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(guò)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。

 在油田生產(chǎn)過(guò)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(guò)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)液體流量的儀器之一，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(guò)程中的測(cè)量有偏差，給生產(chǎn)帶來(lái)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(guò)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，送入二次儀表進(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(wú)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(guò)流量計(jì)的流量小于始動(dòng)流量值時(shí)，渦輪不轉(zhuǎn)，無(wú)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(lái)說(shuō)，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(wú)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(lái)確定的。

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：

Q1=（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)Q1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??；

（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)，F(xiàn)1〈F2，K1〈K2。因此可以得出，當(dāng)流量一定時(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。

（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。