摘要(yao):針對(dui)城鎮(zhen)燃氣(qi)常用(yong)的3種(zhong)規格(ge)(公稱(cheng)通徑(jing)分别(bie)爲50、80、100mm)渦(wo)輪流(liu)量計(ji)
壓損(sun)變化(hua)情況(kuang)開展(zhan)實驗(yan)研究(jiu),獲得(de)渦輪(lun)流量(liang)計壓(ya)損與(yu)标況(kuang)流量(liang)關系(xi)式,測(ce)試分(fen)析渦(wo)輪流(liu)量計(ji)異常(chang)(葉片(pian)缺失(shi)、軸卡(ka)頓)狀(zhuang)态的(de)壓損(sun)變化(hua)趨勢(shi)。渦輪(lun)流量(liang)計的(de)壓損(sun)、标況(kuang)流量(liang)成二(er)次函(han)數關(guan)系。對(dui)每種(zhong)規格(ge)的渦(wo)輪流(liu)量計(ji),在相(xiang)同流(liu)量情(qing)況下(xia),葉片(pian)缺失(shi)狀态(tai)的壓(ya)損比(bi)正常(chang)狀态(tai)小，葉(ye)片缺(que)失越(yue)多,壓(ya)損越(yue)小;壓(ya)損減(jian)小值(zhi)随着(zhe)流量(liang)增大(da)而增(zeng)大。葉(ye)片缺(que)失造(zao)成的(de)壓損(sun)減小(xiao)值較(jiao)小，需(xu)結合(he)流量(liang)計的(de)高低(di)頻脈(mo)沖數(shu)進一(yi)步判(pan)定。對(dui)每種(zhong)規格(ge)的渦(wo)輪流(liu)量計(ji),軸卡(ka)頓狀(zhuang)态的(de)壓損(sun)比正(zheng)常狀(zhuang)态大(da),卡頓(dun)程度(du)越大(da),壓損(sun)越大(da);壓損(sun)增大(da)值随(sui)着流(liu)量增(zeng)大而(er)增大(da),小流(liu)量(流(liu)量小(xiao)于0.4倍(bei)最大(da)流量(liang))下的(de)壓損(sun)增大(da)值不(bu)明顯(xian),大流(liu)量(流(liu)量大(da)于等(deng)于0.4倍(bei)最大(da)流量(liang))”下的(de)壓損(sun)增大(da)值較(jiao)爲顯(xian)著。提(ti)出建(jian)立流(liu)量計(ji)在線(xian)監測(ce)系統(tong),通過(guo)實測(ce)壓損(sun)與正(zheng)常壓(ya)損對(dui)比，判(pan)斷流(liu)量計(ji)是否(fou)存在(zai)異常(chang),通過(guo)實測(ce)壓損(sun)比正(zheng)常壓(ya)損增(zeng)大或(huo)減小(xiao)的趨(qu)勢判(pan)斷流(liu)量計(ji)存在(zai)的問(wen)題種(zhong)類。
1概(gai)述
渦(wo)輪流(liu)量計(ji)具備(bei)結構(gou)緊湊(cou)輕巧(qiao)、安裝(zhuang)維護(hu)方便(bian)、流通(tong)能力(li)強、适(shi)用壓(ya)力範(fan)圍廣(guang)等優(you)點,被(bei)廣泛(fan)使用(yong)。但是(shi),使用(yong)中發(fa)現渦(wo)輪流(liu)量計(ji)也面(mian)臨突(tu)出問(wen)題,渦(wo)輪流(liu)量計(ji)屬于(yu)速度(du)式計(ji)量儀(yi)表，運(yun)行過(guo)程中(zhong),燃氣(qi)中異(yi)物容(rong)易造(zao)成軸(zhou)卡頓(dun)或葉(ye)片破(po)壞，對(dui)渦輪(lun)流量(liang)計性(xing)能産(chan)生影(ying)響。這(zhe)類磨(mo)損比(bi)較隐(yin)蔽,常(chang)規的(de)儀表(biao)巡視(shi)檢查(cha)難以(yi)察覺(jiao)，往往(wang)在周(zhou)檢拆(chai)表時(shi)才能(neng)發現(xian),即使(shi)發現(xian)問題(ti)也無(wu)法追(zhui)溯問(wen)題發(fa)生的(de)時間(jian),難以(yi)給購(gou)銷争(zheng)議提(ti)供有(you)效依(yi)據。因(yin)此,如(ru)何掌(zhang)握渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的運(yun)行工(gong)況信(xin)息,及(ji)時發(fa)現其(qi)關鍵(jian)部件(jian)故障(zhang)以避(bi)免購(gou)銷争(zheng)議,是(shi)當前(qian)城鎮(zhen)燃氣(qi)企業(ye)急需(xu)解決(jue)的問(wen)題。
