CN108195574A - 一种控制阀阀位异常震荡实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制阀阀位异常震荡实验方法。该方法为先由控制阀测试管路系统对待测控制阀提供模拟工况条件的测试环境；再由信号测量装置测量该工况下的控制阀管路系统的管路信号；信号采集与发送装置将管路信号传送至震荡诊断软件系统，由震荡诊断软件系统对管路信号进行处理，得到阀位波动值Kδ，将阀位波动值Kδ与阈值Ω进行比较，判断控制阀阀位是否异常震荡。本发明通过采集控制阀在不同压差下的多开度的阶跃激励的响应阀位，准确的模拟用户现场的工况点，对测试阀在工况下是否出现阀位异常震荡进行测试，进一步丰富了控制阀出场动态测试的内容，对于控制阀厂商的产品设计具有重大意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制阀阀位异常震荡实验方法。
背景技术
控制阀通常用于连续控制不同管道和工艺过程中的液体流或气体流。在工业中比如纸浆造纸、石油化工、炼油工业中,不同类型的控制阀安装在各种设备的管道中来控制物料流。物料流包含流体、液体。控制阀通常与执行机构相连接,所述执行机构使得阀芯运动到完全打开位置与完全闭合位置之间的期望的打开位置。执行机构通常由阀门定位器控制，阀门定位器接收由位置传感器采集回的阀位信号与设定信号作对比，通过一定的算法来控制控制阀的开启程度。
在控制阀应用现场发现，在严酷工况下，控制阀阀位会发生震荡，造成工艺参数大幅度改变。对于石化化工产品的质量，造成剧烈影响，导致产品合格率下降以及一定的经济损失。对于核电应用领域，会造成反应堆冷凝水不足，存在巨大的安全隐患。在实际工况中，不可避免的要考虑到震荡的影响并且力求避免。
目前，目前国内核电控制阀研发过程中仅有空载即现场应用前的静态和个别核电项目要求的动态测试，但都没有提出过工况条件下动态定位控制性能要求，也没有相关检测与诊断标准，经常导致在试车和应用中才发现这些严重技术问题而返工。即控制阀厂家在出厂前对与控制阀所进行的测试大多为静态测试，缺少必要的动态测试，而控制阀恶劣工况条件下控制阀阀位是否会发生异常震荡是必不可少的动态测试内容。
发明内容
针对上述现有技术的概况以及应用现场所遇到的实际困难，本发明的目的在于提供一种控制阀阀位异常震荡实验方法。
所述的一种控制阀阀位异常震荡实验方法，基于控制阀阀位异常震荡实验装置，其特征在于该震荡实验方法包括：
1)根据实验要求，通过控制阀测试管路系统对待测的控制阀提供若干个有负载运行的模拟工况的测试环境；
2)通过预置在控制阀测试管路系统上的信号测量装置测量每个模拟工况下的控制阀管路系统的管路信号；
3)由信号采集与发送装置对步骤2)采集的管路信号进行采集、保存并传送至震荡诊断软件系统；
4)由震荡诊断软件系统对接收到的管路信号进行处理，得到控制阀在每个模拟工况下的反馈阀位Ki的阀位波动值Kδ；
5)将步骤4)得到的阀位反馈Ki的阀位波动值Kδ与震荡诊断软件系统中储存的阈值Ω进行比较，判断控制阀阀位是否异常震荡。
所述的一种控制阀阀位异常震荡实验方法，其特征在于控制阀阀位异常震荡实验装置包括控制阀测试管路系统、信号测量装置、信号采集与发送装置及震荡诊断软件系统，所述控制阀测试管路系统包括通过连接管道依次连接的多级离心泵、控制阀前截止阀、待测控制阀及控制阀后截止阀，多级离心泵与控制阀前截止阀之间的连接管道上设有泄压回路，待测控制阀上设有智能定位器；
所述信号测量装置包括设置在待测控制阀上游侧的上游侧流体压力传感器、设置在待测控制阀下游侧的下游侧流体压力传感器、流体流量变送器及设置在智能定位器上设有阀位反馈传感器，流体流量变送器设置在控制阀前截止阀与待测控制阀之间；
