加速劣化試験法に基づいた高分子部品に対する弁の予測

 

請求される方法及びシステムは、弁アセンブリの高分子部品のようなプロセス制御装置の部品に対する加速劣化試験プロトコルを作成する。その加速劣化試験プロトコルは、プロセスプラント設備内でプロセス制御装置の動作中に用いられるべき予想動作条件に応答して具体的に作成される。作成された加速劣化試験からの試験データを分析して、それらの予想動作条件のもとでの破損を通じて部品をプロファイリングする部品の推定寿命プロファイルを定める。高分子特徴に対する特定のプロファイリングは、酸化破損プロファイリングと他の疲労条件とを含む。
【選択図】図7

 

 

本開示は、プロセスプラント内のプロセス制御装置に関し、より具体的にはプロセス制御装置についての寿命予測を実行するための技術に関する。
既存のプロセス制御システムは、弁のようなプロセス制御装置について、そのような装置の操作性及び性能を判定するために周期的な診断を実行し得る。プロセス制御装置の操作性を判定することにより、プロセス制御装置の保守をより良く予定することができ、それにより破損発生と停止時間が減少し得る。これは、効率、安全性、及び収益を高めることになり得る。プロセス制御システムは、プロセス制御装置の特徴を観察するために様々なセンサと他の測定装置とを用い得る。例えば、いくつかの既存の制御システムはデジタル式の弁コントローラを用いて、様々なセンサから制御弁についてのデータを測定し、収集し得る。
制御弁からの収集データの利用の中で、顧客は、プロセスプラント用の予防的保守の計画を立てるためのデータを望み、予想外の破損により生じる計画にない保守及び生産損失を回避するのを望んでいる。例えば、顧客は、保守を要求する前に弁の推定寿命を知り、どのような修理手続及び交換選択肢が利用可能であり、推奨されるのかを知ることを欲することになる。実際のプロセス条件は顧客毎に、またはプロセスプラント内でさえ設備毎に著しく変化することになるので、製造者にとって、正確に寿命を予期することは課題である。いくつかの推定データを与える仕様書は、時には顧客により与えられる設計条件に応じて顧客に与えられ得る。しかしながら、温度及び圧力のような因子は、顧客からの設計条件で与えられる因子から著しく変動することが多く、流体の状態(液体または蒸気)及び不純物(固体、液体または蒸気)のような他の変動条件は通常、設計条件で与えられていない、または他の因子の場合と同様に実際の使用中にかなり変動する場合がある。
従来では、平均破損時間(MTTF)及び平均破損間隔(MTBF)を作成するために顧客から点検及び修理履歴データが収集されていた。このMTTF及びMTBFデータは、弁の寿命を予想するのに用いることができた。しかしながら、保守記録が不完全または存在しないことがあり得るので、この履歴データの使用は限定的である場合がある。さらに、顧客は、彼らの動作条件が彼らの競合者に開示されることになり得るとの懸念からそのような情報を共有するのを望まないことがある。結果として、履歴データに基づくMTTF及びMTBFデータは、不完全であり、情報価値が十分ではないことが多い。
MTTF及びMTBFを予想するための別の技術は、実際の活動条件に限りなく近い条件で作成された実験データの使用によるものである。圧力及び温度条件は通常、良好に整備された検査室において得られやすい。しかしながら、一般に本質的な流体特性、すなわち酸化、非酸化、湿潤、乾燥、潤滑及び非潤滑を得ることはできるが、流体特性及び汚染を模倣するのはよりいっそう難しい。時折、流体流内に微粒子とともに周知の汚染物質さえも得ることができる。特に、例えば特定の弁点検用途プログラムを表す同じ温度、圧力及び流体特性での検査室内サイクル試験は、実際の現場データの有効な代用物であり得る。これは特に、通常の機械的摩耗または疲労を被る弁部品に当てはまる。
上記のまたは他の理由で検査室内試験が用いられる場合、MTTF及びMTBFを定める従来の試験方法では不十分である。その方法では、装置の寿命に影響を及ぼす変動条件及び様々な因子、特に摺動軸弁及び回転弁に関連する変動条件を考慮に入れることができず、摩耗または消耗し結果として弁の破損をもたらし得る様々な部品は、数多く、それぞれ温度、圧力、流体等のような動作条件に対して潜在的に異なる応答を有するものである。
例によれば、プロセス制御装置の部品に対する推定寿命プロファイルを作成するための方法が与えられる。本方法は、プロセス制御装置の動作中に機械的摩耗または疲労を徐々に被ることがあり得る部品の識別を受信することと、その部品に対応する動作パラメータを受信することとを含み得る。その部品性能は、その動作パラメータの値が変化する結果として徐々に劣化する。本方法は、プロセス制御装置が操作されるべき条件に匹敵する条件のもとで参照部品の動作中に収集された参照部品の以前記録された性能データを受信することを含み得る。本方法は、以前記録された性能データに基づいてその部品に対する推定寿命プロファイルを作成することをさらに含むことがあり、推定寿命プロファイルは、動作パラメータの値に応じた部品の推定寿命を指し示す。
別の例によれば、プロセス制御装置の部品に対する推定残留寿命を定めるための方法が与えられる。本方法は、部品に対する推定寿命プロファイルを受信することを含んでもよく、推定寿命プロファイルは、プロセス制御装置が操作されるべき条件に匹敵する条件のもとで参照部品の動作中に収集された以前記録された性能データに基づいて作成され、推定寿命プロファイルは、動作パラメータに応じて部品の推定寿命を指し示す。本方法は、プロセス制御装置の動作中に部品に対する動作パラメータの現在のデータを受信することを含んでもよい。本方法は、部品に対する推定残留寿命を定めるためにその現在のデータと推定寿命プロファイルとを分析することをさらに含む。本方法は、定められた推定残留寿命に基づいて部品の操作者通知状態を定めることをさらに含んでもよい。いくつかの例では、部品についての保守を予定するために、通知状態データは、プロセス制御装置の操作者または保守者のような遠隔の人に通信される。
プラントの多くの機能領域の間のデータ伝送を受容し、調整するように構成されるプロセスプラントの図である。 プロセス制御システムに用いられる例示のプロセス制御装置のブロック図であり、例示のプロセス制御装置は、埋込式集積診断モジュールを有する弁アセンブリである。 プロセス制御システムに用いられる別の例示のプロセス制御装置のブロック図であり、例示のプロセス制御装置は弁アセンブリであり、遠隔コンピュータは集積診断モジュールを含む。 プロファイリングされ得る様々な弁部品を示す図2及び図3の弁アセンブリの例を示す。 図4の弁部品の寿命をプロファイリングするのに用いられる集積診断モジュールのブロック図である。 図3で識別される弁部品の各々に対する、集積診断モジュールにより作成される推定寿命プロファイルの図である。 図3で識別される弁部品の各々に対する、集積診断モジュールにより作成される推定寿命プロファイルの図である。 図3で識別される弁部品の各々に対する、集積診断モジュールにより作成される推定寿命プロファイルの図である。 図3で識別される弁部品の各々に対する、集積診断モジュールにより作成される推定寿命プロファイルの図である。 加速劣化試験プロトコル及び寿命プロファイルを作成するための例示のプロファイラのブロック図である。 図7のプロファイラにより作成されるような例示の加速劣化試験プロトコルフレームを示す。
以下の文章は数多くの異なる実施形態の詳細な記述を説明するが、本記述の法的範囲は、本特許の最後に説明される請求項の言葉により定められると理解されるべきである。詳細な記述は、模範的なものとしてのみ解釈されるべきであり、あらゆる可能な実施形態を記述することは不可能ではないにしても実施困難であり得るので、あらゆる可能な実施形態を記述していない。現在の技術または本特許の出願日後に開発された技術のどちらかを用いて、尚も請求項の範囲内にあり得る数多くの代わりの実施形態を実施することができるであろう。
ここで図1を参照して、プロセスプラント10は、1つ以上の通信網により複数の制御・保守システムに相互接続された複数の実務と他のコンピュータシステムとを含む。プロセスプラント10は、1つ以上のプロセス制御システム12及び14を含む。プロセス制御システム12及び14は、例えば、テキサス州オースチンのフィッシャー・ローズマウントシステムズ社により販売されるデルタVTMコントローラ、またはコントローラ12Bに結合された且つアナログ及び幹線通信路アドレス割当可能遠隔送信器(HART)フィールド装置15のような様々なフィールド装置に次に結合される入力/出力(I/O)カード12Cに結合された操作者インターフェース12Aを含み得る他の所望の種類のコントローラ、またはDCSであり得る。プロセス制御システム14は、イーサーネットバスなどのバスを介して1つ以上の分散型コントローラ14Bに結合される1つ以上の操作インターフェース14Aを含み得る。コントローラ14Bは、I/O装置を介して、例えばHART、またはフィールドバスフィールド装置、または例えばPROFIBUS(登録商標)、WORLDFIP(登録商標)、Device−Net(登録商標)、ASインターフェース及びCANプロトコルのうちのいずれかを用いるものを含むいずれかの他のスマートまたは非スマートフィールド装置のような1つ以上のフィールド装置16に接続される。周知のように、フィールド装置16は、プロセス変数ならびに他の装置情報に関連するコントローラ14Bにアナログまたはデジタル情報を与え得る。操作インターフェース14Aは、例えば制御最適化装置、診断専門家、ニューラルネットワーク、調整器等を含むプロセスの操作を制御するためのプロセス制御操作者に利用可能なツールを保存し、実行し得る。
