CN112067283A - 一种基于声音功率谱的调节阀气蚀诊断系统及其诊断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于声音功率谱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。该系统的流量采集模块用于采集待测阀的阀前流量，声音采集模块用于采集待测阀处的声音，管道压力采集模块用于采集待测阀阀前阀后的压力，温度采集模块用于采集管道内流体的温度。然后再通过数据集中采集及其存储模块实现数据的采集和存储，最后通过气蚀诊断模块，根据不同工况下调节阀处声音功率谱图像的分析，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

一种基于声音功率谱的调节阀气蚀诊断系统及其诊断方法
技术领域
本发明涉及调节阀气蚀诊断系统技术领域，具体涉及一种基于声音功率谱的调节阀气蚀诊断系统及其方法。
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，气蚀是调节阀内一种常见的现象。
气蚀分为两个过程，分别是闪蒸和气蚀：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；气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气蚀。气蚀作用对材料的侵蚀称为气蚀。
气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气蚀的影响并且力求避免。
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上述问题，本发明提供了一种基于声音功率谱的调节阀气蚀诊断系统及其诊断方法，用于诊断调节阀气蚀是否发生以及评估其严重程度。
本发明的技术方案如下：
一种基于声音功率谱的调节阀气蚀诊断系统，其特征在于：包括流量采集模块、声音信号采集模块、管道压力采集模块、数据集中采集及其储存模块、气蚀诊断模块及气蚀诊断结果显示模块；
流量采集模块：用于采集待测阀的阀前流量；
声音信号采集模块：用于采集待测阀处的声音；
管道压力采集模块：用于采集待测阀阀前阀后的压力；
数据集中采集及其存储模块：包括用于数据储存和转发的机箱，多块用于采集传感器数据的采集板卡；该模块用于采集和存储来自流量采集模块、声音信号采集模块、管道压力采集模块信号值发送过来的信号值，并转发给气蚀诊断模块；
气蚀诊断模块：是基于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；
气蚀诊断结果显示模块：获取气蚀诊断模块的诊断结果，并通过文字和图像的形式清楚明白的展示在显示屏上。
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：首先通过流量采集模块采集待测阀的阀前流量，通过声音信号采集模块采集待测阀处的声音，通过压力检测模块采集待测阀的阀前阀后压力，通过温度采集模块采集管道内流体的问题，进行下一步操作；
步骤二：对当前工况点的声音采集数据作功率谱处理，得到阀门处声音信号的功率谱数据；
步骤三：根据步骤二得到的待测阀处的声音功率谱数据进行气蚀判断，将频域范围在3-6Khz范围的最大幅值记为A1，将频域范围在0-3Khz范围的最大幅值记为A2，计算两处频域幅值的比值
Figure BDA0002684836730000031
步骤四：根据步骤四得到的两处频域幅值的比值B计算气蚀指标C，气蚀指标的计算公式为：C＝Cav(B)；
说明，Cav(B)函数的功能是对输入参数B进行区间的判断，若B<5,则Cav(B)＝0，若5<B<8，则Cav(B)＝1，若B>8，则Cav(B)＝2；
步骤五：根据步骤四得到气蚀指标C，若气蚀指标C＝0，则无气蚀；若C＝1，则当前工况下的气蚀严重等级为I级，处于初始气蚀；若C＝2，则当前工况下的气蚀严重等级为Ⅱ级，处于严重气蚀。
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为本发明的气蚀诊断系统结构示意图；
图2为本发明的无气蚀时的功率谱图像；
图3为本发明的气蚀严重等级为Ⅰ时的功率谱图像；
图4为本发明的气蚀严重等级为Ⅱ时的功率谱图像；
图中：1-阀前流量计，2-阀前压力计，3-待测调节阀，4-声音传感器，5-阀后压力传感器；图2、图3、图4的横坐标为Hz，纵坐标为瓦特数(W/Hz)。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种基于声音功率谱的调节阀气蚀诊断系统，用于检测调节阀是否发生气蚀以及气蚀的严重程度；包括流量采集模块、声音信号采集模块、管道压力采集模块、数据集中采集及其储存模块、气蚀诊断模块及气蚀诊断结果显示模块；
流量采集模块：用于采集待测阀的阀前流量；本实施例选用阀前流量计。
声音信号采集模块：用于采集待测阀处的声音，声音传感器对应的频率响应范围应不小于10Khz，共振频率应不小于20Khz；本实施例选用声音传感器。
管道压力采集模块：用于采集待测阀阀前阀后的压力；本实施例分别选用阀前压力计、阀后压力传感器。
数据集中采集及其存储模块：包括用于数据储存和转发的机箱(NationInstruments CDAQ机箱)，多块用于采集传感器数据的采集板卡(NI采集板卡)；该模块用于采集和存储来自流量采集模块、声音信号采集模块、管道压力采集模块信号值发送过来的信号值，并转发给气蚀诊断模块；
气蚀诊断模块：是基于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；
气蚀诊断结果显示模块：获取气蚀诊断模块的诊断结果，并通过文字和图像的形式清楚明白的展示在显示屏上；
一种基于声音功率谱的调节阀气蚀诊断方法，具体步骤如下：
步骤一：首先让待测调节阀在某一工况下运行，通过流量采集模块采集得到待测阀阀前的流量，通过声音信号采集模块采集得到当前工况下待测阀门的声音数据，通过管道压力采集模块采集待测阀阀前阀后的压力数据，然后通过数据集中采集及其存储模块获取各检测模块检测得到的信号值；接着将数据集中采集及其存储模块所获得的数据导入气蚀诊断模块进行后续操作。
步骤二：对当前工况点的声音采集数据作功率谱处理，得到阀门处声音信号的功率谱数据；
步骤三：根据步骤二得到的待测阀处的声音功率谱数据进行气蚀判断，将频域范围在3-6Khz范围的最大幅值记为A1，将频域范围在0-3Khz范围的最大幅值记为A2，计算两处频域幅值的比值
Figure BDA0002684836730000051
步骤四：根据步骤三得到的两处频域幅值的比值B计算气蚀指标C，气蚀指标的计算公式为：C＝Cav(B)；
说明，Cav(B)函数的功能是对输入参数B进行区间的判断，若B<5,则Cav(B)＝0，若5<B<8，则Cav(B)＝1，若B>8，则Cav(B)＝2；
步骤五：根据步骤四得到气蚀指标C，若气蚀指标C＝0，则无气蚀；若C＝1，则当前工况下的气蚀严重等级为I级，处于初始气蚀；若C＝2，则当前工况下的气蚀严重等级为Ⅱ级，处于严重气蚀。
步骤六：将诊断结果输入到气蚀诊断结果显示模块上。