氣(qi)體壓(ya)力損(sun)失(簡(jian)稱壓(ya)損)與(yu)流量(liang)計性(xing)能有(you)一定(ding)相關(guan)性，因(yin)此,可(ke)以将(jiang)壓損(sun)作爲(wei)重要(yao)參數(shu)實時(shi)監測(ce),以了(le)解流(liu)量計(ji)運行(hang)中的(de)異常(chang)狀态(tai)。本文(wen)針對(dui)城鎮(zhen)燃氣(qi)常用(yong)的3種(zhong)規格(ge)(公稱(cheng)通徑(jing)分别(bie)爲50.80、100mm)渦(wo)輪流(liu)量計(ji)(簡稱(cheng)流量(liang)計)壓(ya)損變(bian)化情(qing)況開(kai)展實(shi)驗研(yan)究,獲(huo)得流(liu)量計(ji)壓損(sun)與标(biao)況流(liu)量的(de)關系(xi)式，測(ce)試分(fen)析流(liu)量計(ji)異常(chang)(葉片(pian)缺失(shi)、軸卡(ka)頓)條(tiao)件下(xia)的壓(ya)損變(bian)化趨(qu)勢，提(ti)出基(ji)于壓(ya)損變(bian)化的(de)流量(liang)計在(zai)線監(jian)測系(xi)統，爲(wei)渦輪(lun)流量(liang)計實(shi)時監(jian)測和(he)管理(li)提供(gong)輔助(zhu)手段(duan)。
将公(gong)稱通(tong)徑爲(wei)50、80、100mm的渦(wo)輪流(liu)量計(ji)分别(bie)稱爲(wei)DN50、DN80、DN100渦輪(lun)流量(liang)計。
2實(shi)驗平(ping)台與(yu)實驗(yan)方案(an)
2.1實驗(yan)平台(tai)
本文(wen)實驗(yan)平台(tai)是在(zai)流量(liang)計标(biao)準檢(jian)定平(ping)台基(ji)礎.上(shang)改進(jin)搭建(jian)的，增(zeng)加壓(ya)差采(cai)集模(mo)塊,實(shi)現壓(ya)差與(yu)既有(you)參數(shu)同步(bu)采集(ji)。實驗(yan)平台(tai)見圖(tu)1。實驗(yan)平台(tai)設置(zhi)4台标(biao)準流(liu)量計(ji),均爲(wei)羅茨(ci)流量(liang)計,4台(tai)标準(zhun)流量(liang)計的(de)流量(liang)範圍(wei)不同(tong)，通過(guo)不同(tong)标準(zhun)流量(liang)計組(zu)合來(lai)提供(gong)測試(shi)所需(xu)的流(liu)量範(fan)圍。數(shu)據采(cai)集器(qi)是溫(wen)度、壓(ya)力、流(liu)量、壓(ya)差傳(chuan)感器(qi)的集(ji)合。選(xuan)用數(shu)字壓(ya)差傳(chuan)感器(qi)，測量(liang)範圍(wei)爲-6~6kPa,精(jing)度高(gao)于0.3%。
2.2實(shi)驗方(fang)案
待(dai)測流(liu)量計(ji)選用(yong)DN50、DN80、DN100渦輪(lun)流量(liang)計,流(liu)量範(fan)圍分(fen)别爲(wei)0~100、0~250、0~600m3/h。實驗(yan)工況(kuang)包括(kuo):正常(chang)流量(liang)計運(yun)行、葉(ye)片缺(que)失流(liu)量計(ji)運行(hang)、軸卡(ka)頓流(liu)量計(ji)運行(hang)。其中(zhong)葉片(pian)缺失(shi)流量(liang)計運(yun)行包(bao)含葉(ye)片缺(que)失4片(pian)、缺失(shi)7片的(de)流量(liang)計運(yun)行，軸(zhou)卡頓(dun)流量(liang)計運(yun)行包(bao)含處(chu)于卡(ka)頓狀(zhuang)态1、卡(ka)頓狀(zhuang)态2、卡(ka)死狀(zhuang)态的(de)流量(liang)計運(yun)行。
