摘要(yao):闡述了渦(wo)輪流(liu)量(liang)計 的工(gong)作原理和(he)動态特性,建立(li)了渦(wo)輪流量(liang)計(ji)的多(duo)相流(liu)測量(liang)模型(xing),并在多相(xiang)流模(mo)拟裝(zhuang)置中進行(hang)了實(shi)驗驗(yan)證,得出了流體密度(du)是渦輪流量計在測量(liang)多(duo)相流(liu)的流(liu)量(liang)時的影響因(yin)子,并且讨(tao)論了(le)流體(ti)密度(du)影響(xiang)多相流的(de)流量(liang)測量(liang)的規律。
　　在油田生産(chan)過程參數(shu)(如溫(wen)度、壓(ya)力(li)等)檢測(ce)中,以(yi)流(liu)址(zhi)和各(ge)相持率測址最(zui)爲複(fu)雜,是(shi)較難(nan)測址(zhi)的(de)兩(liang)個參(can)數,因(yin)而,引(yin)起了(le)工程(cheng)技術人員(yuan)的興(xing)趣.随着油田的(de)發展,被測(ce)對象不(bu)再(zai)局限(xian)于單(dan)相流,而嬰(ying)對多相流(liu)、混合(he)狀态(tai)的流(liu)址進(jin)行測量.測(ce)量多相流(liu)的(de)技術難(nan)度要比單相流(liu)體的(de)正确(que)測量(liang)大的多(duo),知(zhi)道單(dan)相流(liu)體(ti)的密度(du)、粘度(du)及測量裝(zhuang)置的幾何(he)結構(gou),便可(ke)以對單相(xiang)流進(jin)行(hang)定(ding)量分(fen)析。如果能(neng)利用(yong)多相(xiang)流(liu)中每一(yi)相的上述(shu)各物理量對多(duo)柑流(liu)進行測量(liang)的話，就很方(fang)便(bian)。但很(hen)遺憾(han)的是(shi),多相(xiang)流體(ti)的(de)特性遠(yuan)比單相流(liu)體的特性(xing)父雜(za)的多(duo),如各組分(fen)之聞不能均(jun)勻(yun)混合(he)、混合流體的異(yi)常性(xing)、流型轉變(bian),相對(dui)速度(du)、流體(ti)性質、管道(dao)結構(gou)、沈動方向(xiang)等因素将(jiang)導(dao)緻渦輪(lun)流量傳感(gan)器響(xiang)應特(te)性的改變(bian)。
　　在單(dan)相(xiang)流(liu)的條件下,渦(wo)輪(lun)的轉(zhuan)速和(he)流(liu)經(jing)它的體積流址成-單(dan)值線性函數,在油水(shui)兩相流中(zhong),隻要流址(zhi)超過(guo)始動流(liu)址,在允(yun)許的誤差(cha)範圍(wei)内,禍(huo)輪的(de)響應(ying)和體積流(liu)址也(ye)是成(cheng)線性函數(shu)。
　　但在多相(xiang)流動(dong)中,即(ji)使在總流(liu)量保(bao)持(chi)不(bu)變的(de)情況下,混合流(liu)體的密(mi)度(du)發生(sheng)變化,也(ye)會(hui)引起(qi)渦輪轉(zhuan)速(su)的很(hen)大變(bian)化。本文就(jiu)此問(wen)題(ti),通過對(dui)渦輪流量計的(de)工作原理(li)和特(te)性分(fen)析,附述了(le)在測(ce)量多(duo)相流(liu)時的(de)流量影響(xiang)因子(zi)，并(bing)進(jin)行了(le)實驗(yan)驗證。
l工作(zuo)原理及(ji)數學模(mo)型建(jian)立
　　渦輪流(liu)量計是一種速(su)度式儀表,它是(shi)以動址矩(ju)守恒(heng)原理(li)爲(wei)基礎的(de)，流體沖(chong)擊渦輪葉片,使(shi)渦輪旋(xuan)轉,渦(wo)輪(lun)的旋轉速度(du)随流量的(de)變化而變(bian)化,最(zui)後從(cong)渦(wo)輪(lun)的轉(zhuan)數求出(chu)流(liu)量值(zhi),通過磁電轉換(huan)裝置(或(huo)機(ji)械輸出裝(zhuang)豎(shu))将渦輪(lun)轉速變化(hua)成電(dian)脈沖,送人(ren)二次(ci)儀表進(jin)行(hang)計算(suan)和顯(xian)示(shi),由單位(wei)時間(jian)電脈沖數(shu)和累(lei)計(ji)電脈沖(chong)數反映(ying)出(chu)瞬時(shi)流址(zhi)和累計流(liu)量(見圖(tu)1)。.

