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防凍液流量計(jì)機(jī)械故障解決方法
發(fā)布時(shí)間:2020-11-24 01:53:55??點(diǎn)擊次數(shù):1446次
摘要:分析防凍液流量計(jì)產(chǎn)生機(jī)械慢表的原因,依據(jù)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳回的停機(jī)延時(shí)流量制訂機(jī)械慢表的評(píng)估方法,對(duì)某LWQZ-100B的流量計(jì)的30次停機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,當(dāng)流量計(jì)停機(jī)延時(shí)流量評(píng)估得分小于等于20分時(shí),通過貝葉斯定理判斷,依據(jù)評(píng)估得分發(fā)現(xiàn)該流量計(jì)為機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率的大于等于90%的可信度為94.94%。如果客戶用氣設(shè)備每天至少停機(jī)1次,則評(píng)估周期*多需要30d,該評(píng)估方法可將故障發(fā)現(xiàn)周期從2a縮短到30d,*大程度降低燃?xì)夤镜臋C(jī)械慢表損失。
1概述
在日常工作中,防凍液流量計(jì)因軸承卡死等機(jī)械故障而造成的流量計(jì)不計(jì)量現(xiàn)象(俗稱機(jī)械死表),通常都能被燃?xì)夤竟ぷ魅藛T及時(shí)發(fā)現(xiàn),追繳氣量也較容易。而因軸承磨損導(dǎo)致的計(jì)量誤差偏大的現(xiàn)象(俗稱機(jī)械慢表),由于現(xiàn)場(chǎng)缺乏有效的技術(shù)手段,較難及時(shí)發(fā)現(xiàn),目前診斷機(jī)械慢表只有定期將流量計(jì)通過檢測(cè)臺(tái),用音速噴嘴等標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量裝置檢定,即流量計(jì)周檢。根據(jù)JJG1037—2008《防凍液流量計(jì)檢定規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱JJG1037—2008)要求,防凍液流量計(jì)檢定周期為2a,即出現(xiàn)機(jī)械慢表時(shí),在及時(shí)進(jìn)行流量計(jì)周檢的情況下,該故障*長(zhǎng)可能存在2a。
2形成機(jī)械慢表的原因分析
防凍液流量計(jì)的主要計(jì)量部件為機(jī)芯,防凍液流量計(jì)的結(jié)構(gòu)見圖1。
防凍液流量計(jì)機(jī)芯由軸、軸承、葉輪組成,機(jī)芯的葉輪兩端由軸承支撐,當(dāng)流體通過時(shí),沖擊葉輪,對(duì)葉輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩Mτ,使葉輪克服機(jī)械摩擦力矩Mτm、流體阻力矩Mτf以及磁電轉(zhuǎn)換器對(duì)葉輪產(chǎn)生的電磁反作用力矩Mτe而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。由此可以建立葉輪的運(yùn)動(dòng)微分方程:
式中
J———葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,kg·m2
ω———葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度,rad/s
t———時(shí)間,s
Mτ———氣體流動(dòng)對(duì)葉輪所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩,N·m
Mτm———葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的機(jī)械摩擦力矩,N·m
Mτf———流體阻力矩,N·m
Mτe———電磁反作用力矩,N·m
式(1)中通常電磁反作用力矩Mτe比較小,可以忽略。正常工作條件下,可認(rèn)為管道內(nèi)流量不**間變化,即葉輪以穩(wěn)定的角速度旋轉(zhuǎn)。即存在
由于機(jī)芯的軸與軸承直接接觸,在氣體中的粉塵、雜質(zhì)等作用下,葉輪旋轉(zhuǎn)就必然導(dǎo)致軸與軸承之間產(chǎn)生摩擦,進(jìn)而產(chǎn)生磨損,工作時(shí)間越長(zhǎng),工況環(huán)境越差,潤(rùn)滑越不利,磨損也就越嚴(yán)重,從而機(jī)械摩擦力矩Mτm越來越大。使用初期,葉輪以應(yīng)有角速度旋轉(zhuǎn),如果機(jī)械摩擦力矩越來越大,葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度會(huì)小于應(yīng)有角速度,雖然隨著角速度的降低,流體阻力矩變小,但是由于機(jī)械摩擦力矩增大,仍達(dá)到了穩(wěn)定工況。這種葉輪旋轉(zhuǎn)角速度變小的現(xiàn)象,叫流量計(jì)計(jì)量偏慢現(xiàn)象(即機(jī)械慢表)。因此認(rèn)為:機(jī)械摩擦力矩Mτm增大是造成防凍液流量計(jì)機(jī)械慢表的主要原因。
3流量計(jì)工況數(shù)據(jù)分析
隨著通信技術(shù)不斷發(fā)展,燃?xì)膺h(yuǎn)傳數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)已逐步被燃?xì)夤静捎?,該系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)通過有線通信采集各項(xiàng)數(shù)據(jù),再通過無線GPRS每2min一次上傳數(shù)據(jù)至服務(wù)器,可**了解燃?xì)鉁囟?、燃?xì)鈮毫Α⑺矔r(shí)流量、累積流量等實(shí)時(shí)信息,主要應(yīng)用于計(jì)量管理、抄收、預(yù)付費(fèi)管理等方面。
①防凍液流量計(jì)葉輪慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)間
