基于振动信号的气阀泄漏状态评估方法及系统转让专利
申请号 : CN202010612776.4
文献号 : CN111855098B
文献日 : 2021-10-08
发明人 : 侯成刚 , 李强 , 张泽天
申请人 : 西安交通大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于振动信号的气阀泄漏状态评估方法,应用于往复压缩机气阀泄漏状态评估,其特征在于,所述评估方法包括以下步骤:S1:获取往复压缩机气阀的振动加速度信号和与振动加速度信号同步采集的飞轮键相信号;其中,气阀包括进气阀和排气阀;
S2:根据飞轮键相信号将振动加速度信号按照往复压缩机的曲轴周期进行划分,并将振动加速度信号从时域转换为角域,得到若干曲轴周期信号;
S3:针对每个曲轴周期,获取曲轴周期信号的有效值,记为第一有效值;获取曲轴周期内处于往复压缩机压缩阶段的曲轴周期信号的有效值,记为第二有效值;将第二有效值和第一有效值之比记为第一评估值;得到若干第一评估值;
S4:针对每个曲轴周期,获取排气阀的实际打开相位,根据排气阀的实际打开相位与预设健康状态排气阀的打开相位,得到排气阀打开相位变化指标,并记为第二评估值;得到若干第二评估值;
S5:通过若干第一评估值和若干第二评估值进行气阀泄漏状态评估;
所述S5的具体方法为:
通过若干第一评估值和若干第二评估值,通过Sigmoid函数并根据下式得到评估指标FLI:
FLI=ω3·IRMS Ratio+ω4·[Sigmoid(a·IRMS Ratio+b)·μADI]其中,IRMS Ratio=ω1·μRMS Ratio+ω2·6σRMS Ratio,ω1、ω2、ω3和ω4均为权值系数,a和b为修正系数,μRMS Ratio为若干第一评估值的均值,σRMS Ratio为若干第一评估值的标准差,μADI为若干第二评估值的均值;
当评估指标FLI大于第一预设值时,气阀为泄漏状态,且评估指标FLI越大,泄漏状态越严重。
2.根据权利要求1所述的基于振动信号的气阀泄漏状态评估方法,其特征在于,所述S1中获取往复压缩机气阀的振动加速度信号的具体方法为:通过安装在往复压缩机气阀的气阀盖上的振动加速度传感器测得。
3.根据权利要求1所述的基于振动信号的气阀泄漏状态评估方法,其特征在于,所述S3中处于往复压缩机压缩阶段的曲轴周期信号为:曲轴周期内[60°,120°]以及[240°,300°]范围内的曲轴周期信号。
4.根据权利要求1所述的基于振动信号的气阀泄漏状态评估方法,其特征在于,所述S3中获取第二有效值的具体方法为:
通过时频分析法确定曲轴周期信号的主要能量分布频段,根据主要能量分布频段对曲轴周期信号进行带通滤波处理,然后获取曲轴周期内处于往复压缩机压缩阶段的曲轴周期信号的有效值,记为第二有效值。
5.根据权利要求1所述的基于振动信号的气阀泄漏状态评估方法,其特征在于,所述S4中获取排气阀的实际打开相位的具体方法为:获取往复压缩机排气阀的振动加速度信号,根据排气阀的振动加速度信号的打开冲击特征提取排气阀的实际打开相位。
6.根据权利要求1所述的基于振动信号的气阀泄漏状态评估方法,其特征在于,所述S4中第二评估值ADI通过下式得到:其中,PAi为排气阀的实际打开相位,PAh为预设健康状态排气阀的打开相位。
7.一种基于振动信号的气阀泄漏状态评估系统,应用于往复压缩机气阀泄漏状态评估,其特征在于,所述评估系统包括:信号获取模块,用于获取往复压缩机气阀的振动加速度信号和与振动加速度信号同步采集的飞轮键相信号;其中,气阀包括进气阀和排气阀;
信号划分模块,用于根据飞轮键相信号将振动加速度信号按照往复压缩机的曲轴周期进行划分,得到若干曲轴周期信号;
第一评估值建立模块,用于针对每个曲轴周期,获取曲轴周期信号的有效值,记为第一有效值;获取曲轴周期内处于往复压缩机压缩阶段的曲轴周期信号的有效值,记为第二有效值;将第一有效值和第二有效值之比记为第一评估值;得到若干第一评估值;
第二评估值建立模块,用于针对每个曲轴周期,获取排气阀的实际打开相位,根据排气阀的实际打开相位与预设健康状态排气阀的打开相位,得到排气阀打开相位变化指标,并记为第二评估值;得到若干第二评估值;以及状态评估模块,用于通过若干第一评估值和若干第二评估值进行气阀泄漏状态评估,具体的,通过若干第一评估值和若干第二评估值,通过Sigmoid函数并根据下式得到评估指标FLI:
