摘要(yao):分析渦輪流量計(jì) 産生機械慢表的(de)原因，依據數據傳(chuan)輸系統傳回的停(ting)機👉延時流🔴量制訂(ding)機械慢表的評估(gū)方法，，當流量計停(tíng)機延時流量評估(gū)得🔆分小于等于20分(fèn)時，通過貝葉斯定(dìng)理判斷，依據評估(gū)得分發現該流量(liang)計爲機械慢表的(de)正确率的大于等(děng)于90%的可信度㊙️爲94．94%。如(rú)果客戶用氣設備(bei)每天至少停機1次(ci)，則評估周期最多(duo)需😄要30d，該評估方法(fǎ)可将故障發現周(zhou)期從2a縮短到30d，最大(da)程度降低燃氣公(gōng)司的機械慢表損(sun)💘失。
1概述
　　在日常工(gong)作中，渦輪流量計(jì)因軸承卡死等機(ji)械故障而造成🧡的(de)流量計不計量現(xiàn)象(俗稱機械死表(biǎo))，通常都能被燃氣(qì)公司工作人員及(ji)時發現，追繳氣量(liang)也較容易。而因㊙️軸(zhou)承磨損導緻的計(jì)量誤差偏大的現(xian)象(俗稱🐪機械慢表(biǎo))，由于現場缺乏有(you)效手段，較難及時(shi)發現，目前診斷機(ji)械慢表隻有定期(qi)将流量計通過檢(jiǎn)測台，用音速噴嘴(zui)等标準計量裝置(zhi)檢🏒定，即流量計周(zhou)檢。根據JJG1037—2008《渦輪流量(liàng)計檢定規程》(以下(xia)簡稱JJG1037—2008)要求，渦輪流(liú)量計檢定周期爲(wèi)2a，即出現機械慢表(biao)時，在及時進行流(liu)量計周檢的情況(kuàng)下，該故障最長可(ke)🍉能存在2a。
2形成機械(xie)慢表的原因分析(xī)
　　渦輪流量計的主(zhu)要計量部件爲機(jī)芯，渦輪流量計的(de)結👣構見☁️圖1。
　　渦輪流(liú)量計機芯由軸、軸(zhóu)承、葉輪組成，機芯(xīn)的葉輪💛兩端👄由軸(zhóu)承支撐，當流體通(tong)過時，沖擊葉輪，對(duì)葉輪産生驅動力(li)矩✉️Mτ，使葉👨‍❤️‍👨輪克服機(jī)械摩擦力矩Mτm、流體(ti)阻力矩Mτf以及磁電(diàn)轉換器對葉輪産(chǎn)生的電磁反作用(yong)力矩Mτe而産生旋轉(zhuan)。由此可以建立葉(ye)輪的運動微分方(fang)程:

式中
J———葉輪的轉(zhuan)動慣量，kg·m2
ω———葉輪的旋(xuán)轉角速度，rad/s
t———時間，s
Mτ———氣(qì)體流動對葉輪所(suo)産生的驅動力矩(ju)，N·m

Mτm———葉輪旋轉所産(chǎn)生的機械摩擦力(li)矩，N·m
Mτf———流體阻力矩，N·m
Mτe———電(dian)磁反作用力矩，N·m
　　式(shi)(1)中通常電磁反作(zuò)用力矩Mτe比較小，可(ke)以忽略。正常工🈲作(zuo)條件下，可認爲管(guǎn)道内流量不随時(shi)間變化，即葉輪以(yi)穩定的角速☀️度旋(xuán)轉。即存在

