摘要:闡(chan)述了渦輪流(liú)量計 的工作(zuo)原理和動态(tài)特性,建立了(le)渦輪流量計(ji)的多🐆相❓流測(cè)🈲量模型,并在(zai)多相流模拟(nǐ)裝置中進行(hang)了實驗驗證(zheng),得出了流體(ti)密度是渦輪(lun)流量計在測(cè)量多相流的(de)流量時的影(yǐng)響因子，并且(qie)讨論了流體(ti)密度影響多(duō)相流的流量(liàng)測量的規💃🏻律(lǜ)。
　　在油田生産(chǎn)過程參數(如(rú)溫度、壓力等(deng))檢測中，以流(liú)⁉️量🆚和各相持(chi)率測量複雜(zá),是較難測量(liang)的兩個參數(shù),因而🐪,引起🐅了(le)工程技🔴術人(ren)員的興趣.随(suí)着油田的發(fā)展,被測對象(xiang)不再局限于(yu)單相🧡流，而要(yào)對多相流、混(hun)合狀态的🙇🏻流(liú)量進行測量(liang)。測量多相流(liu)的技術難度(dù)要比單相流(liú)☔體的正确測(cè)量大的多,知(zhi)道單相流體(ti)的密度、粘度(dù)及測量裝置(zhi)的幾何結構(gòu)，便可以對單(dan).相流進行定(dìng)量分析。如果(guǒ)能利用多相(xiang)流中每一相(xiàng)✍️的上述各物(wu)理量對🤩多相(xiang)流進行測量(liàng)的話，就很方(fang)便。但很遺憾(han)的是,多相流(liú)體的特性遠(yuǎn)比單相流體(ti)的特性複雜(za)的多，如各組(zu)分之間不能(néng)均勻混合、混(hun)合流體的異(yì)常性、流型轉(zhuǎn)變，相對速度(du)、流體性質、管(guan)道結構、流動(dòng)方向等因素(sù)将導緻📧渦輪(lún)流量傳感器(qì)響應特性的(de)改變"
　　在單相(xiang)流的條件下(xia)，渦輪的轉速(sù)和流經它的(de)體積流量成(chéng)一單值線性(xìng)函數,在油水(shui)兩相流中，隻(zhi)要流量超過(guo)始動流✍️量,在(zài)允許的誤差(chà)範圍内,渦輪(lún)的響應和體(ti)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻積流量也是(shi)成線性函數(shù)。
　　但在多相流(liu)動中，即使在(zài)總流量保持(chí)不變的情況(kuàng)🔞下✔️，混合流體(ti)的密度發生(shēng)變化，也會引(yǐn)起渦輪轉速(sù)的很大變化(huà)。本文就此問(wen)題,通過對渦(wō)輪流量計的(de)工作原理和(he)特性分析，闡(chǎn)述了⛱️在測量(liàng)多相流時的(de)流量影響因(yīn)子，并進行了(le)實驗驗證。
1工(gong)作原理及數(shù)學模型建立(lì)
　　渦輪流量計(ji)是一種速度(du)式儀表,它是(shi)以動量矩守(shou)✉️恒原理爲基(jī)🐕礎的，流體沖(chòng)擊渦輪葉片(pian),使渦輪旋轉(zhuan),渦輪的旋轉(zhuǎn)速度随流量(liang)🍓的變化而變(bian)化，最後從渦(wo).輪的轉數求(qiu)出❓流量值，通(tōng)過磁電轉換(huan)裝置(或機械(xiè)輸出裝置)将(jiang)渦輪轉速變(bian)化成電脈沖(chòng),送入二次儀(yi)表進行計算(suan)和顯示，由單(dān)位時間電脈(mò)沖數和累計(ji)電脈沖數反(fan)映出瞬時流(liu)量和累計流(liú)量(見圖1)
 
　　所以,由(you)動量矩定理(li)可知，渦輪的(de)運動微分方(fang)程爲:
 