さらに、設備管理用途プログラムまたはいずれかの他の装置監視・通信用途プログラムを実行するコンピュータのような保守システムは、保守及び監視活動を実行するために、プロセス制御システム12及び14にまたは該システム内の個別の装置に接続されてもよい。例えば、保守コンピュータ18は、装置15と通信するために、いくつかの事例ではその装置についての他の保守活動を再構成または実行するために、(無線または携帯装置ネットワークを含む)いずれかの所望の通信線またはネットワークを介してコントローラ12B及び/または装置15に接続されてもよい。同様に、設備管理用途プログラムは、装置16の操作状態に関連するデータ収集を含む保守及び監視機能を実行するために、分散型プロセス制御システム14に関連する1つ以上のユーザインターフェース14A内に設定され、それらのインターフェースにより実行されてもよい。
プロセスプラント10は、(バス、無線通信システム、または読み出しのために装置20に接続され次に取り除かれる携帯装置のような)永久的または一時的通信回路を介して保守コンピュータ22に接続されるタービン、モータ等のような様々な回転装置20も含む。保守コンピュータ22は、例えばテネシー州ノックスヴィルのCSIコンピュテーショナルシステムズ社からのCSI2140機械健全性分析装置により与えられる周知の監視・診断用途プログラム23を、または回転装置20の操作状態を診断し、監視し、最適化するのに用いられる他の周知の用途プログラムを保存し、実行し得る。保守者は通常、回転装置20の問題を判定し、回転装置20を修理または交換しなければならない時と場合とを判定するために、プラント10内の回転装置20の性能を保守し、監視するための用途プログラム23を用いる。
図示される例における様々な設備(すなわち、プロセス制御装置)の保守に関する通信を容易にするために、プロセス制御機能12及び14とコンピュータ18、14A、22及び26内で実施されるもののような保守機能と実務機能とを含む、プラント10内の様々な機能システムに関連するコンピュータまたはインターフェースに通信自在に接続されるコンピュータシステム30が与えられる。特に、コンピュータシステム30は、全てはバス32を介して、プロセス制御システム12及びその制御システムに関連する保守インターフェース18に通信自在に接続され、プロセス制御システム14のプロセス制御及び/または保守インターフェース14Aに接続され、回転装置保守コンピュータ22に接続される。バス32は、通信のためにいずれかの所望のまたは適切なローカルエリアネットワーク(LAN)または広域ネットワーク(WAN)プロトコルを用い得る。
図1に示されるように、コンピュータ30はそのうえ、同じまたは異なる通信網バス32を介して、例えば企業資源計画(ERP)、資材所要量計画(MRP)、会計、生産及び顧客注文システム、保守計画システム、または部品・補給品・原材料注文用途プログラム、生産計画用途プログラム等のようないずれかの他の所望の実務用途プログラムを実行し得る、実務システムコンピュータ及び保守計画コンピュータ35及び36に接続される。コンピュータ30はそのうえ、例えばバス32を介して、プラント内LAN37、社内WAN38に、ならびに遠隔位置からのプラント10の遠隔監視またはそれとの通信を可能にするコンピュータシステム40に接続され得る。
概して、コンピュータ30は、プロセス制御システム12及び14と保守システム18、22及び26と実務システム35及び36とにより生成されるデータ及び他の情報、ならびにこれらのシステムの各々の中のデータ分析ツールにより生成される情報を収集する設備管理システム50を保存し、実行する。
そのうえ、概して1つ以上のインターフェースルーチン58は、プラント10内の1つ以上のコンピュータの中に保存され、それらのコンピュータにより実行され得る。例えば、コンピュータ30、ユーザインターフェース14A、実務システムコンピュータ35またはいずれかの他のコンピュータは、ユーザインターフェースルーチン58を実行し得る。各々のユーザインターフェースルーチン58は、設備管理システム50から情報を受信するまたはそれらの情報に登録することができ、同じまたは異なる組のデータは、ユーザインターフェースルーチン58の各々に送信され得る。ユーザインターフェースルーチン58のいずれか1つは、異なる画面を用いて異なるユーザに異なる種類の情報を与えることができる。例えば、ユーザインターフェース58のうちの1つは、制御操作者または実務者に1画面または一組の画面を与えて、その人が、制限を設定するまたは標準制御ルーチンまたは制御最適化ルーチン用の最適変数を選択するのを可能にし得る。ユーザインターフェースルーチン58は、ユーザがある協調的な方法で指標生成ソフトウェア51により生成される指標を検討するのを可能にする制御誘導ツールを与え得る。この操作者誘導ツールにより、操作者またはいずれかの他の人が、装置、制御ループ、ユニット等の状態についての情報を得て、これら要素の問題に係わる情報を、その情報がプロセスプラント10内の他のソフトウェアにより検出されているときに容易に見ることもでき得る。ユーザインターフェースルーチン58は、ツール23及び27、設備管理用途プログラムのような保守プログラムまたはいずれかの他の保守プログラムにより与えられるまたは生成される、または設備管理システム50と組み合わせたモデルにより生成されるような、性能監視データを用いて性能監視画面も与え得る。当然、ユーザインターフェースルーチン58は、ユーザがプラント10のいずれかのまたは全ての機能領域に用いられる優先度または他の変数を変えることができるように、いずれかのユーザアクセスを与え得る。
プラント10は、性能が徐々に劣化し且つ保守を必要とし得る様々なプロセス制御装置(例えば、装置14、15、16、20及び25)を示す。制御弁のようなあるプロセス制御装置は、プロセス制御システム12及び14の制御のもとでプロセス制御システム内の流体流を調節または制御するのに用いられる。(この事例では、流体は圧縮窒素ガス等のようなガス流体を含み得る。)これらは、本明細書に記載される例示の実施形態が空圧制御弁に基づいているが、ポンプ、電気作動弁、緩衝器のような他のプロセス制御装置が、プロセスプラント動作にも影響を及ぼすことになり、本明細書に記載される技術に含まれ得ると当業者により理解されるべきであることから、例として与えられる。
一般に、制御弁アセンブリのようなプロセス制御装置は、付属のアクチュエータ及び位置決め装置を用いて制御弁内の弁プラグのような可動要素の位置を変更することにより流体流を制御するために、導管または配管内に配置され得る。制御要素に対する調節は、選択された流量、圧力、流体レベルまたは温度を維持するために、あるプロセス条件に影響を及ぼすように用いられ得る。
制御弁アセンブリは通常、プラント圧縮機からの空気のような空気流体圧の調整源から操作される。この流体圧は、プロセス制御システムから受信される信号に応答して流体圧を制御する位置決め装置または弁制御機器を通じて(摺動軸弁用ばね・ダイヤフラムアクチュエータまたは回転弁用ピストンアクチュエータのような)アクチュエータ内に導入される。アクチュエータ内の流体圧の大きさは、アクチュエータ内のばね及びダイヤフラムまたはピストンの移動及び位置を定め、それにより制御弁の可動要素に結合される弁軸の位置を制御する。例えばばね・ダイヤフラムアクチュエータでは、ダイヤフラムは、プロセス制御システム内の流れを変更するために、制御弁の吸入口と吐出口との間の弁通路内に可動要素(すなわち、弁プラグ)の位置を定めるようにバイアスばねに逆らって働かなければならない。アクチュエータは、圧力チャンバ内の流体圧を増加させることにより、可動要素の開口の程度が増加または減少(例えば、直動または逆動)するように設計されてもよく、前者の状況が本明細書で仮定される。これらの記述は摺動軸弁に適用されてもよいが、対応する部品及び動作は回転弁に適用されるであろう。
図2は、プロセス制御システム12または14に用いられ得る一般的な制御弁アセンブリ100を示す。制御弁102は、プロセス流を調節するために、位置決め装置により制御されるアクチュエータ104により選択的に位置が定められる弁軸及び弁プラグ(図示されず)のような可動要素を有し得る。弁プラグ可動要素の位置の指標は、弁位置コントローラ108内に組み込まれ得るまたは単独動作式位置決め送信器であり得る位置センサ106により与えられると当業者により理解される。制御弁102は、プロセス制御システム内のプロセス材料の流れを制御するためにプロセス制御システムの流路内に可変穴を作り出す。プロセス制御システムは一般に、プロセスを特徴付けるために、プロセス変数を検出するような送信器110を用いる。プロセス変数は、プロセスを制御するようにプロセスプラントの動作を指示するプロセス装置コントローラ112に戻るように伝送されてもよい。
弁コントローラ114は、弁位置コントローラ108、位置センサ106を含み、例えばアクチュエータ104を駆動させるために弁位置コントローラ108から出力信号を生成する、中に備えたマイクロコンピュータにより制御される電気空圧ステージ(図示されず)を含み得る、アクチュエータ制御信号発生器116も含み得る。アクチュエータは電気アクチュエータ(図示されず)であってもよく、アクチュエータ制御信号発生器は電気アクチュエータの位置を制御または変更するために電気制御信号を与えてもよいと当業者により理解されるべきである。アクチュエータ制御信号発生器116は、弁位置コントローラ108からの出力信号を、アクチュエータ104内で設けられるべき対応する制御値に変換する。位置センサ106は、位置入力情報のためのアクチュエータ104を(アクチュエータ軸位置を介して)または点線として示される、制御弁102を(弁軸を介して)監視し得る。
