CN109668723A - 调节阀汽蚀诊断系统及其诊断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种调节阀汽蚀诊断系统及其诊断方法，所述调节阀测试管路系统包括用于提供相对压力的多级离心泵、用于调节多级离心泵转速的多级离心泵变频器、被诊断对象待测调节阀、分别设置在待测调节阀前、后的阀前截止阀和阀后节流阀及待测系统管道。本发明通过采用上述技术，利用待测调节阀阀前的阀前压力，待测调节阀阀后的阀后压力，待测调节阀阀后的Z轴振动加速度以及待测调节阀阀前的流量来计算判断是否发生气蚀，通过汽蚀诊断装置诊断调节阀某一开度下的汽蚀参数，可以准确的得知当前调节阀开度下发生汽蚀的条件，并能求取振动加速度有效值、工况参数、汽蚀参数和汽蚀严重系数，实现了调节阀的汽蚀诊断评估。

Description

调节阀汽蚀诊断系统及其诊断方法
技术领域
本发明涉及一种调节阀汽蚀诊断系统及其诊断方法。
背景技术
调节阀作为过程控制系统中的重要执行部件，它是否安全稳定可靠地运行为重点关注问题。其中，汽蚀是调节阀内一种常见的现象。
汽蚀分为两个过程，分别是闪蒸和汽蚀：闪蒸是不可压缩流体流经调节阀时，从缩流断面直至阀出口的静压降低到等于或低于该流体在阀入口温度下的饱和蒸气压时，部分液体汽化使阀后形成汽液两相的现象；汽蚀为不可压缩流体流经调节阀时，从缩流断面直至阀出口的静压降低到等于或低于该流体在阀入口温度下的饱和蒸气压时，部分液体汽化成气泡，继而静压又恢复到该饱和蒸气压时，气泡爆裂恢复为液相的现象。这种气泡产生和破裂的全过程成为汽蚀。汽蚀作用对材料的侵蚀称为汽蚀。
汽蚀对阀芯产生严重的冲刷破坏，冲刷发生在流速最大处，通常在阀芯和阀座环接触线或附近。由于气泡破裂，释放能量，它会对阀造成噪声损害，发出类似流沙流过阀门的爆裂声，而且释放的能量冲刷阀芯表面，并波及下游管道。它不仅可以影响阀门的特性曲线，而且将导致严重的噪声、振动、爆破冲刷和调节阀内部件的破坏等。在这种情况下，调节阀的使用寿命缩短，工作可靠型下降，进而引起工艺系统和装置生产率的大幅下降。因此在实际工况中，不可避免的要考虑到汽蚀的影响并且力求避免。
目前国内对于汽蚀的检测与诊断没有更多的研究，而在很多工况条件下需要有调节阀汽蚀评估。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种调节阀汽蚀诊断系统及其诊断方法，用于诊断调节阀汽蚀是否发生以及评估其严重程度。
所述的调节阀汽蚀诊断系统，用于诊断调节阀汽蚀是否发生以及评估其严重程度，其特征包括诊断调节阀测试管路装置、信号测量装置、数据采集存储装置、数据诊断装置，
所述调节阀测试管路系统，包括用于提供相对压力的多级离心泵、用于调节多级离心泵转速的多级离心泵变频器、被诊断对象待测调节阀、分别设置在待测调节阀前、后的阀前截止阀和阀后节流阀及待测系统管道，其特征在于；
所述信号测量装置，包括位于待测调节阀前的阀前流量积算仪、和阀前压力变送器、位于待测调节阀后的阀后压力变送器和阀后振动加速度传感器及位于待测系统管道上的温度传感器，阀前压力变送器测量信号为压力P1，阀后压力变送器测量信号为压力P2，阀后振动加速度传感器测量信号为加速度Az，阀前流量积算仪测量信号为流量Q，位于待测系统管道上的温度传感器，其测量信号为温度T，其中，压力单位为kPa，加速度单位为m/s2，流量单位为m3/h，温度单位为℃；
所述数据采集存储装置，由NationInstrumentsCDAQ机箱、控制器及多块NI采集板卡组成，用于存储实验过程中产生的信号值及发送诊断过程中需要的信号；
所述数据诊断装置，基于labiew编写，用于处理存储的信号值并判断是否发生汽蚀。
