一种基于应变的管路气流脉动无损监测方法及系统

本发明涉及压缩机，尤其涉及一种基于应变的管路气流脉动无损监测方法及系统。

背景技术：

1、气流脉动的产生是由于压缩机气缸间歇性的吸气与排气，造成管道内的气体流速和压力的周期性变化。气流脉动在许多工业应用中都是非常普遍的，例如，炼油、化工等行业。气流脉动会导致管路噪声、振动和压力波动等问题，还会影响流量计和传感器的测量精度，从而影响工业生产的稳定性和效率甚至引起安全事故，因此需要对气流脉动进行监测和控制。管路气流脉动监测具有非常重要的现实意义。首先，它可以帮助了解管道内气体流动的状态，为管道的设计和优化提供基础数据和依据。其次，监测管路气流脉动可以及时发现管道内的异常情况，从而及时采取措施避免安全事故的发生。此外，其还可以为气体输送过程中的能量传递和损失等问题提供参考。管路气流脉动监测是一项重要的技术，是保障系统安全性能和运行效率不可缺少的环节。

2、管路气流脉动监测可以直接反映管道内气流状态，保障系统安全、稳定运行。传统气流脉动监测方法是在压力管道上预留或后期开孔，将压力传感器侵入被测流体，获得气流脉动参数。该方法显然存在许多缺陷：(1)测量点不可随意更改；(2)开孔位置出现应力集中；(3)增加气体泄漏风险；(4)受到压力传感器技术限制；(5)压力传感器更换需要停机。无损监测能够提高监测的安全性和可靠性，其不需要在管道内部进行改动，不会对管道内气体流动造成干扰，可以更加安全、可靠地监测气流脉动。无损监测技术可以实现高精度的气流脉动监测，可以对气流脉动的频率、振幅等参数进行准确测量，提高了监测数据的准确性。无损监测方法不需要定期更换或维修传感器，因此可以降低监测成本和维护成本。综上所述，无损监测气流脉动具有安全、精度高、成本低等优点。

3、应变漂移是指电阻应变片输出信号由于温度、机械应力等原因而产生的偏移，这种偏移会导致应变片输出信号与实际应变存在偏差，从而影响测量结果的准确性和可靠性。因此，对于需要高精度测量的场合，应变漂移修正是不可避免的。

4、现有发表文献《非侵入式压力测量方法探究》，其特征在于：包括管路和电阻应变片电路；所述应变片包括周向应变片和周向应变片；应变片粘贴于被测管路外表面；管道受内部压力变形时，应变片随壁面一起变形；应变变形引起应变片电阻变化，从而获得壁面的变形参数；根据应变片的变形参数间接获得管道内部的气流脉动。

5、可见现有技术中对应变漂移原因考虑不够深入，仅考虑温度漂移，温度漂移可以采用温度自补偿应变片或计算补偿法，温度自补偿应变片具有自补偿温度范围，超过该范围应变片温度自补偿功能则失效；另外，应变漂移不仅仅只是温度作用，还有其他因素，且缺乏漂移补偿计算，导致监测效果不准确。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于应变的管路气流脉动无损监测方法，目的是解决现有技术中温度漂移采用温度自补偿应变片进行温度自补偿，缺乏漂移补偿计算，导致监测效果不准确的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于应变的管路气流脉动无损监测方法，包括步骤：

3、分别测量管路某一位置的周向应变εc与轴向应变εa；

4、通过所述周向应变εc、轴向应变εa计算漂移值，并通过所述漂移值对所述周向应变εc、轴向应变εa进行修正，获得修正后的周向应变εc，p、轴向应变εa，p；

5、利用胡克定律计算所述周向应变εc，p、轴向应变εa，p与周向应力σc，p、轴向应力σa，p关系；

6、通过所述压力容器理论计算管道内压与周向应力σc，p或轴向应力σa，p的关系；

7、通过所述管道内压与周向应力σc，p或轴向应力σa，p的关系，以及周向应变εc，p、轴向应变εa，p与周向应力σc，p、轴向应力σa，p关系获得管道内压与应变关系；