動作中、ユーザは、プロセス全体の制御に係わるプロセスコントローラ112に命令を与えるユーザプロセス制御インターフェース120で制御弁102及びプロセス118と相互に対話し、プロセスコントローラ112は、プラント内で用いられる他のプロセス制御用制御装置(図示されず)と連通している。プロセスコントローラ112は、インターフェース120でユーザにより与えられた入力命令を設定点信号命令に翻訳し得る。次に設定点信号命令は、弁コントローラ114に、具体的には弁位置コントローラ108に送信され得る。弁位置コントローラ108は上記のマイクロコンピュータを内部に有し得る。マイクロコンピュータは、受信された設定点信号命令に応答して制御弁102を制御するための且つ制御弁102位置決め用にアクチュエータ104内で対応する制御信号を生成するようにアクチュエータ制御信号発生器116に指示するためのアルゴリズムに従うようにプログラムが組まれ得る。
図2のシステムでは、設定点命令の大きさの増加により、弁コントローラ114内のアクチュエータ制御信号発生器116により与えられる空気圧の増加が対応して生じることがあり、それによりアクチュエータ104を介して、制御弁102の可動要素により制御される開口の対応する増加をもたらす。結果として得られる可動要素の位置は、プロセスに対する、したがってプロセス変数送信器110により監視され検出されるプロセス変数に対する影響を有し得る。プロセス変数送信器110は、プロセス変数の代表信号をプロセスコントローラ112に伝送し戻す。当業者は、プロセスコントローラ112がシステムを制御するためにその代表信号をフィードバック用にプロセスの状態の指標として用いることを理解するであろう。
上で考察されたように、プロセスコントローラ112は、プラント内で用いられる他のプロセス制御用制御装置と連通してもよい。プロセスコントローラ112はそのうえ、プロセッサまたは処理装置のような一般的な計算要素を有するコンピュータ、メモリ、入力装置及び表示装置(例えば、モニタ)を含んでもよく、またはそれらに接続されてもよい。プロセッサは、当業者により知られているようなメモリ、表示装置、及び入力装置に接続されてもよい。そのうえ、コンピュータは、ネットワークとコンピュータとの間の通信を与えるために、それらの間を接続するネットワークインターフェースを含んでもよい。一実施形態では、コンピュータは、デジタルプロセスコントローラのようなプロセスコントローラの一部を成し得る。別の実施形態では、ユーザプロセス制御インターフェースは、コンピュータを表し得る。代わりに、コンピュータは、ネットワーク上でプロセスコントローラに接続されてもよいが、プロセスコントローラから物理的に離れていてもよい。
弁コントローラ114はそのうえ、弁102及び/または弁アクチュエータ104に対する1つ以上の動作条件及び/または弁102が動作している1つ以上の環境条件を監視する動作条件センサ122からの情報を含む、または代わりにその情報を受信する。動作条件センサ122は、弁102または弁アクチュエータ104でまたはその近くで動作条件を検出するまたはそうでなければその動作条件を監視するいずれかのセンサまたは送信器であり得る。例えば、動作条件センサは、弁102を貫流する流体の温度、弁アクチュエータ104を操作する流体の温度、位置コントローラ108を通過移動する流体の温度、弁102、弁アクチュエータ104または弁位置コントローラ108の周囲大気温度、上述の流体のうちのいずれかのpHレベル、上記の流体のうちのいずれかの圧力(上流または下流)、上記の流体のうちのいずれかの塩度または粘性等を監視し得る。動作条件センサ122は、弁102の制御に影響を及ぼすための弁位置コントローラ108に、及び集積診断モジュール124に検出された動作条件データを与えるように結合される。いくつかの実施形態では、動作条件センサ122はデータ履歴または他の中央データ収集要素にデータを伝送し、診断モジュール124はそれから動作条件データを取り出す。
複数の動作条件センサ122及び/または複数の位置センサ106は、制御装置及びシステムの特徴を検出及び/または測定するために図2に示されるシステム全体にわたり配置されてもよく、表示装置要素上に表示するためにこの特徴情報またはデータをコンピュータまたはプロセス装置コントローラ112に与えてもよい。一実施形態では、センサ106及び122の両方からのセンサデータは、コンピュータプロセッサとメモリとを含み得る集積診断モジュール124により収集される。いくつかの例では、モジュール124に結合された診断モニタ126は、センサデータまたはモジュール124により出力されたデータを表示するコンピュータ表示装置を表す。コンピュータの入力装置要素は、例えばキーボード、タッチパッド、マウス、トラックボール、ライトペン、マイクロフォン(例えば、音声命令入力用)等であり得る。以下に記載される請求された方法及びシステムの様々な実施形態は、当業者に知られているように、実行用コンピュータのプロセッサ内の一組の命令として実施されてもよいことにも留意する。
集積診断モジュール124は、これらの装置及び/または該装置の様々な部品に対する有効寿命の終わりを予想するために、プロセス制御装置に対する予測アルゴリズムを作成し、実施する。本明細書で例示される例示のプロセス制御装置は弁アセンブリである。しかしながら、より広範囲には、集積診断モジュールは、機械的摩耗または疲労を徐々に被る、弁、ポンプ、及び緩衝器のようなプロセス内の流量を調節する装置を含むいずれかのプロセス制御装置とともに用いられてもよく、これらの装置のうちの各々及びいずれかの部品に対する有効寿命の終わりを予期するように実施されてもよい。
集積診断モジュール124は、プロセス制御装置を形成し、有効残留寿命(例えば、残留サイクル寿命、推定保守日)データがそれから定められ得る、部品に対する予測アルゴリズムを組み立てる。以下にさらに考察されるように、集積診断モジュール124は、装置または部品がその内部に設置されるプラントまたは環境内で、所与の用途に用いられるような同じ種類及び構成材料の複数のプロセス制御装置の実証された平均のまたは最小の有効寿命点から、フィールド稼働条件(例えば、動作環境)にほとんど近い方法で収集された検査室内データから、及び/または、同一のまたは類似の装置、または装置の部品の履歴データから、これらのアルゴリズムを導出してもよい。したがって、そのようなアルゴリズムは、通常は機械的摩耗または疲労により破損し且つ新しいときに固定のまたは平均の寿命を有するものとして特徴付けられ得る、それらの部品を考慮に入れてもよい。例えば、サイクル寿命を推定する際に、集積診断モジュール124は、動作中に受けた各々のサイクル毎に、固定のまたは平均のサイクル寿命を減分してもよい。そのような減分は、例えばプロセス制御装置でまたは操作者入力から、自動センサに応答して自動的に生じることになる。別の例として、集積診断モジュール124は、アクチュエータ制御信号発生器116により制御されるような、弁位置コントローラ108により制御されるような、またはプロセスコントローラ112によってまでも制御されるような弁アクチュエータ104内のまたは弁102内の、位置センサ104により検出されるような部品(例えば、弁軸)の累積移動毎に、(例えば、弁軸の周りの封止材の)固定のまたは平均の移動寿命を減分してもよい。
いくつかの例では、残留寿命は、通常動作条件を測定するセンサ(例えば、センサ106及び122)からのデータに少なくとも部分的に基づいて定められ、そのデータは、周期的な所定の時間間隔で、または連続的に、またはある誘発事象に応答して収集される。いくつかの例では、残留寿命は、プロセスコントローラ112、弁位置コントローラ108、及び/または弁アクチュエータ104からの情報に少なくとも部分的に基づいて定められる。例えばいくつかの実施形態では、残留寿命は、センサ122により検出されるような1つ以上の動作条件に従って、(アクチュエータ104または位置センサ106から開口/閉口サイクル数を受信するのではなく)プロセスコントローラ112により指示されるような開口/閉口サイクル数に従って定められてもよい。
集積診断モジュール124は、プロセス制御装置の各々の交換可能な部品(例えば、プラグ、封止材、套管、軸受等)に対する、ならびにプロセス制御装置全体に対する残留寿命を定めることができる。両方の事例において、残留寿命は、対象となる特定のプロセス制御装置または部品の特徴のみに基づいてもよく、他のプロセスプラント装置またはデータから測定された特徴に基づいてもよい。後者は、対象となる装置に協調して動作する他の装置、そのうえプロセスプラントの一般的な動作条件を含んでもよい。特定の残留寿命データは、例えば図2の弁コントローラ114内のような弁構成内の高性能位置決め装置により、コンピュータ読出可能メモリ装置内に保存されてもよい。
集積診断モジュール124は、有線または無線通信インターフェースであり得る通信インターフェース128を通じて、システムコントローラ12または14のような遠隔コンピュータと通信することができ、いくつかの例では、その遠隔コンピュータは、集積診断モジュール124から受信されるデータに基づいて、あるプロセス制御動作(例えば、弁の部品の寿命を延長するために弁の使用を、例えば作動速度または頻度を調節すること、冗長な装置/流路に切り替えること等)を取ってもよい。
図2に示されるように、及び上記のように、集積診断モジュール124は、様々な実装中の様々な入力を受信し得る。入力の中には、1つ以上の動作条件センサ122、1つ以上の位置センサ106、1つ以上のプロセス変数送信器110、プロセスコントローラ112、及び通信インターフェース128からの入力がある。動作条件センサ122の各々は、異なるパラメータ(例えば、温度、圧力、粘性、流量等)を検出してもよく、別のセンサと同じパラメータを、しかし異なる位置で検出してもよい(例えば、上流圧力と下流圧力、弁102を貫流する流体の温度とアクチュエータ104を制御する流体の温度等)。1つ以上の位置センサ106の各々は、異なる要素の位置(例えば、弁軸の位置とアクチュエータ軸の位置)を検出し得る。集積診断モジュール124はそのうえ、装置または装置部品の残留有効寿命を定める際に用いるデータ及び/またはアルゴリズムを(例えば、メモリ装置内に保存されるように)含み得る、または(例えば、通信インターフェース128を介して)取り出し/受信し得る。