所述信号采集与发送装置与信号测量装置和待测控制阀上的智能定位器连接，震荡诊断软件系统与信号采集与发送装置连接。
所述的一种控制阀阀位异常震荡实验方法，其特征在于采集控制阀管路系统的管路信号包括：
预置在待测控制阀上游侧的上游侧流体压力传感器采集的控制阀阀前压力信号P1；
预置在待测控制阀下游侧的下游侧流体压力传感器采集的控制阀阀后压力信号；
预置在管路中的流体流量变送器采集的通过待测控制阀的流体流量信号Q；
预置在待测控制阀智能定位器上的阀位反馈传感器实时采集的反馈阀位Ki。
所述的一种控制阀阀位异常震荡实验方法，其特征在于具体包括如下：
1)根据用户所要求的工况点，通过震荡实验软件系统给待测控制阀设定一个开度，同时保持控制阀前截止阀全开，控制阀后截止阀开到接近全关的开度，调节泄压回路，使控制阀阀前压力达到工况点的压力值，此时待测控制阀运行在一个相对较低的压差条件下，在这种情况下运行一段时间，并采集如上所述的控制阀阀前压力P1，控制阀阀后压力P2，流体流量Q和反馈阀位Ki；
2)保持当前的控制阀开度不变，控制阀前截止阀和泄压回路同样一直保持不变，逐渐增大控制阀后截止阀开度，待测控制阀压差增大，在压差增大的过程中，保持在每一个压差值下稳定运行一段时间，并分别采集如上所述的控制阀阀前压力P1，控制阀阀后压力P2，流体流量Q和反馈阀位Ki；
3)保持当前的控制阀开度不变，控制阀前截止阀和泄压回路同样一直保持不变，控制阀后截止阀开度为全开，此时，待测控制阀压差达到当前运行条件下的最大值，稳定运行一段时间，并采集如上所述的控制阀阀前压力P1，控制阀阀后压力P2，流体流量Q和反馈阀位Ki；
4)通过震荡实验软件系统改变待测控制阀开度到新的工况点所要求的阀位，重新执行步骤1～3；
5)将每一次采集到的管路信号与待测控制阀的控制信号通过信号采集与发送装置发送给震荡诊断软件系统，由震荡诊断软件系统对接收到的管路信号按公式(1)、公式(2)进行处理，得到控制阀在每个模拟工况下的反馈阀位Ki的阀位波动值Kδ；
其中Ki是在i时刻所采集到的反馈阀位，N是一定时间内以一定的采样频率所采集的反馈阀位Ki的个数，Kavg是N个采样时刻所采集到的反馈阀位Ki的平均值，Kδ为所得的反馈阀位Ki的波动大小，将一定工况一定设定开度下的一定时间内的N个采样点计算的到的Kδ值与所储存阈值Ω比较，若大于阈值则认定在此工况条件下发生了震荡，反之则为正常运行状态。
所述的一种控制阀阀位异常震荡实验方法，其特征在于每个阈值Ω的确定由正常工况下的反馈阀位Ki计算所得。
本发明的原理为，当控制阀处于较为恶劣的工况条件下时，受到较高压差以及高温影响，导致执行器输出力F的力平衡发生变化，力平衡方程如下：
F＝Ft+Fo+Ff+Fw
其中Ft为作用在阀芯上的不平衡力，Fo为预紧力，Ff为阀杆所受的摩擦力，Fw为阀芯各活动部件的重力。在恶劣工况下，不平衡Ft的方向会发生改变，导致力平衡被破坏。在控制系统的作用下向薄膜气室内充气，从新达到平衡。但由于此时的恶劣工况并没有改变，不平衡Ft的方向再次改变。此过程不断重复，造成阀位异常震荡。通过一段时间内阀位震荡的波动与阈值比较判断是否发生异常震荡。
与现有技术相比较，本发明提出的一种控制阀阀位异常震荡实验方法，采用在不同给定压差以及开度下对控制阀的给定阀位与控制阀反馈阀位进行特征提取，有效判定了控制阀在工况条件下可能发生震荡的压差以及开度，填补了控制阀出场动态实验的不足。
附图说明
图1是本发明的控制阀阀位异常震荡实验装置结构示意图；
图2是本发明实施例阀位震荡图。
