摘(zhāi)要:本文(wen)闡述了(le)井下渦(wo)輪流量(liang)計 的工(gong)作特性(xing)、理論模(mó)型,分析(xi)了影響(xiang)渦輪流(liu)量計起(qi)動排量(liàng)的各種(zhǒng)因素并(bìng)且總結(jie)了流體(ti)的溫度(du)及密度(du)對渦輪(lun)流量計(jì)測量精(jīng)度的影(ying)響,對渦(wo)輪流量(liang)計的改(gai)善🌂提高(gāo)有一定(dìng)的指導(dǎo)作用。
　　在(zai)油田監(jiān)測中， 渦(wo)輪流量(liàng)計 因其(qí)體積小(xiao)、結構簡(jiǎn)單、價格(gé)便宜被(bèi)廣泛的(de)應用。但(dàn)由于受(shòu)起動排(pai)量、流體(tǐ)的溫度(dù)、粘度等(děng)各種因(yīn)素的影(ying)響,使得(dé)渦流量(liàng)計在實(shí)際應用(yong)過程中(zhong)有偏差(cha),給現場(chǎng)生産帶(dài)來了很(hěn)大的困(kun)難,因此(ci)有必要(yao)對影響(xiang)渦輪流(liu)量計測(ce)量精度(dù)的各種(zhong)因素進(jìn)行分析(xi)、總結,使(shǐ)之能更(gèng)好的爲(wei)油田生(shēng)産服務(wù)。
1工作原(yuán)理
　　渦輪(lún)流量計(jì)是速度(dù)式流量(liang)測量儀(yí)表,它是(shi)以動量(liàng)矩👄守🏒恒(heng)原理爲(wèi)基礎,通(tōng)過測量(liang)置于被(bei)測流體(tǐ)内的渦(wō)輪的旋(xuán)轉速度(dù)n來測量(liang)流量Q的(de)大小。渦(wo)輪流量(liang)計的特(tè)性方程(cheng)式♍爲:

式(shi)中:c爲渦(wo)輪流量(liang)計流量(liang)與轉速(su)之間的(de)轉換系(xi)數;a爲與(yǔ)流量計(jì)結構參(can)數、流體(tǐ)性質以(yǐ)及流動(dòng)狀态有(you)關的系(xi)數。
2影響(xiǎng)因素分(fèn)析
2.1起動(dong)排量影(yǐng)響因素(su)分析
　　如(rú)圖1所示(shi):流量計(jì)的工作(zuò)區間爲(wei)QA-QB段,即特(te)性方程(chéng)線性💰工(gong)作區。而(ér)在流量(liàng)Qa以下時(shí)，流量與(yǔ)轉速不(bú)成線性(xing)關系，在(zai)一定小(xiǎo)的流量(liàng)下，無信(xìn)号輸出(chu)。因此,在(zai)測量過(guo)程中,如(ru)何降低(dī)始動流(liú)量,提高(gāo)靈.敏度(dù),減小死(si)區,展寬(kuan)線性工(gōng)作區,成(cheng)爲解決(jué)小流量(liàng)測量的(de)關鍵問(wen)題。

　　對(duì)渦輪流(liu)量計的(de)理論模(mó)型作如(rú)下分析(xī)。葉片的(de)旋轉如(rú)圖2所示(shì)。

　　設渦輪(lun)流量計(jì)内流體(ti)流向與(yu)渦輪葉(ye)片成θ傾(qīng)斜.角,若(ruo)密度ρ爲(wèi)的流體(tǐ)以速度(dù)V沖擊葉(yè)片時,将(jiang)朝上産(chǎn)生與ρVtanθ成(cheng)正比的(de)力🚩,此外(wài),由于渦(wō)輪以角(jiao)速度旋(xuan)轉,故圖(tú)中實際(ji)♋的渦輪(lun)驅動力(lì)爲:

　　式中(zhong):r爲渦輪(lún)平均旋(xuán)轉半徑(jìng)
　　因爲,渦(wō)輪驅動(dong)力矩Tr與(yu)F:成正比(bǐ),V與Q/s(S爲流(liú)路面積(ji))成正比(bi),故将這(zhe)🍉些關系(xi)代入式(shì)(2)得:

　　渦輪(lun)在正常(cháng)狀态下(xia)旋轉時(shí),渦輪驅(qu)動力矩(jǔ)Tr等于軸(zhou)承摩🔱擦(cā)等産生(sheng)的機械(xiè)反抗力(lì)矩Tm和由(yóu)流動阻(zu)力産生(shēng)的反抗(kang)力矩😍Trf之(zhī)和,即

　　從(cong)理論可(ke)以知道(dào),決定渦(wō)輪始動(dòng)流量(即(ji)渦輪流(liú)量計的(de)最㊙️小💚靈(líng)敏度Qmin)的(de)主要因(yin)素,渦輪(lun)起動時(shi),角速度(dù)小,故可(kě)以忽略(luè)阻力産(chǎn)生💋的反(fǎn)抗力矩(jǔ)Trf因而式(shì)(5)可寫爲(wei):

　　其最小(xiao)靈敏度(dù)Qmin是式(6)右(you)邊第一(yi)項和第(dì)二項相(xiàng)等時👉的(de)流量。即(jí)得

　　而機(jī)械反抗(kang)力矩Trm包(bāo)括渦輪(lun)軸與軸(zhou)承間的(de)摩擦力(li)矩Tr1和電(diàn)磁♊反作(zuò)用力矩(ju)Tr2口,即