當(dāng)用氣設(shè)備停止用氣時(shí),管道內(nèi)氣體停止流動(dòng),葉輪由于慣性還在旋轉(zhuǎn),此時(shí)流量計(jì)仍有逐漸下降的瞬時(shí)流量顯示。根據(jù)GB/T21391—2008《用氣體防凍液流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》附錄C的相關(guān)解釋,在用氣設(shè)備停機(jī)后,流量計(jì)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)間是評(píng)估該儀表運(yùn)行工況的重要參數(shù)。
測(cè)量我公司常用的3種型號(hào)新流量計(jì)在用氣設(shè)備停機(jī)后葉輪的慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)間,為了確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性,設(shè)備停機(jī)時(shí)的流量負(fù)荷選定在流量計(jì)量程的10%~90%,流量計(jì)葉輪慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。
表1流量計(jì)葉輪慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果
由表1可以看出,當(dāng)停止用氣后,流量計(jì)葉輪平均慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)間均大于140s,而根據(jù)前文分析可知,當(dāng)流量計(jì)為機(jī)械慢表時(shí),機(jī)械摩擦力矩Mτm增大,葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度ω急速下降,用氣設(shè)備停機(jī)后葉輪慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)間縮短。因此,停機(jī)后慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)間是研究的關(guān)鍵切入點(diǎn)。
②停機(jī)延時(shí)流量
由于計(jì)量精準(zhǔn)的防凍液流量計(jì)葉輪在用氣設(shè)備停機(jī)后葉輪平均慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)間均大于140s,我們對(duì)所監(jiān)控的流量計(jì)停機(jī)時(shí)連續(xù)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出計(jì)量精準(zhǔn)的流量計(jì)在用氣設(shè)備停機(jī)后仍會(huì)有小流量數(shù)據(jù)傳輸,將該流量定義為停機(jī)延時(shí)流量。某加氣站計(jì)量精準(zhǔn)的流量計(jì)用氣設(shè)備停用時(shí)連續(xù)數(shù)據(jù)記錄見表2。瞬時(shí)工況流量為1.90m3/h的流量為停機(jī)延時(shí)流量。
表2某加氣站計(jì)量精準(zhǔn)的流量計(jì)用氣設(shè)備停機(jī)前后連續(xù)數(shù)據(jù)記錄
由表2可以看出,流量計(jì)瞬時(shí)工況流量從用氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)的263.19m3/h依次變?yōu)檫\(yùn)行設(shè)備停機(jī)后的60.20m3/h、1.90m3/h的小流量(停機(jī)延時(shí)流量)數(shù)據(jù)傳回,由于監(jiān)控系統(tǒng)每2min傳回一條數(shù)據(jù),因此,當(dāng)系統(tǒng)傳回至少一條停機(jī)延時(shí)流量時(shí),可認(rèn)為此流量計(jì)慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)間大于120s,經(jīng)多次比對(duì)我們判定其運(yùn)行工況良好,而后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)拆表檢查,該流量計(jì)機(jī)芯內(nèi)部干凈無異物,后送至檢測(cè)中心檢定,其低區(qū)誤差在誤差允許范圍內(nèi)。
機(jī)械摩擦力矩大的流量計(jì)在用氣設(shè)備停機(jī)后往往沒有小流量運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸。某加氣站機(jī)械摩擦力矩大的流量計(jì)在用氣設(shè)備停用時(shí)連續(xù)數(shù)據(jù)記錄見表3。
由表3可以看出,當(dāng)用氣設(shè)備停用后,沒有小流量(停機(jī)延時(shí)流量)數(shù)據(jù)傳回,而是直接從運(yùn)行流量438.95m3/h變?yōu)?,而后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)拆表檢查,該流量計(jì)機(jī)芯的軸與軸承磨損嚴(yán)重,后送至檢測(cè)中心檢定,其低區(qū)誤差不合格。因此判定其機(jī)械摩擦力矩Mτm增大,葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度降低,運(yùn)行工況較差,發(fā)生機(jī)械慢表的可能性高。
表3某加氣站機(jī)械摩擦力矩大的流量計(jì)用氣設(shè)備停用時(shí)連續(xù)數(shù)據(jù)記錄
4基于停機(jī)延時(shí)流量的評(píng)估方法
4.1防凍液流量計(jì)停機(jī)延時(shí)流量評(píng)估模型
根據(jù)不同用戶用氣規(guī)律的差異性,每個(gè)用戶用氣設(shè)備每天的停機(jī)次數(shù)各不相同,要反映流量計(jì)實(shí)時(shí)運(yùn)行工況,不能只根據(jù)一條停機(jī)后的數(shù)據(jù)判斷流量計(jì)的準(zhǔn)確度,而是需要選取近期的多次停機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。
