摘要:針對城鎮(zhèn)燃氣常用的3種(zhong)規格(公稱通徑(jing)分别爲50、80、100mm)渦輪流(liú)量計 壓損變化(hua)情況開展實驗(yan)研究,獲得渦輪(lún)流量計壓損與(yǔ)标況流量關系(xì)式,測試分析渦(wō)輪流量計異常(chang)(葉片缺失、軸卡(kǎ)頓)狀态的壓損(sǔn)變化趨勢。渦輪(lún)流量計的壓損(sun)、标況流量成二(èr)次函數關系。對(dui)每種規格的渦(wo)輪流量計,在相(xiàng)同流量情況下(xià),葉片缺失狀态(tai)的壓損比正常(chang)狀态小，葉片缺(quē)失越多,壓損越(yuè)小;壓損減小值(zhi)随着流量增大(da)而增大。葉片缺(que)失造成的壓損(sǔn)減小值較小，需(xu)結合流量計的(de)高低頻脈沖數(shu)進一步判定。對(dui)每種規格的渦(wō)輪流量計,軸卡(ka)頓狀态的壓損(sun)比正常狀态大(da),卡頓程度越大(dà),壓損越大;壓損(sǔn)增大值随着流(liú)量增大而增大(dà),小流量(流量小(xiao)于0.4倍最大流量(liang))下的壓損增大(dà)值不明顯,大流(liu)量(流量大于等(děng)于0.4倍最大流量(liàng))”下的壓損增大(da)值較爲顯著。提(tí)出建立流量計(ji)在線監測系統(tong),通過實測壓損(sun)與正常壓損對(duì)比，判斷流量計(ji)是否存在異常(cháng),通過實測壓損(sun)比正常壓損增(zeng)大或減小的趨(qu)勢判斷流量計(ji)存在的問題種(zhong)類。
1概述
　　渦輪流(liú)量計具備結構(gou)緊湊輕巧、安裝(zhuang)維護方便、流通(tong)能力強、适用壓(yā)力範圍廣等優(you)點,被廣泛使用(yong)。但是,使用中發(fa)現渦輪流量計(jì)也面臨突出問(wen)題,渦輪流量計(ji)屬于速度式計(jì)量儀表，運行過(guò)程中,燃氣中異(yì)物容易造成軸(zhou)卡頓或葉片破(po)壞，對渦輪流量(liang)計性能産生影(ying)響。這類磨損比(bi)較隐蔽,常規的(de)儀表巡視檢查(cha)難以察覺，往往(wang)在周檢拆表時(shí)才能發現,即使(shǐ)發現問題也無(wú)法追溯問題發(fā)生的時間,難以(yi)給購銷争議提(tí)供有效依據。因(yin)此,如何掌握渦(wo)輪流量計的運(yun)行工況信息,及(jí)時發現其關鍵(jiàn)部件故障以避(bi)免購銷争議,是(shi)當前城鎮燃氣(qì)企業急需解決(jué)的問題。
　　氣體壓(ya)力損失(簡稱壓(yā)損)與流量計性(xing)能有一定相關(guan)性，因此,可以将(jiāng)壓損作爲重要(yào)參數實時監測(cè),以了解流量計(ji)運行中的異常(cháng)狀态。本文針對(dui)城鎮燃氣常用(yòng)的3種規格(公稱(cheng)通徑分别爲50.80、100mm)渦(wō)輪流量計(簡稱(cheng)流量計)壓損變(biàn)化情況開展實(shí)驗研究,獲得流(liú)量計壓損與标(biāo)況流量的關系(xi)式，測試分析流(liú)量計異常(葉片(pian)缺失、軸卡頓)條(tiao)件下的壓損變(bian)化趨勢，提出基(jī)于壓損變化的(de)流量計在線監(jiān)測系統，爲渦輪(lun)流量計實時監(jiān)測和管理提供(gòng)輔助手段。
　　将公(gōng)稱通徑爲50、80、100mm的渦(wo)輪流量計分别(bie)稱爲DN50、DN80、DN100渦輪流量(liang)計。
2實驗平台與(yu)實驗方案
2.1實驗(yan)平台
　　本文實驗(yan)平台是在流量(liang)計标準檢定平(píng)台基礎.上改進(jin)搭建的，增加壓(ya)差采集模塊,實(shi)現壓差與既有(yǒu)參數同步采集(jí)。實驗平台見圖(tú)1。實驗平台設置(zhì)4台标準流量計(jì),均爲羅茨流量(liàng)計,4台标準流量(liang)計的流量範圍(wéi)不同，通過不同(tong)标準流量計組(zǔ)合來提供測試(shì)所需的流量範(fàn)圍。數據采集器(qì)是溫度、壓力、流(liu)量、壓差傳感器(qi)的集合。選用數(shù)字壓差傳感器(qi)，測量範圍爲-6~6kPa,精(jīng)度高于0.3%。
 
