故障状态自动监测并自我修复型调压器及其故障判定方法与流程

1.本发明涉及燃气管网调压器技术领域，更具体地说涉及一种故障状态自动监测并自我修复型调压器。


背景技术：

2.天然气输气站压力控制系统主要由安全切断阀、监控调压器、工作调压器组成，工作调压器的阀体是通过法兰与监控调压器后的管道相连接，阀体上的前置和控制指挥器通过引压信号导管与工作调压后的管道相连接，接收下游反馈控制压力，控制调压器的阀口开度，将下游压力控制在设定范围之内，达到在正常时为下游管道供气压力，提供“工作设定值”的稳定天然气输送压力。
3.如公开日为2022年3月15日，公开号为cn216046895u，名称为“手自一体智能自力式调压器系统”的实用新型专利，该实用新型专利包括调控部件、调压控制柜、出口段压力变送器、主调压器和指挥器，调控部件分别与调压控制柜中的电磁阀及压力变送器连接，用于采集压力变送器的压力值及控制调压控制柜中电磁阀的通断，本技术对调压控制柜中的进气管路和泄压管路进行优化，使得调控部件可以实现档位变化调节调压器调压范围，实现一键调控。
4.目前应用到燃气管网中的调压器均不具备故障监测及自我修复功能，当调压器发生故障，如膜片破裂、密封阀瓣脱落等故障，为防止输送介质泄漏及压力失控，只能将调压器切断。当发生故障且调压器被关闭后，会造成设备停输的事故，降低了管道输送天然气的安全性。
5.上述类型的调压器发生故障后，无法对故障类型进行甄别，不清楚是哪个部件故障导致调压器关闭停输，一般需要工人拆卸之后逐一部件进行检查之后才可以发现，这给调压器的故障排查带来较大的困难，耗时较长，较大程度地影响了天然气的输送。


技术实现要素：

6.为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种故障状态自动监测并自我修复型调压器，本发明的发明目的在于解决上述现有技术调压器无法对调压器进行故障状态监测，无法通过调压器运行参数判断故障部件，发生故障后造成设备停输的事故，降低管道输送天然气安全性的问题。本发明的调压器通过压差变送器监控 膜片上腔和膜片下腔的压差，通过位移变送器监测阀杆位移量，通过压力变送器监测出口压力，实时监测调压器运行参数，通过调压器部分运行参数的变化，判断出故障类型及故障部件，同时针对膜片破裂、密封阀瓣脱落等故障，提供自修复方式，避免调压器故障关闭而造成的设备停输的事故，降低管道输送天然气安全性的问题出现。
7.为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明是通过下述技术方案实现的。
8.本发明提供了一种故障状态自动监测并自我修复型调压器，该调压器包括用于监测膜片上腔和膜片下腔压差变化的压差变送器；
用于监测阀杆位移量的位移变送器；用于监测调压器出口介质压力的压力变送器；用于监测调压器震动参数的震动传感器；分别与压差变送器、位移变送器、压力变送器和震动传感器连接，并实时接收压差变送器、位移变送器、压力变送器和震动传感器传输的参数数据，并对接收到的参数数据进行判断得出故障状态的中央处理器；所述调压器的膜片组件包括膜片和恢复托盘，恢复托盘滑动密封装配在调压器上膜盖，膜片被固定在上膜盖与下膜盖之间；膜片与恢复托盘均与阀杆固定装配；恢复托盘与膜片之间形成腔体ⅰ，恢复托盘与上膜盖配合形成膜片上腔；在恢复托盘上设置有连通膜片上腔与腔体ⅰ的恢复孔，该恢复孔上装配有阻止腔体ⅰ内压力流向膜片上腔的单向阀组件；所述调压器的阀座上设置密封阀瓣，阀芯底部设置有与该密封阀瓣配合形成密封副的密封阀口；阀座顶部外沿形成恢复阀口，该恢复阀口与阀芯底部的密封阀口的内缘面配合形成恢复密封副；密封阀瓣正常状态时，密封封口与密封阀瓣密封后，恢复阀口与阀芯底部的恢复阀口之间具有设定间隔。
