摘要(yao):本文(wen)闡述(shu)了井(jing)下渦(wo)輪流(liu)量計(ji) 的工(gong)作特(te)性、理(li)論模(mo)型,分(fen)析了(le)影響(xiang)渦輪(lun)流量(liang)計起(qi)動排(pai)✉️量的(de)各種(zhong)因素(su)并且(qie)總結(jie)了流(liu)體的(de)溫度(du)及密(mi)🏃‍♂️度對(dui)渦輪(lun)流量(liang)計測(ce)🌈量精(jing)✂️度的(de)影響(xiang),對渦(wo)輪流(liu)量計(ji)🏃‍♂️的改(gai)善提(ti)高有(you)一定(ding)的✔️指(zhi)導作(zuo)用。
　　在(zai)油田(tian)監測(ce)中， 渦(wo)輪流(liu)量計(ji) 因其(qi)體積(ji)小、結(jie)構簡(jian)單、價(jia)格便(bian)宜被(bei)廣泛(fan)的應(ying)用。但(dan)由于(yu)受起(qi)動排(pai)量、流(liu)體的(de)溫度(du)、粘度(du)等各(ge)種因(yin)素的(de)影響(xiang),使得(de)渦流(liu)量計(ji)在實(shi)際應(ying)用過(guo)程中(zhong)有偏(pian)差,給(gei)現場(chang)生産(chan)帶來(lai)了很(hen)大的(de)困難(nan),因此(ci)有必(bi)要對(dui)影響(xiang)渦輪(lun)流量(liang)計測(ce)量精(jing)度的(de)各種(zhong)因素(su)進行(hang)分析(xi)、總結(jie),使之(zhi)能更(geng)好的(de)爲油(you)田生(sheng)産服(fu)務。
1工(gong)作原(yuan)理
　　渦(wo)輪流(liu)量計(ji)是速(su)度式(shi)流量(liang)測量(liang)儀表(biao),它是(shi)以動(dong)量矩(ju)守恒(heng)原✌️理(li)爲基(ji)礎,通(tong)過測(ce)量置(zhi)于被(bei)測流(liu)體内(nei)的渦(wo)輪的(de)旋轉(zhuan)速度(du)n來測(ce)量流(liu)量Q的(de)大小(xiao)。渦輪(lun)流量(liang)計的(de)特性(xing)方程(cheng)式爲(wei):

式中(zhong):c爲渦(wo)輪流(liu)量計(ji)流量(liang)與轉(zhuan)速之(zhi)間的(de)轉換(huan)系數(shu);a爲🔴與(yu)🔞流量(liang)計結(jie)構參(can)數、流(liu)體性(xing)質以(yi)及流(liu)動狀(zhuang)态有(you)關的(de)系數(shu)。
2影響(xiang)因素(su)分析(xi)
2.1起動(dong)排量(liang)影響(xiang)因素(su)分析(xi)
　　如圖(tu)1所示(shi):流量(liang)計的(de)工作(zuo)區間(jian)爲QA-QB段(duan),即特(te)性方(fang)程線(xian)性工(gong)作區(qu)。而❗在(zai)流量(liang)Qa以下(xia)時，流(liu)量與(yu)轉速(su)不成(cheng)線性(xing)關系(xi)，在一(yi)🐆定小(xiao)的流(liu)🏃🏻量下(xia)，無信(xin)号輸(shu)出。因(yin)此,在(zai)測量(liang)🌈過程(cheng)中,如(ru)何降(jiang)⭕低始(shi)動流(liu)量,提(ti)高靈(ling).敏度(du),減小(xiao)死區(qu)💚,展寬(kuan)線性(xing)工作(zuo)區,成(cheng)爲解(jie)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(fen)析。葉(ye)片的(de)旋轉(zhuan)如圖(tu)2所🚶示(shi)。

　　設渦(wo)輪流(liu)量計(ji)内流(liu)體流(liu)向與(yu)渦輪(lun)葉片(pian)成θ傾(qing)斜.角(jiao),若密(mi)度ρ爲(wei)的流(liu)體以(yi)速度(du)V沖擊(ji)葉片(pian)時,将(jiang)朝上(shang)産生(sheng)與ρVtanθ成(cheng)🏃🏻正比(bi)的力(li),此外(wai),由于(yu)渦輪(lun)以角(jiao)速度(du)旋轉(zhuan),故圖(tu)中實(shi)際的(de)渦輪(lun)🌈驅動(dong)力爲(wei):