图中：1-多级离心泵，2-泄压回路，3-控制阀前截止阀，4-流体流量变送器，5-待测控制阀，6-上游侧流体压力传感器，7-下游侧流体压力传感器，8控制阀后截止阀，9-信号采集与发送装置，10-震荡诊断软件系统。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的实施方式进行说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
图1为本发明的控制阀阀位异常震荡实验方法原理图，基于控制阀阀位异常震荡实验装置，该控制阀阀位异常震荡实验装置包括所用的控制阀测试管路系统、信号测量装置、信号采集与发送装置9及震荡诊断软件系统10；
所述控制阀测试管路系统用于对待测控制阀5提供一个有负载(有介质流过)运行的测试环境，它包括通过连接管道依次连接的多级离心泵1、控制阀前截止阀3、待测控制阀5及控制阀后截止阀8，多级离心泵1与控制阀前截止阀3之间的连接管道上设有泄压回路2，该控制阀测试管路系统中，多级离心泵1为管路中输送流体介质的设备；泄压回路2用于调节控制阀前截止阀3的上游侧压力；待测控制阀5为带有智能定位器的流体节流设备；控制阀前截止阀3和控制阀后截止阀8为流体节流设备，分别用于调节待测控制阀5的阀前压力和阀后压力；
所述信号测量装置安装在控制阀测试管路系统中，用于对管路运行信号测量，它包括设置在待测控制阀5上游侧的上游侧流体压力传感器6、设置在待测控制阀5下游侧的下游侧流体压力传感器7、流体流量变送器4及设置在智能定位器上的阀位反馈传感器；流体流量变送器4设置在控制阀前截止阀3与待测控制阀5之间；
所述信号采集与发送装置9与信号测量装置和待测控制阀5上的定位器连接，用于采集测量的管路信号与发送待测控制阀5的控制信号，信号采集与发送装置9为NationalInstruments公司的带控制器的数据采集系统，包括采集机箱、控制器、数据采集板卡和电源模块；
所述震荡诊断软件系统10通过网络的方式与信号采集与发送装置9连接，用于保存采集信号及分析处理信号，所述震荡诊断软件系统10为基于LABVIEW编写的震荡实验软件，包括了数据采集命令发送、控制阀控制信号发送、数据保存和数据处理分析等功能。
实施例：在本发明的实施例中，包括：
通过预置在管路上的传感器采集待测控制阀管路系统的管路信号，包括：
预置在待测控制阀5上游侧的上游侧流体压力传感器6，用于采集控制阀阀前压力信号P1；
预置在待测控制阀5下游侧的下游侧流体压力传感器7，用于采集控制阀阀后压力信号P2；
预置在管路中的流体流量变送器4，用于采集通过待测控制阀5的流体流量信号Q；
预置在待测控制阀5智能定位器上的阀位反馈传感器实时采集反馈阀位Ki；
如图所示，本发明的控制阀阀位异常震荡实验方法包括信号采集步骤及信号发步骤，具体包括如下：
步骤1：
1)根据用户所要求的工况点，通过震荡实验软件系统给待测控制阀5设定一个开度，同时保持控制阀前截止阀3全开，控制阀后截止阀8开到接近全关的开度，调节泄压回路2，使控制阀阀前压力达到工况点的压力值，此时待测控制阀5运行在一个相对较低的压差条件下，在这种情况下运行一段时间，并采集如上所述的控制阀阀前压力P1，控制阀阀后压力P2，流体流量Q和反馈阀位Ki；
步骤2：保持当前的控制阀开度不变，控制阀前截止阀3和泄压回路2同样一直保持不变，逐渐增大控制阀后截止阀8开度，待测控制阀5压差增大，在压差增大的过程中，保持在每一个压差值下稳定运行一段时间，并分别采集如上所述的控制阀阀前压力P1，控制阀阀后压力P2，流体流量Q和反馈阀位Ki；