　　由于機(ji)芯的軸與軸承直(zhi)接接觸，在氣體中(zhōng)的粉塵、雜質等作(zuo)用下，葉輪旋轉就(jiù)必然導緻軸與軸(zhou)承之☂️間産生摩擦(ca)，進而産生磨損，工(gōng)作時間越長，工況(kuàng)環🈲境越差，潤滑越(yue)不利，磨損也就越(yue)嚴重，從而機械摩(mó)擦力矩Mτm越來越大(dà)［1］。使🐪用初期，葉輪以(yǐ)應有角速度旋轉(zhuan)，如果機械摩擦力(li)矩越來越大，葉輪(lun)的旋轉角速度會(huì)小于應❄️有角速度(dù)，雖然随着角速度(dù)的降低，流體阻力(li)矩變小，但👨‍❤️‍👨是由于(yu)機械摩擦力矩增(zēng)大，仍達到了穩定(dìng)工況。這種葉輪旋(xuan)轉角速度變小的(de)現象，叫流量計計(jì)量偏慢現象(即機(ji)械慢表)。因此認🔞爲(wèi):機械摩擦力矩Mτm增(zēng)大是造成渦輪流(liú)量計機🌈械慢表的(de)主要原因。
3流量計(ji)工況數據分析
　　随(suí)着通信技術不斷(duàn)發展，燃氣遠傳數(shù)據傳輸系統已逐(zhu)步被燃氣公司采(cǎi)用，該系統現場通(tong)過有線通信采集(ji)各項數據，再通過(guo)無線GPRS每2min一次上傳(chuan)數據至服務器，可(kě)随時了解燃氣溫(wēn)度、燃氣壓力、瞬時(shi)流量、累積流量等(děng)實時信息，主要應(yīng)用于計量管理、抄(chao)收、預付費管理等(deng)方面［2］。
①渦輪流量計(jì)葉輪慣性旋轉時(shí)間
　　當用氣設備停(tíng)止用氣時，管道内(nèi)氣體停止流動，葉(ye)輪由🔆于慣性還在(zai)旋轉，此時流量計(ji)仍有逐漸下降的(de)瞬時流量顯🏃🏻‍♂️示。根(gen)據GB/T21391—2008《用氣體渦輪流(liú)量計測量天然氣(qi)流量》附錄C的相關(guān)🔞解釋，在用氣設備(bèi)停機後，流量計葉(yè)輪♍旋轉時間是評(ping)估該儀表運行工(gong)況的重💛要參數。
　　測(ce)量常用的3種型号(hao)新流量計在用氣(qi)設備停機後葉輪(lún)的👣慣性旋轉時間(jiān)，爲了确保數據準(zhun)确，設備停💁機時的(de)流‼️量負荷選定在(zài)💃🏻流量計量程的10%～90%，流(liu)量計葉輪慣性旋(xuan)轉時間實驗結果(guǒ)見表1。
表1流量計葉(yè)輪慣性旋轉時間(jiān)實驗結果

流量計(jì)型号	用氣設備停(tíng)機時瞬時流量占(zhàn)流量計最大量程(cheng)的🏃🏻占比/%	測量次數(shù)/次	用氣設備停機(ji)後葉輪平均慣性(xìng)旋轉時間/s
LWQZ－50Z	10	10	142
LWQZ－50Z	20	10	145
LWQZ－50Z	40	10	152
LWQZ－50Z	50	10	150
LWQZ－50Z	60	10	154
LWQZ－50Z	90	10	155
LWQZ－80Z	10	10	171
LWQZ－80Z	20	10	172
LWQZ－80Z	40	10	175
LWQZ－80Z	50	10	177
LWQZ－80Z	60	10	179
LWQZ－80Z	90	10	183
LWQZ－100Z	10	10	190
LWQZ－100Z	20	10	197
LWQZ－100Z	40	10	201
LWQZ－100Z	50	10	205
LWQZ－100Z	60	10	209
LWQZ－100Z	90	10	212

