本發(fā)明屬于機械故障診斷
技術領域：
，特別涉及一種隔膜泵單向閥實時故障檢測技術。
背景技術：
：隔膜泵是用于輸送固體和液體兩相介質的設備，它在往復式活塞泵的基礎上增加隔膜室演變而來，從而實現(xiàn)了輸送介質與活塞的隔離。隔膜泵既具有活塞泵輸送距離遠、介質高濃度、環(huán)境高溫度等特點，也具有隔膜泵本身耐腐蝕、效率高、易維修等優(yōu)點，使其廣泛應用于石油、化工、冶金等運輸領域。單向閥是隔膜泵的重要組成部分，在運輸?shù)V漿的過程中起到了至關重要的作用。由于礦漿中固體顆粒的磨擦作用，泵組的進、出口單向閥工作一段時間之后勢必產(chǎn)生磨損，同時引起隔膜泵異常沖擊振動。其損壞形式主要有密封橡膠套磨損，閥芯磨損，閥座磨損，閥芯及閥座共同磨損等。一旦進、出口單向閥產(chǎn)生磨損，必須馬上更換，否則磨損程度將在極較短的時間內迅速增加，直至傷及閥室，一旦閥室受損，將會產(chǎn)生重大經(jīng)濟損失，甚至可能造成重大安全事故。為避免由于單向閥受損未及時發(fā)現(xiàn)而造成閥室損壞，在管道公司的日常運作中，常人為設定單向閥的有效工作時間為t小時(大約1000小時左右)，達到t小時以后無論單向閥是否正常一律更換。但是，由于產(chǎn)品一致性問題，存在著兩種情況：(1)有的單向閥的工作時間未達到t小時就不能正常工作了；(2)有的達到t小時仍然可以繼續(xù)正常工作。單向閥在失效以后可能會造成閥體/閥室的更大程度的破壞，因此及時更換單向閥非常重要。當出現(xiàn)第(1)中情況時，目前主要依靠工作人員通過單向閥發(fā)出的聲音，再結合自身經(jīng)驗判斷單向閥是否正常，造成工作人員的工作量增加，同時，由于每個人的個體主觀性，容易出現(xiàn)誤判或漏判的情況；當出現(xiàn)第(2)種情況時，更換單向閥會造成企業(yè)巨大的資源和經(jīng)濟浪費。由此可見，更換單向閥的時機問題困擾著工作人員以及直接影響著企業(yè)的經(jīng)濟成本，因此，開展單向閥狀態(tài)監(jiān)測并及時進行故障檢測具有重要的理論與現(xiàn)實意義?，F(xiàn)有技術中，例如馬軍、吳建德、王曉東、姜迪、冷婷婷等人的發(fā)明專利“一種隔膜泵單向閥多元信息采集裝置及安裝方法(cn105673473a)”，其主要解決了隔膜泵單向閥多元信息的采集、傳輸及存儲問題，同時提供了裝置的安裝參考，但是并未涉及隔膜泵單向閥的故障檢測方法；吳建德、張忠云、王曉東、馬軍、范玉剛等人的發(fā)明專利“一種應用于隔膜泵單向閥故障檢測的聲發(fā)射信號采集裝置(cn204646622u)”，其主要提出了一種針對隔膜泵單向閥的噪聲采集裝置用于提供聲音檢測信息，但是由于隔膜泵單向閥的工作環(huán)境背景噪聲較大，并且存在其它設備的輻射噪聲干擾，導致采集的聲音信號復雜，可利用率不高；馮斌的發(fā)明專利“隔膜泵單向閥閥橡膠磨損故障報警裝置(cn203035522u)”，其提出一種內含傳感器的單向閥，當閥橡膠磨損到一定程度時即進行故障報警，由于該單向閥內部集成了傳感器，使其制造成本高，并且為一次性使用，難以廣泛推廣。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明為解決上述技術問題，提出了一種隔膜泵單向閥實時故障檢測方法及系統(tǒng)，利用單向閥工作過程中的振動信息進行故障特征提取，在此基礎上通過多指標綜合評判進行單向閥故障實時診斷。本發(fā)明采用的技術方案是：一種隔膜泵單向閥實時故障檢測方法，包括：s1、通過振動加速度傳感器對單向閥故障特征進行提取，所述單向閥故障特征包括：單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值；s2、對步驟s1提取的故障特征進行分類，具體為：通過對單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值預設各自對應的限值；將故障狀態(tài)分為：正常狀態(tài)、預警狀態(tài)以及報警狀態(tài)；所述正常狀態(tài)為單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值均不超出各自對應的限值；所述預警狀態(tài)為單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值中有一個或兩個超出各自對應的限值；所述報警狀態(tài)為單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值均超出各自對應的限值；s3、根據(jù)步驟s2的故障分類進行報警處理。