9.在本发明中，中央处理器收集调压器各种运行参数，不断完善其存储数据路中的各类数据，可根据调压器正常状态运行时的运行参数，进行自我学习。
10.中央处理器通过位移变送器采集的调压器正常使用时阀杆的移动速度及距离，通过压力变送器采集调压器正常使用时调压器出口压力变化的快慢和变化的高低值，并形成压力曲线，当中央处理器通过位移变送器监测到阀杆的移动速度突然停止或快速移动，同时中央处理器通过压力变送器监测到调压器出口压力波动超出正常范围时，证明阀芯有卡阻故障产生。
11.中央处理器通过压差变送器采集调压器正常工作时膜片上腔和膜片下腔的压差情况，在调压器正常工作时，膜片上腔与膜片下腔的压差值不会超出一个数值，并且会有一个压差值（即存在压差）；当位移变送器监测到阀杆位置处于最低值时，该压差值才会处于0的状态。当调压器正常运行时，膜片上腔和膜片下腔的压差值突然减小且阀杆位置并不在最低值时，就证明膜片破裂。
12.当膜片膜裂后，膜片下腔与腔体ⅰ连通，膜片下腔压力作用在恢复托盘的单向阀中，单向阀切断腔体ⅰ与膜片上腔的恢复孔，此时膜片的功能将被恢复托盘取代，故障排除，调压器自动恢复运行。
13.中央处理器通过震动传感器采集调压器和气体的震动参数，该震动参数包括震动频率和震幅；当震动频率增加或减少，再配合位移变送器监测到的阀杆位置的变化情况，以及压力变送器监测到的调压器出口压力变化情况，就能判断调压器是否处于故障状态。
14.当密封阀瓣损坏或脱落后，阀芯和阀杆会继续向下移动，直至阀芯恢复密封点，即阀座顶部外沿形成恢复阀口与阀芯底部的密封阀口的内缘面配合形成恢复密封副时，实现二次密封，恢复调压器的工作状态实现故障自动排除。而由于阀杆行程加大，位移变送器监测到阀杆位置处于最低值以下，给出故障诊断结果。
15.为了更好地实现本发明的发明目的，它还具有如下的技术特征：恢复托盘上设置有用于装配所述单向阀组件的装配槽，恢复孔连通装配槽底部和腔体ⅰ。
16.进一步，所述单向阀组件包括单向阀座、钢球和弹簧，单向阀座装配在该装配槽上，钢球置于装配槽内，弹簧设置在钢球与该装配槽底部之间。通过该单向阀组件结构，当膜片破裂后，膜片下腔压力进入到腔体ⅰ中，膜片下腔压力通过恢复孔作用到钢球上，在弹簧和膜片下腔压力的作用下，将钢球封堵到单向阀座上，以便阻止膜片下腔压力进入膜片上腔，当钢球封堵住单向阀座时，恢复托盘替代破裂的膜片，调压器自动恢复运行。
17.同时，当膜片正常工作时（未发生破裂），膜片上腔压力作用在钢球上，加上钢球自身重力作用，压缩该弹簧，使得钢球离开单向阀座，恢复孔连通膜片上腔与腔体ⅰ，膜片上腔压力进入到腔体ⅰ中，作用在膜片上。
18.更进一步的，恢复孔连通装配槽的一端凸出于装配槽底部。该凸出的部位的凸出量应大于弹簧最大压缩时的高度，使得钢球可以与该凸出的孔位配合，封堵该孔位，避免膜片上腔压力突然增大，进入腔体ⅰ对膜片造成损坏。
19.所述密封阀口是由凸出于阀芯底部的阀芯外沿形成，该阀芯外沿的内缘与阀芯底部之间形成一斜坡，该斜坡即为密封阀口的内缘面。
20.所述恢复阀口是由凸出于密封阀瓣的阀座外沿形成，该阀座外沿呈倒锥形结构，该阀座外沿与密封阀口内缘的斜坡配合形成硬质密封副。
21.所述震动传感器装配在调压器顶部。
22.所述位移变送器装配在调压器的上膜盖上，位移变送器的采集杆由上膜盖插入到膜片上腔内，连接在所述恢复托盘上。
23.压力变送器设置在膜片上腔与调压器出口下游管道之间的连接管路上。
