本發(fā)明涉及氣體流量計(jì)量及壓力能回收利用領(lǐng)域，具體涉及一種基于螺桿式膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁坑?jì)量裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著天然氣在城鄉(xiāng)生活及各種工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的進(jìn)一步普及，我國(guó)天然氣的消費(fèi)量明顯呈現(xiàn)出逐年升高的趨勢(shì)，2016年我國(guó)的天然氣消耗總量已突破2000億m3。高壓管網(wǎng)的天然氣在進(jìn)入用戶終端(居民用戶或工業(yè)用戶)之前，需要首先從經(jīng)長(zhǎng)輸管線將輸送到城鎮(zhèn)管網(wǎng)(低壓管網(wǎng))。在將天然氣由高壓管網(wǎng)輸送至用戶終端期間，天然氣生產(chǎn)廠與長(zhǎng)輸管線之間、長(zhǎng)輸管線與長(zhǎng)輸管線之間、長(zhǎng)輸管線與城鎮(zhèn)管網(wǎng)之間、城鎮(zhèn)管網(wǎng)與城鎮(zhèn)管網(wǎng)之間以及城鎮(zhèn)管網(wǎng)與用戶終端之間都需要準(zhǔn)確的燃?xì)廨斔土坑?jì)量。如果用于燃?xì)廨斔土坑?jì)量的氣體流量計(jì)量裝置的計(jì)量誤差大，則會(huì)給燃?xì)怃N售商或用戶造成經(jīng)濟(jì)損失。
目前的氣體流量計(jì)量裝置按照其工作原理劃分，主要包括超聲型、渦輪型、壓差型、科里奧利型、容積型以及渦街型等，針對(duì)氣體流量需要高度精確控制或計(jì)量的領(lǐng)域(如商業(yè)氣體(如燃?xì)?的銷售)，由于傳統(tǒng)的流量計(jì)量裝置普遍存在測(cè)量準(zhǔn)確性的影響因素較多、測(cè)量誤差較大的缺陷，具體而言，如超聲型流量計(jì)測(cè)量時(shí)，傳感器與管壁接觸是否良好、流速過(guò)高/過(guò)低、被測(cè)流體的均勻性等因素都會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生較大影響，渦輪型流量計(jì)受流體粘度等因素的影響較大，壓差型流量計(jì)受介質(zhì)的(密度、粘度)、直管段的(長(zhǎng)度、溫度、安裝位置)等因素的影響較大，科里奧利型流量計(jì)主要適用的測(cè)量對(duì)象為低密度介質(zhì)(如低壓氣體)，其在測(cè)量過(guò)程中受外界振動(dòng)的干擾影響較大，現(xiàn)有的容積式流量計(jì)受溫度、粘度的影響較大，其普遍體積大較為笨重；渦街型流量計(jì)受介質(zhì)的粘度、流速、顆粒物、溫度波動(dòng)等影響較大。而較大的誤差即不精確的容積(流量)計(jì)量不僅會(huì)降低產(chǎn)品的質(zhì)量，而且會(huì)給銷售商或者用戶造成經(jīng)濟(jì)損失。此外，傳統(tǒng)的流量計(jì)量裝置還存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺陷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
技術(shù)問(wèn)題
有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于螺桿式膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁坑?jì)量裝置及方法，旨在對(duì)天然氣的壓力能進(jìn)行回收的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣流量的高精度計(jì)量。
技術(shù)方案
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一方面提供了一種基于螺桿式膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁坑?jì)量裝置，該裝置包括：
氣體處理系統(tǒng)，其用于對(duì)上游的高壓管網(wǎng)中的來(lái)流燃?xì)膺M(jìn)行降壓并回收壓力能之后通往下游的低壓管網(wǎng)；
流量轉(zhuǎn)換通訊系統(tǒng)，其用于在氣體處理系統(tǒng)對(duì)來(lái)流燃?xì)膺M(jìn)行降壓并回收壓力能的過(guò)程中，基于所述氣體處理系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)獲取燃?xì)饬髁繀?shù)和工作狀態(tài)參數(shù)；以及
