CN114110249B - 一种诊断调节阀填料摩擦力的方法 - Google Patents

Abstract

一种调节阀填料摩擦力诊断的方法，包括以下步骤：1)建立填料摩擦力数据库；2)将阀门开度重置到0％；3)按照阀门开度变化频率将阀门开度运行到100％，将阀门开启过程中不同阀门开度，以及对应的填料摩擦力存储在填料摩擦力数据库中；4)再按照阀门开度变化频率将阀门开度运行到0％，计算阀门关闭过程中不同阀门开度，以及对应的填料摩擦力存储在填料摩擦力数据库中；5)将填料摩擦力数据库中的各个填料摩擦力分别与填料摩擦力最大阈值、填料摩擦力最小阈值进行比较，得到阀门开启/关闭过程中填料摩擦力过小/过大时的阀门开度数量；6)若阀门开启/关闭过程中填料摩擦力过小/过大时的阀门开度数量大于报警阈值，进行报警提示。

Description

一种诊断调节阀填料摩擦力的方法

技术领域

本发明涉及调节阀领域，具体涉及一种诊断调节阀填料摩擦力的方法。

背景技术

智能阀门定位器是广泛应用于石油化工等领域的现场控制仪表，是调节阀的主要附件，通常与气动调节阀配套使用，功能是接收来自中控的控制命令，精准控制阀门开度。

智能阀门定位器是以微处理器技术为基础，采用数字化技术进行数据处理、决策生成和双向通信的智能过程控制仪表，不需要人工调校，可以自动检测所带调节阀零点，满程，摩擦系数，自动设置控制参数。

智能阀门定位器对阀门开度的控制是一个闭环控制，如图1所示，其主要由传感器、主板、含有I/P转换器的I/P单元等几部分构成，传感器的作用主要是实时测量阀杆位置，并将测量的数据送给主板采集；主板的作用主要是通过AD模块采集阀位传感器的数据和中控的控制命令数据，并将两者数据转化为百分比，通过对比阀位传感器百分比和目标百分比，确定I/P单元是需要进气还是排气，当然，主板上一般还设置有按键模块、显示器模块、阀位反馈模块等；I/P单元的作用主要是控制执行机构进气或者排气。当执行机构内部进气或者排气时，会推动阀杆向下或者向上移动，阀门开度就会减小或者增大，与此同时，阀位传感器会监测到阀杆的移动，数据会发生变化。

随着调节阀使用次数的增加，导致调节阀的填料磨损，填料提供的摩擦力会越来越小，甚至失效，导致调节阀产生内泄漏，而传统的智能阀门定位器只能控制调节阀的阀门开度，没有对调节阀填料摩擦力进行定性分析、定量计算的功能，更不会在填料摩擦力过小/过大之前有所预判。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种诊断调节阀填料摩擦力的方法，在调节阀的智能阀门定位器内置诊断算法，不但可以控制阀门开度，还可以对阀门进行故障诊断，利用内置传感器采集收集调节阀系统中的各种数据，对调节阀填料摩擦力过小/过大进行判断/预判。

本发明的目的是采用下述方案实现的：一种诊断调节阀填料摩擦力的方法，包括以下步骤：

1)设置调节阀填料摩擦力最大阈值、调节阀填料摩擦力最小阈值、调节阀阀门开度变化频率、报警阈值，并建立调节阀填料摩擦力数据库；

2)将调节阀的阀门开度重置到0％；

3)按照调节阀阀门开度变化频率将调节阀的阀门开度运行到100％，将调节阀阀门开启过程中不同阀门开度，以及对应的填料摩擦力存储在调节阀填料摩擦力数据库中；

4)再按照调节阀阀门开度变化频率将调节阀的阀门开度运行到0％，计算调节阀阀门关闭过程中不同阀门开度，以及对应的填料摩擦力存储在调节阀填料摩擦力数据库中；

5)将调节阀填料摩擦力数据库中的各个填料摩擦力分别与调节阀填料摩擦力最大阈值、调节阀填料摩擦力最小阈值进行比较，将小于调节阀填料摩擦力最小阈值，或者大于调节阀填料摩擦力最大阈值的填料摩擦力对应的阀门开度存储在调节阀填料摩擦力数据库中，得到调节阀阀门开启/关闭过程中填料摩擦力过小/过大时的阀门开度数量；

6)若调节阀阀门开启/关闭过程中填料摩擦力过小/过大时的阀门开度数量大于报警阈值，进行报警提示。

优选地，还包括以下步骤：7)设置调节阀运行次数，重复步骤2)到步骤5)，直到调节阀阀门开启/关闭过程中填料摩擦力过小/过大时的阀门开度数量大于报警阈值，记录此时的调节阀运行次数，作为运行次数阈值。