図2の例では、集積診断モジュール124は、弁アセンブリ100内に埋め込まれる。例えば、モジュール124は、高性能プロセス制御装置内で(コントローラ114の)搭載プロセッサにより、またはそのようなプロセッサにより実行される命令により実行され得る。図3は、集積診断モジュール150が、多重ホストコンピュータ、DCSシステム、(設備管理システム50のような)プラント設備管理システム、またはそれらのいずれかの組み合わせのような遠隔コンピュータシステム152内に含まれることを除き弁アセンブリ100の特徴と同様の特徴を有する、弁アセンブリ100’を備えた別の例示の構成を示す。通信インターフェース128’は、センサ(複数可)122’及びセンサ(複数可)106’から動作条件データを詰め入れ、集積診断モジュール150によりプロファイリング用遠隔コンピュータシステム152にそれらのデータを伝送する。
図4は、集積診断モジュール(例えば、集積診断モジュール124)により定められることになる潜在的に異なる寿命プロファイルをそれぞれ有する様々な部品から構成される弁アセンブリ200の形態の例示のプロセス制御装置である。図示される例では、弁が受ける動作サイクルの数(例えば、受けた完全な開口/閉口動作の数、または受けた部分的な開口/閉口動作の数)に依存するので、これらの寿命プロファイルはサイクル寿命プロファイルである。図示される例では、弁アセンブリ200は、実際の使用中である弁アセンブリの検査室内試験データまたは事前収集履歴データを用いてプロファイリングされ得る一連の部品で形成される。このように、寿命プロファイルは、プロセスプラント設備内で受けた特定の条件を反映する実環境データから作成されてもよい。図示される特定の部品は、ダイヤフラムヘッダー部品202と、封止部品206に接続され且つパッキン押さえ(套管、または軸受)部品210を通じて弁本体208とかみ合うシャフト収容器204とを含む。
弁コントローラ114に対応する弁コントローラ212は、弁動作及び位置を全体的にまたは部分的に制御する。弁コントローラ212内の集積診断モジュールは、予測アルゴリズムを用いて、これらの様々な部品の各々に対するサイクル寿命プロファイルを定めるための様々な動作データとプロファイルデータとを収集する。図2のようないくつかの例では、予測アルゴリズムは、弁コントローラ内の専用位置決め機器内の搭載プロセッサにより適用される。図3のようないくつかの例では、予測アルゴリズムは、コンピュータシステム30、35または36のような弁コントローラ212と連通する多重ホストコンピュータにより適用される。さらなる他の例では、コントローラ212と連通する設備管理システム50のような分散型プロセス制御(DCS)システムまたはプラント設備管理システムが用いられ得る。さらなる他の例では、これらの分析構成の組み合わせが用いられることがあり、その組み合わせは、数多くの異なる源からの部品サイクル寿命が用いられる場合に有益であり得る。
図5は、弁制御器312または遠隔コンピュータシステム152内に含まれ得るような(例えば、集積診断モジュール124または150に対応する)例示の集積診断モジュール400を示す。モジュール400は、分析下の特定のプロセス制御装置(例えば、弁アセンブリ、ポンプアセンブリ、緩衝器等)を識別する装置記述子402へのアクセスを有するように構成される。装置記述子402は、製造者または顧客のどちらかによりプロセス制御装置内に埋め込まれることがあり、様々な実施形態において、固定されるまたは再書き込み可能であるメモリ装置内に保存されるファイルであり得る。いくつかの例では、装置記述子402は、プロファイリングされるべき特定のプロセス制御装置を手動で識別または選択しやすいように、ユーザプロセス制御インターフェース120の再書き込み可能なまたはそうでなければ構成可能な部分である。いずれにしても、装置記述子402は、プロセス制御装置にローカルにまたはシステム12、14、30、35、または36のような遠隔コンピュータシステム上に保存され得る。
装置記述子402は、プロセス制御装置を形成する部品を識別し、プロファイリング可能な寿命を有する一覧ファイル404にアクセスし、各々の部品に対して、以下に記述されるような、その部品の寿命プロファイルを作成するのに必要とされるいずれかのデータを識別し得る。図4の例では、一覧ファイル404は、弁アセンブリ300のプロファイリング可能な部品として、ダイヤフラムヘッダー部品302、シャフト収容器304、封止部品306、及びパッキン押さえ部品310を識別する。
いくつかの実施形態では、一覧ファイル404内に列挙された部品は、プロセス制御装置の種類に依存する。摺動軸弁アセンブリに対して、例えば、一覧ファイル404は、動作中に機械的摩耗または疲労を被る以下の部品:アクチュエータダイヤフラムまたはピストン及びロッド封止材、アクチュエータ誘導套管または軸受、弁パッキン、弁軸、軸またはプラグ誘導套管または軸受、弁プラグバランス封止材、弁プラグ、弁ケージ、蛇腹封止材、及び/またはアクチュエータばねのうちのいずれか1つ以上を識別し得る。回転弁アセンブリに対して、一覧ファイル404は、アクチュエータダイヤフラムまたはピストン及びロッド封止材、アクチュエータ誘導套管または軸受、アクチュエータロッド末端軸受、弁シャフト、弁軸受または套管、封止材、ディスク、ボール、分節ボールまたはプラグ、及び/またはアクチュエータばねを識別し得る。
他の実施形態では、一覧ファイル404は、特定ラインの特定種類の装置に対する全ての部品、または製造者の生産ライン全体に対する全ての部品を含み得る。これらの実施形態では、集積診断モジュール400は、一覧ファイル404から、装置記述子402により識別される装置に関連するデータのみを取り出し得る。例えば、装置記述子402は(例えば、操作者または技術者によりプログラムが組まれる/構成されることにより)、特定の種類のアクチュエータにより作動される特定の種類の弁を識別し得る。次にモジュール400は、装置記述子402から、特定のアクチュエータ及び弁種類に関連する部品に関するデータを取り出し得る。いくつかの実施形態では、一覧ファイル404は、LAN(例えばそこでは、一覧ファイル404がプラントサーバ上に保存される)またはインターネット(例えばそこでは、一覧ファイル404は装置製造者サーバ上に保存される)のような通信網を介してアクセス可能なサーバ上でのように遠隔で保存され得る。
一覧ファイル404は、ボリュームブースタ、ソレノイド、始動弁、限定スイッチ、位置送信器、機器供給圧力調整器、及び空圧配管のような、弁アセンブリまたは弁位置決め装置に備え付けられた疲労付属部品を識別し得る。
図5では単一の一覧ファイル404が示されるが、他の例では、ある一覧ファイル内に標準的な弁部品を列挙し、別の一覧ファイル内に疲労付属部品を列挙することができるように複数の一覧ファイルが用いられ得る。
複数の部品が装置記述子402内に保存される場所では、集積診断モジュール400からの命令のもとで、各々の部分に対する異なる一覧ファイル404にアクセスし得る。
一覧ファイル404は、操作者入力から、装置製造者または顧客により開始され、更新され得る。例えば、GUIインターフェースは、既存の保存された部品登録を選択する、ならびに部品登録を追加及び/または削除することができるように、(インターフェース120により)操作者に与えられ得る。したがって一覧ファイル404を形成することは、プロセス制御装置を操作することに先だって実行され得る。一覧ファイル404は、部分アセンブリの動作中に追加された追加部品を含むように更新され得る。そのような更新は、例えば付属部品が部分アセンブリに追加されると、それらの付属部品が部品コントローラにより自動的に検出されるようなシステムに対して、操作者により手動登録を通じてまたは自動的に生じ得る。
部品を識別することに加えて、一覧ファイル404は、列挙された部品の各々に対して、装置の動作中にその部品の機械的摩耗または疲労に影響を及ぼす動作パラメータを識別し得る。各々の部品の寿命は異なる動作条件により影響を受けるので、いくつかの例では、一覧ファイル404は、部品寿命プロファイルを作成する際に集積診断モジュール400によりアクセスされるべき異なる動作パラメータを識別する。例えば、弁位置決め装置は、弁ノズル/フラッパ、圧電結晶、または移動ソレノイド部品が受けた電流対圧力比(I/P)のような数多くのパラメータに応答して疲労することがある。追加のパラメータとして、圧力リレー上の圧力、弁内の連結位置、様々な帰還装置の位置が挙げられ、そのような帰還は電位差計、エンコーダまたはリゾルバ装置からのものであるかを問わない。一般的に、これらの動作パラメータは、部品及びプロセス装置全体に対する寿命プロファイルを定めるために予測アルゴリズムを用いて、検出され、評価されるべき測定基準を識別する。
以下にさらに考察されるように、集積診断モジュール400は、以前得られた動作データ、保守データ、平均破損時間、または装置及びその部品の他のデータを有する保存された履歴データ406にもアクセスし得る。
図示される例では、集積診断モジュール400は、プロセス制御装置及び一覧ファイル404内に列挙された対応する部品に対する検査室内試験データ407にもアクセスする。他の例では、モジュール400により検査室内試験データ407または履歴データ406のうちの1つのみにアクセスされる。
図2の構成では、履歴データ406及び検査室内試験データ407は、ローカルに保存され得る、または通信インターフェース128を通じて遠隔でアクセスされ得る。図3の構成では、履歴データ406及び検査室内試験データ407は、例えばコンピュータシステム12、14、30、35、及び/または36によりアクセス可能な遠隔コンピュータシステム152で保存され得る。
プロセス制御装置の動作を診断し、寿命プロファイルを作成するために、集積診断モジュール400は、一覧ファイル404内に列挙される部品のうちの少なくともいくつかに対する履歴データ406と検査室内試験データ407とを収集し、保存するプロファイラ408を含む。このデータから、プロファイラ408は、識別された部品の各々に対して、及びその部品に関連する識別された対応動作パラメータ(複数可)に基づいて寿命プロファイルを定める。プロファイラ408は、以前作成された寿命プロファイルを保存し得る、またはそれらを構築し得る。
