CN111504633A - 一种基于振动加速度的调节阀气蚀诊断系统及其诊断方法 - Google Patents

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尚群立
雷文文
陈伦
杨颖颖
陈晨
陈艳宇
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Abstract

本发明提供了一种基于振动加速度的调节阀气蚀诊断系统及其诊断方法，用于检测调节阀是否发生气蚀以及气蚀的严重程度。该系统的压力检测模块用于检测待测调节阀阀前阀后的压力，流量检测模块用于检测阀前流量，振动信号检测模块用于阀前阀后的Z轴振动加速度值；然后在通过数据采集与存储模块实现数据的采集处理；最后通过气蚀诊断模块，根据不同工况下调节阀前后振动加速度值之间的关系，可以准确的判定调节阀是否发生气蚀，以及气蚀的严重程度，最终实现调节阀的气蚀诊断。

Description

一种基于振动加速度的调节阀气蚀诊断系统及其诊断方法
技术领域
本发明涉及调节阀的气蚀诊断系统技术领域，具体涉及一种基于振动加速度的调节阀气蚀诊断系统及其诊断方法。
背景技术
调节阀作为自动控制调节系统中的执行部件，对于工艺控制系统极为重要。但在使用过程中，管道流体往往因设备结构设计、安装或工艺参数设计等原因而产生气蚀，对调节阀内件造成严重的损伤，同时引起整个工艺管路系统的振动及噪声，严重影响调节阀的使用寿命及控制系统的性能与安全，给工业生产带来很大的隐患。
气蚀现象是指介质流经阀内腔缩流处时，流速最大、压强最低，如果此时的压力低于介质的饱和蒸汽压，液体气化，部分转变成含蒸汽或气体的气泡；当介质流过缩流处后，压力逐渐升高，如果超过饱和蒸汽压值，汽泡发生破裂，重新由汽相变为液相，这个过程称为气蚀或空化(Cavitation)。根据气蚀的严重程度可以描述为从无气蚀，到气蚀的发展阶段，最后到气蚀最剧烈的情况，发生了闪蒸。当汽泡爆裂时，喷射释放巨大的能量，并产生振动波，实验证明，150μm直径的汽泡破裂，液滴喷射速度达到400km/h，产生的瞬间爆破压力可达数千公斤每平方厘米，这对阀内件表面造成严重冲击和侵蚀磨损，同时还会导致剧烈振动和高噪音、阻塞流的发生。出现严重气蚀时，在很短的时间内，阀内件将被损坏或者阀门的工作特性将发生改变。
调节阀大量应用于发电站、石油炼化、化工等行业，而这些环境中往往是气蚀现象高发的地方，在众多的工业现场问题事故报告、检修报告中，最终的事故问题根源也大多归因于气蚀现象。而目前阶段，国内缺少对于调节阀气蚀的检测与诊断方面的研究。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于振动加速度的调节阀气蚀诊断系统及其诊断方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于振动加速度的调节阀气蚀诊断系统，用于实现对调节阀是否发生气蚀以及气蚀的严重程度的诊断，其特征在于：包括压力检测模块、流量检测模块、振动信号检测模块、数据采集与存储模块、气蚀诊断模块及诊断结果显示模块；
压力检测模块，用于检测待测调节阀阀前阀后的压力；
流量检测模块，用于检测待测调节阀的阀前流量；
振动信号检测模块，用于待测调节阀阀前阀后的Z轴振动加速度值；
数据采集与存储模块，包括CDAQ机箱、控制器及多块NI采集板卡，用于向系统发送诊断过程中需要的信号以及采集存储压力检测模块、流量检测模块和振动信号检测模块所的到的信号值；
气蚀诊断模块，基于Labview的图形化语言程序编写，用于实现数据采集与存储模块所得到信号的分析与处理，并判断是否发生气蚀以及气蚀的严重程度；
诊断结果显示模块，根据气蚀诊断模块的诊断结果，以清楚明白的文字图像内容将其更加直观地显示出来，便于操作人员获取诊断结果。
一种基于振动加速度的调节阀气蚀诊断方法，包括以下步骤：
步骤1：首先通过压力检测模块检测待测调节阀的阀前阀后压力，通过流量检测模块检测待测调节阀的阀前流量，通过振动信号检测模块检测待测调节阀的阀前阀后振动加速度值；然后通过数据采集与存储模块获取各检测模块检测得到的信号值，进行下一步操作；
步骤2：根据待测调节阀的阀前压力P1阀后压力P2计算当前工况点的工况参数
Figure BDA0002471911970000011
