天然氣渦輪流量計在線診斷系統及其方法與流程

2023-10-25 20:38:27 1

本發明屬於流量儀表
技術領域：
，具體涉及一種天然氣渦輪流量計在線診斷系統及其方法。
背景技術：
：現代工業中，計量起到不可或缺的作用，而流量計量是計量科學技術的組成部分之一，其與日益發展的國民經濟、國防建設、科學研究等有密切的聯繫。簡單來說流量計是用於測量管道或明渠中流體流量的一種儀表。而在眾多流量計種類中，有渦輪流量計，其是採用先進的超低功耗單片微機技術研製的渦輪流量傳感器與顯示積算一體化的新型智能儀表，具有機構緊湊、讀數直觀清晰、可靠性高、不受外界電源幹擾、抗雷擊、成本低等明顯優點。目前，隨著天然氣遍布工業生產以及日常生活的方方面面，人們對天然氣的檢測也提出了更高的要求，在天然氣流量檢測領域中，現有流量計檢測技術需要將流量計從計量設施中拆除，影響用戶正常使用，且檢測周期長，費用高。渦輪流量計屬於機械原理計量設備，隨著運行時間推移性能下降。而由於天然氣檢測周期使然，大多數情況下還未到檢測期時，渦輪流量計就損壞或失效了，給用戶帶來極大不便。專利渦輪流量計檢測裝置，申請號(cn200910097534.x)，在殼體內設置整流器、葉輪組件，磁敏傳感器和故障傳感器固定在殼體中，並與流量積算儀相連接。所述的磁敏傳感器、故障傳感器、整流器、葉輪組件設置於一個殼體中與流量積算儀組合成整體型。故障傳感器檢測到的故障信號和磁敏傳感器檢測到的流量信號分別顯示在流量積算儀的顯示屏上；故障傳感器和故障傳感器安裝位置與順序可根據殼體口徑的不同而調節。根據葉輪的旋轉角速度與流體流速的比例成一定的可視關係，解決了流量計的誤計量極小的技術問題。但該裝置雖解決葉輪旋轉角速度與流體流速的可視關係，但分析的數據維度有限，方式單一，不便攜，且數據採集精準度有待提高。因此急需要一種多維度採集數據的、檢測結果精確度高的、裝置便攜的、成本低的天然氣渦輪流量計在線診斷系統及其方法。技術實現要素：本發明的目的是，提供一種天然氣渦輪流量計在線診斷系統及其方法，以解決現有技術採集數據維度窄、分析不全面、效率低、準確性不高、不夠便攜的問題。本發明提供了如下的技術方案：一種天然氣渦輪流量計在線診斷系統，包括渦輪流量計、流量計算機、渦輪流量計檢測工具和檢測計算機；所述渦輪流量計分別連接所述流量計算機和所述渦輪流量計檢測工具，所述渦輪流量計檢測工具連接所述檢測計算機；所述渦輪流量計檢測工具包括通訊模塊、ups供電模塊以及依次電性連接的脈衝採集單元、信號放大單元和高精度時間測量模塊；所述通訊模塊、所述脈衝採集單元、所述信號放大單元和所述高精度時間測量模塊分別電性連接所述ups供電模塊。優選的，所述渦輪流量計包括渦輪葉片和高頻發生器，所述渦輪葉片設於所述渦輪流量計內部，所述高頻發生器固定於所述渦輪流量計側面，且所述高頻發生器連接有一傳感器，所述傳感器朝向所述渦輪葉片設置，便於採集渦輪葉片的運動狀態信息。優選的，所述傳感器連接所述脈衝採集單元，便於脈衝採集單元將高頻信號發生器中的傳感器信號放大後輸出，以提升檢測效果。優選的，所述脈衝採集單元包括脈衝隔離整形單元，所述脈衝隔離整形單元連接所述信號放大單元，更有利於將傳感器傳輸的微弱電流信號轉換為放大後的電壓信號。