摘要(yao):針對城鎮(zhen)燃氣常用(yòng)的3種規格(ge)(公稱通徑(jing)分别爲50、80、100mm)渦(wō)輪流量計(jì) 壓損變化(hua)情況開展(zhan)實驗研究(jiu),獲得渦輪(lún)流量計壓(yā)損與标況(kuang)流量關系(xì)式,測試分(fen)析渦輪流(liu)量計異常(chang)(葉片缺失(shī)、軸卡頓)狀(zhuang)态的壓損(sǔn)變化趨勢(shì)。渦輪流量(liàng)計的壓損(sun)、标況流量(liàng)成二次函(han)數關系。對(duì)每種規格(gé)的渦輪流(liu)量計,在相(xiàng)同流量情(qing)況下,葉片(piàn)缺失狀态(tai)的壓損比(bi)正常狀态(tài)小，葉片缺(quē)失越多,壓(ya)損越小;壓(ya)損減小值(zhí)随着流量(liàng)增大而增(zeng)大。葉片缺(quē)失造成的(de)壓損減小(xiao)值較小，需(xu)結合流量(liàng)計的高低(di)頻脈沖數(shu)進一步判(pàn)定。對每種(zhǒng)規格的渦(wō)輪流量計(jì),軸卡頓狀(zhuàng)态的壓損(sun)比正常狀(zhuang)态大,卡頓(dun)程度越大(dà),壓損越大(da);壓損增大(dà)值随着流(liu)量增大而(er)增大,小流(liu)量(流量小(xiao)于0.4倍最大(da)流量)下的(de)壓損增大(dà)值不明顯(xian),大流量(流(liú)量大于等(deng)于0.4倍最大(dà)流量)”下的(de)壓損增大(dà)值較爲顯(xian)著。提出建(jian)立流量計(ji)在線監測(cè)系統,通過(guò)實測壓損(sǔn)與正常壓(ya)損對比，判(pàn)斷流量計(jì)是否存在(zài)異常,通過(guo)實測壓損(sun)比正常壓(yā)損增大或(huo)減小的趨(qū)勢判斷流(liu)量計存在(zai)的問題種(zhong)類。
1概述
　　渦(wo)輪流量計(ji)具備結構(gòu)緊湊輕巧(qiǎo)、安裝維護(hù)方便、流通(tōng)能力強、适(shi)用壓力範(fan)圍廣等優(yōu)點,被廣泛(fan)使用。但是(shi),使用中發(fa)現渦輪流(liú)量計也面(mian)臨突出問(wèn)題,渦輪流(liu)量計屬于(yu)速度式計(jì)量儀表，運(yun)行過程中(zhong),燃氣中異(yi)物容易造(zào)成軸卡頓(dùn)或葉片破(pò)壞，對渦輪(lún)流量計性(xìng)能産生影(yǐng)響。這類磨(mó)損比較隐(yin)蔽,常規的(de)儀表巡視(shi)檢查難以(yi)察覺，往往(wǎng)在周檢拆(chāi)表時才能(neng)發現,即使(shi)發現問題(ti)也無法追(zhui)溯問題發(fa)生的時間(jian),難以給購(gou)銷争議提(tí)供有效依(yī)據。因此,如(rú)何掌握渦(wō)輪流量計(ji)的運行工(gōng)況信息,及(ji)時發現其(qi)關鍵部件(jiàn)故障以避(bì)免購銷争(zhēng)議,是當前(qian)城鎮燃氣(qì)企業急需(xū)解決的問(wèn)題。
　　氣體壓(yā)力損失(簡(jian)稱壓損)與(yu)流量計性(xing)能有一定(dìng)相關性，因(yīn)此,可以将(jiang)壓損作爲(wèi)重要參數(shù)實時監測(cè),以了解流(liú)量計運行(háng)中的異常(cháng)狀态。本文(wen)針對城鎮(zhèn)燃氣常用(yong)的3種規格(ge)(公稱通徑(jìng)分别爲50.80、100mm)渦(wo)輪流量計(ji)(簡稱流量(liàng)計)壓損變(biàn)化情況開(kāi)展實驗研(yan)究,獲得流(liú)量計壓損(sun)與标況流(liu)量的關系(xì)式，測試分(fen)析流量計(jì)異常(葉片(pian)缺失、軸卡(kǎ)頓)條件下(xia)的壓損變(biàn)化趨勢，提(ti)出基于壓(yā)損變化的(de)流量計在(zài)線監測系(xì)統，爲渦輪(lun)流量計實(shí)時監測和(he)管理提供(gong)輔助手段(duan)。
　　将公稱通(tong)徑爲50、80、100mm的渦(wō)輪流量計(jì)分别稱爲(wei)DN50、DN80、DN100渦輪流量(liang)計。
2實驗平(píng)台與實驗(yan)方案
2.1實驗(yàn)平台