進一步地，所述振動加速度傳感器安裝于隔膜泵單向閥的閥室殼體上端。進一步地，步驟s1所述單向閥振動沖擊程度采用振動信號的波形衰減量作為指標：φ＝(xmax-xmin)/xmax×100％；其中，φ為振動信號的波形衰減量，xmax和xmin分別為原始振動信號的相鄰加速度峰值。進一步地，步驟s1所述單向閥振動持續(xù)程度采用振動信號的離散度作為指標：其中，ψ為振動信號的離散度，xi為振動信號中第i個點的數(shù)值，為振動信號的算術平均值。進一步地，步驟s1所述單向閥振動能量值采用振動信號的振動能量作為指標：其中，e為振動信號能量指標，δt為采樣時間間隔。一種隔膜泵單向閥實時故障檢測系統(tǒng)，包括：用于采集數(shù)據(jù)的傳感器單元，用于對傳感器單元采集的數(shù)據(jù)進行故障特征提取并分類的數(shù)據(jù)處理單元，以及用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元的故障分類結果進行報警的報警單元。進一步地，所述傳感器單元包含若干傳感器，所述傳感器安裝于隔膜泵單向閥的閥室殼體上端。進一步地，故障特征包括：單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值。更進一步地，所述將故障分類包括：正常狀態(tài)、預警狀態(tài)以及報警狀態(tài)；所述正常狀態(tài)為單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值均不超出各自對應的限值；所述預警狀態(tài)為單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值中有一個或兩個超出各自對應的限值；所述報警狀態(tài)為單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值均超出各自對應的限值。進一步地，所述報警單元至少包括：用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元的分類結果進行燈光報警的光報警器，以及用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元的分類結果進行聲音報警的聲報警器。進一步，所述傳感器的采樣頻率為振動信號頻率的兩倍。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的一種隔膜泵單向閥實時故障檢測方法及系統(tǒng)，在隔膜泵單向閥的閥室殼體上端安裝振動加速度傳感器，采集與單向閥運動方向同軸線的振動加速度信號，具備以下優(yōu)點：1、利用振動信號所含故障特征信息集中，利于單向閥故障特征提取，通過振動加速度傳感器獲取振動信號，并根據(jù)單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值判斷故障，提升了故障檢測準確率；2、將振動加速度傳感器安裝于隔膜泵單向閥的閥室殼體上端，不接觸管道內的礦漿，避免了惡劣的工作條件，增加了檢測設備工作的穩(wěn)定性；3、將振動加速度傳感器安裝于隔膜泵單向閥的閥室殼體上端，不接觸管道內的礦漿，使得更換單向閥不會影響振動加速度傳感器，使其可以重復利用，減低了故障檢測成本；4、設置傳感器的采樣頻率為振動信號頻率的2倍，使得加速度振動信號的采樣頻率足夠覆蓋全部的隔膜泵單向閥故障特性；且可以減少數(shù)據(jù)的冗余性。附圖說明圖1是隔膜泵單向閥實時故障檢測技術流程。圖2是振動加速度傳感器安裝位置。圖3是正常狀態(tài)下的單向閥閥室殼體振動時域信號。圖4是預警狀態(tài)下的單向閥閥室殼體振動時域信號。圖5是報警狀態(tài)下的單向閥閥室殼體振動時域信號。圖6是單向閥實時故障檢測結果輸出。具體實施方式為便于本領域技術人員理解本發(fā)明的技術內容，下面結合附圖對本