步骤3：对每个工况点的阀前阀后振动加速度数据取均方根处理，得到阀前振动加速度有效值A1n，阀后振动加速度有效值A2n；
步骤4：根据步骤2得到的工况参数和步骤3得到的阀前阀后振动加速度有效值A1n、A2n进行气蚀诊断，计算阀前阀后振动加速度有效值之差Cn＝A1n-A2n，若|C|≤0.4，则认为当前工况阀前阀后振动加速度值相等，对应C值置为0；最后计算气蚀指标S，气蚀指标的计算公式为：S＝sign(C)；
说明：sign(x)函数的功能是取某个数的符号(正或负)：当x＞0，sign(x)＝1；当x＝0，sign(x)＝0；当x＜0，sign(x)＝-1；
步骤5：在当前工况下，判断气蚀指标S是否为0，若气蚀指标S＝0，则无气蚀发生，若S≠0则表示发生气蚀，进行下一步判断；
步骤6：若气蚀指标S＝-1，则认为当前工况下的气蚀严重程度为Ⅱ级，处于气蚀发展阶段；若气蚀指标S＝1，则认为当前工况下的气蚀严重程度为Ⅰ级，处于闪蒸阶段。
本发明的有益效果是：在发电站、石油炼化、化工等工业现场，调节阀极易发生气蚀现象，调节阀的气蚀诊断一直是本行业内的一个重点难点问题，本发明提供的调节阀气蚀诊断系统及其诊断方法对于检测调节阀是否发生气蚀效果明显，并可以检测气蚀的严重程度，解决了调节阀气蚀诊断这一重大问题。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明阀前阀后Z轴振动加速度有效值对比图；
图3为本发明气蚀诊断原理图；
图中1—下游加速度传感器；2—下游压力传感器；3—调节阀；4—上游压力传感器；5—上游加速度传感器；6—流量计。
具体实施方式
下面结合附图与实例对本发明的具体实施方式进行详细说明
如图1-3所示，一种基于振动加速度的调节阀气蚀诊断系统，包括压力检测模块、流量检测模块、振动信号检测模块、数据采集与存储模块、气蚀诊断模块、诊断结果显示模块。
压力检测模块，用于检测待测调节阀阀前阀后的压力；
流量检测模块，用于检测待测调节阀的阀前流量；
振动信号检测模块，用于待测调节阀阀前阀后的Z轴振动加速度值；
数据采集与存储模块，由Nation Instruments CDAQ机箱、控制器和多块NI采集板卡组成，用于向系统发送诊断过程中需要的信号以及采集存储压力检测模块、流量检测模块和振动信号检测模块所的到的信号值；
气蚀诊断模块，基于Labview的图形化语言程序编写，用于实现数据采集与存储模块所得到信号的分析与处理，并判断是否发生气蚀以及气蚀的严重程度；
诊断结果显示模块，根据气蚀诊断模块的诊断结果，以清楚明白的文字图像内容将其更加直观地显示出来，便于操作人员获取诊断结果。
一种基于振动加速度的调节阀气蚀诊断方法，具体步骤如下：
1)首先让待测调节阀在某一工况下运行，通过压力检测模块检测得到阀前阀后的压力，流量检测模块检测得到管路流量，用振动信号检测模块阀前阀后所布置的两个振动加速度传感器检测得到阀前阀后的振动加速度值；然后通过数据采集与存储模块获取各检测模块检测得到的信号值；接着将数据采集与存储模块所获得的数据导入气蚀诊断模块进行以下操作。
2)根据待测调节阀的阀前压力P1阀后压力P2计算当前工况点的工况参数
Figure BDA0002471911970000021
其中下标n表示不同工况点。
3)对每个工况点的阀前阀后振动加速度数据取均方根处理，得到阀前振动加速度有效值A1n，阀后振动加速度有效值A2n。
4)根据步骤3得到的工况参数和步骤4得到的阀前阀后振动加速度有效值A1n、A2n进行气蚀诊断，计算阀前阀后振动加速度有效值之差Cn＝A1n-A2n，若|C|≤0.5，则认为当前工况阀前阀后振动加速度值相等，对应C值置为0；最后计算气蚀指标S，气蚀指标的计算公式为：S＝sign(C)；
说明：sign(x)函数的功能是取某个数的符号(正或负)：当x＞0，sign(x)＝1；当x＝0，sign(x)＝0；当x＜0，sign(x)＝-1。
5)在当前工况下，判断气蚀指标S是否为0，若气蚀指标S＝0，则无气蚀发生，若S≠0则表示发生气蚀，进行下一步判断。
6)若气蚀指标S＝-1，则认为当前工况下的气蚀严重程度为Ⅱ级，处于气蚀发展阶段；若气蚀指标S＝1，则认为当前工况下的气蚀严重程度为Ⅰ级，处于闪蒸阶段。
7)最后将诊断结果输入诊断结果显示模块，显示待测调节阀的气蚀情况。

