摘要(yao):針對城鎮(zhen)燃氣常用(yong)的3種規格(gé)(公稱通徑(jing)分别爲50、80、100mm)渦(wō)輪流量計(jì) 壓損變化(hua)情況開展(zhǎn)實驗研究(jiū),獲得渦輪(lún)流量計壓(ya)損與标況(kuàng)流量關系(xi)式,測試分(fen)析渦輪流(liu)量計異常(chang)(葉片缺失(shi)、軸卡頓)狀(zhuang)态的壓損(sǔn)變化趨勢(shi)。渦輪流量(liang)計的壓損(sun)、标況流量(liàng)成二次函(han)數關系。對(duì)每種規格(ge)的渦輪流(liu)量計,在相(xiàng)同流量情(qíng)況下,葉片(piàn)缺失狀态(tai)的壓損比(bǐ)正常狀态(tài)小，葉片缺(que)失越多,壓(yā)損越小;壓(yā)損減小值(zhí)随着流量(liang)增大而增(zeng)大。葉片缺(quē)失造成的(de)壓損減小(xiǎo)值較小，需(xu)結合流量(liang)計的高低(dī)頻脈沖數(shù)進一步判(pàn)定。對每種(zhǒng)規格的渦(wo)輪流量計(jì),軸卡頓狀(zhuang)态的壓損(sǔn)比正常狀(zhuàng)态大,卡頓(dùn)程度越大(da),壓損越大(dà);壓損增大(da)值随着流(liu)量增大而(er)增大,小流(liú)量(流量小(xiǎo)于0.4倍最大(da)流量)下的(de)壓損增大(da)值不明顯(xiǎn),大流量(流(liú)量大于等(děng)于0.4倍最大(dà)流量)”下的(de)壓損增大(da)值較爲顯(xiǎn)著。提出建(jian)立流量計(ji)在線監測(ce)系統,通過(guo)實測壓損(sǔn)與正常壓(ya)損對比，判(pàn)斷流量計(jì)是否存在(zài)異常,通過(guo)實測壓損(sun)比正常壓(ya)損增大或(huò)減小的趨(qu)勢判斷流(liu)量計存在(zài)的問題種(zhǒng)類。
1概述
　　渦(wo)輪流量計(jì)具備結構(gou)緊湊輕巧(qiao)、安裝維護(hù)方便、流通(tōng)能力強、适(shi)用壓力範(fan)圍廣等優(yōu)點,被廣泛(fàn)使用。但是(shì),使用中發(fa)現渦輪流(liú)量計也面(mian)臨突出問(wen)題,渦輪流(liú)量計屬于(yu)速度式計(ji)量儀表，運(yùn)行過程中(zhōng),燃氣中異(yi)物容易造(zao)成軸卡頓(dùn)或葉片破(po)壞，對渦輪(lun)流量計性(xing)能産生影(yǐng)響。這類磨(mo)損比較隐(yǐn)蔽,常規的(de)儀表巡視(shì)檢查難以(yǐ)察覺，往往(wang)在周檢拆(chāi)表時才能(neng)發現,即使(shǐ)發現問題(tí)也無法追(zhuī)溯問題發(fa)生的時間(jian),難以給購(gòu)銷争議提(tí)供有效依(yi)據。因此,如(ru)何掌握渦(wō)輪流量計(jì)的運行工(gōng)況信息,及(jí)時發現其(qí)關鍵部件(jian)故障以避(bì)免購銷争(zheng)議,是當前(qián)城鎮燃氣(qi)企業急需(xu)解決的問(wen)題。
　　氣體壓(ya)力損失(簡(jiǎn)稱壓損)與(yǔ)流量計性(xing)能有一定(dìng)相關性，因(yīn)此,可以将(jiāng)壓損作爲(wèi)重要參數(shù)實時監測(ce),以了解流(liu)量計運行(hang)中的異常(chang)狀态。本文(wén)針對城鎮(zhen)燃氣常用(yong)的3種規格(gé)(公稱通徑(jìng)分别爲50.80、100mm)渦(wo)輪流量計(jì)(簡稱流量(liang)計)壓損變(biàn)化情況開(kāi)展實驗研(yan)究,獲得流(liú)量計壓損(sǔn)與标況流(liú)量的關系(xì)式，測試分(fèn)析流量計(ji)異常(葉片(piàn)缺失、軸卡(kǎ)頓)條件下(xià)的壓損變(bian)化趨勢，提(ti)出基于壓(yā)損變化的(de)流量計在(zai)線監測系(xì)統，爲渦輪(lún)流量計實(shi)時監測和(hé)管理提供(gong)輔助手段(duàn)。
　　将公稱通(tong)徑爲50、80、100mm的渦(wō)輪流量計(ji)分别稱爲(wèi)DN50、DN80、DN100渦輪流量(liang)計。
2實驗平(ping)台與實驗(yàn)方案
2.1實驗(yàn)平台
