装置标准（精选9篇）
装置标准 篇1
1 稳压容器法水流量标准装置
1.1 稳压技术与检测方法
研究和生产液体用流量仪表时, 通常要作水实流实验, 以测定仪表的性能或标定其流量值。因此, 流量仪表研究和制造单位都要设有水流量标准装置。在通过动量、动能以及动量的矩的规则对流量仪表进行设计之时, 要以流体的定常流状态作为建立流量方程式的条件。同时, 推导流量节流装置就是按照所建立的流量节流分方程式来进行的。为此, 必须有维持高度稳定的压力源以确保流量测量系统的运行, 也就是说要让全部的装置处于流量循环中, 因该让压头波动能够控制于流量测量允许误差范围内, 或者让其压头能够处于保持不变的状态。所以, 为了确保可靠的检定结果, 对于流量检定的装置在稳定压力源方面提出了较高要求。
1.2 稳压技术及存在的问题
目前水流量标准装置里的压源型式大体分成两类, 即稳压容器以及高位水箱。本文当中的测试实验台按照稳压容器法的标准来进行装置和开展测试。
流程为:电脑设置变频初始值控制离心水泵转速, 对流量进行平滑的调节, 把循环水池当中的水引到供水的管道, 之后再注进充气稳压容器。在通过了容器的压力进行了调节之后, 吸收部份频率脉动, 目的是让系统的压力逐步趋向于稳定的状态, 液体流经标准涡轮流量计、一定的试验管段, 被标定流量仪表, 通过换向器进入工作量器, 测试时间和标准容积进行读取, 之后再经过放水底阀并流至循环水池。
1.3 装置稳定性的检测方法
装置的一个重要指标和性能是稳定性。为了确保误差在允许的范围或者说是要尽量减少误差, 就必须保证装置的稳定性。若装置的稳定性不好、超出了合理的范围, 那么就会由于其惯性而导致被校流量计示值误差的变坏。目前, 对于装置的稳定性进行检验的办法, 依据国家标准分为两类:
1.3.1 各累计时间内流量稳定性检定
此种检验办法同时也称之为多次正常测量法。其检定的过程是把流量先后调节至最小值和最大值, 也就是通过该台位最小工作量器的最小限量和最大工作量器的最大工作量器。通常为等到10min后, 也就是在装置稳定之后, 测量n (n≥10) 次流量qi (i=1, 2, 3, …n) 。该台位稳定度可以选择为上述两者中的最大值。
1.3.2 累计时间内流量稳定性检定
此种检验方法又称为流量计测量法。同样需要测量装置于最小和最大流量之时稳定度, 之后该台位稳定度可以选择为上述两者中的最大值。测量反应流量大小输出信号流量qi (i=1, 2, 3, …n, n≥60) 。本文选择第一种方法进行检定。
2 系统流量的调节
水流量测量标定实验台的供水系统和水泵、管路特性之间具有十分密切的关系。
2.1 管路的阻力特性
所谓的管路的阻力特性, 也就是装置的扬程Hc和管路流量Q之间的关系是:Hc=f (Q) 。表达式是:
上式当中:Hc—装置扬程;Hz—水泵位置高度;P'—水池吸入压力;P''—水池压出压力;γ—阻力系数;k—常数。从上式可知, 若管路内阀门关小时, 管路局部阻力会增大, 那么阻力特性曲线就会变陡, 曲线1变成曲线2所示。反之则产生相反结果。
2.2 泵的扬程特性
轴功率一定时, 扬程H和流量Q的关系为:H=f (Q) , 称为扬程特性。采用调速控制时, 管路特性不变, 泵的扬程特性取决于泵的转速。如果降低泵的转速, 则扬程特性将由曲线1变为曲线2。反之亦然。
2.3 供水系统工作点和功率
供水系统克服水泵管路阻力供水的过程就是系统开展工作的过程。两者的交点就是供水系统的工作点。泵的轴功率P可有下式得出:
式中, ρ为液体密度 (kg/m3) ;Q为流量 (m3/s) ;H为全扬程;ηc为传动装置的效率;ηp为泵的效率。由此可见, 轴功率与扬程H和流量Q的乘积成正比。
3 流量计的校验
本水流量测量标定实验台上, 进行流量仪表的测试与检定可以采用标准表法和静态容积法作为检定的标准。标准表法准确度等级为0.2~0.5级, 静态容积法为0.2级。
3.1 标准表比对法
用标准流量计检定流量计的方法, 我们称为比较法。国外生产流量计的厂家, 广泛使用标准流量计串连对比法检定各种类型的流量计。用这种方法对流量量值进行传递, 扩大了装置的流量范围, 对节约资源、提高工效都有其特殊的意义。从量值传递的观点, 准确度等级是由高级向低级传递的。一般来说, 只能用准确度高的标准流量计检定准确度低的流量计。用标准表检定流量计的基本原理, 是基于流体力学的连续性方程。根据流体力学的连续性方程, 通过被校流量计的流量等于通过标准流量计的流量。对于不可压缩流体, 不考虑温度与密度的变化, 公式为:QS=QE3)
式中:QS———通过标准流量计的体积流量, m3/h;QE———通过被校流量计的体积流量, m3/h。
将被校流量计流量值与标准流量计流量值进行比较, 就可以得到被校流量计的误差和精度。
3.2 静态容积法
静态容器法可以检定各类型流量计, 是目前研究流量计量和测量的标准装置之一。
工作原理:首先以水泵2把水池1的水打到稳压容器5当中, 以稳压容器保持对整个测试过程中的稳定, 即保证系统的压头不变。打开截止阀6, 水通过试验管路7、被校流量计8、夹表器9、流量调节阀10、温度传感器11、喷嘴12均从试验管路流出。
参考文献
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[2]杨守胜.用富士变频器和PID调节器实现循环水的自动恒压控制.低压电气, 1999.
装置标准 篇2
本标准规定了山东济宁东郊热电厂热工仪表和控制装置监督管理职能与权限，管理内容和管理要求，检查与考核。2 管理职能 2.1 职能与分工
2.1.1 生技部是全厂热工仪表和控制装置监督管理的归口部门，直接领导全厂热工仪表和控制装置监督管理工作。
2.1.2 热工仪表和控制装置监督管理的日常工作由检修公司电热队负责领导、组织。
2.2 责任与权限
2.2.1 生技部热工专责人员
2.2.1.1 在生产厂长、总工程师和生技部主任的领导下，贯彻执行上级有关指示和规定，指导和推动本厂热工仪表和控制装置监督管理技术改进工作。2.2.1.2 协调热工与其它专业间的有关工作。
2.2.1.3 审核备品配件计划，负责标准与非标准项目的验收。
2.2.1.4 审批电热队检修计划及材料计划，检查检修项目，抽查调校记录，参加有关事故调查分析。
2.2.1.5 组织制定热工仪表和控制装置监督管理标准。
2.2.1.6 每月5日前做好热工专业经济责任考核及设备管理考核报表，上报企管部；每季组织电热队做好本专业设备评定级工作。
2.2.1.7 参加本单位新建和扩建机组热工仪表和控制装置以及计算机监视系统设计的审查和竣工后的验收工作。
2.2.1.8 健全全厂热工仪表和控制装置设备台帐和技术档案，图纸资料应与现场运行实际情况相吻合。并将更改部分及时报生技部审批后归档。
2.2.1.9 按计划装置对运行在用的主要热工仪表进行现场抽检，按时送检计量 器具，保证热工计量标准值的准确性。2.2.2热工专业
2.2.2.1掌握热工仪表及控制装置运行情况，做好热工仪表的监督工作，参加热工仪表异常情况与障碍事故的责任分析。
2.2.2.2及时组织各班组消除现场及缺陷，并根据热工仪表中存在的缺陷，协助有关班组研究制定措施，大小修中负责检查分管范围内仪表项目的完成情况，提出监督意见。
2.2.2.3参加本单位新建和扩建热工仪表的设计审查，并监督基建单位试运过程中热工计量工作情况，参加新建项目的验收工作。2.2.2.4贯彻执行上级颁发的有关规程、标准、制度。
2.2.2.5组织制定本专业的检修规程，检修技术措施和技术管理制度并监督执行。
2.2.2.6制订检修、材料、节能措施计划，计量器具的周检，抽检计划和培训计划。
2.2.2.7制定反事故措施计划并参加事故调查分析。
2.2.2.8健全全厂热工仪表和控制装置设备台帐和技术档案，图纸资料应与现场运行实际情况吻合。并将更改部分及时报生技部审批后归档。
2.2.2.9 按计划组织对运行在用的主要热工仪表进行现场抽检，按时送检计量器具，保证热工计量标准值的准确。2.2.3 热工班组
2.2.3.1 严格执行各级颁发的有关规程制度，检修设备按规 定调校有记录，严格执行各项操作程序。
2.2.3.2执行好本单位制定的检修，培训，节能，措施计划。2.2.3.3执行好计量器具的周检，抽检计划。
2.2.3.4建立班组设备，各种技术资料，做到图纸资料与现场相符，及时绘制更改的设备的技术图纸。2.2.3.5设备消缺要及时，主动，消缺完毕要交待。2.2.3.6及时统计本班组各种监督报表。3.3权限
3.3.1生技部热工专工权限
3.3.1.1有权召开热工仪表和控制装置的监督会议，并下达监督计划。3.3.1.2审查有关单位制定的检修规程，检修技术措施和技术管理制度。3.3.1.3审核图纸资料
3.3.1.4审核各单位制定的检修计划，材料计划及其它一切与生产有关的计划。3.3.1.5参与设备的验收并对验收的设备提出评价，有权对生产上违反规程的人和事提出意见。
3.3.2热工专业（即电热检修队）
3.3.2.1有权对班组在执行规程制度和规章制度中违章的事和人提出批评意见和考核，对严重违章现象有权停止工作，并立即汇报检修公司领导。3.3.2.2有权对本单位的生产人员进行生产知识、规程制度的抽查考问。3.3.2.3有对违反安全规程操作的指令拒绝执行的权利。3.3.3热工班组
3.3.3.1拒绝使用绝缘不良的电器工具。
3.3.3.2拒绝对未做好安全措施的工作进行检修。3.3.3.3有权拒绝执行违背安全规程的指令。4管理内容与要求 4.1管理范围
4.1.1仪表检测与显示系统 4.1.2自动调节系统
4.1.3保护联锁及热工信号系统 4.1.4计量标准器具和装置 4.1.5计算机监控系统 4.2管理内容
4.2.1检测元件（热电偶、热电阻、孔板、喷嘴、平衡容器、变送器、风压取样装置和其它一次传感器）
