摘要:針(zhen)對城鎮(zhèn)燃氣常(chang)用的3種(zhong)規格(公(gong)稱通徑(jìng)分别爲(wei)50、80、100mm)渦輪流(liu)量計 壓(yā)損變化(huà)情況開(kāi)展實驗(yan)研究,獲(huo)得渦輪(lún)流量計(ji)壓損與(yǔ)标況流(liú)量關系(xì)式,測試(shi)分析渦(wō)輪流量(liàng)計異常(cháng)(葉片缺(que)失、軸卡(kǎ)頓)狀态(tài)的壓損(sun)變化趨(qū)勢。渦輪(lún)流量計(ji)的壓損(sun)、标況流(liu)量成二(èr)次函數(shu)關系。對(dui)每種規(guī)格的渦(wō)輪流量(liang)計,在相(xiang)同流量(liang)情況下(xia),葉片缺(quē)失狀态(tài)的壓損(sǔn)比正常(chang)狀态小(xiǎo)，葉片缺(que)失越多(duo),壓損越(yuè)小;壓損(sǔn)減小值(zhi)随着流(liú)量增大(da)而增大(dà)。葉片缺(quē)失造成(chéng)的壓損(sun)減小值(zhi)較小，需(xu)結合流(liu)量計的(de)高低頻(pin)脈沖數(shu)進一步(bù)判定。對(dui)每種規(guī)格的渦(wō)輪流量(liàng)計,軸卡(kǎ)頓狀态(tai)的壓損(sǔn)比正常(cháng)狀态大(da),卡頓程(chéng)度越大(da),壓損越(yue)大;壓損(sun)增大值(zhí)随着流(liú)量增大(dà)而增大(dà),小流量(liàng)(流量小(xiǎo)于0.4倍最(zuì)大流量(liàng))下的壓(yā)損增大(da)值不明(míng)顯,大流(liu)量(流量(liang)大于等(děng)于0.4倍最(zuì)大流量(liàng))”下的壓(yā)損增大(dà)值較爲(wei)顯著。提(ti)出建立(li)流量計(jì)在線監(jiān)測系統(tong),通過實(shi)測壓損(sun)與正常(cháng)壓損對(dui)比，判斷(duan)流量計(jì)是否存(cun)在異常(cháng),通過實(shí)測壓損(sǔn)比正常(chang)壓損增(zeng)大或減(jiǎn)小的趨(qū)勢判斷(duan)流量計(ji)存在的(de)問題種(zhong)類。
1概述(shu)
　　渦輪流(liú)量計具(jù)備結構(gou)緊湊輕(qīng)巧、安裝(zhuāng)維護方(fāng)便、流通(tōng)能力強(qiang)、适用壓(yā)力範圍(wei)廣等優(yōu)點,被廣(guang)泛使用(yòng)。但是,使(shǐ)用中發(fa)現渦輪(lún)流量計(ji)也面臨(lín)突出問(wèn)題,渦輪(lún)流量計(jì)屬于速(sù)度式計(ji)量儀表(biǎo)，運行過(guò)程中,燃(ran)氣中異(yì)物容易(yì)造成軸(zhóu)卡頓或(huo)葉片破(po)壞，對渦(wō)輪流量(liàng)計性能(neng)産生影(ying)響。這類(lèi)磨損比(bi)較隐蔽(bi),常規的(de)儀表巡(xun)視檢查(chá)難以察(cha)覺，往往(wǎng)在周檢(jiǎn)拆表時(shi)才能發(fā)現,即使(shǐ)發現問(wèn)題也無(wu)法追溯(sù)問題發(fā)生的時(shí)間,難以(yǐ)給購銷(xiao)争議提(tí)供有效(xiao)依據。因(yin)此,如何(he)掌握渦(wo)輪流量(liang)計的運(yun)行工況(kuang)信息,及(jí)時發現(xian)其關鍵(jian)部件故(gu)障以避(bì)免購銷(xiao)争議,是(shì)當前城(cheng)鎮燃氣(qì)企業急(jí)需解決(jue)的問題(ti)。