2.2實驗方(fāng)案
　　待測流量計(ji)選用DN50、DN80、DN100渦輪流量(liàng)計,流量範圍分(fen)别爲0~100、0~250、0~600m3/h。實驗工況(kuàng)包括:正常流量(liàng)計運行、葉片缺(que)失流量計運行(háng)、軸卡頓流量計(ji)運行。其中葉片(pian)缺失流量計運(yun)行包含葉片缺(quē)失4片、缺失7片的(de)流量計運行，軸(zhou)卡頓流量計運(yun)行包含處于卡(kǎ)頓狀态1、卡頓狀(zhuang)态2、卡死狀态的(de)流量計運行。
①葉(yè)片缺失處理
　　正(zheng)常流量計的渦(wō)輪葉片有14片,制(zhì)作葉片缺失4片(pian)和缺失7片的異(yi)常渦輪，置于流(liú)量計内,進行對(dui)比實驗。正常渦(wō)輪和異常渦輪(lún)見圖2。實驗過程(cheng)中渦輪拆除更(geng)換均由專業技(jì)術人員操作。
②軸(zhou)卡頓狀态處理(li)
　　将軸承端蓋處(chù)增加橡膠材料(liao)、端蓋緊固螺栓(shuan)從初始位置擰(ning)緊6圈的狀态稱(cheng)爲卡頓狀态1。将(jiang)軸承端蓋處增(zeng)加橡膠材料、端(duan)蓋緊固螺栓從(cong)初始位置擰緊(jǐn)8圈的狀态稱爲(wèi)卡頓狀态2。将尖(jiān)硬物插入軸間(jiān)隙，使其轉動失(shī)效，模拟軸卡死(sǐ)狀态。
③實驗過程(chéng)
A.将檢定合格的(de)正常流量計安(an)裝在實驗平台(tái)中作爲待測流(liú)量計。
b.qmax、qmmin分别表示(shi)待測流量計的(de)最大、最小流量(liang)。開啓風機，數據(jù)控制平台與标(biao)準流量計聯動(dong),調節标準流量(liang)計的流量至0.8qmax,穩(wen)定10min,在待測流量(liang)計連接處塗抹(mò)發泡劑,檢查是(shi)否漏氣,依次提(ti)高流量至0.9qmax、qmax,重複(fú)漏氣檢測。
c.氣密(mì)性檢查無誤後(hou)，開始測試流程(cheng)。分别調節标準(zhǔn)流量計的流量(liàng)至qmin、0.2qmax、0.4qmax、0.6qmax、0.8qmax、qmax>0,每個流量測(ce)試5min,讀取流量、溫(wēn)度、壓力和壓差(cha),每個參數讀取(qu)至少3次後取平(ping)均值，記錄數據(ju)并保存。
d.将正常(chang)流量計拆下，依(yi)次更換爲葉片(pian)缺失4片、葉片缺(que)失7片、卡頓狀态(tài)1、卡頓狀态2、卡死(sǐ)狀态的渦輪流(liu)量計,分别按照(zhào)步驟a~c測試。
 
3實驗(yan)數據分析
3.1流量(liang)、壓損關系分析(xi)
　　實驗讀取的流(liú)量爲工作狀态(tài)下的流量(簡稱(cheng)工況流量),爲便(biàn)于一緻性分析(xi)，将工況流量轉(zhuǎn)換爲标準狀态(tai)下的流量(簡稱(chēng)标況流量)，标準(zhun)狀态爲溫度293.15K、壓(yā)力101.325kPa.
　　實驗獲得3種(zhong)規格流量計正(zhèng)常狀态下的6個(gè)數據點，拟合獲(huo)得壓損-标況流(liú)量關系式，見下(xia)列公式。拟合曲(qǔ)線爲壓損-标況(kuang)流量特性曲線(xian)，見圖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(lun)流量計的壓損(sun)，kPa
qn1、qn2、qn3---DN50、DN80、DN100渦輪流量計的(de)标況流量,m³/h
　　通過(guò)上述分析可以(yǐ)看出，渦輪流量(liàng)計的壓損與标(biāo)況流量成二次(cì)函數關系。當渦(wo)輪流量計異常(chang)時，壓損-标況流(liú)量特性曲線将(jiāng)偏離正常曲線(xiàn)。
3.2異常狀态數據(ju)對比分析
①葉片(piàn)缺失狀态下的(de)壓損變化分析(xi).
 
　　圖4爲DN50、DN80、DN100渦輪流量(liàng)計葉片缺失4片(piàn)狀态、葉片缺失(shi)7片狀态與正常(cháng)狀态的壓損-标(biao)況流量特性曲(qu)線對比。可以看(kàn)出，對每種規格(ge)的渦輪流量計(jì),在相同流量情(qíng)況下,葉片缺失(shī)狀态的壓損比(bi)正常狀态小，葉(ye)片缺失越多，壓(yā)損越小。壓損減(jiǎn)小值随着流量(liang)增大而增大，小(xiǎo)流量下的壓損(sǔn)減小值難以識(shi)别,大流量下的(de)壓損減小值也(ye)不顯著,但.當流(liú)量足夠大時,采(cai)用工業級别壓(yā)差傳感器可以(yǐ)識别。在實際運(yùn)行中，由于大流(liu)量下的壓損減(jian)小值不顯著,可(ke)能導緻較多誤(wù)判,因此需要結(jié)合流量計的高(gao)低頻脈沖數進(jin)一步判定。
②軸卡(kǎ)頓狀态下的壓(yā)損變化分析
 
