摘(zhai)要:針對城鎮(zhen)燃氣常用的(de)3種規格(公稱(chēng)通徑分别爲(wei)50、80、100mm)渦輪流量計(jì) 壓損變化情(qíng)況開展實驗(yàn)研究,獲得渦(wō)輪流量計壓(yā)損與标況流(liu)量關系式,測(cè)試分析渦輪(lun)流量計異常(cháng)(葉片缺失、軸(zhou)卡頓)狀态的(de)壓損變化趨(qu)勢。渦輪流量(liàng)計的壓損、标(biao)況流量成二(er)次函數關系(xì)。對每種規格(gé)的渦輪流量(liàng)計,在相同流(liú)量情況下,葉(yè)片缺失狀态(tai)的壓損比正(zheng)常狀态小，葉(ye)片缺失越多(duō),壓損越小;壓(ya)損減小值随(sui)着流量增大(dà)而增大。葉片(piàn)缺失造成的(de)壓損減小值(zhí)較小，需結合(hé)流量計的高(gāo)低頻脈沖數(shu)進一步判定(ding)。對每種規格(gé)的渦輪流量(liang)計,軸卡頓狀(zhuàng)态的壓損比(bi)正常狀态大(dà),卡頓程度越(yuè)大,壓損越大(da);壓損增大值(zhí)随着流量增(zeng)大而增大,小(xiǎo)流量(流量小(xiao)于0.4倍最大流(liú)量)下的壓損(sǔn)增大值不明(míng)顯,大流量(流(liú)量大于等于(yu)0.4倍最大流量(liàng))”下的壓損增(zēng)大值較爲顯(xian)著。提出建立(lì)流量計在線(xian)監測系統,通(tōng)過實測壓損(sun)與正常壓損(sǔn)對比，判斷流(liú)量計是否存(cún)在異常,通過(guò)實測壓損比(bǐ)正常壓損增(zēng)大或減小的(de)趨勢判斷流(liú)量計存在的(de)問題種類。
1概(gài)述
　　渦輪流量(liang)計具備結構(gòu)緊湊輕巧、安(ān)裝維護方便(bian)、流通能力強(qiang)、适用壓力範(fan)圍廣等優點(dian),被廣泛使用(yòng)。但是,使用中(zhōng)發現渦輪流(liú)量計也面臨(lin)突出問題,渦(wō)輪流量計屬(shǔ)于速度式計(jì)量儀表，運行(háng)過程中,燃氣(qì)中異物容易(yi)造成軸卡頓(dùn)或葉片破壞(huai)，對渦輪流量(liang)計性能産生(shēng)影響。這類磨(mo)損比較隐蔽(bì),常規的儀表(biǎo)巡視檢查難(nan)以察覺，往往(wang)在周檢拆表(biǎo)時才能發現(xian),即使發現問(wen)題也無法追(zhuī)溯問題發生(sheng)的時間,難以(yǐ)給購銷争議(yì)提供有效依(yī)據。因此,如何(he)掌握渦輪流(liu)量計的運行(hang)工況信息,及(ji)時發現其關(guān)鍵部件故障(zhang)以避免購銷(xiāo)争議,是當前(qián)城鎮燃氣企(qǐ)業急需解決(jué)的問題。
　　氣體(tǐ)壓力損失(簡(jian)稱壓損)與流(liu)量計性能有(yǒu)一定相關性(xing)，因此,可以将(jiāng)壓損作爲重(zhòng)要參數實時(shí)監測,以了解(jiě)流量計運行(háng)中的異常狀(zhuang)态。本文針對(duì)城鎮燃氣常(cháng)用的3種規格(ge)(公稱通徑分(fèn)别爲50.80、100mm)渦輪流(liú)量計(簡稱流(liú)量計)壓損變(biàn)化情況開展(zhǎn)實驗研究,獲(huò)得流量計壓(yā)損與标況流(liú)量的關系式(shì)，測試分析流(liú)量計異常(葉(yè)片缺失、軸卡(ka)頓)條件下的(de)壓損變化趨(qū)勢，提出基于(yú)壓損變化的(de)流量計在線(xian)監測系統，爲(wei)渦輪流量計(jì)實時監測和(he)管理提供輔(fǔ)助手段。
　　将公(gōng)稱通徑爲50、80、100mm的(de)渦輪流量計(jì)分别稱爲DN50、DN80、DN100渦(wō)輪流量計。
2實(shí)驗平台與實(shi)驗方案
2.1實驗(yàn)平台
