發(fā)布時(shí)間：2020-08-07 21:15

【摘要】：高壓油井開采時(shí)液體攜帶井底的砂礫和巖石碎屑以較高的速度沖向井口,這種流體屬于固液兩相流模型。這種流體進(jìn)入井口節(jié)流閥后會(huì)與閥體內(nèi)壁、閥芯籠套、閥芯等摩擦、撞擊、沖蝕,閥門如果采用塑性材料,會(huì)出現(xiàn)切削磨損,如果是脆性材料可能出現(xiàn)斷裂或疲勞磨損。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的沖蝕后,節(jié)流閥的流道以及閥芯、閥芯籠套等就會(huì)被沖蝕磨損導(dǎo)致失效,嚴(yán)重時(shí),閥體可能會(huì)被流體中的固體顆粒刺穿,造成生產(chǎn)事故甚至危及工作人員的生命安全。本文根據(jù)油氣田現(xiàn)場(chǎng)節(jié)流閥工作環(huán)境和工作特點(diǎn),同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)外節(jié)流閥研究的文獻(xiàn)調(diào)研、相關(guān)資料的分析解讀,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用的節(jié)流閥進(jìn)行流場(chǎng)分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在本文中,主要研究?jī)?nèi)容包括對(duì)不同結(jié)構(gòu)下單相和液固兩相的流動(dòng)研究,對(duì)比出較好的節(jié)流閥結(jié)構(gòu);在此基礎(chǔ)上進(jìn)行節(jié)流閥以及閥芯的改進(jìn)和優(yōu)化分析,來(lái)減緩?fù)牧鞯牧鲃?dòng),減小沖蝕磨損的速率,增長(zhǎng)節(jié)流閥的使用壽命。本文的主要研究?jī)?nèi)容有以下幾個(gè)方面:(1)通過(guò)對(duì)不同閥芯結(jié)構(gòu)不同開度下連續(xù)單相流模擬計(jì)算,對(duì)比了節(jié)流閥不同閥芯結(jié)構(gòu)時(shí)節(jié)流閥內(nèi)的流場(chǎng)變化特征,同時(shí)對(duì)流場(chǎng)中流體的速度、靜壓、動(dòng)壓、總壓、湍動(dòng)能、湍動(dòng)能耗散率以及流體由于互相的摩擦導(dǎo)致流體溫度的變化做了分析。綜合以上各因素得出,第三種節(jié)流閥閥芯結(jié)構(gòu)優(yōu)于前兩種結(jié)構(gòu)。(2)通過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)不同開度的最大速度的模擬,發(fā)現(xiàn)節(jié)流閥內(nèi)最大速度隨進(jìn)口速度的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)同一開度固液兩相的模擬計(jì)算,綜合進(jìn)出口壓差、節(jié)流閥內(nèi)最大速度以及流體對(duì)節(jié)流閥沖蝕速率總結(jié)出最優(yōu)的節(jié)流閥結(jié)構(gòu),通過(guò)對(duì)節(jié)流閥的流道和閥芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化,有效的降低了節(jié)流閥被沖蝕的速率,并且最終得到最優(yōu)結(jié)構(gòu)的節(jié)流閥流道結(jié)構(gòu)和閥芯結(jié)構(gòu),最后通過(guò)固液兩相對(duì)最優(yōu)閥芯被沖蝕后的節(jié)流閥結(jié)構(gòu)模擬,得出:當(dāng)缺陷深度為2mm時(shí),建議更換節(jié)流閥。
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TE93
【圖文】：

第二章 節(jié)流閥節(jié)流降壓理論及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 節(jié)流閥的受力分析錐形節(jié)流閥在工作時(shí)，流體對(duì)閥芯的作用主要是軸向液壓推力和橫向推力。根據(jù)節(jié)流閥工作特點(diǎn)，節(jié)流閥損毀最嚴(yán)重的部位是閥芯的根部，甚至?xí)霈F(xiàn)斷裂。主高速流體在節(jié)流閥中流動(dòng)時(shí)，對(duì)閥芯的沖擊使閥芯受力不平衡出現(xiàn)斷裂[29]。對(duì)以行分析，節(jié)流閥閥芯損壞的主要原因是橫向的推力，只有橫向推力主要使閥芯出流體從進(jìn)口流入錐形節(jié)流閥后，流體通過(guò)錐形閥芯尖端后流體分散開向四周流動(dòng)體對(duì)錐形閥芯的沖擊會(huì)在閥芯橫向產(chǎn)生不穩(wěn)定變應(yīng)力，使得閥芯出現(xiàn)疲勞破壞導(dǎo)裂，油氣田現(xiàn)場(chǎng)節(jié)流閥閥桿斷裂圖如圖 2-1 所示。

油氣田現(xiàn)場(chǎng)節(jié)流閥閥桿斷裂圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 錐形節(jié)流閥失效圖高壓高速流體對(duì)錐形閥閥芯的受力分析，其受力是標(biāo)準(zhǔn)的懸臂梁模型芯的作用下，閥芯很容易出現(xiàn)振動(dòng)和疲勞損壞，而楔形閥閥芯的受力受力要比前者穩(wěn)定[30]。閥芯受力如圖 2-2。

2 2 20 1 11 2( ) cos4 4mF p pqd d d vπ π= + + ρ α，1d ，md ——依次表示閥桿直徑、閥出口直徑和倒角處直徑，2p ——進(jìn)口壓力、出口壓力；—閥芯開啟高度；—節(jié)流閥閥芯處流體的速度；—流體的密度；1 21( )2md = d + d壓高速流體在節(jié)流閥閥芯位置流體的摻混渦流比較多，所以流體對(duì)難進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。根據(jù)材料力學(xué)的理論知識(shí)定性地將楔形閥與錐行對(duì)比。將流體對(duì)節(jié)流閥閥芯上的橫向力簡(jiǎn)化成均布載荷，楔形閥 所示。

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2784541