24.本发明第二方面提供了一种故障状态自动监测并自我修复型调压器的故障判定方法，该方法包括中央处理器通过位移变送器实时采集调压器正常使用时阀杆的移动速度及距离，并进行存储；中央处理器通过压力变送器实时采集调压器正常使用时调压器出口压力变化，形成压力曲线，并进行存储；中央处理器通过压差变送器实时采集调压器正常工作时膜片上腔和膜片下腔的压差变化，并进行存储；中央处理器通过震动传感器实时采集调压器正常工作时的震动参数并进行存储；当中央处理器通过位移变送器监测到阀杆的移动速度突然停止或快速移动，同时中央处理器通过压力变送器监测到调压器出口压力波动超出正常范围时，表示阀芯有卡阻故障产生；当中央处理器通过压差变送器监测到膜片上腔和膜片下腔的压差值突然减小，同时中央处理器通过位移变送器监测到阀杆未处于最低位置时，表示膜片有破裂故障产生；当中央处理器通过位移变送器监测到阀杆位置处于最低值以下，表示密封阀瓣有损坏或脱落故障产生；当中央处理器通过震动传感器监测到调压器的震动参数变化超出正常范围时，再配合位移变送器监测到的阀杆位置变化情况，以及压力变送器监测到的调压器出口压力变化情况，判断调压器是否处于故障状态。
25.与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：
1、本发明的调压器通过压差变送器监控 膜片上腔和膜片下腔的压差，通过位移变送器监测阀杆位移量，通过压力变送器监测出口压力，实时监测调压器运行参数，通过调压器部分运行参数的变化，判断出故障类型及故障部件，同时针对膜片破裂、密封阀瓣脱落等故障，提供自修复方式，避免调压器故障关闭而造成的设备停输的事故，降低管道输送天然气安全性的问题出现。
26.2、本发明通过震动传感器监测到调压器的震动参数变化超出正常范围时，再配合位移变送器监测到的阀杆位置变化情况，以及压力变送器监测到的调压器出口压力变化情况，判断调压器是否处于故障状态。通过该故障状态的判定，得出故障是否被自修复的结论。
27.3、本发明的故障状态自动监测并自我修复型调压器，在故障发生时可判定并记录故障类型及发生故障的部件，同时可以完成自我修复，不影响设备的正常运行，带检修设备时，可对故障进行一次性修复。
28.4、本发明中央处理器通过采集调压器正常工作状态时的运行参数，进行数据自学习和存储，一旦监测到的某一运行参数超出调压器正常工作时的波动范围，即可进行故障判定，这种方式相较于设置固定阈值的方式而言，调压器的故障判定更加灵活多变，避免某一运行参数因特殊情况超出固定阈值而造成误判的情况出现。
附图说明
29.图1为本发明自我修复型调压器的结构示意图；图2为本发明自我修复型调压器中单向阀组件的结构示意图；图3为本发明自我修复型调压器中阀芯与阀座的二级密封结构示意图；附图标记：1、膜片上腔，2、膜片下腔，3、压差变送器，4、阀杆，5、位移变送器，6、调压器出口，7、压力变送器，8、震动传感器，9、中央处理器，10、膜片，11、恢复托盘，12、上膜盖，13、下膜盖，14、腔体ⅰ，15、恢复孔，16、单向阀组件，17、阀座，18、阀芯，19、密封阀瓣，20、密封阀口，21、恢复阀口，22、密封阀口的内缘面，23、装配槽，24、单向阀座，25、钢球，26、弹簧，27、连接管路。
具体实施方式
30.下面结合说明书附图，对本发明的技术方案作出进一步详细地阐述。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
31.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，也可表示电连接，除非本文另有不同的说明。
