基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台及控制方法，所述管道振动试验平台包括压力罐、管道、基板和信号分析处理系统，压力罐设置于基板上，压力罐对管道内水流的流速和压强进行控制调节，管道上套设有多个支架，管道通过支架布置于基板上，基板上设有轨道，支架可沿轨道移动；信号分析处理系统包括加速度传感器和微型处理器，加速度传感器通过数据采集卡与微型处理器连接，加速度传感器设置于管道上；微型处理器控制电机驱动支架沿轨道移动和控制阀门的开闭程度。实现对管道异常振动的多种因素的分析，对管道振动实现自动化调节，探究减少管道异常振动的方法，对各种应急处理措施进行评估与优化。
【专利说明】
基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台及控制方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及故障诊断与自动化处理技术领域，具体涉及一种基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台及控制方法。
【背景技术】
[0002]管道是流体传输、传动和控制工程中用以输送流体介质、传递流体动力和流体信息不可缺少的元件，在各个工业领域均有广泛的应用。在实际管道系统中，由于系统工作状态的周期性变化或受到外界干扰，将不可避免地在管道内产生流量和压力的冲击或脉动，激发流体管道的机械振动和噪声，使管道的连接部位发生松动或破裂，轻则造成泄露、污染环境、损坏元件、重则造成重大设备损坏和人员伤亡事故。
[0003]管道振动的因素有很多，如何探究每个因素对管道振动的影响。美国的凯洛格公司就曾对管道振动问题进行探索研究，但限于当时计算方法的不成熟，只能针对具体问题提出个别对策。1973年的A.维将金借助复杂的公式进行了气柱固有频率的计算，但是所计算的管系太过简单，远不能反映生产实际中的复杂管系。目前大多数方法为振动信号分析，主要的算法为快速傅氏变换(FFT)，离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。其具有运算速度快，运算量大等优点。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台及控制方法，实现对管道异常振动的多种因素的分析，对管道振动实现自动化调节，探究减少管道异常振动的方法，对各种应急处理措施进行评估与优化，对管道的安装与管道异常振动应急措施的优化具有参考意义。
[0005 ]本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
[0006]—种基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台，其特征在于，包括压力罐、管道、基板和信号分析处理系统，压力罐设置于基板上，压力罐与管道连接，压力罐对管道内水流的流速和压强进行控制调节，管道上套设有多个支架，管道通过支架布置于基板上，基板上设有轨道，支架可沿轨道移动，进而调整支架对于管道的支撑位置；
[0007]信号分析处理系统包括加速度传感器、数据采集卡和微型处理器，加速度传感器通过数据采集卡与微型处理器连接，加速度传感器设置于管道上；
[0008]支架一侧设有电机，微型处理器控制电机驱动支架沿轨道移动。
[0009]接上述技术方案，管道上还设有阀门，微型处理器控制电机带动阀门转动，实现阀门开合大小的调节。
[0010]接上述技术方案，电机为步进电机。
[0011]接上述技术方案，信号分析处理系统还包括显示器，显示器与微型处理器连接，微处理器包括单片机。
[0012]接上述技术方案，支架与管道之间套设有禁锢橡胶圈。
[0013]接上述技术方案，支架包括多种类型的支架，通过选择不同类型的支架，进而得出最适合的支架类型。
[0014]接上述技术方案，轨道上设有标尺刻度。
[0015]接上述技术方案，管道通过支架回旋平铺于基板上。
[0016]采用以上所述的管道振动试验平台的控制方法，包括以下步骤:
[0017]I)将支架置于归零位置，对微处理器设置预定值；
[0018]2)微处理器通过加速度传感器采集管道的振动信号；
[0019]3)将振动信号与预定值进行比较，若振动信号未超出预定值范围，则表明管道工作正常，管道无异常振动，若振动信号超出预定值范围，则管道工作异常，管道有异常振动；
[0020]4)微处理器控制电机对支架位置进行调整，减少管道的振动；
[0021]5)重复步骤2)?4)，直至加速度传感器所采集的管道振动信号在预定值范围内。
[0022]本发明具有以下有益效果:
[0023]1.压力罐对管道内水流的流速和压强进行控制，支架可沿轨道移动，进而调整支架对于管道的支撑位置，实现对管道不同位置进行禁锢，调节支架数量，进而模拟管道使用中的各种状态和处理措施，微型处理器对加速度传感器收集的振动信号进行分析与处理，并划分合理的振动参数波动范围，实现对管道异常振动的多种因素的分析，多种因素包括管道内水流的流速、压强，支架固定管道的位置和支架的数量，微型处理器依据加速度传感器采集的振动信号，控制电机对管道振动实现自动化调节，探究减少管道异常振动的方法，对各种应急处理措施进行评估与优化，对管道的安装与管道异常振动应急措施的优化具有参考意义。
