CN113339575B - 一种空气阀综合状态的监测方法 - Google Patents

Abstract

一种空气阀综合状态的监测方法，属于阀装置安全技术领域，包括以下步骤：S1：通过高频智能监测终端对空气阀运行时压力、液位、声音三类参数信息采样；S2：根据S1采集到的参数变化曲线，判断空气阀运行状态；S3：根据S1中采集到的空气阀压力动态特性曲线进行水锤分析与判定；S4：对S2、S3的结果分别进行健康状态分析、评估空气阀水锤防护效果；S5：根据本地的供电、网络条件以及应用服务器的分析和存储能力，设置数据上传策略。该方法针对空气阀监测领域的方案缺失，提出能有效采集参数信息并从空气阀阀腔压力、阀腔液位、吸排气音频等多方角度结合来准确分析空气阀运行状态及健康或水锤分析的策略。

Description

一种空气阀综合状态的监测方法

技术领域

本发明属于阀装置安全技术领域，更具体地，涉及一种空气阀综合状态的监测方法。

背景技术

长距离调水安全运行的关键水力组件有调流调压阀、止回阀、空气阀以及空气罐等。空气阀安装的数量多，多数沿管线设置在野外，经常出现卡阻、吹堵、不排气等故障，导致管道漏损、水击爆管、气阻影响输水效率等事故的发生。

空气阀吸排气状态有吸气、高速(大量)排气、限制(节流)排气、微量排气、直排等状态，每类空气阀具备上述两个以上的状态功能组合，部分空气阀具有防水锤功能。

为保证长距离调水工程系统的安全，对空气阀(如智能角型空气阀和智能多功能空气阀)各状态的正常运行、水锤监测以及健康状态的监测预警尤为重要。在新建和改扩建的长距离调水工程，空气阀除满足吸排气功能外，还需具有在线监控控制功能，以提升系统安全、输水效率以及智能程度，填补长距离调水工程空气阀在线监测控制的空白。

公告号为CN110925484A，名为智能空气阀水力组件的发明专利，将空气阀、感知设备、执行机构以及智能监测终端一体化设计、制造及应用，除传统的机械阀门功能外还具备实时智能监测与控制的作用，但具体采集何种参数并对其以满足参数特点的频率进行数据采样，进而进行状态判定及实际监测方法并没有公开叙述，这些需要统计大量实验数据并排出干扰数据、以独立或组合的方式对空气阀运行状态进行分析与辅助分析，获得与实际相符的运行状态，并基于该状态进行健康分析或水锤分析，这些分析方法是需要进一步挖掘的。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种空气阀综合状态的监测方法，对空气阀运行阀腔压力值、阀腔液位值以及吸排气音频类信息这三类运行参数信息，以满足参数特点的频率进行数据采样，以独立或组合的方式对空气阀运行状态进行分析与辅助分析，获得与实际相符的运行状态，并基于该状态进行健康分析和/或水锤分析，实现对空气阀综合状态的监测控制。