　　本文實(shi)驗平台是在(zai)流量計标準(zhǔn)檢定平台基(jī)礎.上改進搭(da)建的，增加壓(yā)差采集模塊(kuai),實現壓差與(yǔ)既有參數同(tong)步采集。實驗(yàn)平台見圖1。實(shí)驗平台設置(zhi)4台标準流量(liàng)計,均爲羅茨(cí)流量計,4台标(biao)準流量計的(de)流量範圍不(bú)同，通過不同(tong)标準流量計(jì)組合來提供(gong)測試所需的(de)流量範圍。數(shù)據采集器是(shi)溫度、壓力、流(liú)量、壓差傳感(gan)器的集合。選(xuǎn)用數字壓差(chà)傳感器，測量(liàng)範圍爲-6~6kPa,精度(dù)高于0.3%。
 
2.2實驗方(fāng)案
　　待測流量(liàng)計選用DN50、DN80、DN100渦輪(lun)流量計,流量(liang)範圍分别爲(wèi)0~100、0~250、0~600m3/h。實驗工況包(bāo)括:正常流量(liàng)計運行、葉片(piàn)缺失流量計(ji)運行、軸卡頓(dùn)流量計運行(háng)。其中葉片缺(que)失流量計運(yun)行包含葉片(pian)缺失4片、缺失(shī)7片的流量計(jì)運行，軸卡頓(dun)流量計運行(hang)包含處于卡(kǎ)頓狀态1、卡頓(dun)狀态2、卡死狀(zhuang)态的流量計(jì)運行。
①葉片缺(quē)失處理
　　正常(chang)流量計的渦(wō)輪葉片有14片(pian),制作葉片缺(que)失4片和缺失(shi)7片的異常渦(wo)輪，置于流量(liàng)計内,進行對(dui)比實驗。正常(chang)渦輪和異常(cháng)渦輪見圖2。實(shi)驗過程中渦(wō)輪拆除更換(huàn)均由專業技(jì)術人員操作(zuo)。
②軸卡頓狀态(tài)處理
　　将軸承(cheng)端蓋處增加(jia)橡膠材料、端(duān)蓋緊固螺栓(shuān)從初始位置(zhi)擰緊6圈的狀(zhuang)态稱爲卡頓(dun)狀态1。将軸承(cheng)端蓋處增加(jia)橡膠材料、端(duan)蓋緊固螺栓(shuan)從初始位置(zhi)擰緊8圈的狀(zhuàng)态稱爲卡頓(dùn)狀态2。将尖硬(ying)物插入軸間(jian)隙，使其轉動(dong)失效，模拟軸(zhou)卡死狀态。
③實(shi)驗過程
A.将檢(jian)定合格的正(zheng)常流量計安(ān)裝在實驗平(píng)台中作爲待(dài)測流量計。
b.qmax、qmmin分(fen)别表示待測(cè)流量計的最(zuì)大、最小流量(liang)。開啓風機，數(shu)據控制平台(tái)與标準流量(liàng)計聯動,調節(jie)标準流量計(ji)的流量至0.8qmax,穩(wěn)定10min,在待測流(liu)量計連接處(chù)塗抹發泡劑(jì),檢查是否漏(lòu)氣,依次提高(gao)流量至0.9qmax、qmax,重複(fú)漏氣檢測。
c.氣(qì)密性檢查無(wu)誤後，開始測(ce)試流程。分别(bié)調節标準流(liú)量計的流量(liang)至qmin、0.2qmax、0.4qmax、0.6qmax、0.8qmax、qmax>0,每個流量(liang)測試5min,讀取流(liu)量、溫度、壓力(li)和壓差,每個(ge)參數讀取至(zhì)少3次後取平(ping)均值，記錄數(shu)據并保存。
d.将(jiāng)正常流量計(ji)拆下，依次更(gèng)換爲葉片缺(quē)失4片、葉片缺(quē)失7片、卡頓狀(zhuang)态1、卡頓狀态(tài)2、卡死狀态的(de)渦輪流量計(ji),分别按照步(bu)驟a~c測試。
 
3實驗(yàn)數據分析
3.1流(liu)量、壓損關系(xi)分析
　　實驗讀(dú)取的流量爲(wei)工作狀态下(xia)的流量(簡稱(cheng)工況流量),爲(wei)便于一緻性(xing)分析，将工況(kuàng)流量轉換爲(wei)标準狀态下(xià)的流量(簡稱(cheng)标況流量)，标(biāo)準狀态爲溫(wēn)度293.15K、壓力101.325kPa.