定められた寿命プロファイルは、図示されるように、複数の異なるプロファイル410内に保存される。例示のプロファイルは図6A〜6Dに示される。
図6Aは、ダイヤフラム部品302に対して、プロファイラ408により作成された寿命プロファイルであり、ダイヤフラム酸化レベルの寿命(時間)を温度の関数として示し、線形下降傾斜プロファイルを示す。図6Bは、パッキン押さえ部品310に対するサイクル寿命プロファイルを示し、漏出量(100万分の1で測定される)を部品の動作サイクルの関数として示す。サイクル寿命プロファイルは、履歴データ406及び/または検査室内試験データ407から収集された少なくとも4つの異なるパッキン押さえ部品に対するプロファイルデータを含む。
プロファイラ408に複数のデータ集合が与えられる場合、プロファイラ408は、平均破損時間を定めるためにデータを平均し得る、すなわち、データ集合は、同じ動作パラメータに対応する。いくつかの例では、保存されたデータは、異なる動作パラメータで取得された履歴データまたは検査室内試験データを含み得る(例えば、収集されたあるデータ集合は実際の寿命を圧力の関数として示し、取得された別のデータ集合は実際の寿命を温度の関数として示す)。そのような事例では、プロファイラ408は、部品に対するプロファイルを各々の異なる動作パラメータで作成し得る。
図6Cは、封止部品306に対して作成されたサイクル寿命プロファイルであり、漏出量を(ppmで)動作サイクル数の関数として示す。図6Dは、シャフト部品304に対するサイクル寿命プロファイルであり、百分率破損を動作サイクル数の関数として示す。説明目的のために4つのサイクル寿命プロファイルが示されているが、任意の数のサイクル寿命プロファイルがプロファイラ408内に保存され、集積診断モジュール400により用いられ得ると理解されるであろう。
いくつかの例では、プロファイラ408は、一覧ファイル404内で識別された部品に対する寿命プロファイルを事前に備えており、例えば、部品は同じ動作条件で以前プロファイリングされている。両事例において、プロファイラ408は、経過時間、サイクル数、または他のパラメータに基づいて寿命プロファイルを更新することができる。例えば、弁アセンブリに対して、プロファイラ408は、弁位置決め装置または弁状態計数器414からサイクル数を受信し得る。プロファイラ408は、温度センサ(図示されず)から温度値を受信し得る。プロファイラ408は、位置センサから弁の位置データを受信し得る。プロファイラ408は、これらのパラメータに基づいて部品及び弁アセンブリ全体の寿命プロファイルを調節することができる。
集積診断モジュール400は、(例えば、センサ106及び122からの)センサデータを収集し、動作データモジュール410内にプロセス制御装置に対する動作条件を保存する。動作条件は、一覧ファイル404内で識別される動作パラメータに対応する実時間検出データであり得る。上に考察されたように、弁アセンブリに対する検出データとして、列挙された部品または弁アセンブリ全体の機械的摩耗または疲労に影響を及ぼすことになる、弁ノズル/フラッパ、圧電結晶、または移動ソレノイド部品が受けた電流対圧力(I/P)、圧力、部品温度、周囲温度、流量、漏出量、酸化レベル、弁内の漏れ位置、及び様々な帰還装置の位置を含む、いずれかのパラメータが挙げられ得る。
モジュール410からの動作データは、各々の部品に対する及び/またはプロセス制御装置全体に対する推定残留寿命を定めるために、プロファイラ408からの寿命プロファイルとともに、その部品に対する現在の動作データを対応するプロファイルに対峙させて分析する残留寿命分析装置412に与えられる。後者のために、分析装置412は、各々の部品の推定寿命に基づいて推定寿命を定めるために多因子分析アルゴリズムを受信データに加える。推定残留寿命値は、例えば弁アセンブリに対する残留動作サイクルの関数として示される場合、サイクル寿命値であり得る。他の例では、推定残留寿命値は、計数時間または推定破損日数で測定または指示され得る。例えば、寿命分析装置412は、計数器414からサイクル計数値を受信することがあり、次にその分析装置は、推定残留サイクル寿命を定めるためにプロファイラ408からのプロファイルとサイクル計数値を比較する。
分析装置412は、プロセス制御装置に対する推定サイクル寿命を十分に精度良く決定するのに十分な動作データ及びプロファイルが分析装置に与えられているのかを評価する信頼決定を含み得る。不十分なセンサデータが収集され、所与の弁部品に対する残留寿命を定めることができない場合は、警告指標が与えられてもよい。
分析装置412は、決定についての通知状態を定める決定モジュール418に推定サイクル寿命決定を与える。一例では、通知状態は、3つの条件のうちの1つを有する:(i)通常、保守が必要ないことを示す;(ii)保守、次の予定された点検で保守または交換が必要とされることになることを示す;または(iii)警告、次の予定された点検の前に保守または交換が必要とされることを示す。警告機構は、例えば色コード光または表示装置を用いて通知状態を指し示すために、プロセス制御装置上に与えられ得る。決定モジュール418は、図1に示される遠隔コンピュータシステム12、14、30、35、及び/または36のような遠隔コンピュータまたは操作者に通知状態と推定寿命決定とを通信するための(通信インターフェース128または128’であり得る)通信インターフェース420に結合される。通知状態のローカルな指標を与えることに加えて、通信インターフェース420は、ホストコンピュータ、DCS、遠隔コンピュータ等に通知状態の指標を与える有線または無線通信インターフェースであってもよく、少なくともいくつかの実施形態では、そのインターフェースにより、コントローラは、通知状態に従って、例えば作動周波数または作動速度を減少させることでまたは冗長な流路に切り替えることでプロセスプラントの動作を変更する。
このように、本技術は、制御室の操作者、保守部門または信頼性工学部門に警告メッセージを与える場合があり、警告メッセージは、部品の破損までの予測された残留時間を定量化する。いくつかの例では、警告は、推定破損時間の前に生じる予定された保守停止の間に現れる十分前にあらかじめ設定され得る。これは、予想される破損の前に部品の点検または交換の計画を立てる機会を人に与えることになる。警告メッセージは、推奨されるスペア部品または推奨される点検作業のような修復データを含み得る。警告メッセージは、修理を手動で発注しやすいようにまたは部品製造者からの交換部品を自動的に発注することができるように、遠隔コンピュータシステムに与えられ得る。警告メッセージは、実務システムコンピュータ及び保守計画コンピュータ35及び36に与えられてもよく、それにより、記載されたように交換部品を発注しやすくなるばかりでなく、例えば既に予定された保守停止の間のまたはその後の保守停止の間のそのような交換を予定しやすくなり得る。
いくつかの例では、警告メッセージの時期は、プロセス制御装置の操作者により、プロセス制御装置の評価状態と差し迫った点検の推定とに応じて、以前設定されたものよりも長く設定されても、または短く設定されてもよい。例えば、集積診断モジュール400は、推定破損点が近づくにつれて、より頻繁な警告メッセージを与えるように構成され得る。警告メッセージの時期は、初期の警告メッセージが送信された後も制御され得る。
プロセス制御装置の性能が劣化するにつれて、より具体的には様々な部品の性能が劣化するにつれて、推定サイクル寿命データならびに最終的な実サイクル寿命データは、履歴データ406内に保存される。ここから、部品に対するMTTF及びMTBFのようなデータは、集積診断モジュール400または別の装置用のモジュールによる後の参照のために保存される場合があり、それによりその後のサイクル寿命推定の精度が向上する。いくつかの例では、そのような履歴データは、部品所有者の同意で、専用有線または無線通信を通じて製造者と共有され得る。例えば、そのようなデータは、共有データベース、ウェブサイトまたは無線ネットワークにアクセスを与え、履歴データ406の複写を保存することにより与えられ得る。このデータを与えることにより最終的に、検査室内データを、製造者の側でさらに信頼性のあるアルゴリズムを用いて作成されたデータに置き換えることができる。
特定の用途に対する現場経験に基づいて、本明細書のシステムの予測能力を特別に作り直すことができる。プロファイラ408と同様に、経過時間、弁のトラベル、サイクル、温度等のような数多くのパラメータに基づいて、寿命分析装置412及び決定モジュール418の判定基準を設定することができる。このように、診断能力は、先行設備及び装置コントローラにより収集されたデータについての現場経験に基づく場合がある。
図7は、加速検査室内試験の実行を作成・監視し、プロセス制御装置及び/またはその装置の部品に対する推定寿命プロファイルを定めるための例示のプロファイラ500を示す。プロファイラ500は、現在の動作条件に基づいて寿命推定と評価とを与える図5の集積診断モジュールのような集積システム内に実装され得る。他の例では、プロファイラ500は、独立したシステムとして実装され得る。プロファイラ500は、例えばプロセス制御システム12、14、30、35及び36のうちのいずれかまたはそれらの組み合わせを含むプロセス制御装置の制御内でまたは専用プロセスコントローラから実装され得る。いずれにしても、プロファイラ500は、プロファイラ500の機能を実行するために変更できないように符号化された特定目的プロセッサとして、またはプロファイラ500の機能を実行するためにコンピュータ命令を実行する特別構成の汎用プロセッサとして実装され得る。
