控制阀状态监测与故障诊断系统的开发

摘要

气动调节阀安装在工业现场，直接和生产介质接触，且常常工作在高温、高压、强腐蚀、冲刷、震动等恶劣环境下，又由于介质流量精确调节的需要而动作频繁，因此容易出现各种异常和故障。而一旦控制阀出现故障，则会导致能耗增加、产品质量下降等问题甚至生产安全或生命安全事故。因此，研发控制阀性能诊断系统是非常必要的，然而国内尚属空白。
　　本文首先提出了控制阀的性能要求，将控制阀的主要性能划分为流量调节性能、阀位控制性能以及载荷性能三类，每类性能定义相应的性能指标来表示。
　　其次，本文基于NI公司的USB-6009数据采集卡设计开发了一个控制阀性能诊断系统。其硬件部分主要由电桥供电电路、I/V变换电路、DC/DC升压电路、V/I变换电路以及其他信号检测传感器组成。检测包括阀杆的应变力、气源压力、气室压力、阀位等信号。其软件是基于LabVIEW平台设计开发，划分为参数设置、采样设置、通道选取、波形显示、生成测试报告等五个功能块，便于扩充新的阀门类型和满足其功能需求。
　　再次，设计实验对控制阀的各项性能进行测试评估。分别在给定的工作条件下施加特定的实验控制信号，检测控制阀各变量的信号，对实验曲线分析处理获取三大类性能的参数；通过参数计算分析以及与理论设计性能要求和相关标准比较，实现定量定性评估控制阀性能。
　　最后，利用实验室流量实验装置真实地模拟了发生内漏的调节阀故障实例，研究了该最常见故障的诊断问题，通过流量调节性能的评估，采用灰色关联法准确的分析诊断出故障情况。
　　本文是在大量文献和理论指导的基础上，尤其通过实验室开发和企业生产车间近1000小时的大量实验研究完成的，研究成果已成功应用于核电控制阀生产企业中。

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1 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2控制阀故障诊断设备发展现状

1.3论文结构

2 控制阀的组成及性能要求

2.1控制阀的组成

2.2控制阀性能

2.3本章小结

3 诊断系统开发

3.1诊断系统概述

3.2推力检测

3.3系统软硬件开发

3.4诊断系统的调试与维护

3.5本章小结

4 性能测试与诊断

4.1测试方法

4.2实验平台

4.3载荷性能测试

4.4控制性能测试

4.5流量调节性能

4.6本章小结

5 控制阀内漏故障诊断

5.1概述

5.2实验方案

5.3流量特性曲线的测试

5.4灰色关联分析法

5.5模型建立

5.6数据分析与诊断

5.7本章小结

6 总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录A

附录B

附录C