摘(zhāi)要(yào):闡述了(le)渦輪流(liú)量計 的(de)工作原理(lǐ)和動(dòng)态特(tè)性(xìng),建(jiàn)立了渦輪流量計的(de)多(duō)相流測量模(mó)型,并(bìng)在多(duō)相流(liú)模拟裝置(zhì)中進(jìn)行了實驗驗證(zhèng),得出了流體密度是(shì)渦輪流量(liàng)計在測量(liàng)多相(xiàng)流的流量(liàng)時的(de)影響(xiǎng)因(yīn)子(zǐ)，并且讨論(lùn)了流體密(mì)度影響多相流(liú)的流(liú)量(liàng)測量(liàng)的(de)規律。
　　在油(yóu)田生(shēng)産過程參數(如(rú)溫度、壓(yā)力等)檢(jiǎn)測中(zhōng)，以流量和(hé)各相持率測量(liàng)複雜,是較難測(cè)量的兩個參數,因而(ér),引起了工(gōng)程(chéng)技(jì)術人員的(de)興趣.随(suí)着(zhe)油田(tián)的發展,被(bèi)測對(duì)象不(bú)再局(jú)限于(yú)單相流，而(ér)要對(duì)多相流(liú)、混合狀(zhuàng)态的流(liú)量進行(háng)測量(liàng)。測量多相(xiàng)流的技(jì)術難度(dù)要比(bǐ)單相流體的正确測量大(dà)的多,知道單(dān)相(xiàng)流體的密度、粘(zhān)度及測量裝置的幾何結構，便(biàn)可以對單.相流(liú)進行定量分析(xī)。如果能利用多(duō)相流中每(měi)一相(xiàng)的上(shàng)述各(gè)物理(lǐ)量對多(duō)相流進行測(cè)量的話，就(jiù)很方便。但(dàn)很遺(yí)憾的是(shì),多相流(liú)體的(de)特性遠比(bǐ)單相流體的特(tè)性複雜的多，如各組分之間不(bú)能均勻混(hùn)合、混(hùn)合流(liú)體的異常(cháng)性(xìng)、流型轉(zhuǎn)變，相(xiàng)對速度、流(liú)體性(xìng)質、管道結(jié)構、流動方向等因素(sù)将導緻渦(wō)輪流量傳(chuán)感器響應(yīng)特性的改(gǎi)變"
　　在(zài)單相流的(de)條件(jiàn)下，渦輪(lún)的(de)轉速(sù)和流(liú)經它的體(tǐ)積流量成(chéng)一單(dān)值線性函(hán)數(shù),在(zài)油水兩(liǎng)相(xiàng)流中，隻要(yào)流量(liàng)超過(guò)始動流量,在允(yǔn)許的誤差(chà)範圍(wéi)内,渦輪的響應和體(tǐ)積流量也是成線(xiàn)性(xìng)函數(shù)。
　　但在(zài)多相流動(dòng)中(zhōng)，即(jí)使(shǐ)在總流(liú)量保(bǎo)持不變的情況下(xià)，混合流體的密(mì)度發生(shēng)變化，也會(huì)引起(qǐ)渦輪轉(zhuǎn)速的很(hěn)大變(biàn)化。本(běn)文就此問題(tí),通(tōng)過對渦輪流(liú)量計的工作原理和特(tè)性(xìng)分(fèn)析，闡(chǎn)述了(le)在測(cè)量(liàng)多相流時的流量(liàng)影響因子(zǐ)，并(bìng)進行了實驗驗證(zhèng)。
1工作原理及數(shù)學模(mó)型建立
　　渦輪流(liú)量計是一種速(sù)度式儀表(biǎo),它是(shì)以動量矩(jǔ)守恒原理爲基礎的，流體沖擊渦輪(lún)葉片,使渦輪旋(xuán)轉,渦輪(lún)的(de)旋轉(zhuǎn)速度(dù)随流量的(de)變化而變化，最(zuì)後從渦.輪的(de)轉(zhuǎn)數求出流(liú)量值(zhí)，通過(guò)磁電轉換(huàn)裝置(或機械輸出裝(zhuāng)置)将(jiāng)渦輪(lún)轉速(sù)變化(huà)成電(diàn)脈沖,送入(rù)二次(cì)儀表進行計算(suàn)和顯示，由(yóu)單位(wèi)時間電(diàn)脈沖數(shù)和累(lèi)計(jì)電脈沖數反映(yìng)出(chū)瞬時(shí)流量(liàng)和累計流(liú)量(見圖1)
 
　　所以,由動量(liàng)矩(jǔ)定理可知，渦輪(lún)的運(yùn)動微分方(fāng)程爲(wèi):
 
