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切向涡轮流量计的工作原理
发布日期:2020/3/4 10:17:40
切向涡轮流量计广泛应用于小流量测量中。与轴向式涡轮流量传感器相比,切向涡轮流量传感器的启动排量更低,测量灵敏度更高,动态响应速度更快。随着国内大部分油田进入开发中后期,低产井数量逐年增多,大量油井的日产量低于5m2/d,单层产量甚至低于1m3/d。低产液井对测井仪器提出了新的要求,传统螺旋式涡轮流量计对低流量的响应较差,启动排量较高,难以对低产井的井下流动进行有效监测。为此,提出采用切向涡轮流量计测量小流量。
 
切向涡轮流量计工作原理
切向涡轮流量计基本构造见图1。被测流体在流经叶轮之前流道会减缩,流速增加,流体经过叶轮后叶片旋转,磁电传感器记录叶片转动频率,得出被测流体相对应的流量。
涡轮在转动时所受的力矩大致可分:流体对涡轮的推动力矩Trm,机械摩擦力矩Trf,流体对涡轮产生的流动阻力矩T和电磁阻力矩Tre。涡轮运动方程可以表示为:
J*dw/dt=Tr-Trm-Trf-Tre      (1)
式中,J为涡轮转动惯量;为涡轮转动角速度。涡涡轮正常工作时,w可近似看作定值(切向涡轮转动时由于驱动力矩随着位置变化而变化,所以转动角速度也是变化的,这里将看作定值)。
如图2所示,切向涡轮流量计流道收缩后面积为A,从流道流出的流体速度为,从涡轮流出的流体速度为v2;v1和v2与涡轮叶片速度方向的夹角为a1和a2,涡轮的转动角速度为w,假设出口处流体相对运动速度的方向平行于叶片方向。
在涡轮转动时,只有垂直叶片方向的力对驱动力矩有贡献,因此只考虑垂直叶片方向的驱动力
f=pAv2+(rw)-2v1rwcosa1(v1cosa1-rw)      (2)
式中,p为流体密度;r为涡轮叶片长度。驱动力大小为
Tr=fr       (3)
代入式(1)得
Trm+Trf=Tr        (4)
涡轮流量计仪表系数K可表示为
K=fHz/Q=w/2π/Av1=1/2πA*w/v1      (5)
式中,fHz为转动频率;Q为流量
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