CN108227670A - 一种控制阀气蚀诊断装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制阀气蚀诊断装置及方法，该装置包括对被测控制阀阀前阀后流体压力的测量计算，包括对被测控制阀阀前阀后流体压力变动的测量计算，通过对比阀前阀后流体压力变动的大小确定被测控制阀是否发生气蚀，该方法结构简单，实时性却极高，可用于对控制阀的在线诊断，诊断准确，效率高。极大的满足了控制阀气蚀故障的日常检测和维护需求。

Description

一种控制阀气蚀诊断装置及方法

技术领域

发明涉及一种气蚀诊断装置，该气蚀诊断装置用于判断控制阀阀体内部是否发生气蚀。

背景技术

在控制阀中，由于气蚀现象（即流体中的压力降低而产生泡沫破裂的现象）产生噪声和振动，并且在最坏的情况下导致阀体和阀后管道被损坏。这个问题对于控制阀是非常常见的。 另外，该气蚀发生在流路变窄的部位，控制阀是通过阀体可变来控制开闭的节流部，由于该节流部导致流体的压力损失，因此，在控制阀中，需要不断地诊断在线产生气蚀现象并在早期处理以防止气蚀的发生而造成严重的损害。

目前已知的汽蚀诊断方法中，有用于检测阀开度的定位器和用于检测振动值的振动加速度计，用于检测阀前流体压力的压力计,控制阀侧的差压计用于测量控制阀的阀前液压和阀后液压之间的压差作为阀压差，基于阀压力差的压差计和阀前饱和水蒸汽压力，并根据气蚀系数计算得到的气蚀系数和振动加速度计的振动值以及阀门开度值，对气蚀系数计算单元进行综合评估，确定是否有气蚀产生。

以上方法能够使用由气蚀系数计算部计算出的气蚀系数来判断控制阀是否发生气蚀。 例如，以阀压差作为参数，对于每个阀开度，确定是否存在气蚀的阈值，将与测量时的阀压差和阀开度相对应的阈值与气蚀系数,当气蚀系数超过阈值时，判定在控制阀中发生气蚀。将该诊断方法称为气蚀系数诊断方法。

然而，根据上述的气蚀系数诊断方法，需要通过改变阀开度和压力条件来实验性地确定用于判断是否发生气蚀的阈值，并将其准备为数据表,准备数据表需要劳动力，并且由于要求诊断的准确性，所以需要更大容量的存储器。而且，如果控制阀的阀门类型和特性改变，数据表也必须改变，所以不可能成为通用诊断气蚀的方法。另外，由于气蚀状态也随着水温，水质等流体状态而变化，所以即使在相同的压力条件下也难以再现气蚀状态，所以难以高精度地进行气蚀的诊断。

发明内容

本发明是为了解决这样的技术问题而完成的，其目的在于提供一种不使用数据表就能够高精度地以通用的方式诊断气蚀的诊断装置。并应用于控制阀气蚀在线实时诊断。

本发明为了实现上述目的，用于诊断控制阀阀体的气蚀发生的装置，阀前的流体压力检测装置，用于检测阀后流体压力的检测装置，阀后的流体压力检测装置用于检测所述控制阀阀后流体压力，阀前流体压力检测装置是检测阀前预定时段内压力变化量计算装置，用于计算所述变化的大小，阀后流体压力变动计算装置是阀后压力检测装置，用于检测阀后流体压力在预定时段内计大小算变化的结果，通过比较阀前的流体压力变动大小的变化和阀后流体压力的波动,在气蚀判定单元确定是否产生气蚀。

根据本发明，算出规定时间内的阀前流体压力变动的大小，算出规定时间内的阀后流体压力变动的大小,并且基于计算出的阀前流体压力变动的大小和阀后流体压力变动的大小的比较结果，判定在阀体内部是否发生了气蚀。 例如，阀后流体压力变动的大小大于阀前流体的压力的变动的大小的情况下，判断为阀体内部产生了气蚀。