本发明采用以下具体的技术方案：

一种空气阀综合状态的监测方法，包括以下步骤：

S1：通过高频智能监测终端对空气阀运行时压力、液位、声音三类参数信息采样；

S2：根据S1采集到的参数变化曲线，以压力动态特性曲线为主，以吸排气时液位特征曲线、声音特征曲线为辅，判断空气阀运行状态；

S3：若为防水锤类空气阀，根据S1中采集到的空气阀压力动态特性曲线进行水锤分析与判定；

S4：对S2的运行状态进行健康状态分析，判断空气阀的正常运行、故障状态；对S3的分析结果评估空气阀水锤防护效果，并对水锤成因与空气阀状态的关系判定；

S5：根据本地的供电、网络条件以及应用服务器的分析和存储能力，设置数据上传策略。

优选的，S1中所述的压力、液位、声音三类参数信息分别采集于空气阀阀腔压力、空气阀阀腔液位、空气阀吸排气音频。

优选的，所述空气阀阀腔液位取浮球所在液位，由液位监测连通器辅助判断。

优选的，所述的压力、液位、声音三类参数信息分别通过压力传感器、液位传感器、声音传感器获取。

优选的，所述声音传感器设置在空气阀排气出口位置，以获取空气阀正常工作时的频率信息和强度信息的声音信息。

优选的，S2中所述的空气阀运行状态包括吸气、高速排气、节流排气、微量排气四种状态，所述四种状态下空气阀主管道工作压力值F变化情况分别为：

a.吸气状态：从F下降至负压，吸气后回复至F；

b.高速排气状态：从F急剧下降至100kPa偏上，完成后恢复至F或进入节流排气；

c.节流排气状态：高速排气完成，节流后恢复至(F-3±2)m，完成后进入微量排气；

d.微量排气状态：由节流排气完成后进入微量排气或微量集气后进入微量排气，从F下降F/10，完成后恢复至F。

优选的，所述四种状态下阀腔液位变化情况分别为：

a.吸气状态：液位在最高位，稍有下降后恢复最高位；

b.高速排气状态：液位下降至空气阀液位连通器零位附近；

c.节流排气状态：液位在空气阀液位连通器零位附近；

d.微量排气状态：最高位液位开始下降至3/4液位，恢复最高液位后完成微排。

优选的，所述四种状态下吸排气音频变化情况分别为：

a.吸气状态：升至20-50dBm；

b.高速排气状态：升至280-300dBm；

c.节流排气状态：230-250dBm降至140-160dBm；

d.微量排气状态：70-90dBm升至100-120dBm后恢复至70-90dBm。

优选的，S4中所述的健康状态分析依据压力动态特性曲线特征与运行状态曲线特征进行相似性分析，误差在30％之内，确定实时运行状态健康。

优选的，S5中所述的数据上传策略包括原始数据、分析结果单一或同时上传的策略。

本发明的有益效果为：

(1)可实时的、精确的监测到空气阀的运行状态和该位置的水锤风险，若出现水锤时，判断水锤是否与空气的运行有关。

(2)提高了人工巡检的工作效率，降低了巡检运维的成本，保障了输配水管网运行安全。

(3)对输配水管网上空气阀运行状态和防水锤效果进行实时监测，让用户实时远程获得空气阀健康状态和管道水锤风险及空气阀的防护效果，有效的监控管网安全和科学的做出水锤防护决策。

附图说明

图1为本发明空气阀及监测设备的布置结构示意图；

图2为本发明空气阀综合状态的监测方法流程图；

图3为本发明空气阀优选实施例微量排气状态时三参数特征曲线综合分析示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明。除非特别说明，本发明实施例中采用的原料和方法为本领域常规市购的原料和常规使用的方法。

实施例1

如图1、2所示，一种空气阀综合状态的监测方法，包括以下步骤：

S1：通过高频智能监测终端对空气阀运行时压力、液位、声音三类参数信息采样。S1中所述的压力、液位、声音三类参数信息分别采集于空气阀阀腔压力、空气阀阀腔液位、空气阀吸排气音频，空气阀阀腔液位取浮球所在液位，由液位监测连通器辅助判断(浮球的作用是控制空气阀实现排气的物理锁紧和开启：吸气时，浮球下降，离开顶点位置，具体与吸气量，吸气越大下降越多；大量排气时，浮球下降，离开顶点位置，具体与吸气量，排气越大下降越多；节流排气和微量排气时，一样离开了顶点。非工作状态下，浮球是在顶点，锁紧出气孔。由于压力在故障或非正常的情况下，会有不同的特征，为了排除误判的概率，采用液位监测辅助判断)，压力、液位、声音三类参数信息分别通过压力传感器、液位传感器、声音传感器获取，其中声音传感器设置在空气阀排气出口位置，以获取空气阀正常工作时的频率信息和强度信息的声音信息，结合各个吸排状态下声音类特征，可以分析判断出空气阀的吸排气状态。通过高频智能监测终端对空气阀运行参数信息采样的具体详情见表1：

表1

序号	传感器类型	信息采样	频率	信号类型
					1	压力类传感器	阀腔压力值	10Hz～500Hz	4-20mA模拟量
2	液位类传感器	阀腔液位值	1Hz～10Hz	4-20mA模拟量
					3	声音类传感器	吸排气音频	1Hz	数字量信号

S2：根据S1采集到的参数变化曲线，以压力动态特性曲线为主，以吸排气时液位特征曲线、声音特征曲线为辅，判断空气阀运行状态。空气阀运行时的每个运行状态下的压力曲线具有一定的特征，但是故障(或非正常)状态下的压力曲线会干扰空气阀运行状态的分析与判定，比如吹堵、检修阀关闭。液位是空气阀运行过程中阀腔内的液位，与浮球的位置关系密切，浮球是控制空气阀实现排气的物理锁紧和开启的作用，因此液位是对压力分析正常吸排气时的辅助作用。

空气阀运行状态包括吸气、高速排气、节流排气、微量排气四种状态，每一类空气阀根据其功能，具有以上状态的两种或多种，以DN150复合式吸排气阀在DN500的主管道运行(运行压力40m)的场景为例，根据空气阀的类型、功能和结构，不同的运行状态下各类参数具有一定的特征，如下表2，具体实际监测参数节点或参数区间与空气阀运行状态分析的关系，可根据空气阀监测一段时间找到规律后，进行设定和保持更新，安装时应初设。(F为主管道正常工作压力值，理论上大部分时间与阀腔压力一致，只有液面低于压力传感器高度时不相同，一般在0～100m，少量的可能超过100m，甚至达到1000m。)