①葉(ye)片缺(que)失處(chu)理
正(zheng)常流(liu)量計(ji)的渦(wo)輪葉(ye)片有(you)14片,制(zhi)作葉(ye)片缺(que)失4片(pian)和缺(que)失7片(pian)的異(yi)常渦(wo)輪，置(zhi)于流(liu)量計(ji)内,進(jin)行對(dui)比實(shi)驗。正(zheng)常渦(wo)輪和(he)異常(chang)渦輪(lun)見圖(tu)2。實驗(yan)過程(cheng)中渦(wo)輪拆(chai)除更(geng)換均(jun)由專(zhuan)業技(ji)術人(ren)員操(cao)作。
②軸(zhou)卡頓(dun)狀态(tai)處理(li)
将軸(zhou)承端(duan)蓋處(chu)增加(jia)橡膠(jiao)材料(liao)、端蓋(gai)緊固(gu)螺栓(shuan)從初(chu)始位(wei)置擰(ning)緊6圈(quan)的狀(zhuang)态稱(cheng)爲卡(ka)頓狀(zhuang)态1。将(jiang)軸承(cheng)端蓋(gai)處增(zeng)加橡(xiang)膠材(cai)料、端(duan)蓋緊(jin)固螺(luo)栓從(cong)初始(shi)位置(zhi)擰緊(jin)8圈的(de)狀态(tai)稱爲(wei)卡頓(dun)狀态(tai)2。将尖(jian)硬物(wu)插入(ru)軸間(jian)隙，使(shi)其轉(zhuan)動失(shi)效，模(mo)拟軸(zhou)卡死(si)狀态(tai)。
③實驗(yan)過程(cheng)
A.将檢(jian)定合(he)格的(de)正常(chang)流量(liang)計安(an)裝在(zai)實驗(yan)平台(tai)中作(zuo)爲待(dai)測流(liu)量計(ji)。
b.qmax、qmmin分别(bie)表示(shi)待測(ce)流量(liang)計的(de)最大(da)、最小(xiao)流量(liang)。開啓(qi)風機(ji)，數據(ju)控制(zhi)平台(tai)與标(biao)準流(liu)量計(ji)聯動(dong),調節(jie)标準(zhun)流量(liang)計的(de)流量(liang)至0.8qmax,穩(wen)定10min,在(zai)待測(ce)流量(liang)計連(lian)接處(chu)塗抹(mo)發泡(pao)劑,檢(jian)查是(shi)否漏(lou)氣,依(yi)次提(ti)高流(liu)量至(zhi)0.9qmax、qmax,重複(fu)漏氣(qi)檢測(ce)。
c.氣密(mi)性檢(jian)查無(wu)誤後(hou)，開始(shi)測試(shi)流程(cheng)。分别(bie)調節(jie)标準(zhun)流量(liang)計的(de)流量(liang)至qmin、0.2qmax、0.4qmax、0.6qmax、0.8qmax、qmax>0,每(mei)個流(liu)量測(ce)試5min,讀(du)取流(liu)量、溫(wen)度、壓(ya)力和(he)壓差(cha),每個(ge)參數(shu)讀取(qu)至少(shao)3次後(hou)取平(ping)均值(zhi)，記錄(lu)數據(ju)并保(bao)存。
d.将(jiang)正常(chang)流量(liang)計拆(chai)下，依(yi)次更(geng)換爲(wei)葉片(pian)缺失(shi)4片、葉(ye)片缺(que)失7片(pian)、卡頓(dun)狀态(tai)1、卡頓(dun)狀态(tai)2、卡死(si)狀态(tai)的渦(wo)輪流(liu)量計(ji),分别(bie)按照(zhao)步驟(zhou)a~c測試(shi)。
3實驗(yan)數據(ju)分析(xi)
3.1流量(liang)、壓損(sun)關系(xi)分析(xi)
實驗(yan)讀取(qu)的流(liu)量爲(wei)工作(zuo)狀态(tai)下的(de)流量(liang)(簡稱(cheng)工況(kuang)流量(liang)),爲便(bian)于一(yi)緻性(xing)分析(xi)，将工(gong)況流(liu)量轉(zhuan)換爲(wei)标準(zhun)狀态(tai)下的(de)流量(liang)(簡稱(cheng)标況(kuang)流量(liang))，标準(zhun)狀态(tai)爲溫(wen)度293.15K、壓(ya)力101.325kPa.
