摘(zhāi)要:本文(wén)闡述了(le)井下渦(wō)輪流量(liang)計 的工(gong)作特性(xing)、理論模(mó)型,分析(xī)了影響(xiang)渦輪流(liu)量計起(qǐ)動排量(liàng)的各種(zhong)因素并(bing)且總結(jie)了流體(ti)的溫度(dù)及密度(du)對渦輪(lún)☎️流量計(jì)測量精(jīng)✨度的影(ying)響,對渦(wō)輪流量(liàng)計的改(gǎi)善提高(gāo)有一定(dìng)的指導(dao)作用。
　　在(zài)油田監(jian)測中， 渦(wo)輪流量(liàng)計 因其(qi)體積小(xiǎo)、結構簡(jiǎn)單、價格(ge)便宜被(bei)廣泛的(de)應用。但(dàn)由于受(shòu)起動排(pái)量、流體(ti)的溫度(dù)、粘度等(děng)各種因(yin)素的影(ying)響,使得(dé)渦流量(liàng)計在實(shi)際應用(yong)過程中(zhōng)有偏差(chà),給現場(chang)生産帶(dài)來了很(hěn)大的困(kun)難,因此(ci)有必要(yào)對影響(xiang)渦輪流(liú)量計測(ce)量精度(dù)的各種(zhǒng)因素進(jin)行分析(xī)、總結,使(shi)之能更(gèng)好的爲(wèi)油田生(sheng)産服務(wù)。
1工作原(yuán)理
　　渦輪(lun)流量計(ji)是速度(du)式流量(liàng)測量儀(yi)表,它是(shi)以動量(liàng)矩守🛀🏻恒(héng)原理爲(wèi)基礎,通(tōng)過測量(liàng)置于被(bèi)測流體(tǐ)内的渦(wo)輪的旋(xuán)❓轉速度(dù)n來測量(liàng)流量Q的(de)大小。渦(wō)輪流量(liang)計的特(tè)性方程(chéng)式爲:

式(shì)中:c爲渦(wō)輪流量(liang)計流量(liang)與轉速(su)之間的(de)轉換系(xì)數;a爲與(yǔ)流量計(ji)結構參(cān)數、流體(ti)性質以(yi)及流動(dong)狀态有(you)關的❌系(xi)數。
2影響(xiang)因素分(fen)析
2.1起動(dòng)排量影(yǐng)響因素(sù)分析
　　如(ru)圖1所示(shì):流量計(jì)的工作(zuò)區間爲(wei)QA-QB段,即特(tè)性方程(chéng)線性工(gong)作區。而(ér)在流量(liàng)Qa以下時(shi)，流量與(yǔ)轉速不(bú)成線性(xìng)關系🐅，在(zai)一❤️定小(xiao)的流量(liàng)下，無信(xin)号輸出(chū)。因此,在(zài)測量過(guo)程中📐,如(rú)何降低(di)始動流(liú)量,提高(gāo)靈.敏度(du),減小死(sǐ)區🥰,展寬(kuan)線性工(gong)作區,成(chéng)爲解決(jue)小❗流量(liàng)測量的(de)關鍵問(wèn)題。

　　對(dui)渦輪流(liú)量計的(de)理論模(mo)型作如(rú)下分析(xi)。葉片的(de)旋✨轉如(ru)圖2所示(shi)。

　　設渦輪(lun)流量計(jì)内流體(ti)流向與(yu)渦輪葉(ye)片成θ傾(qing)斜.角,若(ruò)密度ρ爲(wèi)的流體(ti)以速度(dù)V沖擊葉(ye)片時,将(jiāng)朝上産(chǎn)生與ρVtanθ成(chéng)正比的(de)力,此外(wài)👉,由于渦(wo)輪以角(jiao)速度旋(xuan)轉,故圖(tú)中實際(jì)✂️的渦輪(lun)👅驅動力(lì)⁉️爲:

　　式中(zhōng):r爲渦輪(lún)平均旋(xuan)轉半徑(jing)
　　因爲,渦(wo)輪驅動(dòng)力矩Tr與(yu)F:成正比(bǐ),V與Q/s(S爲流(liú)路面積(jī))成正比(bǐ),故将這(zhe)些關系(xi)代入式(shi)(2)得:

　　渦輪(lun)在正常(chang)狀态下(xià)旋轉時(shí),渦輪驅(qū)動力矩(ju)Tr等于軸(zhou)承摩🙇‍♀️擦(ca)等産生(sheng)的機械(xiè)反抗力(li)矩Tm和由(yóu)流動阻(zǔ)力産生(shēng)的反抗(kang)力矩Trf之(zhī)和🌏,即

　　從(cóng)理論可(kě)以知道(dào),決定渦(wō)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(yin)素,渦輪(lún)起動時(shí),角速度(du)小,故💜可(ke)以忽略(luè)阻力産(chan)生的反(fǎn)抗力矩(jǔ)Trf因而式(shi)(5)可寫爲(wei):