FLI=ω3·IRMS Ratio+ω4·[Sigmoid(a·IRMS Ratio+b)·μADI]其中,IRMS Ratio=ω1·μRMS Ratio+ω2·6σRMS Ratio,ω1、ω2、ω3和ω4均为权值系数,a和b为修正系数,μRMS Ratio为若干第一评估值的均值,σRMS Ratio为若干第一评估值的标准差,μADI为若干第二评估值的均值;
当评估指标FLI大于第一预设值时,气阀为泄漏状态,且评估指标FLI越大,泄漏状态越严重。
说明书 :
基于振动信号的气阀泄漏状态评估方法及系统
技术领域
背景技术
泛应用在各种工业现场并作为关键设备,尤其是在石油、化工等流程工业中。与离心式压缩
机的旋转运动不同,往复压缩机的往复运动是典型的非平稳过程,往复压缩机结构复杂、零
部件众多,在运行过程伴随着频繁的冲击碰撞并承受交变载荷的作用,因此极易发生故障。
其中,气阀是往复压缩机的易损件,阀片频繁撞击阀座和升程限制器,因此气阀故障是往复
压缩机故障中最常见的故障,气阀故障虽然危害性不大,但由于故障率高,如果不能及时发
现气阀泄漏,确定维护计划,会对企业产生较大的经济损失。
入式监测气缸内的实时动态压力,存在危险气体泄漏的风险,具有很大的安全隐患。因此很
多服役往复压缩机没有监测气缸动态压力,无法使用p‑V图方法评估气阀泄漏状态。
发明内容
广使用的缺点,提供一种基于振动信号的气阀泄漏状态评估方法及系统。
值和第一有效值之比记为第一评估值;得到若干第一评估值;
到若干第二评估值;
周期信号的有效值,记为第二有效值。
μADI为若干第二评估值的均值;
二有效值;将第一有效值和第二有效值之比记为第一评估值;得到若干第一评估值;
标,并记为第二评估值;得到若干第二评估值;以及
度信号从时域转换为角域,进而得到每个曲轴周期内压缩阶段的曲轴周期信号的有效值与
整个曲轴周期信号的有效值之比,得到第一评估值,这是表征气阀泄漏的充分必要条件。同
时,获取排气阀的实际打开相位,根据排气阀的实际打开相位与预设健康状态排气阀的打
开相位,得到排气阀打开相位变化指标,得到第二评估值,这是表征气阀泄漏的必要条件,
因此通过第一评估值和第二评估值能够较准确的评估气阀泄漏状态。整个评估方法中,不
需要侵入往复压缩机的气缸内部,相较于现有基于p‑V图计算压缩过程的多变指数对气阀
泄漏状态进行评估的方法,本发明方法没有安全风险,易于在工业现场推广应用,整个故障
机理清晰,算法简单,可以实时评估气阀的泄漏状态,确定气阀维护计划,提高往复压缩机
的效率,减小企业运行维护成本。
附图说明
具体实施方式
本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范
围。
的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或
描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆
盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于
清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品
或设备固有的其它步骤或单元。
值和第二有效值之比记为第一评估值;得到若干第一评估值。
到若干第二评估值。
部,监测方法简单且没有安全风险,易于在工业现场推广应用。该气阀泄漏状态评估方法故
障机理清晰,算法简单,可以实时计算气阀的泄漏指标,并根据相关阈值判断气阀的泄漏状
态,确定气阀维护计划,提高往复压缩机的效率,减小企业运行维护成本。
过:安装在往复压缩机飞轮附近的键相传感器测得飞轮键相信号,键相传感器可以是电涡
流位移传感器或光电传感器,键相位置的设置首先需要使活塞运动到气缸盖端方向的极限
位置,然后在键相传感器正对位置的飞轮上设置键相标记。整个测量过程均在往复压缩机
气缸外部进行,测量方法简单且没有安全风险。
动加速度信号从时域转换为角域:
[10kHz,17kHz]的带通滤波,然后获取曲轴周期内处于往复压缩机压缩阶段的曲轴周期信
号的有效值,记为第二有效值。
号时以活塞运动到上止点的位置为飞轮键相信号开始时刻,同时,不同的往复压缩机在不
同负载下的压缩阶段曲轴角度区间会存在差异,但压缩阶段具体的曲轴角度区间是本领域
技术人员能够清楚得到的。
值;得到若干第二评估值。
