摘要：對渦輪流量傳感器進行了理論分析,給出了渦輪流量計儀表常數的計算方法，討論了獲得較大固有儀表常數K。時渦輪傳感器結構參數(如葉片數、渦輪半徑、口徑等)的優化組合問題，通過多相流動實驗，總結出K。與流動密度之間的實驗關系，由此給出用渦輪流量計測量多相流的半理論半經驗公式，并在油井多相流量測量中得到了實際應用,符合較好。
1引言
工業生產過程參數(如溫度、壓力等)檢測中,以流量和各相持率測量最為復雜,是較難測量的兩個參數,因而，引起了工程技術人員的興趣。隨著工業的發展,被測對象不再限于單相,而要對多相流、混合狀態的流量進行測量。測量多相流的技術難度要比單相流體的精確測量大得多,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.上述各物理量對多相流進行測量得話,就很方便。但遺憾的是,多相流體的特性遠比單相流體的特性復雜得多,如各組分之間不能均勻混合、混合流體的異常性、流型轉變,相對速度、流體性質、管道結構、流動方向等因素將導致渦輪流量傳感器響應特性的改變。
渦輪流量傳感器和顯示儀表組成的渦輪流量計以良好的重復性、寬廣的線性工作區和精度高而受到用戶的歡迎。渦輪流量計在測量單相時，工作穩定性較好，但在多相流動時，由于各相的速度、粘度、局部持率等因:素,影響渦輪轉速。按常規,同一流量所對應的渦輪轉速保持不變,即儀器常數不變。但在多相流動時,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。由于在多相流動中,渦輪響應特性發生了變化，目前面臨的問題是渦輪流量傳感器是否能成功地應用于多相流的測量及如何設計用于多相流測量的渦輪流量傳感器。就此問題,這里,首先對渦輪傳感器進行了理論分析,然后給出三相流動中渦輪流量計的實驗響應特性,最后總結出用渦輪流量計測量多相流流量的半理論半經驗公式。
2渦輪流量計測量原理
2.1流量計的響應方程
渦輪流量計通過渦輪轉數反映被測流量的大小，渦輪轉N與流量Q之間的關系可以表示為:
N=K(Q--q)(1)
式中K一儀表常
q一啟動流量,通過標定獲得
2.2渦輪流量計固有儀表常數的理論計算
渦輪流量計固有儀表常數K0主要與渦輪傳感器結構參數有關。(圖1),K0可按下式計算中:
式(2)可見,對確定的渦輪流量傳感器，易知口徑D大,K0值小;葉片數n大,K0值大等。如果要獲得較大的儀表常數,就要對渦輪傳感器的結構參數進行優化設計,從圖(2)可以看出,葉片高度h增加,K。增大;導程角增大,K0增大。對于φ19的過環空大排量渦輪流量計而言,由.上式計算得K0=74.567rpm/m3/d,而水中標定的Kw=78.89rpm/m3/d,表1給出不同口徑和不同導程角下渦輪流量計固有儀表常數的計算值。
3渦輪流量計在多相流中的響應實驗
實驗在以空氣柴油和水為介質的三相流動模擬裝置中進行,透明的井簡內徑為125mm,流體全部集流后進入流量計。實驗發現,總流量相等,但流動密度不等的實驗,K0值變化較大;流動密度相等,總流量不等的實驗,K0值變化較小(圖3)。多相流動中渦輪儀器常數校正因子Ck與流動密度ρn之間的統計關系為Ck=ρ0.5。
4多相流流量測量
由于機械加工及安裝工藝等方面的原因,按渦輪流量計固有儀表常數設計的渦輪,必須在水中標定后才能使用，設水中標定的渦輪儀表常數為Kw,則通過上述理論計算和實驗，歸納總結出渦輪流量計在多相流動中的響應方程為:
Q=N/K+q.(3)
K=Kw+K0(ρn0.5-1)(4)
式中Kw---為水中標定的儀表常數
如果用全集流型渦輪流量計測得渦輪轉數N,在標準計量裝置上通過標定獲得Kw和q,結合輔助參數ρn就可以用公式(3)計算出多相流總量。用(3)式在油.井的油、氣、水多相流流量測量中得到了實際應用,計算誤差在5%以內。
5結論
通過理論計算和多相流實驗，總結出了渦輪流量計儀器常數在多相流動中的實驗關系,結合理論和實驗,給出了用渦輪流量計測量多相流總流量的半經驗半理論關系式，實際應用證明該方法可行。
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