監(jiān)控端，其用于接收所述流量轉(zhuǎn)換通訊系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，以及用于向所述流量轉(zhuǎn)換通訊系統(tǒng)發(fā)送讀取數(shù)據(jù)的請(qǐng)求。
對(duì)于上述基于螺桿式膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁坑?jì)量裝置，在一種可能的實(shí)施方式中，所述流量轉(zhuǎn)換通訊系統(tǒng)包括流量轉(zhuǎn)換單元、通訊單元、傳感器組以及閥門(mén)組，
其中，所述傳感器組用于采集所述氣體處理系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)；
其中，所述流量轉(zhuǎn)換單元用于：
根據(jù)所述傳感器組采集的運(yùn)行參數(shù)得出所述工作狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)所述狀態(tài)工作參數(shù)控制所述閥門(mén)組的開(kāi)/閉狀態(tài)；以及
根據(jù)所述傳感器組采集的運(yùn)行參數(shù)得出所述燃?xì)饬髁繀?shù)，并將所述運(yùn)行參數(shù)、所述燃?xì)饬髁繀?shù)和所述工作狀態(tài)參數(shù)中的全部或者一部分通過(guò)所述通訊單元傳輸至監(jiān)控端。
對(duì)于上述基于螺桿式膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁坑?jì)量裝置，在一種可能的實(shí)施方式中，所述氣體處理系統(tǒng)包括螺桿式膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、整流器和蓄電池，
其中，所述螺桿式膨脹機(jī)的進(jìn)氣口和出氣口分別與高壓管網(wǎng)和低壓管網(wǎng)相連接，所述螺桿式膨脹機(jī)還通過(guò)聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)連接，所述發(fā)電機(jī)通過(guò)所述整流器與蓄電池連接。
對(duì)于上述基于螺桿式膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁坑?jì)量裝置，在一種可能的實(shí)施方式中，所述蓄電池通過(guò)電力電纜與流量轉(zhuǎn)換單元與通訊單元分別相連。
對(duì)于上述基于螺桿式膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁坑?jì)量裝置，在一種可能的實(shí)施方式中，所述傳感器組包括壓力傳感器、溫度傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器，
其中，所述壓力傳感器和所述溫度傳感器均設(shè)置在所述螺桿式膨脹機(jī)的進(jìn)氣口的上游，所述轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)置在能夠檢測(cè)所述螺桿式膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速的位置。
對(duì)于上述基于螺桿式膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁坑?jì)量裝置，在一種可能的實(shí)施方式中，所述轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)置于能夠獲取到所述膨脹機(jī)或者所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的位置。
對(duì)于上述基于螺桿式膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁坑?jì)量裝置，在一種可能的實(shí)施方式中，閥門(mén)組包括第一閥門(mén)和第二閥門(mén)，第一閥門(mén)設(shè)置在所述螺桿式膨脹機(jī)的進(jìn)氣口的上游，所述第二閥門(mén)設(shè)置在所述螺桿式膨脹機(jī)的出氣口的下游。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明另一方面還提供了一種基于螺桿式膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁坑?jì)量方法，該方法包括如下步驟：
s100、流量轉(zhuǎn)換單元基于流量計(jì)量裝置的運(yùn)行參數(shù)得出工作狀態(tài)參數(shù)，根據(jù)所述工作狀態(tài)參數(shù)進(jìn)一步判斷流量計(jì)量裝置是否存在故障，并且