在本发明中，如果阀门开度变化影响流体压力损失，则控制阀阀前流体压力变化的大小和阀后流体压力变化的大小来判断调节阀是否发生汽蚀。

根据本发明，将控制阀阀前流体压力波动的大小与阀后流体压力波动的大小进行比较，并且基于比较结果判断阀体内部是否发生气蚀,可以根据气蚀系数诊断方法的要求来消除数据表，并且可以解决用于准备数据表的工作和需要大容量存储器的问题。另外，无论控制阀的阀门类型和特性如何不同，都可以普遍进行气蚀诊断。 另外，无论水温，水质等流体的状态如何，都能够高精度地诊断气蚀。

附图说明

图1是本发明中所用薄膜气动调节阀结构图。

图2是本发明的气蚀诊断装置的控制阀的气蚀诊断系统的一个实施方式的图。

图3是表示气蚀诊断装置的硬件构成的概要的图。

图4根据控制阀的阀前和阀后的流体压力的测量结果获得的阀前的流体压力和阀后的流体压力之间的压力差ΔP和通过对对阀前和阀后的流体压力的变化 和波动水平（PFL）。

图5是表示根据气蚀诊断装置的CPU执行的气蚀诊断程序的处理动作的流程图。

图6是表示预定期间T内的阀前流体压力P1的采样例的图

图7是气蚀诊断装置的主要部分的功能框图。

具体实施方式

在图1中表示了一个完整的控制阀结构，图中上半部分为控制阀执行机构部分，下半部分为控制阀阀体部分，而工业生产运行中控制阀发生气蚀的部位主要为阀体部分，将所述控制阀接在带有流体的管道中。

在图2中，标记1是设置在流体流通管路中间的调节阀，标记2是检测调节阀1阀前压力P1的阀前压力检测器，标记3是阀后流体压力检测器，标记4是检测由阀前流体压力检测器2检测到的阀前流体压力P1和由阀后流体压力检测器3检测到的阀后流体压力P2的阀后流体压力检测器并判断调节阀1是否发生气蚀现象。在本实施方式中，气蚀诊断装置4的构成部件也包含阀前流体压力检测器2和阀后流体压力检测器3。

图3表示出了气蚀诊断设备4的硬件配置。在图中，标号4-1是CPU，4-2是RAM，4-3是ROM，4-4是存储装置，4-5,4-6是接口。CPU4-1通过接口4-5取入控制阀1的阀前液压P1和阀后液压P2，并在访问RAM 4-2的同时将其存储在ROM4-3和存储装置4-4中。

在存储装置4-4中，作为本实施方式特有的程序，使用控制阀1的阀前流体压力P1和阀后流体压力P2来判断调节阀1是否发生了气蚀存储气蚀诊断程序。该气蚀现象诊断程序例如以记录在CD-ROM等记录介质中的状态被提供，从该记录介质读取并安装到存储装置4-4中。

在该气蚀诊断程序中，根据以下的实验结果得到用于判断有无气蚀的诊断原理。

当气蚀发生时，随着气泡产生和塌陷，产生大的压力波。因此，关注调节阀阀后流体的压力波动，通过对发生气蚀情况下的流体压力变动与发生气蚀的情况比较，无法判定气蚀的发生我们对这个估计进行了示范测试。

作为测试方法，使用两个压力传感器，测量控制阀的阀后和阀前的流体压力，并计算各个流体压力波动。结果如图4所示。在图4中，横轴表示阀前流体压力与阀后流体压力之间的压力差ΔP（MPa），纵轴表示通过使阀前和阀后流体压力的波动对数化而得到的压力变动水平（PFL） “●”表示阀前的流体压力变动，“○”表示阀后的流体压力变动。

根据图4所示的结果，从一定的压力差ΔP（本例中为0.3MPa左右），阀前的PFL和阀后的PFL的大小相反，阀后的PFL比阀前的PFL高，据了解，它正在增长。此时可以说，PFL两点的大小关系与由麦克风测得的声压级判断的气蚀发生情况相关，并且量化了气蚀的发生情况。由此可以看出，当阀后的流体压力的波动的大小大于阀前流体压力波动的大小时，可以判断在控制阀中发生了气蚀。

