一种可调节式减压消能阀型结构研究

发布时间：2020-08-07 21:15

【摘要】：高压油井开采时液体携带井底的砂砾和岩石碎屑以较高的速度冲向井口,这种流体属于固液两相流模型。这种流体进入井口节流阀后会与阀体内壁、阀芯笼套、阀芯等摩擦、撞击、冲蚀,阀门如果采用塑性材料,会出现切削磨损,如果是脆性材料可能出现断裂或疲劳磨损。经过长期的冲蚀后,节流阀的流道以及阀芯、阀芯笼套等就会被冲蚀磨损导致失效,严重时,阀体可能会被流体中的固体颗粒刺穿,造成生产事故甚至危及工作人员的生命安全。本文根据油气田现场节流阀工作环境和工作特点,同时对国内外节流阀研究的文献调研、相关资料的分析解读,对现场使用的节流阀进行流场分析以及结构优化。在本文中,主要研究内容包括对不同结构下单相和液固两相的流动研究,对比出较好的节流阀结构;在此基础上进行节流阀以及阀芯的改进和优化分析,来减缓湍流的流动,减小冲蚀磨损的速率,增长节流阀的使用寿命。本文的主要研究内容有以下几个方面:(1)通过对不同阀芯结构不同开度下连续单相流模拟计算,对比了节流阀不同阀芯结构时节流阀内的流场变化特征,同时对流场中流体的速度、静压、动压、总压、湍动能、湍动能耗散率以及流体由于互相的摩擦导致流体温度的变化做了分析。综合以上各因素得出,第三种节流阀阀芯结构优于前两种结构。(2)通过对不同结构不同开度的最大速度的模拟,发现节流阀内最大速度随进口速度的变化规律。通过对同一开度固液两相的模拟计算,综合进出口压差、节流阀内最大速度以及流体对节流阀冲蚀速率总结出最优的节流阀结构,通过对节流阀的流道和阀芯结构进行改进优化,有效的降低了节流阀被冲蚀的速率,并且最终得到最优结构的节流阀流道结构和阀芯结构,最后通过固液两相对最优阀芯被冲蚀后的节流阀结构模拟,得出:当缺陷深度为2mm时,建议更换节流阀。
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE93
【图文】：

锥形节流阀

第二章节流阀节流降压理论及结构设计节流阀的受力分析锥形节流阀在工作时，流体对阀芯的作用主要是轴向液压推力和横向推力。根据节流阀工作特点，节流阀损毁最严重的部位是阀芯的根部，甚至会出现断裂。主高速流体在节流阀中流动时，对阀芯的冲击使阀芯受力不平衡出现断裂[29]。对以行分析，节流阀阀芯损坏的主要原因是横向的推力，只有横向推力主要使阀芯出流体从进口流入锥形节流阀后，流体通过锥形阀芯尖端后流体分散开向四周流动体对锥形阀芯的冲击会在阀芯横向产生不稳定变应力，使得阀芯出现疲劳破坏导裂，油气田现场节流阀阀杆断裂图如图 2-1 所示。

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油气田现场节流阀阀杆断裂图如图 2-1 所示。图 2-1 锥形节流阀失效图高压高速流体对锥形阀阀芯的受力分析，其受力是标准的悬臂梁模型芯的作用下，阀芯很容易出现振动和疲劳损坏，而楔形阀阀芯的受力受力要比前者稳定[30]。阀芯受力如图 2-2。

节流阀,阀芯,楔形,受力分析

2 2 20 1 11 2( ) cos4 4mF p pqd d d vπ π= + + ρ α，1d ，md ——依次表示阀杆直径、阀出口直径和倒角处直径，2p ——进口压力、出口压力；—阀芯开启高度；—节流阀阀芯处流体的速度；—流体的密度；1 21( )2md = d + d压高速流体在节流阀阀芯位置流体的掺混涡流比较多，所以流体对难进行准确的测量。根据材料力学的理论知识定性地将楔形阀与锥行对比。将流体对节流阀阀芯上的横向力简化成均布载荷，楔形阀所示。

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