CN114542992B - 基于物联网的天然气管网计量工况远程监控*** - Google Patents

基于物联网的天然气管网计量工况远程监控*** Download PDF

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CN114542992B CN202210172139.9A CN202210172139A CN114542992B CN 114542992 B CN114542992 B CN 114542992B CN 202210172139 A CN202210172139 A CN 202210172139A CN 114542992 B CN114542992 B CN 114542992B
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向海堂
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Abstract

本发明公开了基于物联网的天然气管网计量工况远程监控***，包括依次交互的对象平台、传感网络平台、管理平台、服务平台和用户平台，所述对象平台包括设置在管道内的温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器通过传感网络平台将监测到的天然气信息上传至管理平台；管理平台对获取到的天然气温度、压力信息进行监控和预警；所述管理平台通过服务平台与用户平台接收用户需求信息，通过传感网络平台向对象平台下发控制指令。本发明能够对管道内的天然气的压力和温度进行实时检测，并将采集到的信息实时传递至管理平台，通过管理平台实现对天然气远程监控。

Description

基于物联网的天然气管网计量工况远程监控***
技术领域
本发明涉及天然气计量技术领域，具体涉及基于物联网的天然气管网计量工况远程监控***。
背景技术
天然气是指自然界中存在的一类可燃性气体，是一种化石燃料，包括大气圈、水圈、和岩石圈中各种自然过程形成的气体(包括油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气等)。而人们长期以来通用的"天然气"的定义，是从能量角度出发的狭义定义，是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物。
目前，现有的天然气计量***功能较为单一，无法对管道内的天然气进行远程监控。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，目的在于提供基于物联网的天然气管网计量工况远程监控***，能够对管道内的天然气的压力和温度进行实时检测，并将采集到的信息实时传递至管理平台，通过管理平台实现对天然气远程监控。
本发明通过下述技术方案实现：
基于物联网的天然气管网计量工况远程监控***，包括依次交互的对象平台、传感网络平台、管理平台、服务平台和用户平台，所述对象平台包括设置在管道内的温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器通过传感网络平台将监测到的天然气信息上传至管理平台；所述管理平台对获取到的天然气温度、压力信息进行监控和预警；所述管理平台通过服务平台与用户平台接收用户需求信息，通过传感网络平台向对象平台下发控制指令。
进一步地，所述管道内壁上还设有固定杆，所述固定杆上设有第一伸缩件，所述第一伸缩件能够沿管道的轴向伸缩，第一伸缩件沿管道内天然气流动的方向端上还设有连接头，所述温度传感器固定于连接头上。
进一步地，所述第一伸缩件的内部还设有活动件和第五弹性件，所述活动件沿第一伸缩件的轴向贯穿第一伸缩件的两端，且活动件能够将第一伸缩件的两端打开或关闭；所述第五弹性件的两端分别与第一伸缩件的内部两端连接。