図7の例では、プロファイラ500は、酸化劣化を結果として生じさせる動作パラメータの影響を被りやすい弁の部品に対する寿命プロファイルを定めることに関連して記述される。プロファイラ500は、酸化のために部品がいつ破損するのかを判定する加速劣化試験に用いられる検査室内試験プロトコルを作成する。酸化破損に関するプロファイリングが評価され、記述されているが、本明細書の本技術のいずれも記載された特定の例に限定されないと理解されるであろう。むしろ、これらの技術は、(上記のもののような)様々な部品に対する、(上記のもののような)様々な異なる種類のプロセス制御装置に対する、(上記及び下記のもののような)複数の種類の部品の破損に対する、及び(上記のもののような)本明細書の例により考察された動作条件を超える動作条件に対する部品寿命を個別にプロファイリングするのに用いられ得る。さらに尚も、プロファイラは、数多くの同時動作パラメータに対する部品寿命をプロファイリングする場合、ならびに異なる寿命プロファイルをそれぞれ備えた異なる部品を有するプロセス制御装置をプロファイリングする場合のような、例えば多変数寿命プロファイルを作成する際に単一の部品または同時に複数の部品をプロファイリングするように要求され得る。
プロファイラ500は、プロファイリングされるべきプロセス制御装置及びそれらの部品のいずれかをそれぞれ識別する装置記述子502及び関連する部品記述子504に結合される。例えば、装置記述子502は弁アセンブリ200を識別し得るのに対し、部品記述子504はダイヤフラム部品202またはアクチュエータロッド封止部品206(通常はOリング)を種類、材料、構成等で識別し得る。これらは、異なる動作条件に応答して機械的摩耗または疲労を被り且つ弁の酸化破損を最終的に生じさせることになる、部品の例である。部品記述子モジュール504は、可能な加速検査室内試験に対する様々なこれらの部品及び他の部品を識別することになる。他の弁に特有の部品は、充填部品210内に含まれ得るようなアクチュエータロッドを防護する弾性高分子製蛇腹を含む。さらに、酸化劣化に応答する(またはそれを指し示す)他の部品として、ピストンアクチュエータ、具体的にはピストン及びロッドの封止材が挙げられ、Oリング、Xリング、ばね付勢開口封止材または弾性高分子バックアップリング付きプラスチック摩耗リングかを問わない。弁位置決め装置内の酸化により劣化する部品として、リレーアセンブリ内の圧力封止Oリング及びダイヤフラム、圧力センサを封止するOリング及び/または電流・圧力変換器、及び異なるモジュール及び/または筐体を一緒に封止するOリングまたは大気環境から位置決め装置を封止するOリングが挙げられる。
部品記述子モジュール504は、弾性高分子性Oリング、ダイヤフラム、ボリュームブースタ内のプラグ及び/またはシート、ソレノイド内の柔軟シートまたはOリング、始動弁内の柔軟シートまたはOリング、限定スイッチ上の弾性高分子防塵材、位置送信器上の弾性高分子防塵材、ダイヤフラム、機器供給圧力調整器内のOリング及び柔軟プラグまたはシート、及び高分子空圧配管を含む、弁アセンブリの付属部品内に含まれる酸化により劣化する通常の部品をさらに識別し得る。
特定の推定寿命プロファイルを作成するために、プロファイラ500は、条件に特有のものである、すなわち稼働中の装置及び/または装置部品が受ける予想動作条件のモデルを形作る、加速検査室内試験プロトコルを作成する。したがってプロファイラ500は、予想動作条件のデータを与えるプロセス動作パラメータモジュール506に結合され得る。プロセス動作パラメータモジュール506は制御システム内にあり、送り込まれた流体の組成、圧力、受けた電流対圧力(I/P)、部品温度、周囲温度、流量、漏出量、酸化レベル、弁位置、部品位置、弁の最大及び最小ストローク位置、ダイヤフラム圧縮、材料硬度、及び様々な帰還装置の位置のような自動的に生成される及び/または手動で与えられる動作条件データを含み得る。
加速試験調停器508は、装置記述子、部品データ、及び動作パラメータデータを受信する。いくつかの例では、調停器508は、過去にプロファイリングされている部品を識別するよう、フラグを立てられたプロファイリング用部品を識別するよう、推定寿命の統計的により精度の高い予測因子である部品を識別するよう、加速検査室内試験を通じてさらに精度良くプロファイリングされ得る部品を識別するようになど、プロファイリング用部品を識別するために初期分析を実行する。いくつかの例では、調停器508は、これらのまたは他の因子に基づいて部品に等級を付け得る。いくつかの例では、調停器508は、プロファイリング用閾値適性条件に合致する全ての部品を識別し得る。
調停器508は、加速検査室内試験を構築するのに十分な動作パラメータデータがモジュール506から収集されているのかを判定し得る。例えば、調停器508は、モジュール508から受信されたデータを、モジュール504から受信された動作パラメータデータに対峙させて比較してもよい。調停器508は、加速検査室内試験プロトコルを作成することができる最少量の動作条件データが与えられているのかを評価してもよい。
次に調停器508は、受信された動作条件データに基づいて、加速検査室内試験条件を構築し、例として、図8に示されるもののような一連の命令データフレームを生成する。加速検査室内試験プロトコル600は、プロセス制御装置識別フィールド602、部品フィールド604、及び様々な動作条件に対応する複数の動作条件フィールド606A〜606Dを含む。フィールド606A〜606Dは、例えば高低パラメータ値、それらのパラメータに対する変動値量、試験期間等を含む様々な形式で表記され得る。フィールド604で識別される各々の部品に対して、動作条件フィールド606A〜606Dのうちの異なるものが加速試験命令を伴って作成され得る。フィールド608は、十分な量の加速劣化試験データが得られているのかを判定するのに用いられ得る保証因子データを保存する。例えば、フィールド608は、データ精度を確保するために、部品の表現形態の実行されるべき要求された加速劣化試験の数を保存し得る。
弾性高分子部品に対して加速試験プロトコルを作成して、稼働中寿命劣化のモデルを作る。望みは、内部装置圧力と共に、ダイヤフラム内の弾性高分子材料と反応するのに利用可能な酸素量ならびにそれらの反応温度のような動作パラメータを複製することである。
いくつかの例では、試験プロトコルは、性能に影響を及ぼす各々の動作パラメータの登録を含み得る。試験プロトコルは、動作パラメータの値ばかりではなく、試験中にそれらのパラメータをどのように、上昇または下降で繰り返すべきであるのかについての命令も含み得る。さらに、パラメータを設定する際に、破損試験を終了させるのにあまりにも長い時間を取るのを回避するように、または他の機構を作動させることによるプロファイリングを妨げるのを回避するように、試験(フィールド606iで示される)を実行するための総時間量が考慮され得る。例えば、あまりにも低い温度を用いての試験プロトコルは、部品内に破損を設けるためにあまりにも長い時間を取り得るが、あまりにも高い温度を用いることにより、硬化系を活性化させるような他の化学反応が弾性高分子材料内に生じ得る。高い温度は、特に試験装置が塗装され、熱可塑性物質、亜鉛またはアルミニウムで作製されている場合、クリープ及び/または熱膨張のために試験装置にも影響を及ぼす場合がある。
いくつかの例では、加速試験は、実際の点検で進行中の優勢な破損機構に合致し、そのモデルを作らなければならず、その破損機構は、異なるプロセスプラント用途で及び/または異なる動作条件のもとで異なるプロセス制御装置に対して変化し得る。例えば、繊維質補強ダイヤフラムは最終的に酸化脆化により破損するので、それらのダイヤフラムは湾曲中に破砕される。フランジ保持喪失、オゾンひび割れ、または層間剥離のようないずれかの他の破損モードは、製造設計及び/または材料特性を通じて排除されるべきである早期破損から生じる。静止Oリングは最終的に圧縮歪みにより破損し、漏れを生じさせる。同じ弾性高分子調合物は、圧縮歪みにより破損するOリングとしてまたは酸化脆化により破損するダイヤフラムとして試験される際に異なる活性エネルギーを示すことになる。言い換えれば、加速試験を実行する際に、破損寿命を予期するように見え得る多くの潜在的な動作条件の中から適切に計測することに注意しなければならない。したがって、加速試験は、稼働中の用途の実際の動作条件を可能な限り正確に複製するべきである。
さらに、データ分散誤差を回避するために統計的に有意な数の試料が試験されるべきである。より多くのデータ点は、結果として得られるプロファイル寿命の統計的信頼区間を狭め、より信頼性のあるモデルを与えることになる。
試験プロトコル600は、ローカルメモリ510内に保存され、プロトコルを、システム514内の加速試験検査室内設備を自動的に操作するための実行可能な命令に変換するのに用いられ得る任意選択の試験命令モジュール512に連通し得る。他の例では、モジュール512は、システム514を用いた加速試験を操作者に手動で実行させるための命令ファイルを生成し得る。プロファイラ500は、有線または無線通信回路を通じてシステム514と通信し得る。
加速試験システム514は、プロセス制御装置及びその部品についての加速劣化試験を実行し、部品が破損するまで動作条件を測定する。収集されたデータは、データ分析プロファイルモジュール516に与えられ、そのモジュールは、試験される部品に対する及び/またはプロセス制御装置自体に対する推定寿命プロファイルを作成し、寿命プロファイルは、メモリ518内に保存される。
保存に先立って、モジュール516は、受信された加速試験データについてのデータ分析を実行し得る。モジュール516は、加速試験中に十分な動作条件データが収集されたのかを判定し得る。モジュール516は、破損条件が、例えば線形回帰分析を通じて、収集された動作条件のいずれかに十分に相関しているのかを判定し得る。モジュール516は、どの動作条件データが、破損を予期する点で最も正確であるのか、例えば、弾性高分子材料のどの収集された動作パラメータデータ(圧力、温度、ダイヤフラム圧縮、硬度等)が酸化破損を最良に予期するのかを判定し得る。このように、モジュール516は、集積診断モジュールに利用される、作成された寿命プロファイルのものを保存し得る。
