高压节流阀冲蚀机理研究

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1、第4期一3J．．__LlI同口压节流阀冲蚀机理研究李悦钦，李友，战晓溪，胡超。，邓阳(1．西南石油大学，四川成都61O5O0)(2．中国石油塔里木油田公司，新疆库尔勒841000)[摘要]对油嘴工况条件进行了研究，计算了油嘴工作过程中的临界速度和冲蚀速度，经比较得出了油嘴冲蚀的基本流态，在此基础上，研究了油嘴的冲蚀机理，分析了油嘴冲蚀的冲蚀因素和冲蚀类型，描述了油嘴失效的机理。研究表明，油嘴冲蚀从表面上分析主要存在气流冲刷效应和应力集中及振动作用两方面的影响。从根本机理上看，油嘴的冲蚀磨损率随气流密度和冲蚀速度的

2、增加而增大，并与冲蚀角的大小有密切关系；油嘴损坏是由于应力疲劳断裂和脆性断裂两种冲蚀机理复合形成的冲蚀机理造成的。[关键词]油嘴；冲蚀；磨损；失效塔里木油田克拉作业区是西气东输工程的(2)沿径向孔径长度冲蚀不均。在沿着孔径主要能源供应地，该气田在我国国民经济中起着方向上，笼芯表面和小孔内部的冲蚀相差甚大，重要作用。高压节流阀(俗称油嘴)是井口的重在小孔内部表面受到的冲蚀较小，但在气孔的进要装置，由于克拉气田井下压力大，产量高，高气和出气端口上有明显损坏，这是因为油嘴工作速气体对油嘴的冲蚀尤其是对笼芯和活塞的破坏过

3、程中气体进入油嘴小孔时，气体与笼芯表面的相当严重，目前油嘴装置技术由国外垄断，价格冲蚀角接近90。，属于高角冲蚀。但气体进入小昂贵，因此提高油嘴的使用寿命成为现实而又紧孔内壁后，气体运动方向与孔壁的冲击角很小，迫的课题。本文旨在从机理上揭示油嘴冲蚀的原d'：fL内壁所承受的是低角冲蚀，油嘴的不同部位因，为延长油嘴寿命提供一定的理论基础。同时受到不同角度的冲蚀。1油嘴冲蚀现状(3)变截面时气体加速运动，高压气体在运动到油嘴部位时，由于结构的变化，在笼芯的小油嘴的工作原理：利用改变阀口流通截面积孔处和笼芯与活塞的接触

4、面附近，气体的运动状的方法来控制流体流量，从而达到控制流体的压态发生急剧变化，在气体进入d~-TL后会有一个突强和速度的目的。它的设计原则是有一个可移动然加速的过程，而在笼芯和活塞接触面上，由于的圆柱形柱塞可在内部上下移动或者使用一个圆结构的影响，导致气流运动状态变化很大，气流柱形阀套在一个固定的有出口的圆柱形壳体外面状态紊乱，加剧了气体的冲蚀作用。上下移动，用这种移动来控制壳体内流体流出管口的面积，以此方式控制流速和通过油嘴两端的2油嘴的机理压差。2．1油嘴损坏表层现象分析现场油嘴的冲蚀主要有以下特点：油嘴冲蚀

5、从表面上分析主要存在气流冲刷效(1)油嘴在工作过程中，气流对油嘴入口端应和应力集中及振动作用两方面的影响。面、内壁、出口端面均有冲蚀作用。研究发现油天然气气流冲刷效应：从笼套式节流阀的工嘴冲蚀磨损与以往对各类材料的冲蚀磨损相比存作原理来看，节流阀调节井下天然气流体的流量在明显的不同，主要表现在沿轴向冲蚀不均，不是依靠节流阀内笼套与活塞之间开启的大小来限同厂家的油嘴都存在沿轴向冲蚀不均的情况。总制井下天然气的流量。井下天然气的压力在50Mpa体而言，在轴向方向的笼芯表面上，小孔的周围左右，当节流阀开启很小时(≤10

6、％时)，相当受冲蚀严重，无孔表面冲蚀相对较轻，冲蚀最严于笼套上只有最下面一组圆孔开启，其他的圆孔重的部位是活塞和笼芯的接触部位附近，在此处都被密封着，这时井下的高压天然气会对这组圆的冲蚀由单个：fLN：径向冲蚀逐渐扩大为两个-TLI]~．孔产生强烈冲刷，由于天然气中含有冷凝水，因径向连通，进而形成径向局部出现凹槽，最后径向出现整圈凹槽，甚至会出现在此处油嘴断裂的作者简介：李悦钦(1956一)，男，西南石油大学机电工程学院党情况。总支书记，副教授，从事计算机辅助设计、机械设备工程方向研究。，2一■技术交流石20油l

7、O与年化第工l3设卷备．此这个冲刷是含有液滴的气体冲刷，其作用比单流速断面最小的速度并不增加，只增加气体的密纯气体冲刷要厉害得多。在天然气流体的强烈冲度和上流压力P大于下流压力P：约一倍，及P2≤刷下，使节流阀内笼套最下面一组圆孔，由外向O．546P，此时达到临界流速。内被冲刷出沟槽、孔洞、甚至掉渣并产生裂纹。临界流速：上游压力增加，流速不变(声同时，还有大量的天然气流体从笼套的其它圆孔速)，产量和流体密度增加；根据气体p=进入节流阀内，虽然这些圆孔都被活塞密封着，0．566，可以计算出Ve=132～199m／s

8、，而对于管径但由于笼套与活塞之间有一定的间隙，流入的天6—3／8，油压53．1MPa，流量100×104m／d时，流速然气流体会选择易于流动的地方通过，久而久之计算为3．53m／s，当15℃时声音在空气中的传播速就在笼套与活塞的接合面上冲刷出沟槽。由于天度为340m／s，温度每增加1℃，流速增加0．6m／s，然气流体进入笼套后都往出口方向走，所以在笼60℃时367m／s。