摘要:針對(dui)城鎮燃氣(qi)常用的3種(zhong)規格(公稱(cheng)通徑分别(bie)爲50、80、100mm)渦輪流(liu)量計 壓損(sun)變化情況(kuang)開展實驗(yan)研究,獲得(de)渦輪流量(liang)計壓損與(yu)标況流量(liang)關系式,測(ce)試分析渦(wo)輪流量計(ji)異常(葉片(pian)缺失、軸卡(ka)頓)狀态的(de)壓損變化(hua)趨勢。渦輪(lun)流量計的(de)壓損、标況(kuang)流量成二(er)次函數關(guan)系。對每種(zhong)規格的渦(wo)輪流量計(ji),在相同流(liu)量情況下(xia),葉片缺失(shi)狀态的壓(ya)損比正常(chang)狀态小，葉(ye)片缺失越(yue)多,壓損越(yue)小;壓損減(jian)小值随着(zhe)流量增大(da)而增大。葉(ye)片缺失造(zao)成的壓損(sun)減小值較(jiao)小，需結合(he)流量計的(de)高低頻脈(mo)沖數進一(yi)步判定。對(dui)每種規格(ge)的渦輪流(liu)量計,軸卡(ka)頓狀态的(de)壓損比正(zheng)常狀态大(da),卡頓程度(du)越大,壓損(sun)越大;壓損(sun)增大值随(sui)着流量增(zeng)大而增大(da),小流量(流(liu)量小于0.4倍(bei)最大流量(liang))下的壓損(sun)增大值不(bu)明顯,大流(liu)量(流量大(da)于等于0.4倍(bei)最大流量(liang))”下的壓損(sun)增大值較(jiao)爲顯著。提(ti)出建立流(liu)量計在線(xian)監測系統(tong),通過實測(ce)壓損與正(zheng)常壓損對(dui)比，判斷流(liu)量計是否(fou)存在異常(chang),通過實測(ce)壓損比正(zheng)常壓損增(zeng)大或減小(xiao)的趨勢判(pan)斷流量計(ji)存在的問(wen)題種類。
1概(gai)述
　　渦輪流(liu)量計具備(bei)結構緊湊(cou)輕巧、安裝(zhuang)維護方便(bian)、流通能力(li)強、适用壓(ya)力範圍廣(guang)等優點,被(bei)廣泛使用(yong)。但是,使用(yong)中發現渦(wo)輪流量計(ji)也面臨突(tu)出問題,渦(wo)輪流量計(ji)屬于速度(du)式計量儀(yi)表，運行過(guo)程中,燃氣(qi)中異物容(rong)易造成軸(zhou)卡頓或葉(ye)片破壞，對(dui)渦輪流量(liang)計性能産(chan)生影響。這(zhe)類磨損比(bi)較隐蔽,常(chang)規的儀表(biao)巡視檢查(cha)難以察覺(jiao)，往往在周(zhou)檢拆表時(shi)才能發現(xian),即使發現(xian)問題也無(wu)法追溯問(wen)題發生的(de)時間,難以(yi)給購銷争(zheng)議提供有(you)效依據。因(yin)此,如何掌(zhang)握渦輪流(liu)量計的運(yun)行工況信(xin)息,及時發(fa)現其關鍵(jian)部件故障(zhang)以避免購(gou)銷争議,是(shi)當前城鎮(zhen)燃氣企業(ye)急需解決(jue)的問題。
　　氣(qi)體壓力損(sun)失(簡稱壓(ya)損)與流量(liang)計性能有(you)一定相關(guan)性，因此,可(ke)以将壓損(sun)作爲重要(yao)參數實時(shi)監測,以了(le)解流量計(ji)運行中的(de)異常狀态(tai)。本文針對(dui)城鎮燃氣(qi)常用的3種(zhong)規格(公稱(cheng)通徑分别(bie)爲50.80、100mm)渦輪流(liu)量計(簡稱(cheng)流量計)壓(ya)損變化情(qing)況開展實(shi)驗研究,獲(huo)得流量計(ji)壓損與标(biao)況流量的(de)關系式，測(ce)試分析流(liu)量計異常(chang)(葉片缺失(shi)、軸卡頓)條(tiao)件下的壓(ya)損變化趨(qu)勢，提出基(ji)于壓損變(bian)化的流量(liang)計在線監(jian)測系統，爲(wei)渦輪流量(liang)計實時監(jian)測和管理(li)提供輔助(zhu)手段。
　　将公(gong)稱通徑爲(wei)50、80、100mm的渦輪流(liu)量計分别(bie)稱爲DN50、DN80、DN100渦輪(lun)流量計。
2實(shi)驗平台與(yu)實驗方案(an)
2.1實驗平台(tai)
