專利名稱：用于檢測與活塞機相關的流體泄漏的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及與活塞機(piston machine)相關的流體泄漏的檢測，更具體地涉及用 于檢測與至少一個活塞機(1)相關的流體泄漏的方法，該方法包括如下步驟
-將壓力傳感器附連到所述至少一個活塞機的至少一個加壓側(cè)；
-測量所述至少一個活塞機的所述加壓側(cè)上的壓力；-將傳感器附連到所述至少一個活塞機，所述傳感器提供用于計算所述至少一個 活塞機的轉(zhuǎn)速的信號； _計算所述至少一個活塞機的轉(zhuǎn)速；-計算來自所有的活塞機的公稱流量的總和；-計算流量補償系數(shù)；-計算標準化壓力，該標準化壓力等于排放壓力乘以所述流量補償系數(shù)；以及
-監(jiān)控該標準化壓力以檢測泄漏。
背景技術：
與活塞機相關的泄漏的檢測和定位對于最小化與閥和活塞故障相關的成本和停
機時間而言至關重要。在一個或多個閥或活塞中發(fā)生泄漏將導致容積效率的下降。如果泵 是以恒定的速度運轉(zhuǎn)，則這種容積效率的下降還會導致實際流量和平均排放壓力下降。然 而，壓降還可能是由于總流量減小、外部泄漏或者流阻下降而引起。這種阻力受流體的溫 度、粘度及密度的影響。 根據(jù)現(xiàn)有技術的用于檢測與活塞機相關的泄漏的方法常常受到與引發(fā)泄漏的因
素不同的因素的影響，并且由于例如下游機械設備中的壓力和阻力的變化而容易發(fā)出虛假 警報。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是補救或改善上述現(xiàn)有技術中存在的至少一項缺點。 根據(jù)本發(fā)明，這一目的是借助下述的說明書和隨附的權(quán)利要求中所揭示的特征來
實現(xiàn)的。 根據(jù)本發(fā)明的用于檢測與至少一個活塞機相關的流體泄漏的方法包括如下步 驟 _將壓力傳感器附連到所述至少一個活塞機的至少一個加壓側(cè)；
-測量所述至少一個活塞機的所述加壓側(cè)上的壓力；-將傳感器附連到所述至少一個活塞機，所述傳感器提供用于計算所述至少一個 活塞機的轉(zhuǎn)速的信號；-計算所述至少一個活塞機的轉(zhuǎn)速；-計算來自所有的活塞機的公稱流量的總和；
C 二 9-計算標準化壓力，該標準化壓力等于排放壓力乘以所述流量補償系數(shù)；以及
-監(jiān)控該標準化壓力以檢測泄漏。 盡管未經(jīng)處理的排放壓力的變化也可以作為泄漏指示，但是計算和監(jiān)控標準化壓 力是更為有利的。優(yōu)選地，標準化壓力基于流量、流體溫度及密度的變化而被補償。特別 地，由于流動回路中的大部分壓力損失幾乎與流量的平方成比例地增大，因此，泵流量對該 壓力影響很大。 標準化壓力可被表示為補償系數(shù)與測得的壓力的乘積
pn = CqCTCdP (El a) 或者，如果省略基于流體溫度和密度的變化的補償，則
pn = CqP (Elb)
可選擇的一個流量補償函數(shù)為
& (E2) U」 q為從所有運轉(zhuǎn)的泵的轉(zhuǎn)速計算出的公稱流量的總和，q。為選取的基準流量，P為 一指數(shù)。公稱流量的顯式表達式為
(E3) 這里，rii表示第i泵的活塞的數(shù)目，Vi為每個活塞的沖程容積，Qi為泵的轉(zhuǎn)速?；?準流量的選取值是任意的，例如為其中一個泵的最大流量。 因此，流量補償系數(shù)等于計算出的上述至少一個活塞機的公稱流量的總和除以選 取的基準流量的商的壓力指數(shù)次冪，該壓力指數(shù)在1. 2 2. 5之間。 該壓力指數(shù)|3可被設定為一常數(shù)，更優(yōu)選地，設定為1.5 2之間的值，或者可通 過測量兩個不同的流量&和q2下的平均排放壓力P工和P2并應用下面的公式來經(jīng)驗性地確 定