　　式中(zhong):r爲渦(wo)輪平(ping)均旋(xuan)轉半(ban)徑
　　因(yin)爲,渦(wo)輪驅(qu)動力(li)矩Tr與(yu)F:成正(zheng)比,V與(yu)Q/s(S爲流(liu)路面(mian)積)成(cheng)正比(bi),故将(jiang)🙇🏻這些(xie)關系(xi)代入(ru)式(2)得(de):

　　渦輪(lun)在正(zheng)常狀(zhuang)态下(xia)旋轉(zhuan)時,渦(wo)輪驅(qu)動力(li)矩Tr等(deng)于軸(zhou)👣承摩(mo)擦等(deng)産生(sheng)的機(ji)械反(fan)抗力(li)矩Tm和(he)由流(liu)動阻(zu)力産(chan)💁生的(de)反抗(kang)力矩(ju)Trf之和(he),即

　　從(cong)理論(lun)可以(yi)知道(dao),決定(ding)渦輪(lun)始動(dong)流量(liang)(即渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的最(zui)小🚶‍♀️靈(ling)敏度(du)Qmin)的主(zhu)要因(yin)素,渦(wo)輪起(qi)動時(shi),角速(su)度小(xiao),故可(ke)以忽(hu)略阻(zu)力産(chan)生的(de)反抗(kang)力矩(ju)Trf因而(er)式(5)可(ke)寫爲(wei):

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

　　而(er)機械(xie)反抗(kang)力矩(ju)Trm包括(kuo)渦輪(lun)軸與(yu)軸承(cheng)間的(de)摩擦(ca)力矩(ju)Tr1和電(dian)磁反(fan)🔞作用(yong)力矩(ju)Tr2口,即(ji)

　　從式(shi)(7)可知(zhi),對測(ce)量介(jie)質一(yi)定,管(guan)徑一(yi)定的(de)流體(ti),密度(du)⛱️ρ爲定(ding)值,c3,C4分(fen)别爲(wei)比例(li)常數(shu),橫截(jie)面爲(wei)定值(zhi)。因此(ci),影響(xiang)Qmin變化(hua)的隻(zhi)有Tm(Tr1,Tr2)。
　　在(zai)流量(liang)計結(jie)構設(she)計及(ji)工藝(yi)設計(ji)時,根(gen)據理(li)論分(fen)析,可(ke)以采(cai)🥵取以(yi)下措(cuo)施作(zuo)爲優(you)化設(she)計。
①渦(wo)輪采(cai)用質(zhi)輕的(de)材料(liao),減小(xiao)渦輪(lun)的轉(zhuan)動慣(guan)量,使(shi)其對(dui)流速(su)變🏃‍♀️化(hua)的響(xiang)應性(xing)好,渦(wo)輪軸(zhou)與軸(zhou)承間(jian)采用(yong)軸尖(jian)支撐(cheng),軸💃🏻承(cheng)采用(yong)瑪瑙(nao),減小(xiao)旋轉(zhuan)阻力(li)。
②磁電(dian)轉換(huan)器由(you)光纖(xian)接受(shou)器取(qu)代,消(xiao)除電(dian)磁反(fan)作用(yong)力矩(ju)。同時(shi)❓提高(gao)電磁(ci)流量(liang)計的(de)抗幹(gan)擾能(neng)力。
2.2溫(wen)度因(yin)素的(de)影響(xiang)

　　根據(ju)上表(biao)做出(chu)油對(dui)K值得(de)響應(ying)特性(xing)曲線(xian)，如圖(tu)3所示(shi)☔，冷✨油(you)(16度)對(dui)K值的(de)響應(ying)特性(xing),即y=11869x-41857;熱(re)油(60度(du))對K值(zhi)的響(xiang)應特(te)性,即(ji)y=107.42x-2438。

