摘要:阐述了涡轮流量计的工作原理和动态特性,建立了涡轮流量计的多相流测量模型,并在多相流模拟装置中进行了实验验证,得出了流体密度是涡轮流量计在测量多相流的流量时的影响因子，并且讨论了流体密度影响多相流的流量测量的规律。
在油田生产过程参数(如温度、压力等)检测中，以流量和各相持率测量复杂,是较难测量的两个参数,因而,引起了工程技术人员的兴趣.随着油田的发展,被测对象不再局限于单相流，而要对多相流、混合状态的流量进行测量。测量多相流的技术难度要比单相流体的正确测量大的多,知道单相流体的密度、粘度及测量装置的几何结构，便可以对单.相流进行定量分析。如果能利用多相流中每一相的上述各物理量对多相流进行测量的话，就很方便。但很遗憾的是,多相流体的特性远比单相流体的特性复杂的多，如各组分之间不能均匀混合、混合流体的异常性、流型转变，相对速度、流体性质、管道结构、流动方向等因素将导致涡轮流量传感器响应特性的改变"
在单相流的条件下，涡轮的转速和流经它的体积流量成一单值线性函数,在油水两相流中，只要流量超过始动流量,在允许的误差范围内,涡轮的响应和体积流量也是成线性函数。
但在多相流动中，即使在总流量保持不变的情况下，混合流体的密度发生变化，也会引起涡轮转速的很大变化。本文就此问题,通过对涡轮流量计的工作原理和特性分析，阐述了在测量多相流时的流量影响因子，并进行了实验验证。
1工作原理及数学模型建立
涡轮流量计是一种速度式仪表,它是以动量矩守恒原理为基础的，流体冲击涡轮叶片,使涡轮旋转,涡轮的旋转速度随流量的变化而变化，最后从涡.轮的转数求出流量值，通过磁电转换装置(或机械输出装置)将涡轮转速变化成电脉冲,送入二次仪表进行计算和显示，由单位时间电脉冲数和累计电脉冲数反映出瞬时流量和累计流量(见图1)
所以,由动量矩定理可知，涡轮的运动微分方程为:
式中:J为涡轮的转动惯量;w为涡轮的旋转角速度;∑M为作用在涡轮上的合力矩。
在正常工作条件下，可认为管道内的流体流量不随时间变化，即涡轮以恒定的角速度ω旋转,这样就有
那么涡轮的运动微分方程变为：
∑M=M-∑Mi=0，（2）
这里把∑M分成了两部分,即驱动涡轮旋转的驱动力矩M和阻碍涡轮旋转的各种阻力矩∑Mi。通过分析计算,驱动力矩为
式中:θ为叶片与轴线之间的夹角;r为涡轮平均半径;A为管道流通面积;ρ为流体密度;ω为涡轮的旋转角速度;qv为通过管道的流量。
将式(3)代入(2)中得:
2涡轮流量计的特性分析
由式(5)和式(6)可见:当流体的粘度增大时,涡轮的转动角速度变小;当流体密度变大时,涡轮的转动角速度也随之增大。在流体速度较小(相当于层流状态)时,涡轮的频率响应非线性,且受流体性质变化影响较大;当流体速度较高(相当于湍流状态)时,式变小，涡轮响应近似线性,仪器常数K基本上不受流体粘度变化影响。
涡轮启动时,要克服较大的机械静摩擦力,因此需要较大始动流量。涡轮以--定的速度转动起来以后,需要机械动摩擦力和流体流动阻力,转动阈值qVmin与p0.5成反比，流体密度越大，qVmin越小。这种情况对于密度变化小的液体来说，影响不大，可视为常数。但对于多相流体来说,由于温度、压力和分相含率的变化，引起p变化,从而影响qVmin。
3实验结果分析
实验在以水和空气为介质的流动模拟装置中进行，实验中在气体流量固定的前提下，逐渐增大水的流量,测量涡轮的响应值。增大气体的流量,复上述操作,得到了下面的涡轮响应图版，其中流量为气液的合流量。图中气体流量为零时，流体的密度最大,测得的响应曲线各流量响应值最大。由于气流量增大时，测得流体密度和粘度都变小，由式(5)和式(6)推得涡轮的转动角速度也随之变小，所以随着流体密度的减小，qVmin增大。
4结论
通过实验验证，我们可以得出如下的结论:1涡轮流量计在测量多相流的流量时，在总流量保持不.变的情况下，流体的密度发生变化也会引起涡轮转速的很大变化。④涡轮流量计的始动流量随多相流体密度的增大而减小。
从以上得出的结论可知,涡轮流量计在测量多相流体的流量的时候,流体的密度是影响测量精度的主要因素。
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