<formula>formula see original document page 5</formula> 假設壓降與溫度之間成線性關系對溫度補償而言是適合的選擇的話，則當測量流 體的溫度時，溫度補償系數(shù)等于1減去實際流體溫度與基準溫度之差與溫度敏感參數(shù)的乘 積所得的差值的倒數(shù)。溫度敏感參數(shù)為兩個壓力的差值除以兩個溫度的差值與其中一個壓 力的乘積所得的商，這兩個壓力及相關的兩個溫度是以經(jīng)驗方式確定的。因此，溫度補償被 表示為<formula>formula see original document page 5</formula> 其中T。為選取的基準溫度，例如2(TC。 Y為能夠經(jīng)驗確定的溫度敏感參數(shù)。如 果泄漏不會增大，并且壓力是在兩個不同的流體溫度1\和T2下測得的且所有的其他參數(shù)是 恒定的，則溫度敏感參數(shù)可從下面的公式得到<formula>formula see original document page 5</formula>
在溫度未被連續(xù)地測量的情況下，可省略溫度補償，S卩，CT可設為1。 只要流過主流動回路限流器的是紊流，則壓降與流體密度近似成比例。當測量流
體的密度時，密度補償系數(shù)的測定值等于基準密度與流體實際密度的商。因此，密度補償系
數(shù)為 Crf=^_ (E7) 其中p為實際密度，P。為選取的基準密度，例如，水的密度。在密度變化很小或 者未被連續(xù)地測量的情況下可省略密度補償，即，Cd可設為1。 使用這種標準化壓力的主要優(yōu)點在于，與壓力本身相比，標準化壓力幾乎與上述 變量的變化無關。 然而，對壓力同樣有影響的其它變化因素更加難以模擬。其中一個例子是由扭矩 引起的井下泥漿馬達(down hole mud motor)上的壓降。另一個例子是通過壓力脈沖通信 的泥漿脈沖遙測系統(tǒng)。為了避免這些變動觸發(fā)虛假警報，必須將標準化壓力進行平穩(wěn)化處 理或低通濾波處理。這種低通濾波的截止頻率必須足夠低，以有效地抑制無補償?shù)淖兓?，?不能低到將來自實際泄漏的變化被嚴重后延的程度。 當經(jīng)低通濾波后的標準化壓力降低到警報限值以下時，可觸發(fā)警報。
另一個問題是瞬變時間(transient time)較長，這意味著流動狀態(tài)的變化形成穩(wěn) 態(tài)壓力之前需要經(jīng)歷一段時間。例如，當總流量因泵速的調(diào)節(jié)而變化時，新的平衡壓力并不 立即建立，而是通常在流量發(fā)生變化數(shù)十秒之后建立。這是由于流體的可壓縮性和流動回 路中的流體容積較大的緣故。流體的溫度或密度的變化將經(jīng)歷更長的瞬變時間，該時間通 常等于循環(huán)環(huán)程時間(round trip time)，該環(huán)程時間等于總的循環(huán)體積除以流量。
避免或最小化瞬態(tài)效應的一種方法是在流動狀態(tài)變化后的一段時間內(nèi)，保持標 準化低通濾波壓力恒定，并禁用警報裝置。 讓操作者保持持續(xù)地關注標準化壓力是不切實際的。因此，必須讓計算機監(jiān)控標 準化壓力并在標準化壓力下降至低于某一警報限值時發(fā)出警報。由于平均標準化壓力及其 自然波動均從一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)，所以警報限值不應是絕對固定的。
在優(yōu)選實施例中，警報限值由下列步驟自動地設定-忽略在公稱流量發(fā)生較大變化期間或在其后的隔離階段內(nèi)的標準化壓力的相應 的瞬態(tài)變化，在所述隔離階段內(nèi)使所述壓力的低通濾波后的值保持恒定。依據(jù)不同的條件， 必要的隔離時間通常可為幾秒至幾分鐘不等。-監(jiān)控繼隔離時間結(jié)束之后的基值估測階段內(nèi)的低通濾波后的標準化壓力。在通 常持續(xù)幾分鐘的基值估測階段中，確定標準化壓力的基值。-在基值估測階段結(jié)束時，基于在基值估測階段內(nèi)測得的標準化壓力來確定警報
限值；該警報限值是以標準化壓力的平均值和變化為基礎的。限值可以是相對值，例如如
果標準化壓力降低到其基值的95%以下時即觸發(fā)(設定，set)警報；這些限值也可以是絕
