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(shù)的計算方法，討論了獲得較大固有儀表常數(shù)K。時渦輪傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)（如葉片數(shù)、渦輪半徑、口徑等）的優(yōu)化組合問題，通過多相流動實驗，總結(jié)出K0與流動密度之間的實驗關(guān)系，由此給出用316智能渦輪流量計測量多相流的半理論半經(jīng)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(yè)生產(chǎn)過程參數(shù)（如溫度、壓力等）檢測中，以流量和各相持率測量*為復雜，是較難測量的兩個參數(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，被測對象不再限于單相，而要對多相流、混合狀態(tài)的流量進行測量。測量多相流的技術(shù)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(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)變，相對速度、流體性質(zhì)、管道結(jié)構(gòu)、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(qū)和高精度而受到用戶的歡迎。渦輪流量計在測量單相時，工作穩(wěn)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(zhuǎn)速。按常規(guī)，同**量所對應的渦輪轉(zhuǎn)速保持不變，即儀器常數(shù)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(fā)生變化，也會引起渦輪轉(zhuǎn)速的很大變化。由于在多相流動中，渦輪響應特性發(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，*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，*后總結(jié)出用渦輪流量計測量多相流流量的半理論半經(jīng)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(zhuǎn)數(shù)反映被測流量的大小，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）   （1）

式中K—儀表常數(shù)

q—啟動流量，通過標定獲得

2.2渦輪流量計固有儀表常數(shù)的理論計算

渦輪流量計固有儀表常數(shù)K。主要與渦輪傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。（圖1），K。可按下式計算：

（2）可見，對確定的渦輪流量傳感器，易知口徑D大，K。值小；葉片數(shù)n大，K。值大等。如果要獲得較大的儀表常數(shù)，就一要對渦輪傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)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，K。增大。對于φ19的過環(huán)空大排量渦輪流量計而言，由上式計算得K。=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(shù)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(zhì)的三相流動模擬裝置中進行，透明的井筒內(nèi)徑為125mm，流體全部集流后進入流量計。實驗發(fā)現(xiàn)，總流量相等，但流動密度不等的實驗，K。值變化較大；流動密度相等，總流量不等的實驗，K。值變化較小（圖3）。多相流動中渦輪儀器常數(shù)校正因子Ck與流動密度ρn之間的統(tǒng)計關(guān)系為Ck=ρn0.5。

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(shù)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(shù)為Kw，則通過上述理論計算和實驗，歸納總結(jié)出渦輪流量計在多相流動中的響應方程為：

式中

Kw---為水中標定的儀表常數(shù)

如果用全集流型渦輪流量計測得渦輪轉(zhuǎn)數(shù)N，在標準計量裝置上通過標定獲得Kw和q，結(jié)合輔助參數(shù)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(nèi)。

5、結(jié)論

通過理論計算和多相流實驗，總結(jié)出了渦輪流量計儀器常數(shù)在多相流動中的實驗關(guān)系，結(jié)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(jīng)驗半理論關(guān)系式，實際應用證明該方法可行。