Claims (2)

1.一种基于声音功率谱的调节阀气蚀诊断系统，其特征在于：包括流量采集模块、声音信号采集模块、管道压力采集模块、数据集中采集及其存储模块、气蚀诊断模块及气蚀诊断结果显示模块；
流量采集模块：用于采集待测阀的阀前流量；
声音信号采集模块：用于采集待测阀处的声音；
管道压力采集模块：用于采集待测阀阀前阀后的压力；
数据集中采集及其存储模块：包括用于数据储存和转发的机箱及多块用于采集传感器数据的采集板卡；该模块用于采集和存储来自流量采集模块、声音信号采集模块、管道压力采集模块信号值发送过来的信号值，并转发给气蚀诊断模块；
气蚀诊断模块：是基于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；
气蚀诊断结果显示模块：获取气蚀诊断模块的诊断结果，并通过文字和图像的形式清楚明白的展示在显示屏上。
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：首先通过流量采集模块采集待测阀的阀前流量，通过声音信号采集模块采集待测阀处的声音，通过压力检测模块采集待测阀的阀前阀后压力，通过温度采集模块采集管道内流体的问题，进行下一步操作；
步骤二：对当前工况点的声音采集数据作功率谱处理，得到阀门处声音信号的功率谱数据。
步骤三：根据步骤二得到的待测阀处的声音功率谱数据进行气蚀判断，将频域范围在3-6Khz范围的最大幅值记为A1，将频域范围在0-3Khz范围的最大幅值记为A2，计算两处频域幅值的比值
Figure FDA0002684836720000021
步骤四：根据步骤三得到的两处频域幅值的比值B计算气蚀指标C，气蚀指标的计算公式为：C＝Cav(B)；
说明，Cav(B)函数的功能是对输入参数B进行区间的判断，若B<5,则Cav(B)＝0，若5<B<8，则Cav(B)＝1，若B>8，则Cav(B)＝2；
步骤五：根据步骤四得到气蚀指标C，若气蚀指标C＝0，则无气蚀；若C＝1，则当前工况下的气蚀严重等级为I级，处于初始气蚀；若C＝2，则当前工况下的气蚀严重等级为Ⅱ级，处于严重气蚀。
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