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井下渦輪流量計測量精度影響因素
发布时间:2021-3-1 08:40:02

摘要:本文闡述了井下渦輪流量計的工作特性、理論模型,分析了影響渦輪流量計起動排量的各種因素並且總結了流體的溫度及密度對渦輪流量計測量精度的影響,對渦輪流量計的改善提高有一定的指導作用 。
  在油田監測中,渦輪流量計因其体积小、结构简单、价格便宜被广泛的应用 。但由于受起动排量、流体的温度、粘度等各种因素的影响,使得涡流量计在实际应用过程中有偏差,给现场生产带来了很大的困难,因此有必要对影响渦輪流量計测量精度的各种因素进行分析、总结,使之能更好的为油田生产服务 。
1工作原理
  渦輪流量計是速度式流量测量仪表,它是以动量矩守恒原理为基础,通过测量置于被测流体内的涡轮的旋转速度n来测量流量Q的大小 。渦輪流量計的特性方程式为:

式中:c为渦輪流量計流量与转速之间的转换系数;a为与流量计结构参数、流体性质以及流动状态有关的系数 。
2影響因素分析
2.1起動排量影響因素分析
  如圖1所示:流量計的工作區間爲QA-QB段,即特性方程線性工作區 。而在流量Qa以下時,流量與轉速不成線性關系,在一定小的流量下,無信號輸出 。因此,在測量過程中,如何降低始動流量,提高靈.敏度,減小死區,展寬線性工作區,成爲解決小流量測量的關鍵問題 。
渦輪流量計Q-n特性曲线图
  对渦輪流量計的理论模型作如下分析 。叶片的旋转如图2所示 。

  设渦輪流量計内流体流向与涡轮叶片成θ倾斜.角,若密度ρ为的流体以速度V冲击叶片时,将朝上产生与ρVtanθ成正比的力,此外,由于涡轮以角速度旋转,故图中实际的涡轮驱动力为:

  式中:r爲渦輪平均旋轉半徑
  因爲,渦輪驅動力矩Tr與F:成正比,V與Q/s(S爲流路面積)成正比,故將這些關系代入式(2)得:

  渦輪在正常狀態下旋轉時,渦輪驅動力矩Tr等于軸承摩擦等産生的機械反抗力矩Tm和由流動阻力産生的反抗力矩Trf之和,即

  从理论可以知道,决定涡轮始动流量(即渦輪流量計的最小灵敏度Qmin)的主要因素,涡轮起动时,角速度小,故可以忽略阻力产生的反抗力矩Trf因而式(5)可写为:

  其最小靈敏度Qmin是式(6)右邊第一項和第二項相等時的流量 。即得

  而機械反抗力矩Trm包括渦輪軸與軸承間的摩擦力矩Tr1和電磁反作用力矩Tr2口,即

  從式(7)可知,對測量介質一定,管徑一定的流體,密度ρ爲定值,c3,C4分別爲比例常數,橫截面爲定值 。因此,影響Qmin變化的只有Tm(Tr1,Tr2) 。
  在流量計結構設計及工藝設計時,根據理論分析,可以采取以下措施作爲優化設計 。
①渦輪采用質輕的材料,減小渦輪的轉動慣量,使其對流速變化的響應性好,渦輪軸與軸承間采用軸尖支撐,軸承采用瑪瑙,減小旋轉阻力 。
②磁電轉換器由光纖接受器取代,消除電磁反作用力矩 。同時提高電磁流量計的抗幹擾能力 。
2.2溫度因素的影響

  根據上表做出油對K值得響應特性曲線,如圖3所示,冷油(16度)對K值的響應特性,即y=11869x-41857;熱油(60度)對K值的響應特性,即y=107.42x-2438 。

  由此可见,温度的变化对渦輪流量計K有影响,主要是由于金属材料热胀冷缩,几何尺寸的变化,会引起涡轮转速的变化,K值也会随之改变 。
2.3流體密度因素的影響
  渦輪啓動時,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後,需要機械動摩擦力和流體流動阻力,轉動閡值Qmin與ρ0.5成反比,流體密度越大,Qmin越小 。這種情況對于密度變化小的液體來說,影響不大,Qmin可視爲常數 。但對于多相流體來說,由于溫度、壓力和分相含率的變化,引起P變化,從而影響Qmin.
  實驗在以水和空氣爲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,測量渦輪的響應值 。增大氣體的流量,重複上述操作,得到了下面的渦輪響應圖版,其中流量爲氣液的合流量 。圖中氣體流量爲零時,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,所以隨著流體密度的減小,增大 。
通過實驗驗證,凯发k8国际娱乐在线 可以得出如下的結論:
①渦輪流量計在测量多相流的流量时,在总流量保持不变的情况下,流体的密度发生变化也会引起涡轮转速的很大变化 。
②渦輪流量計的始动流量随多相流体密度的增大而减小 。.
3結論
  通過理論推導和實驗驗證,可以得出如下結論:
3.1渦輪采用質輕的材料,使其對流速變化的響應性好,同時盡量采取措施減少摩擦阻力矩及電磁反作用力矩,通過這些措施可以降低渦輪的起動排量 。.
3.2溫度的變化會引起渦輪K值的變化,建議考慮使用對溫度不敏感的材料作爲渦輪制造材料 。
3.3不同密度下的渦輪K值隨密度增加而增大,因此三相流下要獲得准確的流量還需進行密度校

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