　　本文(wén)實驗平台(tái)是在流量(liang)計标準檢(jian)定平台基(jī)礎.上改進(jin)搭建的，增(zēng)加壓差采(cǎi)集模塊,實(shí)現壓差與(yu)既有參數(shu)同步采集(ji)。實驗平台(tái)見圖1。實驗(yàn)平台設置(zhi)4台标準流(liú)量計,均爲(wei)羅茨流量(liàng)計,4台标準(zhǔn)流量計的(de)流量範圍(wei)不同，通過(guo)不同标準(zhǔn)流量計組(zu)合來提供(gong)測試所需(xu)的流量範(fan)圍。數據采(cai)集器是溫(wēn)度、壓力、流(liú)量、壓差傳(chuan)感器的集(jí)合。選用數(shù)字壓差傳(chuán)感器，測量(liàng)範圍爲-6~6kPa,精(jīng)度高于0.3%。
 
2.2實(shi)驗方案
　　待(dai)測流量計(ji)選用DN50、DN80、DN100渦輪(lún)流量計,流(liú)量範圍分(fèn)别爲0~100、0~250、0~600m3/h。實驗(yan)工況包括(kuo):正常流量(liang)計運行、葉(ye)片缺失流(liú)量計運行(hang)、軸卡頓流(liú)量計運行(háng)。其中葉片(piàn)缺失流量(liàng)計運行包(bāo)含葉片缺(que)失4片、缺失(shī)7片的流量(liang)計運行，軸(zhóu)卡頓流量(liang)計運行包(bao)含處于卡(kǎ)頓狀态1、卡(ka)頓狀态2、卡(kǎ)死狀态的(de)流量計運(yùn)行。
①葉片缺(quē)失處理
　　正(zhèng)常流量計(ji)的渦輪葉(yè)片有14片,制(zhì)作葉片缺(que)失4片和缺(que)失7片的異(yi)常渦輪，置(zhì)于流量計(jì)内,進行對(dui)比實驗。正(zheng)常渦輪和(he)異常渦輪(lun)見圖2。實驗(yàn)過程中渦(wō)輪拆除更(geng)換均由專(zhuan)業技術人(ren)員操作。
②軸(zhou)卡頓狀态(tài)處理
　　将軸(zhóu)承端蓋處(chu)增加橡膠(jiao)材料、端蓋(gai)緊固螺栓(shuan)從初始位(wei)置擰緊6圈(quān)的狀态稱(cheng)爲卡頓狀(zhuang)态1。将軸承(cheng)端蓋處增(zeng)加橡膠材(cái)料、端蓋緊(jǐn)固螺栓從(cong)初始位置(zhì)擰緊8圈的(de)狀态稱爲(wei)卡頓狀态(tai)2。将尖硬物(wù)插入軸間(jian)隙，使其轉(zhuan)動失效，模(mó)拟軸卡死(si)狀态。
③實驗(yàn)過程
A.将檢(jiǎn)定合格的(de)正常流量(liàng)計安裝在(zài)實驗平台(tai)中作爲待(dài)測流量計(jì)。
b.qmax、qmmin分别表示(shì)待測流量(liang)計的最大(dà)、最小流量(liang)。開啓風機(jī)，數據控制(zhì)平台與标(biao)準流量計(ji)聯動,調節(jiē)标準流量(liàng)計的流量(liang)至0.8qmax,穩定10min,在(zài)待測流量(liàng)計連接處(chu)塗抹發泡(pào)劑,檢查是(shi)否漏氣,依(yī)次提高流(liu)量至0.9qmax、qmax,重複(fú)漏氣檢測(ce)。
c.氣密性檢(jiǎn)查無誤後(hou)，開始測試(shì)流程。分别(bie)調節标準(zhǔn)流量計的(de)流量至qmin、0.2qmax、0.4qmax、0.6qmax、0.8qmax、qmax>0,每(mei)個流量測(cè)試5min,讀取流(liu)量、溫度、壓(yā)力和壓差(cha),每個參數(shù)讀取至少(shao)3次後取平(ping)均值，記錄(lù)數據并保(bao)存。
d.将正常(cháng)流量計拆(chāi)下，依次更(geng)換爲葉片(pian)缺失4片、葉(ye)片缺失7片(piàn)、卡頓狀态(tai)1、卡頓狀态(tài)2、卡死狀态(tài)的渦輪流(liú)量計,分别(bie)按照步驟(zhòu)a~c測試。
 
3實驗(yan)數據分析(xī)
3.1流量、壓損(sǔn)關系分析(xī)
　　實驗讀取(qu)的流量爲(wei)工作狀态(tài)下的流量(liang)(簡稱工況(kuang)流量),爲便(biàn)于一緻性(xing)分析，将工(gong)況流量轉(zhuan)換爲标準(zhun)狀态下的(de)流量(簡稱(chēng)标況流量(liàng))，标準狀态(tai)爲溫度293.15K、壓(ya)力101.325kPa.
