一、涡轮流量计

一、涡轮流量计

涡轮流量计主要由涡轮变送器(传感器)以及相应的电子线路和地面仪器所组成,按照工作条件和测量特点不同,可分为两大类,一类是封隔器流量计(又称为集流式流量计),另一类是连续流量计(又称为非集流式流量计)。它们的结构特点如图10-66所示。

封隔器流量计是由涡轮变送器及集流器组成。集流器总成的作用是封隔仪器与井壁之间的环形空间内流体上下流动,迫使井内流体100%通过进液口而流入流量计主管内部以冲击涡轮叶片,然后再从流量计上部出液口流出回到井中。因此这种流量计灵敏度高,适于在低流量井中使用,但由于装有封隔仪器,只能逐点测量。

连续流量计是非集流型流量计,它可连续测量。测量时需用弹簧扶正器将仪器主体居中,使仪器轴与井轴一致,故所测的流速为井的中心流速。当仪器以某一恒定测速连续测量时,井内流体一部分从仪器管外的环形空间流过,另一部分流体则通过进液口从仪器管内部流过,并冲击涡轮叶片使之旋转。当井径不变,测速恒定、井内流体黏度不变时,涡轮的转速N与井内中心流速成线性正比关系。即

图10-66 涡轮流量计

式中:k为N-v关系直线的斜率,为仪器之常数,它与涡轮材料、结构与电磁特性有关;vx为涡轮的启动流量,与流体性质、涡轮摩擦特性有关;v为流体的相对速度,v=vt±vf,当流体流速vf与仪器移动速度vt同向时,v=vt-vf,当流体的流速vf与仪器移动速度vt反向时,v=vt+vf

涡轮变送器是流量计的核心部件,当涡轮受水流冲击而旋转时带动磁钢旋转,从而在线圈中产生感应电动势,感应电动势的频率与涡轮叶片旋转的频率成正比。测井时通过检测线圈测量感应信号的频率,最后可将频率转换成流量。

根据动量矩守恒原理可以导出涡轮流量计的转速N与流体的体积流量Q的理论关系式:

式中:k为N与Q关系直线的斜率,它是与变送器结构、材料和电磁特性有关的常数;q为理论启动流量,它意味着涡轮具有惰性,只有在流量大于q时涡轮才能启动,这是由于涡轮本身存在一定的摩擦力的缘故。

实际上,涡轮的转速N与流量Q间并非完全线性关系,只有当Q>qx时,Q与N才呈线性关系,当Q<qx时,Q与N呈明显的非线性关系,见图10-67。因此,在极低流量条件下测量Q值是不准确的。

图10-67 涡轮流量计特征曲线

为了有效辨别水流的方向,通常在涡轮流量计中还设有流向判别装置。