控制阀气源与内漏故障诊断研究

摘要

气动控制阀常用于调节各种介质的压力和流量，在保持生成稳定、过程安全及优化控制等方面起着至关重要的作用。随着工业领域的不断发展，工业设备越来越大型化、现代控制过程也越来越复杂化，更多数量、更多类型的气动控制阀被应用于工业过程控制中。由于控制阀工作环境恶劣，控制阀长期频繁动作，因而控制阀容易出现多种故障，一旦出现故障，就可能造成原材料浪费、环境污染甚至更严重的生产事故。因此气动控制阀故障诊断研究对化工、电力等工业过程安全、稳定、高效的生产有着重要意义。本文首先采用信号处理的方法实现了气源故障的检测，又采用对比特征系数的方法实现控制阀内漏故障诊断。本文的主要研究内容如下:
　　将经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)引入气源故障检测中。为了获取故障数据，本文搭建实验平台并模拟气源漏气故障，利用EMD对阀位信号分解实现气源故障的自动检测，实验结果验证了该方法的有效性。
　　将希尔伯特振动分解(Hilbert Vibration Decomposition，HVD)应用于气动控制阀气源故障检测。EMD实现了气源故障的检测，但EMD在分解过程中存在端点效应，为此引入HVD并通过仿真说明HVD避免了端点效应，实验结果表明能够有效地检测气源漏气故障。
　　本文利用企业流量台架进行了控制阀内漏故障模拟实验，利用LabVIEW采集系统对实体阀的压差和流量数据进行采集并计算分析，通过对比不同状态下的控制阀流量特性曲线，有效地检测出内漏故障及故障强度。
　　信号分析的方法常被应用于旋转机械故障诊断，本文首次将EMD和HVD信号分析的方法引入到控制阀故障诊断中，实现了气源故障检测，具有一定创新意义。基于流量系数实现控制阀内漏故障诊断有较强的实用价值，为控制阀在线故障诊断提供了借鉴。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．2 控制阀的故障诊断

1．3 论文内容安排

第2章 控制阀组成及常见故障

2．1 控制阀组成介绍

2．1．1 执行机构

2．1．2 调节机构

2．1．3 控制阀定位器

2．2 控制阀的常见故障分类

2．3 本意小结

第3章 基于EMD控制阀的故障检测

3．1．1 瞬时频率

3．1．2 固有模态函数

3．1．3 特征时间尺度

3．1．4 EMD分解过程

3．1．5 EMD方法的正交性和完备性

3．1．6 故障点监测

3．2 实验平台

3．2．1 实验系统的组成

3．2．2 实验系统示意图

3．3 实验分析

3．3．1 实验方案与实验内容

3．3．2 实体阀实验分析

3．3．3 实验结果分析

3．4 本章小结

第4章 基于HVD的控制阀故障检测

4．1 引言

4．2 希尔伯特振动分解

4．2．1 多分量的振动信号

4．2．2 HVD方法

4．2．3 包络检波

4．3．4 迭代运算

4．3 HVD仿真分析

4．3．1 基于波形匹配的端点延拓

4．4 实体阀实验分析

4．4．1 实验数据处理

4．4．2 实验结果分析

4．5 本章小结

第5章 内漏故障实验与结果分析

5．1 概述

5．2 阀体流量理论介绍

5．3．1 实验器材

5．3．2 实验方案

5．4 流量特性曲线的绘制

5．5 实验结果分析

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

附录