　　由表1可(kě)以看出，當停止用(yòng)氣後，流量計葉輪(lún)平均慣💁性旋轉時(shi)間均大于140s，而根據(jù)前文分析可知，當(dāng)流量計爲機械慢(màn)表時，機械摩擦力(li)矩Mτm增大，葉輪的旋(xuán)轉🔱角速度ω急速下(xia)降，用氣設備停機(jī)後葉🧑🏾‍🤝‍🧑🏼輪慣性旋轉(zhuǎn)時間縮短。因此，停(tíng)機後慣性旋轉時(shí)間是關鍵切入🐆點(dian)。
②停機延時流量
　　由(yóu)于計量正确的渦(wo)輪流量計葉輪在(zai)用氣設備停機後(hou)葉輪平🧡均慣性旋(xuán)轉時間均大于140s，對(dui)所監控的❌流量計(ji)停機時連續運行(hang)數據進行分析，得(dé)出計量正确的💚流(liú)量計在用氣設備(bèi)停機後仍會有小(xiǎo)流量數據傳輸，将(jiang)該流量💘定義爲停(tíng)✏️機延時流💯量。某加(jia)氣🐪站計量正确的(de)流量計用氣設備(bèi)停用💋時連續數據(ju)📱記錄見表2。瞬時🌈工(gong)況流量爲1．90m3/h的流量(liang)爲停機延時流量(liàng)。
表2某加氣站計量(liang)正确的流量計用(yong)氣設備停機前後(hou)🛀🏻連續數據記錄

溫(wen)度/℃	壓力/kPa	瞬時工況(kuang)流量/(m3·h－1)	采集時間
26．92	282．756	263．20	2016－09－129:16
26．63	282．261	263．19	2016－09－129:18
26．78	282．696	263．19	2016－09－129:20
26．51	282．184	60．20	2016－09－129:22
26．50	288．762	1．90	2016－09－129:24
26．20	288．735	0．00	2016－09－129:26

　　由(yóu)表2可以看出，流量(liàng)計瞬時工況流量(liàng)從用氣設備運行(háng)時的👈263．19m3/h依次變爲運(yun)行設備停機後的(de)60．20m3/h、1．90m3/h的小流量🛀(停機延(yán)時流量)數據傳回(hui)，由于監控系統每(měi)2min傳回一條數據，因(yīn)此，當系統傳回至(zhi)少一條停機延時(shi)流量時，可認爲此(ci)流量計慣性旋轉(zhuan)✏️時間大于120s，經多次(ci)比對判定其運行(háng)工況良好，而後經(jing)現場💁拆表檢查，該(gāi)流量計機芯内📐部(bu)幹淨無異物，後送(sòng)至檢測中心檢定(dìng)，其低區誤差在誤(wu)差允許範圍内🐇。
　　機(ji)械摩擦力矩大的(de)流量計在用氣設(shè)備停機後往往沒(méi)有❌小流量運行數(shù)據傳輸。某加氣站(zhàn)機械摩擦力矩大(dà)的流量🌐計在用氣(qi)設備停用時連續(xu)數據記錄見表3。
　　由(you)表3可以看出，當用(yong)氣設備停用後，沒(méi)有小流量(停機延(yan)時流量)數據傳回(hui)，而是直接從運行(háng)流量438．95m3/h變爲0，而後經(jing)現場拆表檢查，該(gai)流量計機芯的軸(zhou)與軸承磨損嚴重(zhong)，後送至檢測🧑🏾‍🤝‍🧑🏼中心(xin)檢定，其低區誤差(chà)不合格。因此判定(dìng)其機械摩擦力矩(ju)🎯Mτm增大，葉輪的旋轉(zhuan)角速度降低，運行(hang)工況較差，發生機(jī)械慢表的可能性(xìng)🛀🏻高。
表3某加氣站機(jī)械摩擦力矩大的(de)流量計用氣設備(bei)停🐉用時連續數據(ju)記錄

溫度/℃	壓力/kPa	瞬(shùn)時工況流量/(m3·h－1)	采集(ji)時間
22．84	258．615	438．95	2016－09－1210:24
22．70	258．412	438．94	2016－09－1210:26
22．71	258．645	438．92	2016－09－1210:28
22．63	258．191	438．94	2016－09－1210:30
22．60	262．212	438．95	2016－09－1210:32
22．50	262．335	0．00	2016－09－1210:34

