摘要(yao):本文闡(chan)述(shu)了井(jing)下渦(wo)輪流量計(ji) 的工作特(te)性、理論模型(xing),分(fen)析了(le)影響(xiang)渦輪流量(liang)計起(qi)動排(pai)量的(de)各種(zhong)因素(su)并且總結了流體的(de)溫度及(ji)密(mi)度對(dui)渦輪(lun)流量(liang)計測(ce)量精度的影響(xiang),對渦(wo)輪流量計(ji)的改(gai)善提(ti)高有(you)一定的指導作(zuo)用。
　　在油(you)田(tian)監測(ce)中， 渦輪(lun)流量計(ji) 因其體積(ji)小、結(jie)構簡(jian)單(dan)、價(jia)格便(bian)宜被廣泛(fan)的應(ying)用。但(dan)由(you)于受起(qi)動排量、流(liu)體的(de)溫度(du)、粘(zhan)度等各(ge)種因(yin)素的(de)影響(xiang),使得(de)渦流量計(ji)在實際應用過(guo)程中(zhong)有(you)偏(pian)差,給(gei)現場(chang)生産(chan)帶來了很(hen)大的困難(nan),因此(ci)有(you)必(bi)要對影響(xiang)渦輪流量(liang)計測量精度的各種因(yin)素進行(hang)分析、總(zong)結(jie),使之(zhi)能更好(hao)的(de)爲油(you)田生産服務。
1工作原理
　　渦(wo)輪流(liu)量計是(shi)速度式流量測量儀表(biao),它是(shi)以動(dong)量矩守恒(heng)原理爲基(ji)礎,通過測(ce)量置于被(bei)測流體内(nei)的渦輪的(de)旋轉(zhuan)速度n來(lai)測(ce)量流(liu)量Q的大小(xiao)。渦輪流量(liang)計的(de)特性(xing)方程(cheng)式爲:

式中(zhong):c爲渦(wo)輪流量計(ji)流量與轉(zhuan)速之(zhi)間的(de)轉(zhuan)換系數(shu);a爲與(yu)流量計結構參(can)數、流體性(xing)質以(yi)及流動狀态有(you)關的系數(shu)。
2影響(xiang)因素(su)分析
2.1起動(dong)排量影響(xiang)因素分析(xi)
　　如圖(tu)1所示(shi):流(liu)量計的(de)工作區間爲QA-QB段(duan),即特(te)性方程線(xian)性工(gong)作區(qu)。而在(zai)流量Qa以下時，流(liu)量與轉速(su)不成線性(xing)關系，在一(yi)定小的(de)流(liu)量下(xia)，無信(xin)号(hao)輸(shu)出。因(yin)此,在測量(liang)過程(cheng)中,如(ru)何(he)降低始(shi)動流量,提高靈(ling).敏度,減小死區(qu),展寬線性(xing)工作(zuo)區,成爲解決小(xiao)流量(liang)測量(liang)的關(guan)鍵問(wen)題。

　　對(dui)渦輪(lun)流量(liang)計的(de)理論(lun)模型(xing)作如(ru)下分析。葉(ye)片的旋(xuan)轉(zhuan)如圖(tu)2所示。

　　設渦(wo)輪流(liu)量計(ji)内流(liu)體流向與(yu)渦輪(lun)葉片(pian)成θ傾斜(xie).角,若密(mi)度ρ爲(wei)的流(liu)體以(yi)速度V沖擊(ji)葉片時,将朝上(shang)産生(sheng)與ρVtanθ成(cheng)正比(bi)的力(li),此外(wai),由于渦輪(lun)以角(jiao)速度(du)旋轉(zhuan),故圖中(zhong)實際的(de)渦輪驅動(dong)力爲:

　　式中(zhong):r爲渦輪平(ping)均旋轉半(ban)徑
　　因爲,渦(wo)輪驅動力(li)矩Tr與F:成(cheng)正(zheng)比,V與(yu)Q/s(S爲流(liu)路面積)成(cheng)正比,故将(jiang)這些(xie)關系(xi)代入式(2)得(de):

　　渦輪在(zai)正常狀(zhuang)态下(xia)旋(xuan)轉(zhuan)時,渦(wo)輪驅(qu)動力(li)矩Tr等(deng)于軸(zhou)承摩擦等(deng)産生(sheng)的(de)機(ji)械反抗力(li)矩Tm和(he)由流(liu)動阻力産(chan)生的(de)反抗(kang)力(li)矩Trf之和(he),即

　　從(cong)理(li)論可以(yi)知道(dao),決定渦輪(lun)始動(dong)流(liu)量(liang)(即渦(wo)輪流(liu)量(liang)計的最(zui)小靈敏度(du)Qmin)的主要因(yin)素(su),渦輪起(qi)動時(shi),角速度小(xiao),故可(ke)以(yi)忽(hu)略阻(zu)力産生的反抗力矩(ju)Trf因而式(5)可(ke)寫爲:

　　其最(zui)小靈(ling)敏度(du)Qmin是式(shi)(6)右邊(bian)第一項和(he)第二(er)項相等時(shi)的流(liu)量。即(ji)得

　　而機械(xie)反抗力矩(ju)Trm包括(kuo)渦輪軸與(yu)軸承間的摩擦(ca)力矩(ju)Tr1和電磁反(fan)作用(yong)力矩(ju)Tr2口(kou),即

