摘要(yao):本文闡(chan)述了井(jing)下渦輪(lun)流量計(ji) 的工作(zuo)特性、理(li)論模型(xing),分析了(le)影響渦(wo)輪流量(liang)計起🔆動(dong)排量的(de)各種因(yin)素并且(qie)總結了(le)流體的(de)溫度及(ji)密🌏度對(dui)渦輪流(liu)量計測(ce)量精度(du)的影響(xiang),對渦輪(lun)流量計(ji)💜的改善(shan)提高有(you)一定的(de)指導作(zuo)用。
　　在油(you)田監測(ce)中， 渦輪(lun)流量計(ji) 因其體(ti)積小、結(jie)構簡單(dan)、價格便(bian)宜被廣(guang)泛的應(ying)用。但由(you)于受起(qi)動排量(liang)、流體的(de)溫度、粘(zhan)度等各(ge)種因素(su)的影響(xiang),使得渦(wo)流量計(ji)在實際(ji)應用過(guo)程中有(you)偏差,給(gei)現場生(sheng)産帶來(lai)了很大(da)的困難(nan),因此有(you)必要對(dui)影響渦(wo)輪流量(liang)計測量(liang)精度的(de)各種因(yin)素進行(hang)分析、總(zong)結,使之(zhi)能更好(hao)的爲油(you)田生産(chan)服務。
1工(gong)作原理(li)
　　渦輪流(liu)量計是(shi)速度式(shi)流量測(ce)量儀表(biao),它是以(yi)動量矩(ju)守恒🐇原(yuan)理爲基(ji)礎,通過(guo)測量置(zhi)于被測(ce)流體内(nei)的渦輪(lun)的旋👌轉(zhuan)速度n來(lai)測量流(liu)量Q的大(da)小。渦輪(lun)流量計(ji)的特性(xing)方程式(shi)🈚爲:

式中(zhong):c爲渦輪(lun)流量計(ji)流量與(yu)轉速之(zhi)間的轉(zhuan)換系數(shu);a爲與👅流(liu)量計結(jie)構參數(shu)、流體性(xing)質以及(ji)流動狀(zhuang)态有關(guan)的系數(shu)。
2影響因(yin)素分析(xi)
2.1起動排(pai)量影響(xiang)因素分(fen)析
　　如圖(tu)1所示:流(liu)量計的(de)工作區(qu)間爲QA-QB段(duan),即特性(xing)方程線(xian)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼性工作(zuo)區。而在(zai)流量Qa以(yi)下時，流(liu)量與轉(zhuan)速不成(cheng)線性關(guan)系🈲，在一(yi)❌定小的(de)流量下(xia)🔆，無信号(hao)輸出。因(yin)此,在測(ce)量🔱過程(cheng)中,如何(he)降低始(shi)動流量(liang),提♍高靈(ling).敏度,減(jian)小死區(qu),展寬線(xian)性工作(zuo)區,成爲(wei)解決小(xiao)流量測(ce)量♈的關(guan)鍵問題(ti)。

　　對渦(wo)輪流量(liang)計的理(li)論模型(xing)作如下(xia)分析。葉(ye)片的旋(xuan)轉如圖(tu)2所👅示。

　　設(she)渦輪流(liu)量計内(nei)流體流(liu)向與渦(wo)輪葉片(pian)成θ傾斜(xie).角,若密(mi)度ρ爲的(de)流體以(yi)速度V沖(chong)擊葉片(pian)時,将朝(chao)上産生(sheng)與ρVtanθ成正(zheng)比的力(li),此外,由(you)于渦輪(lun)以角速(su)度旋轉(zhuan),故圖👣中(zhong)實際的(de)渦輪驅(qu)動力🈲爲(wei):

　　式中:r爲(wei)渦輪平(ping)均旋轉(zhuan)半徑
　　因(yin)爲,渦輪(lun)驅動力(li)矩Tr與F:成(cheng)正比,V與(yu)Q/s(S爲流路(lu)面積)成(cheng)正🐉比,故(gu)将這些(xie)關系代(dai)入式(2)得(de):

　　渦輪在(zai)正常狀(zhuang)态下旋(xuan)轉時,渦(wo)輪驅動(dong)力矩Tr等(deng)于軸承(cheng)摩擦等(deng)産生的(de)機械反(fan)抗力矩(ju)Tm和由流(liu)動阻力(li)産生的(de)反抗力(li)矩Trf之和(he),即

　　從理(li)論可以(yi)知道,決(jue)定渦輪(lun)始動流(liu)量(即渦(wo)輪流量(liang)計的㊙️最(zui)小🎯靈敏(min)度Qmin)的主(zhu)要因素(su),渦輪起(qi)動時,角(jiao)速度小(xiao),故可以(yi)忽略阻(zu)力産生(sheng)的反抗(kang)力矩Trf因(yin)而式(5)可(ke)寫爲:

　　其(qi)最小靈(ling)敏度Qmin是(shi)式(6)右邊(bian)第一項(xiang)和第二(er)項相等(deng)時的流(liu)量。即👄得(de)

　　而機械(xie)反抗力(li)矩Trm包括(kuo)渦輪軸(zhou)與軸承(cheng)間的摩(mo)擦力✉️矩(ju)Tr1和電🚩磁(ci)☀️反作用(yong)力矩Tr2口(kou),即