所述诊断系统的调节阀汽蚀诊断方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：首先数据采集存储装置通过信号测量装置采集诊断调节阀测试管路装置中不同工况点的各参数，数据诊断装置通过信号从数据采集存储装置9中获取不同工况点的以下数据：阀前的阀前压力变送器上的压力数值P1n，阀后的阀后压力变送器上的压力数值P2n，阀前流量积算仪上的流量数值Qn，阀后振动加速度传感器的加速度Azn数据组及温度传感器测得的温度Tn，同时根据流体温度与饱和蒸气压表之间的关系查温度-饱和蒸汽压对照表得到当前温度下的饱和蒸气压Pv，n表示工况点；
步骤二：对每个不同工况点的加速度Az数据组取均方根值处理，得到振动加速度有效值计当前工况点的工况参数Xf n为：
步骤三：根据步骤二所得和进行汽蚀诊断，计算汽蚀参数Cn的大小，汽蚀参数Cn的计算公式如下：其中记录下第一组汽蚀参数Cn大于等于2时汽蚀参数所对应的工况参数Xf n为Xf,并将该工况参数存储进数据诊断装置，此时所记录的Xf为汽蚀初始发生的工况参数；
步骤四：比较当前工况点工况参数Xf n与汽蚀初始发生的工况参数Xf的大小，如若当前工况点工况参数Xf n小于Xf,则表示当前工况点无汽蚀发生，如若当前工况点工况参数Xf n大于等于Xf，则表示汽蚀发生。
所述诊断系统的调节阀汽蚀诊断方法，其特征在于采集诊断调节阀测试管路装置中不同工况点的各参数的具体过程如下：
步骤一：将待测调节阀保持在一定开度，阀后节流阀全开，此时待测调节阀阀前阀后压差最大，等待运行一段时间状态稳定后由数据存储装置记录阀前压力变送器压力数值P1、阀后压力变送器压力数值P2、阀前流量积算仪数值Q，Z轴振动加速度传感器数值Az，即为当前工况点采集到的数据；
步骤二：根据按照具体测试要求，逐步减小阀后节流阀的开度，按上述步骤一重复进行记录，分别采集每个工况点的数据；
步骤三：如步骤二所述，逐步减小阀后节流阀的开度，直至待测调节阀的阀前阀后压差减小至一定值，重复步骤一进行记录；
步骤四：改变待测调节阀的开度，重新执行步骤一至步骤三；
步骤五：将步骤一至步骤四所得的数据均由数据采集存储装置采集并存储，再由数据采集存储装置将采集到的数据发送至数据诊断装置中，用数据诊断装置进行汽蚀诊断得出结果。
所述诊断系统的调节阀汽蚀诊断方法，其特征在于步骤四中的汽蚀严重程度由汽蚀严重系数定义，其中若大于0则表示汽蚀发生，数值越大则汽蚀程度越严重；如若随着工况点变化值继续增大，且Xf n也大于等于1时，则表示汽蚀达到最严重情况，即闪蒸发生。
所述诊断系统的调节阀汽蚀诊断方法，其特征在于步骤三中的直至待测调节阀的阀前阀后压差减小至最大压差的5％-10％，优选为5％。
本发明的诊断原理为：在通过调节阀的流体处于紊流状态时，调节阀在每个开度下的其工况是稳定的，调节阀后管道的振动的大小与调节阀内部的结构有关。而当阀后的静压达到当前温度下的饱和蒸气压时，出现汽蚀，此时流体为水和气的两相混合物，流道中存在着大量的气泡，气泡破裂时产生的压强可以高达200MPa,破裂的气泡冲击管壁，极大的增强了管道振动。
本发明的优点是：通过汽蚀诊断装置诊断调节阀某一开度下的汽蚀参数，可以准确的得知当前调节阀开度下发生汽蚀的条件，实现了诊断调节阀汽蚀是否发生及评估其严重程度。
附图说明
图1为本发明的汽蚀诊断系统结构示意图；
图2为本发明的工况参数与振动加速度的关系曲线图；
图3为本发明的工况参数与汽蚀参数系曲线图。
图中：1-多级离心泵，2-阀前截止阀，3-阀前流量积算仪，4-阀前压力变送器，5-待测调节阀，6-阀后压力变送器，7-阀后振动加速度传感器，8-阀后节流阀，9-数据采集存储装置，10-数据诊断装置，11-多级离心泵变频器，12-温度传感器。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1为本发明的调节阀汽蚀诊断系统结构示意图，从图中看出，本发明的诊断系统主要包括四大部分：诊断调节阀测试管路装置、信号测量装置、数据采集存储装置、数据诊断装置10；其中：