4.2.2脉冲管路（一次门后的管路、支架和阀门等）
4.2.3二次线路（补偿导线，补偿盒，热工仪表和控制装置的电缆、支架、二次接线及端子排等）4.2.4二次仪表和控制装置。
4.2.5保护联锁及工艺信号（保护或联锁用继电器，信号灯及音响装置等）4.2.6标准计量器具
a、标准铂铑－铂热电偶，标准铂电阻温度计，标准水银温度计，标准活塞压力计。
B、不低于0.4级的标准压力表、真空表。C、标准毫安表，电子电位差计，电桥等。4.3管理要求 4.3.1运行管理要求
4.3.1.1热工仪表和控制装置应保持清洁、完好，标志应正确、清晰、齐全。指示误差应符合精度等级要求，仪表反应灵敏，记录连续清晰。
4.3.1.2信号光字牌应书写正确、清晰、工整、灯光和音响报警应正确可靠；操作开关，按钮、及执行机构手轮等操作装置，应有明显的开、关方向标志，并保持操作灵活、可靠。
4.3.1.3熔断器、交流接触器应符合使用设备及系统的要求，熔断器应标明其容量及用途。
4.3.1.4运行中的热工仪表和控制装置，运行人员不得任意调整，拨弄或改动，热工人员每天至少巡检一次，并将巡检情况记录在班组工作日志上。4.3.1.5热工仪表和控制装置在运行中发生异常或故障时，机组运行值班人员应加强对机组监控，防止事态扩大，并及时通知热工人员处理并做好记录。4.3.1.6运行中的热工仪表和控制装置需停运检修或处理缺陷时，应严格执行工作票制度。
4.3.1.7热工仪表和控制装置用过的记录纸应注明用途和记录日期，由热工专业集中保存三个月，遇有反应设备重大缺陷或故障的记录纸，应有安监部建档保存。
4.3.1.8热工仪表和控制装置电源不得作照明电源或动力设备电源使用。主要热工仪表应进行定期现场试验，主要仪表的综合误差应不大于该系统综合误差的三分之二，主蒸汽温度，主蒸汽压力指示表、记录表在常用段范围内的误差应不大于其精度的二分之一。
4.3.1.9热工仪表及控制装置盘内、外应有良好的照明。4.3.2检修管理要求：
4.3.2.1热工仪表和控制装置的检修，应严格执行检修计划，不得漏项。检修、校验和调试均应按有关的规程和规定进行，并符合检修工艺要求，做到文明检修。
4.3.2.2对隐蔽的热工检测元件，如测温套管等，应按计划检修周期在机炉大修中进行检查，做好记录。
4.3.2.3热工仪表和控制装置在检修安装中对重要温度元件如汽缸温度测点和轴向位移，胀差装置调试中，生技部专工，检修队专工、安监部安监员，同到现场监督进行工序验收。
4.3.2.4检修工作结束后，热工仪表和控制装置台、盘的底部电缆空洞必须封闭良好。
4.3.2.5热工仪表和控制装置检修后，热工专业应严格按验收制度进行分级验收，并对检修质量作出评价，属控制装置如风门，电动装置等运行需进行操作验收。
4.3.2.6检修后的热工仪表检测系统，在主设备投入运行前应进行系统联调，其系统综合误差应符合要求；在主设备投入运行后应及时投入运行，并做好各 项扰动试验，其调节质量应符合“热工自动调节系统质量指标”要求。4.3.2.7热工信号、保护和联锁装置，应进行系统检查和试验，缺认正确可靠，方可投入运行。
4.3.2.8热工仪表和控制装置检修，改进，校验和试验的各种技术资料以及记录数据，图纸应与实际相符，并应在检修工作结束后15天内整理完毕，交生产部专工审核归档。
4.3.2.9检修后的热工自动调节系统，在主设备稳定运行后应及时投入运行，在锅炉每次大修后使用和新投入的调节门都应进行试验，其质量应符合部颁质量指标的要求。
4.3.3.1我厂计量标准仪器，其最高标准计量装置受到省局科试所和市技术监督局的传递监督，应定期送检。
4.3.3.2次级标准器有厂内计量标准室按周期检定。
4.3.3.3标准计量器超过检定周期尚未检定者，即视无失准，失准的标准计量器具不准作量值传递。
4.3.3.4标准计量器具应有有效的检定合格证书，制造厂的出厂技术证明书和技术档案。
4.3.3.5标准计量器检定人员必须熟悉所使用的标准计量器的原理和正确的操作使用方法。
4.3.3.6计量标准室应有放尘、恒温设施；室内应保持整齐，光线充足，没有强磁场干扰。
4.3.4.1热工专业应建立和认真执行下列相应的规程制度: a、热工仪表和控制装置检修规程 b、热工仪表和控制装置校验规程 c、安全工作规程(热工部分)d、岗位责任制度
f、检修的工作票制度和验收制度 e、热工仪表和控制装置定期检验和校验制度 h、培训制度
4.3.4.2热工专业应建立全厂热工仪表和控制装置设备清册和主要热工仪表和控制装置技术档案，清册和档案应包括：
a、全厂热工仪表和控制装置以及计算机“监控系统”设备清册，出厂说明书以及校验、调整与试验记录；
b、试验室用仪器仪表设备清册，出厂说明书以及历次检定记录；
c、全厂机组及系统的热工仪表和控制装置系统图，原理图和实际接线图； d、全厂热工仪表和控制装置电源系统图； e、主要仪表测点实际安装图；
f、热工仪表和控制装置常用部件（如热电偶保护套管和插座等）的加工图； g、流量测量装置的设计计算原始资料；
h、热工仪表和控制装置的运行巡视记录，系统改进记录，故障处理记录 5检查与考核
5.1检查与考核的部门 a、生技部
b、检修公司、电热检修队
5.2本标准的执行情况每年年初对上年的情况进行总结，由副总工程师负责召集热工监督网人员进行初评，并按厂经济责任制挂钩考核。5.3 本标准自发布之日起执行。
装置标准 篇3
关键词：力学 计量技术标准 发展 趋势
中图分类号：TJ06 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0217-02
在计量学领域中，自开始应用采取的方式是通过力学测量来完成对物体的定量描述。在计量测试的环节，主要包含了压力、振动、流量、质量等参数来进行计量测试。在我国的经济发展中，力学计量占据着很重要的地位。
牛顿力学作为力学计量的理论基础，以质量为依据进行力学量的计算。伴随着技术的发展与进步，结合当代信息化、数字化以及图像处理技术等，促进力学计量的方法得到长足的发展，形成一个更具完善的力学计量体系，计量标准装置更加精确、应用性更强。
本文通过对当代国内外力学计量技术标准装置的现状，并结合最新的计量应用技术方法进行研究，并对力学计量技术标准装置的长足发展趋势进行预测分析。
1 力学计量标准装置的发展现状
对于力学计量技术标准装置来讲，对于测试的内容的而不同而采取不同的测试装置。在力学计量的体系中，不同形式的杠杠原理，静力学原理，弹性原理，液压原理，干涉原理，多普勒效应以及压电等形式构成了不同的力学计量装置。
（1）杠杆式力标准机。
该标准机采用的是杠杆原理，通过作用力的作用实现装置的转动后，当平衡时，根据例力矩之和为零的机理来完成对力值的测量。在现实中比较常见的天平就是采用该原理来测试力值大小，如图1所示。该形式的标准机测试的精度的大小被装置的杠杆比、组合形式的不同和本身质量的精度大小有关。该装置的不确定度大小为1×10-4。
（2）传感式力标准装置。
该形式的标准机通过一定的感应元器件和附件组成一个测试系统，根据被测物体或者标准砝码的质量对该器件产生的弹性变形量的大小来判断元器件的变化量，然后采集信号的输出大小，从而进行质量衡量或者比对。如图2是一种典型的压阻式压力传感器，根据压力的变化情况来对质量测量。该装置的不确定度大小为2×10-4。
（3）液压式力标准装置。
该标准机的应用原理是根据帕斯卡进行对一个密闭液体进行压强比的判断，从而以标准砝码作为标准利用显示仪器标定质量值的大小。该测量机的应用值大小相比较于杠杆式和传感式标准机来讲，具有大的测定范围，可以达到20 MN，且有2 MN，5 MN等，液压式力标准装置的不确定度的大小为1×10-4。
（4）弹簧式力标准装置。
该装置根据弹性敏感元件在压力的作用下产生的形变量的大小，通过传动的放大机构来完成对测试的压力等大小的显示。该装置的测量的压力的范围或不确定的大小与弹性元件的形式有关，通过有膜片式、波纹管式、弹簧式等。例如平波膜片的测定的不确定度的大小为10 kN，波纹管式的测量范围为1 kN。该装置的不确定大小为1.3×10-4。
（5）叠加式力标准装置。
该测力机主要的测试机理通过设定一个标准较高的测力仪器，然后采取机械或者液压的方式完成对力值的测量，比对分析测试力仪器的性能指标。标准力仪器的性能指标大小以及安装的质量等对该装置的不确定产生影响。目前我国的关于叠加式力标准装置的范围大小为500 kN～1 MN，该装置的不确定度的大小为3.4×10-4。
关于我国的力学计量技术标准装置相比较国外来讲，存在着很大程度上的差距，不仅在力值范围上相比较而言，最大与最小值都比较窄，低于国外的发展水平，而且在力值扩展不确定度也存在着一定的差距。例如在叠加式力标准装置应用中，美国 NIST在1991年建立的53 MN BM计量装置中，力值范围为4.5～53 MN，相对不确定度为0.038%（1.7 kN）；而我国在2005年建立的50 MN BM，力值范围为5～50 MN，相对不确定度为0.20%（k=2），我国和国外计量标准上存在很大的差距与不足。
2 力学技术标准装置发展趋势
伴随着新技术与新材料的发展与应用，在力值的计量中，将电子信息技术与数字信息处理技术融入其中，其主要的发展方向如下。
（1）量限向两端延伸。
计量装置的测量的量限范围的大小由于受到测试要求与环境要求提高，对于力学计量技术标准装置微小力值与超大的力值大小的设计研究与延伸，成为当前力值计量的一个重要的发展内容。
（2）由静态向动态发展。
对于计量装置的测量一个重要的发展方向是以动态的力校准来完成对信号测定准确度的提高。将信息处理技术融入到力学标准装置中，对动态信号进行数据的采集与分析，动态的跟踪信号的变化大小，成为今后发展的方法之一。
（3）广泛采用传感技术和激光技术。
