摘要:闡述了渦輪流量計的工作原理和動態特性,建立了渦輪流量計的多相流測量模型,并在多相流模擬裝置中進行了實驗驗證,得出了流體密度是渦輪流量計在測量多相流的流量時的影響因子,并且討論了流體密度影響多相流的流量測量的規律。
在油田生產過程參數(如溫度、壓力等)檢測中,以流址和各相持率測址最為復雜,是較難測址的兩個參數,因而,引起了工程技術人員的興趣.隨著油田的發展,被測對象不再局限于單相流,而嬰對多相流、混合狀態的流址進行測量.測量多相流的技術難度要比單相流體的正確測量大的多,知道單相流體的密度、粘度及測量裝置的幾何結構,便可以對單相流進行定量分析。如果能利用多相流中每一相的上述各物理量對多柑流進行測量的話，就很方便。但很遺憾的是,多相流體的特性遠比單相流體的特性父雜的多,如各組分之聞不能均勻混合、混合流體的異常性、流型轉變,相對速度、流體性質、管道結構、沈動方向等因素將導致渦輪流量傳感器響應特性的改變。
在單相流的條件下,渦輪的轉速和流經它的體積流址成-單值線性函數,在油水兩相流中,只要流址超過始動流址,在允許的誤差范圍內,禍輪的響應和體積流址也是成線性函數。
但在多相流動中,即使在總流量保持不變的情況下,混合流體的密度發生變化,也會引起渦輪轉速的很大變化。本文就此問題,通過對渦輪流量計的工作原理和特性分析,附述了在測量多相流時的流量影響因子，并進行了實驗驗證。
l工作原理及數學模型建立
渦輪流量計是一種速度式儀表,它是以動址矩守恒原理為基礎的，流體沖擊渦輪葉片,使渦輪旋轉,渦輪的旋轉速度隨流量的變化而變化,最后從渦輪的轉數求出流量值,通過磁電轉換裝置(或機械輸出裝豎)將渦輪轉速變化成電脈沖,送人二次儀表進行計算和顯示,由單位時間電脈沖數和累計電脈沖數反映出瞬時流址和累計流量(見圖1)。.
式中:θ為葉片與軸線之間的夾角;r為渦輪平均半徑;A為管道流通面積;ρ為流體密度;?為渦輪的旋轉角速度;qv為通過管道的流量。
2渦輪流量計的特性分析
由式(5)和式(6)可見:當流體的粘度增大時,渦輪的轉動角速度變小;當流體密度變大時,渦輪的轉動角速度也隨之增大.在流體速度較小(相當于層流狀態)時,渦輪的頻率響應非線性,且受流體性質變化彬響較大;當流體速度較高(相當于湍流狀態)時，式變小，渦輪響應近似線性,儀器常數K基本上不受流體粘度變化影響。
渦輪啟動時,要克服較大的機械靜摩擦力,因此需要較大始動流量。渦輪以一定的速度轉動起來以后，需要機械動摩擦力和流體流動阻力,轉動閾值qvmin與p0.5成反比,流體密度越大,qvi越小。這種情況對于密度變化小的液體來說,影響不大，可視為常數。但對于多相流體米說,由于溫度、壓力和分相含率的變化,引起p變化,從而影響qvmin。
3實驗結果分析
實驗在以水和空氣為介質的流動模擬裝置中進行,實驗中在氣體流量固定的前提下,逐漸增大水的流量,測量潤輪的響應值。增大氣體的流量,重復上述操作,得到了下面的渦輪響應圖版,其中流量為氣液的合流量。圖中氣體流量為零時,流體的密度最大,測得的響應曲線各流量響應值最大。由于氣流量增大時,測得流體密度和粘度都變小,由式(5)和式(6)推得渦輪的轉動角速度也隨之變小,所以隨著流體密度的減小,qvmin增大。
4結論
通過實驗驗證,我們可以得出如下的結論:①渦輪流量計在測址多相流的流量時,在總流量保持不變的情況下,流體的密度發生變化也會引起渦輪轉速的很大變化。②渦輪流量計的始動流址隨多相流體密度的增大而減小。
從以上得出的結論可知，渦輪流量計在測量多相流體的流量的時候，流體的密度是影響測量精度的主要因素。
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