所述诊断调节阀测试管路装置用于提供一个用以诊断待测调节阀的有压流通环境，它包括通过管路依次连接的多级离心泵1、阀前截止阀2、待测调节阀5、阀后节流阀8以及其之间的连接管道通路，所述多级离心泵1上连接有多级离心泵变频器11，多级离心泵1用于提供相对压力，多级离心泵变频器11用于调节多级离心泵转速，被诊断法前的阀前截止阀、被诊断对象待测阀，待测阀阀后节流阀；
所述信号测量装置包括阀前流量积算仪3，阀前压力变送器4、阀后压力变送器6、阀后振动加速度传感器7及位于待测系统管道上的温度传感器12，所述阀前流量积算仪3设置在多级离心泵1与待测调节阀5之间的连接管道上，阀前压力变送器4设置在待测调节阀5前端管路支管上，阀后压力变送器6及阀后振动加速度传感器7设置在待测调节阀5后端管路支管上，且阀前流量积算仪3，阀前压力变送器4、阀后压力变送器6及阀后振动加速度传感器7分别连接数据采集存储装置9，其安装要求严格按照国标GB/T17213.9-2005规范执行，阀前压力变送器4测量信号为压力P1，阀后压力变送器6测量信号为压力P2，阀后振动加速度传感器7测量信号为加速度Az，阀前流量积算仪3测量信号为流量Q，位于待测系统管道上的温度传感器，其测量信号为温度T，其中，压力单位为kPa，加速度单位为m/s2，流量单位为m3/h，温度单位为℃；
所述数据采集存储装置9用于存储实验过程中产生的信号值，以及发送诊断过程中需要的信号，它由NationInstrumentsCDAQ机箱、控制器以及多块NI采集板卡组成；所述数据诊断装置10，用于处理存储的信号值并判断是否发生汽蚀，它是基于labiew编写的，数据采集存储装置9与数据诊断装置10连接，将采集到的数据发送给数据诊断装置10，由数据诊断装置10进行汽蚀诊断是否发生汽蚀现象。
如图所示，本发明的具体实例中，调节阀汽蚀诊断方法的具体过程如下，
本发明基于汽蚀诊断系统进行调节阀汽蚀诊断方法，具体的诊断处理过程为：
步骤一：首先通过信号从数据采集存储装置9中获取不同工况点的以下数据(以下所出现的上标n表示具体工况点，即为n个工况点下采集到的n组数据)：待测调节阀5阀前的阀前压力变送器4上的压力数值P1n，单位为kPa，待测调节阀5阀后的阀后压力变送器6上的压力数值P2n，单位为kPa，待测调节阀5的阀前流量积算仪3上的流量数值Qn，单位为m3/h，待测调节阀阀后振动加速度传感器7的加速度(Z轴振动加速度，本发明所指的加速度均为加速度)Azn，单位为m2/s，待测调节阀5连接管道温度传感器12测得的温度Tn，单位为℃,以及根据流体温度与饱和蒸气压表之间的关系查温度-饱和蒸汽压对照表所得到的当前温度下的饱和蒸气压Pv,单位为kPa；
具体的采集诊断调节阀测试管路装置中不同工况点的各参数的具体过程如下：
1)将待测调节阀5保持在一定开度，阀后节流阀8全开，此时待测调节阀5阀前阀后压差最大，等待运行一段时间状态稳定后由数据存储装置记录阀前压力变送器压力数值P1、阀后压力变送器压力数值P2、阀前流量积算仪数值Q，Z轴振动加速度传感器数值Az数据组，即为当前工况点采集到的数据；
2)根据按照具体测试要求，逐步减小阀后节流阀8的开度，按上述步骤一重复进行记录，分别采集每个工况点的数据，本发明实施例中被测阀的条件所采用的分辨率所对应的压力为5kpa/次、10kpa/次或100kpa/次；
3)如步骤二所述，逐步减小阀后节流阀8的开度，直至待测调节阀5的阀前阀后压差减小至一定值，重复步骤一进行记录；
4)改变待测调节阀5的开度，重新执行步骤一至步骤三；
5)将步骤一至步骤四所得的数据均由数据采集存储装置9采集并存储；
