CN110748692B

CN110748692B - 一种基于扭矩对阀门使用状态监测方法

Info

Publication number: CN110748692B
Application number: CN201911035498.4A
Authority: CN
Inventors: 曹克成; 李晓龙
Original assignee: Wuxi Jingdeng Automatic Control Valve Co ltd
Current assignee: Wuxi Jingdeng Automatic Control Valve Co ltd
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2021-11-23
Anticipated expiration: 2039-12-05
Also published as: CN110748692A

Abstract

本发明公开了一种基于扭矩对阀门使用状态监测方法，涉及执行器阀门监测技术领域，先获取正常情况下不同阀门转角下对应的阀门扭矩值，并绘制成阀门扭矩参照曲线图；然后再实时获取使用过程中阀门不同转角下对应的阀门使用扭矩值，并将所述阀门使用扭矩值与步骤一中所述阀门扭矩参照曲线图进行实时比对，得出阀门的当前状态。该方法可以第一时间获取阀门故障信息，便于管理部门及时进行故障排除，能有效将损失降到最低，可以避免发生安全隐患，及时挽救生命与财产。

Description

一种基于扭矩对阀门使用状态监测方法

技术领域

本发明涉及执行器阀门监测技术领域，尤其是一种基于扭矩对阀门使用状态监测方法。

背景技术

执行器是自动控制系统中必不可少的一个重要组成部分。它的作用是接受控制器送来的控制信号，改变被控介质的大小，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内，被控介质的大小是通过阀门的转角来实现的。按其能源形式可分为气动、液动、电动三大类。

阀门是承受内压的机械产品，因而必须具有足够的强度和刚度，以保证长期使用而不发生破裂或产生变形。起闭力和启闭力矩是指阀门开启或关闭所必须施加的作用力或力矩。阀门启闭扭矩是体现阀门综合水平的一项重要性能指标。目前所有的阀门检测装置大多数根据国家的相关标准以压力表显示其试验强度和密封性能，这一简单的试验方法并不能完全反映出一种阀门在设计与加工中存在的诸多问题。

由于无法了解阀门在实际工况下的启闭扭矩值和该值与阀门开度的对应关系，给阀门的设计、制造工艺、使用带来了盲目性，严重制约了阀门产品的技术进步和质量提升，不能满足产品的使用要求；另外，因缺乏扭矩实际数据，所以在驱动装置选型配套方面也经常出现问题，往往不是扭矩选择过剩，造成浪费，就是扭矩选择不足，无法驱动。

此外，执行器在长时间的使用过程中也会发生不同的故障，及时获取故障信息可以有效的将损失降到最低，甚至可以避免发生安全隐患。因此急需一种易于实施的监测方案。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种基于扭矩对阀门使用状态监测方法，通过绘制一张正常状态下阀门扭矩曲线图，然后再实施获取使用状态下的阀门使用扭矩值，并实时将该阀门使用扭矩值与对应的阀门扭矩曲线图进行比对，将比对的差异作为监测的结果。该方法可以第一时间获取阀门故障信息，便于管理部门及时进行故障排除，能有效将损失降到最低，甚至可以避免发生安全隐患，及时挽救生命与财产。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于扭矩对阀门使用状态监测方法，包括如下步骤：

步骤一：获取正常情况下不同阀门转角下对应的阀门扭矩值，并绘制成阀门扭矩参照曲线图；

步骤二：实时获取使用过程中阀门不同转角下对应的阀门使用扭矩值，并将所述阀门使用扭矩值与步骤一中所述阀门扭矩参照曲线图进行实时比对，状态监测如下：

(1)当所述阀门使用扭矩值大于所述阀门扭矩值时，则阀门内部发生卡涩；

(2)当所述阀门使用扭矩值等于所述阀门扭矩值时，则阀门内部运行正常；

(3)当所述阀门使用扭矩值小于所述阀门扭矩值时，则阀门内部发生磨损。

优选的，所述阀门扭矩值或所述阀门使用扭矩值通过如下步骤获得：

a.通过阀门油缸参数值获取不同阀门转角下对应的阀门推力F，公式如下：

F ＝ P * S (1)

其中，F表示阀门推力，P表示实时油压，S表示受压面积；

b.测量活塞杆与输出轴圆心之间的距离L，利用步骤a中得到的所述阀门推力F，求得对应的阀门扭矩T，公式如下：

T ＝ F * L * β (2)