優選的，所述渦輪流量計檢測工具包括一可攜式手提箱，所述可攜式手提箱包括互相鉸接的箱體和箱蓋，所述通訊模塊固定在所述箱蓋上，所述脈衝採集單元、所述信號放大單元、所述高精度時間測量模塊和所述ups供電模塊固定在所述箱體內，所述可攜式手提箱側面還連通有一通孔，所述通孔內設有與所述通孔匹配的格蘭頭，便於對輸出連接線的固定，整體結構緊湊，穩定性強。優選的，所述ups供電模塊採用24vdcups，確保整個診斷過程不受信號幹擾。優選的，所述渦輪流量計還包括進氣口和出氣口，所述進氣口和所述出氣口分別連通有天然氣管道，靠近所述出氣口一側的所述天然氣管道上還連通有一氣流排放口，便於在渦輪流量計兩端閥門關閉的情況下，通過放出天然氣驅動渦輪流量計葉輪旋轉，產生脈衝，便於診斷。一種天然氣渦輪流量計在線診斷方法，包括如下步驟：s1:頻率採集，將渦輪葉片經過高頻發生器內傳感器時產生的電流脈衝放大為電壓脈衝，通過高精度時間測量模塊將該信號提供給檢測計算機；s2:數據處理，所述檢測計算機將s1中採集到的所述電壓脈衝進行處理，生成相應曲線圖像；s3:分析診斷，採用比較法，比較s2中不同時間點採集的曲線圖像的變化情況。優選的，所述s2中包括如下處理方法：葉輪檢測，實時獲取頻率信號，生成渦輪葉片的運行情況曲線，分析曲線的離散情況得出渦輪葉片的健康情況以及渦輪葉片的動平衡狀態；誤差漂移分析，實時獲取頻率信號，生成誤差漂移曲線，比較實際曲線與理論曲線的差值，獲取誤差漂移情況；軸承狀態測試，針對不同流量，採集渦輪流量計的渦輪葉片運行特徵曲線，觀察曲線的脈動及形狀，獲取軸承的狀態；實時誤差分析，實時獲取頻率信號，生成誤差曲線，比較實際曲線與理論曲線的差異，得出渦輪流量計整體的實時運行狀態。優選的，所述葉輪檢測基於相同流量條件；所述誤差漂移分析基於渦輪流量計受摩擦力以及動平衡影響量大的小流量條件；所述軸承狀態測試和所述實時誤差分析均基於相同時間條件，有利於提升所採集數據的參考價值。本發明的有益效果是：1、採用可攜式手提箱，將硬體系統部分納入，整體結構緊湊穩固，且便於攜帶和使用；2、採用脈衝隔離整形單元配合信號放大單元，有利於提升信號傳輸的準確性；3、利用比較法診斷，可操作性更強；4、結合葉輪檢測、誤差漂移分析、軸承狀態測試以及實時誤差分析，有利於對渦輪流量計的葉輪、高頻發生器、軸承以及潤滑系統進行在線分析和診斷，全面掌握渦輪流量計的運行狀態，便於及時維修和護理。附圖說明附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。在附圖中：圖1是本發明系統框圖；圖2是可攜式手提箱立體示意圖；圖3是葉輪檢測分析結果波形圖；圖4是葉輪檢測3d分析頻譜圖；圖5是正常情況的葉輪檢測分析結果波形圖；圖6是誤差漂移分析結果波形圖；圖7是軸承狀態測試分析結果頻譜圖；圖8是實時誤差分析結果波形圖；圖9是流量測試數據折線圖。其中：1.渦輪流量計，2.渦輪葉片，3.高頻發生器，4.傳感器，5.天然氣管道，6.氣流排放口，7.箱蓋，8.箱體，9.通孔，10.流量計算機，11.渦輪流量計檢測工具，12.通訊模塊，13.脈衝採集單元，14.脈衝隔離整形單元，15.信號放大單元，16.高精度時間測量模塊，17.ups供電模塊，18.檢測計算機。