步骤3：保持当前的控制阀开度不变，控制阀前截止阀3和泄压回路2同样一直保持不变，控制阀后截止阀8开度为全开，此时，待测控制阀5压差达到当前运行条件下的最大值，稳定运行一段时间，并采集如上所述的控制阀阀前压力P1，控制阀阀后压力P2，流体流量Q和反馈阀位Ki；
步骤4：通过震荡实验软件系统改变待测控制阀5开度到新的工况点所要求的阀位，重新执行步骤1～3；
每一次采集到的管路信号与待测控制阀5的控制信号通过信号采集与发送装置9发送给震荡诊断软件系统10，震荡诊断软件10对数据处理方式如下：
阀位波动Kδ计算方式如下：
其中Ki是在i时刻所采集到的反馈阀位，N是一定时间内以一定的采样频率所采集的反馈阀位Ki的个数，Kavg是N个采样时刻所采集到的反馈阀位Ki的平均值，Kδ为所得的反馈阀位Ki的波动大小，将一定工况一定设定开度下的一定时间内的N个采样点计算的到的Kδ值与所储存阈值Ω比较，若大于阈值则认定在此工况条件下发生了震荡，反之则为正常运行状态，本发明所储存的每个阈值Ω的确定由正常工况下的反馈阀位Ki计算所得。
与现有技术相比较，本发明提出的一种控制阀阀位异常震荡实验方法，采用在不同给定压差以及开度下对控制阀的给定阀位与控制阀反馈阀位进行特征提取，有效判定了控制阀在工况条件下可能发生震荡的压差以及开度，填补了控制阀出厂前动态实验的不足。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (5)
1.一种控制阀阀位异常震荡实验方法，基于控制阀阀位异常震荡实验装置，其特征在于该震荡实验方法包括：
1)根据实验要求，通过控制阀测试管路系统对待测的控制阀(5)提供若干个有负载运行的模拟工况的测试环境；
2)通过预置在控制阀测试管路系统上的信号测量装置测量每个模拟工况下的控制阀管路系统的管路信号；
3)由信号采集与发送装置(9)对步骤2)采集的管路信号进行采集、保存并传送至震荡诊断软件系统(10)；
4)由震荡诊断软件系统(10)对接收到的管路信号进行处理，得到控制阀(5)在每个模拟工况下的反馈阀位Ki的阀位波动值Kδ；
5)将步骤4)得到的阀位反馈Ki的阀位波动值Kδ与震荡诊断软件系统(10)中储存的阈值Ω进行比较，判断控制阀阀位是否异常震荡。
2.根据权利要求1所述的一种控制阀阀位异常震荡实验方法，其特征在于控制阀阀位异常震荡实验装置包括控制阀测试管路系统、信号测量装置、信号采集与发送装置(9)及震荡诊断软件系统(10)，所述控制阀测试管路系统包括通过连接管道依次连接的多级离心泵(1)、控制阀前截止阀(3)、待测控制阀(5)及控制阀后截止阀(8)，多级离心泵(1)与控制阀前截止阀(3)之间的连接管道上设有泄压回路(2)，待测控制阀(5)上设有智能定位器；
所述信号测量装置包括设置在待测控制阀(5)上游侧的上游侧流体压力传感器(6)、设置在待测控制阀(5)下游侧的下游侧流体压力传感器(7)、流体流量变送器(4)及设置在智能定位器上设有阀位反馈传感器，流体流量变送器(4)设置在控制阀前截止阀(3)与待测控制阀(5)之间；
所述信号采集与发送装置(9)与信号测量装置和待测控制阀(5)上的智能定位器连接，震荡诊断软件系统(10)与信号采集与发送装置(9)连接。
3.根据权利要求2所述的一种控制阀阀位异常震荡实验方法，其特征在于采集控制阀管路系统的管路信号包括：
预置在待测控制阀(5)上游侧的上游侧流体压力传感器(6)采集的控制阀阀前压力信号P1；
预置在待测控制阀(5)下游侧的下游侧流体压力传感器(7)采集的控制阀阀后压力信号(P2)；
预置在管路中的流体流量变送器(4)采集的通过待测控制阀(5)的流体流量信号Q；
预置在待测控制阀(5)智能定位器上的阀位反馈传感器实时采集的反馈阀位Ki。
