FESTO电磁阀冲蚀仿真分析与试验研究

    FESTO电磁阀冲蚀仿真分析与试验研究
    FESTO电磁阀安全性严，其终端控制元件的准确、快速调节是*的重要环，控制结果必须工艺指标要求，衰减比、超调量不超出工艺允许范围。对此，如何选择适用的气动调节阀类型，使之在工艺控制回路中安全、经济适用，是仪控设计和管理人员普遍关心的问题。气动调节阀的选择般从以下四个方面考虑：
    1> FESTO电磁阀结构和类型:
    FESTO电磁阀的产品类型很多，结构多种多样，选择时应综合考虑调节功能、泄漏等、耐压能力、切断压差、腐蚀性、冲蚀和汽蚀、性价比、维护保养方便程度。从经验而言，选择顺序应为：单（双）座控制阀、笼式控制阀、偏心旋转阀、蝶阀、角阀、球阀。
    确定 FESTO电磁阀开关方式的原则是：当信号压力中断时，应工艺设备和的安全。如果阀门在信号中断后处于打开位置，流体不中断安全，则选用气关阀；如果阀门在信号压力中断后处于关闭位置，流体不通过安全，则选用气开阀。
    2>流量特性:
    从以下3个方面内容对阀的工作流量特性进行分析：
    1）从控制系统的控制方面分析
    对于个简单的控制系统，它是由控制对象、变送器、调节器和调节阀几个基本环节组成的，系统的总放大系数K=K1K2K3K4K5,K1-K5分别表示变送器、调节器、执行器、执行机构、阀、控制对象的放大系数。在负荷变动的情况下，要使控制系统能保持预定的控制指标，希望总放大系数在控制系统的整个操作范围内保持不变。般在个确定的系统里，K1-K3的系数是固定不变的，只有对象的放大系数K随负荷的变化而变，K4K5的乘积是个常数就了系统的总放大系数K是个稳定值。
    2）工艺配管情况分析
    FESTO电磁阀总是与管道设备连在起使用的，管道阻力会使阀的工作特性与固有特性不同。所以，应根据对象的特性，选择合适的工作 特性，再根
    用于调节由井底返回的钻井液压力, 并向井底提供适当的回压以平衡地层压力, 防止井涌井喷等事故的发生。高压节流阀的损坏会造成灾难性的后果, 因此对其性和安全性的要求较高。冲蚀磨损是高压节流阀的主要失效形式。A.C.等采用有限元体积法研究了固体颗粒对300 MW蒸汽涡轮机上喷嘴的冲蚀作用, 得出了冲蚀的影响因子有冲击角、质点速度和颗粒直径等;S.H.等做了液体冲蚀引起管壁变薄的研究;D.W.用金刚石来提高节流阀的耐冲蚀;L.N.对石油阀分别进行了模拟分析和试验研究。
    新疆、川渝地区的油气资源埋藏较深, 地层压力大, 产量高。在钻井过程中, 井控装置, 特别是105 MPa节流管汇在高压、高产、高固相的恶劣工况条件下, 节流阀出现不同程度的冲蚀磨损, 引发安全隐患, 难以满足井控安全需要。针对节流阀冲蚀磨损严重的困局, 急需开105 MPa节流阀耐冲蚀研究。本文选取了新型筒式节流阀、楔形节流阀、孔板节流阀进行了对比研究。
    1 冲蚀机理分析
    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) 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FESTO电磁阀冲蚀机理, 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, rad;b (vpn) 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。