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實驗過程中,初始水流量為80m³/d,待流量穩(wěn)定后記錄渦輪轉(zhuǎn)數(shù),之后按10m³/d的流量遞減,測量每一流量點的渦輪轉(zhuǎn)數(shù)。實驗中共對兩支儀器進(jìn)行了實驗,兩支渦輪流量計在水中響應(yīng)特性一致。給出了其中一支渦輪流量計在純水中的渦輪響應(yīng)的實驗結(jié)果,如圖2所示。圖2中橫坐標(biāo)為水流量,縱軸為渦輪轉(zhuǎn)數(shù)。
實驗結(jié)果表明，,在純水中，渦輪流量計儀器響應(yīng)與流量有很好的線性關(guān)系，重復(fù)性好,規(guī)律一致。擬合得到渦輪轉(zhuǎn)速與流量的關(guān)系為:F=1.2225Q+0.4591;線性相關(guān)系數(shù)為R2=0.9997。啟動排量:1#儀器的啟動排量為2.5m³/d,2#儀器的啟動排量為3.0m³/d.
2、渦輪在單相氣中的響應(yīng)
1)干氣(井筒中無底水)
本實驗考察流量計對單相氣(干氣)的響應(yīng)規(guī)律。當(dāng)井筒中無底水,流體為單相氣,分別按照流量增加和遞減方向調(diào)節(jié)氣相流量,流量計在氣中的響應(yīng)規(guī)律如圖3所示。由圖3可知,渦輪響應(yīng)與氣相流量近似呈線性規(guī)律,但數(shù)據(jù)的離散性遠(yuǎn)較純水相時大，重復(fù)數(shù)據(jù)的離散性也大得多。而且渦輪轉(zhuǎn)速依賴于氣相流量按增加或減小方向的調(diào)節(jié)。由于渦輪慣性的影響,按流量遞減調(diào)節(jié)時,對應(yīng)于同樣流量時的渦輪轉(zhuǎn)速要大于按遞增方向上的轉(zhuǎn)速。啟動流量強烈地依賴于流量遞增或遞減,按流量遞增調(diào)節(jié)氣流量時,啟動流量為40m³/d.而按氣量遞減調(diào)節(jié),則截止流量為7m³/d,這是由于渦輪的慣性所致。本實驗中,氣相流量最大達(dá)到了150m³/d。
2)靜水中純氣(井筒中充滿靜水)
本實驗考察流量計在井筒內(nèi)有底水情況下對氣相.流量的響應(yīng)規(guī)律。將流量計置于充滿靜水井筒中，增加氣相的流量,記錄渦輪的轉(zhuǎn)速。初始?xì)饬髁繛?0m³/d,每次流量按10m³/d變化量遞減,待流量穩(wěn)定后記錄渦輪轉(zhuǎn)數(shù)。然后仍按流量遞減的順序重復(fù)上述實驗過程。實驗獲得的兩支儀器的響應(yīng)規(guī)律一致。本文給出了其中一支渦輪流量計的響應(yīng)曲線,如圖4所示。由圖4可知,渦輪響應(yīng)在靜水中與氣體流量呈非線性關(guān)系。當(dāng)氣相流量低于20m³/d時,渦輪轉(zhuǎn)速高于相同水流量時的轉(zhuǎn)速,表明此時渦輪對氣更敏感;而當(dāng)氣體流量大于20m³/d時,渦輪轉(zhuǎn)速小于在相同流量時水中的轉(zhuǎn)速,表明此時渦輪對水更敏感。繼續(xù)增加氣相的流量,渦輪響應(yīng)逐漸趨向于線性。
在井筒內(nèi)充滿靜水的條件下,兩支流量計在氣流量為2.5m³/d即啟動,渦輪的啟動排量與純水類似,啟動流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單相氣的情況。其原因可能是單相氣時,在較低的流速下，氣在經(jīng)過渦輪時,由于氣時可壓縮的，，氣更容易繞過渦輪而從葉片與外殼之間的縫隙流過,僅有一部分氣推動渦輪葉片旋轉(zhuǎn);而存在底水的情況下，,對于在低流量氣/水為泡狀流，輕質(zhì)相的氣趨于沿管心向上流動,由于液相的水具有不可壓縮性,較大比例的氣泡只能經(jīng)過渦輪葉片,推動渦輪旋轉(zhuǎn),因此啟動流量低于干氣的情況。
3、渦輪在氣/水兩相流中的響應(yīng)
本實驗考察流量計在動水中(水相流量不為零)對氣相流量的響應(yīng)規(guī)律。實驗中，氣體流量依次保持為.3,5,7,10,15,20,30,40,50m³/d,對于每一個氣相流量,水流量依次按60,50,40,30,20,15,10,7,5,3,1m³/d的遞次調(diào)節(jié),穩(wěn)定后記錄渦輪轉(zhuǎn)速。獲得的兩支渦輪流量計在氣/水兩相流中的渦輪響應(yīng)規(guī)律一致。其中1#流量計在氣/水兩相流中的響應(yīng),如圖5所示。渦輪在低液量和高流量時有不同的規(guī)律,在水流.量高于10m³/d時,保持氣量不變，渦輪響應(yīng)與水流量呈線性關(guān)系,但在較高的氣量下具有較高的斜率,或較大的儀表常數(shù)。而在在低液量下,即在水流量低于10m³/d時,渦輪響應(yīng)與水相流量呈非線性關(guān)系。此時,隨著水流量的增加，渦輪響應(yīng)也增加,但較純水時的響;應(yīng)增加緩慢,而且隨著氣量的增加,渦輪響應(yīng)對液相的敏感性越差,當(dāng)氣量達(dá)到20m³/d時,幾乎呈一個平的.臺階,說明此時渦輪對液相流量失去了分辨能力,表明渦輪流量計在高氣相流量時不適合用來測量低液量液相的流量。
保持氣量不變,取水相流量10m³/d及以上時的數(shù)據(jù),計算渦輪流量計響應(yīng)與水流量關(guān)系直線的斜率(即K值),然后做出氣流量與K值的關(guān)系圖版如圖6所示5隨著氣相流量的增加，K值近似呈線性增加。
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