　　氣體壓(yā)力損失(shī)(簡稱壓(yā)損)與流(liu)量計性(xìng)能有一(yī)定相關(guān)性，因此(cǐ),可以将(jiāng)壓損作(zuo)爲重要(yào)參數實(shí)時監測(cè),以了解(jiě)流量計(jì)運行中(zhōng)的異常(cháng)狀态。本(ben)文針對(dui)城鎮燃(rán)氣常用(yong)的3種規(gui)格(公稱(cheng)通徑分(fèn)别爲50.80、100mm)渦(wō)輪流量(liang)計(簡稱(cheng)流量計(ji))壓損變(biàn)化情況(kuang)開展實(shí)驗研究(jiū),獲得流(liú)量計壓(yā)損與标(biāo)況流量(liang)的關系(xi)式，測試(shì)分析流(liú)量計異(yì)常(葉片(pian)缺失、軸(zhou)卡頓)條(tiao)件下的(de)壓損變(biàn)化趨勢(shì)，提出基(ji)于壓損(sǔn)變化的(de)流量計(jì)在線監(jian)測系統(tong)，爲渦輪(lun)流量計(ji)實時監(jiān)測和管(guan)理提供(gong)輔助手(shou)段。
　　将公(gōng)稱通徑(jing)爲50、80、100mm的渦(wō)輪流量(liang)計分别(bie)稱爲DN50、DN80、DN100渦(wō)輪流量(liàng)計。
2實驗(yàn)平台與(yǔ)實驗方(fāng)案
2.1實驗(yàn)平台
　　本(běn)文實驗(yàn)平台是(shi)在流量(liàng)計标準(zhǔn)檢定平(píng)台基礎(chu).上改進(jin)搭建的(de)，增加壓(yā)差采集(ji)模塊,實(shí)現壓差(chà)與既有(yǒu)參數同(tong)步采集(ji)。實驗平(píng)台見圖(tu)1。實驗平(ping)台設置(zhi)4台标準(zhun)流量計(jì),均爲羅(luó)茨流量(liàng)計,4台标(biāo)準流量(liang)計的流(liu)量範圍(wéi)不同，通(tōng)過不同(tóng)标準流(liú)量計組(zu)合來提(tí)供測試(shì)所需的(de)流量範(fan)圍。數據(jù)采集器(qi)是溫度(dù)、壓力、流(liú)量、壓差(cha)傳感器(qì)的集合(he)。選用數(shù)字壓差(cha)傳感器(qi)，測量範(fàn)圍爲-6~6kPa,精(jīng)度高于(yú)0.3%。
 
2.2實驗方(fang)案
　　待測(cè)流量計(ji)選用DN50、DN80、DN100渦(wo)輪流量(liang)計,流量(liang)範圍分(fen)别爲0~100、0~250、0~600m3/h。實(shi)驗工況(kuàng)包括:正(zhèng)常流量(liàng)計運行(háng)、葉片缺(que)失流量(liang)計運行(háng)、軸卡頓(dun)流量計(ji)運行。其(qi)中葉片(piàn)缺失流(liú)量計運(yun)行包含(hán)葉片缺(quē)失4片、缺(que)失7片的(de)流量計(jì)運行，軸(zhou)卡頓流(liu)量計運(yùn)行包含(hán)處于卡(ka)頓狀态(tài)1、卡頓狀(zhuàng)态2、卡死(si)狀态的(de)流量計(ji)運行。
①葉(ye)片缺失(shī)處理
　　正(zhèng)常流量(liàng)計的渦(wo)輪葉片(pian)有14片,制(zhì)作葉片(piàn)缺失4片(piàn)和缺失(shī)7片的異(yì)常渦輪(lún)，置于流(liu)量計内(nei),進行對(duì)比實驗(yan)。正常渦(wo)輪和異(yi)常渦輪(lún)見圖2。實(shí)驗過程(chéng)中渦輪(lun)拆除更(gèng)換均由(yóu)專業技(jì)術人員(yuan)操作。
②軸(zhou)卡頓狀(zhuang)态處理(lǐ)