4基于停機延(yán)時流量的評估方(fāng)法
4．1渦輪流量計停(ting)機延時流量評估(gū)模型
　　根據不同用(yòng)戶用氣規律的差(cha)異性，每個用戶用(yong)氣👨‍❤️‍👨設備每天的停(tíng)機次數各不相同(tong)，要反映流量計實(shí)時運行工況，不✌️能(néng)隻根據一條停機(jī)後的數據判斷流(liú)量計的準确度，而(er)是需要選取近期(qī)的多次停機數據(jù)進行評估。
　　爲了确(què)保所統計的停機(ji)數據能更加充分(fèn)、準确地反映♉流量(liang)計實時運行工況(kuang)，建立流量計停機(jī)延時流量評估得(dé)分計算式:

式中
S———滿(mǎn)分爲100分的情況下(xia)，評估周期内流量(liang)計停機延時流量(liàng)評估得分，分
n———評估(gū)周期内有停機延(yán)時流量傳回的停(ting)機次數，次
N———評估周(zhōu)期内該流量計的(de)用氣設備總停機(jī)次數，次
　　式(5)針對某(mou)一台流量計N次停(tíng)機後的數據進行(hang)統計，其中n次有🌂停(ting)機延時流量，(N－n)次無(wu)停機延時流量。根(gen)據以往經驗，當N越(yue)大，即計算的總停(tíng)機次數越多時，評(ping)估準确度越高。但(dàn)是N越大意味着評(píng)估周期越長，流量(liàng)計運行實時工況(kuàng)評估時效性降低(di)，且工作量增🐇大。因(yīn)此N的取值需要進(jin)一💜步讨論。
4．2停機延(yán)時流量評估模型(xing)的貝葉斯定理實(shi)證
①實驗流程
　　有别(bié)于經典統計學派(pai)，貝葉斯定理不僅(jin)考慮了樣本💞信息(xi)，而且🔱考慮了決策(ce)人員所擁有的知(zhī)識、經驗等私📧人信(xin)息，甚至包含着其(qi)主觀判斷。貝葉斯(sī)定理綜合樣本信(xìn)息與先驗🔞信息後(hou)進行計🐇算，可能更(geng)科學合理，而且可(kě)進一步随着新的(de)實驗信息的增加(jiā)不斷地進行越來(lai)越符合實際的調(diao)整與修正。先驗❗概(gài)率是實驗前根據(jù)以往積累的資料(liào)和經驗，對事件發(fa)生可能性的一個(ge)預設;後驗概率是(shì)在實驗後，根據實(shí)驗獲得的信🏃🏻息對(duì)事件發生的可能(néng)性作重新審視和(hé)修正的概率。後驗(yàn)概率往往對事件(jiàn)🈲發生與否有更爲(wèi)準确的判斷，但需(xu)要設計随機實驗(yàn)來實現［3］。
　　貝葉斯定(dìng)理驗證評估模型(xíng)的實驗流程見圖(tu)2。貝葉👈斯定理驗證(zheng)評估模型的實驗(yàn)流程具體說明如(ru)下。