步骤二：分别对每个不同工况点的振动加速度Az数据组取RMS(均方根值)处理，得到每个不同工况点下的振动加速度有效值计当前工况点的工况参数Xf n为：
步骤三：根据步骤二所得和进行汽蚀诊断，计算汽蚀参数Cn的大小，汽蚀参数Cn的定义如下，汽蚀参数的计算公式如下：其中记录下第一组汽蚀参数Cn大于等于2时汽蚀参数所对应的工况参数Xf n为Xf,并将该工况参数存储进数据诊断装置10，此时所记录的Xf为汽蚀初始发生的工况参数；
步骤四：比较当前工况点工况参数Xf n与Xf的大小，如若当前工况点工况参数Xf n小于Xf,则表示当前工况点无汽蚀发生，如若当前工况点工况参数Xf n大于等于Xf，则表示汽蚀发生；汽蚀严重程度由汽蚀严重系数定义，严重系数的计算公式如下：如若小于0，则表示无汽蚀发生；如若大于0则表示汽蚀发生，数值越大则汽蚀程度越严重，如若随着工况点变化值继续增大，且Xf n也大于等于1时，则表示汽蚀达到最严重情况，即闪蒸发生。
本发明实施例中，将待测调节阀5的开度分别调至50％、60％，采用本发明限定的方法，通过安装在管道上的信号测量装置获取待测调节阀5管路系统的相关信号，并对上述信号进行采集保存和处理，最终绘制出振动加速度有效值An z与工况参数Xf n的曲线关系图，如图2所示；其工况参数Xf n与汽蚀参数Cn的曲线关系图，如图3所示，从图3中得出，待测调节阀5开度为50％时，其初始工况参数为0.41，即实际工况下经本发明方法计算得到的当前工况参数大于0.41时，即为有汽蚀现象发生，汽蚀现象发生的严重性可以根据严重系数的计算公式进行计算；待测调节阀5开度为60％时，其初始工况参数为0.38，即实际工况下经本发明方法计算得到的当前工况参数大于0.38时，即为有汽蚀现象发生，汽蚀现象发生的严重性可以根据严重系数的计算公式进行计算。
根据上述实施方式，可以得出所述待测调节阀在各个开度下发生汽蚀的运行条件，实现对调被测节阀较完整的汽蚀评估诊断，避免汽蚀现象的发生。
在上述的实施方式中，信号采集与数据处理的顺序并不固定，信号采集与数据处理同时进行也属于本发明的实施方式之一。
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.调节阀汽蚀诊断系统，用于诊断调节阀汽蚀是否发生以及评估其严重程度，其特征包括诊断调节阀测试管路装置、信号测量装置、数据采集存储装置、数据诊断装置(10)，其特征在于，
所述调节阀测试管路系统，包括用于提供相对压力的多级离心泵(1)、用于调节多级离心泵(1)转速的多级离心泵变频器(11)、被诊断对象待测调节阀(5)、分别设置在待测调节阀(5)前、后的阀前截止阀(2)和阀后节流阀(8)及待测系统管道；
所述信号测量装置，包括位于待测调节阀(5)前的阀前流量积算仪(3)、和阀前压力变送器(4)、位于待测调节阀(5)后的阀后压力变送器(6)和阀后振动加速度传感器(7)及位于待测系统管道上的温度传感器(12)，阀前压力变送器(4)测量信号为压力P1，阀后压力变送器(6)测量信号为压力P2，阀后振动加速度传感器(7)测量信号为加速度Az，阀前流量积算仪(3)测量信号为流量Q，位于待测系统管道上的温度传感器，其测量信号为温度T，其中，压力单位为kPa，加速度单位为m/s2，流量单位为m3/h，温度单位为℃；
所述数据采集存储装置(9)，由Nation Instruments CDAQ机箱、控制器及多块NI采集板卡组成，用于存储实验过程中产生的信号值及发送诊断过程中需要的信号；
所述数据诊断装置(10)，基于labiew编写，用于处理存储的信号值并判断是否发生汽蚀。