　　圖(tu)5爲DN50、DN80、DN100渦輪流量計(jì)卡頓狀态、正常(cháng)狀态的壓損-标(biāo)況流量特性曲(qǔ)線對比。可以看(kan)出,對每種規格(ge)的渦輪流量計(ji),當軸處于卡頓(dùn)狀态時，相對于(yú)正常狀态，相同(tong)流量下的壓損(sǔn)變大，卡頓程度(du)越大，壓損越大(dà);壓損增大值随(sui)着流量增大而(ér)增大。卡死狀态(tài)與正常狀态相(xiàng)比，壓損顯著增(zeng)大，最大流量下(xia)DN50、DN80、DN100渦輪流量計的(de)壓損分别爲正(zheng)常狀态下壓損(sǔn)的2.0、2.1、2.4倍。
　　在軸卡頓(dun)狀态下，小流量(liàng)(流量小于0.4qmax)下的(de)壓損增大值不(bú)明顯，大流量(流(liú)量大于等于0.4qmax)下(xià)的壓損增大值(zhi)較爲顯著。
4基于(yú)壓損的流量計(jì)異常辨識
　　通過(guò)，上述分析可知(zhī)，可以根據流量(liang)計的标況流量(liàng)和壓損一标況(kuang)流量關系式計(ji)算出正常壓損(sǔn)，壓損與标況流(liu)量是一一對應(yīng)關系，通過實測(ce)壓損與正常壓(yā)損對比，判斷流(liú)量計是否異常(cháng)。基于該思路.建(jiàn)立流量計在線(xian)監測系統(簡稱(cheng)監測系統)，實施(shī)方案如下。
　　首先(xian),在渦輪流量計(jì)出廠檢定時，測(ce)試獲得其正常(chang)狀态下的壓損(sǔn)-标況流量關系(xi)式和特性曲線(xian),輸入燃氣公司(si)的數據處理平(ping)台，作爲正常流(liu)量計基礎數據(jù)。由于流量計結(jié)構不同，壓損也(ye)不同,因此，需要(yao)在數據處理平(ping)台輸入不同廠(chang)家、不同規格流(liu)量計的壓損-标(biao)況流量關系式(shì)和特性曲線。形(xíng)成基礎數據庫(kù)。
　　其次,在表端控(kong)制處理模塊輸(shū)入工況流量與(yǔ)标況流量轉換(huan)算法、實測壓損(sun)與正常壓損對(dui)比算法。在流量(liàng)計使用過程中(zhong)，實時采集流量(liang)、壓損、壓力、溫度(du)數據,根據工況(kuàng)流量與标況流(liú)量轉換算法、實(shí)測壓損與正常(chang)壓損對比算法(fa)，判斷壓損是否(fǒu)異常。實際運行(háng)中,監測系統需(xu)要同時對多台(tai)流量計實時監(jian)測，需要傳輸和(he)處理的數據量(liàng)比較大。因此在(zai)表端設定監測(ce)周期(7d或10d),如果在(zai)監測周期内壓(ya)損正常，則不上(shang)傳數據至數據(jù)處理平台，如果(guǒ)異常，則.上傳數(shu)據至數據處理(li)平台。數據處理(lǐ)平台根據連續(xu)若幹個監測周(zhōu)期内異常壓損(sǔn)情況判斷流量(liang)計是否存在故(gù)障,通過分析一(yī)定時期内實測(ce)壓損相比正常(cháng)壓損增大或減(jiǎn)小的趨勢，判斷(duan)流量計可能存(cun)在的問題種類(lei)，提示技術人員(yuan)拆檢維修。
5結論(lun)
①渦輪流量計的(de)壓損、标況流量(liàng)成二次函數關(guan)系。
②對每種規格(ge)的渦輪流量計(jì)，在相同流量情(qing)況下，葉片缺失(shi)狀态的壓損比(bi)正常狀态小,葉(ye)片缺失越多,壓(yā)損越小;壓損減(jiǎn)小值随着流量(liang)增大而增大。葉(ye)片缺失造成的(de)壓損減小值較(jiao)小，需結合流量(liang)計的高低頻脈(mò)沖數進一步判(pàn)定。
③對每種規格(gé)的渦輪流量計(jì)，軸卡頓狀态的(de)壓損比正常狀(zhuàng)态大，卡頓程度(dù)越大，壓損越大(dà);壓損增大值随(suí)着流量增大而(ér)增大,小流量(流(liú)量小于0.4倍最大(dà)流量)下的壓損(sun)增大值不明顯(xiǎn)，大流量(流量大(dà)于等于0.4倍最大(dà)流量)下的壓損(sǔn)增大值較爲顯(xiǎn)著。
④提出建立流(liu)量計在線監測(ce)系統，通過實測(cè)壓損與正常壓(yā)損對比，判斷流(liu)量計是否存在(zài)異常，通過實測(cè)壓損比正常壓(yā)損增大或減小(xiao)的趨勢判斷流(liu)量計存在的問(wèn)題種類。

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