将传感器技术与激光技术融合到力学技术标准装置中，利用计算机技术，根据压电效应、压阻效应以及多普勒效应等原理结合最新的传感元器件与传感技术，提高计量装置的测试的精确度。利用激光技术，通过正弦逼近的方法对信号进行改进与处理，校准的不确定度的灵敏大小得到提高。将计算机技术与力值标准装置结合形成一个良好的视窗风格形式，对人为误差降低具有很重要的作用。力学计量装置的自动化控制与数据获取的可靠性成为今后发展的内容之一。
3 结语
伴随着信息化与数字化技术的发展，在整个力学计量的设计过程中，将最先进的技术与手段融合到力学计量中来，建立一个功能与服务强大的数字化计量平台成为今后发展的一个重要的内容之一。
参考文献
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标准表法气体流量标准装置的研制 篇4
标准装置按计量器具可分为称量法、容积法和标准表法。其中,标准表法流量标准装置是传递标准装置。它利用流体力学连续性原理,将标准表和被检表串联,由标准表和相关参数测量仪表给出标准流量,与被检表输出的流量比较,确定被检表的技术指标。与其它方法的流量标准装置相比具有结构简单、工作效率高、操作方便、投资少和建设周期短的优点,特别是可以给出更宽的流量范围。
相对于液体流量测量,我国气体流量测量还有很多问题需要解决。流量标准装置,尤其是气体流量标准装置的研究、建立和应用是流量计量和测试技术发展的主要环节,应该引起普遍重视[1]。
标准表法流量标准装置结构简单、投资少、建设周期短,特别适合于中小型仪表生产厂家对仪表的检定。为了对不同口径、不同原理的气体流量计进行检定、性能测试,本文设计了标准表法气体流量标准装置并对管道压力损失进行了分析计算,对风机选型进行了分析,对装置整体不确定度分配进行了计算,并确定了标准表、温度传感器和压力传感器的选择方案,给出了对装置进行流量稳定性测试及仪表检定实验的结果。
2 装置结构设计与分析
2.1 标准表法流量标准装置的原理
标准表法流量标准装置的标准表部分可以由单台标准表构成,如图1(a)所示,也可以由多台标准表并联组成,如图1(b)所示。
其主要工作原理:以标准流量计(可以是速度式流量计、容积式流量计、临界流流量计、质量流量计和热能表等)为标准器,使流体在相同时间间隔内连续通过标准流量计和被检流量计,比较两者的输出流量值,从而确定被检流量计的计量性能[2]。
2.2 标准表法气体流量标准装置结构设计
装置设计要求:①能够对DN15、DN25、DN40、DN50、DN65、DN80、DN100、DN125、DN150、DN200口径的气体流量计进行检定;②除DN200口径管道外,其它各种口径的最大流速均达到42 m/s;③装置整体标准不确定度在0.5%以内;④流量稳定性达到1.5%。
根据上述要求,设计装置的整体结构如图2所示。装置包含DN25、DN40、DN50、DN80、DN100、DN150、DN200共七条主实验管道。DN15、DN65、DN125三条管道通过分别在DN25、DN80和DN150管道中加入套管进行实现。其中DN80～DN200的四条管道由离心风机提供气源,DN25～DN50的三条管道由罗茨风机提供气源。装置采用如图(1)a所示的由单台标准表作为每条实验管道标准表的形式进行设计。装置以单台标准表作为每条实验管道的标准表,它有结构简单、管路压损小、管道风量稳定、仪表检定效率高的优点。避免了以并联标准表为每条实验管道的标准表时,装置必须加两个大的汇流管,结构复杂,风机容易出现性能不稳,甚至喘震及管路振动的问题。为了保证装置流量稳定性,管道入口处直接接大气,风机在管网末端采用吸气方式,使空气从管道入口流经被检表和标准表,这样由大气在管道入口处作为无限大气源,气源稳定,从而保证装置流量稳定性。
装置工作原理是:根据被检仪表口径选择相应实验管道,通过系统测控计算机对风机变频器进行设置,从而将管道中的流量调至检定点流量值;在被检流量计检定规程规定的一次测量时间内,计算机同时采集被检表和标准表输出的流量信号,并分别利用温度、压力值对流量进行修正得到相应的标况流量,再与标准表测量的流量值进行比较,得到被检表指示流量值的误差及仪表系数;通过多次测量得到被检仪表的重复性及线性度误差。
限于篇幅以下重点对装置管网压损、风机选型进行分析。
2.3 装置管网压损分析
按照狭义的管网特性[3,4,5](即不计其工作场所的工作压力)管网的总损失为[4]:
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式中:R——管网总压损,Pa;Rm——单位长度上的摩擦阻力,Pa/m;L——各直管段的长度,m;Rz——局部阻力损失,Pa;ρj——通风系统排气口的气体密度,kg/m3。
Rm是由气体微团与管壁摩擦引起的摩擦损失或摩擦阻力,在圆形管道中,其计算公式如下[4]:
undefined
式中:λ——摩擦阻力系数,Ns2/m4;D——圆管直径,m;ρ——气体的密度,kg/m3,空气取为1.2 kg/m3;ν——管道中气流速度,m/s。
以DN100管道为例,其直管段长度共5.5 m,采用碳钢管道,查表可得其摩擦阻力系数为0.022[4],则:
undefined
Rz是气流经过某些局部管段产生涡流引起的局部损失或局部阻力,计算公式如下[3]:
undefined
式中:ξ——管件局部阻力损失系数。
以标准表涡街流量计为例,其局部阻力损失系数ξ为2.2[3],则:
undefinedPa (5)
管网中各部件静阻力的大小与其阻力系数成正比,与其所通过的气流平均速度的平方成正比[3,4]。而气流平均速度又是由风量和流通面积所决定的。因此,对于认为介质是不可压缩的通风系统而言,上式可写成[4]:
undefined
式中:qν——风量;K——管网特性系数。
通过式(1)对通风机系统管网中各部件静阻力的计算,得到该管网的总损失R,再按照式(6)计算出任意风量下管网的特性系数,undefined。有了管网特性系数K,就可以在一定的比例尺的qν-R平面坐标图上做出该管网的特性曲线。通风机在某一风量下所能达到的全压ptf应等于该风量下管网的总损失R,这样通风机才能稳定的工作。
表1为装置各条管道的压损计算结果,其中风量是以每条管道最大风速42 m/s为准计算的;设计时DN200管道风速不做要求,但表1中对DN200管道的风量计算仍以42 m/s为准。需要指出的是K是有量纲的,由压损和流量的量纲决定。
2.4 装置风机选型分析
风机选型有不同的方法,设计时采用无因次特性参数选型。其步骤为:①根据换算后的性能参数和转速求出风机比转速ns;②根据生产实际需要和限制,查与ns相近的几种类型风机的无因次性能曲线,得到与对应的无因次性能参数undefinedν、undefined、undefined及η;③综合比较选出一种最合适的类型。
风机比转速ns由下式计算[6]:
undefined
式中:ns——比转速;n——风机实际转速,r/min;qν——风机风量,m3/s;p——全压,Pa。
由于设计对DN200管道风速不做要求,风机选型时只考虑DN15～DN150管道中的风量和压损。从表1可以看出DN15～DN150管道中,最大压损为9 045 Pa,DN150管道最大流量qνmax为2 671 m3/h(0.742 m3/s),DN15管道最大流量为27 m3/h(0.007 5 m3/s)。设计装置时,工作状态假设为标况。
装置设计时按实际流量和全压选择的风机,按照最大流量和压损计算的比转速:
undefined
查找风机选型手册,选取9-19型,机号为No.6.3的风机。
由DN15管道的流量和全压(留有20%的裕量)计算的比转速:
undefined
通常风机的比转速在15～80之间,混流通风机的比转速在80～120之间,轴流通风机的比转速在100～500之间,DN15管道的风机比转速已远超出了通风机应用的范围。
通过对每条管道进行同样的计算可以得到:所选9-19型No.6.3离心通风机适用于DN200、DN150(包括DN125套管)、DN100、DN80(包括DN65套管)管道的风量输送;DN50、DN40、DN25(包括DN15套管),压损大、流量低,没有适合其设计要求的离心风机,应考虑选用罗茨风机。
罗茨风机最大特点是:压力在允许范围内加以调节时流量之变动甚微,压力选择范围很宽,具有强制输气的特征,且其结构简单。罗茨风机在一定流量下,其压力变化范围宽,而装置管道本身流量、压损相对罗茨风机都不高,所以其选型相对离心风机简单。结合管道风量、压损,查罗茨风机性能表,本装置采用LSR100-1WD型罗茨风机,其升压可达19.6 kPa,流量409 m3/h,满足装置设计需求。
3 装置不确定度分析
根据装置设计要求标准不确定度为0.5%,对装置不确定度进行如下分析。标准表法装置合成不确定度数学模型为[3]:
u=(uundefined+uundefined+uundefined+uundefined+uundefined+uundefined+uundefined)1/2 (10)
式中:u1——标准流量计定点使用时A类标准不确定度;u2——计时器的A类标准不确定度;u3——计时器的B类标准不确定度;u4——标准流量计不带配套仪表一起检定时引起的流量测量不确定度,带配套仪表的标准流量计应带配套仪表一起检定,否则,应考虑配套仪表的不确定度;u5——标准流量计检定和使用的流体条件不同时引起的流量测量不确定度;u6——数据采集、信号处理、数据处理及通讯不确定度所引起的流量测量不确定度;u7——检定标准流量计的流量标准装置的合成不确定度。
其中,①采用标准瞬时流量计检定瞬时流量计,不需要配备计时器[2],故u2=u3=0;②标准流量计为涡街流量计,其传感器与配套转换器为一体的,检定时是一起检定的[3],故u4=0;③标准流量计误差为±1个脉冲,采集脉冲数不少于2 000个脉冲,其不确定度为1/2 000,按规程可以不计[6],故u6=0。