在流量計(jì)量裝置存在故障的情形下，使閥門(mén)組關(guān)閉，以及將流量計(jì)量裝置存在故障的信息傳輸至監(jiān)控端；
s200、流量轉(zhuǎn)換單元基于流量計(jì)量裝置的運(yùn)行參數(shù)得出燃?xì)饬髁繀?shù)，并將所述運(yùn)行參數(shù)和所述燃?xì)饬髁繀?shù)中的全部或者一部分傳輸至監(jiān)控端；
其中，所述流量計(jì)量裝置的運(yùn)行參數(shù)包括螺桿式膨脹機(jī)進(jìn)氣口上游的溫度、螺桿式膨脹機(jī)進(jìn)氣口上游的壓力以及螺桿式膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速。
對(duì)于上述基于螺桿式膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁坑?jì)量方法，在一種可能的實(shí)施方式中，所述燃?xì)饬髁繀?shù)為氣體累計(jì)流量，所述氣體累計(jì)流量的計(jì)算方法包括如下步驟：
s21、來(lái)流燃?xì)庠诋?dāng)前壓力下的氣體體積流量vp由以下的公式(1)計(jì)算得出：
vp＝msvsn(1)
公式(1)中，ms為螺桿式膨脹機(jī)的螺槽數(shù)，vs為單個(gè)螺槽的容積，n為螺桿式膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速；
s22、基于計(jì)算出的vp，求得來(lái)流燃?xì)庠跇?biāo)況下的氣體瞬時(shí)流量vst；以及
s23、基于計(jì)算出的vst，時(shí)間段δt內(nèi)的累積氣體流量vδt由以下的公式(2)計(jì)算得出：
公式(2)中，δt＝t2-t1，t1為起始時(shí)間，t2為終止時(shí)間，f為泄漏百分?jǐn)?shù)。
有益效果
本發(fā)明的基于螺桿式膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁坑?jì)量裝置及方法利用螺桿式膨脹機(jī)(以下簡(jiǎn)稱膨脹機(jī))的螺槽能夠定容積輸送氣體和氣體在膨脹機(jī)內(nèi)部膨脹帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)的原理實(shí)現(xiàn)了對(duì)燃?xì)饬髁康母呔扔?jì)量。具體而言，由于膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)數(shù)可以計(jì)量得非常準(zhǔn)確，加之膨脹機(jī)在進(jìn)出口壓力一定的情形下其泄漏百分?jǐn)?shù)又是固定的，所以裝置的流量轉(zhuǎn)換單元能夠非常準(zhǔn)確地計(jì)量出來(lái)流燃?xì)獾牧髁?，從而提高了?jì)量精度和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了商業(yè)氣體買(mǎi)賣(mài)雙方的經(jīng)濟(jì)損失。
此外，本發(fā)明的流量計(jì)量裝置還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、使用方便以及制造成本低的優(yōu)點(diǎn)，可用于大、中、小型氣體計(jì)量場(chǎng)所，尤其適用于中小型高精度流量計(jì)量的場(chǎng)所。
根據(jù)下面參考附圖對(duì)示例性實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的其它特征及方面將變得清楚。
附圖說(shuō)明
包含在說(shuō)明書(shū)中并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖與說(shuō)明書(shū)一起示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例、特征和方面，并且用于解釋本發(fā)明的原理。當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，能夠更完整更好地理解本發(fā)明。此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
圖1示出本發(fā)明一種實(shí)施例的基于螺桿式膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁坑?jì)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記列表：
10、膨脹機(jī)；11、發(fā)電機(jī)；12、整流器；13、蓄電池；20、通訊單元；21、流量轉(zhuǎn)換單元；22、壓力傳感器；23、溫度傳感器；24、轉(zhuǎn)速傳感器；25、第一閥門(mén)；26、第二閥門(mén)。