　　實驗(yan)獲得3種規格(ge)流量計正常(chang)狀态下的6個(gè)數據點，拟合(he)獲得壓損-标(biao)況流量關系(xì)式，見下列公(gong)式。拟合曲線(xian)爲壓損-标況(kuàng)流量特性曲(qu)線，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(zhōng)△p,、△p2、△p3----DN50、DN80、DN100渦輪流量計(ji)的壓損，kPa
qn1、qn2、qn3---DN50、DN80、DN100渦輪(lun)流量計的标(biao)況流量,m³/h
　　通過(guo)上述分析可(ke)以看出，渦輪(lun)流量計的壓(ya)損與标況流(liú)量成二次函(hán)數關系。當渦(wō)輪流量計異(yì)常時，壓損-标(biao)況流量特性(xing)曲線将偏離(li)正常曲線。
3.2異(yì)常狀态數據(jù)對比分析
①葉(yè)片缺失狀态(tai)下的壓損變(biàn)化分析.
 
　　圖4爲(wèi)DN50、DN80、DN100渦輪流量計(jì)葉片缺失4片(pian)狀态、葉片缺(quē)失7片狀态與(yǔ)正常狀态的(de)壓損-标況流(liu)量特性曲線(xiàn)對比。可以看(kan)出，對每種規(gui)格的渦輪流(liú)量計,在相同(tóng)流量情況下(xia),葉片缺失狀(zhuàng)态的壓損比(bǐ)正常狀态小(xiǎo)，葉片缺失越(yue)多，壓損越小(xiǎo)。壓損減小值(zhí)随着流量增(zeng)大而增大，小(xiǎo)流量下的壓(ya)損減小值難(nán)以識别,大流(liu)量下的壓損(sǔn)減小值也不(bu)顯著,但.當流(liu)量足夠大時(shi),采用工業級(jí)别壓差傳感(gan)器可以識别(bié)。在實際運行(háng)中，由于大流(liú)量下的壓損(sǔn)減小值不顯(xian)著,可能導緻(zhì)較多誤判,因(yin)此需要結合(hé)流量計的高(gao)低頻脈沖數(shù)進一步判定(ding)。
②軸卡頓狀态(tai)下的壓損變(biàn)化分析
 
　　圖5爲(wèi)DN50、DN80、DN100渦輪流量計(jì)卡頓狀态、正(zheng)常狀态的壓(yā)損-标況流量(liàng)特性曲線對(dui)比。可以看出(chū),對每種規格(gé)的渦輪流量(liàng)計,當軸處于(yú)卡頓狀态時(shí)，相對于正常(chang)狀态，相同流(liu)量下的壓損(sun)變大，卡頓程(chéng)度越大，壓損(sun)越大;壓損增(zeng)大值随着流(liú)量增大而增(zēng)大。卡死狀态(tai)與正常狀态(tài)相比，壓損顯(xiǎn)著增大，最大(dà)流量下DN50、DN80、DN100渦輪(lun)流量計的壓(ya)損分别爲正(zheng)常狀态下壓(yā)損的2.0、2.1、2.4倍。
　　在軸(zhou)卡頓狀态下(xia)，小流量(流量(liang)小于0.4qmax)下的壓(yā)損增大值不(bu)明顯，大流量(liang)(流量大于等(děng)于0.4qmax)下的壓損(sǔn)增大值較爲(wei)顯著。
4基于壓(yā)損的流量計(ji)異常辨識
　　通(tong)過，上述分析(xī)可知，可以根(gēn)據流量計的(de)标況流量和(hé)壓損一标況(kuang)流量關系式(shi)計算出正常(chang)壓損，壓損與(yǔ)标況流量是(shì)一一對應關(guān)系，通過實測(ce)壓損與正常(cháng)壓損對比，判(pàn)斷流量計是(shì)否異常。基于(yú)該思路.建立(lì)流量計在線(xiàn)監測系統(簡(jiǎn)稱監測系統(tǒng))，實施方案如(rú)下。
