CN105781958A - 一种隔膜泵单向阀故障自诊断装置及诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隔膜泵单向阀故障自诊断装置及诊断方法，属于自动控制技术领域。本发明包括压力变送器、加速度传感器、高屏蔽数据连接线、多通道数据采集卡、工业控制计算机及故障报警器；本发明能实时监测隔膜泵单向阀故障，提醒操作及维护人员及时对单向阀进行维修或更换，避免了单向阀故障而造成巨大损失。同时，实现了工艺参数检测及基于信号处理检测方法的有机结合，提高了隔膜泵单向阀故障判别的准确性及可靠性。

Description

一种隔膜泵单向阀故障自诊断装置及诊断方法

技术领域

本发明涉及一种隔膜泵单向阀故障自诊断装置及诊断方法，属于自动控制技术领域。

背景技术

大型隔膜泵属于往复泵的范畴，应用于输送高压、高温、高腐蚀等复杂工况的固液两相介质，在石油、化工、煤炭、冶金、制糖和污水处理等工业生产领域应用较广。单向阀作为泵的一个重要机械零部件，需具有良好的快开/快关、密封性及承压性，因而比泵的其他部件更容易出现故障。单向阀故障造成设备压力和流量波动，从而引起设备振动，造成设备损坏，甚至会造成重大安全生产事故。同时，单向阀的运行状态与所输送介质的粒径级配、浆体流变特性及输送压力等密切相关，也与泵的固有材质属性、安装等密切相关。这使得单向阀的故障具有突发性、并发性、多元性、非平稳性和非线性等特点，大大增加单向阀故障诊断的难度。但目前高压隔膜泵单向阀的应用及研究主要集中在工艺参数的监控，无论是进口还是国产隔膜泵，均无单向阀故障自动诊断***，均是靠工作人员根据声音进行判别，无法做到排除故障的及时性、准确性。另外，单向阀的维修更换缺乏自适应评估机制，通常采用定期(一般是1200小时)检查和维修更换机制。定期更换必然会造成资源及设备的浪费(有时换下来的单向阀并没有坏，仍可以使用)。但由于缺乏自适应的评判机制，无法在单向阀接近损坏时进行预警更换。因此，开展隔膜泵单向阀自诊断装置及方法具有重要理论意义和经济价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种隔膜泵单向阀故障自诊断装置及诊断方法，实现了工艺参数检测及信号处理检测方法的有机结合，为单向阀故障诊断及维修更换提供自适应评估和报警机制，克服了现有单向阀诊断机制的不足，同时提高了故障评判的准确性和可靠性。

本发明的技术方案是：一种隔膜泵单向阀故障自诊断装置，包括压力变送器6、加速度传感器7、高屏蔽数据连接线8、多通道数据采集卡9、工业控制计算机10及故障报警器11；加速传感器7采用磁铁吸附式型传感器，直接固定于进料单向阀12和排料单向阀5的壳体正上方，压力变送器6分别安装在进料单向阀12连接管道和排料单向阀5连接管道的正上方，加速度传感器7和压力变送器6的输出端口通过高屏蔽数据连接线8与多通道数据采集卡9的输入端口相连接，多通道数据采集卡9的输出端口通过串口总线13与工业控制计算机10相连接，工业计算机10的输出通过信号传输线14与故障报警器11相连接。

一种隔膜泵单向阀故障自诊断装置的诊断方法，具体步骤为：

Step1、压力变送器6分别采集进料单向阀12和排料单向阀5的压力信号，根据公式(A)计算采集压力信号的平均幅值AM_mean；若在每T/2内，|AM_mean-P|＞0时，判别为故障；

$AM\_mean=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{x}_i}{N}---\left(A\right)$

式中，N为采样数据样本长度，xi代表第i时刻采集的压力信号值，P为全新进料单向阀和排料单向阀对应的压力平均值；

Step2、加速度传感器7分别采集进料单向阀12和排料单向阀5的振动信号，根据公式(B)判断信号是否存在周期性“凸”特征；当周期性“凸”特征连续变化时，判别结果显示为故障；