优选地，所述调节阀填料摩擦力按照下列公式进行计算：

式中，M为调节阀填料摩擦力，Pa_in为调节阀开启过程中执行机构气缸内的压强值，Pa_out为调节阀关闭过程中执行机构气缸内的压强值，S为执行机构内膜片的面积。

优选地，所述执行机构内膜片的面积S按照下列公式进行计算：

S＝πR²

式中，S为执行机构内膜片的面积,π为圆周率，R为执行机构膜片半径。

本发明包含如下有益效果：

①在步骤6)中，若调节阀阀门开启/关闭过程中填料摩擦力过小/过大时的阀门开度数量大于报警阈值，进行报警提示，即本发明可以在调节阀使用过程中对调节阀填料摩擦力是否过小/过大进行判断。

②在步骤7)设置调节阀运行次数，重复步骤2)到步骤5)，直到调节阀阀门开启/关闭过程中填料摩擦力过小/过大时的阀门开度数量大于报警阈值，记录此时的调节阀运行次数，作为运行次数阈值。

当一个运行次数为零的调节阀开始使用时，可以利用本发明对调节阀可能会出现的故障进行预判，即当，实际运行次数达到运行次数阈值时，极有可能在使用过程中填料摩擦力过小/过大导致故障，需要提前更换。

附图说明

图1为本发明中采用智能阀门定位器进行阀门开度控制的调节阀的结构示意图；

图2为本发明的流程图。

具体实施方式

如图2所示，一种诊断调节阀填料摩擦力的方法，包括以下步骤：

1)设置调节阀填料摩擦力最大阈值、调节阀填料摩擦力最小阈值、调节阀阀门开度变化频率、报警阈值，并建立调节阀填料摩擦力数据库，所述调节阀填料摩擦力数据库可以为数据表格的形式，也可以为数据拟合曲线。

2)将调节阀的阀门开度重置到0％；

3)按照调节阀阀门开度变化频率将调节阀的阀门开度运行到100％，将调节阀阀门开启过程中不同阀门开度，以及对应的填料摩擦力存储在调节阀填料摩擦力数据库中；

4)再按照调节阀阀门开度变化频率将调节阀的阀门开度运行到0％，计算调节阀阀门关闭过程中不同阀门开度，以及对应的填料摩擦力存储在调节阀填料摩擦力数据库中；

5)将调节阀填料摩擦力数据库中的各个填料摩擦力分别与调节阀填料摩擦力最大阈值、调节阀填料摩擦力最小阈值进行比较，将小于调节阀填料摩擦力最小阈值，或者大于调节阀填料摩擦力最大阈值的填料摩擦力对应的阀门开度存储在调节阀填料摩擦力数据库中，得到调节阀阀门开启/关闭过程中填料摩擦力过小/过大时的阀门开度数量；

6)若调节阀阀门开启/关闭过程中填料摩擦力过小/过大时的阀门开度数量大于报警阈值，进行报警提示。

智能阀门定位器控制调节阀控制气体流量时，调节阀系统内主要有气缸内弹簧弹力T、气缸内压缩空气的压力K和填料摩擦力M；

在进气过程中：

K_in＝T+M

式中，K_in为调节阀开启过程中执行机构气缸内压缩空气的压力，M为调节阀填料摩擦力，T为气缸内弹簧弹力；

在排气过程中：

K_out＝T-M

式中，K_out为调节阀关闭过程中执行机构气缸内压缩空气的压力，M为调节阀填料摩擦力，T为气缸内弹簧弹力；

由以上两个过程公式分析可知：

式中，M为调节阀填料摩擦力，K_out为调节阀关闭过程中执行机构气缸内压缩空气的压力，K_in为调节阀开启过程中执行机构气缸内压缩空气的压力；

智能阀门定位器通过位置传感器测量阀门行程，智能阀门定位器内置两个压力传感器，一个压力传感器测量气源压力，另一个压力传感器测量智能阀门定位器的输出压力，也就是执行机构气缸内的压力。

由于执行机构气缸内的压强值Pa_in或Pa_out可以通过压力传感器测量得到，执行机构内膜片的面积可以计算出来，根据压力与压强公式Pa＝F/S，可以计算出执行机构气缸内压缩空气产生的压力值K_in，或者K_out，进而可以计算出调节阀填料摩擦力M。

