摘要:本文闡(chǎn)述了井下渦輪流(liu)量計
的工作特性(xing)、理論模型,分析了(le)影響渦輪流量計(ji)起☂️動🏃🏻♂️排量的各種(zhǒng)因素并且總結了(le)流體的溫度及密(mì)💃🏻度對🧑🏾🤝🧑🏼渦輪流量計(jì)測👉量精度的影響(xiang),對渦輪流量計🔱的(de)改善提高有一定(dìng)的指導作用。
在油(yóu)田監測中，
渦輪流(liú)量計
因其體積小(xiǎo)、結構簡單、價格便(biàn)宜被廣泛的應用(yòng)。但由于受起動排(pái)量、流體的溫度、粘(zhān)度等各種因素的(de)影響,使得渦流量(liàng)計在實際應用過(guo)程中有偏差,給現(xian)場生産帶來了很(hěn)大的困難,因此有(yǒu)必要對影響渦輪(lún)流量計測量精度(dù)的各種因素進行(háng)分析、總結,使之能(neng)更好的爲油田生(shēng)産服務。
1工作原理(li)
渦輪流量計是速(sù)度式流量測量儀(yí)表,它是以動量矩(ju)守恒原🛀理爲基礎(chǔ),通過測量置于被(bei)測流體内的渦輪(lun)的旋轉速度n來測(cè)量🌈流量Q的大小。渦(wo)輪流量計的特性(xìng)方程式爲:
式中:c爲(wei)渦輪流量計流量(liang)與轉速之間的轉(zhuǎn)換系數;a爲與流🏃♀️量(liang)🏃♂️計🔞結構參數、流體(tǐ)性質以及流動狀(zhuang)态有關的系數。
2影(ying)響因素分析
2.1起動(dòng)排量影響因素分(fen)析
如圖1所示:流量(liàng)計的工作區間爲(wei)QA-QB段,即特性方程線(xian)💛性工🈲作區。而在流(liú)量Qa以下時，流量與(yu)轉速不成線性關(guan)系✉️，在一✍️定小♈的流(liu)量下，無信号輸出(chū)。因此,在測量💋過程(cheng)中,如何降低始動(dong)流量,提高靈.敏㊙️度(du),減小死區,展寬線(xian)性工作區,成爲解(jie)決小流量測量的(de)關鍵問題。
對渦輪流量計的(de)理論模型作如下(xià)分析。葉片的旋轉(zhuan)如圖🚶2所示🎯。
設渦輪(lun)流量計内流體流(liu)向與渦輪葉片成(chéng)θ傾斜.角🌐,若密度ρ爲(wèi)的流體以速度V沖(chong)擊葉片時,将朝上(shang)産生與ρVtanθ成正比的(de)力✔️,此外,由于渦輪(lun)以角速度旋轉,故(gù)圖💞中實際的渦輪(lun)驅動力爲:
式中:r爲(wèi)渦輪平均旋轉半(bàn)徑
因爲,渦輪驅動(dong)力矩Tr與F:成正比,V與(yu)Q/s(S爲流路面積)成正(zhèng)比,故将這些關系(xi)代入式(2)得:
渦輪在(zai)正常狀态下旋轉(zhuǎn)時,渦輪驅動力矩(jǔ)Tr等于軸承㊙️摩擦等(deng)産生的機械反抗(kang)力矩Tm和由流動阻(zǔ)力産✔️生的反抗力(li)矩Trf之和,即
從理論(lùn)可以知道,決定渦(wo)輪始動流量(即渦(wō)輪流量計的最✔️小(xiǎo)靈敏度Qmin)的主要因(yīn)素,渦輪起動時,角(jiao)速度小,故可以忽(hu)略阻力産生的反(fan)抗力矩Trf因而式(5)可(ke)寫爲:
其最小靈敏(mǐn)度Qmin是式(6)右邊第一(yī)項和第二項相等(deng)時的流量🥵。即得🙇♀️
而(ér)機械反抗力矩Trm包(bao)括渦輪軸與軸承(cheng)間的摩擦力矩Tr1和(hé)電磁反作用力矩(jǔ)Tr2口,即
從式(7)可知,對(duì)測量介質一定,管(guan)徑一定的流體,密(mì)度ρ爲🐆定值,c3,C4分别爲(wei)比例常數,橫截面(miàn)爲定值。因此,影響(xiang)👅Qmin變化的隻有Tm(Tr1,Tr2)。
