摘要:本文簡(jiǎn)單介紹了渦輪流量計(jì)的工作原理和動(dòng)態(tài)特性通過實(shí)驗(yàn),找出渦輪流量計(jì)響應(yīng)特性的影響因素,溫度的變化會(huì)引起渦輪流量計(jì)金屬材料熱脹冷縮,幾何尺寸的變化會(huì)引起渦輪轉(zhuǎn)速的變化,K值也會(huì)隨之改變,儀表常數(shù)和流體的粘滯性也有很大關(guān)系,粘度越大,流量的線性范圍愈小。反之粘度越小,流量的線性范圍愈大。
0引言
在油田生產(chǎn)過程參數(shù)(如溫度、壓力等)檢測(cè)中，以流量測(cè)量最為復(fù)雜,是較難測(cè)量的參數(shù)。而且,流量檢測(cè)在油田生產(chǎn)過程中又十分重要,因而引起了工程技術(shù)人員的廣泛興趣。渦輪流量計(jì)是檢測(cè)液體流量的儀器之--,但由于液體各參數(shù)(如溫度粘度.密度等)的影響，使得渦輪流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用過程中的測(cè)量有偏差,給生產(chǎn)帶來了困難”。本文主要研究不同溫度下對(duì)渦輪響應(yīng)K值的影響。
1渦輪流量計(jì)測(cè)量原理
1.1基本原理
渦輪流量計(jì)是一種速度式儀表,它是以動(dòng)量矩守恒原理為基礎(chǔ)的,流體沖擊渦輪葉片,使渦輪旋轉(zhuǎn),渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化，最后從渦輪的轉(zhuǎn)數(shù)求出流量值,通過磁電轉(zhuǎn)換裝置(或機(jī)械輸出裝置)將渦輪轉(zhuǎn)速變化成電脈沖,送人二次儀表進(jìn)行計(jì)算和顯示,由單位時(shí)間電脈沖數(shù)和累計(jì)電脈沖數(shù)反映出瞬時(shí)流量和累計(jì)流量。
1.2渦輪流量計(jì)的影響因素
渦輪流量計(jì)的理想特性曲線僅與儀表結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān),與流量變化無關(guān),儀表系數(shù)K為一常數(shù)。而實(shí)際曲線并非如此,對(duì)于實(shí)際的渦輪流量計(jì)，渦輪首先必須克服軸承的靜摩擦力后才能轉(zhuǎn)動(dòng)”。我們將渦輪克服靜摩擦力矩所需的最小流量值稱為該渦輪的始動(dòng)流量值。當(dāng)通過流量計(jì)的流量小于始動(dòng)流量值時(shí),渦輪不轉(zhuǎn),無信號(hào)輸出。當(dāng)流量大于始動(dòng)排量以后,隨著流量的增加,渦輪旋轉(zhuǎn)角速度也將增大。以后在測(cè)量范圍內(nèi),流體產(chǎn)生的阻力矩將成為影響流量計(jì)特性的主要因素。相對(duì)來說,由軸承間摩擦產(chǎn)生的機(jī)械阻力矩就比較小了。流體產(chǎn)生的阻力矩對(duì)渦輪的影響又分為兩種情況，當(dāng)流體以較低速度流經(jīng)渦輪,儀表常數(shù)是隨被測(cè)液體的流量和運(yùn)動(dòng)粘度變化而變化的;當(dāng)流體以較高速度流經(jīng)渦輪,儀表常數(shù)只與儀表本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān),而與流量無關(guān)。只有這種狀態(tài)時(shí),儀表常數(shù)才真正表示了常數(shù)的性質(zhì)。渦輪流量計(jì)的流量范圍就是根據(jù)這一-區(qū)間來確定的眼。
2實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
2.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)-渦輪在水中不同溫度下的響應(yīng)
不同溫度下,用水標(biāo)定渦輪k值的情況如表1,從表1中可以發(fā)現(xiàn),由于水的溫度有所增加,渦輪的K(K=F/Q)值相對(duì)減小。
2.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)-渦輪在油中不同溫度下的響應(yīng)
不同溫度下,標(biāo)準(zhǔn)渦輪對(duì)油流量的響應(yīng)數(shù)值如下表：
根據(jù)上表做出油對(duì)K值得響應(yīng)特性曲線,如圖1所示,冷油(16度)對(duì)K值的響應(yīng)特性,即F=119.7Q-46.383;熱油(60度)對(duì)K值的響應(yīng)特性,即:
F=107.04Q-20.484。
由此,我們可以推導(dǎo)出:
Q=(F1+20.48)/107.04(1)
Q2=(F2+46.38)/119.7(2)
式中:Q1-熱油流量;Q2-冷油流量;F1渦輪對(duì)Qt的頻率響應(yīng)值;F2-渦輪對(duì)Q2的頻率響應(yīng)值。
將公式(1)(2)組成方程組,解得:
(1)當(dāng)F=F1=F2=142.2時(shí),Q1=Q2;.
(2)當(dāng)F=F1=F2>142.2時(shí),K值大的渦輪流速相對(duì)較小;
(3)當(dāng)F=F1=F2<142.2時(shí),K值大的渦輪流速相對(duì)較大。
如圖2為標(biāo)準(zhǔn)渦輪在不同流量.不同油溫下的K值響應(yīng)曲線。標(biāo)準(zhǔn)渦輪K值計(jì)算公式為:K=F/Q。
其中F為標(biāo)準(zhǔn)渦輪在某一流量范圍內(nèi)的響應(yīng)頻率。Q=V/T(m~3/D),假設(shè)V為某一固定體積容器,那么T即為以某固定流量Q充滿固定體積V所用的時(shí)間。
由上面圖表我們看到,當(dāng)Q1=Q2時(shí),F1<F2,K1<K2.因此可以得出,當(dāng)流量--定時(shí)標(biāo)定冷水的K值比熱水的K值大。如果提高流量Q1使F1=F2,這時(shí)又出現(xiàn)下面的情況:當(dāng)F1=F2時(shí),Q1>Q2,K1>K2。.
3結(jié)論
(1)溫度的變化會(huì)引起渦輪流量計(jì)金屬材料熱脹冷縮,幾何尺寸的變化會(huì)引起渦輪轉(zhuǎn)速的變化,K值也會(huì)隨之改變。
(2)當(dāng)標(biāo)定K值大時(shí),在同樣響應(yīng)頻率時(shí)實(shí)際流量小。
(3)實(shí)驗(yàn)中的溫度參數(shù)對(duì)所用液體的粘度和密度有很大影響。
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