摘要:本文(wen)闡述了井下(xia)渦輪流量計(ji) 的工作特性(xìng)、理論模型,分(fen)析了影響渦(wo)輪流量計起(qǐ)動👌排量🐉的各(ge)種因素并且(qie)總結了流體(tǐ)的溫度及密(mì)度對渦輪🚶‍♀️流(liu)量計測量精(jing)度的影響,對(dui)渦輪流量計(jì)的改善✊提高(gao)有一定的🥰指(zhi)導作用。
　　在油(yóu)田監測中， 渦(wo)輪流量計 因(yīn)其體積小、結(jié)構簡單、價格(ge)便宜被廣泛(fàn)的應用。但由(yóu)于受起動排(pai)量、流體的溫(wēn)度、粘度等各(gè)種因素的影(yǐng)響,使得渦流(liu)量計在實際(ji)應用過程中(zhōng)有偏差,給現(xian)場生産帶來(lái)了很大的困(kun)難,因此有必(bì)要對影響渦(wo)輪流量計測(cè)量精度的各(ge)種因素進行(háng)分析、總結,使(shǐ)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(yí)表,它是以動(dòng)量❄️矩守恒原(yuan)❄️理爲基礎,通(tōng)過測量置于(yu)被測流體内(nèi)的渦輪的旋(xuan)轉速度n來測(ce)量🔱流量Q的大(dà)小。渦輪流量(liàng)計🌏的特性方(fang)程式爲:

式中(zhong):c爲渦輪流量(liang)計流量與轉(zhuan)速之間的轉(zhuan)換系數;a爲與(yǔ)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(yin)素分析
2.1起動(dong)排量影響因(yīn)素分析
　　如圖(tú)1所示:流量計(ji)的工作區間(jian)爲QA-QB段,即特性(xìng)方程線性工(gōng)⭐作區。而🤟在流(liu)量Qa以下時，流(liu)量與轉速不(bu)成線性關系(xi)，在一定小的(de)流量下🛀，無信(xìn)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(kuan)線性工作區(qū),成爲解決小(xiǎo)流量測量😘的(de)關鍵問題。

　　對(duì)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(she)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(liu)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(lì),此外🏒,由于渦(wo)輪以角速度(dù)旋轉,故圖中(zhong)實際💯的渦輪(lún)驅動力爲:

　　式(shì)中:r爲渦輪平(ping)均旋轉半徑(jing)
　　因爲,渦輪驅(qū)動力矩Tr與F:成(cheng)正比,V與Q/s(S爲流(liú)路面積)成正(zhèng)比,故将這些(xiē)關系代入式(shì)(2)得:

　　渦輪在正(zheng)常狀态下旋(xuan)轉時,渦輪驅(qū)動力矩Tr等于(yú)軸承摩擦等(deng)産生的機械(xiè)反抗力矩Tm和(he)由流動阻力(lì)産生的反抗(kàng)力矩Trf之和,即(ji)

　　從理論可以(yi)知道,決定渦(wō)輪始動流量(liàng)(即渦輪流量(liàng)計的最小靈(líng)敏度Qmin)的主要(yào)因素,渦輪起(qi)動時,角速度(du)小,故可以忽(hu)略阻力産生(shēng)的反抗力矩(ju)Trf因而式(5)可寫(xiě)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(deng)時☀️的流🤟量。即(jí)㊙️得