4.根据权利要求3所述的一种控制阀阀位异常震荡实验方法，其特征在于具体包括如下：
1)根据用户所要求的工况点，通过震荡实验软件系统给待测控制阀(5)设定一个开度，同时保持控制阀前截止阀(3)全开，控制阀后截止阀(8)开到接近全关的开度，调节泄压回路(2)，使控制阀阀前压力达到工况点的压力值，此时待测控制阀(5)运行在一个相对较低的压差条件下，在这种情况下运行一段时间，并采集如上所述的控制阀阀前压力P1，控制阀阀后压力P2，流体流量Q和反馈阀位Ki；
2)保持当前的控制阀开度不变，控制阀前截止阀(3)和泄压回路(2)同样一直保持不变，逐渐增大控制阀后截止阀(8)开度，待测控制阀(5)压差增大，在压差增大的过程中，保持在每一个压差值下稳定运行一段时间，并分别采集如上所述的控制阀阀前压力P1，控制阀阀后压力P2，流体流量Q和反馈阀位Ki；
3)保持当前的控制阀开度不变，控制阀前截止阀(3)和泄压回路(2)同样一直保持不变，控制阀后截止阀(8)开度为全开，此时，待测控制阀(5)压差达到当前运行条件下的最大值，稳定运行一段时间，并采集如上所述的控制阀阀前压力P1，控制阀阀后压力P2，流体流量Q和反馈阀位Ki；
4)通过震荡实验软件系统改变待测控制阀(5)开度到新的工况点所要求的阀位，重新执行步骤1～3；
5)将每一次采集到的管路信号与待测控制阀5的控制信号通过信号采集与发送装置(9)发送给震荡诊断软件系统(10)，由震荡诊断软件系统(10)对接收到的管路信号按公式(1)、公式(2)进行处理，得到控制阀(5)在每个模拟工况下的反馈阀位Ki的阀位波动值Kδ；
其中Ki是在i时刻所采集到的反馈阀位，N是一定时间内以一定的采样频率所采集的反馈阀位Ki的个数，Kavg是N个采样时刻所采集到的反馈阀位Ki的平均值，Kδ为所得的反馈阀位Ki的波动大小，将一定工况一定设定开度下的一定时间内的N个采样点计算的到的Kδ值与所储存阈值Ω比较，若大于阈值则认定在此工况条件下发生了震荡，反之则为正常运行状态。
5.根据权利要求1或4所述的一种控制阀阀位异常震荡实验方法，其特征在于每个阈值Ω的确定由正常工况下的反馈阀位Ki计算所得。
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| CN109668723A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-04-23 | 浙江工业大学 | 调节阀汽蚀诊断系统及其诊断方法 |
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Application publication date: 20180622 Assignee: Wuzhou Wanshun Forging Machine Tool Factory Co.,Ltd. Assignor: JIANG University OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980054147 Denomination of invention: An Experimental Method for Abnormal Vibration of Control Valve Position Granted publication date: 20191210 License type: Common License Record date: 20231226 |
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