具體實施方式一種天然氣渦輪流量計在線診斷系統，包括渦輪流量計1、流量計算機10、渦輪流量計檢測工具11和檢測計算機18；渦輪流量計1分別連接流量計算機10和渦輪流量計檢測工具11，渦輪流量計檢測工具11連接檢測計算機18；渦輪流量計檢測工具11包括通訊模塊12、ups供電模塊17以及依次電性連接的脈衝採集單元13、信號放大單元15和高精度時間測量模塊16；通訊模塊12、脈衝採集單元13、信號放大單元15和高精度時間測量模塊16分別電性連接ups供電模塊17。渦輪流量計1包括渦輪葉片2和高頻發生器3，渦輪葉片2設於渦輪流量計1內部，高頻發生器3固定於渦輪流量計1側面，且高頻發生器3連接有一傳感器4，傳感器4朝向渦輪葉片2設置，便於採集渦輪葉片2的運動狀態信息。傳感器4連接脈衝採集單元13，便於脈衝採集單元13將高頻信號發生器3中的傳感器4信號放大後輸出，以提升檢測效果。脈衝採集單元13包括脈衝隔離整形單元14，脈衝隔離整形單元14連接信號放大單元15，更有利於將傳感器4傳輸的微弱電流信號轉換為放大後的電壓信號。渦輪流量計檢測工具11包括一可攜式手提箱，可攜式手提箱包括互相鉸接的箱體8和箱蓋7，通訊模塊12固定在箱蓋7上，脈衝採集單元13、信號放大單元15、高精度時間測量模塊16和ups供電模塊17固定在箱體8內，可攜式手提箱側面還連通有一通孔9，通孔9內設有與通孔9匹配的格蘭頭，便於對輸出連接線的固定，整體結構緊湊，穩定性強。ups供電模塊17採用24vdcups，確保整個診斷過程不受信號幹擾。渦輪流量計1還包括進氣口和出氣口，進氣口和出氣口分別連通有天然氣管道5，靠近出氣口一側的天然氣管道5上還連通有一氣流排放口6，便於在渦輪流量計1兩端閥門關閉的情況下，通過放出天然氣驅動渦輪葉片2旋轉，產生脈衝，便於診斷。一種天然氣渦輪流量計在線診斷方法，包括如下步驟：s1:頻率採集，將渦輪葉片2經過高頻發生器3內傳感器4時產生的電流脈衝放大為電壓脈衝，通過高精度時間測量模塊16將該信號提供給檢測計算機18；s2:數據處理，檢測計算機18將s1中採集到的電壓脈衝進行處理，生成相應曲線圖像；s3:分析診斷，採用比較法，比較s2中不同時間點採集的曲線圖像的變化情況。s2中包括如下處理方法：葉輪檢測，實時獲取頻率信號，生成渦輪葉片2的運行情況曲線，分析曲線的離散情況得出渦輪葉片2的健康情況以及渦輪葉片2的動平衡狀態；誤差漂移分析，實時獲取頻率信號，生成誤差漂移曲線，比較實際曲線與理論曲線的差值，獲取誤差漂移情況；軸承狀態測試，針對不同流量，採集渦輪流量計的渦輪葉片2運行特徵曲線，觀察曲線的脈動及形狀，獲取軸承的狀態；實時誤差分析，實時獲取頻率信號，生成誤差曲線，比較實際曲線與理論曲線的差異，得出渦輪流量計1整體的實時運行狀態。葉輪檢測基於相同流量條件；誤差漂移分析基於渦輪流量計受摩擦力以及動平衡影響量大的小流量條件；軸承狀態測試和實時誤差分析均基於相同時間條件，有利於提升所採集數據的參考價值。具體的，實際操作中，選擇渦輪流量計1，在接通ups供電模塊17的情況下，傳感器4檢測到渦輪葉片2的轉動參數，通過高頻發生器3傳輸至渦輪流量計檢測工具11中的脈衝採集單元13，脈衝採集單元13中的脈衝隔離整形單元14對該信號進行隔離整形，再經信號放大單元15放大，將該信號通過高精度時間測量模塊16經由通孔9輸出，外接檢測計算機18，以實時檢測觀察天然氣渦輪流量計1的運行狀態，且渦輪流量計檢測工具11為一可攜式手提箱，其箱蓋7上的通訊模塊12可通過網絡連接上位計算機，以進一步保障系統檢測的後臺穩定性和整體可靠性。