钻井技术与装备 | 密封面锥角对单流阀冲蚀及密封性能的影响
钻井技术与装备 | 密封面锥角对单流阀冲蚀及密封性能的影响
摘要:单流阀为地面管汇控制系统中起密封作用的关键部件之一,其开启瞬间产生的高压差会加剧密封面的冲蚀磨损,进而引发密封失效,发生窜压事故。基于 k-ε 湍流模型与通用冲蚀模型耦合计算方法,采用三维软件建立了单流阀流体仿真模型,针对特高压工况(175 MPa)下单流阀的抗冲蚀性能开展研究,分析不同流量下单流阀的流场特性及密封面锥角对阀体冲蚀速率的影响。研究结果表明:随密封面锥角增大,阀芯接触面冲蚀速率增大,阀座接触面冲蚀速率减小,且阀座接触面冲蚀速率始终远大于阀芯接触面冲蚀速率,综合冲蚀速率总体减小;密封面最小接触应力随密封面锥角增大而减小(120°时减小至158.39 MPa),平均接触应力和最小接触应力随密封面锥角呈现幂函数下降趋势;综合考虑冲蚀速率与密封要求,推荐密封面锥角取87°,这样既能满足密封要求,又能有效减小冲蚀速率,从而获得最优的综合性能。研究结果可为特高压工况下的单流阀密封面锥角优化设计提供理论依据。