摘(zhai)要：對渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)進行了(le)理論分(fen)析,給出(chu)了渦輪(lun)流量計(ji)
儀表常(chang)數的計(ji)算方法(fa)，讨論了(le)獲得較(jiao)大固有(you)儀表常(chang)數K。時渦(wo)輪傳感(gan)器結構(gou)參數(如(ru)葉片數(shu)、渦輪半(ban)徑、口徑(jing)等)的優(you)化組合(he)問題，通(tong)過多相(xiang)流動實(shi)驗，總結(jie)出K。與流(liu)🍓動密度(du)✂️之間的(de)實驗關(guan)系，由此(ci)給出用(yong)渦輪流(liu)量計測(ce)☁️量多相(xiang)流的半(ban)理論半(ban)經驗公(gong)式，并在(zai)油🔞井多(duo)相流量(liang)🌏測量中(zhong)得到了(le)實際應(ying)用,符合(he)較好。
1引(yin)言
工業(ye)生産過(guo)程參數(shu)(如溫度(du)、壓力等(deng))檢測中(zhong),以流量(liang)和各相(xiang)持率測(ce)量最爲(wei)複雜,是(shi)較難測(ce)量的兩(liang)個參數(shu),因而，引(yin)起了工(gong)程技術(shu)人員的(de)興趣。随(sui)着工業(ye)的㊙️發展(zhan),被測對(dui)象不再(zai)限于單(dan)相,而要(yao)對多相(xiang)流、混合(he)狀态的(de)流✍️量進(jin)行測量(liang)。測量多(duo)相流的(de)技術難(nan)度要比(bi)單相流(liu)體的精(jing)确測量(liang)大得多(duo),知道單(dan)相流體(ti)的😘密度(du)、粘度及(ji)測量裝(zhuang)置的幾(ji)何結構(gou),便可以(yi)對單相(xiang)流進行(hang)定量分(fen)析。如果(guo)能🐪利用(yong)多相流(liu)中每一(yi)相的.上(shang)述各物(wu)理量對(dui)多相流(liu)進行測(ce)量得話(hua),就很方(fang)便🔴。但遺(yi)憾的是(shi),多相流(liu)體的特(te)性遠比(bi)單相流(liu)體的特(te)性複雜(za)得多,如(ru)各組分(fen)之間不(bu)能均勻(yun)混合、混(hun)合流體(ti)的異常(chang)性🐉、流型(xing)轉變,相(xiang)對速度(du)、流體性(xing)質、管道(dao)結構、流(liu)動方向(xiang)等因素(su)将導🔱緻(zhi)渦🌐輪🚩流(liu)量傳感(gan)器響應(ying)特性的(de)改🙇♀️變。
渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)和顯示(shi)儀表組(zu)成的渦(wo)輪流量(liang)計以⛷️良(liang)好的☁️重(zhong)複性、寬(kuan)廣的線(xian)性工作(zuo)區和精(jing)度高而(er)受到🏃用(yong)戶🈲的歡(huan)迎。渦輪(lun)流量計(ji)在測量(liang)單相時(shi)，工作穩(wen)定性較(jiao)好，但在(zai)多相流(liu)動時，由(you)于各相(xiang)的速度(du)、粘🆚度、局(ju)部持⛱️率(lü)等因:素(su),影響渦(wo)輪轉速(su)。按常規(gui),同一流(liu)量所對(dui)應的渦(wo)輪轉速(su)保持不(bu)變,即儀(yi)器常數(shu)不變。但(dan)在多相(xiang)流動🌍時(shi),即使在(zai)總流量(liang)保持不(bu)變的情(qing)況下，混(hun)合流體(ti)的密度(du)發生變(bian)化,也會(hui)引起渦(wo)輪轉速(su)的🔴很大(da)變化。由(you)于在多(duo)相流動(dong)中,渦輪(lun)響應特(te)性發生(sheng)了變化(hua)，目前面(mian)臨的問(wen)題是渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)是否能(neng)成功地(di)應用于(yu)多相流(liu)的測量(liang)及如何(he)設計用(yong)于多相(xiang)流測量(liang)的渦輪(lun)流量傳(chuan)感器。就(jiu)此問題(ti),這裏,首(shou)先🛀對渦(wo)輪傳感(gan)器進行(hang)了理論(lun)分析,然(ran)後給出(chu)三相流(liu)動中渦(wo)輪流量(liang)計的實(shi)驗響應(ying)特性,最(zui)後總結(jie)出用渦(wo)輪流量(liang)🌐計測量(liang)多相流(liu)流量的(de)半理論(lun)半經♈驗(yan)公式。
