一种基于扩展主动变刚度的调节阀减振系统及方法
【专利摘要】本发明具体公开了一种基于扩展主动变刚度的调节阀减振系统及方法，包括调节阀、数据采集装置、控制系统、执行机构和显示装置，所述的调节阀与数据采集装置、执行机构相连，所述的数据采集装置、显示装置和执行机构分别与控制系统相连。本发明的有益效果是：通过振动位移量作为振动控制的基础信号，其与加速度和速度传感器相比，可消除信号转换所引起的误差，提高信号提取的准确性，以及方便后续振动响应量的分析。通过空间直角坐标系中调节阀三个方向的二个传感器的对称布置，可实现调节阀在三维空间的动态监测，提高振动控制的可靠性。通过参数分析和执行机构，实现在允许工况内调整调节阀相对开度来改变系统刚度，进而实现振动控制，可简化控制系统，降低控制成本。
【专利说明】一种基于扩展主动变刚度的调节阀减振系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于扩展主动变刚度的减振系统，尤其涉及一种紧急情况下，在 调节阀允许工况内通过调整调节阀相对开度来改变其系统刚度，从而实现调节阀的振动控 制，属于调节阀振动控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 调节阀作为最常用的终端流体控制元件，用来控制系统的压力，广泛应用在冶金、 核电、石油、化工等重要行业。然而在使用过程中，调节阀经常受到随时间变化的载荷作用， 有些 动载荷对其作用并不显著，但当受到如地震等破坏力大的载荷，或作用载荷和结构的 某一固有频率相接近时，会引起结构的显著振幅，在其内部产生很大的动应力，使结构发生 破坏以及产生不允许的变形，进而影响整个管道系统的运行。因此，需要对调节阀在外部载 荷作用下的振动进行控制，以提高调节阀的使用寿命及管道输送系统的安全性。
[0003] 现如今对调节阀的振动控制，出现了类如被动控制中的调节质量阻尼方法、半主 动控制的主动变刚度方法等诸多振动控制方法。虽然可有效地降低系统的振动响应，但仍 存在一些问题，如半主动控制法需要添加附加刚度，这不仅使得控制系统复杂，而且还增加 了振动控制成本。针对调节阀控制系统复杂及成本高的问题，可结合调节阀自身结构在动 态性能上的特征，并在现有振动控制的基础上，设计适合调节阀的振动控制系统和方法，以 便能简化控制系统及减少控制成本。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有调节阀的振动控制所存在的控制系统复杂及成本高等问题，提供 一种可有效简化控制系统，进而降低控制成本的扩展主动变刚度的调节阀减振系统及方 法。
[0005] 本发明的扩展主动变刚度的调节阀减振系统及方法采用以下技术方案： 扩展主动变刚度的调节阀减振系统，包括调节阀、数据采集装置、控制系统、执行机构 和显示装置，所述的调节阀与数据采集装置、执行机构相连，所述的数据采集装置、显示装 置和执行机构分别与控制系统相连。
[0006] 所述的控制系统包括数据处理模块、参数分析模块和执行信号模块，所述的数据 处理模块、参数分析模块和执行信号模块依次相连。
[0007] 所述数据采集装置包括六个位移传感器，其中的二个位移传感器设于在阀盖上端 中心线处，用于采集空间直角坐标系中调节阀的Z向位移量，二个位移传感器设于在阀体 的左、右中心线处，用于采集空间直角坐标系中调节阀的X向位移量，另二个位移传感器设 于在阀体的前、后中心线处，用于采集空间直角坐标系中调节阀的Y向位移量。六个位移传 感器采集数据并得到六个位移数据模块。
[0008] 控制系统的控制方法，包括如下步骤： (1) 通过数据采集装置采集调节阀受迫振动产生的位移信号； (2) 通过数据处理模块对采集的信号进行处理，得到调节阀在三个轴向的位移量； (3) 参数分析模块对处理位移量与初始位移量进行分析，得到需调整的位移量； (4) 执行信号模块将调整位移量转换为执行信号，传送给执行机构。
[0009] 所述的步骤（1)通过六个位移传感器采集数据，形成6个位移模块，这六个位移模 块分别是：位移模块a、位移模块b、位移模块c、位移模块d、位移模块e、位移模块f。
[0010] 所述的步骤（2)通过数据处理模块对所述的6个位移模块进行分组处理，位移模 块a和位移模块b形成空间直角坐标系中调节阀的Z向位移模块A、位移模块c和位移模块 d形成X向位移模块B、位移模块e和位移模块f?形成Y向位移模块C。
[0011] 所述的步骤（3)对参数分析进行判别的步骤如下： (3-1)参数分析模块分别对数据处理模块中生成的Z向位移模块A的&、X向位移模块 B的&、Y向位移模块C的h和其初始受迫振动位移量Aiolo分别进行判别，若处理位移 量小于初始受迫振动位移量，则跳到步骤（3-2);若处理位移量大于或等于初始受迫振动位 移量，则跳到步骤（3-3); (3-2)说明振动减小，并判断是否是初始相对开度，然后跳到步骤（4); (3-3)说明振动位移量超出初始受迫振动量或未达到减振效果，然后跳到步骤（4)。