　　從式(shi)(7)可知,對(dui)測(ce)量介(jie)質一(yi)定(ding),管徑一(yi)定的(de)流(liu)體(ti),密度ρ爲定(ding)值(zhi),c3,C4分别爲(wei)比例常數(shu),橫截(jie)面爲(wei)定值。因此(ci),影響Qmin變(bian)化(hua)的隻(zhi)有Tm(Tr1,Tr2)。
　　在(zai)流量(liang)計結(jie)構設計及(ji)工藝設計時(shi),根據理(li)論分析(xi),可(ke)以采(cai)取以下措施作(zuo)爲優化設計。
①渦(wo)輪采(cai)用質輕的(de)材料,減小(xiao)渦輪的轉(zhuan)動慣量,使(shi)其對(dui)流速變化(hua)的響(xiang)應性好,渦(wo)輪軸(zhou)與(yu)軸(zhou)承間采用軸(zhou)尖(jian)支撐(cheng),軸承采用瑪瑙(nao),減小旋轉(zhuan)阻力(li)。
②磁電轉(zhuan)換(huan)器由(you)光纖(xian)接受器取(qu)代,消除電磁反(fan)作用(yong)力(li)矩(ju)。同時(shi)提高電磁(ci)流量(liang)計的抗(kang)幹(gan)擾能(neng)力。
2.2溫度(du)因素的影響(xiang)

　　根據(ju)上表(biao)做出(chu)油對K值得(de)響應(ying)特(te)性曲線(xian)，如圖3所示(shi)，冷油(you)(16度)對(dui)K值的(de)響應(ying)特性,即(ji)y=11869x-41857;熱油(60度(du))對K值(zhi)的(de)響應特(te)性,即(ji)y=107.42x-2438。

　　由此(ci)可見(jian)，溫度的變化對(dui)渦輪(lun)流量計K有(you)影響,主(zhu)要是由(you)于金(jin)屬(shu)材(cai)料熱(re)脹冷(leng)縮,幾何尺(chi)寸的變化(hua)，會引起渦輪(lun)轉(zhuan)速的(de)變化,K值(zhi)也(ye)會随(sui)之改(gai)變。
2.3流體密(mi)度因(yin)素的(de)影響(xiang)
　　渦輪(lun)啓動(dong)時,要(yao)克服(fu)較大(da)的機(ji)械靜(jing)摩擦(ca)力,因(yin)此需(xu)要較(jiao)大始動流(liu)量(liang)。渦(wo)輪以(yi)一定的速(su)度轉動起(qi)來以後,需(xu)要機(ji)械動(dong)摩擦力和流(liu)體流動(dong)阻力(li),轉動(dong)閡值(zhi)Qmin與ρ0.5成(cheng)反比,流體(ti)密度越(yue)大,Qmin越小(xiao)。這種情況對于(yu)密度變化小的(de)液體(ti)來(lai)說,影響(xiang)不大(da),Qmin可(ke)視爲常(chang)數。但對(dui)于(yu)多相(xiang)流體來說(shuo),由于(yu)溫度、壓(ya)力和分(fen)相含率的(de)變化,引起(qi)P變(bian)化(hua),從而(er)影響(xiang)Qmin.
　　實驗(yan)在以水和(he)空(kong)氣(qi)爲介(jie)質的流動(dong)模拟裝置(zhi)中進行,實(shi)驗中在氣體流量固定的前提(ti)下,逐漸(jian)增(zeng)大水(shui)的流(liu)量,測(ce)量渦(wo)輪的響(xiang)應(ying)值。增大氣體(ti)的流量(liang),重複上(shang)述(shu)操作(zuo),得到(dao)了(le)下面的(de)渦輪響應(ying)圖版(ban),其中(zhong)流量爲氣(qi)液的(de)合流(liu)量。圖(tu)中氣(qi)體(ti)流(liu)量爲(wei)零時,流體的密(mi)度最(zui)大(da),測得的(de)響應曲線(xian)各流(liu)量響(xiang)應值最大(da)。由于(yu)氣(qi)流(liu)量增(zeng)大時,測(ce)得流體(ti)密度和粘(zhan)度都(dou)變小(xiao)，所(suo)以随着(zhe)流體密度(du)的減小，增(zeng)大(da)。
通(tong)過實(shi)驗驗(yan)證,我(wo)們可(ke)以得出(chu)如下的(de)結論(lun):
①渦輪(lun)流量(liang)計在(zai)測量(liang)多相(xiang)流的(de)流量(liang)時,在總流量保持不(bu)變的(de)情(qing)況下,流體的(de)密(mi)度發生(sheng)變化(hua)也會引起渦輪轉速的很(hen)大變化。
②渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的(de)始動流(liu)量随多相流體(ti)密度(du)的增大而(er)減小(xiao)。.
3結論
　　通過理論推(tui)導和實(shi)驗驗證,可(ke)以得(de)出如下(xia)結論:
3.1渦(wo)輪采用(yong)質輕的(de)材料(liao),使(shi)其對流(liu)速變(bian)化(hua)的(de)響應(ying)性好(hao),同(tong)時(shi)盡量(liang)采取(qu)措施(shi)減少(shao)摩擦阻力矩及(ji)電磁反作(zuo)用力(li)矩,通(tong)過(guo)這些措(cuo)施可以降低渦(wo)輪的(de)起(qi)動(dong)排量(liang)。.
3.2溫度(du)的(de)變(bian)化會(hui)引起(qi)渦(wo)輪(lun)K值的(de)變化,建議考慮使用(yong)對溫度不(bu)敏感的材(cai)料作爲渦(wo)輪制造材(cai)料。
3.3不同密(mi)度下的渦(wo)輪K值(zhi)随密(mi)度增加(jia)而增大(da),因此(ci)三(san)相流下(xia)要獲得正(zheng)确的(de)流量(liang)還需(xu)進行(hang)密度(du)校

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