　　實驗獲(huò)得3種規格(ge)流量計正(zhèng)常狀态下(xia)的6個數據(ju)點，拟合獲(huo)得壓損-标(biāo)況流量關(guān)系式，見下(xià)列公式。拟(nǐ)合曲線爲(wei)壓損-标況(kuang)流量特性(xìng)曲線，見圖(tú)3。
 
△p1=1.113x10-4q2n1+8.801x10-4qn1-0.00496(1)
△p2=1.096x10-4q2n2+1.891x10-5qn2-0.00424(2)
△p3=1.700x10-4q2n3+5.506x10-6qn3-8.894x10-4(3)
式中△p,、△p2、△p3----DN50、DN80、DN100渦輪(lún)流量計的(de)壓損，kPa
qn1、qn2、qn3---DN50、DN80、DN100渦輪(lún)流量計的(de)标況流量(liang),m³/h
　　通過上述(shu)分析可以(yi)看出，渦輪(lun)流量計的(de)壓損與标(biāo)況流量成(chéng)二次函數(shu)關系。當渦(wo)輪流量計(ji)異常時，壓(ya)損-标況流(liu)量特性曲(qǔ)線将偏離(li)正常曲線(xiàn)。
3.2異常狀态(tai)數據對比(bǐ)分析
①葉片(pian)缺失狀态(tai)下的壓損(sǔn)變化分析(xi).
 
　　圖4爲DN50、DN80、DN100渦輪(lun)流量計葉(ye)片缺失4片(pian)狀态、葉片(pian)缺失7片狀(zhuang)态與正常(chang)狀态的壓(ya)損-标況流(liu)量特性曲(qǔ)線對比。可(ke)以看出，對(dui)每種規格(ge)的渦輪流(liú)量計,在相(xiàng)同流量情(qíng)況下,葉片(pian)缺失狀态(tài)的壓損比(bǐ)正常狀态(tài)小，葉片缺(que)失越多，壓(ya)損越小。壓(ya)損減小值(zhi)随着流量(liang)增大而增(zeng)大，小流量(liang)下的壓損(sun)減小值難(nán)以識别,大(dà)流量下的(de)壓損減小(xiǎo)值也不顯(xiǎn)著,但.當流(liú)量足夠大(dà)時,采用工(gōng)業級别壓(yā)差傳感器(qì)可以識别(bie)。在實際運(yun)行中，由于(yú)大流量下(xià)的壓損減(jian)小值不顯(xian)著,可能導(dao)緻較多誤(wu)判,因此需(xu)要結合流(liu)量計的高(gāo)低頻脈沖(chong)數進一步(bu)判定。
②軸卡(kǎ)頓狀态下(xia)的壓損變(biàn)化分析
 
　　圖(tú)5爲DN50、DN80、DN100渦輪流(liu)量計卡頓(dun)狀态、正常(chang)狀态的壓(ya)損-标況流(liú)量特性曲(qu)線對比。可(kě)以看出,對(duì)每種規格(gé)的渦輪流(liú)量計,當軸(zhóu)處于卡頓(dun)狀态時，相(xiang)對于正常(chang)狀态，相同(tóng)流量下的(de)壓損變大(dà)，卡頓程度(du)越大，壓損(sun)越大;壓損(sun)增大值随(suí)着流量增(zēng)大而增大(dà)。卡死狀态(tai)與正常狀(zhuang)态相比，壓(yā)損顯著增(zēng)大，最大流(liú)量下DN50、DN80、DN100渦輪(lún)流量計的(de)壓損分别(bié)爲正常狀(zhuàng)态下壓損(sun)的2.0、2.1、2.4倍。
　　在軸(zhou)卡頓狀态(tai)下，小流量(liàng)(流量小于(yu)0.4qmax)下的壓損(sun)增大值不(bú)明顯，大流(liu)量(流量大(dà)于等于0.4qmax)下(xia)的壓損增(zēng)大值較爲(wèi)顯著。
4基于(yu)壓損的流(liú)量計異常(chang)辨識
　　通過(guò)，上述分析(xi)可知，可以(yi)根據流量(liàng)計的标況(kuang)流量和壓(yā)損一标況(kuàng)流量關系(xì)式計算出(chu)正常壓損(sun)，壓損與标(biao)況流量是(shi)一一對應(ying)關系，通過(guo)實測壓損(sun)與正常壓(ya)損對比，判(pan)斷流量計(jì)是否異常(cháng)。基于該思(si)路.建立流(liú)量計在線(xian)監測系統(tong)(簡稱監測(cè)系統)，實施(shi)方案如下(xia)。