这里往复压缩机排气阀的振动加速度信号可以通过第一步的方式获得,在此不再重复描
述。其中,根据排气阀的实际打开相位与预设健康状态排气阀的打开相位,通过下式得到第
二评估值ADI:
的区别,可以看出,进气阀阀盖振动信号能够进行评估进气阀泄漏状态。图3示出了进气阀
泄漏状态和健康状态的排气阀阀盖振动信号对比,其中,图中标注出了进气阀泄漏状态和
健康状态排气阀振动信号打开冲击的相位延迟,可以看出,进气阀泄漏状态和健康状态的
排气阀阀盖振动信号具有相应特征体现,能够采用排气阀阀盖振动信号进行气阀泄漏状态
评估。
实施例中,对若干第一评估值和若干第二评估值计算统计参数:均值和标准差,然后通过
Sigmoid函数以第一评估值为参数对第二评估值进行修正,得到评估指标FLI,具体如下:
的输出值接近0,而气阀泄漏时Sigmoid函数的输出值接近1,μRMS Ratio为若干第一评估值的
均值,σRMS Ratio为若干第一评估值的标准差,μADI为若干第二评估值的均值。
本发明的方法可以在无安全风险的监测方式下得到与传统方法一样的气阀泄漏状态评估
效果。
速度信号和与振动加速度信号同步采集的飞轮键相信号;其中,气阀为进气阀或排气阀;信
号划分模块,用于根据飞轮键相信号将振动加速度信号按照往复压缩机的曲轴周期进行划
分,得到若干曲轴周期信号;第一评估值建立模块,用于针对每个曲轴周期,获取曲轴周期
信号的有效值,记为第一有效值;获取曲轴周期内处于往复压缩机压缩阶段的曲轴周期信
号的有效值,记为第二有效值;将第一有效值和第二有效值之比记为第一评估值;得到若干
第一评估值;第二评估值建立模块,用于针对每个曲轴周期,获取排气阀的实际打开相位,
根据排气阀的实际打开相位与预设健康状态排气阀的打开相位,得到排气阀打开相位变化
指标,并记为第二评估值;得到若干第二评估值;以及状态评估模块,用于通过若干第一评
估值和若干第二评估值进行气阀泄漏状态评估。
程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等)上实
施的计算机程序产品的形式。
上述实施例方法中的全部或部分流程,也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,
所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中,该计算机程序在被处理器执行时,
可实现上述各个方法实施例的步骤。其中,所述计算机程序包括计算机程序代码,所述计算
机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读
存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信
息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。需要说明的是,所
述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的
增减,例如在某些司法管辖区,根据立法和专利实践,计算机可读介质不包括电载波信号和
电信信号。其中,所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储
设备,包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如
CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器
(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD))等。
气阀泄漏状态评估方法的步骤。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessingUnit,
CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor、DSP)、专用集
成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field‑
ProgrammableGateArray,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分
立硬件组件等。
的保护范围之内。