條件下變化。實(shí)際空化水平與期望的空化水平的顯著偏差可以表明流量控制構(gòu)件14沒(méi)有處于本應(yīng)所處的位置、元件被破壞或被顯著地磨損或流動(dòng)條件不同于給定流動(dòng)條件。因此，期望的空化水平和實(shí)際的空化水平之間的顯著偏差可以作為確認(rèn)控制閥和/或經(jīng)過(guò)控制閥10的流動(dòng)條件的潛在問(wèn)題的表示，這可能需要進(jìn)一步的調(diào)查。
[0078]在一種示例性配置中，例程54d被處理器30執(zhí)行以實(shí)施方法400，如圖6所示。塊402從定位器32讀取位置信息，例如，經(jīng)由電線(xiàn)60或其他合適的通信路徑。塊404讀取與那個(gè)位置關(guān)聯(lián)的期望的空化水平。期望的空化水平可以被讀取，例如從存儲(chǔ)器40的數(shù)據(jù)庫(kù)。塊406讀取實(shí)際的空化水平，例如，從塊114或114a。塊408將實(shí)際的空化水平與期望的空化水平比較。如果實(shí)際的空化現(xiàn)象顯著地脫離期望的空化現(xiàn)象，則在塊410產(chǎn)生報(bào)警。該報(bào)警可以提供到操作者或過(guò)程控制系統(tǒng)的其他元件以表明可能需要對(duì)控制閥10進(jìn)一步診斷。由顯著性的預(yù)選水平來(lái)確定偏差是否被認(rèn)為是顯著的，這可以根據(jù)任何希望的一系列參數(shù)來(lái)選擇。如所指出的在塊408或塊410之后，方法400可以返回到塊402。在一些配置中，報(bào)警被提供到操作者以警告操作者改變閥的操作位置。
[0079]在一些配置中，處理器30被配置以在正常流動(dòng)狀態(tài)和高于預(yù)定義的閾值空化水平的空化流動(dòng)狀態(tài)之間區(qū)分，并且產(chǎn)生與區(qū)別有關(guān)的報(bào)告。計(jì)算差異的至少兩種方式可以包括:1)計(jì)算在相同時(shí)間的兩個(gè)位置之間的差異，被稱(chēng)為“位置差異”，以及2)計(jì)算在相同位置的兩個(gè)時(shí)間(即，在tO和T)之間的差異，被稱(chēng)為“暫時(shí)差異”。為了確定位置差異，例如，基準(zhǔn)“正常”流動(dòng)狀態(tài)可以通過(guò)利用來(lái)自聲發(fā)射傳感器26d的基準(zhǔn)聲信號(hào)被確認(rèn)以定義不具有升高的空化水平的正常流動(dòng)狀態(tài)。為了確定暫時(shí)差異，例如，當(dāng)流量控制設(shè)備是新的并且在熟知的條件下操作或假定不具有升高的空化水平時(shí)，可以確認(rèn)基準(zhǔn)“正?！绷鲃?dòng)狀態(tài)。處理器30可以包括例程54e以將與正常流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)聯(lián)的聲信息與來(lái)自聲信息傳感器26a_c的相應(yīng)聲信息比較從而確定基準(zhǔn)或正常流動(dòng)狀態(tài)和在易于經(jīng)受空化的區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)之間的差異。該差異可以生成一個(gè)或多個(gè)報(bào)告，這可以被用于與流動(dòng)控制裝置的操作和/或維護(hù)相關(guān)的進(jìn)一步分析和引導(dǎo)。
[0080]工業(yè)實(shí)用件
[0081]根據(jù)本實(shí)用新型的教導(dǎo)的系統(tǒng)、裝置對(duì)于監(jiān)控流經(jīng)諸如控制閥或管道的過(guò)程控制裝置的液體中的空化現(xiàn)象是有用的，如在此處提供的技術(shù)實(shí)施例所描述的。然而，該系統(tǒng)、裝置和/或方法可以具有其他的用途和/或好處，并且本實(shí)用新型并不限于此處闡明的實(shí)施例。感測(cè)控制閥或其他流量控制設(shè)備內(nèi)或與控制閥或其他流量控制設(shè)備最接近處空化現(xiàn)象出現(xiàn)的能力，在一些配置中，對(duì)允許經(jīng)過(guò)控制閥的過(guò)程狀態(tài)的調(diào)節(jié)可以是有用的。在一些配置中，該能力還可以對(duì)計(jì)劃維護(hù)以修理由空化現(xiàn)象引起的控制閥和/或鄰近管道元件的損傷是有用的。
[0082]此處詳細(xì)描述和示出的技術(shù)實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的教導(dǎo)的一個(gè)或多個(gè)方面的示例，目的在于教導(dǎo)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員制造和使用本實(shí)用新型或所附權(quán)利要求書(shū)所述的實(shí)用新型。所附權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)的其他方面、配置和形式是被深思熟慮的，它們的權(quán)利清楚地予以保留。
【權(quán)利要求】