實(shi)驗獲(huo)得3種(zhong)規格(ge)流量(liang)計正(zheng)常狀(zhuang)态下(xia)的6個(ge)數據(ju)點，拟(ni)合獲(huo)得壓(ya)損-标(biao)況流(liu)量關(guan)系式(shi)，見下(xia)列公(gong)式。拟(ni)合曲(qu)線爲(wei)壓損(sun)-标況(kuang)流量(liang)特性(xing)曲線(xian)，見圖(tu)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(zhong)△p,、△p2、△p3----DN50、DN80、DN100渦輪(lun)流量(liang)計的(de)壓損(sun)，kPa
qn1、qn2、qn3---DN50、DN80、DN100渦輪(lun)流量(liang)計的(de)标況(kuang)流量(liang),m³/h
通過(guo)上述(shu)分析(xi)可以(yi)看出(chu)，渦輪(lun)流量(liang)計的(de)壓損(sun)與标(biao)況流(liu)量成(cheng)二次(ci)函數(shu)關系(xi)。當渦(wo)輪流(liu)量計(ji)異常(chang)時，壓(ya)損-标(biao)況流(liu)量特(te)性曲(qu)線将(jiang)偏離(li)正常(chang)曲線(xian)。
3.2異常(chang)狀态(tai)數據(ju)對比(bi)分析(xi)
①葉片(pian)缺失(shi)狀态(tai)下的(de)壓損(sun)變化(hua)分析(xi).
圖4爲(wei)DN50、DN80、DN100渦輪(lun)流量(liang)計葉(ye)片缺(que)失4片(pian)狀态(tai)、葉片(pian)缺失(shi)7片狀(zhuang)态與(yu)正常(chang)狀态(tai)的壓(ya)損-标(biao)況流(liu)量特(te)性曲(qu)線對(dui)比。可(ke)以看(kan)出，對(dui)每種(zhong)規格(ge)的渦(wo)輪流(liu)量計(ji),在相(xiang)同流(liu)量情(qing)況下(xia),葉片(pian)缺失(shi)狀态(tai)的壓(ya)損比(bi)正常(chang)狀态(tai)小，葉(ye)片缺(que)失越(yue)多，壓(ya)損越(yue)小。壓(ya)損減(jian)小值(zhi)随着(zhe)流量(liang)增大(da)而增(zeng)大，小(xiao)流量(liang)下的(de)壓損(sun)減小(xiao)值難(nan)以識(shi)别,大(da)流量(liang)下的(de)壓損(sun)減小(xiao)值也(ye)不顯(xian)著,但(dan).當流(liu)量足(zu)夠大(da)時,采(cai)用工(gong)業級(ji)别壓(ya)差傳(chuan)感器(qi)可以(yi)識别(bie)。在實(shi)際運(yun)行中(zhong)，由于(yu)大流(liu)量下(xia)的壓(ya)損減(jian)小值(zhi)不顯(xian)著,可(ke)能導(dao)緻較(jiao)多誤(wu)判,因(yin)此需(xu)要結(jie)合流(liu)量計(ji)的高(gao)低頻(pin)脈沖(chong)數進(jin)一步(bu)判定(ding)。
②軸卡(ka)頓狀(zhuang)态下(xia)的壓(ya)損變(bian)化分(fen)析