Claims (2)

1.一种基于振动加速度的调节阀气蚀诊断系统，用于实现对调节阀是否发生气蚀以及气蚀的严重程度的诊断，其特征在于：包括压力检测模块、流量检测模块、振动信号检测模块、数据采集与存储模块、气蚀诊断模块及诊断结果显示模块；
压力检测模块，用于检测待测调节阀阀前阀后的压力；
流量检测模块，用于检测待测调节阀的阀前流量；
振动信号检测模块，用于待测调节阀阀前阀后的Z轴振动加速度值；
数据采集与存储模块，包括CDAQ机箱、控制器及多块NI采集板卡，用于向系统发送诊断过程中需要的信号以及采集存储压力检测模块、流量检测模块和振动信号检测模块所的到的信号值；
气蚀诊断模块，基于Labview的图形化语言程序编写，用于实现数据采集与存储模块所得到信号的分析与处理，并判断是否发生气蚀以及气蚀的严重程度；
诊断结果显示模块，根据气蚀诊断模块的诊断结果，以清楚明白的文字图像内容将其更加直观地显示出来，便于操作人员获取诊断结果。
2.一种基于权利要求1所述调节阀气蚀诊断系统的调节阀气蚀诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：首先通过压力检测模块检测待测调节阀的阀前阀后压力，通过流量检测模块检测待测调节阀的阀前流量，通过振动信号检测模块检测待测调节阀的阀前阀后振动加速度值；然后通过数据采集与存储模块获取各检测模块检测得到的信号值，进行下一步操作；
步骤2：根据待测调节阀的阀前压力P1阀后压力P2计算当前工况点的工况参数
Figure FDA0002471911960000011
步骤3：对每个工况点的阀前阀后振动加速度数据取均方根处理，得到阀前振动加速度有效值A1n，阀后振动加速度有效值A2n；
步骤4：根据步骤2得到的工况参数和步骤3得到的阀前阀后振动加速度有效值A1n、A2n进行气蚀诊断，计算阀前阀后振动加速度有效值之差Cn＝A1n-A2n，若|C|≤0.5，则认为当前工况阀前阀后振动加速度值相等，对应C值置为0；最后计算气蚀指标S，气蚀指标的计算公式为：S＝sign(C)；
sign(x)函数的功能是取某个数正或负：当x＞0，sign(x)＝1；当x＝0，sign(x)＝0；当x＜0，sign(x)＝-1；
步骤5：在当前工况下，判断气蚀指标S是否为0，若气蚀指标S＝0，则无气蚀发生，若S≠0则表示发生气蚀，进行下一步判断；
步骤6：若气蚀指标S＝-1，则为当前工况下的气蚀严重程度为Ⅱ级，处于气蚀发展阶段；若气蚀指标S＝1，则为当前工况下的气蚀严重程度为Ⅰ级，处于闪蒸阶段。
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