1.一種用于感測(cè)流經(jīng)流量控制設(shè)備的流體內(nèi)的空化現(xiàn)象的裝置，所述裝置包括: 聲發(fā)射傳感器，其被配置以沿著延伸通過(guò)所述流量控制設(shè)備的主體的受控的流體流動(dòng)路徑設(shè)置在第一選定位置，其中，所述聲發(fā)射傳感器被布置以檢測(cè)由所述流體流動(dòng)路徑內(nèi)的空化現(xiàn)象所產(chǎn)生的聲信號(hào)并基于所檢測(cè)的聲信號(hào)提供聲信息；以及 處理器，其與所述聲發(fā)射傳感器可操作地耦接并被布置以從所述聲發(fā)射傳感器接收所述聲信息，其中，所述處理器被布置以處理所述聲信息并且至少部分地基于從所述聲信息所提取的空化事件的速率和單獨(dú)的空化事件的強(qiáng)度來(lái)監(jiān)控所述流體流動(dòng)路徑中的空化水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述流量控制設(shè)備包括控制閥，其中，所述主體包括所述控制閥的閥體，并且其中，所述聲發(fā)射傳感器被耦接到所述閥體的外表面并且被布置以檢測(cè)由所述空化現(xiàn)象所產(chǎn)生的彈性波并將被布置以提供所述聲信息的信號(hào)傳送至所述處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述處理器監(jiān)控空化水平隨著時(shí)間的累計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述處理器基于空化水平的所述累計(jì)預(yù)測(cè)維護(hù)需求。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述處理器基于所述空化水平監(jiān)控由所述空化現(xiàn)象所弓I起的對(duì)所述閥的估計(jì)的損傷率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述處理器基于所述估計(jì)的損傷率預(yù)測(cè)維護(hù)需求。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述聲發(fā)射傳感器包括壓電傳感器、電容式傳感器和激光干涉儀傳感器中的至少一個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述流量控制設(shè)備為管道，并且其中，所述聲發(fā)射傳感器被耦接到所述管道的外表面并被布置以檢測(cè)由所述空化現(xiàn)象所產(chǎn)生的彈性波并將提供所述聲信息的信號(hào)傳送至所述處理器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述處理器在所述流體流動(dòng)路徑中的不同的流動(dòng)狀態(tài)之間進(jìn)行區(qū)分，包括對(duì)正常流動(dòng)狀態(tài)和高于預(yù)定義的閾值空化水平的空化流動(dòng)狀態(tài)之間的區(qū)分，并產(chǎn)生所述流動(dòng)狀態(tài)的報(bào)告。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述處理器基于由所述聲發(fā)射傳感器所提供的信號(hào)的頻率、幅度、上升時(shí)間、能量和計(jì)數(shù)中的至少一個(gè)在所述不同的流動(dòng)狀態(tài)之間進(jìn)行區(qū)分。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，還包括: 第二聲發(fā)射傳感器，其沿著所述流體流動(dòng)路徑設(shè)置在第二選定位置，其中，所述第二聲發(fā)射傳感器提供表示在所述正常流動(dòng)狀態(tài)下在所述流體流動(dòng)路徑內(nèi)感測(cè)到的聲信號(hào)的基準(zhǔn)聲信息。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，還包括: 數(shù)字的閥定位器，其與所述處理器和控制閥可操作地耦接，所述定位器被布置以控制所述控制閥的流量控制構(gòu)件的位置，其中，所述數(shù)字閥定位器接收表示所述流量控制構(gòu)件的位置的位置數(shù)據(jù)，并且其中，所述數(shù)字閥定位器使得所述聲信息與所述位置相互關(guān)聯(lián)并因此確認(rèn)在所述流體流動(dòng)路徑內(nèi)的非理想的流動(dòng)狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述聲發(fā)射傳感器與用于過(guò)程控制工廠(chǎng)的計(jì)算機(jī)化的控制系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)字的閥定位器、資產(chǎn)管理軟件和過(guò)程控制系統(tǒng)中的至少一個(gè)集成。
【文檔編號(hào)】G01M10/00GK204255608SQ201420485825
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】S·W·安德森 申請(qǐng)人:費(fèi)希爾控制國(guó)際公司