其中，T表示阀门扭矩，L表示活塞杆与输出轴圆心之间的距离，β表示损耗。

优选的，步骤a的公式(1)中，所述受压面积S可通过如下公式获取：

S ＝ π(D/2) (3)

其中，D表示油缸内径。

优选的，所述阀门转角的角度为0°～90°。

优选的，所述阀门使用扭矩值通过后台主控系统测算，并将测算的所述阀门使用扭矩值与对应的所述阀门扭矩参照曲线图比对。

有益效果

本发明所提供的一种基于扭矩对阀门使用状态监测方法，通过绘制一张正常状态下阀门扭矩曲线图，然后再实施获取使用状态下的阀门使用扭矩值，并实时将该阀门使用扭矩值与对应的阀门扭矩曲线图进行比对，将比对的差异作为监测的结果。该方法可以第一时间获取阀门故障信息，便于管理部门及时进行故障排除，能有效将损失降到最低，可以避免发生安全隐患，及时挽救生命与财产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明所述一种基于扭矩对阀门使用状态监测方法的执行器结构示意图；

图2为本发明所述一种基于扭矩对阀门使用状态监测方法的阀门扭矩参照曲线图示意图；

图3为本发明所述一种基于扭矩对阀门使用状态监测方法的模拟阀门磨损时阀门使用扭矩值曲线图；

图4为本发明所述一种基于扭矩对阀门使用状态监测方法的模拟阀门卡涩时阀门使用扭矩值曲线图；

图示标记：

1-油缸、2-活塞、3-活塞杆、4-输出轴、5-箱体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例采用油压执行器(即液动执行器)作为参考，所述油压执行器由油缸1、活塞2、活塞杆3、输出轴4，和与输出轴4连接的阀门(图中未标注)构成，阀门外设置有箱体5。

工作原理：活塞2受油压作用驱动活塞杆3做水平左右运动，带动输出轴4做顺时针或逆时针运动，进而驱动与所述输出轴4连接的阀门做顺时针或逆时针转角运动，达到关闭或打开的目的。

一种基于扭矩对阀门使用状态监测方法，包括如下步骤：

步骤一：获取正常情况下不同阀门转角下对应的阀门扭矩值，并绘制成阀门扭矩参照曲线图(如图2)；

具体的，本实施例中，所以涉及的正常情况下不同阀门转角下对应的阀门扭矩值数据测量的工作，都是在执行器出厂前完成的，所以在产品组装时即可预先测量，并对不同型号的执行器绘制相对应的阀门扭矩参照曲线图。

(1)当所述阀门使用扭矩值大于所述阀门扭矩值时(如图4所示)，则阀门内部发生卡涩；

(2)当所述阀门使用扭矩值等于所述阀门扭矩值时(如图2所示)，则阀门内部运行正常；

(3)当所述阀门使用扭矩值小于所述阀门扭矩值时(如图3所示)，则阀门内部发生磨损。

具体的，本实施例中所述阀门扭矩或所述阀门使用扭矩值的采集方法，包括如下步骤：

步骤a：通过阀门油缸参数值获取不同阀门转角R下对应的阀门推力F，公式如下：

F ＝ P * S (1)

其中，F表示阀门推力，是获取阀门扭矩第一步需要获取的数值；P表示实时油压，可通过执行器的油缸1自带的油压仪表读取；S表示受压面积(即活塞2的表面积)，可通过油缸1的参数获取；在参数未标明的情况下，可通过测量活塞2的内径来获取，公式如下：

S ＝ π(D/2) (3)

其中，D表示油缸内径；

步骤b：测量活塞杆与输出轴圆心之间的距离L，利用步骤a中得到的所述阀门推力F，求得对应的阀门扭矩T，公式如下：

T ＝ F * L * β (2)

其中，T表示阀门扭矩，L表示活塞杆3与输出轴4的圆心之间的距离，β表示损耗。

通过上述方法可准确计算出阀门扭矩T的实时数值。

由于在阀门不同转角角度的情况下，油缸1输出的油压并不是相同的，所以，可以将阀门不同转角R下(比如阀门关闭状态、半打开状态和完全打开状态,转角R的角度为0°～90°)的阀门扭矩值求出。