2.一种基于权利要求1所述诊断系统的调节阀汽蚀诊断方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：首先数据采集存储装置(9)通过信号测量装置采集诊断调节阀测试管路装置中不同工况点的各参数，数据诊断装置(10)通过信号从数据采集存储装置9中获取不同工况点的以下数据：阀前的阀前压力变送器(4)上的压力数值P1n，阀后的阀后压力变送器(6)上的压力数值P2n，阀前流量积算仪(3)上的流量数值Qn，阀后振动加速度传感器(7)的加速度Azn数据组及温度传感器(12)测得的温度Tn，同时根据流体温度与饱和蒸气压表之间的关系查温度-饱和蒸汽压对照表得到当前温度下的饱和蒸气压Pv，n表示工况点；
步骤二：对每个不同工况点的加速度Az数据组取均方根值处理，得到振动加速度有效值计当前工况点的工况参数Xf n为：
步骤三：根据步骤二所得和进行汽蚀诊断，计算汽蚀参数Cn的大小，汽蚀参数Cn的计算公式如下：其中记录下第一组汽蚀参数Cn大于等于2时汽蚀参数所对应的工况参数Xf n为Xf,并将该工况参数存储进数据诊断装置10，此时所记录的Xf为汽蚀初始发生的工况参数；
步骤四：比较当前工况点工况参数Xf n与汽蚀初始发生的工况参数Xf的大小，如若当前工况点工况参数Xf n小于Xf,则表示当前工况点无汽蚀发生，如若当前工况点工况参数Xf n大于等于Xf，则表示汽蚀发生。
3.根据权利要求2所述的调节阀汽蚀诊断方法，其特征在于采集诊断调节阀测试管路装置中不同工况点的各参数的具体过程如下：
步骤一：将待测调节阀(5)保持在一定开度，阀后节流阀(8)全开，此时待测调节阀(5)阀前阀后压差最大，等待运行一段时间状态稳定后由数据存储装置记录阀前压力变送器压力数值P1、阀后压力变送器压力数值P2、阀前流量积算仪数值Q，Z轴振动加速度传感器数值Az，即为当前工况点采集到的数据；
步骤二：根据按照具体测试要求，逐步减小阀后节流阀(8)的开度，按上述步骤一重复进行记录，分别采集每个工况点的数据；
步骤三：如步骤二所述，逐步减小阀后节流阀(8)的开度，直至待测调节阀(5)的阀前阀后压差减小至一定值，重复步骤一进行记录；
步骤四：改变待测调节阀(5)的开度，重新执行步骤一至步骤三；
步骤五：将步骤一至步骤四所得的数据均由数据采集存储装置(9)采集并存储，再由数据采集存储装置(9)将采集到的数据发送至数据诊断装置(10)中，用数据诊断装置(10)进行汽蚀诊断得出结果。
4.根据权利要求2所述的调节阀汽蚀诊断方法，其特征在于步骤四中的汽蚀严重程度由汽蚀严重系数定义，其中若大于0则表示汽蚀发生，数值越大则汽蚀程度越严重；如若随着工况点变化值继续增大，且Xf n也大于等于1时，则表示汽蚀达到最严重情况，即闪蒸发生。
5.根据权利要求3所述的调节阀汽蚀诊断方法，其特征在于步骤三中的直至待测调节阀(5)的阀前阀后压差减小至最大压差的5％-10％，优选为5％。
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Application publication date: 20190423

Assignee: ZHEJIANG XINJING AIR CONDITIONING EQUIPMENT CO.,LTD.

Assignor: JIANG University OF TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980037345

Denomination of invention: Control Valve Cavitation Diagnosis System and Its Diagnosis Method

Granted publication date: 20201110

License type: Common License

Record date: 20230703