為了確保所統(tǒng)計(jì)的停機(jī)數(shù)據(jù)能更加充分、準(zhǔn)確地反映流量計(jì)實(shí)時(shí)運(yùn)行工況,建立流量計(jì)停機(jī)延時(shí)流量評(píng)估得分計(jì)算式:
式中
S———滿分為100分的情況下,評(píng)估周期內(nèi)流量計(jì)停機(jī)延時(shí)流量評(píng)估得分,分
n———評(píng)估周期內(nèi)有停機(jī)延時(shí)流量傳回的停機(jī)次數(shù),次
N———評(píng)估周期內(nèi)該流量計(jì)的用氣設(shè)備總停機(jī)次數(shù),次
式(5)針對(duì)某一臺(tái)流量計(jì)N次停機(jī)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),其中n次有停機(jī)延時(shí)流量,(N-n)次無停機(jī)延時(shí)流量。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),當(dāng)N越大,即計(jì)算的總停機(jī)次數(shù)越多時(shí),評(píng)估準(zhǔn)確度越高。但是N越大意味著評(píng)估周期越長(zhǎng),流量計(jì)運(yùn)行實(shí)時(shí)工況評(píng)估時(shí)效性降低,且工作量增大。因此N的取值需要進(jìn)一步討論。
4.2停機(jī)延時(shí)流量評(píng)估模型的貝葉斯定理實(shí)證
①實(shí)驗(yàn)流程
有別于經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)派,貝葉斯定理不僅考慮了樣本信息,而且考慮了決策人員所擁有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)等私人信息,甚至包含著其主觀判斷。貝葉斯定理綜合樣本信息與先驗(yàn)信息后進(jìn)行計(jì)算,可能更科學(xué)合理,而且可進(jìn)一步隨著新的實(shí)驗(yàn)信息的增加不斷地進(jìn)行越來越符合實(shí)際的調(diào)整與修正。先驗(yàn)概率是實(shí)驗(yàn)前根據(jù)以往積累的資料和經(jīng)驗(yàn),對(duì)事件發(fā)生可能性的一個(gè)預(yù)設(shè);后驗(yàn)概率是在實(shí)驗(yàn)后,根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的信息對(duì)事件發(fā)生的可能性作重新審視和修正的概率。后驗(yàn)概率往往對(duì)事件發(fā)生與否有更為準(zhǔn)確的判斷,但需要設(shè)計(jì)隨機(jī)實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)。
貝葉斯定理驗(yàn)證評(píng)估模型的實(shí)驗(yàn)流程見圖2。貝葉斯定理驗(yàn)證評(píng)估模型的實(shí)驗(yàn)流程具體說明如下。
a.對(duì)于擬定的參數(shù)N,根據(jù)以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)一個(gè)先驗(yàn)概率;
b.做實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果用貝葉斯公式計(jì)算后驗(yàn)概率;
c.驗(yàn)證得出的后驗(yàn)概率是否達(dá)到預(yù)定要求,根據(jù)結(jié)果*終確定參數(shù)N。
②N設(shè)為20次時(shí)的實(shí)驗(yàn)過程
現(xiàn)以LWQZ-100B流量計(jì)為例,根據(jù)式(5),當(dāng)某臺(tái)LWQZ-100B流量計(jì)停機(jī)延時(shí)流量評(píng)估得分S≤20分時(shí),可以判定為機(jī)械慢表。此判斷產(chǎn)生2種意見,意見1:此評(píng)分發(fā)現(xiàn)該型號(hào)機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率≥a1,a1為此評(píng)分發(fā)現(xiàn)該型號(hào)機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率的下限值,取90%;意見2:此評(píng)分發(fā)現(xiàn)該型號(hào)機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率≤a2,a2為此評(píng)分發(fā)現(xiàn)該型號(hào)機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率的上限值,70%。將意見1記為A1,意見2記為A2。對(duì)于這兩種意見工作人員決定用做實(shí)驗(yàn)的方法確定其可信度。實(shí)驗(yàn)方法是根據(jù)式(5)計(jì)算并統(tǒng)計(jì)出x臺(tái)機(jī)械慢表,然后把這x臺(tái)流量計(jì)上檢測(cè)臺(tái)檢測(cè)驗(yàn)證,然后計(jì)算可信度。
*先將N設(shè)定為20次,即針對(duì)某一臺(tái)LWQZ-100B流量計(jì)統(tǒng)計(jì)計(jì)算其評(píng)估周期內(nèi)*近的20次的停機(jī)數(shù)據(jù)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),工作人員認(rèn)為意見1的可信度為60%,意見2的可信度為40%。記為P(A1)=60%,P(A2)=40%,此概率為先驗(yàn)概率。