　　由此(ci)可見(jian)，溫度(du)的變(bian)化對(dui)渦輪(lun)流量(liang)計K有(you)影響(xiang),主要(yao)是由(you)于金(jin)⭐屬材(cai)料熱(re)脹冷(leng)縮,幾(ji)何尺(chi)寸的(de)變化(hua)，會引(yin)起渦(wo)🔅輪轉(zhuan)速的(de)💔變化(hua),K值也(ye)會随(sui)之改(gai)變。
2.3流(liu)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(shi)動流(liu)量。渦(wo)輪以(yi)一定(ding)的速(su)度轉(zhuan)動起(qi)來以(yi)後,需(xu)要機(ji)械動(dong)摩擦(ca)力和(he)流體(ti)流動(dong)阻力(li),轉動(dong)閡值(zhi)Qmin與ρ0.5成(cheng)反比(bi),流體(ti)密度(du)越大(da),Qmin越小(xiao)🏒。這種(zhong)情況(kuang)對于(yu)密度(du)變化(hua)小的(de)液體(ti)來說(shuo),影響(xiang)不大(da),Qmin可視(shi)爲常(chang)數。但(dan)對于(yu)🔴多相(xiang)流體(ti)來🚩說(shuo),由于(yu)溫度(du)、壓力(li)和分(fen)相含(han)率的(de)變化(hua),引起(qi)P變化(hua),從而(er)影響(xiang)Qmin.
　　實驗(yan)在以(yi)水和(he)空氣(qi)爲介(jie)質的(de)流動(dong)模拟(ni)裝置(zhi)中進(jin)行📞,實(shi)驗✨中(zhong)在💃🏻氣(qi)體流(liu)量固(gu)定的(de)前提(ti)下,逐(zhu)漸增(zeng)大水(shui)的流(liu)量,測(ce)量渦(wo)輪的(de)響應(ying)✏️值。增(zeng)大氣(qi)體的(de)流量(liang),重複(fu)上述(shu)操作(zuo),得到(dao)了下(xia)面🙇🏻的(de)渦輪(lun)響應(ying)圖版(ban),其中(zhong)流量(liang)爲氣(qi)液的(de)合流(liu)量。圖(tu)中氣(qi)體流(liu)量爲(wei)零時(shi)🈚,流體(ti)的密(mi)🌈度最(zui)大,測(ce)得的(de)響應(ying)曲線(xian)各流(liu)量響(xiang)應值(zhi)最大(da)。由于(yu)氣流(liu)量增(zeng)大時(shi),測得(de)流體(ti)密度(du)和粘(zhan)度都(dou)變小(xiao)，所以(yi)随着(zhe)流體(ti)密度(du)的🔴減(jian)小，增(zeng)大。
通(tong)過實(shi)驗驗(yan)證,我(wo)們可(ke)以得(de)出如(ru)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(zai)總流(liu)量保(bao)♉持🧡不(bu)變的(de)情況(kuang)下,流(liu)體的(de)密度(du)發生(sheng)變化(hua)也會(hui)引起(qi)渦輪(lun)轉速(su)的很(hen)大變(bian)化。
②渦(wo)輪流(liu)量計(ji)的始(shi)動流(liu)量随(sui)多相(xiang)流體(ti)密度(du)的增(zeng)大而(er)減小(xiao)。.
3結論(lun)
　　通過(guo)理論(lun)推導(dao)和實(shi)驗驗(yan)證,可(ke)以得(de)出如(ru)下結(jie)論:
3.1渦(wo)輪采(cai)用質(zhi)輕的(de)材料(liao),使其(qi)對流(liu)速變(bian)化的(de)響應(ying)性好(hao)😘,同時(shi)盡量(liang)采取(qu)措施(shi)減少(shao)摩擦(ca)阻力(li)矩及(ji)電磁(ci)反作(zuo)用力(li)矩,通(tong)過這(zhe)些措(cuo)施可(ke)以降(jiang)低渦(wo)輪的(de)起動(dong)排量(liang)。.
3.2溫度(du)的變(bian)化會(hui)引起(qi)渦輪(lun)K值的(de)變化(hua),建議(yi)考慮(lü)使用(yong)💋對溫(wen)度不(bu)敏感(gan)的材(cai)料作(zuo)爲渦(wo)輪制(zhi)造材(cai)料。
3.3不(bu)同密(mi)度下(xia)的渦(wo)輪K值(zhi)随密(mi)度增(zeng)加而(er)增大(da),因此(ci)三相(xiang)流下(xia)🌏要🎯獲(huo)得正(zheng)确的(de)流量(liang)還需(xu)進行(hang)密度(du)校

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