　　将軸承(chéng)端蓋處(chù)增加橡(xiang)膠材料(liào)、端蓋緊(jǐn)固螺栓(shuān)從初始(shi)位置擰(ning)緊6圈的(de)狀态稱(chēng)爲卡頓(dun)狀态1。将(jiāng)軸承端(duan)蓋處增(zeng)加橡膠(jiao)材料、端(duān)蓋緊固(gu)螺栓從(cong)初始位(wèi)置擰緊(jǐn)8圈的狀(zhuàng)态稱爲(wèi)卡頓狀(zhuàng)态2。将尖(jian)硬物插(cha)入軸間(jian)隙，使其(qi)轉動失(shi)效，模拟(ni)軸卡死(si)狀态。
③實(shí)驗過程(chéng)
A.将檢定(ding)合格的(de)正常流(liú)量計安(an)裝在實(shi)驗平台(tái)中作爲(wèi)待測流(liu)量計。
b.qmax、qmmin分(fen)别表示(shì)待測流(liú)量計的(de)最大、最(zui)小流量(liang)。開啓風(feng)機，數據(ju)控制平(píng)台與标(biāo)準流量(liang)計聯動(dòng),調節标(biao)準流量(liang)計的流(liú)量至0.8qmax,穩(wen)定10min,在待(dai)測流量(liàng)計連接(jiē)處塗抹(mò)發泡劑(ji),檢查是(shi)否漏氣(qì),依次提(tí)高流量(liàng)至0.9qmax、qmax,重複(fú)漏氣檢(jian)測。
c.氣密(mì)性檢查(chá)無誤後(hou)，開始測(ce)試流程(chéng)。分别調(diao)節标準(zhǔn)流量計(jì)的流量(liàng)至qmin、0.2qmax、0.4qmax、0.6qmax、0.8qmax、qmax>0,每個(gè)流量測(cè)試5min,讀取(qǔ)流量、溫(wēn)度、壓力(lì)和壓差(chà),每個參(cān)數讀取(qǔ)至少3次(cì)後取平(ping)均值，記(jì)錄數據(jù)并保存(cun)。
d.将正常(chang)流量計(ji)拆下，依(yi)次更換(huan)爲葉片(piàn)缺失4片(pian)、葉片缺(quē)失7片、卡(ka)頓狀态(tai)1、卡頓狀(zhuang)态2、卡死(si)狀态的(de)渦輪流(liú)量計,分(fen)别按照(zhao)步驟a~c測(cè)試。
 
3實驗(yan)數據分(fen)析
3.1流量(liang)、壓損關(guan)系分析(xi)
　　實驗讀(dú)取的流(liu)量爲工(gong)作狀态(tai)下的流(liú)量(簡稱(chēng)工況流(liu)量),爲便(bian)于一緻(zhi)性分析(xī)，将工況(kuang)流量轉(zhuǎn)換爲标(biāo)準狀态(tài)下的流(liú)量(簡稱(chēng)标況流(liú)量)，标準(zhǔn)狀态爲(wei)溫度293.15K、壓(ya)力101.325kPa.
　　實驗(yàn)獲得3種(zhong)規格流(liú)量計正(zhèng)常狀态(tai)下的6個(ge)數據點(diǎn)，拟合獲(huo)得壓損(sun)-标況流(liu)量關系(xi)式，見下(xià)列公式(shì)。拟合曲(qu)線爲壓(yā)損-标況(kuàng)流量特(te)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(shi)中△p,、△p2、△p3----DN50、DN80、DN100渦輪(lún)流量計(jì)的壓損(sun)，kPa
qn1、qn2、qn3---DN50、DN80、DN100渦輪流(liú)量計的(de)标況流(liú)量,m³/h
　　通過(guò)上述分(fèn)析可以(yi)看出，渦(wō)輪流量(liang)計的壓(yā)損與标(biao)況流量(liang)成二次(ci)函數關(guān)系。當渦(wō)輪流量(liang)計異常(chang)時，壓損(sun)-标況流(liú)量特性(xìng)曲線将(jiang)偏離正(zheng)常曲線(xiàn)。
3.2異常狀(zhuàng)态數據(ju)對比分(fen)析
①葉片(piàn)缺失狀(zhuang)态下的(de)壓損變(bian)化分析(xi).