[0012] 所述的步骤（4)对执行信号进行判别的方法如下： (4-1)若振动减小，并是初始相对开度，则生成停止执行信号；若振动减小并不是初始 相对开度，则延时l〇s，并生成回到初始相对开度信号； (4-2 )若振动位移量超出初始受迫振动量或未达到减振效果，在工况允许的范围内改 变调节阀的相对开度，以相对开度1%进行微调，并生成相应的执行信号。
[0013] 所述的步骤（4)通过控制系统中的执行信号模块将需调整的位移量转换为执行信 号，并传送给调节阀的执行机构，以改变调节阀的相对开度。
[0014] 所述的步骤（2) X、Y、Z位移模块的计算公式为式（1-1)所示：
【权利要求】
1. 调节阀扩展主动变刚度系统，其特征在于：包括调节阀、数据采集装置、控制系统、 执行机构和显示装置，所述的调节阀与数据采集装置、执行机构相连，所述的数据采集装 置、显示装置和执行机构分别与控制系统相连。
2. 如权利要求1所述的调节阀扩展主动变刚度系统，其特征在于，所示扩展主动变刚 度系统的运动方程和振幅量为
其中，?为调节阀的质量，C为调节阀的阻尼，A为调节阀的刚度，AA为主动变刚度控 制装置的附加刚度，(7)为通过改变调节阀的相对开度所得的刚度，为外部载荷，《为 角频率。
3. 如权利要求1所述的调节阀数据采集装置，其特征在于：所述数据采集装置包括六 个位移传感器，其中的二个位移传感器设于在阀盖上端中也线处，二个位移传感器设于在 阀体的左、右中也线处，另二个位移传感器设于在阀体的前、后中也线处。
4. 如权利要求1所述的调节阀控制系统，其特征在于：所述的控制系统包括数据处理 模块、参数分析模块和执行信号模块，所述的数据处理模块、参数分析模块和执行信号模块 依次相连。
5. 如权利要求4所述的控制系统，其特征在于：所述执行信号模块将需调整的位移量 转换为执行信号，并传送给调节阀的执行机构，W改变调节阀的相对开度。
6. 如权利要求4所述的控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 通过数据采集装置采集调节阀受迫振动产生的位移信号； (2) 通过数据处理模块对采集的信号进行处理，得到调节阀在H个轴向的位移量； (3) 参数分析模块对处理位移量与初始位移量进行分析，得到需调整的位移量； (4) 执行信号模块将调整位移量转换为执行信号，传送给执行机构。
7. 如权利要求6所述的调节阀控制系统的控制方法，其特征在于，所述的步骤（1)中是 通过六个位移传感器采集数据，形成6个位移模块，该六个位移模块分别是；位移模块a、位 移模块b、位移模块C、位移模块t位移模块e、位移模块f ;所述的步骤（2)通过数据处理模 块对所述的6个位移模块进行分组处理，位移模块a和位移模块b形成空间直角坐标系中 调节阀的Z向位移模块A、位移模块C和位移模块d形成X向位移模块B、位移模块e和位 移模块f形成Y向位移模块C。
8. 如权利要求7所述的调节阀控制系统的控制方法，其特征在于，所述的步骤（2)X、Y、 Z位移模块的计算公式为：
其中，心Za分别为位移模块a、b的所测得的数据，X。、A分别为位移模块c、d的所测 得的数据，分别为位移模块e、f的所测得的数据，Z、X、Y分别为空间直角坐标系中调 节阀的H向位移。
9. 如权利要求6所述的调节阀控制系统的控制方法，其特征在于，所述的步骤（3)对参 数分析进行判别的步骤如下： (3-1)参数分析模块分别对数据处理模块中生成的Z向位移模块A的Zi、X向位移模块 B的Ji、Y向位移模块C的_71和其初始受迫振动位移量^。、尤。、_7。分别进行判别，若处理位移 量小于初始受迫振动位移量，则跳到步骤（3-2);若处理位移量大于或等于初始受迫振动位 移量，则跳到步骤（3-3); (3-2)说明振动减小，并判断是否是初始相对开度，然后跳到步骤（4); (3-3)说明振动位移量超出初始受迫振动量或未达到减振效果，然后跳到步骤（4)。
10. 如权利要求6所述的调节阀控制系统的控制方法，其特征在于，所述的步骤（4)对 执行信号进行判别的方法如下： (4-1)若振动减小，并是初始相对开度，则生成停止执行信号；若振动减小并不是初始 相对开度，则延时10s，并生成回到初始相对开度信号； (4-2)若振动位移量超出初始受迫振动量或未达到减振效果，在工况允许的范围内改 变调节阀的相对开度，W相对开度1%进行微调，并生成相应的执行信号。
【文档编号】F16F15/02GK104235259SQ201310237210
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月17日 优先权日:2013年6月17日
【发明者】安延涛, 马汝建, 赵东, 王勇 申请人:济南大学