进一步地，所述活动件包括第二伸缩件、第一封堵杆以及第二封堵杆，所第一封堵杆和第二封堵杆分别位于第二伸缩件的两端，所述第一伸缩件与连接头连接端设有通孔，所述第二封堵杆位于通孔内，所述第一封堵杆与第一伸缩件的另一端连接，且第二封堵杆能够沿第一伸缩件的轴向移动。
进一步地，所述第二伸缩件朝向第二封堵杆方向的端部设有套筒，所述套筒与第二伸缩件固定连接，且套筒套在第二封堵杆上，所述第二封堵杆朝向第二伸缩件方向的端部设有与第二伸缩件内部连通盲孔，所述第二封堵杆的外壁上还设有与盲孔连通的第一气孔和第二气孔，所述第二气孔与第一气孔之间的间距大于通孔的长度。
进一步地，所述第一伸缩件的通孔内壁上还设有第一凹槽，第一凹槽内设有第一弹性件和定位杆；所述第二封堵杆的外壁上还设有定位孔，所述第一弹性件能够推动定位杆***至定位孔内；所述第二封堵杆的盲孔内还设有移动杆，所述移动杆的外壁上设有第二凹槽，所述第二凹槽内设有第二弹性件和解锁杆，所述第二弹性件的弹力大于第一弹性件的弹力，所述第二封堵杆内还设有内径与解锁杆外径一致的通道，通道一端与定位孔连通，另一端与盲孔连通。
进一步地，所述第二封堵杆的盲孔内底上还设有第三弹性件，且第三弹性件与移动杆连接；所述第二封堵杆上还设有第四弹性件，所述第四弹性件套在第二封堵杆，且第四弹性件一端与第二封堵杆外壁连接，另一端与第一伸缩件靠近于连接头的内壁连接；；移动杆的侧壁上还设有U型的第一连接孔，第一连接孔的两端能够将第一气孔与第二气孔连通。
进一步地，所述连接头的侧壁上还设有能够与第二气孔连通的排气孔；所述连接头设有与第一伸缩件通孔连通的容纳槽，所述第二封堵杆能够***至容纳槽内。
进一步地，所述第一封堵杆内部设有将第一封堵杆两端连通的气道，且气道与第二伸缩件连通；所述第一封堵杆的气道内还设有支撑杆，支撑杆上设有驱动机构，所述驱动机构的输出轴上设有外径与气道内径匹配的活动块；所述第一封堵杆的外壁上还设有第三气孔和第四气孔，所述活动块侧壁上还设有U型的第二连接孔，所述第二连接孔能够将第三气孔与第四气孔连通。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明利用设置的温度传感器和压力传感器能够对天然气管网计量现场的温度和压力进行现场监测和实时上传，管理平台能够根据预设的程序对获取的温度和压力信息进行监控和预警，从而实现了对天然气的远程监控；
2、本发明利用设置的第一伸缩件能够驱动温度传感器在管道内移动，实现了温度传感器对管道内不同区域内的天然气温度进行实时监测，相比传统温度传感器固定安装的方式，扩大了温度传感器的监测区域。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明温度传感器位于管道内的结构示意图；
图2为本发明第一伸缩件内部的结构示意图；
图3为本发明第一伸缩件内部另一种状态时的结构示意图；
图4为本发明第一封堵杆内部结构示意图；
图5为本发明图1中A部放大后的结构示意图；
图6为本发明图2中B部放大后的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-管道，2-温度传感器，3-第一伸缩件，4-固定杆，5-活动件，6-连接头，7-套筒，8-第二伸缩件，9-第五弹性件，10-第一封堵杆，11-容纳槽，12-第四弹性件，13-第二封堵杆，14-活动块，15-第二连接孔，16-输出轴，17-第四气孔，18-解锁杆，19-第一弹性件，20-定位杆，21-第三弹性件，22-第二弹性件，23-移动杆，24-排气孔，25-第一连接孔，26-第一气孔，27-第二气孔，28-第三气孔，29-驱动机构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1至图6所示，本发明包括依次交互的对象平台、传感网络平台、管理平台、服务平台和用户平台，所述对象平台包括设置在管道1内的温度传感器2和压力传感器，所述温度传感器2和压力传感器通过传感网络平台将监测到的天然气信息上传至管理平台；所述管理平台对获取到的天然气温度、压力信息进行监控和预警；所述管理平台通过服务平台与用户平台接收用户需求信息，通过传感网络平台向对象平台下发控制指令。