在流(liú)量計結構設計及(ji)工藝設計時,根據(ju)理論分析,可以采(cai)取以下措施作爲(wei)優化設計。
①渦輪采(cai)用質輕的材料,減(jiǎn)小渦輪的轉動慣(guan)量,使其❤️對🈲流🚩速變(biàn)化的響應性好,渦(wō)輪軸與軸承間采(cǎi)用軸尖支撐,軸承(cheng)采❗用瑪瑙,減小旋(xuan)轉阻力。
②磁電轉換(huàn)器由光纖接受器(qì)取代,消除電磁反(fan)作用🛀🏻力矩。同時提(ti)高電磁流量計的(de)抗幹擾能力。
2.2溫度(du)因素的影響
根據(jù)上表做出油對K值(zhi)得響應特性曲線(xian)，如圖3所示🐉，冷油(16度(du))對😍K值的響應特性(xing),即y=11869x-41857;熱油(60度)對K值的(de)響應特性,即y=107.42x-2438。
由此(ci)可見，溫度的變化(huà)對渦輪流量計K有(you)影響,主要是由于(yu)⭐金屬🏃材料熱脹冷(leng)縮,幾何尺寸的變(biàn)化，會引起渦輪轉(zhuǎn)🔱速的變化,K值也會(hui)随之改變。
2.3流體密(mì)度因素的影響
渦(wo)輪啓動時,要克服(fu)較大的機械靜摩(mo)擦力,因此需要較(jiao)大始動流量。渦輪(lún)以一定的速度轉(zhuǎn)動起來以🚶後,需要(yào)機械動摩擦力和(hé)🌂流體流動阻力,轉(zhuan)動閡值Qmin與ρ0.5成反比(bǐ),流體📐密度越大,Qmin越(yuè)小♊。這種情況對于(yu)密度變化小的液(ye)體來說,影響不大(da)💃🏻,Qmin可視爲常數。但對(dui)于多相流體來說(shuo),由于溫度、壓力和(he)分相含率的變化(huà),引起P變化,從而影(yǐng)響Qmin.
實驗在以水和(he)空氣爲介質的流(liú)動模拟裝置中進(jin)⛷️行,實驗中在氣體(ti)流量固定的前提(ti)下,逐漸增大水的(de)流量,測量渦🏃♂️輪的(de)響應值。增大氣體(ti)的流量,重複上述(shù)操😄作,得到了下面(mian)的渦輪響應圖版(bǎn),其中流量爲氣液(yè)的合流量。圖中氣(qì)體流量爲零時,流(liú)體的密⛷️度最大,測(ce)得的響應曲線各(gè)流量響應💘值最大(dà)。由于氣流量增大(dà)時,測得流體密度(du)和粘度都變小，所(suo)以随着流體密度(dù)的減小，增大。
通過(guo)實驗驗證,我們可(ke)以得出如下的結(jié)論:
①渦輪流量計在(zai)測量多相流的流(liu)量時,在總流量保(bao)持不變的情況下(xia),流體的密度發生(shēng)變化也會引起渦(wo)輪轉速的很大變(biàn)🈲化。
②渦輪流量計的(de)始動流量随多相(xiàng)流體密度的增大(da)而減小㊙️。.
3結論
通過(guo)理論推導和實驗(yan)驗證,可以得出如(rú)下結論:
3.1渦輪采用(yòng)質輕的材料,使其(qí)對流速變化的響(xiǎng)應性好,同♻️時盡量(liang)采取措施減少摩(mo)擦阻力矩及電磁(cí)反作用力矩,通過(guo)這些措施😍可以降(jiàng)低渦輪的起動排(pai)量。.
3.2溫度的變化會(huì)引起渦輪K值的變(bian)化,建議考慮使用(yòng)對溫度不敏感的(de)材料作爲渦輪制(zhi)造材料。
3.3不同密度(du)下的渦輪K值随密(mi)度增加而增大,因(yīn)此三相流🌈下♌要獲(huo)得正确的流量還(hai)需進行密度校
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