摘要：對渦(wō)輪流量傳感器(qi)進行了理論分(fen)析,給出了渦輪(lun)流量計
儀表常(chang)數的計算方法(fa)，讨論了獲得較(jiào)大固有儀表常(chang)數K。時🈲渦輪🔞傳感(gǎn)器結構參數(如(rú)葉片數、渦輪半(bàn)徑、口徑等)的優(you)化組合問題，通(tong)過多相流動實(shí)驗，總結出K。與流(liú)動密度🚶♀️之間的(de)實驗關系，由此(ci)給出用渦輪流(liú)量計測量多相(xiang)流👅的半理論半(ban)經驗公式，并在(zài)油井多相流量(liang)🤞測量中得到了(le)實際應用,符合(he)較好。
1引言
工業(yè)生産過程參數(shù)(如溫度、壓力等(deng))檢測中,以流量(liang)🙇🏻和各相😄持率測(cè)量最爲複雜,是(shi)較難測量的兩(liang)個參數,因而，引(yǐn)起了工程技術(shu)人員的興趣。随(suí)着工業的發展(zhan),被測對象不再(zài)限于單相,而要(yao)對多相流、混合(he)狀态的流量進(jin)行測量。測量多(duō)相流的技術難(nan)度要🙇🏻比單相流(liú)體的精确測量(liàng)大得多,知道👌單(dān)相流體的密度(dù)、粘度及測量裝(zhuāng)置的幾何結構(gou),便可以對單相(xiàng)流進行定量分(fen)析。如果能利用(yòng)多相流中每一(yi)相的.上述各物(wù)理量對多相流(liú)進行測量得話(hua),就很方便。但遺(yi)憾的是,多相流(liú)體的特性遠比(bǐ)單相流體的特(tè)性複雜得多,如(rú)各組分之間不(bu)能均勻混合、混(hùn)合流💰體的異常(chang)性、流型轉變,相(xiang)🥵對速度、流體性(xìng)質、管道結❗構、流(liú)動方向等因素(sù)将導緻渦輪流(liú)量傳感器響應(yīng)特性的改變。
渦(wo)輪流量傳感器(qì)和顯示儀表組(zu)成的渦輪流量(liàng)計以良好的重(zhòng)複性、寬廣的線(xiàn)性工作區和精(jīng)度高而受到♉用(yong)戶的歡迎。渦輪(lún)流量計在測量(liàng)單相時，工作💃穩(wen)定性較好，但🔴在(zài)多相流動時，由(yóu)于各相的速度(du)、粘度、局部持率(lǜ)等因:素,影響渦(wō)輪轉速。按常規(guī),同一流🧑🏽🤝🧑🏻量所對(duì)應的渦輪轉速(su)保📱持不變,即儀(yi)器常數不變。但(dan)在多相流🔆動時(shi),即使在總流量(liàng)保持不變的情(qíng)況下，混合流體(tǐ)的密度發生變(bian)化,也會引起渦(wo)輪轉速的🌈很大(dà)變化。由于在多(duō)相流動中,渦輪(lún)響應特性發生(sheng)了變化，目前面(mian)臨的問題是渦(wo)輪流量傳感器(qi)是📞否能成功地(dì)應用于多相流(liú)的測量及如何(hé)設計用于多相(xiàng)流測量的渦輪(lun)流🌈量傳感器。就(jiù)此問題,這裏🔅,首(shou)先對渦輪傳感(gan)器進行了理📱論(lun)分析,然後給出(chū)三🔴相流動中渦(wo)輪流量計的實(shi)驗響應特❄️性,最(zui)後總結出用渦(wō)輪流量計測量(liang)多相流流量的(de)半理論半經驗(yan)公式。
2渦輪流量(liang)計測量原理
2.1流(liú)量計的響應方(fāng)程
渦輪流量計(ji)通過渦輪轉數(shù)反映被測流量(liang)的大小🍉，渦輪轉(zhuan)N與流量Q之間的(de)關系可以表示(shi)爲:
N=K(Q--q)(1)
式中K一儀表(biǎo)常
q一啓動流量(liàng),通過标定獲得(dé)
2.2渦輪流量計固(gù)有儀表常數的(de)理論計算
渦輪(lún)流量計固有儀(yí)表常數K0主要與(yu)渦輪傳感器結(jie)構🔆參數有關。(圖(tu)1),K0可按下式計算(suàn)中:
式(2)可(kě)見,對确定的渦(wo)輪流量傳感器(qì)，易知口徑D大,K0值(zhí)🤞小;葉片💛數n大,K0值(zhi)大等。如果要獲(huo)得較大的儀表(biǎo)常數,就要對渦(wō)輪傳感器🌈的結(jie)🏃🏻構參數進行優(yōu)化設計,從圖(2)可(kě)以看出,葉片高(gāo)度h增加,K。增大;導(dǎo)程角增大,K0增大(dà)。對于φ19的過💋環空(kōng)大排量渦輪流(liu)量計而言,由.上(shàng)式計算得K0=74.567rpm/m3/d,而水(shuǐ)中标定的Kw=78.89rpm/m3/d,表1給(gei)出不同口徑和(hé)不同導程🆚角下(xià)渦輪流量計固(gu)有儀表常數的(de)計算值。
3渦輪(lun)流量計在多相(xiang)流中的響應實(shí)驗
實驗在以空(kōng)氣柴油和水爲(wèi)介質的三相流(liu)動模拟裝置中(zhōng)進🈲行,透明的井(jing)簡内徑爲125mm,流體(ti)全部集流後進(jìn)入流量⁉️計。實✨驗(yàn)發現,總流量相(xiàng)等,但流動密度(du)不等的實驗,K0值(zhi)變化較大;流動(dòng)密度相等,總流(liú)量不等的實驗(yàn),K0值變化較小(圖(tú)3)。多相流動中渦(wō)輪儀器常數校(xiao)正因子Ck與流動(dòng)密度ρn之間的統(tǒng)計關系爲Ck=ρ0.5。
4多相流流量測(cè)量
由于機械加(jiā)工及安裝工藝(yì)等方面的原因(yin),按渦輪流☁️量🧡計(ji)固🐇有儀表常數(shù)設計的渦輪,必(bi)須在水中标定(dìng)後🐕才能👣使用，設(she)水中标定的渦(wo)輪儀表常數爲(wei)Kw,則通過上述理(lǐ)論計算和實驗(yàn)，歸納總結出渦(wō)輪流量🔞計在多(duō)相🌈流動中的響(xiang)應方程爲:
Q=N/K+q.(3)
K=Kw+K0(ρn0.5-1)(4)
式中(zhong)Kw---爲水中标定的(de)儀表常數
如果(guǒ)用全集流型渦(wō)輪流量計測得(de)渦輪轉數N,在标(biāo)準計量裝🐇置上(shàng)通過标定獲得(dé)Kw和q,結合輔助參(cān)數ρn就可以用公(gōng)式(3)計算出👄多相(xiang)流總量。用(3)式在(zai)油.井的油⭐、氣、水(shui)多相流流量測(cè)量中得到了實(shi)際應用,計算誤(wu)🈲差在5%以内。
5結論(lùn)
通過理論計算(suan)和多相流實驗(yan)，總結出了渦輪(lun)流量計儀器常(cháng)數在多相流動(dòng)中的實驗關系(xi),結合理論☁️和實(shí)驗,給💛出了用渦(wō)輪流量計測量(liang)多相流總流量(liang)😘的半經驗半理(li)論關系🌈式，實際(ji)應用證明該方(fāng)法可💋行。
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