[0024]2.微型处理器根据采集到的管道振动信号，通过微型处理器控制电机驱动支架移动和阀门转动，进行自动化调节，实现自动化处理，减缓管道振动，可以降低管道系统损坏风险，对预防管道产生异常振动具有重要的作用，提高管道的安全性能，提升工业的自动化程度。
【附图说明】
[0025]图1是本发明实施例中基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台的立面图；
[0026]图2是图1的俯视图；
[0027]图3是图2的右视图；
[0028]图4是图3的C-C剖视图；
[0029]图5是本发明实施例中基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台的控制流程图；
[0030]图中，1-压力罐，2-管道，3-禁锢橡胶圈，4-基板，5-加速度传感器，6_信号采集卡，微型处理器，8_步进电机，9_阀丨I，I O-支架，11-轨道，12_单片机。
【具体实施方式】
[0031 ]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0032]参照图1?图4所示，本发明提供的一个实施例中的基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台，包括压力罐1、管道2、基板4和信号分析处理系统，压力罐I设置于基板4上，压力罐I与管道2连接，压力罐I对管道2内水流的流速和压强进行控制调节，管道2上套设有多个支架10，管道2通过支架10布置于基板4上，基板4上设有轨道11，支架10可沿轨道11移动，进而调整支架10对于管道2的支撑位置，实现对管道2不同位置进行禁锢；
[0033]信号分析处理系统包括加速度传感器5、数据采集卡6和微型处理器7，加速度传感器5通过数据采集卡6与微型处理器7连接，加速度传感器5设置于管道2上，微型处理器7通过加速度传感器5采集管道2的振动信号，微型处理器7对振动信号进行信号分析与处理；
[0034]支架10—侧设有电机，微型处理器7控制电机驱动支架10沿轨道11移动。
[0035]压力罐I对管道2内水流的流速和压强进行控制，支架10可沿轨道11移动，进而调整支架10对于管道2的支撑位置，实现对管道2不同位置进行禁锢，调节支架10数量，进而模拟管道2使用中的各种状态和处理措施，微型处理器7对加速度传感器5收集的振动信号进行分析与处理，并划分合理的振动参数波动范围，实现对管道2异常振动的多种因素的分析，多种因素包括管道2内水流的流速、压强，支架10固定管道2的位置和支架10的数量，探究减少管道2异常振动的方法，对各种应急处理措施进行评估与优化，对管道2的安装与管道2异常振动应急措施的优化具有参考意义。
[0036]进一步地，管道2上还设有阀门9，微型处理器7控制电机带动阀门9转动，实现阀门9开合大小的调节;微型处理器7根据采集到的管道2振动信号，通过微型处理器7控制电机驱动支架10移动和阀门9转动，进行自动化调节，实现自动化处理，减缓管道2振动，可以降低管道2系统损坏风险，对预防管道2产生异常振动具有重要的作用，提高管道2的安全性能，提升工业的自动化程度。
[0037]进一步地，电机为步进电机8。
[0038]进一步地，加速度传感器5通过数据采集卡6与微型处理器7连接;数据采集卡6可实现对通过加速传感器收集的振动信号的实时记录并存储。
[0039]进一步地，信号分析处理系统还包括显示器，显示器与微型处理器7连接，微处理器包括单片机12;微处理器通过加速传感器采集的振动信号进行信号特征提取，取得振动参数，振动参数包括振动频率、振动幅度、相角和偏心位移，微型处理器7将振动参数以频率图、曲线图的形式显示在显示器上，进而便于分析管道2异常振动的原因。
[0040]进一步地，支架10与管道2之间套设有禁锢橡胶圈3，当管道出现共振情况时，禁锢橡胶圈3加紧，增加管道2的固有频率，减少共振发生，禁锢橡胶圈3的形状为圆环状。
[0041]进一步地，支架10包括多种类型的支架10，通过选择不同类型的支架10，进而得出最适合的支架10类型。
[0042]进一步地，轨道11上设有标尺刻度;通过轨道11上设有的标尺刻度，从而可探索出对管道2最好的禁锢位置。
[0043]进一步地，管道2通过支架10回旋平铺于基板4上，管道2的铺设方案可以有多种选择，不局限于回旋铺设，回旋平铺只是其中一种最优实施例。
[0044]如图5所示，采用以上所述的管道振动试验平台的控制方法，包括以下步骤:
[0045]I)将支架10置于归零位置，对微处理器设置预定值；
[0046]2)微处理器通过加速度传感器5采集管道2的振动信号；
[0047]3)将振动信号与预定值进行比较，若振动信号未超出预定值范围，则表明管道2工作正常，管道2无异常振动，若振动信号超出预定值范围，则管道2工作异常，管道2有异常振动；