32.参照说明书附图1所示，本实施例提供了一种故障状态自动监测并自我修复型调压器，该调压器包括用于监测膜片上腔1和膜片下腔2压差变化的压差变送器3；用于监测阀杆4位移量的位移变送器5；用于监测调压器出口6介质压力的压力变送器7；
用于监测调压器震动参数的震动传感器8；分别与压差变送器3、位移变送器5、压力变送器7和震动传感器8连接，并实时接收压差变送器3、位移变送器5、压力变送器7和震动传感器8传输的参数数据，并对接收到的参数数据进行判断得出故障状态的中央处理器9；所述调压器的膜片组件包括膜片10和恢复托盘11，恢复托盘11滑动密封装配在调压器上膜盖12，膜片10被固定在上膜盖12与下膜盖13之间；膜片10与恢复托盘11均与阀杆4固定装配；恢复托盘11与膜片10之间形成腔体ⅰ14，恢复托盘11与上膜盖12配合形成膜片上腔1；在恢复托盘11上设置有连通膜片上腔1与腔体ⅰ14的恢复孔15，该恢复孔15上装配有阻止腔体ⅰ14内压力流向膜片上腔1的单向阀组件16；所述调压器的阀座17上设置密封阀瓣19，阀芯18底部设置有与该密封阀瓣19配合形成密封副的密封阀口20；阀座17顶部外沿形成恢复阀口21，该恢复阀口21与阀芯18底部的密封阀口的内缘面22配合形成恢复密封副；密封阀瓣19正常状态时，密封封口与密封阀瓣19密封后，恢复阀口21与阀芯18底部的恢复阀口21之间具有设定间隔。
33.在本实施例中，中央处理器9收集调压器各种运行参数，不断完善其存储数据路中的各类数据，可根据调压器正常状态运行时的运行参数，进行自我学习。
34.中央处理器9通过位移变送器5采集的调压器正常使用时阀杆4的移动速度及距离，通过压力变送器7采集调压器正常使用时调压器出口6压力变化的快慢和变化的高低值，并形成压力曲线，当中央处理器9通过位移变送器5监测到阀杆4的移动速度突然停止或快速移动，同时中央处理器9通过压力变送器7监测到调压器出口6压力波动超出正常范围时，证明阀芯18有卡阻故障产生。
35.中央处理器9通过压差变送器3采集调压器正常工作时膜片上腔1和膜片下腔2的压差情况，在调压器正常工作时，膜片上腔1与膜片下腔2的压差值不会超出一个数值，并且会有一个压差值（即存在压差）；当位移变送器5监测到阀杆4位置处于最低值时，该压差值才会处于0的状态。当调压器正常运行时，膜片上腔1和膜片下腔2的压差值突然减小且阀杆4位置并不在最低值时，就证明膜片10破裂。
36.当膜片10膜裂后，膜片下腔2与腔体ⅰ14连通，膜片下腔2压力作用在恢复托盘11的单向阀中，单向阀切断腔体ⅰ14与膜片上腔1的恢复孔15，此时膜片10的功能将被恢复托盘11取代，故障排除，调压器自动恢复运行。
37.中央处理器9通过震动传感器8采集调压器和气体的震动参数，该震动参数包括震动频率和震幅；当震动频率增加或减少，再配合位移变送器5监测到的阀杆4位置的变化情况，以及压力变送器7监测到的调压器出口6压力变化情况，就能判断调压器是否处于故障状态。
38.当密封阀瓣19损坏或脱落后，阀芯18和阀杆4会继续向下移动，直至阀芯18恢复密封点，即阀座17顶部外沿形成恢复阀口21与阀芯18底部的密封阀口的内缘面22配合形成恢复密封副时，实现二次密封，恢复调压器的工作状态实现故障自动排除。而由于阀杆4行程加大，位移变送器5监测到阀杆4位置处于最低值以下，给出故障诊断结果。
39.作为本实施例的一种实施方式，参照说明书附图2所示，恢复托盘11上设置有用于装配所述单向阀组件16的装配槽23，恢复孔15连通装配槽23底部和腔体ⅰ14。
40.进一步，所述单向阀组件16包括单向阀座24、钢球25和弹簧26，单向阀座24装配在
