摘(zhai)要:本文(wén)闡述了(le)井下渦(wō)輪流量(liàng)計 的工(gong)作特性(xìng)、理論模(mó)型,分析(xi)了影響(xiang)渦輪流(liú)量計起(qǐ)動排量(liàng)的👣各種(zhǒng)因素并(bìng)且總結(jie)了流體(tǐ)的溫度(du)及密度(dù)對渦輪(lún)流量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻計(jì)測量精(jīng)度的影(yǐng)響,對渦(wō)輪流量(liàng)計的改(gǎi)善提高(gao)有一定(dìng)的指導(dao)作用。
　　在(zai)油田監(jiān)測中， 渦(wō)輪流量(liàng)計 因其(qí)體積小(xiǎo)、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(liang)計在實(shí)際應用(yòng)過程中(zhōng)有偏差(cha),給現場(chang)生産帶(dai)來了很(hěn)大的困(kun)難,因此(ci)有必要(yào)對影響(xiǎng)渦輪流(liu)量計測(cè)量精度(du)的各種(zhong)因素進(jin)行分析(xi)、總結,使(shi)之能更(gèng)好的爲(wei)油田生(shēng)産服務(wù)。
1工作原(yuan)理
　　渦輪(lún)流量計(jì)是速度(dù)式流量(liàng)測量儀(yí)表,它是(shì)以動量(liàng)矩守📐恒(heng)原理🥰爲(wei)基礎,通(tōng)過測量(liàng)置于被(bei)測流體(ti)内的🎯渦(wō)輪的旋(xuán)轉速度(dù)n來🈲測量(liàng)流量Q的(de)大小。渦(wo)輪流量(liàng)計👨‍❤️‍👨的特(te)性方程(chéng)式📱爲:

式(shì)中:c爲渦(wo)輪流量(liang)計流量(liang)與轉速(sù)之間的(de)轉換系(xi)數;a爲與(yu)流量計(jì)結構參(cān)數、流體(tǐ)性質以(yi)及流動(dòng)狀态有(yǒu)關的🧡系(xì)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(shì):流量計(ji)的工作(zuo)區間爲(wei)QA-QB段,即特(te)性方程(chéng)線性工(gōng)作區。而(ér)在流量(liang)Qa以下時(shí)，流量與(yu)轉速不(bú)成線性(xìng)關系，在(zai)一定小(xiao)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的流量(liàng)下，無信(xìn)号輸出(chū)。因此,在(zài)測量過(guò)程中♈,如(ru)何降♊低(di)始動流(liú)量,提高(gāo)靈.敏度(du),減小死(si)區,展寬(kuān)線性工(gōng)作區,成(chéng)爲解決(jué)小🔞流量(liang)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(xi)。葉片的(de)旋🚶‍♀️轉如(ru)㊙️圖2所示(shi)。

　　設渦輪(lún)流量計(ji)内流體(tǐ)流向與(yǔ)渦輪葉(yè)片成θ傾(qing)斜.角,若(ruò)密度ρ爲(wei)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(wai),由于渦(wō)輪以角(jiao)速度旋(xuán)轉,故圖(tú)中實際(ji)的渦輪(lun)驅動力(lì)爲:

　　式中(zhōng):r爲渦輪(lun)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(bi),V與Q/s(S爲流(liú)路面積(jī))成正比(bi),故将這(zhè)些關系(xì)代入式(shi)(2)得:

　　渦輪(lun)在正常(cháng)狀态下(xia)旋轉時(shí),渦輪驅(qu)動力矩(ju)Tr等于軸(zhou)承摩擦(cā)等産生(sheng)的機械(xie)反抗力(li)矩Tm和由(yóu)流動阻(zǔ)力産生(shēng)的反抗(kàng)力矩Trf之(zhi)和,即

　　從(cóng)理論可(ke)以知道(dao),決定渦(wo)輪始動(dòng)流量(即(jí)渦輪流(liu)量計的(de)最小靈(ling)敏度Qmin)的(de)主要因(yīn)素,渦輪(lún)起動時(shi),角速度(dù)小,故可(kě)以忽略(lue)阻力産(chan)生的反(fan)抗力矩(ju)Trf因而式(shì)(5)可寫🤩爲(wèi):

　　其最小(xiao)靈敏度(du)Qmin是式(6)右(you)邊第一(yi)項和第(di)二項相(xiang)等時的(de)流量。即(jí)得

　　而機(ji)械反抗(kàng)力矩Trm包(bao)括渦輪(lun)軸與軸(zhóu)承間的(de)摩擦力(li)矩📐Tr1和電(diàn)磁🙇‍♀️反作(zuo)用力矩(jǔ)Tr2口,即