针对现有技术中的天然气的能量计量***功能较为单一，无法对天然气进行远程监控，为此，本技术方案中的对象平台为天然气管网工况感知设备，其包括了设置在管1不同位置处的温度传感器2和压力传感器，利用设置的温度传感器2能够实现对对管道1内的天然气的温度进行实时监测，同时利用设置的压力传感器能够对管道1内天然气的压力进行实时监测，并通过传感网络平台将温度传感器2和压力传感器采集到的信息实时上传至管理平台，通过管理平台根据预设程序对获取到的温度和压力信息进行监控和预警，从而达到了远程对天然气监控的目的，同时管理平台通过服务平台与用户平台上传用户需求信息，通过传感网络平台向对象平台下发相关控制指令。
所述管道1内壁上还设有固定杆4，所述固定杆4上设有第一伸缩件3，所述第一伸缩件3能够沿管道1的轴向伸缩，第一伸缩件3沿管道1内天然气流动的方向端上还设有连接头6，所述温度传感器2固定于连接头6上。
由于管道1内的天然气容易受外界的影响，造成管道1内不同位置处的天然气温度存在差异，因此，传统的方式是将不同数量的温度传感器2按照一定的间距安装在管道1内，以达到实时获取到管道1内不同位置处的天然气温度，但是由于相邻两个温度传感器2之间具有一定的距离，因此，传统的温度传感器2采用固定的安装方式无法有效获取到管道1内不同位置天然气温度信息，为此，本技术方案的对象平台还设置有用于调节温度传感器2位置的第一伸缩件3，第一伸缩件3通过固定杆4固定在管道1的内壁上，保证第一伸缩件3的一端固定，另一端能够沿管道1内天然气的流动方向移动，从而改变温度传感器2在管道1内的位置，从而能够对管道1内不同位置处的天然气温度进行测量，判断天然气温度是否受到外界的影响发生变化。
所述第一伸缩件3的内部还设有活动件5和第五弹性件9，所述活动件5沿伸缩件3的轴向贯穿第一伸缩件3的两端，且活动件5能够将第一伸缩件3的两端打开或关闭；所述第五弹性件9的两端分别与第一伸缩件3的内部两端连接。
本技术方案中设置的第一伸缩件3采用金属波纹管，其内部充气之后，能够沿其轴向拉伸，因此，当需要改变第一伸缩件3上的温度传感器2在管道1内的位置时，通过设置的活动件5将第一伸缩件3的尾端打开，使得管道1内的天然气能够通过第一伸缩件3的尾端进入至第一伸缩件3内，向第一伸缩件3内充气，迫使第一伸缩件3能够沿管道1内天然气流向方向拉伸，改变温度传感器2在管道1内的位置，从而实现了对管道1内不同位置处的天然气温度进行测量；而当需要将通入至第一伸缩件3内的气体排出时，再利用设置的活动件5将第一伸缩件3内的气体排出，迫使第一伸缩件3能够往回收缩，进而使得温度传感器2在预设的范围内来回移动，对管道1内该区域内的天然气进行监测。
所述活动件5包括第二伸缩件8、第一封堵杆10以及第二封堵杆13，所第一封堵杆10和第二封堵杆13分别位于第二伸缩件8的两端，所述第一伸缩件3与连接头6连接端设有通孔，所述第二封堵杆13位于通孔内，所述第一封堵杆10与第一伸缩件3的另一端连接，且第二封堵杆13能够沿第一伸缩件3的轴向移动。
设置的第二伸缩件8也为金属波纹管，当第一伸缩件3拉伸或者收缩时，设置的第二伸缩件8能够跟着一起伸缩，保证第二伸缩件8两端上的第一封堵杆10和第二封堵杆13保持同步运动；设置的第一封堵杆10与第一伸缩件3的尾部活动连接，第一封堵杆10能够对第一伸缩件3尾部的开启或关闭，即控制管道1内的天然气是否进入至第一伸缩件3内；而设置的第二封堵杆13能够对第一伸缩件3头部的开启或关闭，即控制通入至第一伸缩件3内的天然气是否从第一伸缩件3内排出。