發(fā)明內容進一步闡釋。通過試驗，本發(fā)明提出的單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值，這三類指標在單向閥故障檢測準確率最高的；并且以單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值這三類作為單向閥故障檢測指標是本申請首次提出的。為了采集單向閥工作時的振動加速度信息，在隔膜泵單向閥的閥室殼體上端安裝振動加速度傳感器，采集與單向閥運動方向同軸線的振動加速度信號，傳感器的安裝位置如圖2所示。為了獲取有效的振動加速度信號，傳感器數(shù)據(jù)采樣參數(shù)設置需滿足兩個條件：(1)加速度振動信號的采樣頻率需要足夠高從而覆蓋全部的隔膜泵單向閥故障特性；(2)加速度振動信號的采樣頻率需要盡量低從而減少數(shù)據(jù)的冗余性。隔膜泵單向閥的沖次工況一般為30～60r/min，加上隔膜泵屬于大型機械設備，其主要振動頻率一般不會超過100hz。因此，根據(jù)奈奎斯特原理，傳感器的采樣頻率可設置為200hz。為了提升傳感器的工作壽命，振動信號可設置為斷續(xù)采樣，考慮到信號帶來的隨機干擾，采集30s左右的數(shù)據(jù)即可進行后續(xù)的分析，因此設置傳感器采樣時間為30s。另外，隔膜泵單向閥在剛開始出現(xiàn)嚴重損壞的條件下最多還能繼續(xù)工作20min左右，因此，振動信號的采集時間間隔必須在20min以內，考慮到工作人員的反應時間和突發(fā)情況，可設置傳感器的采樣時間間隔為2min。一般采集的是100hz以下的振動信號，因為頻率大于100hz的振動信號與故障特征關系不大，在對100hz以下的振動信號采集分析的過程中，發(fā)現(xiàn)當傳感器采樣頻率設置為振動信號頻率的2倍時，能夠使得加速度振動信號的采樣頻率足夠覆蓋全部的隔膜泵單向閥故障特性；且可以減少數(shù)據(jù)的冗余性。傳感器的采樣時間與采樣時間間隔根據(jù)具體的實際情況設定。如圖1所示為本發(fā)明的方案流程圖，本發(fā)明的技術方案為：一種隔膜泵單向閥實時故障檢測方法，包括：s1、通過振動加速度傳感器對單向閥故障特征進行提取，所述單向閥故障特征包括：單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值；具體的：采用振動信號的波形衰減量作為單向閥振動沖擊程度指標；φ＝(xmax-xmin)/xmax×100％；其中，φ為振動信號的波形衰減量，xmax和xmin分別為原始振動信號的相鄰加速度峰值；圖3～圖5所示的振動加速度信號，其各自的波形衰減量指標如表1所示；表1單向閥振動信號特征提取φ(m/s2)ψ(m/s2)2e(m/s2)2正常狀態(tài)1.300.11873.76預警狀態(tài)27.343.4134108.33報警狀態(tài)33.4136.48191391.19采用振動信號的離散度作為單向閥的振動持續(xù)程度指標；其中，ψ為振動信號的離散度，xi為信號中第i個點的數(shù)值，為信號的算術平均值；圖3～圖5所示的振動加速度信號，其各自的離散度指標如表1所示。采用振動信號的振動能量作為單向閥的振動能量值指標；其中，e為振動信號能量指標，δt為采樣時間間隔。圖3～圖5所示的振動加速度信號，其各自的能量指標如表1所示。s2、對步驟s1提取的故障特征進行分類，具體為：通過為單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值預設各自對應的限值；將故障狀態(tài)分為：正常狀態(tài)、預警狀態(tài)以及報警狀態(tài)；所述正常狀態(tài)為單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值均不超出各自對應的限值；所述預警狀態(tài)為單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值中有一個或兩個超出各自對應的限值；所述報警狀態(tài)為單向閥振動沖擊程度、單向閥振動持續(xù)程度以及單向閥振動能量值均超出各自對應的限值。