對值，例如如果第一諧波壓力(harmonicpressure)幅值從基值偏離lbar，則觸發(fā)警報；這
些限值還可以是關于標準化壓力的平均值和檢測的極限值的更為復雜的函數(shù)。-在所述基值估測階段之后，當活塞機在穩(wěn)定狀態(tài)下運轉(zhuǎn)時，使警報限值保持恒
定，亦即如果標準化壓力下降到警報限值以下，則觸發(fā)泄漏警報。
泄漏警報是泄漏很有可能正在擴大的一種指示。 確定該限值的方式可包括將該限值作為在所述基值估測階段內(nèi)測得的低通濾波 后的標準化壓力的至少平均值、標準偏差或極值的函數(shù)。 根據(jù)本發(fā)明，標準化壓力被用于給出在總體的系統(tǒng)中的泄漏正擴大的早期警報。 該方法不能夠定位泄漏，即，不能指示泄漏正在擴大的位置。


下文中描述了利用附圖中所示的方法的非限制性實例，其中 圖1示意性地示出了帶有上游管連接裝置和下游管連接裝置的泵；以及 圖2示出了表示標準化壓力與時間的關系的理想化曲線圖。
具體實施例方式
在附圖中，附圖標記1表示所謂的三缸泵(下文稱之為泵)，其設有三個獨立作用 的活塞2，這些活塞延伸穿過其各自的汽缸4。圖中僅示出了第一活塞2和對應的汽缸4。 汽缸4通過其各自的入口閥10與入口歧管6及上游管8連通，并通過其各自的出口閥16 與出口歧管12及下游管14連通。 入口壓力傳感器18連接到入口歧管6，并通過電纜22與計算機20通信，而出口壓 力傳感器24連接到出口歧管12，并通過電纜26與計算機20通信。轉(zhuǎn)角發(fā)射器28被設置 為用來測量泵1的曲軸30的轉(zhuǎn)角，并且轉(zhuǎn)角發(fā)射器28通過電纜32與計算機20通信。
溫度傳感器34和密度計36連接到下游管14，并分別通過電纜38和40與計算機 20通信。 傳感器18、24、發(fā)射器28、傳感器34、密度計36以及計算機20均為本身公知的類 型，并且計算機20被編程以用來執(zhí)行上述多種計算。 倘若在活塞2的未圖示的密封中發(fā)生泄漏，則在抽吸階段中經(jīng)由出口閥16的排放 量的減小量將會等于經(jīng)過活塞2的泄漏流量。 隨著流量的減小，由出口壓力傳感器28測量到的壓力p將減小。根據(jù)本說明書的 一般部分的描述所計算出的標準化壓力42也將減小(參見圖2)。根據(jù)本說明書的原理的 描述，當標準化壓力42達到第一限值44時，該第一限值被自動地設定，計算機20發(fā)出警 報。 標準化壓力42可經(jīng)過低通濾波處理以及/或流體溫度和/或流體密度的補償。
由計算機20發(fā)出的警報可觸發(fā)進一步的勘測，以便定位泄漏的位置。
權(quán)利要求
一種用于檢測與至少一個活塞機(1)相關的流體泄漏的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟-將壓力傳感器(18，24)附連到所述至少一個活塞機(1)的至少一個加壓側(cè)；-測量所述至少一個活塞機(1)的所述加壓側(cè)上的壓力；-將發(fā)射器(28)附連到所述至少一個活塞機(1)，所述發(fā)射器(28)提供用于計算所述至少一個活塞機(1)的轉(zhuǎn)速的信號；-計算所述至少一個活塞機(1)的轉(zhuǎn)速；-計算來自所有的活塞機(1)的公稱流量的總和；-計算流量補償系數(shù)；-計算標準化壓力(42)，該標準化壓力(42)等于排放壓力乘以所述流量補償系數(shù)；以及-監(jiān)控所述標準化壓力(42)以檢測泄漏。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括如下步驟_計算流量補償系數(shù)，該流量補償系數(shù)等于計算出的所述至少一個活塞機的公稱流量 的總和除以選取的基準流量的商的壓力指數(shù)次冪，該壓力指數(shù)在1. 2 2. 5之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述流量補償系數(shù)中的所述壓力指數(shù)在 1. 