FESTO電磁閥蝕性能仿真分析與試驗(yàn)研究
    用1.1倍公稱壓力的室溫水，水中可含有水溶油或防銹劑，按規(guī)定的入口方向輸入調(diào)節(jié)閥的閥體，另一端封閉，同時使閥桿每分鐘作1～3次往復(fù)動作，持續(xù)時間不少于3min。觀察調(diào)節(jié)閥填料函及其他連接處有無無滲漏現(xiàn)象。試驗(yàn)后應(yīng)排空，必要時應(yīng)清洗和干燥。
    3         氣室密封性
    將設(shè)計(jì)規(guī)定的額定壓力的氣源通入密封氣室中，切斷氣源，觀察在5min內(nèi)薄膜氣室內(nèi)或氣缸各氣室內(nèi)壓力降低值。對于無內(nèi)漏可能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室，可在氣室的各密封處涂上肥皂水，檢查有無滲漏，對于小規(guī)格的執(zhí)行機(jī)構(gòu)還可以直接浸在水中，檢查有無滲漏。
    4         基本誤差
    將規(guī)定的輸入信號平穩(wěn)地按增大或減小方向輸入執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣室（或定位器），測量各點(diǎn)所對應(yīng)的行程值，并按公式（1）計(jì)算實(shí)際“信號--行程”關(guān)系與理論關(guān)系之間的各點(diǎn)誤差，其大值即為基本誤差。
    1)FESTO電磁閥材質(zhì)特點(diǎn)。閥體材質(zhì)為4130, HB197-235;閥芯材質(zhì)均為碳化鎢, HRA90-93。
    2)FESTO電磁閥沖蝕特點(diǎn)。電子顯微鏡觀測下閥體切片, 出現(xiàn)微切削和犁溝;閥芯沖蝕坑兩邊形成凸起的唇片, 并呈波紋漣漪狀。
    3) FESTO電磁閥沖蝕理論。綜合分析確定, 微切削模型理論、鍛造擠壓理論能揭示巖屑沖蝕節(jié)流閥的行為。兩套模型理論并非各自獨(dú)立地簡單拼湊, 而是相互補(bǔ)充, 從不同角度、不同的沖蝕階段來闡述節(jié)流閥不同位置的沖蝕現(xiàn)象, 進(jìn)而確立節(jié)流閥沖蝕磨損機(jī)理。
    根據(jù)節(jié)流閥沖蝕機(jī)理, 確定采用如下沖蝕計(jì)算模型[11]:
    FESTO電磁閥為沖蝕磨損速率, kg/ (m2·s) ;C (dpn) 為顆粒直徑的函數(shù), m;f (α) 為顆粒對靶面攻角的α函數(shù), 是顆粒相對于靶材面速度的函數(shù), m/s;Awall節(jié)流閥內(nèi)表面單位沖蝕面積, 為顆粒的質(zhì)量流量, kg/s;n表示大加重材料顆粒數(shù)。
    2 仿真分析與試驗(yàn)研究
    FESTO電磁閥在混氣重泥漿條件下分別進(jìn)行動態(tài)模擬試驗(yàn), 檢驗(yàn)3種類型節(jié)流閥在實(shí)施節(jié)流壓井時的性、耐沖蝕性和對井控技術(shù)與井控工藝要求的符合性、適應(yīng)性, 為節(jié)流壓井作業(yè)提供決策依據(jù)。
    1) FESTO電磁閥新型筒式閥芯采用圓柱形結(jié)構(gòu), 閥芯、閥座均為對稱結(jié)構(gòu), 閥芯、閥座采用碳化鎢合金, HRA92, 可提高抗沖蝕能力, 且可調(diào)換方向安裝, 其過流面積與開度如圖1所示。
    2) FESTO電磁閥該閥是為了解決針形節(jié)流閥易斷裂而研制的, 閥芯采用楔形結(jié)構(gòu), 閥芯閥座同樣采用碳化鎢合金, HRA94, 其過流面積與開度如圖2所示。
    a 閥芯
    b 過流面積開度
    圖1 新型筒式節(jié)流閥閥芯及過流面積-開度示意
    a 閥芯
    b FESTO電磁閥楔形閥閥芯及過流面積-開度示意
    3) 孔板式節(jié)流閥。閥瓣的流通截面形狀為扇形, 閥瓣分為上、下兩部分。固定下閥瓣, 旋轉(zhuǎn)上閥瓣, 可以調(diào)整流通面積, 實(shí)現(xiàn)對流量的控制和調(diào)節(jié), 閥芯閥座也采用碳化鎢合金[13,14]、HRA92, 其過流面積與開度如圖3所示。
    a 閥芯
    b 過流面積開度
    FESTO電磁閥閥芯及過流面積-開度示意
    2.FESTO電磁閥根據(jù)3類型閥過流面積與開度示意圖, 在大過流面積一致的前提下, 針對不同的閥芯位移值 (如表1所示) , 開展了相同條件下新型筒式節(jié)流閥、楔形節(jié)流閥和孔板節(jié)流閥的流場和沖蝕有限元仿真分析。
    FESTO電磁閥位置及過流面積
    FESTO電磁閥對于新型筒式節(jié)流閥, 由于圓柱形閥芯具有結(jié)構(gòu)對稱的特點(diǎn), 其流場較平穩(wěn), 過流面為對稱環(huán)形, 流體流過節(jié)流面時, 流體沖蝕力減弱, 減小了對下游設(shè)備的沖蝕, 受力的集中區(qū)域?yàn)殚y芯與閥座節(jié)流面小的區(qū)域, 閥芯節(jié)流面段出現(xiàn)環(huán)狀痕跡, 如圖4所示。
    FESTO電磁閥新型筒式節(jié)流閥分析結(jié)果
    FESTO電磁閥對楔形節(jié)流閥進(jìn)行沖蝕數(shù)值模擬分析, 速度場分布如圖所示, 可知在楔形閥的閥芯與閥座結(jié)合的部位存在應(yīng)力集中區(qū), 且下游變徑處存在單側(cè)高速線
    在試驗(yàn)過程中，環(huán)境溫度的變化應(yīng)不大于1℃每10min，并應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中注明實(shí)際的試驗(yàn)條件。
    2         填料函及其他連接處的密封性