1引 言
工業(yè)生產(chǎn)過程參數(shù)如溫度,壓力等檢測(cè)中以流量和各相持率測(cè)量復(fù)雜是較難測(cè)量的兩個(gè)參數(shù)。因而引起了工程技術(shù)人員的興趣。隨著工業(yè)的發(fā)展被測(cè)對(duì)象不再限于單相而要對(duì)多相流,混合狀態(tài)的流量進(jìn)行測(cè)量-測(cè)量多相流的技術(shù)難度要比單相流體的正確測(cè)量大得多知道單相流體的密度,粘度及測(cè)量裝置的幾何結(jié)構(gòu) 便可以對(duì)單相流進(jìn)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(duì)多相流進(jìn)行測(cè)量得話就很方便，-但遺憾的是多相流體的特性遠(yuǎn)比單相流體的特性復(fù)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(zhuǎn)變相對(duì)速度,流體性質(zhì),管道結(jié)構(gòu),流動(dòng)方向等因素將導(dǎo)致渦輪流量傳感器響應(yīng)特性的改變.
渦輪流量傳感器和顯示儀表組成的液體渦輪流量計(jì)以良好的重復(fù)性,寬廣的線性工作區(qū)和精度高而受到用戶的歡迎.液體渦輪流量計(jì)在測(cè)量單相時(shí)工作穩(wěn)定性較 好但在多相流動(dòng)時(shí)由于各相的速度,粘度,局部持率等因素影響渦輪轉(zhuǎn)速-按常規(guī)同一流量所對(duì)應(yīng)的渦輪轉(zhuǎn)速保持不變即儀器常數(shù)不變-但在多相流動(dòng)時(shí)即使在總流量保持不變的情況下混合流體的密度發(fā)生變化也會(huì)引起渦輪轉(zhuǎn)速的很大變化-由于在多相流動(dòng)中渦輪響應(yīng)特性發(fā)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(yīng)用于多相流的測(cè)量及如何設(shè)計(jì)用于多相流測(cè)量的渦輪流量傳感器-就此問題 這里首先對(duì)渦輪傳感器進(jìn)行了理論分析然后給出三相流動(dòng)中液體渦輪流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)響應(yīng)特性最后總結(jié)出用液體渦輪流量計(jì)測(cè)量多相流流量的半理論半經(jīng)驗(yàn)公式
2.液體渦輪流量計(jì)測(cè)量原理
2.1流量計(jì)的響應(yīng)方程
液體渦輪流量計(jì)通過渦輪轉(zhuǎn)數(shù)反映被測(cè)流量的大小渦輪轉(zhuǎn)數(shù)N與流量Q之間的關(guān)系可以表示為N=K(Q-q)
式中:K-儀表常數(shù)
q-啟動(dòng)流量通過標(biāo)定獲得
2.2液體渦輪流量計(jì)固有儀表常數(shù)的理論計(jì)算
液體渦輪流量計(jì)固有儀表常數(shù)K0主要與渦輪傳感器 結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān) 圖(1), K0可按下式計(jì)算
式2可見,對(duì)確定的渦輪流量傳感器)易知口徑D大, K0值小,葉片數(shù)n大, K0值大等.如果要獲得較大的儀表常數(shù),就要對(duì)渦輪傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),從圖2(可以看出,葉片高度;增加, K0增大,導(dǎo)程角增大, K0增大.對(duì)于￠19的過環(huán)空大排量液體渦輪流量計(jì)而言,由上式計(jì)算得K0=74.567rpm/m3/d而水中標(biāo)定的KW=78.89rpm/m3/d,表1給出不同口徑和不同導(dǎo)程角下液體渦輪流量計(jì)固有儀表常數(shù)的計(jì)算值.
3.液體渦輪流量計(jì)在多相流中的響應(yīng)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)在以空氣、柴油和水為介質(zhì)的三相流動(dòng)模擬裝置中進(jìn)行，透明的井筒內(nèi)徑為125mm流體全部集流后進(jìn)入流量計(jì),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),總流量相等,但流動(dòng)密度不等的實(shí)驗(yàn), K0值變化較大;流動(dòng)密度相等,總流量不等的實(shí)驗(yàn), K0值變化較小圖(3).多相流動(dòng)中渦輪儀器常數(shù)校正因子CK與流動(dòng)密度Pn之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系為CK=Pn 0.5次方
4．多相流流量測(cè)量
由于機(jī)械加工及安裝工藝等方面的原因，按液體渦輪流量計(jì)固有儀表常數(shù)設(shè)計(jì)的渦輪，必須在水中標(biāo)定后才能使用，設(shè)水中標(biāo)定的渦輪儀表常數(shù)為kw則通過上述理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn),歸納總結(jié)出液體渦輪流量計(jì)在多相流動(dòng)中的響應(yīng)方程為:
Q=N/K+q
K=KW+K0(Pn 0.5次方-1_
式中kVV為水中標(biāo)定的儀表常數(shù)
如果用全集流型液體渦輪流量計(jì)測(cè)得渦輪轉(zhuǎn)數(shù)N,在標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量裝置上通過標(biāo)定獲得kw和q結(jié)合輔助參數(shù)Pn就可以用公式(3)計(jì)算出多相流總量.用(3)式在油井的油、氣、水多相流流量測(cè)量中得到了實(shí)際應(yīng)用，計(jì)算誤差在5%以內(nèi)。
5.結(jié)論
通過理論計(jì)算和多相流實(shí)驗(yàn))總結(jié)出了液體渦輪流量計(jì)儀器常數(shù)在多相流動(dòng)中的實(shí)驗(yàn)關(guān)系)結(jié)合理論和實(shí)驗(yàn))給出了用液體渦輪流量計(jì)測(cè)量多相流總流量的半經(jīng)驗(yàn)半理論關(guān)系式)實(shí)際應(yīng)用證明該方法可行。