对定点使用仪表系数的标准流量计,有[2]:
undefined
式中:si——第i个检定点的A类标准不确定度;σKi——第i个检定点的仪表系数标准偏差,1/m3;Ki——第i个检定点的仪表系数平均值,1/m3。
当每条标定管线只有一台标准表时,有[2]:
u1=(si)max (12)
对于u1,根据涡街流量计检定记录,各条标定管线中标准涡街流量计有:
(si)max=0.23% (13)
故取u1=0.23%。
标准流量计检定和使用时均采用气体介质,因气体具有压缩性,故配用了温度和压力变送器。对温度、压力测量不确定度的规定:温度(压力)测量不确定度所引起的流量测量不确定度应不超过标准装置扩展不确定度的1/5。否则,标准装置合成标准不确定度应考虑温度(压力)测量不确定度[3]。
根据误差理论,合成相对不确定度,可以根据下式计算:
undefined
式中:ucr——合成不确定度;undefined——相对灵敏度,也是xi的相对不确定度在ucr中所占的比例(权重)。
用涡街流量计测量管道中的空气的流量不确定度,其测量模型为:
undefined
式中:qνN——标况下流量,m3/s;TN——标况下温度,K;PN——标况下压力,Pa;undefined。
由undefined,可得:
undefined
undefined (17)
将式(16)、式(17)代入式(14),可得:
undefined
可见温度、压力测量影响权重均为“1”,故按前述规定,整套装置的标准不确定度为0.5%,装置不确定度较高,必须最大程度降低各种因素对装置不确定度的影响,根据温度(压力)测量不确定度所引起的流量测量不确定度应不超过标准装置扩展不确定度的1/5这一规定,可知,只要温度、压力测量的不确定度均在0.1%以内,则:
u5=0 (19)
否则,需要考虑温度和压力变送器的不确定度。
取温度变送器测量范围为-20～60 ℃,最大绝对误差±0.2 ℃,转换为开尔文温标后,在其量程范围内,最小示值相对误差为:
undefined
最大示值相对误差为:
undefined
式中:r——示值相对误差;δ——绝对误差;X0——标准表的示值。
按检定规程要求,在标准装置合成标准不确定度中,可以不考虑温度测量不确定度带来的影响。
所选压力变送器测量范围为绝对压力70～110 kPa,精度等级为0.075时,同样按检定规程要求,在标准装置合成标准不确定度中,可以不考虑压力测量不确定度带来的影响。
根据以上分析,本装置不确定度为:
u=(uundefined+uundefined)1/2 (22)
式中:u1=0.23%;u7——检定标准流量计的流量标准装置的合成不确定度。
4 装置实验测试
4.1 最大流量实验
为了检验装置风量设计的效果,对七条主管道进行了最大风量实验,结果如表2所示。实测最大风量是指调节风机流量的变频器在最大频率50 Hz时风机能给管道提供的风量。
表中偏差δ的计算公式为:
undefined
δ为负值表明实测流量低于设计流量,为正值表示实测流量高于设计流量。由表2数据可知,以离心风机为气源的四条管道中,风量最大偏差为-10.7%,符合相关文献提出的在风机选型中误差在20%之内的说法;罗茨风机提供的风量均高于设计要求,这是因为,罗茨风机与离心风机相比,在相同风量下,能够提供更大的压损,在选型时,罗茨风机选定的流量就优于设计要求值。整体风量均在设计预期范围之内。
4.2 流量稳定性实验
为提高装置流量稳定性,管网入口端直接接大气,风机在管网末端吸气,由于无限大大气作为气源,有利于保证装置有较高的稳定性。采用累积时间内流量稳定性对装置进行流量稳定性检定。检定方法为[3]:在每条管道最大流量和最小流量下进行检定,连续记录反应流量大小的输出信号qi(i=1,2,…,n;n≥60)。则流量平均值为[2]:
undefined
相对误差为[2]:
undefined
相关函数为[2]:
undefined
稳定性为[2]:
Eq=kundefined1/2 (26)
式中:Eq——流量稳定性;k——覆盖因子,取k=2;jmin的定义,定义单调下降函数undefined,当j=jmin时,rjmin≤0.1。
表3为各管道流量稳定性计算结果,实测中n取60,表中Eqmin为最小流量稳定性,Eqmax为最大流量稳定性。这里所指最大流量是指每个定点使用的标准流量计在所有工作点里的最大流量,与装置最大流量实验中的将变频器调至50 Hz的最大流量不同。
取管道中稳定性数值最大的作为整套装置的流量稳定性,由表3可知装置流量稳定性优于1.5%。
4.3 仪表检定实验
对每条管道都进行仪表检定实验,被检表选用和标准表相同口径的涡街流量计,表4为DN200管道的检定记录。检定过程中,每个流量点检定三次[7,8,9]。
从表中数据可以看出,涡街流量计定点使用时,各点具有良好重复性,远优于非定点使用的线性度误差,这也说明,涡街流量计可以以定点使用的方式在高精度标准表法流量标准装置中作为标准表使用。
5 结束语
重点对装置管道的压力损失进行了分析计算,对风机选型进行了分析,对装置整体不确定度分配进行了计算,并确定了标准表、温度传感器和压力传感器的选择方案,给出了对装置进行流量稳定性测试及仪表检定实验的结果。装置整体精度为±0.5%,可以对±1.5%及以下精度的差压、涡轮、涡街、转子等多种气体流量计进行检定和开展研究工作。标准表法流量标准装置结构简单、投资少、建设周期短,特别适合于中小型仪表生产厂家对仪表的检定,对它进行研究设计,有利于标准装置的普及,对流量计的研发以及生产水平的提高具有重要意义。
参考文献
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浮式LNG装置适用标准探讨 篇5
1 FLNG标准体系的划分和标准选用原则
FLNG标准体系按适用范围可分为国际法律法规、国际标准、国家法律法规、国家标准、行业标准和企业标准等[3]。按适用效力可分为法律法规、强制性标准规范、推荐性规范和设计指南等。设计遵守的优先次序是法律法规>强制性标准规范>推荐性规范>设计指南。
FLNG所采用的法律法规、标准和规范选用原则是[4~7]:①所选用标准的适用范围应在设计范围之内;②优先采用针对LNG行业和浮式装置建立的国家法律法规、国家强制性规范和标准、专用国家标准、行业标准;③无LNG和浮式装置国标、行标而有LNG和浮式装置相关的国际标准 (ISO) 的, 优先采用LNG和浮式装置国际标准;④无LNG和浮式装置国际标准的, 可采用企业标准、推荐性规范和设计指南等;⑤LNG相关标准, 优先采用顺序为:液化天然气标准、石油天然气标准、石油化工标准、一般通用标准。
2 国际FLNG标准现状
“运动状态”是FLNG与陆上LNG生产设施最大的区别所在, 陆上有关LNG的设计标准不能完全适用于FLNG, 进一步研究与FLNG相关的标准势在必行。
浮式装置的定义是浮于水面且系泊于海上的用于油气处理、储存及装卸的海上设施。FLNG作为浮式装置一个新分支, 目前, 国际上尚无针对FLNG的标准规范, 但与其相关的标准已比较成熟, 主要来自国际海事组织、国际船级社协会和各标准化组织制定的标准。
2.1 国际FLNG相关法规
国际海事组织 (IMO) 决定着船舶的法定标准, 是船舶工业最重要的强制性标准。IMO制定的公约 (规则) 是国际技术法规, 必须由各个缔约国通过履约和立法过程强制执行。国际海上人命安全公约 (SOLAS) 和国际船舶防污染公约 (MARPOL) 堪称“船舶工业最重要的强制性标准”, 因此FLNG都必须严格遵守, 见表1。
2.2 国际FLNG相关标准
FLNG方面的其它标准来自各国标准和世界标准化机构组织制定的相关标准, 主要包括各国国家标准、行业标准及造船企业标准等。
2.2.1 各国国家标准及法律法规
国际LNG方面的标准主要来自欧、美、日等国家和地区。欧洲与LNG相关的英国BS标准共16项, 其中被欧盟 (EN) 采用的BS标准有13项, 法国标准有14项, 内容涉及LNG的一般特性、设备及安装、低温管道、法兰、船岸交接、装卸臂试验和设计、防火等方面的标准, 此类标准中较为常用的是EN 1160《液化天然气的一般特性》和EN 1474《液化天然气设备安装、装卸臂试验和设计》已被我国国家标准等同采标, EN 1473《液化天然气的安装和设备陆上装置的设计》和EN 1532《液化天然气设备与安装船岸界面》被我国国家标准修改采标。
美国有关LNG的法律法规和系列标准涉及LNG的生产、储运、安全防火等多个方面。美国有关LNG项目设计、施工和安全方面的法律有1部 (即美国法典第49主题, 简称49UCS) , 联邦法规 (Code of Federal Regulations, 简称CFR) 有3部 (编号分别为49CFR193、33CFR127和33CFR165) , 国家标准有6项:ANSI/API 2530第1~3部分, ASTM D4784NFPA 57和NFPA 59A, 其中1~4项标准涉及LNG计量, 5~6项标准涉及LNG安全。NFPA 59A是世界各国LNG项目最常采用的LNG安全标准之一, FLNG可参考执行。
日本在LNG方面的标准和法规共10项, 大多集中在LNG接收站和港口航运等方面, 在LNG生产设施方面的标准相对较少。
2.2.2 国际各标准化组织标准
国际标准化组织 (ISO) 为协调各国的LNG标准化工作于2006年成立了标准化工作组 (WG10) , 收集到世界各国LNG标准约50多部。对天然气工业ISO各标准进行研究后, 对FLNG装置有参考价值的国际标准汇总, 涉及关键设备的应用及采购、海上管道系统设计和安装、海上装置风险评定等内容, 共12项, 见表2。表2未列入已被我国国家标准等同或修改采标天然气的分析和计量方面的ISO标准。