下面将参照图5所示的流程图来描述根据存储在存储装置4-4中的气蚀诊断程序由CPU4-1执行的处理操作。该处理操作以预定周期重复执行。

首先，根据气蚀诊断程序，CPU4-1读取由阀前压力检测器2检测出的控制阀1的阀前侧流体压力P1（步骤S101）。 同样，读取由阀后压力检测器3检测出的调节阀1的阀后侧的流体压力P2（步骤S102）。

然后，基于目前为止读取的最新的N个阀前流体压力P1，即从以预定周期采样的最近N个阀前流体压力P1，获取由采样数量和采样周期限定的预定时间段T中的阀前液压P1的波动的大小p1（步骤S103）。

同样地，由取样编号和从迄今为止读取的最近的N个阀后压力P2（即以预定周期采样的最近的N个阀后压力P2 然后，计算规定期间T内的阀后侧的流体压力P2的变动的大小p2（步骤S104）。

类似地，图6示出了在预定时间段T内的阀前流体压力P1的采样示例，在该例子中，规定期间T内对阀前流体压力Pl1〜Pl6的六个阀前流体压力P1进行采样在这种情况下，CPU4-1通过下面的等式（1）来计算预定时间段T阀前流体压力P1的波动的大小p1。

……………………(1)

在式（1）中，P1_AV是规定期间T内的阀前流体压力P1的平均值（平均流体压力），N是规定期间T内的阀前侧流体压力P1的采样次数。也以相同的方式计算在预定时间段T内的阀后流体压力P2的波动的大小p2。

接下来，CPU 4-1计算在步骤S103中计算出的规定期间T内的阀前流体压力P1的变动的大小p1和在步骤S104中计算出的规定期间T内的阀后流体压力P2的变动的大小 p2（步骤S105）。

在此，在阀后流体压力P2的变动的大小p2比阀前流体压力P1的变动的大小p1大的情况下（步骤S105：是），CPU4-1判断为控制阀1发生了气蚀（步骤S106），并输出诊断结果。

另一方面，如果阀后流体压力P2的波动的大小p2等于或小于阀前流体压力P1的波动的大小p1（步骤S105的“否”），则CPU4-1判断为控制阀1未发生了气蚀（步骤S107），输出诊断结果。

注意，可以在显示器（未示出）等上显示指示由CPU4-1输出的气蚀的发生的存在或不存在的诊断结果，或者可以通过扬声器通知。通过改变调节阀1的操作方法，可以延长调节阀1的使用寿命。

如上所述，当发生气蚀并且气泡破裂时，产生非常大的压力波。在调节阀中，连续接收压力波并且阀体被损坏的情况很多。响应于由于气蚀的发生而引起的调节阀的损坏，传统上，控制阀被改变为不容易引起气蚀的结构，或者通过增加维护的频率。 另一方面，根据本实施方式，通过自动诊断气蚀的发生，能够在早期阶段检测气蚀的发生，因此能够将控制阀变更为难以发生气蚀的结构，可以在不增加维护频率的情况下延长控制阀的使用寿命。

此外，根据本实施例，基于调节阀1阀前流体压力的波动大小p1与阀后流体压力的波动大小p2之间的比较结果，在调节阀1中发生气蚀没有必要提供气蚀系数诊断方法所要求的数据表，并且不需要准备大容量的数据表和存储器，并且控制阀的开度不是必须的信息。 而且，不管控制阀的阀门类型和特性的差异如何，都可以以通用的方式诊断气蚀现象。另外，无论水温，水质等流体的状态如何，都能够高精度地诊断气蚀。

在上述实施方式中，虽然诊断了控制阀1的气蚀现象，但即使在不具有可变地控制开闭阀体的节流孔等流路中的节流部的情况下，根据诊断原理可以判断是否存在气蚀现象。也就是说，可以判断处理流体的设备和设备中的流体压力损失部分是否发生了气蚀。

