特許ウォッチ

公開番号2025027116
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-26
出願番号2024209800,2022564484
出願日2024-12-02,2021-04-23
発明の名称音響共振法を用いた物品における構造的変化の検出
出願人エーダブリュイーテクノロジーズエルエルシー
代理人弁理士法人朝日奈特許事務所
主分類F16K 37/00 20060101AFI20250218BHJP(機械要素または単位;機械または装置の効果的機能を生じ維持するための一般的手段)
要約【課題】バルブが閉じた状態にあるときに弁座部を通じて流体が漏れているかどうかを判定する。
【解決手段】ゲートバルブ10は、本体12と、ハンドホイール16およびスルー・ボンネット(through bonnet)18によって駆動されるステム14と、ゲート20と、弁座部24をシールするためのベアリングフレキシブル要素22と、を示す。小さな漏れを非侵襲的に検出するには、電圧信号によって励起されたときにバルブ10において振動を生成する広帯域音響送信トランスデューサ30、およびバルブ10において引き起こされた振動を受けかつそのような信号を電圧に変換するための同一の広帯域音響受信トランスデューサ32が取り付けられる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
バルブが閉じた状態にあるときに弁座部を通じて流体が漏れているかどうかを判定するための装置であって、
前記弁座部と、前記弁座部と共に流体シールを形成するためのディスクまたはプラグと、前記弁座部に対して前記ディスクまたはプラグを駆動させるためのステムと、外面を有するバルブ本体と、を備えるバルブと、
前記バルブの前記外面と振動接触するように配置された音響送信トランスデューサであって、選択された電圧信号よって励起されたときに前記バルブ本体において振動を生成するための音響送信トランスデューサと、
前記バルブの前記外面と振動接触するように配置された音響受信部であって、前記バルブ本体において誘導された振動を受けてかつ受けた前記振動を電圧に変換するための音響受信部と、
前記音響送信トランスデューサと電気通信する周波数掃引生成部であって、選択された周波数範囲内に周波数を有する選択された励起電圧信号を生成するための周波数掃引生成部と、
前記周波数掃引生成部によって生成された前記選択された周波数範囲内の前記周波数をトラッキングする中心周波数を有し、かつ選択された周波数帯域幅を有する狭帯域バンドパストラッキングフィルタであって、前記音響受信部から電圧を受けかつ前記電圧をフィルタリングするための、狭帯域バンドパストラッキングフィルタと、
前記周波数掃引生成部および前記狭帯域バンドパストラッキングフィルタを制御するための、前記狭帯域バンドパストラッキングフィルタからの前記フィルタリングされた電圧を保存するための、閉じた状態において前記バルブの少なくとも２つの音響共振スペクトルを生成するための、かつそれらの間に違いがあるかどうかを判定するために少なくとも２つの生成された前記音響共振スペクトルを比較するための、マイクロコントローラと、を備える、装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記超音波受信トランスデューサから前記電圧を受けかつ前記電圧を増幅するための増幅器をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記弁座部の領域における流体の圧力を判定するための圧力センサを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記音響送信トランスデューサおよび前記音響受信部は、互いに物理的に接触していない、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記周波数掃引生成部からの前記周波数掃引は、いずれか一方の方向か、または両方の方向である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記音響送信トランスデューサは、圧電トランスデューサを備え、前記音響受信部は、圧電トランスデューサおよびレーザードップラー振動計から選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
バルブが閉じた状態にあるときに前記バルブの弁座部を通じて流体が漏れているかどうかを判定するための方法であって、
弁座部と、前記弁座部と共に流体シールを形成するためのディスクまたはプラグと、前記弁座部に対して前記ディスクまたはプラグを駆動させるためのステムと、外面を有するバルブ本体と、を備える前記バルブにおいて、前記バルブの前記外面と振動接触するように配置されかつ周波数掃引生成部によって駆動される音響送信トランスデューサを使用して、選択された周波数範囲内の選択された周波数を有する振動を生成するステップと、
前記バルブの前記外面と振動接触するように配置された音響受信部を使用して、前記バルブ本体において誘導された共振振動を受け、かつ受けた前記振動を電圧に変換するステップと、
前記電圧を受け、かつ選択された励起周波数を選択された前記周波数範囲内においてトラッキングする中心周波数を有する狭帯域バンドパストラッキングフィルタを使用して、前記電圧をフィルタリングするステップと、
前記フィルタリングした電圧を保存し、それによって前記バルブの音響共振スペクトルが生成される、ステップと、
前記バルブの生成された前記音響共振スペクトルを、前記バルブが閉じた状態で得られた少なくとも１つの他の音響共振スペクトルと比較するステップと、