　　本文實驗(yan)平台是在(zai)流量計标(biao)準檢定平(ping)台基礎.上(shang)改進搭建(jian)的，增加壓(ya)差采集模(mo)塊,實現壓(ya)差與既有(you)參數同步(bu)采集。實驗(yan)平台見圖(tu)1。實驗平台(tai)設置4台标(biao)準流量計(ji),均爲羅茨(ci)流量計,4台(tai)标準流量(liang)計的流量(liang)範圍不同(tong)，通過不同(tong)标準流量(liang)計組合來(lai)提供測試(shi)所需的流(liu)量範圍。數(shu)據采集器(qi)是溫度、壓(ya)力、流量、壓(ya)差傳感器(qi)的集合。選(xuan)用數字壓(ya)差傳感器(qi)，測量範圍(wei)爲-6~6kPa,精度高(gao)于0.3%。
 
2.2實驗方(fang)案
　　待測流(liu)量計選用(yong)DN50、DN80、DN100渦輪流量(liang)計,流量範(fan)圍分别爲(wei)0~100、0~250、0~600m3/h。實驗工況(kuang)包括:正常(chang)流量計運(yun)行、葉片缺(que)失流量計(ji)運行、軸卡(ka)頓流量計(ji)運行。其中(zhong)葉片缺失(shi)流量計運(yun)行包含葉(ye)片缺失4片(pian)、缺失7片的(de)流量計運(yun)行，軸卡頓(dun)流量計運(yun)行包含處(chu)于卡頓狀(zhuang)态1、卡頓狀(zhuang)态2、卡死狀(zhuang)态的流量(liang)計運行。
①葉(ye)片缺失處(chu)理
　　正常流(liu)量計的渦(wo)輪葉片有(you)14片,制作葉(ye)片缺失4片(pian)和缺失7片(pian)的異常渦(wo)輪，置于流(liu)量計内,進(jin)行對比實(shi)驗。正常渦(wo)輪和異常(chang)渦輪見圖(tu)2。實驗過程(cheng)中渦輪拆(chai)除更換均(jun)由專業技(ji)術人員操(cao)作。
②軸卡頓(dun)狀态處理(li)
　　将軸承端(duan)蓋處增加(jia)橡膠材料(liao)、端蓋緊固(gu)螺栓從初(chu)始位置擰(ning)緊6圈的狀(zhuang)态稱爲卡(ka)頓狀态1。将(jiang)軸承端蓋(gai)處增加橡(xiang)膠材料、端(duan)蓋緊固螺(luo)栓從初始(shi)位置擰緊(jin)8圈的狀态(tai)稱爲卡頓(dun)狀态2。将尖(jian)硬物插入(ru)軸間隙，使(shi)其轉動失(shi)效，模拟軸(zhou)卡死狀态(tai)。
③實驗過程(cheng)
A.将檢定合(he)格的正常(chang)流量計安(an)裝在實驗(yan)平台中作(zuo)爲待測流(liu)量計。
b.qmax、qmmin分别(bie)表示待測(ce)流量計的(de)最大、最小(xiao)流量。開啓(qi)風機，數據(ju)控制平台(tai)與标準流(liu)量計聯動(dong),調節标準(zhun)流量計的(de)流量至0.8qmax,穩(wen)定10min,在待測(ce)流量計連(lian)接處塗抹(mo)發泡劑,檢(jian)查是否漏(lou)氣,依次提(ti)高流量至(zhi)0.9qmax、qmax,重複漏氣(qi)檢測。
c.氣密(mi)性檢查無(wu)誤後，開始(shi)測試流程(cheng)。分别調節(jie)标準流量(liang)計的流量(liang)至qmin、0.2qmax、0.4qmax、0.6qmax、0.8qmax、qmax>0,每個流(liu)量測試5min,讀(du)取流量、溫(wen)度、壓力和(he)壓差,每個(ge)參數讀取(qu)至少3次後(hou)取平均值(zhi)，記錄數據(ju)并保存。
d.将(jiang)正常流量(liang)計拆下，依(yi)次更換爲(wei)葉片缺失(shi)4片、葉片缺(que)失7片、卡頓(dun)狀态1、卡頓(dun)狀态2、卡死(si)狀态的渦(wo)輪流量計(ji),分别按照(zhao)步驟a~c測試(shi)。
 
3實驗數據(ju)分析
3.1流量(liang)、壓損關系(xi)分析
　　實驗(yan)讀取的流(liu)量爲工作(zuo)狀态下的(de)流量(簡稱(cheng)工況流量(liang)),爲便于一(yi)緻性分析(xi)，将工況流(liu)量轉換爲(wei)标準狀态(tai)下的流量(liang)(簡稱标況(kuang)流量)，标準(zhun)狀态爲溫(wen)度293.15K、壓力101.325kPa.
