【摘要】：高壓油井開采時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。這種流體進入井口節(jié)流閥后會與閥體內壁、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)過長期的沖蝕后,節(jié)流閥的流道以及閥芯、閥芯籠套等就會被沖蝕磨損導致失效,嚴重時,閥體可能會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)場節(jié)流閥工作環(huán)境和工作特點,同時對國內外節(jié)流閥研究的文獻調研、相關資料的分析解讀,對現(xiàn)場使用的節(jié)流閥進行流場分析以及結構優(yōu)化。在本文中,主要研究內容包括對不同結構下單相和液固兩相的流動研究,對比出較好的節(jié)流閥結構;在此基礎上進行節(jié)流閥以及閥芯的改進和優(yōu)化分析,來減緩湍流的流動,減小沖蝕磨損的速率,增長節(jié)流閥的使用壽命。本文的主要研究內容有以下幾個方面:(1)通過對不同閥芯結構不同開度下連續(xù)單相流模擬計算,對比了節(jié)流閥不同閥芯結構時節(jié)流閥內的流場變化特征,同時對流場中流體的速度、靜壓、動壓、總壓、湍動能、湍動能耗散率以及流體由于互相的摩擦導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)流閥閥芯結構優(yōu)于前兩種結構。(2)通過對不同結構不同開度的最大速度的模擬,發(fā)現(xiàn)節(jié)流閥內最大速度隨進口速度的變化規(guī)律。通過對同一開度固液兩相的模擬計算,綜合進出口壓差、節(jié)流閥內最大速度以及流體對節(jié)流閥沖蝕速率總結出最優(yōu)的節(jié)流閥結構,通過對節(jié)流閥的流道和閥芯結構進行改進優(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)結構的節(jié)流閥流道結構和閥芯結構,最后通過固液兩相對最優(yōu)閥芯被沖蝕后的節(jié)流閥結構模擬,得出:當缺陷深度為2mm時,建議更換節(jié)流閥。
【學位授予單位】：西安石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TE93
【圖文】：

第二章 節(jié)流閥節(jié)流降壓理論及結構設計 節(jié)流閥的受力分析錐形節(jié)流閥在工作時，流體對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，節(jié)流閥損毀最嚴重的部位是閥芯的根部，甚至會出現(xiàn)斷裂。主高速流體在節(jié)流閥中流動時，對閥芯的沖擊使閥芯受力不平衡出現(xiàn)斷裂[29]。對以行分析，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口流入錐形節(jié)流閥后，流體通過錐形閥芯尖端后流體分散開向四周流動體對錐形閥芯的沖擊會在閥芯橫向產(chǎn)生不穩(wěn)定變應力，使得閥芯出現(xiàn)疲勞破壞導裂，油氣田現(xiàn)場節(jié)流閥閥桿斷裂圖如圖 2-1 所示。

油氣田現(xiàn)場節(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錐形閥閥芯的受力分析，其受力是標準的懸臂梁模型芯的作用下，閥芯很容易出現(xiàn)振動和疲勞損壞，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，所以流體對難進行準確的測量。根據(jù)材料力學的理論知識定性地將楔形閥與錐行對比。將流體對節(jié)流閥閥芯上的橫向力簡化成均布載荷，楔形閥 所示。

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本文編號：2784541