　　而機械反(fǎn)抗力矩Trm包括(kuo)渦輪軸與軸(zhóu)承間的摩擦(cā)力矩Tr1和電磁(cí)反作用力矩(jǔ)Tr2口,即

　　從式(7)可(kě)知,對測量介(jie)質一定,管徑(jìng)一定的流體(ti),密度🌈ρ爲定值(zhi),c3,C4分💃🏻别爲比例(li)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(liang)計結構設計(ji)及工藝設計(ji)時,根據理論(lun)分析,可以💋采(cai)取🔴以🐅下措施(shi)作爲優化設(shè)計。
①渦輪采用(yong)質輕的材料(liào),減小渦輪的(de)轉動慣量,使(shi)其對🐅流速變(bian)🐇化的響應性(xing)好,渦輪軸與(yǔ)軸承間采用(yong)軸尖支撐,軸(zhou)承采用瑪瑙(nǎo),減㊙️小旋轉阻(zǔ)力。
②磁電轉換(huan)器由光纖接(jie)受器取代,消(xiao)除電磁反作(zuo)用🌏力矩。同時(shi)提高電磁流(liú)量計的抗幹(gan)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(qu)線，如圖3所示(shì)，冷油(16度)對🤟K值(zhí)的響應特性(xìng),即y=11869x-41857;熱油(60度)對(duì)K值的響應特(tè)性,即💞y=107.42x-2438。

　　由此可(kě)見，溫度的變(bian)化對渦輪流(liu)量計K有影響(xiang),主要是由于(yú)金屬👨‍❤️‍👨材料熱(rè)脹冷縮,幾何(he)尺寸的變化(hua)，會引起渦輪(lún)轉速的變化(huà),K值也會随之(zhī)改變。
2.3流體密(mi)度因素的影(ying)響
　　渦輪啓動(dòng)時,要克服較(jiao)大的機械靜(jìng)摩擦力,因此(ci)需要較大始(shi)動流量。渦輪(lún)以一定的速(sù)度轉動起來(lai)以後,需要機(jī)械動摩擦力(li)和流體流動(dòng)阻力,轉動閡(hé)值Qmin與ρ0.5成反⚽比(bǐ),流體📐密度越(yue)大,Qmin越小。這種(zhong)情況對于密(mì)度😄變化小的(de)液體來說,影(yǐng)響不大,Qmin可視(shì)爲常數。但對(dui)于多相流體(ti)來說,由于溫(wen)度、壓力和分(fen)相含率的變(bian)化,引起P變化(hua),從而❓影響Qmin.
　　實(shi)驗在以水和(he)空氣爲介質(zhi)的流動模拟(nǐ)裝置中進行(háng),實驗中在氣(qì)體流量固定(dìng)的前提下,逐(zhu)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(shàng)述操作,得到(dào)😘了下面的渦(wo)輪響應圖版(bǎn),其中流量爲(wèi)氣液的合流(liu)量。圖中氣體(ti)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(dōu)變小，所以随(sui)着流體密度(du)的減小，增大(dà)。
通過實驗驗(yan)證,我們可以(yǐ)得出如下的(de)結論:
①渦輪流(liu)量計在測量(liàng)多相流的流(liú)量時,在總流(liú)量保持不變(biàn)的情況下,流(liú)體的密度發(fa)生變化也會(hui)引起渦輪轉(zhuan)速的很大變(bian)化。
②渦輪流量(liàng)計的始動流(liu)量随多相流(liu)體密度的增(zeng)大而減小。.
3結(jie)論
　　通過理論(lùn)推導和實驗(yàn)驗證,可以得(de)出如下結論(lun):
3.1渦輪采用質(zhì)輕的材料,使(shi)其對流速變(bian)化的響應性(xìng)好,同時盡量(liang)采取措施減(jiǎn)少摩擦阻力(li)矩及電磁反(fan)作用力矩,通(tōng)過這些措施(shi)可以降低渦(wo)輪的起動排(pái)☁️量。.
3.2溫度的變(bian)化會引起渦(wō)輪K值的變化(hua),建議考慮使(shǐ)用對溫度不(bu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼敏感的材料(liao)作爲渦輪制(zhi)造材料。
3.3不同(tong)密度下的渦(wō)輪K值随密度(du)增加而增大(da),因此三相流(liu)下要獲得正(zhèng)确的流量還(hái)需進行密度(du)校

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