　　實(shi)驗獲得3種(zhong)規格流量(liang)計正常狀(zhuang)态下的6個(ge)數據點，拟(ni)合獲得壓(ya)損-标況流(liu)量關系式(shi)，見下列公(gong)式。拟合曲(qu)線爲壓損(sun)-标況流量(liang)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(zhong)△p,、△p2、△p3----DN50、DN80、DN100渦輪流量(liang)計的壓損(sun)，kPa
qn1、qn2、qn3---DN50、DN80、DN100渦輪流量(liang)計的标況(kuang)流量,m³/h
　　通過(guo)上述分析(xi)可以看出(chu)，渦輪流量(liang)計的壓損(sun)與标況流(liu)量成二次(ci)函數關系(xi)。當渦輪流(liu)量計異常(chang)時，壓損-标(biao)況流量特(te)性曲線将(jiang)偏離正常(chang)曲線。
3.2異常(chang)狀态數據(ju)對比分析(xi)
①葉片缺失(shi)狀态下的(de)壓損變化(hua)分析.
 
　　圖4爲(wei)DN50、DN80、DN100渦輪流量(liang)計葉片缺(que)失4片狀态(tai)、葉片缺失(shi)7片狀态與(yu)正常狀态(tai)的壓損-标(biao)況流量特(te)性曲線對(dui)比。可以看(kan)出，對每種(zhong)規格的渦(wo)輪流量計(ji),在相同流(liu)量情況下(xia),葉片缺失(shi)狀态的壓(ya)損比正常(chang)狀态小，葉(ye)片缺失越(yue)多，壓損越(yue)小。壓損減(jian)小值随着(zhe)流量增大(da)而增大，小(xiao)流量下的(de)壓損減小(xiao)值難以識(shi)别,大流量(liang)下的壓損(sun)減小值也(ye)不顯著,但(dan).當流量足(zu)夠大時,采(cai)用工業級(ji)别壓差傳(chuan)感器可以(yi)識别。在實(shi)際運行中(zhong)，由于大流(liu)量下的壓(ya)損減小值(zhi)不顯著,可(ke)能導緻較(jiao)多誤判,因(yin)此需要結(jie)合流量計(ji)的高低頻(pin)脈沖數進(jin)一步判定(ding)。
②軸卡頓狀(zhuang)态下的壓(ya)損變化分(fen)析
 
　　圖5爲DN50、DN80、DN100渦(wo)輪流量計(ji)卡頓狀态(tai)、正常狀态(tai)的壓損-标(biao)況流量特(te)性曲線對(dui)比。可以看(kan)出,對每種(zhong)規格的渦(wo)輪流量計(ji),當軸處于(yu)卡頓狀态(tai)時，相對于(yu)正常狀态(tai)，相同流量(liang)下的壓損(sun)變大，卡頓(dun)程度越大(da)，壓損越大(da);壓損增大(da)值随着流(liu)量增大而(er)增大。卡死(si)狀态與正(zheng)常狀态相(xiang)比，壓損顯(xian)著增大，最(zui)大流量下(xia)DN50、DN80、DN100渦輪流量(liang)計的壓損(sun)分别爲正(zheng)常狀态下(xia)壓損的2.0、2.1、2.4倍(bei)。
　　在軸卡頓(dun)狀态下，小(xiao)流量(流量(liang)小于0.4qmax)下的(de)壓損增大(da)值不明顯(xian)，大流量(流(liu)量大于等(deng)于0.4qmax)下的壓(ya)損增大值(zhi)較爲顯著(zhe)。
4基于壓損(sun)的流量計(ji)異常辨識(shi)
　　通過，上述(shu)分析可知(zhi)，可以根據(ju)流量計的(de)标況流量(liang)和壓損一(yi)标況流量(liang)關系式計(ji)算出正常(chang)壓損，壓損(sun)與标況流(liu)量是一一(yi)對應關系(xi)，通過實測(ce)壓損與正(zheng)常壓損對(dui)比，判斷流(liu)量計是否(fou)異常。基于(yu)該思路.建(jian)立流量計(ji)在線監測(ce)系統(簡稱(cheng)監測系統(tong))，實施方案(an)如下。