生成された前記音響共振スペクトルと少なくとも１つの前記他の音響共振スペクトルとの間に違いがあるかどうかを判定するステップと、
を含む、方法。
【請求項８】
前記音響受信部からの前記電圧が増幅される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記音響送信トランスデューサおよび前記音響受信部は、互いに物理的に接触していない、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記音響送信トランスデューサは、前記周波数掃引生成部によって、いずれか一方の方向、または両方の方向に周波数に関して掃引される、請求項７に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０２０年４月２４日に出願された米国仮特許出願第６３／０１５，２８３号「超音波共振によるバルブにおける漏れ検出」の利益を主張し、本願の開示内容の全体は、それが開示および教示することすべてについて本明細書において参照することによって本明細書に明確に組み込まれる。
続きを表示（約 4,600 文字）【背景技術】
【０００２】
セットポイントから離れて配置されかつ後で元の位置に戻される必要がある内部のまたは外部の構成要素を有する機械装置または機械的な構造は一般的であり、製造または偽造による既知の物品からの逸脱や変化という状況も同様である。前者の状況の例として、天然ガスまたは他の可燃性媒体などの揮発性のガス、あるいは腐食性のまたは反応性の流体を制御するバルブが、漏れが発生したときに安全性に大きな影響を与え得る。
【０００３】
バルブ漏れの焦点は、一般的に、高価な製品の損失を減らすこと、または環境汚染を軽減することであるけれども、産業プロセスにおける漏れを考えると、上記製品は高価なものでも危険なものでもないことが多く、水が一例である。実際問題として、少量のバルブ漏れが、ほとんどの制御の適応において許容される一方で、シャットオフバルブについては、最小量の望ましくない処理媒体の漏れが、深刻な損害を引き起こす場合がある。弁座部の漏れを監視するために、流量計が使用されることが多いが、あまり信頼できるものではなく、バルブの不適切な着座による小さな漏れを検出することができない。
【０００４】
実際に、歴史上最大の産業災害が、不完全な水バルブのために発生したと考えられる。１９８４年インドのボパールで起きたボパールガスの惨事（Bhopal gas tragedy）では、何千もの人々が亡くなった。この惨事は、定期的なメンテナンスを行わなかった結果、４０トンの毒性のイソシアン酸メチルを収容するタンクの中へ１トンの水が流れ込んだときに起きた。発熱性の高い反応により、二酸化炭素の生成を通じてタンクが加圧され、未反応のイソシアン酸メチルが、プラントの中へおよび周囲の町の至る所に放出された。別の良く知られた災害は、２０１０年のＢＰディープウォーター・ホライズン原油流出（BP Deepwater Horizon oil spill）であり、原油およびガスの流れを止める働きをする２つのバルブの故障の結果であるとも考えられる。
【０００５】
安全性に対する懸念に加えて、バルブ漏れは、エネルギの浪費および他の動作時の損失を引き起こし得る。例えば、そのような漏れは、空気駆動工具が効率的に機能しないという結果をもたらすシステム圧力の降下を引き起こし、それによって生産に悪い影響を与え得る。もし流体が、発電所においてエネルギを送るのに使用されれば、エネルギは、漏れを通じて大気中に散逸し、毎年かなりのエネルギを無駄にし得る。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的に従って、本明細書中において具現化および広範囲に記載されるように、バルブが閉じた状態にあるときに弁座部を通じて流体が漏れているかどうかを判定するための装置の実施形態は、これに関しては、弁座部と、上記弁座部と共に流体シールを形成するためのディスクまたはプラグと、上記弁座部に対して上記ディスクまたはプラグを駆動させるためのステムと、外面を有するバルブ本体と、を備えるバルブと、上記バルブの上記外面と振動接触するように（in vibrational contact with）配置された音響送信トランスデューサであって、選択された電圧信号よって励起されたときに上記バルブ本体において振動を生成するための音響送信トランスデューサと、上記バルブの上記外面と振動接触するように配置された音響受信部であって、上記バルブ本体において誘導された振動を受けてかつ受けた上記振動を電圧に変換するための音響受信部と、上記音響送信トランスデューサと電気通信する周波数掃引生成部であって、選択された周波数範囲内に周波数を有する選択された励起電圧信号を生成するための周波数掃引生成部と、上記周波数掃引生成部によって生成された上記選択された周波数範囲内の上記周波数をトラッキングする中心周波数を有し、かつ選択された周波数帯域幅を有する狭帯域バンドパストラッキングフィルタであって、上記音響受信部から電圧を受けかつ上記電圧をフィルタリングするための、狭帯域バンドパストラッキングフィルタと、上記周波数掃引生成部および上記狭帯域バンドパストラッキングフィルタを制御するための、上記狭帯域バンドパストラッキングフィルタからの上記フィルタリングされた電圧を保存するための、閉じた状態において上記バルブの少なくとも２つの音響共振スペクトルを生成するための、かつそれらの間に違いがあるかどうかを判定するために少なくとも２つの生成された上記音響共振スペクトルを比較するための、マイクロコントローラと、を含む。
【０００７】