具體實(shí)施方式
以下將參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例、特征和方面。附圖中相同的附圖標(biāo)記表示功能相同或相似的元件。盡管在附圖中示出了實(shí)施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。
在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實(shí)施例或說(shuō)明性”。這里作為“示例性”所說(shuō)明的任何實(shí)施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實(shí)施例。
需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
另外，為了更好地說(shuō)明本發(fā)明，在下文的具體實(shí)施方式中給出了眾多的具體細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，沒(méi)有某些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實(shí)施。在一些實(shí)例中，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法、手段、元件和電路未作詳細(xì)描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。
如圖1示出本發(fā)明一種實(shí)施例的基于螺桿式膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁坑?jì)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該裝置主要包括氣體處理系統(tǒng)和流量轉(zhuǎn)換通訊系統(tǒng)，氣體處理系統(tǒng)主要用于將高壓管網(wǎng)中的天然氣(來(lái)流燃?xì)?降壓并回收壓力能之后達(dá)到能夠通往低壓管網(wǎng)進(jìn)而通往用戶終端(燃?xì)庥脩?的需求水平，而流量轉(zhuǎn)換通訊系統(tǒng)則主要用于在前述的“降壓并回收壓力能”的過(guò)程中，采集相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)、基于獲取運(yùn)行參數(shù)計(jì)算出流量相關(guān)的參數(shù)(燃?xì)饬髁繀?shù))以及表征工作狀態(tài)的參數(shù)(工作狀態(tài)參數(shù))以及將參數(shù)中的全部或者一部分傳送至監(jiān)控端。
繼續(xù)參照?qǐng)D1，氣體處理系統(tǒng)主要包括膨脹機(jī)10、發(fā)電機(jī)11、整流器12和蓄電池13。其中：
膨脹機(jī)10通過(guò)聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)11連接，主要用于壓力能的回收。具體而言，來(lái)流燃?xì)馔ㄈ肱蛎洐C(jī)10后使膨脹機(jī)10轉(zhuǎn)動(dòng)，將壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；膨脹機(jī)10帶動(dòng)發(fā)電機(jī)11轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電產(chǎn)生電能(交流電)，進(jìn)而將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。優(yōu)選地，膨脹機(jī)為具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，力學(xué)平衡性好等優(yōu)點(diǎn)的單螺桿膨脹機(jī)。
發(fā)電機(jī)通過(guò)電力電纜與整流器12連接，整流器12通過(guò)電力電纜與蓄電池13連接。發(fā)電機(jī)11將壓力能回收后產(chǎn)生的交流電經(jīng)整流器12整流成電壓穩(wěn)定的直流電(如12v)并將其儲(chǔ)存至蓄電池13。優(yōu)選地，蓄電池13采用鋰電池。
在一種可能的實(shí)施方式中，蓄電池13還通過(guò)電力電纜與流量轉(zhuǎn)換單元21與通訊單元20分別相連，即為流量轉(zhuǎn)換單元21與通訊單元20分別提供電能，從而實(shí)現(xiàn)了自發(fā)電優(yōu)先自使用的目的。此外還可以使發(fā)電機(jī)11就近提供相關(guān)的照明、加熱、空調(diào)等用電，之后才將多余的電能輸送到電網(wǎng)中。這樣的配電方案省略了裝置以及裝置所處的應(yīng)用場(chǎng)景的配電設(shè)施，降低了電能輸送產(chǎn)生的能耗，在優(yōu)化電能回收的基礎(chǔ)上提高了電能的利用率。流量轉(zhuǎn)換單元21以進(jìn)一步為與之相連的第一閥門(mén)25、第二閥門(mén)26、壓力傳感器22、溫度傳感器23以及轉(zhuǎn)速傳感器24等提供電能。
