[发明专利]一种调节阀粘滞特性分析实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种过程控制设备特性分析实验平台，具体而言涉及一种调节阀粘滞特性分析实验装置。

背景技术

调节阀是工业过程中最为常用的一种执行器，使用中经常会出现死区、粘滞、回滞、饱和等故障。死区和饱和特性易于检测，实际中只要选型合理其出现的概率不高。粘滞特性最为常见，对控制回路的影响程度有大有小，其检测手段复杂。在调节阀的使用初期，阀杆和密封部件之间的摩擦力在合理范围之内，因而输入给阀门的控制信号和阀门实际位置之间保持一种线性关系。但随着时间推移，密封部件的润滑衰减，再加上外部环境的侵蚀可能造成阀杆表面摩擦力增大，这些现象导致阀门出现粘滞特性。存在粘滞特性的调节阀会使其所在控制回路性能下降，导致过程变量振荡，最终影响整个生产线的产品质量、增加产品不合格率以及能源的消耗。在现代化工厂中，通常有成百上千个调节阀在运行，依靠人力去对每一个调节阀进行检测和维护是一件非常繁重的工作。因而，利用可得过程数据，基于数据驱动方法研究阀门粘滞特性的检测和补偿一直是过程控制界的一个重要内容。研究粘滞特性对控制回路影响的前提是获取粘滞状态下控制回路的各种工作数据。目前，获取数据的一种方法是采集实际工业现场的数据，其不足是所得数据不可控且多数需要进一步处理。第二种方法是通过改变调节阀密封件的安装扭矩使其处于粘滞状态，但这种方法会对阀门造成损害，并且也不能可控的输出不同大小粘滞状态下的工作数据。

发明内容

本发明提供一种调节阀粘滞特性分析实验装置，通过在调节阀上安装一外置摩擦力模拟部件，模拟阀杆受到的摩擦力特性，以产生不同的阀门粘滞状态。该装置可连续调节粘滞等级，且不改变阀门本体结构。该装置还包括控制器和数据采集系统，可产生对阀门的控制信号，并可对阀门输入信号、位置信号、摩擦力大小以及各种过程变量进行采集记录。以该装置作为实验平台可进行调节阀粘滞特性诊断和控制补偿等方面研究。

本发明提供的一种调节阀粘滞特性分析实验装置由调节阀、摩擦力模拟部件、数据采集器、控制器、传感器和过程对象几个部分组成。调节阀是电动阀或是气动阀，其执行器带有阀位信号输出功能，此信号以有线或无线方式传送给数据采集器。摩擦力模拟部件是一个摩擦力发生装置，其刚性连接件和调节阀阀杆上的连接件相连，改变装置上动摩擦块所受正压力的大小，相应的施加在阀杆上的力特性也相应变化。控制器的输出信号作为阀门输入信号，并同时传送到数据采集器中。控制器可以是通用计算机(PC)、单片机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)或某些分立元件等的任意组合，可通过改变内部程序，使控制器的输出信号发送改变。调节阀连接过程对象，在一示例性应用中，过程对象可以是管道流量或一容器的液位。变量传感器用于对过程对象的过程值进行测量，测量值同时输入到控制器和数据采集器中。

本发明提供的一种调节阀粘滞特性分析实验装置中的摩擦力模拟部件由可滑动的动摩擦块部分和压力调节部分组成。动摩擦块部分包括动摩擦块、同轴连接件、滑动轴、刚性连接件、轴承、滑轮、牵引线和重力补偿件。动摩擦块两端分别通过同轴连接件和滑动轴连接，滑动轴和轴承连接。动摩擦块运动特性受滑动轴和轴承间摩擦力的影响，轴承的选择应以尽量减小它们之间的滑动摩擦力为准。牵引线通过一组滑轮分别连接滑动轴和重力补偿件，在动摩擦块垂直安装时，合理选择重力补偿件的质量可对动摩擦块等产生的重力进行补偿，在动摩擦块水平安装时不用连接牵引线。刚性连接件一端连接调节阀的连接件，另一端设置有安装孔，用固定螺丝牢固固定于动摩擦块之上。

本发明提供的一种调节阀粘滞特性分析实验装置中的压力调节部分用于改变静摩擦块施加于动摩擦块上的正压力，主要包括调节旋钮、精密丝杆、精密螺母、防位移紧固件、弹性元件、静摩擦块、压力传感器、静摩擦块固定件、夹紧螺丝、固定杆和支架。精密螺母安装在支架上，其相对于整个装置来说固定不动，转动调节旋钮带动精密丝杆旋转，通过精密螺母后使旋转运动变换为直线运动，并传导至上压力件上，从而压迫弹性元件变形，再进一步传导产生对压力传感器的压力；静摩擦块固定件的两个面形状呈“凹”字状，一侧的凹槽内安装压力传感器，另一侧的凹槽用于安装静摩擦块，夹紧螺丝的作用是固定静摩擦块，使其不产生动摩擦块移动方向上的位移；静摩擦块固定件和支架之间通过固定杆连接，固定杆数量为多根，固定杆一侧可在支架中滑动；随着调节旋钮的转动，施加于静摩擦块上的压力也随之改变，压力传感器所测值即为静摩擦块施加在动摩擦块上的正压力值。