CN101701841A - 研究管道周期振动对流量仪表影响的实验装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于流量检测技术领域，涉及一种研究管道周期振动对流量仪表影响的实验装置，包括气体压力的标准气体装置、气动调节阀、软管、测量管道、激振设备、压力变送器、测振仪和流量信号采集***，标准气体装置输出的气体通过气动调节阀的流量调节后，通过软管后被传输至测量管道，所述测量管道水平放置，并被刚性固定在振动台上，待测流量仪表被连接在位于振动台上方的测量管道上，在靠近待测流量仪表的测量管道上固定有压力变送器。本发明同时涉及一种利用上述装置实现的实验方法。本发明通过模拟工业现场环境，将不同振动条件下的频率信号进行采集，分析其时域、频域特征及信号质量，从而分析管道振动对流量计的影响，进而为改善流量计的抗振性能提供依据。

Description

研究管道周期振动对流量仪表影响的实验装置和方法
技术领域
本发明属于流量检测技术领域，涉及一种研究管道周期振动对流量仪表影响的实验方法。
技术背景
在管道流量测量仪器中，通过检测流体振动频率而获得实际流量的流量计，如涡街流量计，旋涡进动流量计等，因流动方向上的振动或流体冲击产生的噪声，发生体的轴向振动所产生的噪声等对流量计的抗振性能有很大影响。其中管道周期性振动往往是由于管路中周期运行的动力机械所引起的振动干扰，其在时域内与正常的有用周期信号相叠加，很难滤除，转换到频域后，仍表现为与有用信号谱相似的振动信号谱，与脉冲式振动引起的瞬间干扰相比，周期性振动则是长期稳定存在的，所以，在管道振动频率未知的前提下，从叠加有振动信号的复合信号谱中很难分辨哪个是有用信号所引起、哪个是管道周期振动所引起的。在工业现场应用中，由于管路中压缩机、鼓风机、泵等动力设备所引起的管道周期性振动现象，管道周期振动现象普遍存在，其对流量计正常计量造成的影响相比其他随机干扰造成的影响大得多。尽管如此，对管道振动的研究，国内外鲜有实验方法和实验装置能模拟工业现场环境，进而很少有学者涉及此处。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够模拟管道周期振动工业现场环境的实验装置和方法，以研究管道周期振动对流量仪表影响。
为此，本发明采用如下的技术方案：
一种研究管道周期振动对流量仪表影响的实验装置，包括气体压力的标准气体装置、气动调节阀、软管、测量管道、激振设备、压力变送器、测振仪和流量信号采集***，所述标准气体装置用于提供稳定的气体压力，其输出的气体通过气动调节阀的流量调节后，通过软管后被传输至测量管道，所述激振设备包括振动台，所述测量管道水平放置，并被刚性固定在振动台上，待测流量仪表被连接在位于振动台上方的测量管道上，在靠近待测流量仪表的测量管道上固定有压力变送器，所述测振仪用于测量管道的振动参数，流量信号采集***与待测流量仪表的输出相连。
本发明同时提供一种采用上述的实验装置研究管道周期振动对流量仪表影响的方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)将待测流量仪表沿管道轴线方向旋转90度固定于管道中；
(2)利用标准气体装置提供稳定压力的气体，利用气动调节阀确保气体流量稳定；
(3)在未开动激振仪的情况下使气体经过待测流量仪表；
(4)待测流量仪表的输出信号被传送入流量信号采集***；
(5)设定激振仪的振动频率并使其在垂直方向振动，不同的管道周期振动加速度和幅度下，进行量程范围内的实验研究；
(6)选取不同的管道周期振动频率，对每个振动频率，重复步骤(5)的实验研究；将待测流量仪表按采集测量管道内流体流量的常规方式，水平固定于测量管道中，重复步骤(3)至(6)进行实验研究。
本发明的实验装置和方法在常压气体流量实验装置基础上，增加了激振设备和测振仪器建造而成，通过改变振动方向，振动加速度，振动幅度等来模拟工业现场环境，将不同振动条件下的频率信号进行采集，分析其时域、频域特征及信号质量，从而分析管道振动对流量计的影响，进而为改善流量计的抗振性能提供依据。本发明的实验装置和方法，在气体经过调节阀进入测量管道之前，先经过一段软管，利用软管消除振动后才被传输至测量管道，这样可以提高实验结果的可靠性。
附图说明
图1气体流量管道周期振动实验装置结构图。
图2涡街信号采集***传输路径。
附图标记说明如下1.气动调节阀  2.软管  3压力变送器  4.涡街流量计  5.振动台  6.测振仪
具体实施方式
为了模拟不同的工业现场环境，本发明提供了一种用于涡街流量计气体流量测量的管道周期振动实验装置，该装置是在常压气体流量实验装置基础上，增加了激振设备和测振仪器建造而成。装置结构图如图1所示，标准气体装置中的稳压罐提供稳定的气体压力，经气动调节阀1调节流量，气体流量在进入测量管道前通过一段软管2以消除机械振动，前置测量管道与被校表连接端固定在激振设备振动台5上，并在离被校表涡街流量计2D处的管道处打孔取压接入压力变送器3，振动台5水平放置固定于地面，该振动台只能实现单自由度的振动，振动的加速度/振幅数值由测振仪6测得，气体经过被校表涡街流量计下游的一段后置管道通入大气中。整套装置由计算机***实时控制处理，对气动调节阀1采用PID调节确保流量稳定，流量计信号输出通过数据采集卡传送进入基于LabVIEW软件设计开发出的一套涡街信号采集***。
实验方法应包含各种振动因素对流量计计量的影响，综合分析考虑对抗振性能影响较大的主导因素，最终将实验分为四部分。第一部分为未施加管道振动时的实验，其主要提供不同振动条件下管道振动对测量产生不同影响的一个参考；第二部分为相同的管道周期振动频率，不同的管道周期振动加速下，振动方向为垂直方向，进行量程范围内的实验研究；第三部分为不同管道周期振动频率下的实验，旨在模拟由于不同振动源引起周期振动对测量结果的影响，选取工业中较典型的不同的管道周期振动频率进行第二部所述实验；第四部分为不同方向管道周期振动的实验，上述实验均在垂直方向，即被校流量仪表垂直卡入测量管道中，使得涡街探头的轴线方向与水平面垂直，即与激振仪的振动方向保持一致，为了分析研究更全面，将被校表旋转90°水平安装实现水平方向振动，以上三部分均在水平方向再次进行实验，以便用于比对。
图1所示标准气体装置中标准表涡轮流量计内径为50mm，流量范围为5～100m3/h(工况)，精度为1％。压力变送器精度为0.2％。研究对象涡街流量计内径为50mm，实验流量范围为35～145m3/h(标况)。振动台5选用广州市番禺恒振机械设备厂生产的LD-F系列垂直振动台，调频范围为1～400Hz、调整加速度范围为＜20g。测振仪6选用北京时代集团公司的TV300便携式测振仪，采用应力式加速度传感器把振动信号转换成电信号，加速度测量范围：0.1m/s2～392m/s2(峰值)。
涡街信号采集***的硬件主要是用了一块NI USB-6009数据采集卡，它是一款便携式数据采集卡，具有8路模拟输入通道，电压采集范围可设置为0V～10V，最高采样频率48kHz，14位分辨率，12条数字I/O线，2路模拟输出，1个32位计数器；便携式总线供电型设计，即插即用的USB安装便于快速设置。***中分别利用其一路模拟和一路数字输入通道对涡街流量传感器输出的正弦和脉冲信号进行采样，如图2所示。
涡街信号采集***的软件应用LabVIEW设计用户界面、控制采样和曲线绘制。在本***中设计了两个人机界面，分别完成实时数据观测、频谱分析和数据的采集存储，如图3、4所示。
利用上述实验装置对普通涡街流量计，ABB数字涡街流量计，横河数字涡街流量计均进行四部分实验研究分析，三种涡街流量计的测量误差随着加速度的增加而增大，在不同振动频率下，误差曲线的变化趋势一致，但对高频管道振动的抗干扰性较好，在垂直方向和水平方向上对管道周期振动均表现较为敏感的特性。普通涡街流量计在最大量程/2以下的涡街信号基本被振动信号所淹没，ABB和横河两款数字涡街在加速度较小时表现出较好的抗振性能，但随着加速度增加测量误差逐渐加大。
上述实施例是以涡街流量计作为待测流量仪表给出的，在实际研究中，也可以选用其他种类的流量计进行实验研究。