　　式中:j爲渦(wō)輪的轉動慣量(liàng);w爲渦輪的(de)旋轉角速度(dù);∑m爲作用(yòng)在渦輪上(shàng)的合(hé)力矩(jǔ)。
　　在正常工(gōng)作條件(jiàn)下(xià)，可認(rèn)爲管道内(nèi)的流(liú)體流量(liàng)不(bú)随時間變化，即渦輪以恒(héng)定(dìng)的角速(sù)度ω旋轉,這樣就(jiù)有
那麽渦(wō)輪(lún)的(de)運動(dòng)微分方程(chéng)變爲：
∑m=m-∑mi=0，（2）
　　這裏把∑m分(fèn)成了兩(liǎng)部(bù)分,即(jí)驅動渦(wō)輪旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力矩m和(hé)阻礙渦輪(lún)旋轉(zhuǎn)的各(gè)種(zhǒng)阻力矩(jǔ)∑mi。通過分析(xī)計算(suàn),驅動(dòng)力矩爲
 
　　式(shì)中:θ爲葉(yè)片與軸線之(zhī)間的夾角(jiǎo);r爲渦(wō)輪平均半(bàn)徑;a爲(wèi)管(guǎn)道流通(tōng)面(miàn)積;ρ爲(wèi)流體密(mì)度;ω爲渦輪的旋(xuán)轉角速度(dù);qv爲通(tōng)過管道的(de)流量(liàng)。
　　将式(shì)(3)代入(2)中得:
 
2渦輪流(liú)量計的(de)特性分析
　　由式(shì)(5)和式(6)可見(jiàn):當流(liú)體的粘度(dù)增大時,渦(wō)輪的轉動(dòng)角速(sù)度變小;當流體密度(dù)變大(dà)時,渦輪的(de)轉動(dòng)角速(sù)度也随之(zhī)增大。在(zài)流(liú)體速(sù)度較小(xiǎo)(相當于(yú)層流狀态(tài))時,渦輪的(de)頻率(lǜ)響應(yīng)非線性,且(qiě)受流體性質變化影(yǐng)響較大;當(dāng)流體(tǐ)速度較高(相當(dāng)于湍流狀(zhuàng)态)時(shí),式變小(xiǎo)，渦輪響(xiǎng)應近(jìn)似線性,儀(yí)器常數(shù)k基本上(shàng)不受流體(tǐ)粘(zhān)度(dù)變化影響。
　　渦輪啓動時,要克服較大(dà)的機械靜(jìng)摩擦力,因此需(xū)要較大始(shǐ)動流(liú)量。渦輪以--定的(de)速度轉動起來(lái)以後,需要機械動摩擦力和流(liú)體流動阻力,轉動阈(yù)值qvmin與(yǔ)p0.5成反(fǎn)比，流體密(mì)度越大，qvmin越(yuè)小。這(zhè)種情況對于密(mì)度變(biàn)化小的液體來(lái)說，影響不(bú)大，可視爲常數。但對(duì)于多相流(liú)體來(lái)說,由(yóu)于溫度、壓(yā)力和分相含率的變(biàn)化，引起p變(biàn)化,從而影響qvmin。
3實驗結果分析
　　實驗在以水和空(kōng)氣爲介質的流(liú)動模(mó)拟裝(zhuāng)置中進行(háng)，實(shí)驗中在(zài)氣體流量(liàng)固定的(de)前提下，逐漸(jiàn)增大水的流量(liàng),測量渦輪(lún)的響(xiǎng)應值。增(zēng)大氣體的流(liú)量,複上述(shù)操作,得(dé)到(dào)了下(xià)面的渦(wō)輪響應(yīng)圖版，其中(zhōng)流量(liàng)爲氣(qì)液的合流(liú)量。圖(tú)中氣(qì)體流量爲零時，流體(tǐ)的密(mì)度(dù)最大,測(cè)得的響應(yīng)曲線(xiàn)各流量響應值(zhí)最大(dà)。由于氣流(liú)量增大時，測得流體密度(dù)和粘(zhān)度都(dōu)變小，由式(shì)(5)和式(6)推(tuī)得渦輪(lún)的轉動角(jiǎo)速度也随之變小，所(suǒ)以随着流體(tǐ)密(mì)度的(de)減小，qvmin增大(dà)。
 
4結論
　　通過(guò)實驗(yàn)驗證(zhèng)，我們可以(yǐ)得出如下(xià)的結(jié)論:1渦輪(lún)流量計(jì)在測(cè)量多(duō)相流(liú)的流量時(shí)，在總(zǒng)流量(liàng)保(bǎo)持(chí)不.變(biàn)的情況下，流體(tǐ)的密度發生變(biàn)化也會引起渦輪轉速的很大變化(huà)。④渦輪流量(liàng)計(jì)的始動(dòng)流量随多相流體(tǐ)密(mì)度的增大(dà)而減小。
　　從(cóng)以上(shàng)得出(chū)的結論可(kě)知,渦(wō)輪流量計在測(cè)量多相流(liú)體的(de)流量的時候,流體的密(mì)度是影(yǐng)響測(cè)量精度的(de)主要因素。

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