言い換えれば、モジュール516は、異なる加速劣化試験の間を区別して、どの試験(単数)または試験(複数)が寿命を最も予期するものであるのかを判定し、使用するためのそのような試験を識別することができ得る。例えば、いくつかのプロセスプラント動作条件に対して、簡単な硬度試験は、弾性高分子部品が破損に向かって進行している程度を評価するのに好ましい測定であり得る。弾性高分子材料が硬いほど破損が近くなる。加速試験データは、所与の用途での所与の弾性高分子材が、所与の硬度値に近づくにつれて繰り返し破損し得ることを示す。そのような指標は、例えば、弾性高分子に特有のものであり得る。いくつかの例では、特定の動作条件下でのすべての弾性高分子材は、同じ硬度レベルに近づくにつれてこの破損を示し得る。
いずれにしても、モジュール516は、異なる動作条件で実行される加速検査室内試験に基づいて、それらの動作条件のうちの1つが変更されるときに推定寿命プロファイルが調節され得るように、推定寿命プロファイルを作成することができる。すなわち、少なくとも、動作条件のうちのいくつかは、稼働中に寿命プロファイルを改良することができるように可変であり得る。例えば、例えば弁アセンブリが稼働しているときに取得されたダイヤフラム部品の測定硬度に依存して、推定寿命プロファイルは、測定硬度が予期値よりも下である場合、時間が延長されてもよく、測定硬度が予期値よりも大きい場合、時間が短縮されてもよい。これらの寿命プロファイルの変更は、プロセスプラントでの実際の設置の間に収集された動作条件データに応答して自動的に行われ得る。例えば、寿命プロファイルは、稼働から外された、まだ破損されていない弾性高分子材の特徴に基づいて、部品のユーザにより改良され得る調節可能なパラメータを含み得る。稼働から外されたこれらの部品の測定硬度に依存して、例えば、調節可能なパラメータは、測定硬度がそれぞれ予測値よりも小さいまたは大きい場合に、予期された破損時間を延長または短縮するように調節され得る。
弾性高分子部品の漸進的酸化を測定するための同様の案は、フーリエ変換赤外分光法(FTIR)を用いての特徴のある波数ピークの相対寸法である。炭素主鎖を備えた酸化弾性高分子材は、FTIRを用いて約1702の波数で検出され得るC=O結合を形成する。しかしながら、この波数は近接結合に依存して変化する。より多くの結合が漸進的に形成されるにつれて、ピークの相対高さは大きくなる。達成可能であるが、この測定形態は、試験を完了するのに必要とされる設備の費用と専門知識のため、ならびに相対ピーク高さを定量化するのが難しいために、簡単な予期硬度測定よりも望ましくない場合がある。
弾性高分子部品が酸化以外の機構により破損し得ることに留意する。例えば、動的なOリング及び封止材は単純な機械的摩耗により破損する場合がある。疲労は、繰り返し剪断または引張応力により可能になる別の破損モードであり、酸化劣化により加速される。この現象は、温度上昇技術で加速され得る。
プロファイラ500は、温度上昇に基づいた加速試験ばかりではなく、弾性高分子材料に対して低動作温度寿命プロファイルを推定するように設定された加速試験も必要とし得る。亀裂及び破損は低動作温度で早期に生じ得る。少なくとも1つの実施形態では、低動作温度は、−60℃に近い温度(例えば、−30℃よりも低い温度、−40℃よりも低い温度、−50℃よりも低い温度等)を意味する。加温されて室温に戻される場合、弾性高分子材の特性は新しくなり、酸化劣化を示さない場合がある。しかしながら、低温度により与えられる弾性高分子ダイヤフラムの増加した剛性(弾性率)により、ダイヤフラムはより局所的な領域で曲がることになり、それにより印加応力が増加し、及び最終的に破損に及ぶ初期疲労亀裂が増加する。したがってプロファイラ500は、温度を関数として寿命末期を繰り返す加速試験プロトコルを作成することがあり、1を超える弾性高分子化合物に対する寿命プロファイルと各々の温度での複数のデータ点とを生成する。そのようにする際に、プロファイラ500は、単独のまたは酸化性の劣化と組み合わせた低温度曝露に基づいて、部品に対する寿命プロファイルを予期し得る。
上記のものに対する数多くの変形が認められるであろう。例えば実際の加速劣化試験命令を作成する代わりに、プロファイラは、プロファイリングを生じさせ得るいずれかの適切な試験データが既に存在しているのかを判定するために、試験プロトコルを以前実行された加速劣化試験のデータベースに対峙させて比較判定してもよい。
様々な実施形態では、ハードウェアモジュールが機械的にまたは電子的に実装され得る。例えば、ハードウェアモジュールは、ある操作を実行するように(例えば、現場プログラム可能ゲートアレイ(FPGA)または特定用途向け集積回路(ASIC)のような特定目的プロセッサとして)永久的に構成される専用回路またはロジックを含み得る。ハードウェアモジュールは、ある操作を実行するようにソフトウェアにより一時的に構成される(例えば、汎用プロセッサまたは他のプログラム可能プロセッサ内に包含されるような)プログラム可能ロジックまたは回路を含み得る。専用のまたは永久的に構成された回路内に、または一時的に構成された(例えば、ソフトウェアにより構成された)回路内にハードウェアモジュールを機械的に実装する決定は、費用と時間とを考慮することにより行われ得ると理解されるであろう。
したがって、用語「ハードウェアモジュール」は、ある方法で動作するようにまたは本明細書に記載されたある動作を実行するように物理的に構成される、永久的に構成される(例えば、配線で接続される)、または一時的に構成される(例えば、プログラムが組まれる)実体である有形物を包含すると理解されるべきである。「ハードウェア実装モジュール」は、本明細書で用いられる場合ハードウェアモジュールを指す。ハードウェアモジュールがその内部に一時的に構成される(例えば、プログラムが組まれる)ような実施形態を考慮すれば、ハードウェアモジュールの各々は、いずれのインスタンス時においても構成されるまたはインスタンス生成されることが必要なわけではない。例えば、ハードウェアモジュールが、ソフトウェアを用いて構成された汎用プロセッサを含む場合、汎用プロセッサは、異なる時間でそれぞれ異なるハードウェアモジュールとして構成されてもよい。したがってソフトウェアは、例えばあるインスタンス時に特定のハードウェアモジュールを構成し、異なるインスタンス時に異なるハードウェアモジュールを構成するようにプロセッサを構成してもよい。
ハードウェアモジュールは、他のハードウェアモジュールに情報を与え、他のハードウェアモジュールから情報を受け取ることができる。したがって、記載されるハードウェアモジュールは、通信自在に結合されているものとみなされ得る。そのようなハードウェアモジュールの多くが同時に存在する場合、通信は、ハードウェアモジュールを接続する(例えば、適切な回路及びバス上での)信号伝達を通じて達成され得る。複数のハードウェアモジュールが異なる時間で構成されるまたは例示化される実施形態では、そのようなハードウェアモジュール間の通信は、例えば、複数のハードウェアモジュールがアクセスするメモリ構造体内に情報を保存し、取り出すことにより達成され得る。例えば、あるハードウェアモジュールは、操作を実行し、そのモジュールが通信自在に結合されているメモリ装置内にその操作の出力を保存し得る。次にその後に、別のハードウェアモジュールが、保存された出力を取り出し、処理するためにそのメモリ装置にアクセスし得る。ハードウェアモジュールはそのうえ、入力または出力装置との通信を始める場合があり、資源(例えば、収集情報)を操作することができる。
本明細書に記載された例示の方法の様々な動作は、関連動作を実行するように(例えばソフトウェアにより)一時的に構成されるまたは永久的に構成される1つ以上のプロセッサにより少なくとも部分的に実行され得る。一時的にまたは永久的に構成されるかを問わず、そのようなプロセッサは、1つ以上の動作または機能を実行するように働くプロセッサ実装モジュールを構成し得る。いくつかの例示の実施形態では、本明細書で言及されたモジュールはプロセッサ実装モジュールを備えている。
同様に、本明細書に記載される方法または定常動作は、少なくとも部分的にプロセッサに実装したものであり得る。例えば、方法の動作の少なくともいくつかは、1つ以上のプロセッサまたはプロセッサ実装ハードウェアモジュールにより実行され得る。ある動作の性能は、1つ以上のプロセッサの中で分散される場合があり、単一の機械の中に存在するばかりでなく、複数の機械の中に展開される。いくつかの例示の実施形態では、プロセッサ(単数)またはプロセッサ(複数)は、単一の場所に(例えば、家庭環境、職場環境またはサーバファーム内に)配置され得る一方で、他の実施形態では、プロセッサは、複数の場所にわたり分散され得る。
尚もさらに、図面は、単なる説明目的のためのマップ編集システムの好ましい実施形態を示す。当業者は、以下の考察から、本明細書に示される構造及び方法の代わりの実施形態が、本明細書に記載される原理から逸脱することなく用いられ得ると容易に認識するであろう。
本開示を読んだ後、当業者は、本明細書で開示される原理を通じて末端道路区分を識別するためのシステム及びプロセスのための追加の代わりの構造的及び機能的設計をさらに理解するであろう。したがって、特定の実施形態及び用途が説明され、記載されているが、開示された実施形態が、本明細書で開示される正確な構造及び部品に限定されないと理解されるべきである。当業者に明らかになる様々な修正、変化及び変更は、付属の請求項で定義される趣旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書で開示される配置、動作、及び方法及び装置の詳細において行われ得る。