　　其最小(xiǎo)靈敏度(du)Qmin是式(6)右(yòu)邊第一(yī)項和第(dì)二項相(xiàng)等時的(de)流量。即(jí)得

　　而機(ji)械反抗(kang)力矩Trm包(bao)括渦輪(lún)軸與軸(zhóu)承間的(de)摩擦力(li)矩Tr1和電(dian)⛱️磁反作(zuò)用力矩(jǔ)Tr2口,即

　　從(cóng)式(7)可知(zhī),對測量(liang)介質一(yī)定,管徑(jing)一定的(de)流體,密(mi)度✂️ρ爲定(ding)值,c3,C4分别(bie)🌐爲比例(lì)常數,橫(héng)截面爲(wei)定值。因(yin)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(ju)理論分(fen)析,可以(yi)采取㊙️以(yi)下措施(shī)作爲優(yōu)化設計(jì)。
①渦輪采(cǎi)用質輕(qing)的材料(liao),減小渦(wō)輪的轉(zhuǎn)動慣量(liàng),使其對(duì)流速變(biàn)化的響(xiang)應性好(hao),渦輪軸(zhou)與軸承(cheng)間采用(yong)軸尖支(zhī)撐,軸承(cheng)采📱用瑪(mǎ)👣瑙,減小(xiao)旋轉阻(zu)力。
②磁電(dian)轉換器(qì)由光纖(xian)接受器(qì)取代,消(xiao)除電磁(cí)反作用(yong)力💘矩🔴。同(tóng)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(su)的影響(xiǎng)

　　根據上(shàng)表做出(chu)油對K值(zhi)得響應(yīng)特性曲(qǔ)線，如圖(tu)3所示，冷(leng)油(16度)對(dui)K值的響(xiǎng)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(dù)的變化(huà)對渦輪(lún)流量計(jì)K有影響(xiǎng),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(hui)引起渦(wo)輪轉速(sù)的變化(hua),K值也會(huì)随之改(gai)變。
2.3流體(tǐ)密度因(yin)素的影(yǐng)響
　　渦輪(lún)啓動時(shi),要克服(fu)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(lún)以一定(dìng)的速度(du)轉動起(qi)來以後(hou),需要機(ji)械動摩(mó)擦力和(he)流體流(liú)動阻力(li),轉動閡(he)值Qmin與ρ0.5成(chéng)反比,流(liú)體密度(du)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(da),Qmin可視爲(wèi)常數。但(dan)對于多(duo)相流體(ti)來說,由(you)于溫度(dù)、壓力和(he)分相含(hán)率的變(biàn)化,引起(qǐ)P變化,從(cóng)而影響(xiang)Qmin.
　　實驗在(zai)以水和(he)空氣爲(wei)介質的(de)流動模(mó)拟裝置(zhi)中進行(hang),實驗中(zhong)在氣體(tǐ)流量固(gu)定的前(qián)提下,逐(zhu)漸增大(dà)水的流(liu)量,測量(liang)渦輪的(de)響應值(zhí)。增大氣(qì)體的流(liú)量,重複(fú)上述操(cāo)作,得到(dào)💋了下面(miàn)🏃🏻‍♂️的渦輪(lún)響應圖(tu)版,其中(zhōng)流量爲(wèi)氣液的(de)合流量(liàng)。圖中氣(qi)體流🏃🏻量(liang)爲零時(shí),流體的(de)密度最(zui)大,測得(de)的響應(ying)曲線各(gè)流量響(xiǎng)應值最(zui)大。由于(yú)氣流量(liang)增大時(shi)🐅,測得流(liu)體密度(dù)和粘度(du)都變小(xiǎo)，所以‼️随(sui)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(lun):
①渦輪流(liú)量計在(zài)測量多(duo)相流的(de)流量時(shí),在總流(liu)量保持(chí)不㊙️變㊙️的(de)情況下(xia),流體的(de)密度發(fā)生變化(hua)也會引(yin)起渦輪(lun)轉速的(de)很🈲大變(bian)化。
②渦輪(lún)流量計(ji)的始動(dòng)流量随(sui)多相流(liú)體密度(dù)的增大(dà)而減小(xiǎo)。.
3結論
　　通(tong)過理論(lun)推導和(hé)實驗驗(yàn)證,可以(yǐ)得出如(rú)下結論(lùn):
3.1渦輪采(cǎi)用質輕(qīng)的材料(liao),使其對(dui)流速變(bian)化的響(xiǎng)應性好(hao)👉,同時盡(jin)量采取(qu)措施減(jian)少摩擦(ca)阻力矩(jǔ)及電磁(ci)反🏃🏻‍♂️作用(yong)力矩,通(tong)過這些(xie)措施可(ke)以降低(dī)渦輪的(de)起動排(pai)量。.
3.2溫度(dù)的變化(hua)會引起(qi)渦輪K值(zhí)的變化(huà),建議考(kao)慮使用(yòng)對㊙️溫度(du)🈲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(du)下的渦(wō)輪K值随(suí)密度增(zeng)加而增(zeng)大,因此(cǐ)三相流(liu)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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