　　從式(shi)(7)可知,對(dui)測量介(jie)質一定(ding),管徑一(yi)定的流(liu)體,密度(du)ρ爲定值(zhi)✍️,c3,C4分别爲(wei)比例常(chang)數,橫截(jie)面爲定(ding)值。因此(ci),影響💯Qmin變(bian)化的隻(zhi)有Tm(Tr1,Tr2)。
　　在流(liu)量計結(jie)構設計(ji)及工藝(yi)設計時(shi),根據理(li)論分析(xi),可以采(cai)取以下(xia)措施作(zuo)爲優化(hua)設計。
①渦(wo)輪采用(yong)質輕的(de)材料,減(jian)小渦輪(lun)的轉動(dong)慣量,使(shi)其對流(liu)速變化(hua)㊙️的響應(ying)性好,渦(wo)輪軸與(yu)軸承間(jian)采用軸(zhou)✍️尖支撐(cheng),軸承采(cai)用瑪瑙(nao),減🔞小旋(xuan)轉阻力(li)。
②磁電轉(zhuan)換器由(you)光纖接(jie)受器取(qu)代,消除(chu)電磁反(fan)作用力(li)矩✉️。同時(shi)提高電(dian)磁流量(liang)計的抗(kang)幹擾能(neng)力。
2.2溫度(du)因素的(de)影響

　　根(gen)據上表(biao)做出油(you)對K值得(de)響應特(te)性曲線(xian)，如圖3所(suo)示，冷油(you)(16度)對K值(zhi)的響應(ying)特性,即(ji)y=11869x-41857;熱油(60度(du))對K值的(de)響應特(te)性,即y=107.42x-2438。

　　由(you)此可見(jian)，溫度的(de)變化對(dui)渦輪流(liu)量計K有(you)影響,主(zhu)要是由(you)于金屬(shu)材料熱(re)脹冷縮(suo),幾何尺(chi)寸的變(bian)化，會引(yin)🔱起渦輪(lun)轉速的(de)變化,K值(zhi)也會随(sui)之改變(bian)。
2.3流體密(mi)度因素(su)的影響(xiang)
　　渦輪啓(qi)動時,要(yao)克服較(jiao)大的機(ji)械靜摩(mo)擦力,因(yin)此需要(yao)較大始(shi)動流量(liang)。渦輪以(yi)一定的(de)速度轉(zhuan)動起來(lai)以後,需(xu)📧要機械(xie)動🌂摩擦(ca)力和流(liu)體流動(dong)阻力,轉(zhuan)動閡值(zhi)Qmin與ρ0.5成反(fan)比,流體(ti)密度越(yue)大,Qmin越小(xiao)♉。這種情(qing)況對于(yu)密度變(bian)化小的(de)液體來(lai)說🚩,影響(xiang)不大,Qmin可(ke)視爲常(chang)數。但對(dui)于多相(xiang)流體來(lai)說,由于(yu)溫度⭐、壓(ya)力和分(fen)相🌐含率(lü)的變化(hua)👨‍❤️‍👨,引起P變(bian)化,從🧑🏾‍🤝‍🧑🏼而(er)影響Qmin.
　　實(shi)驗在以(yi)水和空(kong)氣爲介(jie)質的流(liu)動模拟(ni)裝置中(zhong)進行,實(shi)驗中在(zai)氣體流(liu)量固定(ding)的前提(ti)下,逐漸(jian)增大水(shui)的流量(liang),測量渦(wo)輪的響(xiang)應值。增(zeng)大氣體(ti)的流量(liang),重複🌍上(shang)述操🈲作(zuo),得到🏃‍♀️了(le)下面的(de)渦輪響(xiang)應圖版(ban),其中流(liu)量爲氣(qi)液的合(he)流量。圖(tu)中氣體(ti)流量爲(wei)零時,流(liu)體的密(mi)🔞度最大(da),測得的(de)響應曲(qu)線各流(liu)量響應(ying)值最大(da)。由于氣(qi)流量增(zeng)大時,測(ce)得流體(ti)密度♈和(he)粘度都(dou)變小，所(suo)以随着(zhe)流體密(mi)度的減(jian)小，增大(da)。
通過實(shi)驗驗證(zheng),我們可(ke)以得出(chu)如下的(de)結論:
①渦(wo)輪流量(liang)計在測(ce)量多相(xiang)流的流(liu)量時,在(zai)總流量(liang)保持不(bu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼變的情(qing)👉況下,流(liu)體的密(mi)度發生(sheng)變化也(ye)會引起(qi)渦輪👄轉(zhuan)速的很(hen)大變📱化(hua)。
②渦輪流(liu)量計的(de)始動流(liu)量随多(duo)相流體(ti)密度的(de)增大而(er)減✊小。.
3結(jie)論
　　通過(guo)理論推(tui)導和實(shi)驗驗證(zheng),可以得(de)出如下(xia)結論:
3.1渦(wo)輪采用(yong)質輕的(de)材料,使(shi)其對流(liu)速變化(hua)的響應(ying)性好,同(tong)時盡量(liang)采取措(cuo)施減少(shao)摩擦阻(zu)力矩及(ji)電磁反(fan)作用力(li)矩,通過(guo)這些✊措(cuo)施可以(yi)降低渦(wo)輪的起(qi)動排量(liang)。.
3.2溫度的(de)變化會(hui)引起渦(wo)輪K值的(de)變化,建(jian)議考慮(lü)使用對(dui)溫度不(bu)敏😘感的(de)材料作(zuo)爲渦輪(lun)制造材(cai)料。
3.3不同(tong)密度下(xia)的渦輪(lun)K值随密(mi)度增加(jia)而增大(da),因此三(san)相流下(xia)要獲得(de)正确的(de)流量還(hai)需進行(hang)密度校(xiao)

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