　　從(cong)式(7)可知(zhī),對測量(liàng)介質一(yī)定,管徑(jìng)一定的(de)流體,密(mi)度ρ爲⚽定(dìng)值,c3,C4分别(bie)爲比例(li)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(zai)流量計(jì)結構設(shè)計及工(gōng)藝設計(ji)時,根據(jù)理論分(fen)析,可❗以(yi)采取以(yi)下措施(shi)作爲優(yōu)化設計(jì)。
①渦輪采(cǎi)用質輕(qīng)的材料(liào),減小渦(wo)輪的轉(zhuan)動慣量(liang),使其🔴對(dui)流速🔞變(biàn)化的響(xiǎng)應性好(hǎo),渦輪軸(zhou)與軸承(cheng)間采用(yòng)軸🎯尖支(zhī)撐,軸承(cheng)采用瑪(mǎ)瑙,減小(xiǎo)旋轉阻(zǔ)力。
②磁電(diàn)轉換器(qì)由光纖(xian)接受器(qi)取代,消(xiāo)除電磁(cí)反作用(yòng)力🔆矩👌。同(tong)時提高(gāo)電磁流(liú)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(zhí)得響應(ying)特性曲(qu)線，如圖(tú)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(yóu)(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(lun)流量計(jì)K有影響(xiang),主要是(shì)由于金(jīn)屬材料(liao)熱脹冷(lěng)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(tǐ)密度因(yin)素的影(ying)響
　　渦輪(lún)啓動時(shi),要克服(fú)較大的(de)機械靜(jing)摩擦力(lì),因此需(xu)要較大(da)始動流(liu)量。渦輪(lun)以一定(ding)的速度(dù)轉動起(qǐ)來以🤩後(hòu),需要機(ji)械動摩(mó)擦力和(he)流體流(liú)動阻力(li),轉動閡(hé)值Qmin與ρ0.5成(cheng)反比,流(liu)體密度(du)越大,Qmin越(yue)小。這種(zhong)情況對(duì)于密度(dù)變化小(xiǎo)的液體(tǐ)來說,影(yǐng)響不大(da),Qmin可視爲(wèi)常數。但(dan)對于多(duō)相流體(ti)來♉說,由(yóu)于溫度(dù)、壓力和(hé)分相含(hán)率的變(biàn)化💯,引起(qǐ)P變化,從(cong)而影響(xiǎng)Qmin.
　　實驗在(zai)以水和(he)空氣爲(wèi)介質的(de)流動模(mo)拟裝置(zhì)中進行(hang),實驗🔆中(zhong)在氣體(ti)流量固(gu)定的前(qian)提下,逐(zhu)漸增大(dà)水的流(liú)量,測量(liang)渦輪的(de)響應值(zhi)。增大氣(qì)體的流(liu)量,重複(fú)🥵上述操(cāo)作,得到(dào)了下面(mian)的渦輪(lún)響應圖(tú)版,其中(zhong)流量爲(wèi)氣液的(de)合流量(liang)。圖💰中氣(qi)體流量(liàng)爲零時(shi),流體的(de)密度最(zuì)大,測得(de)的響應(yīng)曲線各(gè)流量響(xiǎng)應值最(zuì)大。由于(yu)氣流量(liang)增大時(shi),測得流(liú)體密度(dù)和粘度(dù)都變小(xiao)，所以💯随(suí)着流體(ti)密度的(de)減小，增(zēng)大。
通過(guò)實驗驗(yan)證,我們(men)可以得(de)出如下(xià)的結論(lùn):
①渦輪流(liu)量計在(zai)測量多(duō)相流的(de)流量時(shi),在總流(liu)量保持(chí)不變的(de)🍓情況下(xià),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(dòng)流量随(suí)多相流(liú)體密度(dù)的增大(da)而減小(xiao)。.
3結論
　　通(tōng)過理論(lùn)推導和(he)實驗驗(yan)證,可以(yǐ)得出如(rú)下結論(lun):
3.1渦輪采(cai)用質輕(qing)的材料(liào),使其對(dui)流速變(bian)化的響(xiǎng)應性好(hao),同時盡(jìn)量采取(qu)措施減(jiǎn)少摩擦(ca)阻力矩(ju)及電磁(cí)反作用(yòng)力矩,通(tong)過這些(xiē)💁措施可(ke)以降低(dī)渦輪的(de)起動排(pái)量。.
3.2溫度(du)的變化(huà)會引起(qi)渦輪K值(zhi)的變化(hua),建議考(kǎo)慮使用(yòng)對溫度(dù)不敏感(gǎn)的材料(liao)作爲渦(wo)輪制造(zao)材料。
3.3不(bu)同密度(du)下的渦(wo)輪K值随(sui)密度增(zēng)加而增(zēng)大,因此(cǐ)三相流(liú)下要獲(huo)🍓得正确(que)的流量(liàng)還需進(jin)行密度(dù)校

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