式中:θ爲葉(ye)片與軸線(xian)之間的夾(jia)角;r爲渦輪(lun)平均(jun)半徑(jing);A爲管道流(liu)通面(mian)積(ji);ρ爲流體(ti)密度(du);?爲渦輪的(de)旋轉(zhuan)角(jiao)速(su)度;qv爲(wei)通過(guo)管道(dao)的流(liu)量。

2渦輪流(liu)量計(ji)的特(te)性分(fen)析
　　由(you)式(5)和式(shi)(6)可見:當(dang)流體(ti)的粘(zhan)度增(zeng)大時,渦輪的轉(zhuan)動角(jiao)速度變小(xiao);當流體(ti)密度變(bian)大時(shi),渦輪的轉(zhuan)動角速度(du)也随之增大.在流體(ti)速度較(jiao)小(xiao)(相當(dang)于層(ceng)流(liu)狀(zhuang)态)時(shi),渦輪(lun)的(de)頻率響應非(fei)線性,且受(shou)流體(ti)性(xing)質(zhi)變化(hua)彬響較(jiao)大;當流(liu)體速度(du)較(jiao)高(相(xiang)當于湍流狀态(tai))時，式變(bian)小，渦輪(lun)響應(ying)近似(si)線性(xing),儀器常數(shu)K基本(ben)上不(bu)受(shou)流體粘(zhan)度變化影(ying)響。
　　渦(wo)輪啓(qi)動(dong)時,要克(ke)服較大(da)的(de)機械(xie)靜摩擦力,因此(ci)需要較大(da)始動(dong)流量(liang)。渦輪(lun)以一(yi)定的(de)速度轉動起來(lai)以(yi)後，需要(yao)機械動摩(mo)擦力和流(liu)體(ti)流動阻(zu)力,轉動(dong)阈值qvmin與p0.5成反(fan)比(bi),流(liu)體密(mi)度越(yue)大,qvi越(yue)小。這種情(qing)況(kuang)對(dui)于密(mi)度變化(hua)小(xiao)的液(ye)體來(lai)說,影(ying)響不(bu)大，可視爲常數。但對(dui)于多(duo)相流(liu)體米說,由于溫(wen)度、壓力和(he)分相(xiang)含率(lü)的變(bian)化,引起p變化,從而影(ying)響qvmin。
3實驗結(jie)果分(fen)析
　　實驗在以水(shui)和空氣(qi)爲介質的流(liu)動模拟裝(zhuang)置中(zhong)進行(hang),實驗(yan)中在(zai)氣(qi)體流量(liang)固定的前提下(xia),逐漸(jian)增(zeng)大水的(de)流量,測量(liang)潤輪(lun)的響應值(zhi)。增大(da)氣體的(de)流(liu)量,重(zhong)複上(shang)述(shu)操作,得(de)到了下面(mian)的渦輪響(xiang)應圖版,其(qi)中流量爲氣液(ye)的合(he)流(liu)量。圖中(zhong)氣體(ti)流量(liang)爲零(ling)時,流(liu)體的密度(du)最大,測得(de)的響(xiang)應曲(qu)線各流量(liang)響應值最大。由(you)于氣(qi)流量增大(da)時,測(ce)得(de)流(liu)體密(mi)度和粘(zhan)度都變(bian)小,由式(5)和(he)式(6)推(tui)得渦輪的轉動(dong)角速度(du)也随之(zhi)變小(xiao),所以(yi)随着(zhe)流體密度(du)的減(jian)小,qvmin增(zeng)大(da)。

4結(jie)論
　　通(tong)過實驗驗證,我(wo)們可(ke)以得出如(ru)下的結(jie)論(lun):①渦輪流量(liang)計在測址(zhi)多相流(liu)的(de)流量時,在總流量保(bao)持不(bu)變的(de)情況下,流(liu)體的密度(du)發生變化(hua)也會(hui)引起(qi)渦(wo)輪轉速(su)的很大變化。②渦(wo)輪流量計的始(shi)動流(liu)址随多相(xiang)流體(ti)密度(du)的增(zeng)大而減小(xiao)。
從以(yi)上得(de)出的結論(lun)可知(zhi)，渦輪(lun)流量計在(zai)測(ce)量多相(xiang)流體(ti)的(de)流量的(de)時候(hou)，流體的密(mi)度是影響(xiang)測量(liang)精度(du)的(de)主要因(yin)素。

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