上述的氣體處理系統(tǒng)對(duì)來(lái)流燃?xì)獾奶幚矸绞骄唧w為：來(lái)流燃?xì)庖来谓?jīng)過(guò)第一閥門(mén)25、壓力傳感器22、溫度傳感器23進(jìn)入膨脹機(jī)10，燃?xì)庠谂蛎洐C(jī)10內(nèi)膨脹推動(dòng)膨脹機(jī)10內(nèi)的螺桿旋轉(zhuǎn)，膨脹機(jī)10旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)11轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，發(fā)電機(jī)11將產(chǎn)生的電能經(jīng)整流器12整流后儲(chǔ)存于蓄電器13，可以根據(jù)需要為流量處理單元21、通訊單元22以及相關(guān)的負(fù)載提供電能。
仍然參照?qǐng)D1，流量轉(zhuǎn)換通訊系統(tǒng)主要包括通訊單元20、流量轉(zhuǎn)換單元21、傳感器組以及閥門(mén)組。其中：
傳感器組包括壓力傳感器22、溫度傳感器23和轉(zhuǎn)速傳感器24，壓力傳感器22和溫度傳感器23均設(shè)置在膨脹機(jī)10進(jìn)氣口前的管道上，分別用于檢測(cè)該處燃?xì)獾膲毫蜏囟龋叶叩陌惭b的上下游位置可以互換；轉(zhuǎn)速傳感器24主要用于檢測(cè)膨脹機(jī)10的轉(zhuǎn)速(或者發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，二者為剛性連接，因此轉(zhuǎn)速相等)，可以在膨脹機(jī)10或者發(fā)電機(jī)11的殼體上設(shè)置有用于安裝轉(zhuǎn)速傳感器24的支架，并且在組裝好的狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速傳感器24以非接觸(如垂直對(duì)準(zhǔn))的方式設(shè)置于能夠獲得膨脹機(jī)10和/或發(fā)電機(jī)11轉(zhuǎn)速的位置，如對(duì)準(zhǔn)連接膨脹機(jī)10和發(fā)電機(jī)11的聯(lián)軸器上。
優(yōu)選地，溫度傳感器23為熱電偶或者熱敏電阻，熱敏電阻的熱敏元件優(yōu)選為鉑電阻，轉(zhuǎn)速傳感器24具有轉(zhuǎn)速計(jì)量、轉(zhuǎn)數(shù)記錄及轉(zhuǎn)數(shù)累計(jì)的功能。所述流量轉(zhuǎn)換單元具有讀取、存儲(chǔ)、處理和傳輸(溫度、壓力、轉(zhuǎn)速)數(shù)據(jù)的功能，通訊單元具有接收數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)及與遠(yuǎn)程收發(fā)器通訊的功能。
閥門(mén)組包括第一閥門(mén)25和第二閥門(mén)26，第一閥門(mén)25設(shè)置在膨脹機(jī)10的上游管道，通過(guò)調(diào)整第一閥門(mén)25的開(kāi)度可以確定來(lái)流燃?xì)馐欠襁M(jìn)入膨脹機(jī)以及調(diào)整進(jìn)入膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁?。如第一閥門(mén)25可以設(shè)置于壓力傳感器22和溫度傳感器23的上游，根據(jù)實(shí)際情況，第一閥門(mén)25、壓力傳感器22以及溫度傳感器23的上下游位置關(guān)系可以調(diào)整。第二閥門(mén)26設(shè)置在膨脹機(jī)10的下游管道，通過(guò)調(diào)整第二閥門(mén)26的開(kāi)度可以確定來(lái)流燃?xì)馐欠襁M(jìn)入作為用戶終端的燃?xì)庥脩粢约罢{(diào)整進(jìn)入燃?xì)庥脩舻娜細(xì)饬髁俊?yōu)選地，第一閥門(mén)25和第二閥門(mén)26均選用電磁閥。