除国际标准化组织标准外, 国际电工协会IEC、美国材料与试验协会ASTM、美国石油学会API等相关标准也有一定借鉴价值。
2.2.3 世界各国船级社标准
欧美各家船级社是各国参与国际公约、规范和标准制定的重要技术支持机构, 是船舶技术、信息、规范的集大成者。欧美的船舶工业至今仍然保持着高端技术的船舶市场, 占据着部分液化天然气船舶 (LNG) 建造市场;另一方面, 多年来沉淀下来的工艺、技术、标准优势, 使欧美成为名符其实的全球船舶工业的技术中心、信息中心、规则制定中心。
欧洲船级社以挪威船级社 (DNV) 为代表, 其以船舶和海工技术见长, 其标准规范分3类:海上服务规范 (OSS) 、操作系统的海上标准规范 (OS) 及推荐做法 (RP) 。OSS共18项, OS共35项, RP共56项。针对FLNG的特殊性, 对DNV系列标准分析汇总, 见表3。
美国船级社 (ABS) 为世界船级社“三巨头”之一, 其在船舶机构材料、船用设备 (锅炉、压力容器、电站动力设施) 、船体构造与设备布置、管道材料与焊接等方面具备成熟的船舶和海洋工程设施规范。具体可参见美国《钢制船舶建造和入级规范》第1~7分册。
3 国内FLNG标准现状
我国的LNG行业发展较晚, 标准体系不够健全, 发布的国家和行业标准较少, 基本处于国际和国内标准并用时期。FLNG是国际天然气行业中的前沿产业, 是浮式装置的一个新分支, 尚未实现工业化, 国内尚无FLNG的法律法规、国家标准和行业标准。
3.1 国内FLNG相关法规
目前国内尚无针对FLNG的法律法规, 但一系列与LNG和浮式装置相关的环保和安全方面的法律法规, FLNG必须遵守, 详见表4。
3.2 国内FLNG相关标准
目前, 国内发布和前期研究的LNG国家和行业标准共33项, 分为通用标准、分析计量标准 (等同采标ISO) 、生产储运标准、安全标准和节能标准等。此类标准均是在借鉴国际和国外标准的基础上修订或者等同采用的, 尚不能满足LNG行业的需要。FLNG可参照的标准汇总见表5。
FLNG与传统LNG行业的主要区别体现在“浮式装置”。在浮式装置领域, 中海油一直走在行业前沿[8], 其制定的行业标准系统、全面, 涉及工艺、安全、消防等多个方面, 其中适用FLNG装置标准的见表6。
注:以上标准以现行有效版本为准
注:采标一致性程度及采用标准编号一栏中:IDT-等同采标, MOD-修改采标, GB-国家标准
在企业标准方面, 中海油走在国内LNG行业的前沿, 编制了27项企业标准, 以指导LNG项目的各阶段工作:前期研究、预可研和可研阶段、设计阶段、建设阶段、验收阶段和试生产运行阶段等。
4 结论
目前, 针对FLNG的标准体系尚为空白领域, 只能参照同类LNG装置或者FPSO的相关标准。国内针对LNG和FPSO的法律法规, FLNG必须强制执行;有关天然气和液化天然气的产品、分析计量和安全环保方面的国家标准较为成熟, FLNG可以采用;生产储运标准因海陆区别较大, 可结合LNG、FPSO国家和行业标准的同时, 参照国际LNG标准和各船级社等先进标准。
注:以上标准以现行有效版本为准
参考文献
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装置标准 篇6
平均失效间隔工作时间 (Mean operating Time Between failures, MTBF) 是一项重要的可靠性指标[1]。MTBF曾经一度作为平均失效间隔时间 (mean time between failures) 的缩写, 现在已被标准弃用[1]。实际上, 失效间隔时间要长于失效间隔工作时间, 前者包含了故障恢复时间 (TTR, time to recover) [2]。考虑到通常情况下继电保护装置故障恢复时间相对其运行时间可以忽略, 本文不加区分地统一用“MTBF”代表平均失效间隔工作时间、平均失效间隔时间。
一直以来, 业界对继电保护装置的MTBF指标的理解存在一定误区, 即将装置MTBF指标混淆于装置使用寿命。假设某装置MTBF值为100年, 人们即会产生疑问:装置会使用100年才出现故障吗?实际上, 这里混淆了故障率与寿命的概念, MTBF是故障率指标, 而非寿命指标。对装置MTBF值100年的正确理解应该是, 在装置的设计使用寿命内, 其故障率是0.01次/年。
基于以上原因, 目前继电保护相关标准要么未提及MTBF指标, 要么将MTBF指标设定显著偏低, 因此正确理解继电保护装置MTBF指标, 并探讨如何合理设定MTBF取值, 很有必要。本文将阐述对继电保护装置MTBF指标的理解, 提出MTBF指标的三种计算方法, 即可靠性预计、可靠性试验、现场失效数据统计, 最后探讨继电保护装置MTBF指标与装置寿命的关系, 给出标准取值建议。
1 MTBF指标含义
和其他电子产品类似, 继电保护装置故障分三种类型, 即早期失效期、恒定失效期 (偶然失效型) 、损耗失效期。将这三个时期的曲线连在一起形成形似浴盆的曲线, 称为浴盆曲线。早期失效期失效率较高并逐渐下降, 其原因在于设计、制造的缺陷和装置与外界环境的磨合;偶然失效期的继电保护装置会受到外界环境的影响引发偶然失效, 偶然失效行为占据主导, 失效率函数近似为常数;在耗损失效期, 元器件老化引发的失效愈来愈严重, 导致失效率函数随时间增加。
MTBF是故障率指标, 对继电保护装置而言, 指平均失效间隔工作时间或者平均失效间隔时间。装置处于浴盆曲线不同阶段, MTBF值不同。理论上处于恒定失效期的装置MTBF值最高, 且基本为恒定值。在装置的恒定失效期内, 其故障率λ=1/MTBF (次/年) 。如果一个地区有装置n台, 则该地区装置发生故障的概率为n/MTBF (次/年) 。
2 MTBF指标计算方法
2.1 可靠性预计
可靠性预计主要应用于产品研发设计阶段。
可靠性预计根据组成继电保护装置的元器件、插件的可靠性数据及模型, 逐级进行预计, 直到预计出装置可靠性。这是由局部到整体的综合过程。常用的可靠性预计方法包括元器件应力分析法、元器件计数法。
可靠性预计的基础, 一是恒定失效率电子元器件MTBF是其失效率的倒数, 二是串、并联系统的可靠性计算。设有一个由2个元件构成的系统, 元件失效率分别为λ1、λ2, 则其串联系统总失效率λ=λ1+λ2-λ1λ2, 并联系统总失效率λ=λ1λ2。当λ1<<1、λ2<<1时, 串联系统总失效率λ=λ1+λ2。对于由n个元件构成的串联系统, λi<<1时, λ=∑λn。
继电保护装置MTBF计算分为装置、插件、元器件三层。首先查询、计算出元器件的工作失效率λp。电子元器件的工作失效率λp预计模型一般为基本失效率λb与环境系数πE、质量系数πQ等一系列系数相乘。λb、πE、πQ等数据可以查询对应元器件数据手册得到。
继电保护装置的插件按未进行冗余设计的串联系统考虑, 其插件失效率为λ插件=∑λpi。若装置也按未进行冗余设计的串联系统考虑, 装置失效率λ装置=∑λ插件i。
经出厂试验并检验合格运行于现场的继电保护装置, 电子元器件处于失效曲线底部的恒定失效阶段, 其MTBF=1/λ装置。
可靠性预计目前主要标准是MIL-HDBK-217、GJB/Z 299C和Bellcore, 分别用于军工产品和民用产品。其中, MIL-HDBK-217是由美国国防部可靠性分析中心及Rome实验室提出并成为行业标准, 专门用于军工产品MTBF值计算, GJB/Z 299C是我国军标, Bellcore是由AT&T Bell实验室提出并成为商用电子产品MTBF值计算的行业标准。
IEC/TR 62380也提供了一种电子产品可靠性预计的通用模型[3]。涵盖了电路、半导体分立器件、光电组件、电阻器、电容器、压电组件、显示器、开关、连接器、继电器以及能源设备、保护装置等14大类电子元器件, 并把任务剖面温度变化的影响直接放在模型中予以考虑, 解决了环境因子无法准确评估的问题[4]。
计算MTBF值时可借助专业的可靠性预计软件。
2.2 可靠性试验
继电保护装置可靠性试验目前开展的主要是验证试验[5]。
对于可靠性测定试验, MTBF值的点估计与区间估计如表1所示。
注:TN为到规定截止时间的累积相关试验时间;Tr为到规定失效数的累积相关试验时间;r为失效数;XP2 (v) 为自由度为v的X2分布的P分位数理论值。
设MTBF的真值为m, 在定时截尾试验中的接收概率为:
式中r为试验方案中允许的失效数, T为总有效试验时间。
继电保护装置验证试验通常选择使用方风险β=10%、判决失效数不超过10, 累积有效试验时间不超过15倍的m1。
出于试验时间及试验成本的考虑, MTBF基本按m1=8 760 h或17 520 h验证, 截尾失效数一般选为3~6台, 累积有效试验时间约为5~10倍的m1。
2.3 现场失效数据统计
现场失效数据统计是计算继电保护装置MTBF指标另一种的方法, 也是目前国际主要继电保护厂家及国内部分主流厂家进行装置质量分析的主要方法[6]。
假定现场M台装置, 在运行时间T内共发生F次故障。若不管是否修复都退出运行 (故障事件可能发生在T内的任意时刻, 取故障平均发生在T/2时刻) , 则有:
如果修复时间很短, 修复完成后又马上投入运行, 则:
可以看出, 继电保护装置MTBF准确计算的前提是现场运行台数M和故障次数F的准确统计。这要求继电保护装置厂家建立一套完备的现场数据质量统计分析系统, 同时运行单位与装置厂家之间进行及时、充分的信息沟通, 才能准确、完整反映出装置在现场运行的实际状况。
3 MTBF指标水平
3.1 可靠性预计
目前尚未见到国内外主要继电保护厂家关于装置可靠性预计数据的公开文献。
