JLG65-35节流阀油嘴的流场分布及磨蚀分析.pdf

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1、第40卷第6期化工机械805JLG65-35节流阀油嘴的流场分布及磨蚀分析。高胜料孙文(东北石油大学机械科学与工程学院)摘要采用Gambit建模，利用Fluent软件，以JLG65-35固定式节流阀为例，分析了12mm油嘴及其前后管汇壁面受携带固体颗粒的气流冲蚀磨损情况。数值模拟分析结果表明：油嘴体管汇内最易发生磨损的部位为油嘴体及前端直接受气流和固相颗粒流冲击的部位，易发生点磨蚀和线磨蚀；后端工艺管汇也受到气流和固相颗粒流的冲击。但弱于油嘴体及前端管汇。关键词节流阀油嘴变径结构流场冲蚀磨损数值模拟中图分类号TQ0

2、55．8+l文献标识码A文章编号0254-6094(2013)06-0805-04在石油石化行业中广泛使用各种变径构件，如节流油嘴¨。j、集输管汇中的变径结构等。在实际使用过程中，由于这些变径结构过流面积的变化，会产生较大的压力损耗；同时所输送的气、液、固等介质也不可避免地对变径结构及其前后工艺管汇造成冲蚀磨损一1。变径构件受到流动粒子的冲击而导致其过流表面出现破坏，即构件表面同含有粒子的流体接触做相对运动，其表面材料发生损耗。携带固体粒子的流体可以是高速气流，也可以是液流。前者产生喷砂型冲蚀，后者则为泥浆型冲蚀"

3、J。冲蚀磨损是地面计量测试作业中常见的一种破坏方式，是造成设备及其零部件损坏甚至报废的重要原因之一。例如在节流阀中，变径油嘴是应力最集中的地方，也是冲蚀磨损最为严重的部件。笔者研究了变径结构内的流场分布特性，找出了其内部冲蚀磨损的部位及其特征，为优化变径构件和设备结构提供技术支持，对保障石油石化行业稳定生产具有非常积极的现实意义。1节流油嘴建模1．1节流油嘴实体及其建模图l为JLG65-35固定式节流阀内含的固定油嘴体，参照该固定式节流阀结构(图2)，针对直径为12ram的油嘴进行了数值模拟，重点分析油嘴及其前后管

4、汇边壁受携带固相颗粒的气流冲蚀磨损情况。图1节流油嘴}国家科技支撑项目“石油装备制造业创新技术服务平台建设”(2012BAH28F03)。料高胜，男，1970年12月生，教授。黑龙江省大庆市，163318。806化工机械2013年图2．1LG65—35固定式节流阀l——阀体；2——油嘴体；3——油嘴；4——提示牌；5——泄放螺栓；6——堵头；7——紧冒选定qbl2mm油嘴及其临近管汇为研究对象，所建模型及网格划分如图3所示。a．整体模型b局部放大图图3油嘴模型及网格划分1．2边界条件及参数设置固体颗粒速度设置与入口

5、气流速度方向和大小一致。颗粒密度设为1750kg／m3，根据油田采出气设置气相密度为0．6239kg／m3。模拟压力出口，大小为35MPa，油嘴及管汇水平放置，施加重力加速度大小为9．8m／s2，方向沿z轴负方向。2模拟结果分析2．1压力分布与迹线分布如图4所示为模型整体压力分布云图。由图4可见，气固两相流过流空间内，较入口截面整体压力损失变化主要发生在油嘴体部分。，5IO*01P3S'■·07350●．07，SO●·司口3So●．073．50●．．073So■．073SOe·O?，．钳●·07，．5h．07350

6、●1,*07，．$04,-073Sah·D735011,-07，SO●·07，SO■·073f；,04t．·073SO●．073．50●·田口，50●·哪■3．SOo．．O?图4压力分布云图图5为气相流动轨迹曲线(颜色代表不同的气体分子)，图6为固相颗粒运动轨迹曲线(颜色代表颗粒停留时间的不同)j鹱lZ_叠‘l-曩蠢#¨哺图5气相流动轨迹曲线由图6可见，固相颗粒在油嘴体及其前端对边壁碰撞频繁，停留时间较长。受小直径油嘴体射流现象影响，固相颗粒对油嘴体后续管汇有一定距离的缓冲空间，该空间内固相颗粒对后续管汇接触几率较

7、小，且接触时间很短，但经过该空间后射流发散，造成了固相颗粒对管壁的冲击磨损。2．2磨蚀分析根据数值模拟结果分析得出油嘴体及其临近第40卷第6期化I：机械807熊2●5●4l10¨l一2■●枷l_-{iI图6固相颗粒运动轨迹曲线管汇壁面磨蚀云图如图7所示。图7油嘴体及临近管汇壁面磨蚀云图将整体图中磨蚀明显部位(油嘴前端)放大(图8)。由图8可见，气流及固体颗粒流动空间内直接受到气相流体和固体颗粒冲击的部位所受磨蚀最为强烈，另外由于颗粒所受重力影响明显，在运动过程中偏向于空间底部运行，则冲击底部边壁的几率最大，造成的底

8、部边壁冲蚀现象明显。DPM磨损[t}kg·m一!·s一1图8油嘴前端管汇壁面磨蚀明显部位放大图将油嘴体及后续管汇独立显示其磨蚀云图(图9、10)。结合颗粒固相运动轨迹盐线图中固体颗粒运动轨迹可见：油嘴直径较小，使得固体颗粒经过油嘴前速度增加很大，因此颗粒经过油嘴前段冲击明显，在流过油嘴过程中对边壁的线性磨蚀也较为严重；对于油嘴体后续的管汇内部颗粒主要对边壁造