s3、根據(jù)步驟s2的故障分類進行報警處理；正常狀態(tài)表示隔膜泵單向閥自身狀況較好且處于正常工作狀態(tài)；預警狀態(tài)表示隔膜泵單向閥有一定程度的受損但是仍可以繼續(xù)使用；報警狀態(tài)表示隔膜泵單向閥受損嚴重，礦漿隨時會對單向閥閥室造成損壞，需要立即更換單向閥。隔膜泵單向閥從正常至故障需要經(jīng)歷一個過程，隨著單向閥的逐漸磨損，其故障特征愈加明顯，這個過程一般可分為正常狀態(tài)、預警狀態(tài)和報警狀態(tài)等階段。在表1的基礎上設置波形衰減量指標限值φ’為20m/s2，當φ<φ’時認為未超出限值，記為“0”，否則記為“1”；離散度指標限值ψ’為20(m/s2)2，當ψ<ψ’時認為未超出限值，記為“0”，否則記為“1”；能量指標限值e’為800(m/s2)2，當e<e’時認為未超出限值，記為“0”，否則記為“1”，基于此可整理出單向閥振動信號特征分類如表2所示。振動信號的波形衰減量指標、離散度指標和能量指標均不超出各自限值(計數(shù)為0)即判為正常狀態(tài)；振動信號的波形衰減量指標、離散度指標和能量指標中有一個或兩個超出各自限值(計數(shù)為1或2)即判為預警狀態(tài)；振動信號的波形衰減量指標、離散度指標和能量指標均超出各自限值(計數(shù)為3)即判為報警狀態(tài)。表2單向閥振動信號特征分類φ(m/s2)ψ(m/s2)2e(m/s2)2計數(shù)正常狀態(tài)0000預警狀態(tài)1001報警狀態(tài)1113本發(fā)明還提供一種隔膜泵單向閥實時故障檢測系統(tǒng)，包括：用于采集數(shù)據(jù)的傳感器單元，用于對傳感器單元采集的數(shù)據(jù)進行故障特征提取并分類的數(shù)據(jù)處理單元，以及用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元的故障分類結果進行報警的報警單元。傳感器單元包含若干傳感器，所述傳感器安裝于隔膜泵單向閥的閥室殼體上端。所述報警單元至少包括：用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元的分類結果進行燈光報警的光報警器，以及用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元的分類結果進行聲音報警的聲報警器。比如，當分類結果為正常狀態(tài)時，聲音報警器或燈光報警器均不報警；當分類結果為預警狀態(tài)時，聲音報警器或燈光報警器其中一個發(fā)出報警提示；當分類結果為報警狀態(tài)時，聲音報警器或燈光報警器其中同時發(fā)出報警提示；并且本申請的系統(tǒng)還可以通過網(wǎng)絡與移動終端相連，通過網(wǎng)絡將故障信息及時傳遞到對應終端，所述對應終端可以是手機、專屬移動端、pc等；以便相關人員及時知曉故障狀態(tài)，采取對應的措施。此處的故障信息包括：正常狀態(tài)信息、預警狀態(tài)信息以及報警狀態(tài)信息。如圖6所示，振動加速度傳感器在每次實時采樣后將數(shù)據(jù)傳輸至工作站，然后根據(jù)步驟3和步驟4所提方法進行單向閥故障特征提取及分類。其中正常狀態(tài)表示隔膜泵單向閥自身狀況較好且處于正常工作狀態(tài)；預警狀態(tài)表示隔膜泵單向閥有一定程度的受損但是仍可以繼續(xù)使用；報警狀態(tài)表示隔膜泵單向閥受損嚴重，礦漿隨時會對隔膜泵閥室造成損壞，需要立即更換單向閥。故障檢測結果可通過聲報警器或光報警器傳遞給現(xiàn)場或遠程工作人員，以便對隔膜泵進行及時換閥和維修工作。本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的權利要求范圍之內。當前第1頁12