a.*1次實(shí)驗(yàn)。用式(5)針對(duì)所監(jiān)控的逾1000塊規(guī)格為L(zhǎng)WQZ-100B流量計(jì)隨機(jī)計(jì)算,并選取其中5塊S≤20分的流量計(jì)。經(jīng)檢測(cè)臺(tái)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn),該5塊流量計(jì)中有3塊確實(shí)為機(jī)械慢表,2塊不是機(jī)械慢表。設(shè)B表示事件:x塊流量計(jì)中有y塊為機(jī)械慢表。在本事件中,x為5,y為3。
本論文所用到的貝葉斯公式如下:
式中
P(A1|B)———B發(fā)生的情況下A1的可信度
B———事件:經(jīng)檢測(cè)臺(tái)檢測(cè),x塊流量計(jì)中有y塊機(jī)械慢表
P(B|A1)———A1發(fā)生的情況下B的可信度
P(A1)———*1種意見的可信度,其中A1為*1種意見
P(B|A2)———A2發(fā)生的情況下B的可信度
P(A2)———*2種意見的可信度,其中A2為*2種意見
x———實(shí)驗(yàn)中,取出的S≤20分的流量計(jì)數(shù)量,塊
y———實(shí)驗(yàn)中,x塊流量計(jì)中確實(shí)為機(jī)械慢表的流量計(jì)數(shù)量,塊
a1———意見1中準(zhǔn)確率的下限值,取90%
a2———準(zhǔn)確率的上限值,取70%
根據(jù)式(6)~(8)可得,B發(fā)生的情況下A1的可信度為26.16%,即后驗(yàn)概率P(A1|B)=26.16%,P(A2|B)=73.84%。該實(shí)驗(yàn)證明A1和A2的先驗(yàn)概率有問題,需要再做*2次實(shí)驗(yàn)。
b.*2次實(shí)驗(yàn)。用式(5)針對(duì)所監(jiān)控的逾1000塊規(guī)格為L(zhǎng)WQZ-100B流量計(jì)重新隨機(jī)計(jì)算,并取其中10塊S≤20分的流量計(jì)。經(jīng)檢測(cè)臺(tái)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn),該10塊流量計(jì)中有7塊確實(shí)為機(jī)械慢表,3塊不是機(jī)械慢表。設(shè)C表示事件:10塊流量計(jì)中有7塊為機(jī)械慢表。
用C事件代替式(6)~(8)中的B事件,計(jì)算可得C發(fā)生的情況下A1的可信度為7.08%,即后驗(yàn)概率為P(A1|C)=7.08%,P(A2|C)=92.92%。
實(shí)驗(yàn)1、2說明,當(dāng)N設(shè)定為20次時(shí),發(fā)現(xiàn)機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率不高于70%的可信度已達(dá)92.92%,發(fā)現(xiàn)機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率較低。
③N設(shè)為30次時(shí)的實(shí)驗(yàn)過程
現(xiàn)將N調(diào)整為30次,即針對(duì)某一臺(tái)LWQZ-100B流量計(jì)統(tǒng)計(jì)計(jì)算其評(píng)估周期內(nèi)*近的30次的停機(jī)數(shù)據(jù)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),工作人員認(rèn)為意見1的可信度為60%,意見2的可信度為40%。即P(A1)=60%,P(A2)=40%,此概率為先驗(yàn)概率。
a.*1次實(shí)驗(yàn)。用式(5)針對(duì)所監(jiān)控的逾1000塊規(guī)格為L(zhǎng)WQZ-100B流量計(jì)重新隨機(jī)計(jì)算,并取其中5塊S≤20分的流量計(jì),經(jīng)檢測(cè)臺(tái)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn),該5塊流量計(jì)中有5塊確實(shí)為機(jī)械慢表。設(shè)D表示事件:5塊流量計(jì)中有5塊為機(jī)械慢表。
用D事件代替式(6)~(8)中的B事件,計(jì)算可得D發(fā)生的情況下A1的可信度為84.06%,即后驗(yàn)概率為P(A1|D)=84.06%,P(A2|D)=15.94%,這種情形需要再做*2次實(shí)驗(yàn)。
b.*2次實(shí)驗(yàn)。用式(5)針對(duì)所監(jiān)控的逾1000塊規(guī)格為L(zhǎng)WQZ-100B流量計(jì)重新隨機(jī)計(jì)算,并取其中10塊S≤20分的流量計(jì),經(jīng)檢測(cè)臺(tái)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn),該10塊流量計(jì)中有9塊確實(shí)為機(jī)械慢表。設(shè)E表示事件:10塊流量計(jì)中有9塊為機(jī)械慢表。
用E事件代替式(6)~(8)中的B事件,計(jì)算可得E發(fā)生的情況下A1的可信度為94.94%,即后驗(yàn)概率為P(A1|E)=94.94%,P(A2|E)=5.06%。此實(shí)驗(yàn)說明,當(dāng)N設(shè)定為30次,通過式(5)計(jì)算型號(hào)為L(zhǎng)WQZ-100B的流量計(jì)*近的30條停機(jī)數(shù)據(jù),當(dāng)該流量計(jì)停機(jī)延時(shí)流量評(píng)分S≤20分時(shí),此評(píng)分發(fā)現(xiàn)機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率≥90%的可信度已達(dá)到94.94%。
針對(duì)以上所做的4次實(shí)驗(yàn)可得出,當(dāng)N設(shè)定為30次時(shí),此評(píng)分模型發(fā)現(xiàn)型號(hào)為L(zhǎng)WQZ-100B的流量計(jì)為機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率較高。現(xiàn)假設(shè)客戶用氣設(shè)備每天至少停機(jī)1次,則評(píng)估周期*多需要30d。