圖(tu)5爲DN50、DN80、DN100渦(wo)輪流(liu)量計(ji)卡頓(dun)狀态(tai)、正常(chang)狀态(tai)的壓(ya)損-标(biao)況流(liu)量特(te)性曲(qu)線對(dui)比。可(ke)以看(kan)出,對(dui)每種(zhong)規格(ge)的渦(wo)輪流(liu)量計(ji),當軸(zhou)處于(yu)卡頓(dun)狀态(tai)時，相(xiang)對于(yu)正常(chang)狀态(tai)，相同(tong)流量(liang)下的(de)壓損(sun)變大(da)，卡頓(dun)程度(du)越大(da)，壓損(sun)越大(da);壓損(sun)增大(da)值随(sui)着流(liu)量增(zeng)大而(er)增大(da)。卡死(si)狀态(tai)與正(zheng)常狀(zhuang)态相(xiang)比，壓(ya)損顯(xian)著增(zeng)大，最(zui)大流(liu)量下(xia)DN50、DN80、DN100渦輪(lun)流量(liang)計的(de)壓損(sun)分别(bie)爲正(zheng)常狀(zhuang)态下(xia)壓損(sun)的2.0、2.1、2.4倍(bei)。
在軸(zhou)卡頓(dun)狀态(tai)下，小(xiao)流量(liang)(流量(liang)小于(yu)0.4qmax)下的(de)壓損(sun)增大(da)值不(bu)明顯(xian)，大流(liu)量(流(liu)量大(da)于等(deng)于0.4qmax)下(xia)的壓(ya)損增(zeng)大值(zhi)較爲(wei)顯著(zhe)。
4基于(yu)壓損(sun)的流(liu)量計(ji)異常(chang)辨識(shi)
通過(guo)，上述(shu)分析(xi)可知(zhi)，可以(yi)根據(ju)流量(liang)計的(de)标況(kuang)流量(liang)和壓(ya)損一(yi)标況(kuang)流量(liang)關系(xi)式計(ji)算出(chu)正常(chang)壓損(sun)，壓損(sun)與标(biao)況流(liu)量是(shi)一一(yi)對應(ying)關系(xi)，通過(guo)實測(ce)壓損(sun)與正(zheng)常壓(ya)損對(dui)比，判(pan)斷流(liu)量計(ji)是否(fou)異常(chang)。基于(yu)該思(si)路.建(jian)立流(liu)量計(ji)在線(xian)監測(ce)系統(tong)(簡稱(cheng)監測(ce)系統(tong))，實施(shi)方案(an)如下(xia)。
首先(xian),在渦(wo)輪流(liu)量計(ji)出廠(chang)檢定(ding)時，測(ce)試獲(huo)得其(qi)正常(chang)狀态(tai)下的(de)壓損(sun)-标況(kuang)流量(liang)關系(xi)式和(he)特性(xing)曲線(xian),輸入(ru)燃氣(qi)公司(si)的數(shu)據處(chu)理平(ping)台，作(zuo)爲正(zheng)常流(liu)量計(ji)基礎(chu)數據(ju)。由于(yu)流量(liang)計結(jie)構不(bu)同，壓(ya)損也(ye)不同(tong),因此(ci)，需要(yao)在數(shu)據處(chu)理平(ping)台輸(shu)入不(bu)同廠(chang)家、不(bu)同規(gui)格流(liu)量計(ji)的壓(ya)損-标(biao)況流(liu)量關(guan)系式(shi)和特(te)性曲(qu)線。形(xing)成基(ji)礎數(shu)據庫(ku)。
其次(ci),在表(biao)端控(kong)制處(chu)理模(mo)塊輸(shu)入工(gong)況流(liu)量與(yu)标況(kuang)流量(liang)轉換(huan)算法(fa)、實測(ce)壓損(sun)與正(zheng)常壓(ya)損對(dui)比算(suan)法。在(zai)流量(liang)計使(shi)用過(guo)程中(zhong)，實時(shi)采集(ji)流量(liang)、壓損(sun)、壓力(li)、溫度(du)數據(ju),根據(ju)工況(kuang)流量(liang)與标(biao)況流(liu)量轉(zhuan)換算(suan)法、實(shi)測壓(ya)損與(yu)正常(chang)壓損(sun)對比(bi)算法(fa)，判斷(duan)壓損(sun)是否(fou)異常(chang)。