在剛投入使用時對該渦輪流量計進行第一次檢測，運行6個月後進行第二次檢測，並且分別在最小流量、20％最大流量、40％最大流量以及最大流量的條件下測試，得出數據進行對比，以綜合得出運行後6個月渦輪流量計的流量下滑情況，具體測試數據見表1。分類qmin20％qmax40％qmaxqmax第一次檢測0.730.680.790.94運行6個月後-0.440.250.550.57運行後下滑1.170.430.240.37表1表2如表2所示，表2是通過表1數據得出的折線圖，判斷法為比較法，更直觀的體現出天然氣渦輪流量計隨著時間推移，流量下滑的趨勢，從而診斷流量計性能變化情況。通過該組測試數據可得，天然氣渦輪流量計在使用6個月後，其性能平均下降55％，最大性能下降117％，對於年用氣量107nm3的用戶，核算後雙方存在5.5×104nm3的流量差，會造成巨大的經濟損失。因此採用本發明，意在儘快發現天然氣渦輪流量計的流量變化，抑制或阻止該現象的發生。在天然氣渦輪流量計在線診斷方法中，「葉輪檢測」、「誤差漂移分析」、「軸承狀態測試」、「實時誤差分析」是指用同一組測量數據進行不同的數學處理得到不同方向的分析結果，以下闡述詳細分析過程：葉輪檢測是在氣體渦輪流量計流量相對穩定的情況下，通過分析實時獲取的頻率信號，得到渦輪流量計每個葉輪的運行情況，通過精細分析後的曲線，可以清晰的反應渦輪流量計葉輪中每一片葉片的健康情況，以及葉輪的動平衡狀態。如圖3的波形和圖4的3d分析結果所示，其渦輪葉片的轉動頻率顯示出明顯的離散，說明渦輪葉輪或渦輪的軸發生了異常，即需要及時進行維護和修理。經過維修護理後，再次測試渦輪葉片的動態數據，得出以上波形圖，顯示出很高的轉動一致性，表明渦輪葉片運動狀態正常。誤差漂移分析主要分析了渦輪流量計在受到摩擦力和動平衡影響量較大的小流量條件下誤差的漂移情況，如圖6所示，上方的曲線為理論曲線，下方的曲線為理論曲線，理論曲線與實際曲線越接近說明流量計性能越好。軸承狀態測試，是在相同時間範圍內，針對不同流量，採集渦輪流量計的特徵曲線，觀察曲線的脈動及形狀，獲取軸承的狀態，如圖7所示的三維頻譜中，不同流量下渦輪的特徵曲線可以非常明顯的看見，通常在20％qmax左右，隨著流量上升而逐步消失；安裝和結構脈動曲線為傾斜弧狀的過渡曲線，通常伴隨著管道內的較大的脈動；傳動方面的特徵為比較明顯的脈衝式圖形，表明葉輪軸承或者軸存在問題。實時誤差分析通過分析不同時間點上渦輪流量計的截斷流量積分值，如圖8所示，尤其是理論值、首次安裝測試值和使用一段時間後的測試值之間的比較，可以清晰的反映出渦輪流量計的誤差漂移情況。圖8中，上方的曲線代表理想曲線，下方的曲線是天然氣渦輪流量計受到摩擦力影響較大時的實際流量曲線，此時觀察實際流量曲線與理想曲線之間的差值是否大於預設合理差值，若超出，則表明需要維護修理。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細說明，對於本領域技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。當前第1頁12