Claims (2)

1.一种研究管道周期振动对流量仪表影响的实验装置，包括气体压力的标准气体装置、气动调节阀、软管、测量管道、激振设备、压力变送器、测振仪和流量信号采集***，所述标准气体装置用于提供稳定的气体压力，其输出的气体通过气动调节阀的流量调节后，通过软管后被传输至测量管道，所述激振设备包括振动台，所述测量管道水平放置，并被刚性固定在振动台上，待测流量仪表被连接在位于振动台上方的测量管道上，在靠近待测流量仪表的测量管道上固定有压力变送器，所述测振仪用于测量管道的振动参数，流量信号采集***与待测流量仪表的输出相连。
2.一种采用权利要求1所述的实验装置研究管道周期振动对流量仪表影响的方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)将待测流量仪表沿管道轴线方向旋转90度固定于管道中；
(2)利用标准气体装置提供稳定压力的气体，利用气动调节阀确保气体流量稳定；
(3)在未开动激振仪的情况下使气体经过待测流量仪表；
(4)待测流量仪表的输出信号被传送入流量信号采集***；
(5)设定激振仪的振动频率并使其在垂直方向振动，不同的管道周期振动加速度和幅度下，进行量程范围内的实验研究；
(6)选取不同的管道周期振动频率，对每个振动频率，重复步骤(5)的实验研究；
(7)将待测流量仪表按采集测量管道内流体流量的常规方式，水平固定于测量管道中，重复步骤(3)至(6)进行实验研究。
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