　　首先(xian),在渦輪流(liu)量計出廠(chang)檢定時，測(ce)試獲得其(qi)正常狀态(tai)下的壓損(sun)-标況流量(liang)關系式和(he)特性曲線(xian),輸入燃氣(qi)公司的數(shu)據處理平(ping)台，作爲正(zheng)常流量計(ji)基礎數據(ju)。由于流量(liang)計結構不(bu)同，壓損也(ye)不同,因此(ci)，需要在數(shu)據處理平(ping)台輸入不(bu)同廠家、不(bu)同規格流(liu)量計的壓(ya)損-标況流(liu)量關系式(shi)和特性曲(qu)線。形成基(ji)礎數據庫(ku)。
　　其次,在表(biao)端控制處(chu)理模塊輸(shu)入工況流(liu)量與标況(kuang)流量轉換(huan)算法、實測(ce)壓損與正(zheng)常壓損對(dui)比算法。在(zai)流量計使(shi)用過程中(zhong)，實時采集(ji)流量、壓損(sun)、壓力、溫度(du)數據,根據(ju)工況流量(liang)與标況流(liu)量轉換算(suan)法、實測壓(ya)損與正常(chang)壓損對比(bi)算法，判斷(duan)壓損是否(fou)異常。實際(ji)運行中,監(jian)測系統需(xu)要同時對(dui)多台流量(liang)計實時監(jian)測，需要傳(chuan)輸和處理(li)的數據量(liang)比較大。因(yin)此在表端(duan)設定監測(ce)周期(7d或10d),如(ru)果在監測(ce)周期内壓(ya)損正常，則(ze)不上傳數(shu)據至數據(ju)處理平台(tai)，如果異常(chang)，則.上傳數(shu)據至數據(ju)處理平台(tai)。數據處理(li)平台根據(ju)連續若幹(gan)個監測周(zhou)期内異常(chang)壓損情況(kuang)判斷流量(liang)計是否存(cun)在故障,通(tong)過分析一(yi)定時期内(nei)實測壓損(sun)相比正常(chang)壓損增大(da)或減小的(de)趨勢，判斷(duan)流量計可(ke)能存在的(de)問題種類(lei)，提示技術(shu)人員拆檢(jian)維修。
5結論(lun)
①渦輪流量(liang)計的壓損(sun)、标況流量(liang)成二次函(han)數關系。
②對(dui)每種規格(ge)的渦輪流(liu)量計，在相(xiang)同流量情(qing)況下，葉片(pian)缺失狀态(tai)的壓損比(bi)正常狀态(tai)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。葉片缺(que)失造成的(de)壓損減小(xiao)值較小，需(xu)結合流量(liang)計的高低(di)頻脈沖數(shu)進一步判(pan)定。
③對每種(zhong)規格的渦(wo)輪流量計(ji)，軸卡頓狀(zhuang)态的壓損(sun)比正常狀(zhuang)态大，卡頓(dun)程度越大(da)，壓損越大(da);壓損增大(da)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(da)值不明顯(xian)，大流量(流(liu)量大于等(deng)于0.4倍最大(da)流量)下的(de)壓損增大(da)值較爲顯(xian)著。
④提出建(jian)立流量計(ji)在線監測(ce)系統，通過(guo)實測壓損(sun)與正常壓(ya)損對比，判(pan)斷流量計(ji)是否存在(zai)異常，通過(guo)實測壓損(sun)比正常壓(ya)損增大或(huo)減小的趨(qu)勢判斷流(liu)量計存在(zai)的問題種(zhong)類。

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