3.2 可靠性试验
历年以来, 国内主要继电保护厂家的产品, 在中国电科院、国网电科院等业内权威实验室进行试验的结果, 均可轻松满足设定的MTBF指标[7]。这表明当前继电保护装置的MTBF指标水平, 实际上远远高于试验设定值。
3.3 现场失效数据统计
表2是国内部分型号继电保护装置2006~2007年出厂产品的MTBF统计[6]。其中, 统计装置按出厂年份划分, 故障时间窗T选取为2009年1月1日到2009年6月30日。根据收集到的资料, 表2中MTBF数值与ABB、Siemens、SEL等国际公司的继电保护产品MTBF水平相当。可以认为, 目前国际主要继电保护厂家及国内部分主流厂家继电保护装置MTBF可以达到100年以上。
年
4 MTBF指标取值探讨
4.1 装置寿命与MTBF指标的关系
标准DL/T 587《微机继电保护装置运行管理规程》规定[8], 微机继电保护装置使用年限一般不低于12年, 对于运行不稳定、工作环境恶劣的微机继电保护装置可视运行情况适当缩短使用年限。
参考文献[9]以某区域电网的继电保护装置维修记录数据为基础, 对不同运行年限继电保护装置的故障率进行了统计。统计中剔除了装置开关电源4~5年定期更换因素, 以及10~12年运行年限的继电保护装置因管理制度而人为退出运行的数据, 得出装置不同使用年限对应故障率, 结论是装置故障率总体上满足威布尔分布, 运行2~8年期间故障率基本稳定, 10~12年后逐渐上升, 14~16年后显著上升。故考虑到装置运行现场的维护成本, 将继电保护装置的使用年限设定为12年较为合适。
根据IEC/TR 62380, 在正常设计应力水平下, 电子元器件的平均寿命远远超出继电保护装置的使用年限, 在继电保护装置正常使用年限内, 可以认为电子元器件处于恒定失效期, 其故障率基本不变。IEC/TR 62380还指出, 装置中的部分元器件 (如电解电容) 的预期寿命较低, 其使用时间不能超出这个平均寿命值, 否则失效率不能再假定为恒量[3]。因此, 探讨装置的MTBF取值时, 应该基于以下三点前提条件:
(1) MTBF指标分析应用于装置的恒定失效期, 即自装置投运到运行10~12年期间。 (2) 装置应用场合的环境、机械、电应力符合设计要求。 (3) 装置得到预防性维护, 预期寿命较低的元器件及时更换。
一言以蔽之, 继电保护装置MTBF指标与装置使用寿命没有直接的必然联系。继电保护装置的MTBF指标, 反映了在预期使用寿命内、预期使用条件下, 装置预防性维护后的故障率水平。
4.2 标准取值
目前继电保护相关标准, 或者未提及MTBF指标, 或者MTBF指标设定显著偏低。例如, 继电保护装置标准DL/T 478-2012《继电保护和安全自动装置通用技术条件》、GB/T 14598.2-2011《量度继电器和保护装置第1部分:通用要求》, 均未对MTBF指标提出要求, 远动设备标准GB/T 13729-2002《远动终端设备》、GB/T 17463-1998《远动设备及系统第4部分:性能要求》、DL/T 630-1997《交流采样远动终端技术条件》, 规定远动设备MTBF值为8 760 h, 或者分级2 000, 4 000, 8 760 h, 交换机设备标准YD/T 1099-2005《以太网交换机技术要求》、YD/T 1255-2003《具有路由功能的以太网交换机技术要求》规定交换机设备的MTBF值为17 520 h。此外, 继电保护装置电源标准DL/T 527-2002《静态继电保护装置逆变电源技术条件》规定电源模块的MTBF值为50 000 h或者100 000 h。
有文献统计, 某电网公司220 kV及以上在运行保护装置MTBF为63.53年[9]。参考文献[6]则指出, 目前国际主要继电保护厂家及国内部分主流厂家继电保护装置MTBF可以达到100年以上。
考虑到国内外标准中目前尚没有可参考的指标, 本文建议, 在相关标准修订时给出MTBF指标的系列取值, 例如50、100年, 要求装置生产厂家采取自我申明的方式说明。同时, 考虑到MTBF指标在50年以上时可靠性试验的实施可行性, 可以在标准中规定, 由用户审核厂家MTBF指标的自证材料。
5 结语
继电保护装置由软件部分和硬件部分组成, 考虑到软件缺陷不会随运行时间增加, 反而因软件不断升级而可靠性逐渐提高, 本文重点分析继电保护装置硬件方面的MTBF指标。
MTBF是继电保护装置一项重要的可靠性指标, 与装置寿命概念不能混淆, 二者在装置全生命周期成本 (LCC) 管理中所对应的成本项也不一样。根据实际需求, 目前有必要在继电保护相关标准中对MTBF指标的要求给予明确。
参考文献
[1]GB/T2900.13-2008电工术语可信性与服务质量[S].
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[4]段翠霞, 林长苓, 聂国健.IECTR62380可靠性预计通用模型分析[J].电子产品可靠性与环境试验, 2011, 29 (5) :21-25.
[5]凌刚.可靠性试验及其在继电保护装置的应用[J].电工电气, 2012 (7) :42-46.
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[7]胥岱遐, 韩天行, 梁志成.电力系统继电保护及自动化装置可靠性试验与评估[J].中国电力, 2008, 41 (3) :17-21.
[8]DL/T587-2007微机继电保护装置运行管理规程[S].
标准转速发生装置不确定度分析 篇7
(1) 测量依据:JJG105—2000《转速表检定规程》
(2) 环境条件:温度 (20±5) ℃, 相对湿度≤75%, 电压波动量≤10%。
(3) 测量标准:标准转速发生装置, 型号:SZJ-5A, 上海转速表厂
(4) 被测对象:0.1级手持数字式转速表, 型号:DM6234P, 深圳胜利仪器公司
(5) 测量过程:在规定的环境条件下, 首先将转速标准装置预热半个小时, 然后将转速标准装置设置在相应的转速值, 最后调整好转速表与转速标准装置转轴的间距, 并确认转速表能正常接收信号, 等转速表的示值稳定后读取并记录, 每个测量点重复测量10次。现取200r/min, 2000r/min, 20000r/min三个测量点为例进行分析。
1 标准转速发生装置不确定度的分析
1.1 数学模型
式中:Rm——转速表指示转速值
Rs——转速标准装置指示转速值
1.2 方差和灵敏系数
依据方程:
得
传播系数:
因而:
式中:u (R m) ——转速表指示转速值的不确定度分量
u (R s) ——转速标准装置指示转速值的不确定度分量
1.3 测量不确定度来源, 标准不确定度计算
(1) 转速表示值重复性引入的不确定度u (Rm1)
将转速标准装置设置检定点200r/min, 2000r/min, 20000r/min, 用手持式转速表分别进行十次独立重复测量, 测量结果如下:
由转速表重复性所引入的标准不确定度u (Rm1) 属A类评定, 用贝塞尔公式计算的单次测量实验标准差。
根据:
得单次测量的实验标准差:200r/min:s=0.07 (r/min)
2000r/min:s=0.70 (r/min)
20000r/min:s=1.51 (r/min)
实际测量时, 根据规程规定, 在重复条件下连续测量10次, 以10次测量的算术平均值作为测量结果, 其标准不确定度为:
自由度:ν (Rm1) =n-1=9
(2) 由转速表的量化误差引入的标准不确定度分量
当转速表r<1000r/min, 分辨力为d=0.1r/min, 其量化误差以均匀分别在半宽为0.05r/min的区间内;当r≥1000r/min, 分辨力为d=1r/min, 其量化误差以均匀分别在半宽为0.5r/min的区间内, 由此引入的标准不确定度服从均匀分布, 取k=3则:
(3) 转速表触发误差引入的标准不确定度分量u (Rm3) 和转速表晶振影响量引入的标准不确定度分量u (Rm4) 因小于1个数量级以上, 因此可以忽略。
(4) 由标准转速装置引入的标准不确定度分量u (R s)
标准转速装置由上级部门检定, 经过多年的检定结果给出的相对扩展不确定度为:
(20~300) r/min:相对扩展不确定度:3×10-4 (k=3)
(301~30000) r/min:相对扩展不确定度:1×10-4 (k=3)
标准转速装置引入的标准不确定度分量u (R s) :
1.4 标准不确定度一览表
1.5 合成标准不确定度
各分量标准确定度各自独立、互不相关, 可按下式合成相对标准不确定度:
得出:
1.6 有效自由度
依据各检定点的分量标准不确定度及合成相对标准不确定度, 按Welch-satterthwaite公式分别计算有效自由度。
得出:
1.7 扩展不确定度的评定
取置信概率p=95%, 按有效自由度查表计算得出扩展不确定度:
其相对扩展不确定度为:
1.8 测量结果不确定度的报告
2 检定或校准结果的验证
用型号:SZG-441编号:9606144手持数字转速表在5000r/min转速点上对转速标准装置进行检定:
平均值:5000.2 r/min
用型号:DM6234P编号:VC921937手持数字式转速表在5000r/min转速点上对转速标准装置进行检定
平均值:4999.8 r/min
以上本标准器相对扩展不确定度为:0.01%, 在5000r/min时, 扩展不确定度为0.5r/min, 则:
满足:, 因此测量不确定度得到验证。
摘要：文章论述标准转速发生装置不确定度的数学模型及校准结果验证等, 探讨了相关的评定及方法。
关键词：标准转速,发生装置,不确定度分析
参考文献
[1]JJG 105-2000, 转速表检定规程[S].
