摘要:本文(wen)闡述了井(jǐng)下渦輪流(liú)量計 的工(gōng)作特性、理(li)論模型,分(fen)析了影響(xiang)渦輪流量(liang)計起動排(pái)量的各種(zhong)因素并且(qie)總結了流(liú)體的溫度(du)及密度對(duì)渦輪流量(liang)計測量精(jīng)🌏度的影響(xiang),對渦輪流(liu)量計的改(gǎi)善提高有(yǒu)一定的指(zhǐ)導作用。
　　在(zài)油田監測(cè)中， 渦輪流(liu)量計 因其(qí)體積小、結(jié)構簡單、價(jia)格便宜被(bèi)廣泛的應(yīng)用。但由于(yu)受起動排(pái)量、流體的(de)溫度、粘度(dù)等各種因(yin)素的影響(xiang),使得渦流(liú)量計在實(shí)際應用過(guò)程中有偏(piān)差,給現場(chang)生産帶來(lái)了很大的(de)困難,因此(ci)有必要對(dui)影響渦輪(lun)流量計測(cè)量精度的(de)各種因素(su)進行分析(xī)、總結,使之(zhī)能更好的(de)爲油田生(sheng)産服務。
1工(gong)作原理
　　渦(wō)輪流量計(ji)是速度式(shì)流量測量(liàng)儀表,它是(shì)以動量矩(jǔ)守恒原理(li)爲基礎,通(tōng)過測量置(zhi)于被測流(liú)體内的渦(wo)輪的旋轉(zhuan)速度n來測(cè)量流量Q的(de)大小。渦輪(lun)流量計♍的(de)特性方程(cheng)式爲:

式中(zhōng):c爲渦輪流(liú)量計流量(liang)與轉速之(zhī)間的轉換(huàn)系數;a爲與(yu)㊙️流量計結(jie)構參數、流(liú)體性質以(yi)及流動狀(zhuang)态有🛀關的(de)系數。
2影響(xiang)因素分析(xi)
2.1起動排量(liang)影響因素(sù)分析
　　如圖(tú)1所示:流量(liàng)計的工作(zuò)區間爲QA-QB段(duan),即特性方(fang)程線性工(gōng)作區🚶。而在(zai)流量Qa以下(xià)時，流量與(yǔ)轉速不成(chéng)線性關系(xi)，在一定小(xiǎo)的流量下(xia)，無信号輸(shū)出。因此,在(zài)測量過程(chéng)中,如何降(jiang)✨低始動流(liú)量,提高靈(ling).敏度,減小(xiao)死區,展寬(kuān)線性工作(zuò)區,成爲解(jiě)決小流量(liang)測量👄的關(guān)鍵問☀️題。

　　對渦輪(lun)流量計的(de)理論模型(xing)作如下分(fèn)析。葉片的(de)旋轉如圖(tú)2所示。

　　設渦(wo)輪流量計(ji)内流體流(liu)向與渦輪(lun)葉片成θ傾(qing)斜.角,若🆚密(mì)度🈲ρ爲✔️的流(liu)體以速度(dù)V沖擊葉片(pian)時,将朝上(shàng)産生⁉️與ρVtanθ成(chéng)正比的力(lì),此外,由于(yú)🎯渦輪以角(jiao)速度旋轉(zhuan),故圖中實(shí)際的渦輪(lún)🍓驅動力爲(wèi):

　　式中:r爲渦(wo)輪平均旋(xuan)轉半徑
　　因(yin)爲,渦輪驅(qū)動力矩Tr與(yǔ)F:成正比,V與(yu)Q/s(S爲流路面(miàn)積)成正比(bǐ)🔆,故将這些(xiē)⁉️關系代入(rù)式(2)得:

　　渦輪(lun)在正常狀(zhuang)态下旋轉(zhuǎn)時,渦輪驅(qu)動力矩Tr等(děng)于軸承摩(mó)擦等☁️産生(sheng)的機械反(fǎn)抗力矩Tm和(he)由流動阻(zǔ)力産🔆生的(de)🍉反抗力矩(ju)Trf之和,即

　　從(cong)理論可以(yǐ)知道,決定(ding)渦輪始動(dong)流量(即渦(wō)輪流量計(jì)的最小靈(líng)敏度Qmin)的主(zhǔ)要因素,渦(wo)輪起動時(shí),角速度小(xiao),故✉️可以忽(hū)略㊙️阻力☂️産(chǎn)生的反抗(kang)力矩Trf因而(er)式(5)可寫爲(wei):

　　其最小靈(ling)敏度Qmin是式(shì)(6)右邊第一(yī)項和第二(er)項相等時(shi)的流量。即(ji)得🈲

　　而機械(xiè)反抗力矩(jǔ)Trm包括渦輪(lún)軸與軸承(cheng)間的摩擦(ca)力矩Tr1和電(diàn)磁反🌐作用(yong)力矩Tr2口,即(jí)