5與2之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括如下步驟 -低通濾波所述標準化壓力(42);以及 -監(jiān)控所述標準化低通濾波壓力(42)以檢測泄漏。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括如下步驟-通過測量兩個不同流量下的平均排放壓力，經(jīng)驗性地確定所述流量補償系數(shù)中的壓 力指數(shù)，其中所述壓力指數(shù)為兩個壓力的商的對數(shù)除以兩個流量的商的對數(shù)所得的商。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括如下步驟 -測量所述流體的溫度；-確定溫度補償系數(shù)，該溫度補償系數(shù)等于1減去實際流體溫度與基準溫度之差與溫 度敏感參數(shù)的乘積所得的差值的倒數(shù)，其中，所述溫度敏感參數(shù)為兩個壓力的差值除以兩 個溫度的差值與其中一個所述壓力的乘積所得的商，所述兩個壓力及相應的所述兩個溫度 是經(jīng)驗確定的；_將所述標準化壓力乘以所述溫度補償系數(shù)；-監(jiān)控經(jīng)溫度補償?shù)乃鰳藴驶瘔毫?42)以檢測泄漏。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括如下步驟 _測量所述流體的密度；_確定密度補償系數(shù)，所述密度補償系數(shù)等于所述流體的基準密度與實際密度的商； _將所述標準化壓力乘以所述密度補償系數(shù)；以及 -監(jiān)控經(jīng)密度補償?shù)乃鰳藴驶瘔毫?42)以檢測泄漏。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括如下步驟_當所述低通濾波標準化壓力(42)下降到警報限值(44)以下時，觸發(fā)警報。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述警報限值(44)由下面的步驟自動地設定-忽略在所述公稱流量發(fā)生較大變化的期間或在其后的隔離階段內(nèi)所述標準化壓力的 相應的瞬態(tài)變化，在所述隔離階段內(nèi)使所述壓力的低通濾波后的值保持恒定。_監(jiān)控繼所述隔離時間結(jié)束之后的基值估測階段內(nèi)的所述低通濾波后的標準化壓力(42)，并確定所述標準化壓力(42)的基值；-在所述基值估測階段結(jié)束時，基于在所述基值估測階段內(nèi)測得的所述標準化壓力來確定所述警報限值(44);-在所述基值估測階段之后，當所述活塞機在穩(wěn)定狀態(tài)下運轉(zhuǎn)時，使警報限值保持恒定。
10.根據(jù)權(quán)利要求9述的方法，其特征在于，所述方法還包括如下步驟-通過將所述限值(44)作為在所述基值估測階段內(nèi)測得的低通濾波后的所述標準化 壓力的至少平均值、標準偏差或極值的函數(shù)，來確定所述限值(44)。
全文摘要
一種用于檢測與至少一個活塞機(1)相關的流體泄漏的方法，該方法包括將壓力傳感器(18，24)附連到所述至少一個活塞機(1)的至少一個加壓側(cè)上；測量所述至少一個活塞機(1)的所述加壓側(cè)上的壓力；將發(fā)射器(28)附連到所述至少一個活塞機(1)，所述發(fā)射器(28)提供用于計算所述至少一個活塞機(1)的轉(zhuǎn)速的信號；計算所述至少一個活塞機(1)的轉(zhuǎn)速；計算來自所有的活塞機(1)的公稱流量的總和；計算流量補償系數(shù)；計算標準化壓力(42)，該標準化壓力等于排放壓力乘以所述流量補償系數(shù)；以及監(jiān)控所述標準化壓力(42)以檢測泄漏。
文檔編號G01M3/26GK101796382SQ200880103779
公開日2010年8月4日 申請日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月21日
發(fā)明者奧厄·許林斯塔德 申請人:挪威國立奧伊威爾有限公司