FESTO电磁阀蚀性能仿真分析与试验研究

    FESTO电磁阀蚀性能仿真分析与试验研究
    用1.1倍公称压力的室温水，水中可含有水溶油或防锈剂，按规定的入口方向输入调节阀的阀体，另一端封闭，同时使阀杆每分钟作1～3次往复动作，持续时间不少于3min。观察调节阀填料函及其他连接处有无无渗漏现象。试验后应排空，必要时应清洗和干燥。
    3         气室密封性
    将设计规定的额定压力的气源通入密封气室中，切断气源，观察在5min内薄膜气室内或气缸各气室内压力降低值。对于无内漏可能的执行机构气室，可在气室的各密封处涂上肥皂水，检查有无渗漏，对于小规格的执行机构还可以直接浸在水中，检查有无渗漏。
    4         基本误差
    将规定的输入信号平稳地按增大或减小方向输入执行机构气室（或定位器），测量各点所对应的行程值，并按公式（1）计算实际“信号--行程”关系与理论关系之间的各点误差，其大值即为基本误差。
    1)FESTO电磁阀材质特点。阀体材质为4130, HB197-235;阀芯材质均为碳化钨, HRA90-93。
    2)FESTO电磁阀冲蚀特点。电子显微镜观测下阀体切片, 出现微切削和犁沟;阀芯冲蚀坑两边形成凸起的唇片, 并呈波纹涟漪状。
    3) FESTO电磁阀冲蚀理论。综合分析确定, 微切削模型理论、锻造挤压理论能揭示岩屑冲蚀节流阀的行为。两套模型理论并非各自独立地简单拼凑, 而是相互补充, 从不同角度、不同的冲蚀阶段来阐述节流阀不同位置的冲蚀现象, 进而确立节流阀冲蚀磨损机理。
    根据节流阀冲蚀机理, 确定采用如下冲蚀计算模型[11]:
    FESTO电磁阀为冲蚀磨损速率, kg/ (m2·s) ;C (dpn) 为颗粒直径的函数, m;f (α) 为颗粒对靶面攻角的α函数, 是颗粒相对于靶材面速度的函数, m/s;Awall节流阀内表面单位冲蚀面积, 为颗粒的质量流量, kg/s;n表示大加重材料颗粒数。
    2 仿真分析与试验研究
    FESTO电磁阀在混气重泥浆条件下分别进行动态模拟试验, 检验3种类型节流阀在实施节流压井时的性、耐冲蚀性和对井控技术与井控工艺要求的符合性、适应性, 为节流压井作业提供决策依据。
    1) FESTO电磁阀新型筒式阀芯采用圆柱形结构, 阀芯、阀座均为对称结构, 阀芯、阀座采用碳化钨合金, HRA92, 可提高抗冲蚀能力, 且可调换方向安装, 其过流面积与开度如图1所示。
    2) FESTO电磁阀该阀是为了解决针形节流阀易断裂而研制的, 阀芯采用楔形结构, 阀芯阀座同样采用碳化钨合金, HRA94, 其过流面积与开度如图2所示。
    a 阀芯
    b 过流面积开度
    图1 新型筒式节流阀阀芯及过流面积-开度示意
    a 阀芯
    b FESTO电磁阀楔形阀阀芯及过流面积-开度示意
    3) 孔板式节流阀。阀瓣的流通截面形状为扇形, 阀瓣分为上、下两部分。固定下阀瓣, 旋转上阀瓣, 可以调整流通面积, 实现对流量的控制和调节, 阀芯阀座也采用碳化钨合金[13,14]、HRA92, 其过流面积与开度如图3所示。
    a 阀芯
    b 过流面积开度
    FESTO电磁阀阀芯及过流面积-开度示意
    2.FESTO电磁阀根据3类型阀过流面积与开度示意图, 在大过流面积一致的前提下, 针对不同的阀芯位移值 (如表1所示) , 开展了相同条件下新型筒式节流阀、楔形节流阀和孔板节流阀的流场和冲蚀有限元仿真分析。
    FESTO电磁阀位置及过流面积
    FESTO电磁阀对于新型筒式节流阀, 由于圆柱形阀芯具有结构对称的特点, 其流场较平稳, 过流面为对称环形, 流体流过节流面时, 流体冲蚀力减弱, 减小了对下游设备的冲蚀, 受力的集中区域为阀芯与阀座节流面小的区域, 阀芯节流面段出现环状痕迹, 如图4所示。
    FESTO电磁阀新型筒式节流阀分析结果
    FESTO电磁阀对楔形节流阀进行冲蚀数值模拟分析, 速度场分布如图所示, 可知在楔形阀的阀芯与阀座结合的部位存在应力集中区, 且下游变径处存在单侧高速线
    在试验过程中，环境温度的变化应不大于1℃每10min，并应在试验报告中注明实际的试验条件。
    2         填料函及其他连接处的密封性