a．對于拟定的參(can)數N，根據以往實踐(jian)經驗預設一個先(xian)驗概率;
b．做實驗，根(gēn)據實驗結果用貝(bei)葉斯公式計算後(hou)驗概率;
c．驗證得出(chu)的後驗概率是否(fou)達到預定要求，根(gēn)據結果最終确定(dìng)參數N。
②N設爲20次時的(de)實驗過程
　　現以LWQZ－100B流(liu)量計爲例，根據式(shi)(5)，當某台LWQZ－100B流量計停(tíng)機延時流量評估(gū)得分S≤20分時，可以判(pàn)定爲機械慢表。此(cǐ)判斷🤞産生2種意見(jian)，意見1:此評分發現(xian)該型号機械慢表(biao)的正确≥a1，a1爲此評分(fèn)發現該型号機械(xie)慢表🔴的正确的下(xia)限值，取90%;意☂️見2:此評(ping)分發現該型号機(ji)械慢表的正确🆚≤a2，a2爲(wei)此評分發現該型(xíng)号機械慢表的正(zheng)😍确的上限值，70%。将意(yi)見1記爲A1，意見2記爲(wèi)A2。對于這兩種意見(jian)工作人員決定用(yong)做實驗的方法确(què)定其可信㊙️度。實驗(yàn)方法是🛀🏻根據式(5)計(ji)算并統計出x台機(jī)械慢表，然後把這(zhè)x台流量計上檢測(cè)台檢測驗📱證，然後(hòu)計算可信度。
　　首先(xiān)将N設定爲20次，即針(zhēn)對某一台LWQZ－100B流量計(jì)統計計算其評估(gu)👌周期内最近的20次(cì)的停機數據。根據(ju)以往經👉驗，工作人(ren)員認爲意見1的可(ke)信度爲60%，意見2的可(kě)信度爲40%。記爲P(A1)=60%，P(A2)=40%，此概(gài)率爲先驗概率。
a．第(di)1次實驗。用式(5)針對(dui)所監控的逾1000塊規(gui)格爲LWQZ－100B流量計随機(jī)計算，并選取其中(zhong)5塊S≤20分的流量計。經(jīng)檢測台檢測後發(fa)現，該5塊流量計中(zhōng)有3塊确實爲機械(xiè)慢表，2塊⭕不是機械(xiè)慢表。設B表示事件(jian):x塊😘流量計中有y塊(kuai)爲機❓械慢表。
所用(yong)到的貝葉斯公式(shi)［4］如下:

式中
P(A1|B)———B發生的(de)情況下A1的可信度(dù)
B———事件:經檢測台檢(jiǎn)測，x塊流量計中有(you)y塊機械慢表
P(B|A1)———A1發生(sheng)的情況下B的可信(xìn)度
P(A1)———第1種意見的可(ke)信度，其中A1爲第1種(zhong)意見
P(B|A2)———A2發生的情況(kuàng)下B的可信度
P(A2)———第2種(zhong)意見的可信度，其(qi)中A2爲第2種意見
x———實(shi)驗中，取出的S≤20分的(de)流量計數量，塊
y———實(shí)驗中，x塊流量計中(zhōng)确實爲機械慢表(biao)的流量計數🈲量，塊(kuài)
a1———意見1中正确的下(xià)限值，取90%
a2———正确的上(shang)限值，取70%
　　根據式(6)～(8)可(ke)得，B發生的情況下(xià)A1的可信度爲26．16%，即後(hou)驗概率P(A1|B)=26．16%，P(A2|B)=73．84%。該實驗證(zhèng)明A1和A2的先驗概率(lǜ)有問題，需要再做(zuò)第2次實驗。
b．第2次實(shí)驗。用式(5)針對所監(jiān)控的逾1000塊規格爲(wei)LWQZ－100B流量計🏒重新随機(ji)計算，并取其中10塊(kuài)S≤20分的流量計。經檢(jian)測台檢測後發現(xiàn)，該♈10塊流量計中有(yǒu)7塊确實爲機械慢(màn)表，3塊不是機械慢(màn)表。設C表示事件:10塊(kuai)流量計中有7塊爲(wei)機械慢表。
用C事件(jiàn)代替式(6)～(8)中的B事件(jian)，計算可得C發生的(de)情況下A1的可信度(du)爲7．08%，即後驗概率爲(wei)P(A1|C)=7．08%，P(A2|C)=92．92%。
　　實驗1、2說明，當N設定(ding)爲20次時，發現機械(xiè)慢表的正确不高(gao)于70%的可信度已達(dá)92．92%，發現機械慢表的(de)正确較低。
③N設爲30次(ci)時的實驗過程
　　現(xiàn)将N調整爲30次，即針(zhen)對某一台LWQZ－100B流量計(ji)統計計算其評✉️估(gu)🌈周期内最近的30次(ci)的停機數據。根據(ju)以往經驗，工作人(ren)員認爲意見1的可(kě)信度爲60%，意見2的可(kě)信度爲❤️40%。即P(A1)=60%，P(A2)=40%，此概率(lü)爲先驗概率。
a．第1次(cì)實驗。用式(5)針對所(suǒ)監控的逾1000塊規格(ge)爲LWQZ－100B流量計重新随(suí)機計算，并取其中(zhōng)5塊S≤20分的流量計，經(jīng)檢測台檢測後發(fā)現，該5塊流㊙️量計中(zhong)有5塊确實爲機械(xiè)慢表。設D表示㊙️事件(jiàn):5塊流量計中有5塊(kuai)爲機械🔞慢表。
用D事(shi)件代替式(6)～(8)中的B事(shì)件，計算可得D發生(shēng)的情況下A1的可💯信(xìn)度爲84．06%，即後驗概率(lü)爲P(A1|D)=84．06%，P(A2|D)=15．94%，這種情形需要(yao)再做第🈲2次實驗。
b．第(di)2次實驗。用式(5)針對(duì)所監控的逾1000塊規(guī)格爲LWQZ－100B流量計重新(xīn)随機計算，并取其(qí)中10塊S≤20分的流量計(ji)，經檢測台檢測後(hòu)發現，該🎯10塊流量計(jì)中有9塊确實爲機(jī)械慢表🔞。設E表示事(shì)件:10塊流量計中有(yǒu)9塊爲機械慢表。
用(yòng)E事件代替式(6)～(8)中的(de)B事件，計算可得E發(fa)生的情況下✊A1的可(ke)信度爲94．94%，即後驗概(gai)率爲P(A1|E)=94．94%，P(A2|E)=5．06%。此實驗說明(míng)，當N設定爲30次，通☎️過(guo)式(5)計算型号爲LWQZ－100B的(de)流量計最近的30條(tiao)停機數據，當該流(liú)量計停機延時流(liú)量評分S≤20分時，此評(ping)分發現機械慢表(biǎo)的正确🙇‍♀️≥90%的可信度(du)已達到94．94%。
　　當N設定爲(wei)30次時，此評分模型(xing)發現型号爲LWQZ－100B的流(liu)量計爲機械慢表(biǎo)的正确較高。現假(jia)設客戶用氣設備(bèi)每天至少停機1次(ci)，則評估周期最多(duo)需要30d。
　　以上爲型号(hao)爲LWQZ－100B流量計的停機(jī)延時評分機制，其(qi)他型号流量計也(ye)可通過此流程建(jiàn)立類似的停機延(yan)時評分機制。對先(xiān)驗👈概率與後驗概(gài)率的比較可以👨‍❤️‍👨看(kan)出，應用貝葉🍓斯定(dìng)理有利于使工程(chéng)師的經驗、現場實(shí)驗成果以及曆史(shi)實驗資料都充分(fèn)發揮作用，有利于(yu)積累資料的同時(shí)豐富經驗，是少投(tóu)入多産出的好方(fang)法🌐。
5結論
①将渦輪流(liú)量計機械慢表的(de)故障程度随時量(liang)化，大幅度降低不(bú)同型号流量計因(yin)機械摩擦力矩增(zeng)加造成機械慢表(biao)💃🏻的發現周期，将故(gu)障發現周期從2a縮(suō)短到30d，最大程度上(shang)降低燃氣公司的(de)經㊙️濟損失，從而爲(wèi)企業營收做貢獻(xiàn)♌。
②對燃氣行業工商(shāng)大表傳統管理模(mó)式創新。通過應💃用(yong)該✉️技術，可以将“首(shǒu)檢合格、定期周檢(jiǎn)、到期報廢”的傳統(tǒng)管理模式演變爲(wei)“首檢合格、随時評(ping)估、永遠如👉新”的管(guǎn)理模式。

以上内容(róng)來源于網絡，如有(yǒu)侵權請聯系即删(shan)除!