该装配槽23上，钢球25置于装配槽23内，弹簧26设置在钢球25与该装配槽23底部之间。通过该单向阀组件16结构，当膜片10破裂后，膜片下腔2压力进入到腔体ⅰ14中，膜片下腔2压力通过恢复孔15作用到钢球25上，在弹簧26和膜片下腔2压力的作用下，将钢球25封堵到单向阀座24上，以便膜片下腔2压力进入膜片上腔1，当钢球25封堵住单向阀座24时，恢复托盘11替代破裂的膜片10，调压器自动恢复运行。
41.同时，当膜片10正常工作时（未发生破裂），膜片上腔1压力作用在钢球25上，加上钢球25自身重力作用，压缩该弹簧26，使得钢球25离开单向阀座24，恢复孔15连通膜片上腔1与腔体ⅰ14，膜片上腔1压力进入到腔体ⅰ14中，作用在膜片10上。
42.作为本实施例的又一种实施方式，恢复孔15连通装配槽23的一端凸出于装配槽23底部。该凸出的部位的凸出量应大于弹簧26最大压缩时的高度，使得钢球25可以与该凸出的孔位配合，封堵该孔位，避免膜片上腔1压力突然增大，进入腔体ⅰ14对膜片10造成损坏。
43.作为本实施例的又一种实施方式，如附图3所示，所述密封阀口20是由凸出于阀芯18底部的阀芯18外沿形成，该阀芯18外沿的内缘与阀芯18底部之间形成一斜坡，该斜坡即为密封阀口的内缘面22。所述恢复阀口21是由凸出于密封阀瓣19的阀座17外沿形成，该阀座17外沿呈倒锥形结构，该阀座17外沿与密封阀口20内缘的斜坡配合形成硬质密封副。
44.作为本实施例的又一种实施方式，参照说明书附图1所示，所述震动传感器8装配在调压器顶部。所述位移变送器5装配在调压器的上膜盖12上，位移变送器5的采集杆由上膜盖12插入到膜片上腔1内，连接在所述恢复托盘11上。压力变送器7设置在膜片上腔1与调压器出口6下游管道之间的连接管路27上。
45.作为本发明又一较佳实施例，参照说明书附图1所示，本实施例公开了一种故障状态自动监测并自我修复型调压器的故障判定方法，该方法包括中央处理器9通过位移变送器5实时采集调压器正常使用时阀杆4的移动速度及距离，并进行存储；中央处理器9通过压力变送器7实时采集调压器正常使用时调压器出口6压力变化，形成压力曲线，并进行存储；中央处理器9通过压差变送器3实时采集调压器正常工作时膜片上腔1和膜片下腔2的压差变化，并进行存储；中央处理器9通过震动传感器8实时采集调压器正常工作时的震动参数并进行存储；当中央处理器9通过位移变送器5监测到阀杆4的移动速度突然停止或快速移动，同时中央处理器9通过压力变送器7监测到调压器出口6压力波动超出正常范围时，表示阀芯18有卡阻故障产生；当中央处理器9通过压差变送器3监测到膜片上腔1和膜片下腔2的压差值突然减小，同时中央处理器9通过位移变送器5监测到阀杆4未处于最低位置时，表示膜片10有破裂故障产生；当中央处理器9通过位移变送器5监测到阀杆4位置处于最低值以下，表示密封阀瓣19有损坏或脱落故障产生；当中央处理器9通过震动传感器8监测到调压器的震动参数变化超出正常范围时，再配合位移变送器5监测到的阀杆4位置变化情况，以及压力变送器7监测到的调压器出口6
压力变化情况，判断调压器是否处于故障状态。
46.中央处理器9通过采集调压器正常工作状态时的运行参数，进行数据自学习和存储，一旦监测到的某一运行参数超出调压器正常工作时的波动范围，即可进行故障判定，这种方式相较于设置固定阈值的方式而言，调压器的故障判定更加灵活多变，避免某一运行参数因特殊情况超出固定阈值而造成误判的情况出现。
47.对于故障状态的显示，可根据故障的类型，发生故障的部件，以不同的报警方式进行显示，例如中央处理器9连接显示器，中央处理器9中有调压器的虚拟模型，根据故障类型及故障发生部件，通过在虚拟模型中突出该故障部件的方式进行故障报警，以提醒操作人员，哪个部件发生什么样的故障，减少操作人员排查故障的时间，提高检修效率。