  1. プロセス制御装置の部品に対する推定寿命プロファイルを作成するための方法であって、前記方法は、
    プロセス設備内で前記プロセス制御装置の動作中に前記部品の劣化を徐々にもたらす前記部品の少なくとも1つの動作パラメータの指標をプロファイラで受信することと、
    前記プロセス設備内で前記プロセス制御装置の動作中に前記部品が受けると予想される、稼働中動作条件を前記プロファイラで受信することと、
    前記部品が受けると予想される前記稼働中動作条件に基づいて、少なくとも1つの加速劣化試験プロトコルを前記プロファイラ内で作成することであって、前記少なくとも1つの加速劣化試験プロトコルは、前記稼働中動作条件のもとで破損するような前記部品の動作を模倣するように設計されている、作成することと、
    前記部品の表現形態についての前記少なくとも1つの加速劣化試験プロトコルを実行することにより作成された加速劣化試験データを加速試験システムから受信することと、
    前記加速劣化試験データに基づいて、前記部品に対して推定寿命プロファイルを前記プロファイラ内で作成することと、
    を含む、方法。

  2. 前記プロセス制御装置が弁アセンブリであり、前記部品が高分子部品で形成される、請求項1に記載の方法。

  3. 請求項1または2のいずれかに記載の方法であって、前記プロファイラと連通する部品記述子から、前記部品の前記少なくとも1つの動作パラメータの前記指標を受信することをさらに含み、前記少なくとも1つの動作パラメータは、弁アセンブリを貫通する流体の組成、圧力、電流/圧力(I/P)、部品温度、周囲温度、流体流量、弁漏出量、酸化レベル、弁位置、最大及び最小弁ストローク位置、高分子部品圧縮、及び高分子部品材料硬度から成る群から選択される、方法。

  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の方法であって、前記高分子部品が弾性高分子部品である、方法。

  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の方法であって、
    複数の提案された加速劣化試験プロトコルを作成することと、
    前記複数の提案された加速劣化試験プロトコルの中から、前記高分子部品の酸化破損に相関する少なくとも1つの試験プロトコルを識別することと、
    前記酸化破損に相関する前記識別された少なくとも1つの試験プロトコルを、前記少なくとも1つの加速劣化試験プロトコルとして設定することと、
    をさらに含む、方法。

  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の方法であって、
    前記高分子部品の前記酸化破損に相関する複数の試験プロトコルを識別することと、
    前記酸化破損に相関する前記複数の試験プロトコルから、前記酸化破損に相関する前記複数の試験プロトコルの残留副集合よりも強い、酸化破損への相関を有する副集合を識別することと、
    前記識別された副集合を、前記少なくとも1つの加速劣化試験プロトコルとして設定することと、
    をさらに含む、方法。

  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の方法であって、
    複数の加速劣化試験プロトコルを作成することと、
    前記複数の加速劣化試験プロトコルの各々を実行することにより作成された加速劣化試験データを前記加速試験システムから受信することと、
    前記高分子部品の酸化破損に最も相関する前記加速劣化試験プロトコルを前記プロファイラ内で及び前記加速劣化試験データから判定することと、
    前記酸化破損に最も相関する前記加速劣化試験プロトコルから、前記加速劣化試験データに基づいて前記推定された寿命プロファイルを作成することと、
    をさらに含む、方法。

  8. 請求項1〜7のいずれかに記載の方法であって、前記推定寿命プロファイルが、酸化疲労プロファイル、流体漏出プロファイル、低温疲労プロファイルである、方法。

  9. 請求項1〜8のいずれかに記載の方法であって、統計的に有意な量の前記加速劣化試験データが前記プロファイラにより受信されているのかを判定することと、統計的に有意な量が受信されている場合に前記推定寿命プロファイルを作成し、そうでない場合に前記推定寿命プロファイルを作成しないことと、をさらに含む、方法。

  10. 請求項1〜9のいずれかに記載の方法であって、前記推定寿命プロファイルが、実際の動作条件の変化に応答して更新可能であるように構成される、方法。

  11. 請求項1〜10のいずれかに記載の方法であって、
    前記少なくとも1つの加速劣化試験プロトコルに基づいて加速劣化試験を実行するための命令を前記プロファイラ内に準備すること、
    をさらに含む、方法。

  12. 請求項1〜11のいずれかに記載の方法であって、前記命令が実行可能な命令であり、前記方法が、前記少なくとも1つの加速劣化試験プロトコルを自動的に実行するための前記加速試験システムに前記実行可能な命令を伝えることをさらに含む、方法。

  13. 請求項1〜12のいずれかに記載の方法であって、前記推定寿命プロファイルが、以前稼働していた前記部品に対応する部品の測定された特徴に従って前記寿命プロファイルを調節するための調節可能なパラメータを含む、方法。

  14. 請求項1〜13のいずれかに記載の方法であって、
    前記測定された特徴が硬度であり、
    以前稼働していた前記部品の前記測定された硬度が、前記推定寿命プロファイルに従って予想されたものよりも低い場合、前記部品に対する推定寿命を延長するように前記調節可能なパラメータを調節することと、
    以前稼働していた前記部品の前記測定された硬度が、前記推定寿命プロファイルに従って予想されたものよりも高い場合、前記部品に対する前記推定寿命を短縮するように前記調節可能なパラメータを調節することと、
    をさらに含む、方法。

  15. 加速試験システムにおいて、プロセス制御装置の部品に対する推定寿命プロファイルを作成するための方法であって、前記方法は、
    前記プロセス制御装置の第1の動作期間中に前記部品を低温度に曝しながら前記プロセス制御装置を操作することと、
    前記第1の動作期間後の第2の動作期間中に前記部品を通常の動作温度に曝しながら前記プロセス制御装置を操作することと、
    前記第1及び第2の動作期間後に作成され、少なくとも1つの第1の非酸化性破損を反映する加速劣化試験データを前記加速試験システムから受信することと、
    前記加速劣化試験データに基づいて前記部品に対する推定寿命プロファイルをプロファイラ内で作成することと、
    を含む、方法。

  16. 請求項1〜15のいずれかに記載の方法であって、前記部品を低温度に曝しながら前記プロセス制御装置を操作することが、前記部品を−30℃よりも下の温度に曝すことを含む、方法。

  17. 請求項1〜16のいずれかに記載の方法であって、前記部品を低温度に曝しながら前記プロセス制御装置を操作することが、前記部品を−50℃よりも下の温度に曝すことを含む、方法。

  18. 請求項1〜17のいずれかに記載の方法であって、前記推定寿命プロファイルは、前記部品を前記低温度に曝すことに対して酸化効果を除く前記部品の前記寿命を予期するものである、方法。

  19. 請求項1〜18のいずれかに記載の方法であって、前記推定寿命プロファイルは、前記部品を前記低温度に曝すことに対して酸化破損と非酸化性破損の両方を考慮して前記部品の前記寿命を予期するものである、方法。

 

 

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を備え、
前記容器が前記受け入れ格納部内にあるときに、前記複数の基準プレート(PLR)が、前記容器から見て前記複数の測定プレート(PLM)の後ろに配置され、かつ、
前記基準サンプル(ER)が前記受け入れ格納部の下にあることを特徴とする、示差熱量計。
分析装置は、分析されるべき材料とフラックスとを、加熱炉内部の可動式プラットフォームによって支持されている試料ホルダ内で混合させる。複数のステーションを有する傾斜部材が供される。各ステーションは、各異なる方向で、そのステーションの中心地点からオフセットされた直立ピンを有する。前記試料ホルダが各ステーションと順に位置合わせするように、前記プラットフォームは、前記傾斜部材に対して一定間隔で動かされる。前記試料ホルダが各ステーションと位置合わせする際、前記プラットフォームは前記傾斜部材へ向かうように移動し、その結果、前記の位置合わせされたステーションのピンは、前記試料ホルダと隣接して各異なる方向に前記試料ホルダを傾斜させる。前記試料ホルダを各異なる方向に繰り返し傾斜させることで、前記材料と前記フラックスは混合される。前記試料ホルダの内容物はまた、前記プラットフォームを急停止させることで順方向と逆方向に動かすことによって混合されても良い。前記分析装置は、特殊な試料ホルダと共に用いられて良い。
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