摘要:本文(wen)闡述了井下(xia)渦輪流量計(ji) 的工作特性(xing)、理論模型,分(fen)析了影響渦(wo)輪流量計起(qǐ)🔞動排量的各(gè)⛷️種因素并且(qie)總結了流體(tǐ)的溫度及密(mì)度對渦輪流(liú)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(zhǐ)導作用。
　　在油(yóu)田監測中， 渦(wō)輪流量計 因(yīn)其體積小、結(jie)構簡單、價格(gé)便宜被廣泛(fàn)的應用。但由(yóu)于受起動排(pai)量、流體的溫(wen)度、粘度等各(ge)種因素的影(ying)響,使得渦流(liú)量計在實際(jì)應用過程中(zhong)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(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(dòng)量矩守㊙️恒原(yuan)理爲基礎,通(tong)過測量置于(yu)被測流體内(nèi)的☀️渦輪的旋(xuán)轉速度n來測(cè)量流量Q的大(dà)小。渦輪流量(liang)計🚶的特性方(fāng)程式爲:

式中(zhōng):c爲渦輪流量(liang)計流量與轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)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(tu)1所示:流量計(jì)的工作區間(jiān)爲QA-QB段,即特性(xing)方程線🌏性工(gōng)🌈作‼️區。而在流(liú)量Qa以下時，流(liu)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(ci),在測量過程(cheng)中,如何降低(dī)始動😘流量,提(tí)高靈.敏度,減(jiǎn)小死區,展寬(kuān)線性工作區(qū),成爲解決小(xiao)流量測量的(de)關鍵問題。

　　對(duì)渦輪流量計(ji)的理論模型(xíng)作如下分析(xī)。葉片的旋轉(zhuǎn)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(ruo)👣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(li)👅,此外🐅,由于渦(wo)輪以角速度(dù)旋轉,故圖中(zhōng)實際的渦輪(lun)驅動力爲:

　　式(shi)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(chéng)正比,V與Q/s(S爲流(liu)路面積)成正(zheng)比,故将這些(xiē)🍓關系代入式(shi)(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(kàng)力矩Trf之和,即(ji)

　　從理論可以(yǐ)知道,決定渦(wo)輪始動流量(liàng)(即渦輪流量(liàng)計的最小🈲靈(ling)敏度Qmin)的主要(yao)因素,渦輪起(qi)動時,角速度(dù)小,故可以☎️忽(hū)略⁉️阻力産生(shēng)的反抗力矩(jǔ)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(he)第二項相等(děng)時的流🙇‍♀️量。即(jí)得

　　而機械反(fǎn)抗力矩Trm包括(kuò)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(tǐ),密度ρ爲定值(zhi),c3,C4分别爲比例(li)常數,橫截面(mian)爲定值。因此(ci),影響Qmin變化的(de)隻有Tm(Tr1,Tr2)。
　　在流量(liang)計結構設計(jì)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(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(shǐ)其對流👅速變(biàn)化的響應性(xìng)好,渦輪軸與(yǔ)軸承間采用(yòng)軸尖支撐,軸(zhou)承采用瑪瑙(nǎo),減🈲小旋轉阻(zǔ)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(liu)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(dé)響應特性曲(qu)線，如圖3所示(shi)，冷油(16度)對K值(zhi)☂️的響應特性(xing),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(ke)見，溫度的變(biàn)化對渦輪流(liu)量計K有影響(xiang),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(lun)轉速的變化(hua),K值也會随之(zhi)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(jiao)大的機械靜(jing)摩擦力,因此(ci)需要較💜大始(shǐ)動流量。渦輪(lún)以一定的速(su)度轉動起來(lai)以後,需要機(jī)械動摩擦力(li)和流體流動(dong)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(zhǒng)情況對于密(mì)度🈚變化小的(de)液體來說,影(yǐng)響不大⭐,Qmin可視(shi)爲常數。但對(dui)于多相流體(tǐ)來說,由于溫(wēn)度、壓力和分(fèn)相含率的變(biàn)化,引起P變化(huà),從而影響Qmin.
　　實(shi)驗在以水和(hé)空氣爲介質(zhì)的流動模拟(nǐ)裝置中進行(háng),實驗中在氣(qi)體流量固定(ding)的前提下,逐(zhú)漸增大水的(de)流量,測量渦(wō)輪的響應值(zhí)。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(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(zhí)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(du)的減小，增大(da)。
通過實驗驗(yàn)證,我們可以(yi)得出如下的(de)結論:
①渦輪流(liú)量計在測量(liang)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(fā)生變化也會(hui)引起🈚渦輪轉(zhuǎn)速的很大變(biàn)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(jié)論
　　通過理論(lun)推導和實驗(yan)驗證,可以得(dé)出如下結論(lùn):
3.1渦輪采用質(zhì)輕的材料,使(shǐ)其對流速變(biàn)化的響應性(xing)好,同時盡量(liàng)采取措施減(jiǎn)少摩擦阻力(lì)矩及電磁反(fǎn)作用力矩,通(tong)過這些措施(shi)💁可以降低渦(wō)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(hua),建議考慮使(shi)用💜對溫度不(bú)敏感的材料(liào)作爲渦輪制(zhì)造材料。
3.3不同(tóng)密度下的渦(wo)輪K值随密度(dù)增加而增大(dà),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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