　　首先,在渦(wo)輪流量計出(chū)廠檢定時，測(ce)試獲得其正(zhèng)常狀态下的(de)壓損-标況流(liú)量關系式和(he)特性曲線,輸(shu)入燃氣公司(si)的數據處理(lǐ)平台，作爲正(zhèng)常流量計基(ji)礎數據。由于(yú)流量計結構(gou)不同，壓損也(ye)不同,因此，需(xu)要在數據處(chu)理平台輸入(ru)不同廠家、不(bú)同規格流量(liang)計的壓損-标(biao)況流量關系(xi)式和特性曲(qǔ)線。形成基礎(chǔ)數據庫。
　　其次(ci),在表端控制(zhì)處理模塊輸(shū)入工況流量(liang)與标況流量(liàng)轉換算法、實(shí)測壓損與正(zheng)常壓損對比(bi)算法。在流量(liàng)計使用過程(chéng)中，實時采集(jí)流量、壓損、壓(ya)力、溫度數據(ju),根據工況流(liú)量與标況流(liu)量轉換算法(fǎ)、實測壓損與(yu)正常壓損對(duì)比算法，判斷(duàn)壓損是否異(yì)常。實際運行(hang)中,監測系統(tǒng)需要同時對(duì)多台流量計(ji)實時監測，需(xū)要傳輸和處(chu)理的數據量(liàng)比較大。因此(cǐ)在表端設定(ding)監測周期(7d或(huo)10d),如果在監測(ce)周期内壓損(sǔn)正常，則不上(shang)傳數據至數(shu)據處理平台(tai)，如果異常，則(ze).上傳數據至(zhì)數據處理平(píng)台。數據處理(lǐ)平台根據連(lián)續若幹個監(jian)測周期内異(yi)常壓損情況(kuang)判斷流量計(ji)是否存在故(gu)障,通過分析(xī)一定時期内(nei)實測壓損相(xiang)比正常壓損(sun)增大或減小(xiǎo)的趨勢，判斷(duàn)流量計可能(neng)存在的問題(tí)種類，提示技(ji)術人員拆檢(jiǎn)維修。
5結論
①渦(wo)輪流量計的(de)壓損、标況流(liu)量成二次函(han)數關系。
②對每(měi)種規格的渦(wō)輪流量計，在(zài)相同流量情(qing)況下，葉片缺(quē)失狀态的壓(ya)損比正常狀(zhuang)态小,葉片缺(que)失越多,壓損(sǔn)越小;壓損減(jian)小值随着流(liú)量增大而增(zēng)大。葉片缺失(shī)造成的壓損(sǔn)減小值較小(xiǎo)，需結合流量(liang)計的高低頻(pín)脈沖數進一(yi)步判定。
③對每(mei)種規格的渦(wō)輪流量計，軸(zhou)卡頓狀态的(de)壓損比正常(cháng)狀态大，卡頓(dun)程度越大，壓(yā)損越大;壓損(sǔn)增大值随着(zhe)流量增大而(ér)增大,小流量(liang)(流量小于0.4倍(bèi)最大流量)下(xia)的壓損增大(da)值不明顯，大(dà)流量(流量大(da)于等于0.4倍最(zuì)大流量)下的(de)壓損增大值(zhí)較爲顯著。
④提(tí)出建立流量(liàng)計在線監測(ce)系統，通過實(shí)測壓損與正(zhèng)常壓損對比(bi)，判斷流量計(jì)是否存在異(yi)常，通過實測(cè)壓損比正常(chang)壓損增大或(huo)減小的趨勢(shì)判斷流量計(ji)存在的問題(ti)種類。

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