以上為型號(hào)為L(zhǎng)WQZ-100B流量計(jì)的停機(jī)延時(shí)評(píng)分機(jī)制,其他型號(hào)流量計(jì)也可通過此流程建立類似的停機(jī)延時(shí)評(píng)分機(jī)制。對(duì)先驗(yàn)概率與后驗(yàn)概率的比較可以看出,應(yīng)用貝葉斯定理有利于使工程師的經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)成果以及歷史實(shí)驗(yàn)資料都充分發(fā)揮作用,有利于積累資料的同時(shí)豐富經(jīng)驗(yàn),是少投入多產(chǎn)出的好方法。
5結(jié)論
①將防凍液流量計(jì)機(jī)械慢表的故障程度**量化,大幅度降低不同型號(hào)流量計(jì)因機(jī)械摩擦力矩增加造成機(jī)械慢表的發(fā)現(xiàn)周期,將故障發(fā)現(xiàn)周期從2a縮短到30d,*大程度上降低燃?xì)夤镜慕?jīng)濟(jì)損失,從而為企業(yè)營(yíng)收做貢獻(xiàn)。
②本文也是對(duì)燃?xì)庑袠I(yè)工商大表傳統(tǒng)管理模式進(jìn)行創(chuàng)新。通過應(yīng)用該技術(shù),可以將“*檢合格、定期周檢、到期報(bào)廢”的傳統(tǒng)管理模式演變?yōu)?ldquo;*檢合格、**評(píng)估、永遠(yuǎn)如新”的嶄新管理模式。
1概述
在日常工作中,防凍液流量計(jì)因軸承卡死等機(jī)械故障而造成的流量計(jì)不計(jì)量現(xiàn)象(俗稱機(jī)械死表),通常都能被燃?xì)夤竟ぷ魅藛T及時(shí)發(fā)現(xiàn),追繳氣量也較容易。而因軸承磨損導(dǎo)致的計(jì)量誤差偏大的現(xiàn)象(俗稱機(jī)械慢表),由于現(xiàn)場(chǎng)缺乏有效的技術(shù)手段,較難及時(shí)發(fā)現(xiàn),目前診斷機(jī)械慢表只有定期將流量計(jì)通過檢測(cè)臺(tái),用音速噴嘴等標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量裝置檢定,即流量計(jì)周檢。根據(jù)JJG1037—2008《防凍液流量計(jì)檢定規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱JJG1037—2008)要求,防凍液流量計(jì)檢定周期為2a,即出現(xiàn)機(jī)械慢表時(shí),在及時(shí)進(jìn)行流量計(jì)周檢的情況下,該故障*長(zhǎng)可能存在2a。
2形成機(jī)械慢表的原因分析
防凍液流量計(jì)的主要計(jì)量部件為機(jī)芯,防凍液流量計(jì)的結(jié)構(gòu)見圖1。
防凍液流量計(jì)機(jī)芯由軸、軸承、葉輪組成,機(jī)芯的葉輪兩端由軸承支撐,當(dāng)流體通過時(shí),沖擊葉輪,對(duì)葉輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩Mτ,使葉輪克服機(jī)械摩擦力矩Mτm、流體阻力矩Mτf以及磁電轉(zhuǎn)換器對(duì)葉輪產(chǎn)生的電磁反作用力矩Mτe而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。由此可以建立葉輪的運(yùn)動(dòng)微分方程:
式中
J———葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,kg·m2
ω———葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度,rad/s
t———時(shí)間,s
Mτ———氣體流動(dòng)對(duì)葉輪所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩,N·m
Mτm———葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的機(jī)械摩擦力矩,N·m
Mτf———流體阻力矩,N·m
Mτe———電磁反作用力矩,N·m
式(1)中通常電磁反作用力矩Mτe比較小,可以忽略。正常工作條件下,可認(rèn)為管道內(nèi)流量不**間變化,即葉輪以穩(wěn)定的角速度旋轉(zhuǎn)。即存在
由于機(jī)芯的軸與軸承直接接觸,在氣體中的粉塵、雜質(zhì)等作用下,葉輪旋轉(zhuǎn)就必然導(dǎo)致軸與軸承之間產(chǎn)生摩擦,進(jìn)而產(chǎn)生磨損,工作時(shí)間越長(zhǎng),工況環(huán)境越差,潤(rùn)滑越不利,磨損也就越嚴(yán)重,從而機(jī)械摩擦力矩Mτm越來越大。使用初期,葉輪以應(yīng)有角速度旋轉(zhuǎn),如果機(jī)械摩擦力矩越來越大,葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度會(huì)小于應(yīng)有角速度,雖然隨著角速度的降低,流體阻力矩變小,但是由于機(jī)械摩擦力矩增大,仍達(dá)到了穩(wěn)定工況。這種葉輪旋轉(zhuǎn)角速度變小的現(xiàn)象,叫流量計(jì)計(jì)量偏慢現(xiàn)象(即機(jī)械慢表)。因此認(rèn)為:機(jī)械摩擦力矩Mτm增大是造成防凍液流量計(jì)機(jī)械慢表的主要原因。
3流量計(jì)工況數(shù)據(jù)分析
隨著通信技術(shù)不斷發(fā)展,燃?xì)膺h(yuǎn)傳數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)已逐步被燃?xì)夤静捎?,該系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)通過有線通信采集各項(xiàng)數(shù)據(jù),再通過無線GPRS每2min一次上傳數(shù)據(jù)至服務(wù)器,可**了解燃?xì)鉁囟?、燃?xì)鈮毫Α⑺矔r(shí)流量、累積流量等實(shí)時(shí)信息,主要應(yīng)用于計(jì)量管理、抄收、預(yù)付費(fèi)管理等方面。
①防凍液流量計(jì)葉輪慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)間