本实施例中，所述调节阀填料摩擦力按照下列公式进行计算：

式中，M为调节阀填料摩擦力，Pa_in为调节阀开启过程中执行机构气缸内的压强值，Pa_out为调节阀关闭过程中执行机构气缸内的压强值，S为执行机构内膜片的面积。

由于本实施例中调节阀的执行机构内膜片为圆形，所述执行机构内膜片的面积S按照下列公式进行计算：

S＝πR²

式中，S为执行机构内膜片的面积,π为圆周率，R为执行机构膜片半径。

通过智能阀门定位器的输入界面菜单，或者通讯线对调节阀填料摩擦力最大阈值、调节阀填料摩擦力最小阈值、调节阀阀门开度变化频率、报警阈值进行设定，并按照上述方法作实施例如下：

⑴通过按键菜单选项使调节阀进入测试状态，或者通过上位机通讯控制调节阀进入测试状态；

⑵智能阀门定位器的主控芯片STM32L控制调节阀全速排气；

⑶等待阀位达到0％，或等待50秒；

⑷调节阀开始全速进气/脉冲进气，并且按照调节阀阀门开度变化频率，阀门开度每增长1％读取压力传感器数据，将调节阀阀门开启过程中不同阀门开度，以及对应的填料摩擦力存储在调节阀填料摩擦力数据库中；

⑸当阀位达到100％时，调节阀开始全速排气/脉冲排气，并且按照调节阀阀门开度变化频率，阀门开度每减小1％读取压力传感器数据，将调节阀阀门关闭过程中不同阀门开度，以及对应的填料摩擦力存储在调节阀填料摩擦力数据库中，直到阀位达到0％；

⑹若调节阀阀门开启/关闭过程中填料摩擦力过小/过大时的阀门开度数量大于报警阈值，进行报警提示。

本实施例中，还包括以下步骤：

⑺设置调节阀运行次数，重复步骤⑵到步骤⑸，直到调节阀阀门开启/关闭过程中填料摩擦力过小/过大时的阀门开度数量大于报警阈值，记录此时的调节阀运行次数。

当一个运行次数为零的调节阀开始使用时，可以利用本发明对调节阀可能会出现的故障进行预判，即当，实际运行次数达到运行次数阈值时，极有可能在使用过程中填料摩擦力过小/过大导致故障，需要提前更换。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神的前提下，对本发明进行的改动均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种诊断调节阀填料摩擦力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设置调节阀填料摩擦力最大阈值、调节阀填料摩擦力最小阈值、调节阀阀门开度变化频率、报警阈值，并建立调节阀填料摩擦力数据库；

2)将调节阀的阀门开度重置到0％；

3)按照调节阀阀门开度变化频率将调节阀的阀门开度运行到100％，将调节阀阀门开启过程中不同阀门开度，以及对应的填料摩擦力存储在调节阀填料摩擦力数据库中；

4)再按照调节阀阀门开度变化频率将调节阀的阀门开度运行到0％，计算调节阀阀门关闭过程中不同阀门开度，以及对应的填料摩擦力存储在调节阀填料摩擦力数据库中；

所述填料摩擦力按照下列公式进行计算：

式中，M为调节阀填料摩擦力，Pa_in为调节阀开启过程中执行机构气缸内的压强值，Pa_out为调节阀关闭过程中执行机构气缸内的压强值，S为执行机构内膜片的面积；

5)将调节阀填料摩擦力数据库中的各个填料摩擦力分别与调节阀填料摩擦力最大阈值、调节阀填料摩擦力最小阈值进行比较，将小于调节阀填料摩擦力最小阈值，或者大于调节阀填料摩擦力最大阈值的填料摩擦力对应的阀门开度存储在调节阀填料摩擦力数据库中，得到调节阀阀门开启/关闭过程中填料摩擦力过小/过大时的阀门开度数量；

6)若调节阀阀门开启/关闭过程中填料摩擦力过小/过大时的阀门开度数量大于报警阈值，进行报警提示。

2.根据权利要求1所述诊断调节阀填料摩擦力的方法，其特征在于，还包括以下步骤：7)设置调节阀运行次数，重复步骤2)到步骤5)，直到调节阀阀门开启/关闭过程中填料摩擦力过小/过大时的阀门开度数量大于报警阈值，记录此时的调节阀运行次数，作为运行次数阈值。

3.根据权利要求1所述诊断调节阀填料摩擦力的方法，其特征在于：所述执行机构内膜片的面积S按照下列公式进行计算：

S＝πR²

式中，S为执行机构内膜片的面积,π为圆周率，R为执行机构膜片半径。