 
　　圖4爲DN50、DN80、DN100渦(wo)輪流量(liàng)計葉片(pian)缺失4片(pian)狀态、葉(ye)片缺失(shi)7片狀态(tài)與正常(chang)狀态的(de)壓損-标(biao)況流量(liàng)特性曲(qǔ)線對比(bǐ)。可以看(kàn)出，對每(mei)種規格(gé)的渦輪(lún)流量計(ji),在相同(tong)流量情(qing)況下,葉(yè)片缺失(shī)狀态的(de)壓損比(bǐ)正常狀(zhuàng)态小，葉(ye)片缺失(shi)越多，壓(ya)損越小(xiao)。壓損減(jian)小值随(sui)着流量(liang)增大而(er)增大，小(xiǎo)流量下(xia)的壓損(sun)減小值(zhi)難以識(shi)别,大流(liú)量下的(de)壓損減(jian)小值也(ye)不顯著(zhe),但.當流(liu)量足夠(gou)大時,采(cai)用工業(yè)級别壓(yā)差傳感(gan)器可以(yi)識别。在(zai)實際運(yun)行中，由(you)于大流(liu)量下的(de)壓損減(jian)小值不(bú)顯著,可(ke)能導緻(zhì)較多誤(wù)判,因此(ci)需要結(jié)合流量(liang)計的高(gāo)低頻脈(mò)沖數進(jìn)一步判(pan)定。
②軸卡(ka)頓狀态(tai)下的壓(ya)損變化(hua)分析
 
　　圖(tú)5爲DN50、DN80、DN100渦輪(lun)流量計(ji)卡頓狀(zhuang)态、正常(chang)狀态的(de)壓損-标(biāo)況流量(liang)特性曲(qǔ)線對比(bǐ)。可以看(kan)出,對每(měi)種規格(gé)的渦輪(lun)流量計(ji),當軸處(chu)于卡頓(dùn)狀态時(shi)，相對于(yu)正常狀(zhuang)态，相同(tong)流量下(xia)的壓損(sun)變大，卡(kǎ)頓程度(du)越大，壓(ya)損越大(da);壓損增(zēng)大值随(sui)着流量(liàng)增大而(er)增大。卡(ka)死狀态(tai)與正常(cháng)狀态相(xiàng)比，壓損(sun)顯著增(zēng)大，最大(dà)流量下(xia)DN50、DN80、DN100渦輪流(liu)量計的(de)壓損分(fèn)别爲正(zhèng)常狀态(tai)下壓損(sun)的2.0、2.1、2.4倍。
　　在(zai)軸卡頓(dun)狀态下(xià)，小流量(liàng)(流量小(xiao)于0.4qmax)下的(de)壓損增(zeng)大值不(bu)明顯，大(dà)流量(流(liu)量大于(yu)等于0.4qmax)下(xià)的壓損(sǔn)增大值(zhí)較爲顯(xian)著。
4基于(yú)壓損的(de)流量計(jì)異常辨(biàn)識
　　通過(guò)，上述分(fèn)析可知(zhi)，可以根(gen)據流量(liàng)計的标(biao)況流量(liang)和壓損(sun)一标況(kuang)流量關(guān)系式計(jì)算出正(zhèng)常壓損(sun)，壓損與(yǔ)标況流(liu)量是一(yi)一對應(ying)關系，通(tōng)過實測(ce)壓損與(yǔ)正常壓(yā)損對比(bǐ)，判斷流(liú)量計是(shì)否異常(cháng)。基于該(gai)思路.建(jiàn)立流量(liang)計在線(xiàn)監測系(xi)統(簡稱(chēng)監測系(xi)統)，實施(shī)方案如(ru)下。
　　首先(xian),在渦輪(lún)流量計(ji)出廠檢(jiǎn)定時，測(cè)試獲得(dé)其正常(chang)狀态下(xia)的壓損(sǔn)-标況流(liú)量關系(xì)式和特(tè)性曲線(xian),輸入燃(rán)氣公司(sī)的數據(ju)處理平(ping)台，作爲(wei)正常流(liu)量計基(ji)礎數據(jù)。由于流(liu)量計結(jie)構不同(tóng)，壓損也(ye)不同,因(yīn)此，需要(yào)在數據(ju)處理平(ping)台輸入(ru)不同廠(chang)家、不同(tong)規格流(liú)量計的(de)壓損-标(biāo)況流量(liàng)關系式(shì)和特性(xìng)曲線。形(xing)成基礎(chu)數據庫(kù)。