$\left\{\begin{array}{cc}AM\_mean=\frac{\underset{i=1}{\overset{N/2}{\&Sigma;}}{x}_i}{N/2}>0,& 0\&le;t\&le;T/2\\ AM\_mean=\frac{\underset{i=N/2}{\overset{N}{\&Sigma;}}{x}_i}{N/2}<0,& T/2<t\&le;T\end{array}\right.---\left(B\right)$

式中，T为一个数据采样周期，即进料单向阀(12)和排料单向阀(5)工作一个周期，N为一个采样周期T内的数据采样点数，xi代表第i时刻采集的振动信号值。

Step3、当Step1和Step2均判别为故障时，激发故障报警器进行故障报警，否则转入下一循环的监测。

本发明的有益效果是：为隔膜泵单向阀故障诊断及维修更换提供自适应评估和报警机制，克服现有单向阀诊断机制的不足，同时提高故障评判的准确性和可靠性。

附图说明

图1为本发明故障自诊断装置框图；

图2为本发明故障自诊断方法流程图；

图3为本发明隔膜泵单向阀正常运行时，一个周期T内单向阀排料与进料压力波形图；

图4为本发明进料单向阀卡阀故障压力信号波形图；

图5为本发明进料单向阀正常运行振动信号波形图；

图6为本发明进料单向阀卡阀故障振动信号波形图；

图7为本发明排料单向阀卡阀故障压力信号波形图；

图8为本发明排料单向阀正常运行振动信号波形图；

图9为本发明排料单向阀卡阀故障振动信号波形图。

图中：1-活塞缸，2-导杆，3-探头，4-隔膜，5-排料单向阀，6-压力变送器，7-加速度传感器，8-高屏蔽数据连接线，9-多通道数据采集卡，10-工业控制计算机，11-故障报警器，12-进料单向阀，13-串口总线，14-信号传输线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种隔膜泵单向阀故障自诊断装置，包括压力变送器6、加速度传感器7、高屏蔽数据连接线8、多通道数据采集卡9、工业控制计算机10及故障报警器11；加速传感器7采用磁铁吸附式型传感器，直接固定于进料单向阀12和排料单向阀5的壳体正上方，压力变送器6分别安装在进料单向阀12连接管道和排料单向阀5连接管道的正上方，加速度传感器7和压力变送器6的输出端口通过高屏蔽数据连接线8与多通道数据采集卡9的输入端口相连接，多通道数据采集卡9的输出端口通过串口总线13与工业控制计算机10相连接，工业计算机10的输出通过信号传输线14与故障报警器11相连接。

如图2所示，一种隔膜泵单向阀故障自诊断装置的诊断方法，具体步骤为：

Step1、压力变送器6分别采集进料单向阀12和排料单向阀5的压力信号，根据公式(A)计算采集压力信号的平均幅值AM_mean；若在每T/2内，|AM_mean-P|＞0时，判别为故障；

$AM\_mean=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{x}_i}{N}---\left(A\right)$

式中，N为采样数据样本长度，xi代表第i时刻采集的压力信号值，P为全新进料单向阀和排料单向阀对应的压力平均值；

Step2、加速度传感器7分别采集进料单向阀12和排料单向阀5的振动信号，根据公式(B)判断信号是否存在周期性“凸”特征；当周期性“凸”特征连续变化时，判别结果显示为故障；

$\left\{\begin{array}{cc}AM\_mean=\frac{\underset{i=1}{\overset{N/2}{\&Sigma;}}{x}_i}{N/2}>0,& 0\&le;t\&le;T/2\\ AM\_mean=\frac{\underset{i=N/2}{\overset{N}{\&Sigma;}}{x}_i}{N/2}<0,& T/2<t\&le;T\end{array}\right.---\left(B\right)$

式中，T为一个数据采样周期，即进料单向阀(12)和排料单向阀(5)工作一个周期，N为一个采样周期T内的数据采样点数，xi代表第i时刻采集的振动信号值。

Step3、当Step1和Step2均判别为故障时，激发故障报警器进行故障报警，否则转入下一循环的监测。

其中，设单向阀进料压力为P_in(3-5公斤)，排料压力为P_out(80-100公斤)，则单向阀往复运动一个周期T内，其正常变化波形如图3所示。

对进、出口单向阀卡阀故障的检测结果如图4至图9所示。

下面结合图4至图9阐述具体实施例。

实施例1：进料单向阀发生卡阀故障时，本发明所述故障自诊断步骤如下：

Step1、在前T/2个周期内，压力变送器6采集进料单向阀12的压力信号。通过式(A)计算压力信号的平均幅值AM_mean＝P_in，且|AM_mean-P_out|＞0。即显示为进料压力P_in，没有上升至正常排料压力P_out。初步判别结果为进料单向阀发生故障，如图4所示。