所述第二伸缩件8朝向第二封堵杆13方向的端部设有套筒7，所述套筒7与第二伸缩件8固定连接，且套筒7套在第二封堵杆13上，所述第二封堵杆13朝向第二伸缩件8方向的端部设有与第二伸缩件8内部连通盲孔，所述第二封堵杆13的外壁上还设有与盲孔连通的第一气孔26和第二气孔27，所述第二气孔27与第一气孔26之间的间距大于通孔的长度。
设置的套筒7用于与第二封堵杆13连接，当需要利用第二封堵杆13将第一伸缩件3的头部打开时，将第二封堵杆13朝着连接头6方向移动，迫使第二封堵杆13上的第二气孔27位于第一伸缩件3的外侧，而第一气孔26则位于第一伸缩件3内，此时，在第一气孔26和第二气孔27的作用下，将第一伸缩件3内部与管道1内部连通，因此，位于第一伸缩件3内的气体能够通过依次通过第一气孔26、第二气孔27流入至管道1内。
所述第一伸缩件3的通孔内壁上还设有第一凹槽，第一凹槽内设有第一弹性件19和定位杆20；所述第二封堵杆13的外壁上还设有定位孔，所述第一弹性件19能够推动定位杆20***至定位孔内；所述第二封堵杆13的盲孔内还设有移动杆23，所述移动杆23的外壁上设有第二凹槽，所述第二凹槽内设有第二弹性件22和解锁杆18，所述第二弹性件22的弹力大于第一弹性件19的弹力，所述第二封堵杆13内还设有内径与解锁杆18外径一致的通道，通道一端与定位孔连通，另一端与盲孔连通。
为了保证第一伸缩件3在拉伸的过程中，位于第一伸缩件3头部上的第二封堵杆13能够跟着一起移动，从而避免第二封堵杆13从第一伸缩件3上脱落，为此，本技术方案设置了第一弹性件19和定位杆20，利用第一弹性件19产生的弹力将定位杆20***至第二封堵杆13的定位孔内，并且第二气孔27位于第一伸缩件3内，此时的第一伸缩件3的头部位于封堵状态；而当需要排出位于第一伸缩件3内的气体时，将位于盲孔内的移动杆23朝着盲孔内底方向移动，当移动杆23上的解锁杆18移动至第二封堵杆13的通道处时，在第二弹性件22的作用下，推动解锁杆18***至通道内，并将位于定位孔内的定位杆20推回至第一凹槽内，而解锁杆18移动的最大位移量为其端部与第二封堵杆13的外壁齐平，此时，移除定位杆20对第二封堵杆13的约束，因此第二封堵杆13能够在第一伸缩件3的头部自由移动。
所述第二封堵杆13的盲孔内底上还设有第三弹性件21，且第三弹性件21与移动杆23连接；所述第二封堵杆13上还设有第四弹性件12，所述第四弹性件12套在第二封堵杆13，且第四弹性件12一端与第二封堵杆13外壁连接，另一端与第一伸缩件3靠近于连接头6的内壁连接；移动杆23的侧壁上还设有U型的第一连接孔25，第一连接孔25的两端能够将第一气孔26与第二气孔27连通。
设置的第三弹性件21用于对移动杆23连接，当移动杆23朝着盲孔内底方向移动，实现对定位杆20的解锁时，移动杆23能够压缩第三弹性件21，因此，当完成对第一伸缩件3内的气体排放后，在第三弹性件21的作用下，能够推动移动杆23重新移动至初始位置。
设置的第四弹性件12用于对第二封堵杆13进行约束，当第二封堵杆13在第一伸缩件3内朝外伸出时，第四弹性件12处于压缩状态，因此，当完成对第一伸缩件3内的气体排放后，在第四弹性件12的作用下，能够推动第二封堵杆13缩回至第一伸缩件3内。
而由于设置的定位杆20利用移动杆23在盲孔内的移动，实现对定位杆20的解锁，因此，为了保证当定位杆20解锁后，第二封堵杆13从第一伸缩件3内伸出时，第一气孔26与第二气孔27能够连通，故在移动杆23上设置有第一连接孔25。
所述连接头6的侧壁上还设有能够与第二气孔27连通的排气孔24；所述连接头6设有与第一伸缩件3通孔连通的容纳槽11，所述第二封堵杆13能够***至容纳槽11内。
设置的排气孔24用于与第二气孔27连通，当第二封堵杆13上的第二气孔27移动至与排气孔24连通时，位于第一伸缩件3内的气体依次通过第一气孔26、第二连接孔25、第二气孔27，最后通过排气孔24排放至管道1内，所述排气孔24内还设置有单向阀，使得气体至能够通过排气孔24排入至管道1内，而管道1内的气体无法通过单向阀进入至排气孔24内。