　　從(cóng)式(7)可知(zhī),對測量(liàng)介質一(yi)定,管徑(jìng)一定的(de)流體,密(mì)度ρ爲定(ding)值㊙️,c3,C4分别(bié)爲比例(lì)常數,橫(heng)截面爲(wèi)定值。因(yīn)此,影響(xiǎng)Qmin變化的(de)隻有Tm(Tr1,Tr2)。
　　在(zài)流量計(ji)結構設(she)計及工(gong)藝設計(jì)時,根據(ju)理論分(fèn)析🈲,可以(yǐ)采取以(yǐ)下措施(shi)作爲優(you)化設計(jì)。
①渦輪采(cai)用質輕(qing)的材料(liao),減小渦(wo)輪的轉(zhuan)動慣量(liang),使其對(dui)流🐅速變(bian)化的響(xiǎng)應性好(hao),渦輪軸(zhóu)與軸承(cheng)間采用(yong)軸📧尖支(zhī)撐,軸承(chéng)采用瑪(ma)瑙,減小(xiao)旋轉阻(zu)力。
②磁電(dian)轉換器(qì)由光纖(xiān)接受器(qì)取代,消(xiāo)除電磁(cí)反作用(yong)力矩💜。同(tong)時提高(gao)電磁流(liu)量計的(de)抗幹擾(rǎo)能力。
2.2溫(wēn)度因素(sù)的影響(xiǎng)

　　根據上(shang)表做出(chu)油對K值(zhi)得響應(yīng)特性曲(qu)線，如圖(tu)3所示，冷(leng)油(16度🎯)對(dui)🥵K值的響(xiang)應特性(xìng),即y=11869x-41857;熱油(you)(60度)對K值(zhi)的響應(yīng)特性,即(ji)y=107.42x-2438。

　　由此可(ke)見，溫度(du)的變化(huà)對渦輪(lún)流量計(jì)K有影響(xiang),主要是(shì)由于🌈金(jīn)屬💋材料(liào)熱脹冷(leng)縮,幾何(he)尺寸的(de)變化，會(huì)引起渦(wō)輪轉速(sù)的變化(huà),K值也會(huì)随之改(gai)變。
2.3流體(ti)密度因(yīn)素的影(yǐng)響
　　渦輪(lún)啓動時(shi),要克服(fú)較大的(de)機械靜(jing)摩擦力(li),因此需(xū)要較大(dà)始動流(liu)量。渦輪(lun)以一定(dìng)的速度(du)轉動起(qi)來以後(hòu),需要機(ji)械動摩(mó)擦力和(hé)☁️流體流(liú)動阻力(lì),轉動閡(hé)值Qmin與ρ0.5成(cheng)反比,流(liu)體🔞密度(dù)越大,Qmin越(yuè)小。這種(zhong)情況對(duì)于密度(du)變化小(xiao)的液體(ti)來說,影(yǐng)響不大(dà),Qmin可視爲(wèi)常數。但(dan)對于多(duo)相流體(tǐ)來說,由(you)于溫度(dù)、壓力和(he)分相含(hán)率的變(bian)化,引起(qi)P變化,從(cóng)♋而影響(xiǎng)Qmin.
　　實驗在(zài)以水和(hé)空氣爲(wèi)介質的(de)流動模(mo)拟裝置(zhì)中進行(hang),實驗中(zhōng)🙇‍♀️在氣體(ti)流量固(gu)定的前(qian)提下,逐(zhu)漸增大(dà)水的流(liu)量,測量(liàng)渦輪的(de)🏃‍♀️響應值(zhí)。增大氣(qì)體的流(liú)量,重複(fú)🌈上述操(cao)作,得到(dào)了下面(miàn)的渦輪(lún)響應圖(tú)👉版,其中(zhong)流量爲(wei)氣液的(de)⛱️合流量(liang)。圖中氣(qì)體流量(liang)爲零時(shí)🌐,流體的(de)密🍉度最(zui)大,測得(dé)的響應(ying)曲線各(gè)流量響(xiǎng)應值最(zui)大。由于(yu)氣流量(liàng)增大時(shi),測得流(liú)體密度(dù)📐和粘度(du)都變小(xiǎo)，所以随(suí)着流體(tǐ)密度的(de)減小，增(zeng)☁️大。
通過(guo)實驗驗(yan)證,我們(men)可以得(dé)出如下(xià)的結論(lùn):
①渦輪流(liú)量計在(zai)測量多(duo)相流的(de)流量時(shí),在總流(liú)量保持(chí)不變的(de)情況下(xia),流體的(de)密度發(fa)生變化(huà)也會引(yin)起渦輪(lún)轉速的(de)很大變(biàn)化。
②渦輪(lún)流量計(ji)的始動(dong)流量随(suí)多相流(liu)體密度(du)的增大(dà)🔞而減⁉️小(xiao)。.
3結論
　　通(tong)過理論(lun)推導和(he)實驗驗(yan)證,可以(yǐ)得出如(ru)下結論(lun):
3.1渦輪采(cai)用質輕(qīng)的材料(liao),使其對(dui)流速變(bian)化的響(xiang)應性🐇好(hao)🛀🏻,同時盡(jin)♋量采取(qǔ)措施減(jiǎn)少摩擦(cā)阻力矩(jǔ)及電磁(ci)反作用(yong)💃🏻力矩,通(tong)過🔆這些(xie)🐪措施可(kě)以降低(dī)渦輪的(de)起動排(pai)量。.
3.2溫度(du)的變化(huà)會引起(qǐ)渦輪K值(zhi)的變化(hua),建議考(kǎo)慮使用(yong)🔅對溫度(dù)✏️不❓敏感(gǎn)的材料(liao)作爲渦(wō)輪制造(zao)材料。
3.3不(bu)同密度(dù)下的渦(wo)輪K值随(suí)密度增(zeng)加而增(zeng)大,因此(cǐ)三🙇‍♀️相流(liú)下要😍獲(huò)🔆得正确(que)的流量(liang)還需進(jìn)行密度(du)校

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