在上述实施方式中，在规定期间T内，阀前流体压力P1的变动的大小p1和阀后流体压力P2的变动的大小p2根据采样到的流体压力的平均值，然而每个采样流体压力的最大值和最小值之间的差值可以作为每个流体压力的波动的大小来获得，也可以与式（1）根据方程得出。

作为参考，图7表示出了上述实施方式中气蚀诊断装置4的主要部分的功能框图，气蚀诊断装置4具有检测调节阀1阀前流体压力P1的阀前流体压力检测器2,和具有检测调节阀1阀后流体压力的P2的阀后流体压力检测器3，以及4A阀前流体压力变动计算部在T时间段内阀前流体压力P1的波动大小p1，和阀后流体压力变动计算部4B计算的T时间段内阀后流体压力P2变动大小p2。在气蚀判断部4C中当调节阀1中产生了气蚀阀后流体压力变动量p2大于阀前流体压力的变动量p1时判断气蚀发生。

Claims (5)

1.一种控制阀气蚀诊断装置，用于诊断控制阀阀体部分是否发生气蚀，其特征在于：包括：

控制阀阀前流体压力检测装置，用于检测控制阀阀前的流体压力;

控制阀阀后流体压力检测单元，其检测所述控制阀阀后的流体压力;

阀前流体压力变动计算单元，计算规定期间内由阀前压力检测单元检测出的阀前压力的变动的大小;

阀后流体压力变动计算单元，计算所述规定期间内由所述阀后流体压力检测单元检测出的阀后流体压力的变动的大小;

比较由阀前流体压力变化计算装置计算的阀前压力的波动幅度与由阀后流体压力变化计算装置计算的阀后流体压力波动幅度并基于比较结果来确定阀体是否发生气蚀的气蚀诊断装置。

2.根据权利要求1所述的控制阀气蚀诊断装置，其特征在于：当阀后流体压力的波动的大小大于阀前流体压力的波动的大小时，确定在阀体内部发生了气蚀。

3.根据权利要求1所述的控制阀气蚀诊断装置，其特征在于：控制阀内部的阀体通过打开和关闭节流部分来控制阀体前后的压差。

4.一种控制阀气蚀诊断方法，用于诊断控制阀阀体部分是否发生气蚀，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S101：读取由阀前压力检测器（2）检测出的控制阀（1）的阀前流体压力P1；

步骤S102：读取由阀后压力检测器（3）检测出的调节阀（1）的阀后流体压力P2；

步骤S103：基于目前为止读取的最新的N个阀前流体压力P1，即从以预定周期采样的最近N个阀前流体压力P1，获取由采样数量和采样周期限定的预定时间段T中的阀前液压P1的波动的大小p1；

步骤S104：由取样编号和从迄今为止读取的最近的N个阀后压力P2，即以预定周期采样的最近的N个阀后压力P2 ，计算规定期间T内的阀后侧的流体压力P2的变动的大小p2；

步骤S105：比较阀后流体压力P2的变动的大小p2和阀前流体压力P1的变动的大小p1；

步骤S106:在阀后流体压力P2的变动的大小p2比阀前流体压力P1的变动的大小p1大的情况下，判断控制阀（1）发生了气蚀并输出诊断结果；

步骤S107：在阀后流体压力P2的波动的大小p2等于或小于阀前流体压力P1的波动的大小p1情况下，则判断控制阀（1）未发生气蚀并输出诊断结果。

5.根据权利要求4所述的控制阀气蚀诊断方法，其特征在于：在步骤S104中，通过下面的等式（1）来计算预定时间段T阀前流体压力P1的波动的大小p1；

……………………(1)

在式（1）中，P1_AV是规定期间T内的阀前流体压力P1的平均值（平均流体压力），N是规定期间T内的阀前侧流体压力P1的采样次数，以相同的方式计算在预定时间段T内的阀后流体压力P2的波动的大小p2。