摘要:本文(wén)闡述了井下(xia)渦輪流量計(jì) 的工作特性(xìng)、理論模型,分(fen)析了影響渦(wo)輪流量計起(qi)動排量的各(gè)種因素并且(qiě)總結了流體(ti)的溫度及密(mì)度對渦輪流(liu)量♋計測量精(jīng)度的影響,對(duì)渦輪流量計(jì)的改善提高(gāo)有一定的指(zhi)導作用。
　　在油(yóu)田監測中， 渦(wō)輪流量計 因(yin)其體積小、結(jié)構簡單、價格(gé)便宜被廣泛(fan)的應用。但由(yóu)于受起動排(pái)量、流體的溫(wen)度、粘度等各(ge)種因素的影(ying)響,使得渦流(liu)量計在實際(jì)應用過程中(zhong)有偏差,給現(xiàn)場生産帶來(lai)了很大的困(kun)難,因此有必(bi)要對影響渦(wō)輪流量計測(ce)量精度的各(gè)種因素進行(háng)分析、總結,使(shi)之能更好的(de)爲油田生産(chǎn)服務。
1工作原(yuán)理
　　渦輪流量(liàng)計是速度式(shì)流量測量儀(yi)表,它是以動(dong)量矩‼️守恒原(yuán)理爲基礎,通(tōng)過測量置于(yu)被測流體内(nei)的渦輪💞的旋(xuán)轉速度n來⛷️測(ce)量流量Q的大(da)小。渦輪流量(liàng)計的特性方(fang)程式⁉️爲:

式中(zhōng):c爲渦輪流量(liang)計流量與轉(zhuan)速之間的轉(zhuǎn)換系數;a爲與(yu)流量計⛷️結構(gou)參數、流體性(xìng)質以及流動(dong)狀态有關的(de)系數。
2影響因(yīn)素分析
2.1起動(dòng)排量影響因(yin)素分析
　　如圖(tu)1所示:流量計(jì)的工作區間(jian)爲QA-QB段,即特性(xìng)方程線性工(gong)作❓區🌈。而在流(liú)量Qa以下時，流(liú)量與轉速不(bú)成線性♌關系(xì)，在一定小🥰的(de)流🚶‍♀️量下，無信(xin)号輸出。因此(cǐ),在測量過程(cheng)中,如何降⭐低(dī)始動🏃🏻流量,提(ti)高靈.敏度,減(jiǎn)小死區,展寬(kuān)線性工作區(qū),成🌈爲解決小(xiǎo)流量測量的(de)關鍵問題。

　　對(dui)渦輪流量計(jì)的理論模型(xíng)作如下分析(xī)。葉片的旋轉(zhuan)如圖2所示🈚。

　　設(shè)渦輪流量計(ji)内流體流向(xiang)與渦輪葉片(piàn)成θ傾斜.角,若(ruò)密度ρ爲🛀🏻的流(liú)體以速度V沖(chòng)擊葉片時,将(jiāng)朝上産生與(yu)ρVtanθ成正比的力(li),此外,由于渦(wo)輪以角速度(dù)旋轉,故圖❄️中(zhōng)實際的渦輪(lún)驅動力爲:

　　式(shì)中:r爲渦輪平(píng)均旋轉半徑(jing)
　　因爲,渦輪驅(qu)動力矩Tr與F:成(chéng)正比,V與Q/s(S爲流(liu)路面積)成正(zheng)比,故将這些(xie)關系代入式(shì)(2)得:

　　渦輪在正(zhèng)常狀态下旋(xuan)轉時,渦輪驅(qu)動力矩Tr等于(yu)軸⭐承摩💋擦等(děng)産生的機械(xiè)反抗力矩Tm和(he)由流動阻力(lì)産生的反抗(kang)力矩Trf之和,即(ji)

　　從理論可以(yi)知道,決定渦(wo)輪始動流量(liàng)(即渦輪流量(liang)計⭕的最小靈(ling)敏度Qmin)的主要(yào)因素,渦輪起(qi)動時,角速度(du)小,故可以忽(hū)略阻力産生(sheng)的反抗力矩(ju)Trf因而式(5)可寫(xie)爲:

　　其最小靈(ling)敏度Qmin是式(6)右(you)邊第一項和(hé)第二項相等(děng)時📱的流☂️量。即(ji)得

　　而機械反(fǎn)抗力矩Trm包括(kuo)渦輪軸與軸(zhou)承間的摩擦(ca)力矩Tr1和⛱️電磁(cí)反作用力矩(ju)Tr2口,即

　　從式(7)可(ke)知,對測量介(jie)質一定,管徑(jing)一定的流體(ti),密度ρ爲定值(zhí)🔞,c3,C4分别㊙️爲比例(lì)常數,橫截面(miàn)爲定值。因此(cǐ),影響Qmin變化的(de)隻有Tm(Tr1,Tr2)。
　　在流量(liàng)計結構設計(ji)及工藝設計(ji)時,根據理論(lùn)分析🌏,可以采(cai)取🙇🏻以下措施(shī)作爲優化設(she)計。
①渦輪采用(yòng)質輕的材料(liao),減小渦輪的(de)轉動慣量,使(shi)其對流速變(biàn)化的響應性(xing)好,渦輪軸與(yǔ)軸承間采用(yong)軸尖支撐,軸(zhóu)承采用瑪瑙(nao),減小旋轉阻(zu)力。
②磁電轉換(huàn)器由光纖接(jie)受器取代,消(xiāo)除電磁反作(zuò)用力矩。同🥵時(shí)提高電磁流(liú)量計的抗幹(gàn)擾能力。
2.2溫度(dù)因素的影響(xiang)

　　根據上表做(zuò)出油對K值得(de)響應特性曲(qǔ)線，如圖3所示(shì)，冷㊙️油(16度💁)對K值(zhi)的響應特性(xìng),即y=11869x-41857;熱油(60度)對(dui)K值的響應特(te)性,即y=107.42x-2438。

　　由此可(kě)見，溫度的變(bian)化對渦輪流(liú)量計K有影響(xiǎng),主要是由于(yú)金屬材料熱(re)脹冷縮,幾何(hé)尺寸的變化(hua)，會引起渦✔️輪(lún)轉速的變化(hua),K值也會随之(zhī)改變。
2.3流體密(mì)度因素的影(yǐng)響
　　渦輪啓動(dong)時,要克服較(jiào)大的機械靜(jìng)摩擦力,因此(cǐ)需要較🚶‍♀️大始(shi)動流量。渦輪(lun)以一定的速(sù)度轉動起來(lái)以後,需要機(ji)😘械動摩擦♻️力(lì)和流體流動(dong)阻力,轉動閡(he)值Qmin與ρ0.5成反比(bi),流體密度越(yuè)大,Qmin越小。這種(zhǒng)情況對于密(mi)度變化小的(de)🔞液體來說🙇🏻,影(ying)響不大,Qmin可視(shì)爲常♍數。但對(duì)于♈多相流體(tǐ)來說,由于溫(wen)度、壓力和分(fèn)相含率的變(bian)化,引起P變化(huà),從🔞而影響Qmin.
　　實(shi)驗在以水和(he)空氣爲介質(zhì)的流動模拟(ni)裝置中進行(háng),實驗中在🈲氣(qi)體流量固定(dìng)的前提下,逐(zhú)漸增大水的(de)流♊量,測量渦(wo)輪的響應值(zhi)。增大氣體的(de)流量,重複上(shang)述操🛀🏻作,得到(dào)了下面的渦(wo)輪響應圖版(bǎn),其中流量♈爲(wei)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(gè)流量響應值(zhi)最大。由于💋氣(qì)流量增大時(shí),測得流體密(mì)度和粘度都(dou)變小，所以随(sui)着流體密度(dù)的減小，增大(da)。
通過實驗驗(yan)證,我們可以(yi)得出如下的(de)結論:
①渦輪流(liu)量計在測量(liang)多相流的流(liu)量時,在總流(liú)量保🤞持不變(biàn)的情況下,流(liu)體的密度發(fā)生變化也會(hui)引起渦輪轉(zhuǎn)速的很大變(bian)🔴化。
②渦輪流量(liang)計的始動流(liú)量随多相流(liú)體密度的增(zeng)大而減小。.
3結(jié)論
　　通過理論(lun)推導和實驗(yàn)驗證,可以得(dé)出如下結論(lùn):
3.1渦輪采用質(zhi)輕的材料,使(shǐ)其對流速變(biàn)化的響應性(xing)好,同☔時盡量(liang)采取措施減(jian)少摩擦阻力(lì)矩及電磁反(fǎn)作用力矩,通(tong)過這些措施(shī)🔅可以降低渦(wo)輪的起動排(pái)⁉️量。.
3.2溫度的變(biàn)化會引起渦(wō)輪K值的變化(huà),建議考慮使(shǐ)用對溫度不(bú)敏感的材料(liao)作爲渦輪制(zhì)造材料。
3.3不同(tóng)密度下的渦(wō)輪K值随密度(du)增加而增大(da),因此三相流(liú)💚下要獲✏️得正(zheng)确的流量還(hái)需進行密度(dù)校

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