[0048]4)微处理器控制电机对支架10位置进行调整，减少管道2的振动；
[0049]5)重复步骤2)?4)，直至加速度传感器5所采集的管道2振动信号在预定值范围内。
[0050]进一步地，所述步骤4)中，除了电机驱动支架移动外，还驱动管道上的阀门转动，进行调节，进而实现最佳的支架10安装位置，数量，合理的管道2布局以及应急措施。
[0051]进一步地，所述预定值是根据管道2不同的工作环境，经多次试验而得出的数据。
[0052]本发明的一个实施例中，本发明的工作原理:
[0053]所述管道2振动试验平台包括硬件系统，信号分析处理系统和自动化应急处理系统的三大部分组成，硬件系统包括压力罐1、管道2和基板4，信号分析处理系统包括加速度传感器5和微型处理器7，自动化应急处理系统包括电机、支架10和阀门9。
[0054]进一步地，流体从压力罐I流进管道2，压力罐I可实现对流体流速与压强的控制，进而通过该试验平台探究流速与压强对管道2振动的影响。
[0055]进一步地，管道2回旋平铺于基板4之上，并通过支架10与基板4相连，支架10可沿基板4上的轨道11做相对滑动，支架10的使用数量与禁锢类型可调整，进而探究最好的禁锢管道2的位置与最经济的支架10数量。
[0056]进一步地，管道2的振动信息经传感器采集后，记录并储存于数据采集卡中，并由信号分析系统进行分析，得出相应的频谱图，从而探究影响管道2的因素，当管道2发生异常振动时，试验平台会采取一定措施来减少振动，通过对比采取措施前后的振动信息可以验证该措施的可行性，并可进一步优化。
[0057]进一步地，采用VC#作为编程软件，编写程序，使微处理器能够对分析处理后的信号进行进一步判断处理，其主要实现的内容为:将分析后的结果与预定值进行比较，预定值是根据管道2不同的工作环境，经多次试验而得出的数据，若超出预定值范围，或者属于复合型异常振动信号，则采取相应的处理措施。
[0058]以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台，其特征在于，包括压力罐、管道、基板和信号分析处理系统，压力罐设置于基板上，压力罐与管道连接，压力罐对管道内水流的流速和压强进行控制调节，管道上套设有多个支架，管道通过支架布置于基板上，基板上设有轨道，支架可沿轨道移动，进而调整支架对于管道的支撑位置； 信号分析处理系统包括加速度传感器、数据采集卡和微型处理器，加速度传感器通过数据采集卡与微型处理器连接，加速度传感器设置于管道上； 支架一侧设有电机，微型处理器控制电机驱动支架沿轨道移动。2.根据权利要求1所述的基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台，其特征在于，管道上还设有阀门，微型处理器控制电机带动阀门转动，实现阀门开合大小的调节。3.根据权利要求1所述的基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台，其特征在于，电机为步进电机。4.根据权利要求1所述的基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台，其特征在于，信号分析处理系统还包括显示器，显示器与微型处理器连接，微处理器包括单片机。5.根据权利要求1所述的基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台，其特征在于，支架与管道之间套设有禁锢橡胶圈。6.根据权利要求1所述的基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台，其特征在于，支架包括多种类型的支架，通过选择不同类型的支架，进而得出最适合的支架类型。7.根据权利要求1所述的基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台，其特征在于，轨道上设有标尺刻度。8.根据权利要求1所述的基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台，其特征在于，管道通过支架回旋平铺于基板上。9.采用权利要求1所述的管道振动试验平台的控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将支架置于归零位置，对微处理器设置预定值； 2)微处理器通过加速度传感器采集管道的振动信号； 3)将振动信号与预定值进行比较，若振动信号未超出预定值范围，则表明管道工作正常，管道无异常振动，若振动信号超出预定值范围，则管道工作异常，管道有异常振动； 4)微处理器控制电机对支架位置进行调整，减少管道的振动； 5)重复步骤2)?4)，直至加速度传感器所采集的管道振动信号在预定值范围内。
【文档编号】G01M7/02GK105910785SQ201610428638
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】胡义, 刘佳佳, 刘斌, 苏跃威, 李武超, 徐双, 聂伟民
【申请人】武汉理工大学