所述第一封堵杆10内部设有将第一封堵杆10两端连通的气道，且气道与第二伸缩件8连通；所述第一封堵杆10的气道内还设有支撑杆，支撑杆上设有驱动机构29，所述驱动机构29的输出轴16上设有外径与气道内径匹配的活动块14；所述第一封堵杆10的外壁上还设有第三气孔28和第四气孔17，所述第三气孔28位于第一伸缩件3内，所述第四气孔17位于第一伸缩件3外，所述活动块14侧壁上还设有U型的第二连接孔15，所述第二连接孔15能够将第三气孔28与第四气孔17连通。
初始状态时，位于活动块14上的第二连接孔15与第四气孔17和第三气孔28错位，即第二连接孔15未与第三气孔28和第四气孔17连通，当需要向第一伸缩件3内充气时，管理平台通过传感网络平台向驱动机构29发送指令，驱动机构29为液压缸，驱动机构29利用输出轴16驱动活动块14在第一封堵杆10的气道内移动，将第二连接孔15与第三气孔28和第四气孔17连通，此时，由于管道1内的天然气处于高压状态，其压力大于第一伸缩件3内的压力，因此，位于管道1内的高压天然气将通过第四气孔17、第二连接孔15，最后再通过第三气孔28进入至第一伸缩件3内，对第一伸缩件3进行充气，迫使第一伸缩件3设置有温度传感器2的头部在管道1内拉伸，改变第一伸缩件3的位置，待第一伸缩件3处于最大拉伸量后，利用驱动机构29驱动活动块14将第二连接孔15与第三气孔28和第四气孔17断开连接，并且此时的第三气孔28处于与第一封堵杆10的气道连通状态，因此，位于第一伸缩件3内的气体将通过第三气孔28进入至第一封堵杆10内，并之后通过第二伸缩件8进入至第二封堵杆13的盲孔内，对盲孔内的移动杆23施加推力，使得移动杆23向盲孔内底方向移动，移动杆23在移动的过程中实现了对定位杆20的解锁，并利用第一连接孔25将第一气孔26与第二气孔27连通，而第二封堵杆13在移动杆23的作用下在第一伸缩件3的头部移动，最终实现第二气孔27与排气孔24连通，最终使得通入至第一伸缩件3内的气体排出，实现了对第一伸缩件3的回缩，将温度传感器回移至初始位置，这样，设置的温度传感器能够在管道1内预设的范围内进行往复移动，对该区域内的天然气温度进行监测。
为了保证第一伸缩件3能够正常伸缩，管理平台能够通过传感网络平台向对象平台下发管道1内天然气压力的调节指令，调节管道1内天然气的压力大小，即当需要第一伸缩件3膨胀拉伸时，调节管道1内的天然气压力，使得天然气的压力大于第五弹性件9的弹力，使得管道1内的压力易于进入至第一伸缩件3内，迫使第一伸缩件3处于拉伸的状态；而当需要将通入至第一伸缩件3内的气体排出时，减小管道1内的天然气压力，使得第一伸缩件3内部的气压大于管道1内部的气体，这样，当第一封堵杆10上的第三气孔28与第二伸缩件8连通时，在第五弹性件9拉力的作用下，拉动第一伸缩件3回缩，迫使位于第一伸缩件3内的气体通过第三气孔28进入至第二伸缩件8内，最终推动移动杆23和第二封堵杆13的正常移动，实现了将通入至第一伸缩件3内的气体有效排出的目的。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于物联网的天然气管网计量工况远程监控***，包括依次交互的对象平台、传感网络平台、管理平台、服务平台和用户平台，其特征在于，所述对象平台包括设置在管道(1)内的温度传感器(2)和压力传感器，所述温度传感器(2)和压力传感器通过传感网络平台将监测到的天然气信息上传至管理平台；所述管理平台对获取到的天然气温度、压力信息进行监控和预警；所述管理平台通过服务平台与用户平台接收用户需求信息，通过传感网络平台向对象平台下发控制指令；所述管道(1)内壁上还设有固定杆(4)，所述固定杆(4)上设有第一伸缩件(3)，所述第一伸缩件(3)能够沿管道(1)的轴向伸缩，第一伸缩件(3)沿管道(1)内天然气流