當(dāng)用氣設(shè)備停止用氣時(shí),管道內(nèi)氣體停止流動(dòng),葉輪由于慣性還在旋轉(zhuǎn),此時(shí)流量計(jì)仍有逐漸下降的瞬時(shí)流量顯示。根據(jù)GB/T21391—2008《用氣體防凍液流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》附錄C的相關(guān)解釋,在用氣設(shè)備停機(jī)后,流量計(jì)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)間是評(píng)估該儀表運(yùn)行工況的重要參數(shù)。
測(cè)量我公司常用的3種型號(hào)新流量計(jì)在用氣設(shè)備停機(jī)后葉輪的慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)間,為了確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性,設(shè)備停機(jī)時(shí)的流量負(fù)荷選定在流量計(jì)量程的10%~90%,流量計(jì)葉輪慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。
表1流量計(jì)葉輪慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果
流量計(jì)型號(hào) | 用氣設(shè)備停機(jī)時(shí)瞬時(shí)流量占流量計(jì)*大量程的占比/% | 測(cè)量次數(shù)/次 | 用氣設(shè)備停機(jī)后葉輪平均慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)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 |
②停機(jī)延時(shí)流量
由于計(jì)量精準(zhǔn)的防凍液流量計(jì)葉輪在用氣設(shè)備停機(jī)后葉輪平均慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)間均大于140s,我們對(duì)所監(jiān)控的流量計(jì)停機(jī)時(shí)連續(xù)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出計(jì)量精準(zhǔn)的流量計(jì)在用氣設(shè)備停機(jī)后仍會(huì)有小流量數(shù)據(jù)傳輸,將該流量定義為停機(jī)延時(shí)流量。某加氣站計(jì)量精準(zhǔn)的流量計(jì)用氣設(shè)備停用時(shí)連續(xù)數(shù)據(jù)記錄見表2。瞬時(shí)工況流量為1.90m3/h的流量為停機(jī)延時(shí)流量。
表2某加氣站計(jì)量精準(zhǔn)的流量計(jì)用氣設(shè)備停機(jī)前后連續(xù)數(shù)據(jù)記錄
溫度/℃ | 壓力/kPa | 瞬時(shí)工況流量/(m3·h-1) | 采集時(shí)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 |
機(jī)械摩擦力矩大的流量計(jì)在用氣設(shè)備停機(jī)后往往沒有小流量運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸。某加氣站機(jī)械摩擦力矩大的流量計(jì)在用氣設(shè)備停用時(shí)連續(xù)數(shù)據(jù)記錄見表3。
由表3可以看出,當(dāng)用氣設(shè)備停用后,沒有小流量(停機(jī)延時(shí)流量)數(shù)據(jù)傳回,而是直接從運(yùn)行流量438.95m3/h變?yōu)?,而后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)拆表檢查,該流量計(jì)機(jī)芯的軸與軸承磨損嚴(yán)重,后送至檢測(cè)中心檢定,其低區(qū)誤差不合格。因此判定其機(jī)械摩擦力矩Mτm增大,葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度降低,運(yùn)行工況較差,發(fā)生機(jī)械慢表的可能性高。
表3某加氣站機(jī)械摩擦力矩大的流量計(jì)用氣設(shè)備停用時(shí)連續(xù)數(shù)據(jù)記錄
溫度/℃ | 壓力/kPa | 瞬時(shí)工況流量/(m3·h-1) | 采集時(shí)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 |
4.1防凍液流量計(jì)停機(jī)延時(shí)流量評(píng)估模型
根據(jù)不同用戶用氣規(guī)律的差異性,每個(gè)用戶用氣設(shè)備每天的停機(jī)次數(shù)各不相同,要反映流量計(jì)實(shí)時(shí)運(yùn)行工況,不能只根據(jù)一條停機(jī)后的數(shù)據(jù)判斷流量計(jì)的準(zhǔn)確度,而是需要選取近期的多次停機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。
為了確保所統(tǒng)計(jì)的停機(jī)數(shù)據(jù)能更加充分、準(zhǔn)確地反映流量計(jì)實(shí)時(shí)運(yùn)行工況,建立流量計(jì)停機(jī)延時(shí)流量評(píng)估得分計(jì)算式:
式中
S———滿分為100分的情況下,評(píng)估周期內(nèi)流量計(jì)停機(jī)延時(shí)流量評(píng)估得分,分
n———評(píng)估周期內(nèi)有停機(jī)延時(shí)流量傳回的停機(jī)次數(shù),次
N———評(píng)估周期內(nèi)該流量計(jì)的用氣設(shè)備總停機(jī)次數(shù),次
