【摘要】：在石油化工天然氣行業(yè)中,閥門(mén)是應(yīng)用廣泛使用頻繁的機(jī)械通用產(chǎn)品,在實(shí)際應(yīng)用中種類(lèi)繁多、數(shù)量龐大、結(jié)構(gòu)多變,并且工作環(huán)境腐蝕性強(qiáng)、自然環(huán)境惡劣,同時(shí)又受到輸送介質(zhì)高溫、高壓、高腐蝕等工藝參數(shù)的影響,閥門(mén)內(nèi)漏事故時(shí)有發(fā)生。閥門(mén)內(nèi)漏故障會(huì)破壞設(shè)備結(jié)構(gòu)完整性,導(dǎo)致輸送介質(zhì)意外泄漏繼而引發(fā)火災(zāi)、爆炸、介質(zhì)污染和中毒等后果更為嚴(yán)重的災(zāi)難性事故。因此,開(kāi)發(fā)具有閥門(mén)內(nèi)漏故障模式快速識(shí)別和閥門(mén)內(nèi)漏速率精確反演功能的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng),為事故預(yù)警技術(shù)提供支持,在工程上具有重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。從聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)基本原理出發(fā),研究聲發(fā)射源到聲發(fā)射信號(hào)轉(zhuǎn)化的整個(gè)過(guò)程,在此基礎(chǔ)上以閥門(mén)內(nèi)漏為聲發(fā)射源,研究聲發(fā)射信號(hào)的類(lèi)型,總結(jié)閥門(mén)輸送介質(zhì)和閥門(mén)外部環(huán)境對(duì)閥門(mén)內(nèi)漏聲發(fā)射信號(hào)的影響因素。分析閥門(mén)內(nèi)漏速率與閥門(mén)物理尺寸、流體特征參數(shù)之間的關(guān)系,推導(dǎo)出閥門(mén)內(nèi)漏速率與聲發(fā)射特征參數(shù)之間的關(guān)系模型。搭建閥門(mén)內(nèi)漏聲發(fā)射檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),開(kāi)展0.1-1.0MPa壓力下球閥、蝶閥、手動(dòng)球閥三種類(lèi)型,八種故障模式下的聲發(fā)射檢測(cè)實(shí)驗(yàn)研究,獲取信號(hào)特征參數(shù)和波形流,并測(cè)定對(duì)應(yīng)工況條件下閥門(mén)內(nèi)漏速率。分析閥門(mén)故障類(lèi)型對(duì)聲發(fā)射信號(hào)的影響、閥門(mén)內(nèi)漏速率與聲發(fā)射信號(hào)特征參數(shù)的相關(guān)性、不同故障類(lèi)型閥門(mén)內(nèi)漏聲發(fā)射信號(hào)的頻譜特征的差異性。對(duì)閥門(mén)內(nèi)漏聲發(fā)射原始波形信號(hào)進(jìn)行濾波和降噪預(yù)處理,得到原始信號(hào)、濾波信號(hào)和降噪信號(hào),作為支持向量機(jī)(SVM)輸入訓(xùn)練數(shù)據(jù),對(duì)球閥完好模式、球閥微小開(kāi)度和球閥閥芯劃痕三種故障模式進(jìn)行識(shí)別。以球閥閥芯劃痕為例,提取30組聲發(fā)射信號(hào)特征參數(shù)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入數(shù)據(jù),對(duì)閥門(mén)內(nèi)漏速率反演,隨機(jī)選擇25組數(shù)據(jù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò),隨機(jī)剩余的5組數(shù)據(jù)檢驗(yàn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性。依照聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)的基本原理,并結(jié)合閥門(mén)內(nèi)漏檢測(cè)對(duì)象的特殊要求,選擇傳感器、采集卡和支持Win7/Win8系統(tǒng)的工業(yè)平板電腦,完成聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)的硬件組合。使用MFC編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)閥門(mén)內(nèi)漏聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)軟件,調(diào)用采集卡API函數(shù)實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射信號(hào)采集,調(diào)用MATLAB生成的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)實(shí)現(xiàn)閥門(mén)故障模式快速識(shí)別和內(nèi)漏速率精確反演功能。
【圖文】：

其中對(duì)氣體流速和流量影響最大的因素是閥門(mén)的通流面積。大部分閥門(mén)的通流面積是閥芯和密封圈接觸面的面積，如圖 2-2 所示，計(jì)算方法見(jiàn)公式（2-4），圖2-2 錐形閥芯閥門(mén)通流面積Fig 2-2 Valve area with conical seats因此，閥門(mén)關(guān)閉狀態(tài)下的閥芯的封閉面積 可由公式（2-5）計(jì)算所得, (2-5)當(dāng)閥門(mén)打開(kāi)時(shí)，閥門(mén)的通流面 可通過(guò)公式（2-6）計(jì)算而得， ③ ④ (2-6)式中： 是閥門(mén)通流的截面面積； 是一個(gè)無(wú)量綱的比例系數(shù)；反應(yīng)流量通經(jīng)直徑與閥門(mén)升程的比例特征[43]。(2)流體特征與速率之間的關(guān)系

況下是對(duì)壓電元件用保護(hù)性材料進(jìn)行包裝如圖 2-4 所示，然后用于聲發(fā)射檢測(cè)當(dāng)中。下圖是基于鋯鈦酸鉛的壓電的傳感器。圖2-4 壓電元件聲發(fā)射傳感器Fig 2-4 Piezoelectric element AE sensor為了實(shí)現(xiàn)更加專(zhuān)業(yè)、精確的采集到聲發(fā)射信號(hào)，Breckenridge 于 1982 年設(shè)計(jì)出了電容傳感器。但是壓電傳感器價(jià)格相對(duì)較低，，敏感性高，固定操作方便并且可以選擇不同的采集頻率。盡管 PZT 傳感器在寬頻聲發(fā)射信號(hào)的基礎(chǔ)研究中并不常見(jiàn)，但在大多數(shù)的聲發(fā)射檢測(cè)實(shí)驗(yàn)和工程應(yīng)用中還是比較通用。（2）信號(hào)采集當(dāng)傳感器將材料表面的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)時(shí)，則成功采集到聲發(fā)射信號(hào)，隨后將電信號(hào)進(jìn)行放大和過(guò)濾，整個(gè)過(guò)程從數(shù)學(xué)角度來(lái)看是由一個(gè)線性系統(tǒng)來(lái)完成的，如圖
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TE65;TQ086.2

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本文編號(hào)：2633483