动的方向端上还设有连接头(6)，所述温度传感器(2)固定于连接头(6)上；所述第一伸缩件(3)的内部还设有活动件(5)和第五弹性件(9)，所述活动件(5)沿伸第一伸缩件(3)的轴向贯穿第一伸缩件(3)的两端，且活动件(5)能够将第一伸缩件(3)的两端打开或关闭；所述第五弹性件(9)的两端分别与第一伸缩件(3)的内部两端连接；所述活动件(5)包括第二伸缩件(8)、第一封堵杆(10)以及第二封堵杆(13)，所第一封堵杆(10)和第二封堵杆(13)分别位于第二伸缩件(8)的两端，所述第一伸缩件(3)与连接头(6)连接端设有通孔，所述第二封堵杆(13)位于通孔内，所述第一封堵杆(10)与第一伸缩件(3)的另一端连接，第二封堵杆(13)能够沿第一伸缩件(3)的轴向移动；所述第二伸缩件(8)朝向第二封堵杆(13)方向的端部设有套筒(7)，所述套筒(7)与第二伸缩件(8)固定连接，且套筒(7)套在第二封堵杆(13)上，所述第二封堵杆(13)朝向第二伸缩件(8)方向的端部设有与第二伸缩件(8)内部连通盲孔，所述第二封堵杆(13)的外壁上还设有与盲孔连通的第一气孔(26)和第二气孔(27)，所述第二气孔(27)与第一气孔(26)之间的间距大于通孔的长度；所述第一封堵杆(10)内部设有将第一封堵杆(10)两端连通的气道，且气道与第二伸缩件(8)连通；所述第一封堵杆(10)的气道内还设有支撑杆，支撑杆上设有驱动机构(29)，所述驱动机构(29)的输出轴(16)上设有外径与气道内径匹配的活动块(14)；所述第一封堵杆(10)的外壁上还设有第三气孔(28)和第四气孔(17)，所述第三气孔(28)位于第一伸缩件(3)内，所述第四气孔(17)位于第一伸缩件(3)外，所述活动块(14)侧壁上还设有U型的第二连接孔(15)，所述第二连接孔(15)能够将第三气孔(28)与第四气孔(17)连通；所述第一伸缩件(3)采用金属波纹管。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的天然气管网计量工况远程监控***，其特征在于，所述第一伸缩件(3)的通孔内壁上还设有第一凹槽，第一凹槽内设有第一弹性件(19)和定位杆(20)；
所述第二封堵杆(13)的外壁上还设有定位孔，所述第一弹性件(19)能够推动定位杆(20)***至定位孔内；
所述第二封堵杆(13)的盲孔内还设有移动杆(23)，所述移动杆(23)的外壁上设有第二凹槽，所述第二凹槽内设有第二弹性件(22)和解锁杆(18)，所述第二弹性件(22)的弹力大于第一弹性件(19)的弹力，所述第二封堵杆(13)内还设有内径与解锁杆(18)外径一致的通道，通道一端与定位孔连通，另一端与盲孔连通。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的天然气管网计量工况远程监控***，其特征在于，所述第二封堵杆(13)的盲孔内底上还设有第三弹性件(21)，且第三弹性件(21)与移动杆(23)连接；
所述第二封堵杆(13)上还设有第四弹性件(12)，所述第四弹性件(12)套在第二封堵杆(13)，且第四弹性件(12)一端与第二封堵杆(13)外壁连接，另一端与第一伸缩件(3)靠近于连接头(6)的内壁连接；
移动杆(23)的侧壁上还设有U型的第一连接孔(25)，第一连接孔(25)的两端能够将第一气孔(26)与第二气孔(27)连通。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的天然气管网计量工况远程监控***，其特征在于，所述连接头(6)的侧壁上还设有能够与第二气孔(27)连通的排气孔(24)；
所述连接头(6)设有与第一伸缩件(3)通孔连通的容纳槽(11)，所述第二封堵杆(13)能够***至容纳槽(11)内。
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