表2

S3：若为防水锤类空气阀，根据S1中采集到的空气阀压力动态特性曲线进行水锤分析与判定。

S4：对S2的运行状态进行健康状态分析：空气阀各吸排气功能切换规律，以及各吸排气状态下的压力、液位、音频规律，即依据压力动态特性曲线特征与运行状态曲线特征进行相似性分析，误差在30％之内，判断空气阀为健康状态，误差大于30％，为非健康状态(比如吹堵、检修阀关闭等非正常状态)；对S3的分析结果评估空气阀水锤防护效果：若产生水锤，根据水锤压力峰值和时间同轴空气阀运行状态(基于时间轴，对比水锤压力峰值与空气阀的各个状态运行的时间点，主要分析水锤峰值时间点前30秒(具体实际应用现场调整时间范围)范围内的运行状态，若具有相关性，则判定为强相关，说明防水锤空气阀的水锤防护功能无效；若没有水锤，且空气阀运行状态正常，则说明水锤防护效果好)，评估防水锤空气阀的水锤防护效果，见表3。在空气阀运行故障或防水锤类空气阀监测到水锤时，对监测数据的采样高于正常采样频率的2倍，进行故障录波。

表3

S5：根据本地的供电、网络条件以及应用服务器的分析和存储能力，综合考虑，设置数据上传策略，可包括原始数据、分析结果单一或同时上传的策略。

如图3所示，T1开始，T2结束，T3为第二周期开始，T4为第二周期结束，微量排气时的压力、液位、声音类参数值具有明显的曲线特征，即T1-T2为微排区间，T3-T4为下一个微排区间，T2-T3为空气阀不确定的集气时间，可长可短。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种空气阀综合状态的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过高频智能监测终端对空气阀运行时压力、液位、声音三类参数信息采样；

S2：根据S1采集到的参数变化曲线，以压力动态特性曲线为主，以吸排气时液位特征曲线、声音特征曲线为辅，判断空气阀运行状态；

S3：若为防水锤类空气阀，根据S1中采集到的空气阀压力动态特性曲线进行水锤分析与判定；对S3的分析结果评估空气阀水锤防护效果：若产生水锤，根据水锤压力峰值和时间同轴空气阀运行状态，评估防水锤空气阀的水锤防护效果；基于时间轴，对比水锤压力峰值与空气阀的各个状态运行的时间点，分析水锤峰值时间点前30秒范围内的运行状态，若具有相关性，则判定为强相关，说明防水锤空气阀的水锤防护功能无效；若没有水锤，且空气阀运行状态正常，则说明水锤防护效果好；

S4：对S2的运行状态进行健康状态分析，判断空气阀的正常运行、故障状态；对S3的分析结果评估空气阀水锤防护效果；S4中所述的健康状态分析依据压力动态特性曲线特征与运行状态曲线特征进行相似性分析，误差在30％之内，确定实时运行状态健康，误差大于30％，为非健康状态；

S5：根据本地的供电、网络条件以及应用服务器的分析和存储能力，设置数据上传策略；

S2中所述的空气阀运行状态包括吸气、高速排气、节流排气、微量排气四种状态，所述四种状态下空气阀主管道工作压力值F变化情况分别为：

a.吸气状态：从F下降至负压，吸气后回复至F；

b.高速排气状态：从F急剧下降至100kPa偏上，完成后恢复至F或进入节流排气；

c.节流排气状态：高速排气完成，节流后恢复至(F-3±2)m，完成后进入微量排气；

d.微量排气状态：由节流排气完成后进入微量排气或微量集气后进入微量排气，从F下降F/10，完成后恢复至F；

所述四种状态下阀腔液位变化情况分别为：

a.吸气状态：液位在最高位，稍有下降后恢复最高位；

b.高速排气状态：液位下降至空气阀液位连通器零位附近；

c.节流排气状态：液位在空气阀液位连通器零位附近；

d.微量排气状态：最高位液位开始下降至3/4液位，恢复最高液位后完成微排；

所述四种状态下吸排气音频变化情况分别为：

a.吸气状态：升至20-50dBm；

b.高速排气状态：升至280-300dBm；

c.节流排气状态：230-250dBm降至140-160dBm；

d.微量排气状态：70-90dBm升至100-120dBm后恢复至70-90dBm。

2.根据权利要求1所述的空气阀综合状态的监测方法，其特征在于，S1中所述的压力、液位、声音三类参数信息分别采集于空气阀阀腔压力、空气阀阀腔液位、空气阀吸排气音频。

3.根据权利要求2所述的空气阀综合状态的监测方法，其特征在于，所述空气阀阀腔液位取浮球所在液位，由液位监测连通器辅助判断。

4.根据权利要求2所述的空气阀综合状态的监测方法，其特征在于，所述的压力、液位、声音三类参数信息分别通过压力传感器、液位传感器、声音传感器获取。

5.根据权利要求4所述的空气阀综合状态的监测方法，其特征在于，所述声音传感器设置在空气阀排气出口位置，以获取空气阀正常工作时的频率信息和强度信息的声音信息。

6.根据权利要求1所述的空气阀综合状态的监测方法，其特征在于，S5中所述的数据上传策略包括原始数据、分析结果单一或同时上传的策略。

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