式(5)針對(duì)某一臺(tái)流量計(jì)N次停機(jī)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),其中n次有停機(jī)延時(shí)流量,(N-n)次無停機(jī)延時(shí)流量。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),當(dāng)N越大,即計(jì)算的總停機(jī)次數(shù)越多時(shí),評(píng)估準(zhǔn)確度越高。但是N越大意味著評(píng)估周期越長(zhǎng),流量計(jì)運(yùn)行實(shí)時(shí)工況評(píng)估時(shí)效性降低,且工作量增大。因此N的取值需要進(jìn)一步討論。
4.2停機(jī)延時(shí)流量評(píng)估模型的貝葉斯定理實(shí)證
①實(shí)驗(yàn)流程
有別于經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)派,貝葉斯定理不僅考慮了樣本信息,而且考慮了決策人員所擁有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)等私人信息,甚至包含著其主觀判斷。貝葉斯定理綜合樣本信息與先驗(yàn)信息后進(jìn)行計(jì)算,可能更科學(xué)合理,而且可進(jìn)一步隨著新的實(shí)驗(yàn)信息的增加不斷地進(jìn)行越來越符合實(shí)際的調(diào)整與修正。先驗(yàn)概率是實(shí)驗(yàn)前根據(jù)以往積累的資料和經(jīng)驗(yàn),對(duì)事件發(fā)生可能性的一個(gè)預(yù)設(shè);后驗(yàn)概率是在實(shí)驗(yàn)后,根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的信息對(duì)事件發(fā)生的可能性作重新審視和修正的概率。后驗(yàn)概率往往對(duì)事件發(fā)生與否有更為準(zhǔn)確的判斷,但需要設(shè)計(jì)隨機(jī)實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)。
貝葉斯定理驗(yàn)證評(píng)估模型的實(shí)驗(yàn)流程見圖2。貝葉斯定理驗(yàn)證評(píng)估模型的實(shí)驗(yàn)流程具體說明如下。
a.對(duì)于擬定的參數(shù)N,根據(jù)以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)一個(gè)先驗(yàn)概率;
b.做實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果用貝葉斯公式計(jì)算后驗(yàn)概率;
c.驗(yàn)證得出的后驗(yàn)概率是否達(dá)到預(yù)定要求,根據(jù)結(jié)果*終確定參數(shù)N。
②N設(shè)為20次時(shí)的實(shí)驗(yàn)過程
現(xiàn)以LWQZ-100B流量計(jì)為例,根據(jù)式(5),當(dāng)某臺(tái)LWQZ-100B流量計(jì)停機(jī)延時(shí)流量評(píng)估得分S≤20分時(shí),可以判定為機(jī)械慢表。此判斷產(chǎn)生2種意見,意見1:此評(píng)分發(fā)現(xiàn)該型號(hào)機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率≥a1,a1為此評(píng)分發(fā)現(xiàn)該型號(hào)機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率的下限值,取90%;意見2:此評(píng)分發(fā)現(xiàn)該型號(hào)機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率≤a2,a2為此評(píng)分發(fā)現(xiàn)該型號(hào)機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率的上限值,70%。將意見1記為A1,意見2記為A2。對(duì)于這兩種意見工作人員決定用做實(shí)驗(yàn)的方法確定其可信度。實(shí)驗(yàn)方法是根據(jù)式(5)計(jì)算并統(tǒng)計(jì)出x臺(tái)機(jī)械慢表,然后把這x臺(tái)流量計(jì)上檢測(cè)臺(tái)檢測(cè)驗(yàn)證,然后計(jì)算可信度。
*先將N設(shè)定為20次,即針對(duì)某一臺(tái)LWQZ-100B流量計(jì)統(tǒng)計(jì)計(jì)算其評(píng)估周期內(nèi)*近的20次的停機(jī)數(shù)據(jù)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),工作人員認(rèn)為意見1的可信度為60%,意見2的可信度為40%。記為P(A1)=60%,P(A2)=40%,此概率為先驗(yàn)概率。
a.*1次實(shí)驗(yàn)。用式(5)針對(duì)所監(jiān)控的逾1000塊規(guī)格為L(zhǎng)WQZ-100B流量計(jì)隨機(jī)計(jì)算,并選取其中5塊S≤20分的流量計(jì)。經(jīng)檢測(cè)臺(tái)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn),該5塊流量計(jì)中有3塊確實(shí)為機(jī)械慢表,2塊不是機(jī)械慢表。設(shè)B表示事件:x塊流量計(jì)中有y塊為機(jī)械慢表。在本事件中,x為5,y為3。
本論文所用到的貝葉斯公式如下:
式中
P(A1|B)———B發(fā)生的情況下A1的可信度
B———事件:經(jīng)檢測(cè)臺(tái)檢測(cè),x塊流量計(jì)中有y塊機(jī)械慢表
P(B|A1)———A1發(fā)生的情況下B的可信度
P(A1)———*1種意見的可信度,其中A1為*1種意見
P(B|A2)———A2發(fā)生的情況下B的可信度
P(A2)———*2種意見的可信度,其中A2為*2種意見
x———實(shí)驗(yàn)中,取出的S≤20分的流量計(jì)數(shù)量,塊
y———實(shí)驗(yàn)中,x塊流量計(jì)中確實(shí)為機(jī)械慢表的流量計(jì)數(shù)量,塊
a1———意見1中準(zhǔn)確率的下限值,取90%
a2———準(zhǔn)確率的上限值,取70%