流量轉(zhuǎn)換單元21通過(guò)信號(hào)電纜與上述的壓力傳感器22、溫度傳感器23、轉(zhuǎn)速傳感器24、第一閥門(mén)25以及第二閥門(mén)26分別相連。流量轉(zhuǎn)換單元21還通過(guò)通訊單元20和監(jiān)控端通訊，監(jiān)控端通過(guò)對(duì)前述的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中地接收、顯示、處理和發(fā)送，一方面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)饬髁坑?jì)量裝置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如在裝置正常運(yùn)行的狀態(tài)下實(shí)時(shí)獲取和/或顯示準(zhǔn)確的流量計(jì)量信息，另一方面在裝置發(fā)生故障的情形下能夠及時(shí)獲知并采取相應(yīng)的排障策略。在故障消除之后，監(jiān)控端向流量轉(zhuǎn)換單元21發(fā)送相應(yīng)的反饋信息?；谠摲答佇畔?，流量轉(zhuǎn)換單元21使(第一、第二)閥門(mén)打開(kāi)，氣體處理系統(tǒng)即可恢復(fù)正常的工作狀態(tài)，即：來(lái)流燃?xì)饨?jīng)膨脹機(jī)降壓以及發(fā)電機(jī)回收壓力能之后，通入燃?xì)庥脩?。閥門(mén)打開(kāi)的具體開(kāi)度由來(lái)流燃?xì)庖约叭細(xì)庥脩舻?溫度、壓力)等因素來(lái)確定，如裝置配設(shè)有用于調(diào)整參數(shù)的控制器，控制器調(diào)整參數(shù)的工作原理為：控制器使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變→膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速改變→通入膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁扛淖儭蛎洐C(jī)輸出的燃?xì)鈮毫Ω淖?。不過(guò)“如何通過(guò)控制器參數(shù)調(diào)整來(lái)優(yōu)化氣體處理水平”并不屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇，在此不再作進(jìn)一步的詳細(xì)介紹。
如監(jiān)控端可以是物理服務(wù)器或者云端服務(wù)器，物理服務(wù)器可以是就近的或者遠(yuǎn)程的監(jiān)控中心，通訊單元20在能夠保證監(jiān)控端與流量轉(zhuǎn)換單元21實(shí)現(xiàn)通訊的前提下，可以采用有線或者無(wú)線通訊的方式。通過(guò)監(jiān)控端的靈活設(shè)置以及監(jiān)控端對(duì)裝置運(yùn)行狀態(tài)及其運(yùn)行參數(shù)的及時(shí)獲知，以及結(jié)合前述的蓄電池13可以對(duì)流量轉(zhuǎn)換單元21、通訊單元等部件提供電力的設(shè)置，提高了裝置對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景的適用性。如可用于大、中、小型的氣體計(jì)量場(chǎng)所，尤其適用于中小型具有高精度要求的氣體計(jì)量場(chǎng)所。
上述的流量轉(zhuǎn)換通訊系統(tǒng)獲取氣體計(jì)量的過(guò)程具體為：
1)流量轉(zhuǎn)換單元基于接收到的膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)以及來(lái)流燃?xì)?膨脹機(jī)進(jìn)氣口的上游)的(壓力、溫度)信號(hào)，首先將膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為氣體瞬時(shí)流量，然后將氣體瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，進(jìn)一步得到一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)膨脹機(jī)的氣體累計(jì)流量。具體的計(jì)算過(guò)程如下：
11)來(lái)流燃?xì)庠趬毫p(當(dāng)前壓力)下的氣體體積流量vp由以下的公式(1)計(jì)算得出：
vp＝msvsn(1)
公式(1)中，ms為膨脹機(jī)的螺槽數(shù)，vs為單個(gè)螺槽的容積，n為膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速；
12)基于計(jì)算出的vp，通過(guò)范德華方程或維里方程求得來(lái)流燃?xì)庠跇?biāo)況(標(biāo)況溫度tst、標(biāo)況壓力pst)下的氣體瞬時(shí)流量vst(體積流量)；
公式(2)為范德華方程，該公式(2)中，a、b均為與氣體相關(guān)的系數(shù)，具體地，
13)基于計(jì)算出的vst，時(shí)間段δt內(nèi)的累積氣體流量vδt由以下的公式(3)計(jì)算得出：