对比步骤一和步骤二可以发现，由于执行器本体在使用后无法进行拆卸测量，可通过获取油缸中油压作为区别点。而执行器使用过程中的油压是油压传感器获取并传送至后台主控系统进行公式测算，得出实时阀门使用扭矩值，并将测算的所述阀门使用扭矩值与对应的所述阀门扭矩参照曲线图比对，进而获知当前阀门的安全状态。

如图3所示，本实施例中，设定正常情况下参数如下：

活塞2的表面积为S1；

R＝0°时，P值为P1；

R＝45°时，P值为P11；

R＝90°时，P值为P111；

则，

R＝0°时，F1＝P1*S1；

R＝45°时，F11＝P11*S1；

R＝90°时，F111＝P111*S1。

设定活塞杆3与输出轴4的圆心之间的距离L1，摩擦损耗β1，结合上面的F1、F11和F111可以得出正常状态下转角R为0°、45°和90°时对应的阀门扭矩值如下：

R＝0°时，T1＝F1*L1*β1；

R＝45°时，T11＝F11*L1*β1；

R＝90°时，T111＝F111*L1*β1。

如图4所示，设定执行器安装使用情况下采集的参数如下：

活塞2的表面积为S2；

R＝0°时，P值为P2；

R＝45°时，P值为P22；

R＝90°时，P值为P222；

则，

R＝0°时，F2＝P2*S2；

R＝45°时，F22＝P22*S2；

R＝90°时，F222＝P222*S2。

设定活塞杆3与输出轴4的圆心之间的距离L2，摩擦损耗β2，结合上面的F2、F22和F222可以得出正常状态下转角R为0°、45°和90°时对应的阀门扭矩值如下：

R＝0°时，T2＝F2*L2*β2；

R＝45°时，T22＝F22*L2*β2；

R＝90°时，T222＝F222*L2*β2。

由于是对同一型号的执行器阀门进行监测，所以对于执行器硬件部分的数据是相同的，如下：

活塞2的表面积为S1＝S2；

活塞杆3与输出轴4的圆心之间的距离L1＝L2；

摩擦损耗β1＝β2；

综上可知，仅需对相同阀门转角R下，阀门使用扭矩值与正常状态阀门扭矩值进行比对，如下：

当R＝0°时，即阀门处于关闭状态，

若T2＝T1，则阀门内部运行正常；

若T2＞T1，则阀门内部发生卡涩；

若T2＜T1，则阀门内部发生磨损泄漏；

当R＝45°时，即阀门处于半打开状态，

若T22＝T11，则阀门内部运行正常；

若T22＞T11，则阀门内部发生卡涩；

若T22＜T11，则阀门内部发生磨损泄漏；

当R＝90°时，即阀门处于完全打开状态，

若T222＝T111，则阀门内部运行正常；

若T222＞T111，则阀门内部发生卡涩；

若T222＜T111，则阀门内部发生磨损泄漏。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于扭矩对阀门使用状态监测方法，其特征在于，包括油压执行器，所述油压执行器由油缸、活塞、活塞杆、输出轴，和与输出轴连接的阀门构成，所述活塞受油压作用驱动所述活塞杆做水平左右运动，带动所述输出轴做顺时针或逆时针运动；包括如下步骤：

(3)当所述阀门使用扭矩值小于所述阀门扭矩值时，则阀门内部发生磨损；

所述阀门扭矩值或所述阀门使用扭矩值通过如下步骤获得：

F＝P*S (1)

其中，F表示阀门推力，P表示实时油压，S表示受压面积；

T＝F*L*β (2)

其中，T表示阀门扭矩，L表示活塞杆与输出轴圆心之间的距离，β表示损耗；

步骤a的公式(1)中，所述受压面积S通过如下公式获取：

S＝π(D/2)² (3)

其中，D表示油缸内径。

2.根据权利要求1所述一种基于扭矩对阀门使用状态监测方法，其特征在于：所述阀门转角的角度为0°～90°。

3.根据权利要求1所述一种基于扭矩对阀门使用状态监测方法，其特征在于：所述阀门使用扭矩值通过后台主控系统测算，并将测算的所述阀门使用扭矩值与对应的所述阀门扭矩参照曲线图比对。