　　首先,在渦(wo)輪流量計(ji)出廠檢定(dìng)時，測試獲(huo)得其正常(chang)狀态下的(de)壓損-标況(kuang)流量關系(xì)式和特性(xìng)曲線,輸入(ru)燃氣公司(si)的數據處(chù)理平台，作(zuo)爲正常流(liú)量計基礎(chu)數據。由于(yu)流量計結(jie)構不同，壓(ya)損也不同(tóng),因此，需要(yào)在數據處(chu)理平台輸(shu)入不同廠(chang)家、不同規(guī)格流量計(jì)的壓損-标(biao)況流量關(guān)系式和特(te)性曲線。形(xing)成基礎數(shù)據庫。
　　其次(ci),在表端控(kòng)制處理模(mo)塊輸入工(gong)況流量與(yu)标況流量(liàng)轉換算法(fǎ)、實測壓損(sun)與正常壓(yā)損對比算(suàn)法。在流量(liàng)計使用過(guò)程中，實時(shí)采集流量(liàng)、壓損、壓力(lì)、溫度數據(ju),根據工況(kuàng)流量與标(biao)況流量轉(zhuǎn)換算法、實(shí)測壓損與(yǔ)正常壓損(sǔn)對比算法(fa)，判斷壓損(sǔn)是否異常(cháng)。實際運行(háng)中,監測系(xi)統需要同(tong)時對多台(tái)流量計實(shi)時監測，需(xū)要傳輸和(hé)處理的數(shù)據量比較(jiào)大。因此在(zai)表端設定(dìng)監測周期(qi)(7d或10d),如果在(zai)監測周期(qī)内壓損正(zhèng)常，則不上(shàng)傳數據至(zhì)數據處理(li)平台，如果(guǒ)異常，則.上(shang)傳數據至(zhi)數據處理(li)平台。數據(ju)處理平台(tái)根據連續(xu)若幹個監(jiān)測周期内(nei)異常壓損(sun)情況判斷(duan)流量計是(shi)否存在故(gu)障,通過分(fen)析一定時(shí)期内實測(cè)壓損相比(bǐ)正常壓損(sǔn)增大或減(jian)小的趨勢(shi)，判斷流量(liang)計可能存(cún)在的問題(tí)種類，提示(shi)技術人員(yuán)拆檢維修(xiu)。
5結論
①渦輪(lun)流量計的(de)壓損、标況(kuang)流量成二(er)次函數關(guan)系。
②對每種(zhǒng)規格的渦(wo)輪流量計(jì)，在相同流(liú)量情況下(xià)，葉片缺失(shi)狀态的壓(yā)損比正常(cháng)狀态小,葉(yè)片缺失越(yue)多,壓損越(yuè)小;壓損減(jian)小值随着(zhe)流量增大(da)而增大。葉(ye)片缺失造(zào)成的壓損(sǔn)減小值較(jiào)小，需結合(hé)流量計的(de)高低頻脈(mo)沖數進一(yi)步判定。
③對(duì)每種規格(ge)的渦輪流(liú)量計，軸卡(kǎ)頓狀态的(de)壓損比正(zhèng)常狀态大(da)，卡頓程度(dù)越大，壓損(sun)越大;壓損(sun)增大值随(sui)着流量增(zeng)大而增大(dà),小流量(流(liú)量小于0.4倍(bei)最大流量(liang))下的壓損(sǔn)增大值不(bú)明顯，大流(liú)量(流量大(dà)于等于0.4倍(bèi)最大流量(liang))下的壓損(sǔn)增大值較(jiao)爲顯著。
④提(ti)出建立流(liu)量計在線(xian)監測系統(tong)，通過實測(cè)壓損與正(zheng)常壓損對(duì)比，判斷流(liú)量計是否(fǒu)存在異常(chang)，通過實測(ce)壓損比正(zhèng)常壓損增(zeng)大或減小(xiao)的趨勢判(pan)斷流量計(jì)存在的問(wen)題種類。

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