　　本文(wen)實驗平台(tai)是在流量(liàng)計标準檢(jiǎn)定平台基(jī)礎.上改進(jin)搭建的，增(zeng)加壓差采(cǎi)集模塊,實(shí)現壓差與(yǔ)既有參數(shu)同步采集(jí)。實驗平台(tai)見圖1。實驗(yan)平台設置(zhì)4台标準流(liu)量計,均爲(wèi)羅茨流量(liàng)計,4台标準(zhun)流量計的(de)流量範圍(wei)不同，通過(guò)不同标準(zhǔn)流量計組(zu)合來提供(gong)測試所需(xu)的流量範(fan)圍。數據采(cǎi)集器是溫(wen)度、壓力、流(liú)量、壓差傳(chuan)感器的集(ji)合。選用數(shu)字壓差傳(chuán)感器，測量(liàng)範圍爲-6~6kPa,精(jīng)度高于0.3%。
 
2.2實(shí)驗方案
　　待(dai)測流量計(ji)選用DN50、DN80、DN100渦輪(lún)流量計,流(liu)量範圍分(fen)别爲0~100、0~250、0~600m3/h。實驗(yan)工況包括(kuo):正常流量(liàng)計運行、葉(yè)片缺失流(liú)量計運行(háng)、軸卡頓流(liú)量計運行(hang)。其中葉片(pian)缺失流量(liang)計運行包(bao)含葉片缺(quē)失4片、缺失(shī)7片的流量(liang)計運行，軸(zhou)卡頓流量(liang)計運行包(bao)含處于卡(ka)頓狀态1、卡(kǎ)頓狀态2、卡(kǎ)死狀态的(de)流量計運(yun)行。
①葉片缺(quē)失處理
　　正(zheng)常流量計(jì)的渦輪葉(yè)片有14片,制(zhì)作葉片缺(quē)失4片和缺(quē)失7片的異(yi)常渦輪，置(zhi)于流量計(jì)内,進行對(duì)比實驗。正(zhèng)常渦輪和(hé)異常渦輪(lun)見圖2。實驗(yàn)過程中渦(wō)輪拆除更(geng)換均由專(zhuān)業技術人(rén)員操作。
②軸(zhóu)卡頓狀态(tai)處理
　　将軸(zhou)承端蓋處(chù)增加橡膠(jiao)材料、端蓋(gài)緊固螺栓(shuān)從初始位(wei)置擰緊6圈(quan)的狀态稱(chēng)爲卡頓狀(zhuàng)态1。将軸承(chéng)端蓋處增(zeng)加橡膠材(cái)料、端蓋緊(jin)固螺栓從(cong)初始位置(zhì)擰緊8圈的(de)狀态稱爲(wei)卡頓狀态(tài)2。将尖硬物(wu)插入軸間(jian)隙，使其轉(zhuan)動失效，模(mó)拟軸卡死(sǐ)狀态。
③實驗(yàn)過程
A.将檢(jiǎn)定合格的(de)正常流量(liàng)計安裝在(zài)實驗平台(tái)中作爲待(dài)測流量計(ji)。
b.qmax、qmmin分别表示(shi)待測流量(liàng)計的最大(dà)、最小流量(liàng)。開啓風機(ji)，數據控制(zhì)平台與标(biāo)準流量計(jì)聯動,調節(jie)标準流量(liang)計的流量(liàng)至0.8qmax,穩定10min,在(zai)待測流量(liang)計連接處(chu)塗抹發泡(pao)劑,檢查是(shì)否漏氣,依(yi)次提高流(liú)量至0.9qmax、qmax,重複(fú)漏氣檢測(ce)。
c.氣密性檢(jiǎn)查無誤後(hòu)，開始測試(shì)流程。分别(bie)調節标準(zhǔn)流量計的(de)流量至qmin、0.2qmax、0.4qmax、0.6qmax、0.8qmax、qmax>0,每(mei)個流量測(cè)試5min,讀取流(liú)量、溫度、壓(ya)力和壓差(cha),每個參數(shù)讀取至少(shǎo)3次後取平(ping)均值，記錄(lu)數據并保(bǎo)存。
d.将正常(cháng)流量計拆(chai)下，依次更(gèng)換爲葉片(pian)缺失4片、葉(yè)片缺失7片(piàn)、卡頓狀态(tai)1、卡頓狀态(tài)2、卡死狀态(tai)的渦輪流(liu)量計,分别(bie)按照步驟(zhòu)a~c測試。
 
3實驗(yan)數據分析(xi)
3.1流量、壓損(sǔn)關系分析(xī)
　　實驗讀取(qǔ)的流量爲(wèi)工作狀态(tai)下的流量(liang)(簡稱工況(kuang)流量),爲便(bian)于一緻性(xìng)分析，将工(gōng)況流量轉(zhuan)換爲标準(zhun)狀态下的(de)流量(簡稱(cheng)标況流量(liàng))，标準狀态(tài)爲溫度293.15K、壓(yā)力101.325kPa.