根據(jù)式(6)~(8)可得,B發(fā)生的情況下A1的可信度為26.16%,即后驗(yàn)概率P(A1|B)=26.16%,P(A2|B)=73.84%。該實(shí)驗(yàn)證明A1和A2的先驗(yàn)概率有問題,需要再做*2次實(shí)驗(yàn)。
b.*2次實(shí)驗(yàn)。用式(5)針對(duì)所監(jiān)控的逾1000塊規(guī)格為L(zhǎng)WQZ-100B流量計(jì)重新隨機(jī)計(jì)算,并取其中10塊S≤20分的流量計(jì)。經(jīng)檢測(cè)臺(tái)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn),該10塊流量計(jì)中有7塊確實(shí)為機(jī)械慢表,3塊不是機(jī)械慢表。設(shè)C表示事件:10塊流量計(jì)中有7塊為機(jī)械慢表。
用C事件代替式(6)~(8)中的B事件,計(jì)算可得C發(fā)生的情況下A1的可信度為7.08%,即后驗(yàn)概率為P(A1|C)=7.08%,P(A2|C)=92.92%。
實(shí)驗(yàn)1、2說明,當(dāng)N設(shè)定為20次時(shí),發(fā)現(xiàn)機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率不高于70%的可信度已達(dá)92.92%,發(fā)現(xiàn)機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率較低。
③N設(shè)為30次時(shí)的實(shí)驗(yàn)過程
現(xiàn)將N調(diào)整為30次,即針對(duì)某一臺(tái)LWQZ-100B流量計(jì)統(tǒng)計(jì)計(jì)算其評(píng)估周期內(nèi)*近的30次的停機(jī)數(shù)據(jù)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),工作人員認(rèn)為意見1的可信度為60%,意見2的可信度為40%。即P(A1)=60%,P(A2)=40%,此概率為先驗(yàn)概率。
a.*1次實(shí)驗(yàn)。用式(5)針對(duì)所監(jiān)控的逾1000塊規(guī)格為L(zhǎng)WQZ-100B流量計(jì)重新隨機(jī)計(jì)算,并取其中5塊S≤20分的流量計(jì),經(jīng)檢測(cè)臺(tái)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn),該5塊流量計(jì)中有5塊確實(shí)為機(jī)械慢表。設(shè)D表示事件:5塊流量計(jì)中有5塊為機(jī)械慢表。
用D事件代替式(6)~(8)中的B事件,計(jì)算可得D發(fā)生的情況下A1的可信度為84.06%,即后驗(yàn)概率為P(A1|D)=84.06%,P(A2|D)=15.94%,這種情形需要再做*2次實(shí)驗(yàn)。
b.*2次實(shí)驗(yàn)。用式(5)針對(duì)所監(jiān)控的逾1000塊規(guī)格為L(zhǎng)WQZ-100B流量計(jì)重新隨機(jī)計(jì)算,并取其中10塊S≤20分的流量計(jì),經(jīng)檢測(cè)臺(tái)檢測(cè)后發(fā)現(xiàn),該10塊流量計(jì)中有9塊確實(shí)為機(jī)械慢表。設(shè)E表示事件:10塊流量計(jì)中有9塊為機(jī)械慢表。
用E事件代替式(6)~(8)中的B事件,計(jì)算可得E發(fā)生的情況下A1的可信度為94.94%,即后驗(yàn)概率為P(A1|E)=94.94%,P(A2|E)=5.06%。此實(shí)驗(yàn)說明,當(dāng)N設(shè)定為30次,通過式(5)計(jì)算型號(hào)為L(zhǎng)WQZ-100B的流量計(jì)*近的30條停機(jī)數(shù)據(jù),當(dāng)該流量計(jì)停機(jī)延時(shí)流量評(píng)分S≤20分時(shí),此評(píng)分發(fā)現(xiàn)機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率≥90%的可信度已達(dá)到94.94%。
針對(duì)以上所做的4次實(shí)驗(yàn)可得出,當(dāng)N設(shè)定為30次時(shí),此評(píng)分模型發(fā)現(xiàn)型號(hào)為L(zhǎng)WQZ-100B的流量計(jì)為機(jī)械慢表的準(zhǔn)確率較高。現(xiàn)假設(shè)客戶用氣設(shè)備每天至少停機(jī)1次,則評(píng)估周期*多需要30d。
以上為型號(hào)為L(zhǎng)WQZ-100B流量計(jì)的停機(jī)延時(shí)評(píng)分機(jī)制,其他型號(hào)流量計(jì)也可通過此流程建立類似的停機(jī)延時(shí)評(píng)分機(jī)制。對(duì)先驗(yàn)概率與后驗(yàn)概率的比較可以看出,應(yīng)用貝葉斯定理有利于使工程師的經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)成果以及歷史實(shí)驗(yàn)資料都充分發(fā)揮作用,有利于積累資料的同時(shí)豐富經(jīng)驗(yàn),是少投入多產(chǎn)出的好方法。
5結(jié)論
①將防凍液流量計(jì)機(jī)械慢表的故障程度**量化,大幅度降低不同型號(hào)流量計(jì)因機(jī)械摩擦力矩增加造成機(jī)械慢表的發(fā)現(xiàn)周期,將故障發(fā)現(xiàn)周期從2a縮短到30d,*大程度上降低燃?xì)夤镜慕?jīng)濟(jì)損失,從而為企業(yè)營(yíng)收做貢獻(xiàn)。
②本文也是對(duì)燃?xì)庑袠I(yè)工商大表傳統(tǒng)管理模式進(jìn)行創(chuàng)新。通過應(yīng)用該技術(shù),可以將“*檢合格、定期周檢、到期報(bào)廢”的傳統(tǒng)管理模式演變?yōu)?ldquo;*檢合格、**評(píng)估、永遠(yuǎn)如新”的嶄新管理模式。
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