8、通过所述管道内压与应变关系计算管道内的动态压力值。

9、优选的，所述通过所述周向应变εc、轴向应变εa计算漂移值，并通过所述漂移值对所述周向应变εc、轴向应变εa进行修正，获得修正后的周向应变εc，p、轴向应变εa，p，包括步骤：

10、获取所述周向漂移εc，o与轴向漂移εa，o与周向应变εc与轴向应变εa的关系；

11、根据压缩机基频f、采样频率f，基于一周期f/f个周向应变εc与轴向应变εa，计算周向漂移εc，o与轴向漂移εa，o；

12、通过所述周向漂移εc，o与轴向漂移εa，o获取漂移修正后的周向应变εc，p、轴向应变εa，p；

13、计算修正后的周向应变εc，p与轴向应变εa，p的差。

14、优选的，所述获取所述周向漂移εc，o与轴向漂移εa，o与测试值周向应变εc和轴向应变εa的关系，具体表达式为：

15、

16、其中，v-材料泊松比。

17、优选的，所述根据压缩机基频f、采样频率f，基于一周期f/f个周向应变εc与轴向应变εa，计算周向漂移εc，o与轴向漂移εa，o，具体表达式为：

18、

19、其中，εa(1)、εa(2)...εa(i)...εa(f/f)分别为1到f/f的轴向应变测量值；εc(1)、εc(2)...εc(i)...εc(f/f)分别为1到f/f的周向应变测量值；εa，o(1)、εa，o(2)...εa，o(i)...εa，o(f/f)分别为1到f/f的轴向漂移；εc，o(1)、εc，o(2)...εc，o(i)...εc，o(f/f)分别为1到f/f的周向漂移。

20、优选的，所述计算修正后的周向应变εc，p、轴向应变εa，p的差，具体表达式为：

21、δε＝εc，p-εa，p。

22、优选的，所述利用胡克定律计算双轴应力的应变与应力关系，具体表达式为：

23、

24、其中：v——材料泊松比；e——材料弹性模量。

25、优选的，所述通过所述压力容器理论计算管道内压与周向应力σc，p或轴向应力σa，p关系，包括步骤：

26、根据压力容器理论，在管道外表面内部压力引起的双轴应力中，周向应力σc，p为轴向应力σa，p的两倍，且与管道内压符合如下关系：

27、

28、其中，p-管道内压；ri-管道内径；re-管道外径。

29、优选的，所述通过所述周向应力σc，p和轴向应力σa，p关系，以及周向应变εc，p、轴向应变εa，p与周向应力σc，p、轴向应力σa，p关系获得内压与应变关系，具体表达式为：

30、

31、优选的，所述计算管道内的动态压力值，具体表达式为：

32、

33、其中，p为管道内的动态压力值。

34、本发明还提供一种基于应变的管路气流脉动无损监测系统，包括：

35、周向应变片和轴向应变片，用于分别测量管路某一位置的周向应变εc与轴向应变εa；

36、漂移修正模块，用于通过所述周向应变εc、轴向应变εa计算漂移值，并通过所述漂移值对所述周向应变εc、轴向应变εa进行修正，获得修正后的周向应变εc，p、轴向应变εa，p；

37、应变处理模块，用于利用胡克定律计算所述周向应变εc，p、轴向应变εa，p与周向应力σc，p、轴向应力σa，p关系；

38、应力处理模块，用于通过所述压力容器理论计算管道内压与周向应力σc，p或轴向应力σa，p的关系；

39、管道压力处理模块，用于过所述管道内压与周向应力σc，p或轴向应力σa，p的关系，以及周向应变εc，p、轴向应变εa，p与周向应力σc，p、轴向应力σa，p关系获得管道内压与应变关系；

40、压力值输出模块，用于通过所述管道内压与应变关系计算管道内的动态压力值。

41、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

42、本发明构建应变漂移计算算法，对现场应变测量出现的应变漂移现象进行实时修正，以准确重构管路脉动压力，从而获得修正后的应变与应力及内压与应变关系，实现了对多因素影响的综合应变漂移的修正，基于漂移修正应变准确重构管内脉动压力，改善了因漂移带来的误差，大大提高了管路监测效果。