　　實驗獲(huò)得3種規格(gé)流量計正(zheng)常狀态下(xià)的6個數據(jù)點，拟合獲(huò)得壓損-标(biao)況流量關(guan)系式，見下(xia)列公式。拟(nǐ)合曲線爲(wèi)壓損-标況(kuàng)流量特性(xìng)曲線，見圖(tú)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(de)壓損，kPa
qn1、qn2、qn3---DN50、DN80、DN100渦輪(lún)流量計的(de)标況流量(liang),m³/h
　　通過上述(shù)分析可以(yǐ)看出，渦輪(lun)流量計的(de)壓損與标(biāo)況流量成(chéng)二次函數(shù)關系。當渦(wō)輪流量計(jì)異常時，壓(ya)損-标況流(liu)量特性曲(qu)線将偏離(lí)正常曲線(xiàn)。
3.2異常狀态(tai)數據對比(bǐ)分析
①葉片(pian)缺失狀态(tai)下的壓損(sǔn)變化分析(xi).
 
　　圖4爲DN50、DN80、DN100渦輪(lún)流量計葉(ye)片缺失4片(pian)狀态、葉片(piàn)缺失7片狀(zhuang)态與正常(chang)狀态的壓(ya)損-标況流(liú)量特性曲(qǔ)線對比。可(ke)以看出，對(duì)每種規格(ge)的渦輪流(liú)量計,在相(xiàng)同流量情(qíng)況下,葉片(pian)缺失狀态(tai)的壓損比(bi)正常狀态(tai)小，葉片缺(quē)失越多，壓(yā)損越小。壓(ya)損減小值(zhi)随着流量(liàng)增大而增(zeng)大，小流量(liang)下的壓損(sun)減小值難(nan)以識别,大(dà)流量下的(de)壓損減小(xiǎo)值也不顯(xian)著,但.當流(liu)量足夠大(dà)時,采用工(gōng)業級别壓(yā)差傳感器(qì)可以識别(bie)。在實際運(yùn)行中，由于(yu)大流量下(xià)的壓損減(jian)小值不顯(xiǎn)著,可能導(dao)緻較多誤(wu)判,因此需(xū)要結合流(liu)量計的高(gao)低頻脈沖(chòng)數進一步(bu)判定。
②軸卡(ka)頓狀态下(xià)的壓損變(bian)化分析
 
　　圖(tu)5爲DN50、DN80、DN100渦輪流(liú)量計卡頓(dùn)狀态、正常(cháng)狀态的壓(ya)損-标況流(liu)量特性曲(qu)線對比。可(kě)以看出,對(duì)每種規格(gé)的渦輪流(liu)量計,當軸(zhóu)處于卡頓(dùn)狀态時，相(xiàng)對于正常(cháng)狀态，相同(tóng)流量下的(de)壓損變大(da)，卡頓程度(du)越大，壓損(sun)越大;壓損(sǔn)增大值随(sui)着流量增(zeng)大而增大(dà)。卡死狀态(tai)與正常狀(zhuàng)态相比，壓(yā)損顯著增(zēng)大，最大流(liú)量下DN50、DN80、DN100渦輪(lun)流量計的(de)壓損分别(bie)爲正常狀(zhuang)态下壓損(sǔn)的2.0、2.1、2.4倍。
　　在軸(zhóu)卡頓狀态(tài)下，小流量(liàng)(流量小于(yú)0.4qmax)下的壓損(sǔn)增大值不(bú)明顯，大流(liu)量(流量大(dà)于等于0.4qmax)下(xia)的壓損增(zeng)大值較爲(wèi)顯著。
4基于(yu)壓損的流(liu)量計異常(chang)辨識
　　通過(guo)，上述分析(xī)可知，可以(yǐ)根據流量(liang)計的标況(kuàng)流量和壓(ya)損一标況(kuàng)流量關系(xì)式計算出(chu)正常壓損(sǔn)，壓損與标(biao)況流量是(shì)一一對應(yīng)關系，通過(guò)實測壓損(sǔn)與正常壓(yā)損對比，判(pan)斷流量計(ji)是否異常(chang)。基于該思(sī)路.建立流(liu)量計在線(xiàn)監測系統(tǒng)(簡稱監測(ce)系統)，實施(shī)方案如下(xià)。
