涡轮流量传感器测量水平气液两相流的实验研究

　　1　引　言

　　以往人们对涡轮流量传感器的研究多集中于单相流动条件下的实验及理论研究。但在气液两相流动条件下,由于气液两相间相互作用和两相界面复杂多变等原因,人们应用涡轮流量传感器测量气液两相流的研究还不多Minemura等[1]验证了采用涡轮流量传感器同时测量油气输运管道中质量、体积流量以及含气率的可行性; Johnson等[2]提出测量涡轮流量传感器叶轮转速波动来预测体积含气率的方法;Ogawa等[3]应用涡轮流量传感器同时测量气液两相流中的气体流量和水流量;Amad等[4]运用涡轮流量传感器与文丘里组合测量制冷剂汽液两相流的质量流量;国内学者[5~10]也对集流式涡轮流量传感器在测井上的应用进行了研究。

　　本文对3台具有不同导程叶轮的涡轮流量传感器,用来测量体积含气率低于10%的水平气液两相泡状流的特性进行了实验研究。提出仪表系数迁移量;得出不同含气率下传感器的两相流量特性曲线与仪表系数迁移量曲线;得出叶轮导程值大小影响着传感器测量误差值的结论。最后对体积含气率变化影响涡轮流量传感器特性的物理机理以及造成传感器测量特性改变与误差的原因进行了分析讨论。

　　2　实验研究

　　实验在天津大学电气与自动化工程学院气液两相流实验装置上进行,装置见图1。本实验涡轮流量传感器安装位置距离引射器出口1. 225m。

　　描述叶轮设计结构的几何参数有多个,就螺旋形叶片叶轮而言,主要有:叶片数目Z、叶片顶端半径Rt、轮毂半径Rh、叶片导程L、叶片厚度tb、叶片的倒角γ、叶片轴向宽度Lb。对编号分别为1#、2#、3#的三台50mm口径涡轮流量传感器进行了水平气液两相流特性实验,传感器叶轮几何结构参数,除叶片数目Z=6、倒角γ=90°外,其余参数见表1。

　　实验时,测量涡轮流量传感器入口处压力稳定后的流量、温度和压力值,通过理想气体状态方程计算得到入口处工况空气密度与气相体积流量。体积含气率由涡轮流量传感器入口处空气体积流量与入口处总体积流量Qm计算得到。调节液相调节阀,将液相流量分别稳定在12、10、8、6m3/h。然后逐渐增大气相阀门开度。采用高精度数据采集板卡对每个流量点的过程参数与传感器脉冲输出采样10次,然后取平均值。

　　3　实验结果

　　3.1　不同体积含气率下的流量特性曲线

　　在不同体积含气率下, 3台涡轮流量传感器测量水平气液两相流的特性曲线见图2~4,由图中曲线可见:

　　(1)在相同含气率下,每台涡轮流量传感器仪表系数曲线均基本保持水平,平均仪表系数Ka和线性度误差δ见表2。