2渦(wo)輪流量(liang)計測量(liang)原理
2.1流(liu)量計的(de)響應方(fang)程
渦輪(lun)流量計(ji)通過渦(wo)輪轉數(shu)反映被(bei)測流量(liang)的大小(xiao)🈲，渦㊙️輪轉(zhuan)N與‼️流量(liang)Q之間的(de)關系可(ke)以表示(shi)爲:
N=K(Q--q)(1)
式中(zhong)K一儀表(biao)常
q一啓(qi)動流量(liang),通過标(biao)定獲得(de)
2.2渦輪流(liu)量計固(gu)有儀表(biao)常數的(de)理論計(ji)算
渦輪(lun)流量計(ji)固有儀(yi)表常數(shu)K0主要與(yu)渦輪傳(chuan)感器結(jie)構參數(shu)有關。(圖(tu)1),K0可按下(xia)式計算(suan)中:
式(2)可(ke)見,對确(que)定的渦(wo)輪流量(liang)傳感器(qi)，易知口(kou)徑D大,K0值(zhi)小;葉片(pian)數n大,K0值(zhi)大等。如(ru)果要獲(huo)得較大(da)的儀表(biao)常數,就(jiu)要對渦(wo)輪傳❌感(gan)器的結(jie)構參數(shu)進行優(you)化設計(ji),從👉圖(2)可(ke)以看出(chu),葉片高(gao)度h增加(jia),K。增大;導(dao)程角增(zeng)大,K0增大(da)。對于φ19的(de)過💛環空(kong)大排量(liang)渦輪流(liu)量計而(er)言,由.上(shang)式計算(suan)得K0=74.567rpm/m3/d,而水(shui)中💃🏻标定(ding)的Kw=78.89rpm/m3/d,表1給(gei)出不同(tong)口徑和(he)不同導(dao)程🏃♀️角下(xia)渦輪流(liu)🚩量🥵計固(gu)有儀表(biao)常數的(de)計算值(zhi)。
3渦輪(lun)流量計(ji)在多相(xiang)流中的(de)響應實(shi)驗
實驗(yan)在以空(kong)氣柴油(you)和水爲(wei)介質的(de)三相流(liu)動模拟(ni)裝置中(zhong)進✌️行,透(tou)明的井(jing)簡内徑(jing)爲125mm,流體(ti)全部集(ji)流後進(jin)入🥵流量(liang)計。實驗(yan)發現,總(zong)🧑🏽🤝🧑🏻流量相(xiang)等,但流(liu)動密度(du)不⭐等的(de)實驗,K0值(zhi)變化較(jiao)大;流動(dong)密度相(xiang)等,總流(liu)量不等(deng)的實驗(yan),K0值✍️變化(hua)較小(圖(tu)3)。多相流(liu)📧動中渦(wo)輪儀器(qi)常數📧校(xiao)正因子(zi)Ck與流動(dong)密度ρn之(zhi)間的統(tong)計關系(xi)爲Ck=ρ0.5。
4多相流(liu)流量測(ce)量
由于(yu)機械加(jia)工及安(an)裝工藝(yi)等方面(mian)的原因(yin),按渦輪(lun)流量計(ji)🍉固有儀(yi)表常數(shu)設計的(de)渦輪,必(bi)須在水(shui)中标定(ding)後才能(neng)使用，設(she)水🆚中标(biao)定的渦(wo)輪儀表(biao)常數爲(wei)Kw,則通過(guo)上述理(li)論⁉️計算(suan)和實驗(yan)，歸納總(zong)結♋出渦(wo)輪流量(liang)計在多(duo)相流動(dong)中的響(xiang)應方程(cheng)爲:
Q=N/K+q.(3)
K=Kw+K0(ρn0.5-1)(4)
式中(zhong)Kw---爲水中(zhong)标定的(de)儀表常(chang)數
如果(guo)用全集(ji)流型渦(wo)輪流量(liang)計測得(de)渦輪轉(zhuan)數N,在标(biao)😘準計量(liang)裝👣置🍓上(shang)通過标(biao)定獲得(de)Kw和q,結合(he)輔助參(can)數ρn就可(ke)以用公(gong)式(3)計算(suan)出多相(xiang)🌐流總量(liang)。用(3)式在(zai)油.井的(de)油、氣、水(shui)多相流(liu)流🏃🏻量測(ce)量中得(de)到⭕了實(shi)際應用(yong),計算誤(wu)差在5%以(yi)内。
5結論(lun)
通過理(li)論計算(suan)和多相(xiang)流實驗(yan)，總結出(chu)了渦輪(lun)流量計(ji)🈲儀器常(chang)🏃♂️數在多(duo)相流動(dong)中的實(shi)驗關系(xi),結合理(li)論☀️和實(shi)♈驗,給出(chu)了🧑🏾🤝🧑🏼用渦(wo)🌐輪流量(liang)計測量(liang)多相流(liu)總流量(liang)的半經(jing)驗半理(li)論關系(xi)👄式，實際(ji)應用證(zheng)明該方(fang)法可行(hang)。
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