　　首先,在渦(wō)輪流量計(ji)出廠檢定(ding)時，測試獲(huò)得其正常(cháng)狀态下的(de)壓損-标況(kuang)流量關系(xì)式和特性(xìng)曲線,輸入(rù)燃氣公司(si)的數據處(chù)理平台，作(zuo)爲正常流(liú)量計基礎(chu)數據。由于(yu)流量計結(jie)構不同，壓(ya)損也不同(tóng),因此，需要(yao)在數據處(chù)理平台輸(shu)入不同廠(chang)家、不同規(gui)格流量計(jì)的壓損-标(biāo)況流量關(guān)系式和特(te)性曲線。形(xing)成基礎數(shù)據庫。
　　其次(cì),在表端控(kong)制處理模(mó)塊輸入工(gong)況流量與(yu)标況流量(liang)轉換算法(fǎ)、實測壓損(sun)與正常壓(yā)損對比算(suan)法。在流量(liàng)計使用過(guò)程中，實時(shí)采集流量(liang)、壓損、壓力(lì)、溫度數據(jù),根據工況(kuang)流量與标(biao)況流量轉(zhuǎn)換算法、實(shi)測壓損與(yǔ)正常壓損(sun)對比算法(fǎ)，判斷壓損(sǔn)是否異常(cháng)。實際運行(háng)中,監測系(xi)統需要同(tóng)時對多台(tái)流量計實(shí)時監測，需(xu)要傳輸和(he)處理的數(shu)據量比較(jiào)大。因此在(zài)表端設定(ding)監測周期(qi)(7d或10d),如果在(zai)監測周期(qī)内壓損正(zhèng)常，則不上(shang)傳數據至(zhi)數據處理(li)平台，如果(guo)異常，則.上(shang)傳數據至(zhi)數據處理(lǐ)平台。數據(jù)處理平台(tai)根據連續(xu)若幹個監(jian)測周期内(nei)異常壓損(sǔn)情況判斷(duàn)流量計是(shi)否存在故(gù)障,通過分(fen)析一定時(shi)期内實測(cè)壓損相比(bǐ)正常壓損(sǔn)增大或減(jiǎn)小的趨勢(shì)，判斷流量(liang)計可能存(cun)在的問題(ti)種類，提示(shi)技術人員(yuan)拆檢維修(xiū)。
5結論
①渦輪(lún)流量計的(de)壓損、标況(kuàng)流量成二(èr)次函數關(guan)系。
②對每種(zhǒng)規格的渦(wō)輪流量計(jì)，在相同流(liu)量情況下(xia)，葉片缺失(shi)狀态的壓(yā)損比正常(cháng)狀态小,葉(yè)片缺失越(yuè)多,壓損越(yue)小;壓損減(jian)小值随着(zhe)流量增大(dà)而增大。葉(yè)片缺失造(zao)成的壓損(sǔn)減小值較(jiào)小，需結合(he)流量計的(de)高低頻脈(mo)沖數進一(yī)步判定。
③對(dui)每種規格(ge)的渦輪流(liú)量計，軸卡(ka)頓狀态的(de)壓損比正(zheng)常狀态大(dà)，卡頓程度(dù)越大，壓損(sun)越大;壓損(sun)增大值随(suí)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(bú)明顯，大流(liú)量(流量大(da)于等于0.4倍(bei)最大流量(liàng))下的壓損(sun)增大值較(jiao)爲顯著。
④提(ti)出建立流(liú)量計在線(xian)監測系統(tong)，通過實測(ce)壓損與正(zheng)常壓損對(duì)比，判斷流(liu)量計是否(fǒu)存在異常(cháng)，通過實測(ce)壓損比正(zhèng)常壓損增(zeng)大或減小(xiǎo)的趨勢判(pàn)斷流量計(ji)存在的問(wèn)題種類。

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