公式(3)中，δt＝t2-t1，t1為起始時(shí)間，t2為終止時(shí)間，f為泄漏百分?jǐn)?shù)，泄露百分?jǐn)?shù)主要與膨脹機(jī)的加工精度有關(guān)，如在產(chǎn)品出廠之前可以通過(guò)試驗(yàn)標(biāo)定等方法確定。具體而言，泄露百分?jǐn)?shù)隨著加工精度的提高而降低，對(duì)于同一膨脹機(jī)而言，在其進(jìn)出口壓力一定的情形下，泄漏百分?jǐn)?shù)基本保持不變。如在本實(shí)施方式中，高壓管網(wǎng)和通往燃?xì)庥脩舻牡蛪汗芫W(wǎng)的燃?xì)獾膲毫颈３忠欢?，因此可以認(rèn)為泄漏百分?jǐn)?shù)f基本為定值。如在一種具體的實(shí)施方式中，泄漏百分?jǐn)?shù)f取0.5％。
2)流量轉(zhuǎn)換單元基于接收到的膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)以及來(lái)流燃?xì)獾?壓力、溫度)信號(hào)判斷裝置的工作狀態(tài)。具體而言，判斷裝置是否存在故障，并在裝置存在故障的情形下進(jìn)一步確定故障類型，在故障類型確定后生成與故障類型相對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)信號(hào)；并且，在流量轉(zhuǎn)換單元21判斷出裝置存在故障的情形下，流量轉(zhuǎn)換單元21向第一閥門(mén)25和第二閥門(mén)26分別發(fā)送使閥門(mén)關(guān)閉的信號(hào)，直至裝置恢復(fù)正常狀態(tài)后，重新開(kāi)啟第一閥門(mén)25和第二閥門(mén)26。
3)流量轉(zhuǎn)換單元將膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速、來(lái)流燃?xì)獾?壓力、溫度)、氣體瞬時(shí)流量、氣體累計(jì)流量以及工作狀態(tài)等信號(hào)中的一種或者幾種通過(guò)通訊單元傳輸?shù)奖O(jiān)控端。監(jiān)控端在故障解除之后，通過(guò)所述通訊單元向流量轉(zhuǎn)換單元發(fā)送相應(yīng)的反饋，如流量轉(zhuǎn)換單元21基于該反饋使(第一、第二)閥門(mén)打開(kāi)。
需要說(shuō)明的是，通訊單元20與監(jiān)控端之間為雙向通訊。具體而言，一方面，流量轉(zhuǎn)換單元21將上述(溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、工作狀態(tài)、氣體瞬時(shí)流量和氣體累計(jì)流量)等信號(hào)實(shí)時(shí)或者每隔一段時(shí)間定時(shí)地通過(guò)通訊單元20傳送給監(jiān)控端；另一方面，流量轉(zhuǎn)換單元21能夠根據(jù)監(jiān)控端發(fā)送的請(qǐng)求命令有選擇性地讀取流量轉(zhuǎn)換單元21中的習(xí)慣數(shù)據(jù)的，以及通過(guò)通訊單元20向監(jiān)控端發(fā)送相應(yīng)的反饋。
本發(fā)明的基于螺桿式膨脹機(jī)的燃?xì)饬髁坑?jì)量裝置及方法利用作為容積式計(jì)量裝置的螺桿機(jī)構(gòu)(螺桿式膨脹機(jī))的螺槽定容積地輸送來(lái)流燃?xì)猓瑏?lái)流燃?xì)庠谂蛎洐C(jī)內(nèi)部膨脹帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，由于膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)數(shù)可以計(jì)量得非常準(zhǔn)確，加之螺桿機(jī)構(gòu)在進(jìn)出口壓力一定的情形下的泄漏百分?jǐn)?shù)又是固定的，因此通過(guò)本發(fā)明的裝置能夠通過(guò)流量轉(zhuǎn)換單元非常準(zhǔn)確地計(jì)量出燃?xì)獾牧髁?，從而提高了?jì)量精度。并且，通過(guò)監(jiān)控端與流量轉(zhuǎn)換單元的雙向通訊，提高了裝置的運(yùn)行可靠性。
顯然，為了保證計(jì)量裝置的正常運(yùn)行，來(lái)流燃?xì)獾膲毫?yīng)當(dāng)大不于膨脹機(jī)10的最大許用壓力，計(jì)量裝置配置的膨脹機(jī)10的最高轉(zhuǎn)速應(yīng)當(dāng)大不于膨脹機(jī)10的最高允許轉(zhuǎn)速。
至此，已經(jīng)結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明的技術(shù)方案。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本發(fā)明的保護(hù)范圍顯然不局限于這些具體實(shí)施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)相關(guān)技術(shù)特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。