[发明专利]流量控制设备的空化现象的检测和监控

说明书

一种用于检测和监控在流量控制设备内的空化现象的系统和装置，例如控制阀，包括以一种方式耦接到流量控制设备的声发射传感器以采集由空化现象引起的声信号。处理器从声发射传感器接收声信息。处理器从符合一定预定义准则的声信息选择性地确认空化事件。基于空化事件的速率和单独的空化事件的强度中的至少一个来监控空化水平。空化水平可以被用来确认在流量控制设备内出现的空化现象，用来追踪在流量控制设备内的累计空化，和/或用来确认空化水平随着时间的显著变化。该信息可以被用来降低空化现象，评估修理和维护和/或监控流量控制设备的性能。

技术领域

本发明涉及一种用于在诸如控制阀或管道的流量控制设备内或其附近检测和监控液体中的空化现象的方法和装置。

背景技术

当液体的流体压力下降到低于其在流体的受控液流中(诸如，管道或控制阀内)的蒸汽压时，在液流中产生空化现象，并且在液流中形成气泡。随后，当流体压力恢复到高于蒸汽压的水平，则气泡破裂并在产生显著高能声波的过程中猛烈地内爆。有时，初始气泡的形成指的是“闪蒸”，而气泡的内爆指的是“空化”。但是，为了描述的目的，术语“空化”此后除非清楚地指出其他过程否则用来包括气泡的形成和内爆两者的所有过程。

控制阀通常具有至少一个位于进入到阀体的入口和流出阀体的出口之间某处的减少的流动面积区。一种典型的减少的流动面积区处于由阀座限定的孔口处或阀座限定的孔口附近和/或邻近阀内件。因此，流经控制阀的流体在流经该减少的流动面积区时通常经历一定程度的压降或压力损失。在多少增加一些之前，在控制阀体的靠近下游或内侧某处，压力会典型地具有最低值。在一些情况中，这些更低的压力条件可以在阀内件和出口之间的控制阀内和/或在紧邻出口的管道内引发空化现象。

流经控制阀的液流内的空化现象可能是个麻烦。控制阀的物理边界的内部或其附近的空化现象可能导致对控制阀或邻近的管道元件严重的物理损坏。例如，贯穿阀体或阀内件的流道的内壁表面处或其附近的空化现象可能导致对压力边界、阀内件或其他阀元件的损坏。损坏典型地随着时间累积从而必须对控制阀执行周期性的维护以修复由空化现象引起的元件损伤。当在许多工业过程线路上调度维护时，希望在过程线路关闭以及开启之前能够精确地预知何时某个阀或其他某个设备会需要修理，直到包括替换。

发明内容

根据一些方面，在系统和装置中，布置声发射传感器从而通过感测声信号来检测在诸如控制阀的流量控制设备内和/或最接近流量控制设备处空化现象的存在。该声发射传感器为被布置以感测穿过固体材料的声能的电子传感器。在一些配置中，该电子传感器包括压电陶瓷的或其他的压电声发射传感器、电容式声发射传感器、激光干涉仪声发射传感器和/或其他同等类型的电子声发射传感器。优选地，声发射传感器被设置在流量控制设备的外表面上。处理器可操作地耦接到声发射传感器。该处理器被配置以从传感器接收声信息并处理声信息以确认和/或监控流量控制设备内的空化现象。

根据一些方面，检测和/或监控流量控制设备内的空化现象的方法包括以声发射传感器采集瞬态的声能数据、过滤数据以选择与空化事件对应的声信息和至少部分地基于空化事件的速率和单独的空化事件的强度的一个或多个来确定空化水平。

根据一些方面，可以随着时间追踪空化事件。该空化水平可以被用来确定在流量控制设备内空化现象随着时间的累计。该累计对于确定何时应当在流量控制设备上实施维护是有用的。该处理器可以基于空化现象在时间上的累计来计算损伤率。损伤速率可以被用来确认和/或预测流量控制设备何时将需要维护从而修理随着时间而累计发生的空化现象损伤的元件。

根据一些方面，空化水平可以被追踪并趋势化以确定该空化水平是否显著地增加。趋势信息可以被用来确认和/或预测阀何时会需要被维护从而修理被空化现象损伤的阀元件。趋势信息可以被用来提供报警给操作者，例如，建议改变控制阀的操作状态。