　　式中:J爲(wei)渦輪的轉動(dong)慣量;w爲渦輪(lún)的旋轉角速(su)度;∑M爲作用在(zài)渦輪上的合(hé)力矩。
　　在正常(chang)工作條件下(xia)，可認爲管道(dao)内的流體流(liú)量不随♋時⛷️間(jiān)變化，即渦輪(lún)以恒定的角(jiao)速度ω旋轉,這(zhè)樣就有
那麽(me)渦輪的運動(dong)微分方程變(bian)爲：
∑M=M-∑Mi=0，（2）
　　這裏把∑M分(fen)成了兩部分(fen),即驅動渦輪(lún)旋轉的驅動(dong)力矩M和阻礙(ài)渦🍓輪旋轉的(de)各種阻力矩(ju)∑Mi。通過分析計(ji)算,驅動🏒力矩(ju)爲
 
　　式中:θ爲葉(ye)片與軸線之(zhi)間的夾角;r爲(wei)渦輪平均半(ban)徑♋;A爲管道流(liú)通面積;ρ爲流(liu)體密度;ω爲渦(wo)輪的旋轉角(jiǎo)速度;qv爲🌈通過(guò)管道的流✔️量(liàng)。
　　将式(3)代入(2)中(zhōng)得:
 
2渦輪流量(liàng)計的特性分(fèn)析
　　由式(5)和式(shì)(6)可見:當流體(tǐ)的粘度增大(dà)時,渦輪的轉(zhuan)動角速度變(bian)👄小☂️;當流體密(mi)度變大時,渦(wō)輪的轉動角(jiao)速♉度也随之(zhī)增大。在流體(tǐ)速度較小(相(xiàng)當于層流狀(zhuàng)态)時,渦輪🔞的(de)頻率響應非(fēi)線性,且受流(liu)體性質變化(hua)影響較大;當(dang)流體速度較(jiao)高(相當于湍(tuan)流狀㊙️态)時,式(shi)變小，渦輪響(xiang)應💜近似線性(xìng),儀器常數K基(jī)本⚽上不受流(liu)體🈲粘度變化(hua)影響。
　　渦輪啓(qǐ)動時,要克服(fú)較大的機械(xiè)靜摩擦力,因(yīn)此需♋要較大(da)始動流量。渦(wō)輪以--定的速(su)度轉動起來(lái)以後⛷️,需要機(ji)械動摩☔擦力(li)和流體流動(dong)阻力,轉動阈(yu)值qVmin與p0.5成反比(bǐ)，流體密度越(yue)大，qVmin越小。這種(zhǒng)情況對于密(mi)度變化小的(de)液🔱體來說，影(yǐng)🚩響不大，可視(shì)爲常數。但對(dui)于多🔴相流體(ti)來說,由于溫(wēn)度、壓力和分(fèn)相含⚽率的變(bian)化，引起p變化(hua),從而影❓響qVmin。
3實(shí)驗結果分析(xī)
　　實驗在以水(shui)和空氣爲介(jie)質的流動模(mo)拟裝置中進(jin)行，實驗中在(zài)氣體流量固(gu)定的前提下(xia)，逐漸增大水(shuǐ)🔱的流量,測量(liang)渦輪的響應(yīng)值。增大氣體(tǐ)的流量,複上(shàng)👄述操作,得到(dào)了下面的渦(wō)輪響應圖版(ban)，其中流量爲(wèi)氣液的合流(liú)量。圖中💔氣體(tǐ)流量爲零時(shí)，流體的密度(du)最大,測得的(de)🎯響應曲線各(ge)流量響應值(zhí)👅最大。由于氣(qi)⭐流量增大時(shí)，測⛹🏻‍♀️得流體密(mi)度和粘度都(dou)變小，由式(5)和(hé)式(6)推得渦輪(lun)的轉動角速(sù)度也随之變(biàn)小，所以随着(zhe)流體密度的(de)減小，qVmin增🔱大。
 
4結(jie)論
　　通過實驗(yàn)驗證，我們可(ke)以得出如下(xia)的結論:1渦輪(lun)流量計在🈲測(ce)量多相流的(de)流量時，在總(zong)流量保持不(bu).變的情☎️況下(xia)，流體的密度(du)發生變化也(ye)會引起渦輪(lun)轉速的很大(dà)變化。④渦輪流(liú)量計的始動(dong)流量随多相(xiàng)流體密度的(de)增大而減小(xiǎo)。
　　從以上得出(chū)的結論可知(zhi),渦輪流量計(ji)在測量多相(xiang)流體的流🙇🏻量(liang)的時候,流體(tǐ)的密度是影(yǐng)響測量精度(du)的主要因素(sù)。

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