　　從式(7)可知(zhi),對測量介(jiè)質一定,管(guan)徑一定的(de)流體,密度(dù)ρ爲⚽定值,c3,C4分(fèn)别爲比例(lì)常數,橫截(jié)面爲定值(zhi)。因此,影響(xiang)Qmin變化的隻(zhī)有Tm(Tr1,Tr2)。
　　在流量(liang)計結構設(she)計及工藝(yì)設計時,根(gen)據理論分(fèn)析,可以📞采(cai)取以下措(cuò)施作爲優(you)化設計。
①渦(wō)輪采用質(zhì)輕的材料(liào),減小渦輪(lún)的轉動慣(guàn)量,使其對(duì)流♉速變化(huà)的響應性(xìng)好,渦輪軸(zhou)與軸承間(jian)采用軸尖(jian)支撐,軸承(chéng)采用瑪瑙(nǎo),減小旋轉(zhuǎn)阻力。
②磁電(diàn)轉換器由(you)光纖接受(shòu)器取代,消(xiao)除電磁反(fǎn)作用🛀力矩(ju)。同時提高(gāo)電磁流量(liang)計的抗幹(gan)擾能力。
2.2溫(wen)度因素的(de)影響

　　根據(ju)上表做出(chū)油對K值得(dé)響應特性(xìng)曲線，如圖(tú)3所示，冷油(yóu)(16度)對K值的(de)響應特性(xìng),即y=11869x-41857;熱油(60度(dù))對K值的響(xiǎng)應特🌐性,即(ji)y=107.42x-2438。

　　由此可見(jiàn)，溫度的變(bian)化對渦輪(lun)流量計K有(you)影響,主要(yào)是由于金(jin)屬材料熱(rè)脹冷縮,幾(ji)何尺寸的(de)變化，會引(yǐn)🐪起渦輪轉(zhuǎn)速的變化(huà),K值也會随(suí)之改變。
2.3流(liú)體密度因(yīn)素的影響(xiǎng)
　　渦輪啓動(dong)時,要克服(fú)較大的機(jī)械靜摩擦(cā)力,因此需(xū)要🆚較💛大始(shi)動流量。渦(wō)輪以一定(dìng)的速度轉(zhuǎn)動起來以(yǐ)🏃🏻後,需要機(ji)械動💛摩擦(cā)力和流體(tǐ)流動阻力(li),轉動閡值(zhí)Qmin與ρ0.5成反比(bi),流體密度(dù)越大,Qmin越小(xiǎo)。這種情🙇‍♀️況(kuàng)對于密度(du)變化小的(de)📐液體來說(shuō),影響不大(da),Qmin可視爲常(cháng)數。但對于(yu)🤞多相流體(tǐ)來說,由于(yu)溫度、壓力(li)和分相含(han)率的變化(huà),引起P變化(huà),從而影響(xiang)Qmin.
　　實驗在以(yi)水和空氣(qi)爲介質的(de)流動模拟(ni)裝置中進(jin)行,實💁驗中(zhong)在氣體流(liú)量固定的(de)前提下,逐(zhú)漸增大水(shuǐ)的流量,測(ce)量渦輪的(de)響應💜值。增(zēng)大氣體的(de)流量,重複(fu)☂️上述操作(zuò),得到了下(xia)面的渦輪(lún)響應圖版(bǎn),其中流量(liàng)爲氣液的(de)✌️合流量。圖(tu)中氣體流(liu)量爲零時(shí),流體的密(mì)度最大,測(cè)得的響應(ying)曲線各流(liú)量響應🔞值(zhi)最大。由于(yú)氣流量增(zeng)大✌️時,測得(dé)流體密度(dù)和粘度都(dōu)變小，所以(yǐ)随着流體(tǐ)密度的減(jiǎn)小，增‼️大。
通(tōng)過實驗驗(yan)證,我們可(ke)以得出如(ru)下的結論(lun):
①渦輪流量(liàng)計在測量(liang)多相流的(de)流量時,在(zài)總流量保(bǎo)♉持不變的(de)情況下,流(liú)體的密度(du)發生變化(huà)也會引起(qi)渦輪轉速(sù)的很🏃‍♀️大變(bian)💚化。
②渦輪流(liu)量計的始(shǐ)動流量随(sui)多相流體(ti)密度的增(zeng)大而減小(xiǎo)。.
3結論
　　通過(guo)理論推導(dǎo)和實驗驗(yàn)證,可以得(de)出如下結(jié)論:
3.1渦輪采(cǎi)用質輕的(de)材料,使其(qi)對流速變(biàn)化的響應(yīng)性💚好,同🏃🏻時(shí)盡量采取(qu)措施減少(shǎo)摩擦阻力(lì)矩及電磁(ci)反作用力(li)矩,通過這(zhè)些⭐措施可(kě)以降低渦(wo)輪的起動(dong)排量。.
3.2溫度(du)的變化會(huì)引起渦輪(lun)K值的變化(huà),建議考慮(lü)使用💜對溫(wen)度不敏感(gan)的材料作(zuo)爲渦輪制(zhi)造材料。
3.3不(bu)同密度下(xià)的渦輪K值(zhi)随密度增(zēng)加而增大(dà),因此三相(xiang)🌈流下要😍獲(huo)得正确的(de)流量還需(xu)進行密度(du)校

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