Step2、加速度传感器7采集进料单向阀12的振动信号，经公式(B)计算，在前T/2时，其振动信号平均幅值AM_mean>0；在后T/2时，信号平均幅值AM_mean<0。重复后续的采样周期，具有一致的规律。得到信号的周期性“凸”特征，判别结果为进料单向阀故障。

Step3、Step1和Step2均判别为进料单向阀发生故障，激发故障报警器11，进行故障报警。

实施例2：排料单向阀发生卡阀故障时，本发明所述故障自诊断步骤如下：

Step1、在后T/2个周期内，压力变送器6采集排料单向阀5的压力信号，，通过式(A)计算压力信号的平均幅值AM_mean＝P_out>P_in(正常进料压力)，且|AM_mean-P_in|＞0。初步判别结果为排料单向阀发生故障，显示结果如图7所示。

Step2、加速度传感器7采集排料单向阀5振动信号，经公式(B)计算，在前T/2时，其振动信号平均幅值AM_mean>0；在后T/2时，信号平均幅值AM_mean<0。重复后续的采样周期，具有一致的规律。得到信号的周期性“凸”特征，判别结果为进料单向阀故障。

Step3、Step1和Step2均判别为排料单向阀发生故障，激发故障报警器11，进行故障报警。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种隔膜泵单向阀故障自诊断装置，其特征在于：包括压力变送器(6)、加速度传感器(7)、高屏蔽数据连接线(8)、多通道数据采集卡(9)、工业控制计算机(10)及故障报警器(11)；加速传感器(7)采用磁铁吸附式型传感器，直接固定于进料单向阀(12)和排料单向阀(5)的壳体正上方，压力变送器(6)分别安装在进料单向阀(12)连接管道和排料单向阀(5)连接管道的正上方，加速度传感器(7)和压力变送器(6)的输出端口通过高屏蔽数据连接线(8)与多通道数据采集卡(9)的输入端口相连接，多通道数据采集卡(9)的输出端口通过串口总线(13)与工业控制计算机(10)相连接，工业计算机(10)的输出通过信号传输线(14)与故障报警器(11)相连接。

2.一种如权利要求1所述的隔膜泵单向阀故障自诊断装置的诊断方法，其特征在于具体步骤为：

Step1、压力变送器(6)分别采集进料单向阀(12)和排料单向阀(5)的压力信号，根据公式(A)计算采集压力信号的平均幅值AM_mean；若在每T/2内，|AM_mean-P|＞0时，判别为故障；

$AM\_mean=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{x}_i}{N}---\left(A\right)$

式中，N为采样数据样本长度，xi代表第i时刻采集的压力信号值，P为全新进料单向阀和排料单向阀对应的压力平均值；

Step2、加速度传感器(7)分别采集进料单向阀(12)和排料单向阀(5)的振动信号，根据公式(B)判断信号是否存在周期性“凸”特征；当周期性“凸”特征连续变化时，判别结果显示为故障；

$\left\{\begin{array}{cc}AM\_mean=\frac{\underset{i=1}{\overset{N/2}{\&Sigma;}}{x}_i}{N/2}>0,& 0\&le;t\&le;T/2\\ AM\_mean=\frac{\underset{i=N/2}{\overset{N}{\&Sigma;}}{x}_i}{N/2}<0,& T/2<t\&le;T\end{array}\right.---\left(B\right)$

式中，T为一个数据采样周期，即进料单向阀(12)和排料单向阀(5)工作一个周期，N为一个采样周期T内的数据采样点数，xi代表第i时刻采集的振动信号值。

Step3、当Step1和Step2均判别为故障时，激发故障报警器进行故障报警，否则转入下一循环的监测。