[2]JJG326-2006, 转速标准装置检定规程[S].
装置标准 篇8
电力系统中为了降低线路损耗、提高功率因数和电能质量，通常在用户端或变电所进行无功功率补偿。低压成套无功功率补偿装置(简称补偿装置)简单经济、易于控制是无功功率补偿最为常用的方法。
补偿装置是低压成套开关设备和控制设备的特殊类别。它既有成套设备的一般特性，同时又有电容器、电抗器、控制器等元件的特殊要求。IEC 61439系列是低压成套开关设备和控制设备的标准，阐明了其使用条件、结构要求、技术性能和试验。考虑到GB/T 15576—2008[1](下简称15576)与IEC 60439—1:1999[2](下简称IEC 60439—1)的关联性，随着IEC 61439—1Edition 2.0[3](下简称IEC 61439—1)的国产化，低压补偿装置的标准会做出相应调整。本文通过IEC 61439—1(IEC 61439—1有3种验证方式，本文仅讨论试验验证verification test。)与IEC60439—1的差异给出了涉及补偿装置新增及变动的试验项目。随着对电网电能质量要求的提升，抑制涌流与谐波在补偿装置中有了更高要求。本文结合标准与实际试验分析了电抗器对补偿支路电气参量的影响以及对涌流、谐波、温升试验的影响，并对15576中部分有待完善电气性能试验条款进行分析，由于IEC 61439不涉及15576中电气性能试验部分，所以439系列标准换版对此部分没有影响。希望得出的结论对生产企业制定技术条件、产品设计以及标准开发有所帮助。
2 15576有变化的试验项目
2.1 IEC 61439—1新增的试验项目
2.1.1 材料与部件的强度
IEC 61439—1对空壳体的要求与试验和IEC62208/GB/T 20641[4]基本等同。IEC 61439—1增加了针对壳体的以下试验：耐腐蚀、绝缘材料耐热性、灼热丝、耐老化、提升、机械冲击、标志试验。
15576中所涉及壳体试验的部分为7.17基本环境试验，包含环境温度、耐老化、耐腐蚀3项试验。IEC 61439—1中耐腐蚀与耐老化试验与15576中的相同点在于试验方法基本相同，需要注意的是IEC 61439—1耐腐蚀性试验严酷等级B与15576中对应的试验细节不同：一为2个12合计24 d的存储;另一为12和14合计26 d的存储。不同之处为IEC 61439—1中的此两项试验并不仅限于户外型设备，而15576中的壳体试验仅考虑户外型。
15576中7.17.1环境温度性能试验目的为考核含电子器件的补偿装置在规定的环境空气温度上限和下限情况下长期运行的可靠性。IEC61439—1中不含此项试验。
IEC 61439—1中的绝缘材料耐热性、提升、机械冲击、标志、灼热丝几项试验为15576所不包含项目，这几项试验在此不详述见文献[4]。
2.1.2 冲击耐受电压
IEC 60439—1中7.1.2.3.4和8.2.2.1给出了免除冲击耐受电压的条件，而IEC 61439—1中对于冲击耐受电压试验为强制性。有关试验方法见文献[1]。这里要注意的是对抽出式补偿装置在IEC 61439—2中对抽出式部件隔离位置的试验布置有特别要求。
2.2 有变化的试验项目
2.2.1 工频耐受电压
IEC 61439—1与IEC 60439—1关于同一额定绝缘电压对应的试验电压值有所变化。以补偿装置常见的额定绝缘电压690 V为例，IEC61439—1中试验电压为1 890 V，而IEC 60439—1为2 500 V。
另外，对于试验用变压器的输出短路电流也有变化：IEC 61439—1要求试验用变压器输出端子短路时输出电流至少200 mA，而IEC 60439—1只要求交流电源有足够功率维持试验电流。
实际当中，用于投切电容器的复合开关或晶闸管开关主要由电力电子元件组成，其相相之间耐压一般达不到主回路相应的要求。此处的试验布置宜在15576中有所描述。
2.2.2 防护等级
对于IPX1而言IEC 61439—1放宽了试验条件，允许以移动滴水箱代替转动试品。IEC60439—1严格按IEC 60529/GB 4208的要求不允许移动滴水箱。
2.2.3 机械操作
IEC 61439—1对于机械操作的次数由IEC60439—1的50次变为200次。这对于补偿装置的结构设计要求更为严酷。
3 15576部分试验条款讨论
3.1 谐波试验
3.1.1 电抗器
电抗器对于涌流、温升、谐波等试验均有影响首先进行讨论。
图1为补偿装置含电抗器支路单相示意图。对于三相电路由于电源与负载的对称性单相分析结果适用于三相。图1中开关S为补偿支路保护器件和投切装置的合并简化，由于支路各个元件间连接线很短故可认为支路的电阻为零。Xh L与Xh C为电抗器、电容器在h次谐波下的阻抗值，h=1为基波条件，此时下标1省略且XL≪XC，并定义电抗率X%=XL/XC。
串联在补偿装置支路的电抗器用途主要为抑制涌流与滤波。抑制涌流利用了电抗器电流不能突变的原理，一般工程中采用电抗率为0.1%～1%的电抗器。实际中有很多补偿装置不配有串联电抗器，此时系统电抗和变压器漏抗起到了抑制涌流作用。当补偿装置容量较大变压器漏抗较小时，仅由系统的电抗便不能满足抑制涌流的要求，从而需要加装电抗器。滤波的基本原理是使电抗器与电容对某次谐波呈现低阻抗，即串联谐振使得谐波电流被短路到本支路。此时电抗率的选择要依据滤波次数、系统参数而定。由于谐波无功功率尚未有定义。本文中无功功率仅指基波。
首先分析基波时的情况。
可见支路串联电抗器后电容器端电压和电流幅值与不串联电抗器相比会随电抗率增大而增大。对电容量不可调电容器而言其不变电气参数为其电容量即C，在基频下XC恒定。电容器额定电压VCn，额定电流ICn，则额定容量QCn=V 2Cn/XC，额定电流ICn=VCn/XC，运行容量QC=V C2/XC。一般情况下，制造商会选择额定电压大于补偿装置额定电压的电容器，以留有设计上一定的裕度。但此时仍应考虑当X%增大导致VC>VCn时，过压过流给电容器带来的危险。另外当补偿装置分支不串联电抗器，即X%=0,QC一般小于QCn，说明支路不带串联电抗器补偿装置的电容器运行于其额定容量以下。
3.1.2 LC无源滤波基本原理
图1中从电压输入端看支路在h次谐波下的阻抗值Zh=h·XL-XC/h=XC(h·X%-1/h)。谐振点
当h2=1/X%或h2接近于1/X%支路对h次谐波电流呈现低阻抗，使得谐波电流不流入系统。
图2为电气系统谐波等效电路，这里将谐波源简化为电流源[5]。Xhs表示系统在h次谐波下的感抗，基频下低压系统感抗已不能认为远远大于电阻。但本段中系统感抗为基频值经h倍放大而电阻在任何次谐波下为常量，故省略电阻部分。经计算可得：
对h次谐波：当Xh L>Xh C即补偿支路对h次谐波呈感性。补偿支路起分流作用流入系统谐波电流减小;当Xh L=Xh C补偿支路对h次谐波短路，谐波电流完全流入补偿支路;当Xh L
由以上分析可知，补偿支路对h次谐波呈容性时有放大系统谐波的可能性;滤波的设计要综合考虑系统与补偿装置的参数。本段的分析认为电容器与电抗器的物理参数不变，实际设计中要考虑这些参数随环境参数比如：温度、湿度、大气压等的变化。
3.1.3 15576中谐波标准评述
15576中对于谐波方面的标准主要引用文献[7]，并按总谐波电流滤除率来区分滤波及抑制谐波。
文献[7]中对于每个电压等级下各次谐波电流均有限值要求，但实际使用或试验时由于系统短路阻抗及协议容量等参数难以确定，故各次电流谐波限值难以确定。文献[7]中对于15576所适用的交流1 000 V及以下设备仅有380/400 V一档电压电流要求，而对于矿业常用的690 V及作者所接触过的800 V,1 000 V柜体无任何规定。使得文献[7]在部分试验条件下判据失效，例如对于额定电压690 V带滤波补偿装置的试验而言谐波电压的判据不存在。由以上分析可知补偿设备支路对某一次谐波有抑制或滤除作用时，对另一次谐波有放大可能。举例：实践中某补偿装置的总谐波电流及5次谐波电流在设备投入后减小但7次谐波电流增大。补偿装置目的为改善电能质量，这种部分谐波电流被放大的情况明显违背了初衷。更为合理的判定方法应该将各次与总谐波电流综合考虑。
从以上分析可知，当一个补偿装置含有针对两种及两种以上谐波进行滤波的分支时，各个分支不同的投切顺序会对于系统谐波有不同影响。建议制造商给出相应的投切顺序，以免引起谐波放大。
3.2 温升试验
15576中7.3规定温升试验电压应使电容器支路电流不小于其额定电流，由3.1.1中可得出