　　其次,在(zài)表端控(kòng)制處理(li)模塊輸(shu)入工況(kuàng)流量與(yu)标況流(liu)量轉換(huan)算法、實(shí)測壓損(sun)與正常(chang)壓損對(duì)比算法(fa)。在流量(liàng)計使用(yòng)過程中(zhong)，實時采(cǎi)集流量(liàng)、壓損、壓(yā)力、溫度(dù)數據,根(gen)據工況(kuàng)流量與(yu)标況流(liú)量轉換(huan)算法、實(shi)測壓損(sun)與正常(cháng)壓損對(duì)比算法(fa)，判斷壓(ya)損是否(fou)異常。實(shi)際運行(háng)中,監測(ce)系統需(xū)要同時(shi)對多台(tái)流量計(jì)實時監(jiān)測，需要(yào)傳輸和(he)處理的(de)數據量(liang)比較大(dà)。因此在(zai)表端設(shè)定監測(ce)周期(7d或(huo)10d),如果在(zài)監測周(zhōu)期内壓(yā)損正常(chang)，則不上(shàng)傳數據(jù)至數據(ju)處理平(ping)台，如果(guǒ)異常，則(zé).上傳數(shù)據至數(shu)據處理(li)平台。數(shù)據處理(lǐ)平台根(gen)據連續(xu)若幹個(gè)監測周(zhou)期内異(yì)常壓損(sun)情況判(pan)斷流量(liàng)計是否(fou)存在故(gu)障,通過(guò)分析一(yi)定時期(qi)内實測(cè)壓損相(xiang)比正常(cháng)壓損增(zeng)大或減(jiǎn)小的趨(qū)勢，判斷(duàn)流量計(ji)可能存(cún)在的問(wen)題種類(lèi)，提示技(jì)術人員(yuán)拆檢維(wéi)修。
5結論(lùn)
①渦輪流(liú)量計的(de)壓損、标(biao)況流量(liang)成二次(cì)函數關(guān)系。
②對每(měi)種規格(ge)的渦輪(lun)流量計(ji)，在相同(tong)流量情(qing)況下，葉(ye)片缺失(shi)狀态的(de)壓損比(bǐ)正常狀(zhuàng)态小,葉(ye)片缺失(shī)越多,壓(yā)損越小(xiao);壓損減(jian)小值随(suí)着流量(liang)增大而(er)增大。葉(ye)片缺失(shi)造成的(de)壓損減(jian)小值較(jiào)小，需結(jie)合流量(liàng)計的高(gao)低頻脈(mò)沖數進(jìn)一步判(pàn)定。
③對每(mei)種規格(ge)的渦輪(lún)流量計(ji)，軸卡頓(dun)狀态的(de)壓損比(bi)正常狀(zhuang)态大，卡(kǎ)頓程度(du)越大，壓(ya)損越大(dà);壓損增(zeng)大值随(sui)着流量(liang)增大而(ér)增大,小(xiǎo)流量(流(liu)量小于(yú)0.4倍最大(dà)流量)下(xià)的壓損(sun)增大值(zhi)不明顯(xiǎn)，大流量(liang)(流量大(dà)于等于(yú)0.4倍最大(dà)流量)下(xià)的壓損(sǔn)增大值(zhí)較爲顯(xian)著。
④提出(chū)建立流(liu)量計在(zài)線監測(cè)系統，通(tong)過實測(cè)壓損與(yǔ)正常壓(ya)損對比(bǐ)，判斷流(liú)量計是(shi)否存在(zài)異常，通(tong)過實測(ce)壓損比(bi)正常壓(ya)損增大(dà)或減小(xiǎo)的趨勢(shì)判斷流(liú)量計存(cún)在的問(wèn)題種類(lei)。

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