本発明の別の態様において、本発明の目的に従って、本明細書中において具現化および広範囲に記載されるように、バルブが閉じた状態にあるときに前記バルブの弁座部を通じて流体が漏れているかどうかを判定するための方法の実施形態は、これに関しては、弁座部と、上記弁座部と共に流体シールを形成するためのディスクまたはプラグと、上記弁座部に対して上記ディスクまたはプラグを駆動させるためのステムと、外面を有するバルブ本体と、を備える上記バルブにおいて、上記バルブの上記外面と振動接触するように配置されかつ周波数掃引生成部によって駆動される音響送信トランスデューサから、選択された周波数範囲内の選択された周波数を有する振動を生成するステップと、上記バルブの上記外面と振動接触するように配置された音響受信部を使用して、上記バルブ本体において誘導された共振振動を受け、かつ受けた上記振動を電圧に変換するステップと、上記電圧を受け、かつ選択された励起周波数を上記選択された周波数範囲内においてトラッキングする中心周波数を有する狭帯域バンドパストラッキングフィルタを使用して、上記電圧をフィルタリングするステップと、上記フィルタリングした電圧を保存し、それによって上記バルブの音響共振スペクトルが生成されかつ保存される、ステップと、上記バルブの上記生成された音響共振スペクトルを、上記バルブに対して閉じた状態で得られた少なくとも１つの他の音響共振スペクトルと比較するステップと、生成された上記音響共振スペクトルと少なくとも１つの上記他の音響共振スペクトルとの間に違いがあるかどうかを判定するステップと、を含む。
【０００８】
本発明のさらに別の態様において、本発明の目的に従って、本明細書中において具現化および広範囲に記載されるように、他の容器と外見が類似するかまたは同一である容器が、それに類似するかまたは同一であるかどうか、そしてそれと類似の流体を収容しているかどうかを判定するための方法の実施形態は、これに関しては、上記容器において、上記容器の外面と振動伝達されるように（in vibrational communication with）配置されかつ周波数掃引生成部によって駆動される音響送信トランスデューサから、選択された周波数範囲内の選択された周波数を有する振動を生成するステップと、上記容器の上記外面と振動伝達されるように配置された音響受信部を使用して、上記容器において誘導された共振振動を受け、かつ受けた上記振動を電圧に変換するステップと、上記電圧を受け、かつ選択された励起周波数を上記選択された周波数範囲内においてトラッキングする中心周波数を有する狭帯域バンドパストラッキングフィルタを使用して、上記電圧をフィルタリングするステップと、フィルタリングした上記電圧を保存し、それによって上記容器の音響共振スペクトルが生成される、ステップと、上記容器の生成された上記音響共振スペクトルを、上記他の容器に対して得られた少なくとも１つの他の音響共振スペクトルと比較するステップと、生成された上記音響共振スペクトルと少なくとも１つの上記他の音響共振スペクトルとの間に違いがあるかどうかを判定するステップと、を含む。
【０００９】
本発明のさらに別の態様において、本発明の目的に従って、本明細書中において具現化および広範囲に記載されるように、カバーフランジと、ボルトおよびナットまたはクランプによって固定されたパイプに取り付けられたフランジとを備えた、容器の中の流体にアクセスするためのシールフランジの締付け具合を判定するための方法の実施形態は、これに関しては、上記シールフランジと、上記ナットおよびボルトまたは上記クランプと、上記パイプと、上記容器とにおいて、上記パイプまたは上記容器の外面と振動伝達されるように配置されかつ音響周波数掃引生成部によって駆動される音響送信トランスデューサを使用して、選択された周波数範囲内において選択された周波数を有する振動を生成するステップと、上記パイプまたは上記容器の上記外面と振動接触するように配置された音響受信部を使用して、上記シールフランジ、上記ナットおよびボルトまたは上記クランプ、上記パイプ、および上記容器において誘導されかつ結合された共振振動を受け、かつ受けた上記振動を電圧に変換するステップと、上記電圧を受け、かつ前記電圧を、選択された励起周波数を上記選択された周波数範囲内においてトラッキングする中心周波数を有する狭帯域バンドパストラッキングフィルタを使用して、フィルタリングするステップと、フィルタリングした上記電圧を保存し、それによって上記シールフランジ、上記ナットおよびボルトまたは上記クランプ、上記パイプ、および上記容器の組み合わせの音響共振スペクトルが生成される、ステップと、上記シールフランジ、上記ナットおよびボルトまたは上記クランプ、上記パイプ、および上記容器の組み合わせの上記周波数範囲を含む上記生成された音響共振スペクトルを、上記シールフランジ、上記ナットおよびボルトまたは上記クランプ、上記パイプ、および上記容器の組み合わせに対して得られた少なくとも１つの他の音響共振スペクトルと比較するステップと、生成された上記音響共振スペクトルと少なくとも１つの上記他の音響共振スペクトルとの間に違いがあるかどうかを判定するステップと、を含む。
【００１０】
本発明の恩恵および利点には、限定されないが、流体を通すために開かれその後閉じられるバルブなど、セットポイント（set point）から離れて配置されて元の位置に戻される必要がある内部のまたは外部の構成要素を有する任意の機械装置または構造に適用できる音響共振法（acoustic resonance spectroscopy）を用いた装置および方法であって、元の位置からの逸脱の測定を非侵襲的に提供するための、かつ、異なる流体または材料で満たされた密閉容器などの、外側から同一に見えるが外側または内側でわずかに相違し得る複数の対象物を分類または一緒のグループにする（grouping together）ための、装置および方法を提供することが、含まれる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許