针对调节阀智能故障诊断系统对故障样本的需求,设计了调节阀的故障模拟试验平台,根据调节阀流量调节方程确定了表征其运行状态的主要参数,给出了气路、电气和软件系统的设计方案;对前法兰泄漏、后法兰泄漏、阀盖泄漏和卡堵4类10种故障进行了模拟试验,试验数据表明调节阀数据样本具有可预测性和可分性,为调节阀故障诊断系统的设计提供了研究基础。

０　引言 

调节阀是控制流体介质流量及压力等参数的关键部件，也是故障的主要来源，现行的预防性定期 检修方式造成“维修过剩”问题；另一方面，分布式控制系统（Distributed  Control  System , DCS）采集并存 储了大量包含设备运行状态信息的数据，但是这些数据并没有被有效地利用，出现 “数据丰富、信息匮乏” 的现象。因此，有必要借鉴机器学习和数据挖掘等学科领域的方法，开展基于数据驱动的调节阀故障诊 断的研究

基于数据驱动的故障诊断方法以数据样本为研究基础，然而实际生产系统中，调节阀的故障样本并不 容易获得，要齐集各类故障样本更加困难，针对此问题，文献等提出了利用计算流体力学仿真获得样 本的方法，虽然仿真结果表明计算流体力学软件所得到的模拟结果与理论计算基本一致［ ８］，但因仿真过程 中的简化等原因，所得数据存在一定的误差。本文提出以故障模拟试验的方法获得样本数据，设计模拟故 障试验平台，以泄漏与卡堵两类故障为例采集各类工况的数据样本，并分析其可预测性和可分性。

１　调节阀故障特征参数

调节阀的基本结构如图１［ ８］，通过控制阀芯的上下移动控制介质的流通面积，从而控制流体的流量和 压力等物理量，其调节作用可根据薄壁孔口淹没出流理论进行分析，对可压缩流体的流量调节方程为式中

Q=CV ε AC/√(1-B^4 ) √((2(P1-PC))/ρ1 )

Ｑ为体积流量， Ｃｖ为流速系数， ε 为可膨胀性系数， Ａｃ为缩流处截面的流通面积， β为径比（缩流处截面等效直径ｄｃ与管道截面等效直径 ｄ １ 之比）， ｐ １ 和ｐｃ分别为阀前和缩流处（ ｃ － ｃ 截面）压力， ρ １ 为阀前１－１截面处流体的平均密度。