實際(ji)運行(hang)中,監(jian)測系(xi)統需(xu)要同(tong)時對(dui)多台(tai)流量(liang)計實(shi)時監(jian)測，需(xu)要傳(chuan)輸和(he)處理(li)的數(shu)據量(liang)比較(jiao)大。因(yin)此在(zai)表端(duan)設定(ding)監測(ce)周期(qi)(7d或10d),如(ru)果在(zai)監測(ce)周期(qi)内壓(ya)損正(zheng)常，則(ze)不上(shang)傳數(shu)據至(zhi)數據(ju)處理(li)平台(tai)，如果(guo)異常(chang)，則.上(shang)傳數(shu)據至(zhi)數據(ju)處理(li)平台(tai)。數據(ju)處理(li)平台(tai)根據(ju)連續(xu)若幹(gan)個監(jian)測周(zhou)期内(nei)異常(chang)壓損(sun)情況(kuang)判斷(duan)流量(liang)計是(shi)否存(cun)在故(gu)障,通(tong)過分(fen)析一(yi)定時(shi)期内(nei)實測(ce)壓損(sun)相比(bi)正常(chang)壓損(sun)增大(da)或減(jian)小的(de)趨勢(shi)，判斷(duan)流量(liang)計可(ke)能存(cun)在的(de)問題(ti)種類(lei)，提示(shi)技術(shu)人員(yuan)拆檢(jian)維修(xiu)。
5結論(lun)
①渦輪(lun)流量(liang)計的(de)壓損(sun)、标況(kuang)流量(liang)成二(er)次函(han)數關(guan)系。
②對(dui)每種(zhong)規格(ge)的渦(wo)輪流(liu)量計(ji)，在相(xiang)同流(liu)量情(qing)況下(xia)，葉片(pian)缺失(shi)狀态(tai)的壓(ya)損比(bi)正常(chang)狀态(tai)小,葉(ye)片缺(que)失越(yue)多,壓(ya)損越(yue)小;壓(ya)損減(jian)小值(zhi)随着(zhe)流量(liang)增大(da)而增(zeng)大。葉(ye)片缺(que)失造(zao)成的(de)壓損(sun)減小(xiao)值較(jiao)小，需(xu)結合(he)流量(liang)計的(de)高低(di)頻脈(mo)沖數(shu)進一(yi)步判(pan)定。
③對(dui)每種(zhong)規格(ge)的渦(wo)輪流(liu)量計(ji)，軸卡(ka)頓狀(zhuang)态的(de)壓損(sun)比正(zheng)常狀(zhuang)态大(da)，卡頓(dun)程度(du)越大(da)，壓損(sun)越大(da);壓損(sun)增大(da)值随(sui)着流(liu)量增(zeng)大而(er)增大(da),小流(liu)量(流(liu)量小(xiao)于0.4倍(bei)最大(da)流量(liang))下的(de)壓損(sun)增大(da)值不(bu)明顯(xian)，大流(liu)量(流(liu)量大(da)于等(deng)于0.4倍(bei)最大(da)流量(liang))下的(de)壓損(sun)增大(da)值較(jiao)爲顯(xian)著。
④提(ti)出建(jian)立流(liu)量計(ji)在線(xian)監測(ce)系統(tong)，通過(guo)實測(ce)壓損(sun)與正(zheng)常壓(ya)損對(dui)比，判(pan)斷流(liu)量計(ji)是否(fou)存在(zai)異常(chang)，通過(guo)實測(ce)壓損(sun)比正(zheng)常壓(ya)損增(zeng)大或(huo)減小(xiao)的趨(qu)勢判(pan)斷流(liu)量計(ji)存在(zai)的問(wen)題種(zhong)類。
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