即温升试验分支电流大小可通过调节试验电压幅值进行改变。当补偿装置支路含电抗器时电压升高幅度要低于不含电抗器的情况。须注意V的升高有可能导致电容器过压运行。当补偿装置中有多种额定电压不同的电容器时由于各支路从同一母排取电单靠调节电压幅值很难达到标准中对电流的要求。例如：额定电压380 V的不含电抗器补偿装置分支含400 V和450 V两种电容器。当调节试验电压为450 V时可满足标准中对试验电流的要求，但此时部分电容已处于过压状态。
3.3 涌流试验
补偿装置分支合闸并入系统瞬间，将会产生高频、高幅值的合闸涌流。涌流过大将会造成电容器损伤、保护装置误动，其电动力会造成设备结构损伤，尤其对于频繁投切的场所涌流的控制尤为重要。
按照线性动态电路理论，图1中开关闭合后涌流大小与电源电压、电容与电感的参数、电容器投入前电压有关。涌流大小及分析方法见文献[6,8]。可以得出，当在电源电压瞬时值与幅值接近时投入产生涌流最大;补偿支路的电抗器可以有效地减小涌流;由于电气系统三相对称性当三相同一时刻合闸，三相电流不会同时达到最大或最小，可以通过分相延时投切使得每一路涌流达到最小。
15576中未明确规定涌流的试验电压，由于试验电压幅值对合闸后电压电流的影响很大所以试验电压的规定尤为重要。实际使用或试验中随着补偿装置各个分支的投入系统电压逐步升高，此时至少应对所考察支路投入时电压进行记录以保证试验的准确性;再者，涌流试验目的是为了保护支路元件不受过流影响，考虑到电容的增压作用所以标准规定对最后一路进行试验。实际使用中由于系统电气参量的瞬变性以及手动投切的随机性每一条支路均有可能作为最后一路。所以标准宜将“最后一路”改为对参数不同支路分别进行试验。按电路理论涌流与电容投入前残压有关，且多数投切开关对于连续两次投切时间间隔也有定义，故试验时应在电容器放电完毕后进行或在制造商规定时间间隔后进行。
3.4 其他
15576中试验条款7.1.6要求对机电开关电容器投入时端电压进行测量，要求不大于电容器额定电压10%;同时对装置瞬态过电压进行测量，要求在2 2额定电压以下。
此两点在标准中表达比较含混。实际上瞬态过电压的测量可以结合涌流试验一并完成。而电容器再次投入残压需要标准进一步的说明，其中原文“一定的延时时间”应给出具体的要求。
4 结论
本文通过对照IEC 61439—1与IEC 60439—1不同之处，给出了IEC 61439—1国产化后补偿装置标准相应有可能要增加和修改的地方。其中主要增加了对壳体的试验。分析了电抗器在补偿装置中的用途，支路串联电抗器对补偿装置性能有提升但对电容器运行能力有所要求。根据试验经验对谐波、涌流、温升等试验中有待完善的地方提出了一些建议。
摘要：在电气系统中无功功率补偿装置广泛应用于补偿系统的无功功率、降低网络损耗、改善功率因数和电能质量。考虑到低压成套无功功率补偿装置的国家标准与439系列标准的紧密联系,伴随IEC 61439—1Edition 2.0版本的国产化,给出了GB/T 15576—2008中将会受到影响的试验项目。通过实际检测经验对15576中温升、涌流、谐波试验进行了分析并对部分有待完善的条款进行讨论。
关键词：无功补偿,低压成套,标准,试验
参考文献
[1]GB/T 15576—2008低压成套无功功率补偿装置[S]北京:中国国家标准出版社,2009.
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[7]GB/T 14549—1993:电能质量公用电网谐波[S].北京:中国标准出版社,1994.
水流量标准装置的节能技术改造 篇9
关键词：水流量标准装置,变频器,稳流稳压,节能技术改造
大庆油田油气水计量检定站的水流量标准装置由于投产较早及检定工作量的增加, 原有的检定方式已经不适应生产需要, 长时间的低效工作浪费了大量的电能来做无用的水循环, 决定对原水流量标准装置进行节能技术改造, 满足油田生产需求。
1 问题分析
原水流量标准装置存在的主要问题:
1) 水流量标准装置配置5台水泵, 功率分别为2台30 k W和3台80 k W, 能够提供较大的流量。在检定各种口径水流量计的中小流量点时, 需要较长的检定时间, 只能有少部分的流量用来检定, 浪费了大量的电能来做无用的水循环。
2) 水流量标准装置由于设计投产时间较早, 装置的材质不适合大庆地区水质碱性大的特点, 计量准确度和检定效率较低, 每年需要对装置进行大量的维护工作, 造成了人力物力浪费。
3) 随着国内水流量计制造技术和制造水平的不断提高, 产品的更新速度较快, 现有的水流量标准装置在设计工艺和技术水平上已经跟不上新型水流量计的快速发展[1]。
2 节能技术改造
2.1 针对能源浪费进行改造
为30 k W水泵和80 k W水泵各加装1台变频器, 并增加了1台功率为10 k W的水泵配合30 k W水泵工作, 年节电20 000 k Wh。检定同一台水流量计使用30 k W水泵与10 k W/30 k W水泵配合使用的耗电量对比见表1。
2.2 针对水质腐蚀性大进行改造
设置单独的蓄水池, 将水的碱性中和弱化后用于循环检定, 减轻水对装置和水泵的腐蚀, 减少每年的维护工作量。因为标准器放空阀悬空正对蓄水池, 且蓄水池在地面以下, 是实验室最低点, 日常工作时难免有些杂质落入蓄水池。在设计蓄水池时设置了两道阻污墙, 一道位于池顶, 主要拦截密度小于水的油污、泡沫、塑料等;另一道位于池底, 拦截密度大于水的石子等, 并在水泵进口加装了过滤网。
2.3 针对工作效率低进行改造
1) 将原来手动控制的水流量计检定台升级为串联摄像式半自动水流量计检定台, 通过电脑控制阀门、表盘图像智能识别读数配合手动控制的形式, 既能自动检定也能手动检定, 使水流量计的检定由原来的1次检定1台提升至4~5台, 大大提高了小口径水流量计的检定效率, 节约了大量电能。
2) 扩展了15~50 mm口径水流量计检定装置, 增加了65 mm、80 mm口径管线, 把80 mm口径以下水流量计集中到一套装置上检定。使用原来水流量计检定装置中的工作量器, 按国家计量检定规程要求, 可以满足15~65 mm旋翼水流量计和50~80mm水平螺翼水流量计的检定要求, 既能保证检定水流量计的准确度, 又利用了原有的大部分设备和工作量器, 在检定中小口径水流量计时, 不用启动大口径装置和大功率水泵, 既节约了电能, 又降低了大口径装置的损耗, 从而提高水流量计检定中的经济性。
2.4 针对工艺水平落后进行改造
1) 水流量标准装置比水流量计检定台的准确度等级高很多, 配套设备也更精密, 所以制造费用更高。安装设备所需面积大, 原有的实验室在合理规划和安置设备的同时, 可能还要扩建或改造实验室格局。结合实验室自身条件, 咨询了生产商和流量专家, 设计了一套尽量节省地上面积的水流量标准装置, 前后试验管段集中安装在轮盘上, 尽量缩短试验管段, 其稳流性能的缺失由以下3种方法来弥补:
◇水泵采用正压法安装, 进口低于蓄水池液面, 吸入的水不含或较少含气泡, 减小气泡对水流态的干扰;
◇水泵出口安装稳压装置, 利用装置内空气对水的挤压和内部溢流板的限制, 让水可以平稳流入试验管线;
◇试验管线前端加装束流管, 最大限度地平稳水流的流态。新的设计方案解决了实验室占地面积大和稳流稳压等问题, 同时减少资金的投入和日后修护的费用, 少安装了夹表器、换向器、调节阀、截止阀等各种主要易耗易损配件, 从根本上降低了后期的维修保养成本。
2) 高灵敏度滴水水流量计的检定是一个难点。高灵敏度滴水水流量计量程下限比较小, 可以达到2 L/h的滴水流量, 为水流量计检定台配备最小的玻璃转子流量计的最小刻度为5 L/h, 不能满足高灵敏度滴水水流量计小流量的检定。为此, 在水流量计检定台上增加一套最小刻度1 L/h的玻璃转子流量计, 并定制了一个1 L的工作量器与之配套使用。
3) 复式水流量计是由大口径水流量计旁并联1台小口径水流量计组成的, 可以根据流量大小的变化, 自动切换流体通过其中1台水流量计。这个特性造成检定时很难在停止检定瞬间读到准确的刻度, 只有当流体静止时可以轻易同时读取2台表的表盘刻度。改造后的检定复式水流量计装置流程见图1。通过在一套水流量标准装置背压管后、换向器前端安装一个能够快速开闭的气动阀门, 达到可以快速开闭截断管线、停止流体流动的目的。不检定复式水流量计时, 将气动阀常开即可恢复装置原貌。
1—进水口;2—水泵;3—截止阀;4—稳压容器;5—水池;6—单向截止阀;7—被检表;8—夹表器;9—调节阀;10—换向器;11—分水器;12—容器;13—电子秤;14—快速气动阀门。
3 结论
经过对水流量标准装置的自动化和节能化技术改造, 仅统计近3年数据, 减少用水近5000 m3, 以工业用水单价4.7元/m3计算, 节约水费约23 500元;减少用电近2×105k Wh, 以工业用电单价0.908元/k Wh计算, 节约电费约18.16万元, 对水流量计量检定节能降耗工作的开展具有重要的意义。
参考文献