拉应力作用下冲蚀速度对35CrMo钢冲蚀磨损行为影响的研究

研究拉应力作用下冲蚀速度对35CrMo钢冲蚀磨损行为的影响。采用自制的喷射型冲蚀磨损试验机,模拟管汇承受105 MPa应力,在30°冲蚀角度下,用携砂液对试样进行冲刷试验,研究携砂液冲蚀速度对冲蚀磨损的影响,并使用扫描电子显微镜(SEM)对试验后试样表面形貌进行分析。试验结果表明,在拉伸应力105 MPa和冲蚀角度30°下,在携砂液总量一定的情况下,随着冲蚀速度的增加,35CrMo钢的冲蚀磨损量呈指数形式增加;冲蚀坑深度随着冲蚀速度的增加而增大;不同冲蚀速度下35CrMo钢冲蚀磨损机制相同,主要为切削磨损。     

煤水浆体冲蚀磨损试验机制

本文简述了煤水浆体冲蚀磨损试验机的研制情况。经初步实验证明：该试验机数据稳定、性能可靠，能够较好地反映浆体中各种因素对冲蚀磨损的影响。     

复合尼龙涂层的腐蚀—冲蚀磨损特性

本文对尼龙涂层及尼龙+5％Al_2O_3陶瓷颗粒和尼龙+5％SiC晶须复合涂层进行了腐蚀—浆体冲蚀磨损试验研究。研究了砂浆的pH值,冲击速度等参数对涂层的腐蚀冲蚀磨损的影响,对涂层表面的组织结构和形貌进行了观察分析,探讨了复合尼龙涂层的腐蚀冲蚀磨损机理,建立了V_e-pH-U腐蚀—冲蚀磨损三维图。     

30CrMo合金钢的冲蚀磨损性能研究

采用自制的喷射型冲蚀磨损试验机,研究在水力压裂工况下,高速携砂液对高压管汇材料30CrMo的冲蚀磨损作用,分析冲蚀磨损机制以及冲蚀角度和冲蚀速度对30CrMo合金钢冲蚀性能的影响。结果表明,30CrMo合金钢在高速粒子冲击下,其耐冲蚀磨损性能表现一般,属于典型的金属塑性材料;冲蚀角度为30°时,30CrMo的冲蚀磨损量最大;30CrMo的磨损机制与冲蚀角度有直接的关系,冲蚀角度小于30°时,冲蚀磨损机制以切削模型为主,大于30°时以局部塑性变形模型为主;冲蚀磨损量随冲击速度增加而显著增加,在高速冲击时,30CrMo钢的冲蚀磨损较为严重。     

煤水浆体冲蚀磨损试验机研制

本文简述了煤水浆体冲蚀磨损试验机的研制情况。经初步实验证明:该试验机数据稳定、性能可靠,能够较好地反映浆体中各种因素对冲蚀磨损的影响。     

高压对高压管汇冲蚀磨损结果的影响

针对现有的高压管汇冲蚀磨损理论,缺乏考虑高压力载荷对其冲蚀磨损的影响。通过对高压管汇冲蚀磨损的分析,得出当弯头受到内压作用时,产生的环向应力即拉伸应力明显大于轴向应力的结论。利用实验室自主研发的可施加拉伸应力的冲蚀磨损试验机,开展在不同拉伸应力作用下,冲击角为30°时,高压管汇材料40CrMo冲蚀磨损性能的实验研究。结果表明：随着应力的增大,40CrMo的冲蚀磨损率增加,抗冲蚀能力减弱。     

氧化铝陶瓷多粒子冲蚀磨损的数值模拟

采用LS-DYNA有限元分析软件建立多粒子冲蚀氧化铝陶瓷的有限元模型,运用LS-DYNA求解器对冲蚀过程进行仿真,通过观察靶材等效应力的分布分析冲蚀机制。结果表明：靶材体积磨损率随着冲蚀角度的增大而增大,在冲蚀角度达到90°时,体积磨损率达到最大值,表现出典型的脆性材料的冲蚀特性;靶材的体积磨损率随着冲蚀速度的增大而增大,且具有良好的线性增长关系;靶材的体积磨损率整体上随着冲击粒子粒径的增大而增大,但在达到临界尺寸的一段时间内会随着粒径的增大而减小;靶材会吸收粒子的一部分动能转化为自己的内能,但随着粒子冲击结束而离开靶材表面,靶材表面形成微裂纹以及部分单元失效,因此靶材的能量随着单元的失效而减小。     

异面三通管冲蚀磨损的数值模拟研究

在管道输送过程中,油品中夹带的微小固体颗粒会对管道壁面产生冲蚀磨损。采用DPM冲蚀预测模型,模拟在不同流速、不同颗粒直径、不同质量流量下管道的冲蚀分布规律,预测异面三通管中受冲蚀磨损比较严重的区域。结果表明:固体颗粒对异面三通管的冲蚀主要集中在三管交汇处的弯面、水平管段的上侧管壁以及两水平管的交汇处,对管道弯头底部的冲蚀较小;管道的最大冲蚀率随流体入口速度的增大呈指数增长;管道的最大冲蚀率随颗粒直径的增大开始时缓慢增大,当颗粒直径增大到一定值时管道的最大冲蚀率随之呈线性增长趋势;管道的最大冲蚀率随着颗粒的质量流量的增大且呈线性增长。     

充填输送管道冲蚀磨损分析

为研究高体积分数固-液两相流对输送管道的冲蚀磨损程度,采用计算流体力学（CFD）和固液两相流理论,建立冲蚀磨损及流场模型,采用欧拉模型中的稠密离散相模型（DDPM）,利用Ansys中的流体动力学模块,对输送管道中的颗粒流场特性和颗粒对管道的冲蚀磨损进行分析。结果表明,入口速度较低时冲蚀主要集中在水平管靠近出口附近,随着入口速度的增加,冲蚀区域逐渐移到弯管附近,且管道的最大冲蚀量有降低的趋势;冲蚀率的大小既与冲蚀速度有关,也与颗粒体积分数有关,当两者符合一定关系时,冲蚀率达到最大。     

一种旋转式液固两相流冲蚀磨损试验装置的研制

针对目前液固两相流冲蚀磨损试验装置存在实际冲角误差大、浆体浓度不均匀等问题,研制了一种旋转式冲蚀磨损试验装置。该装置允许的冲角范围为0°~90°,冲击速度为0~28.5m/s连续可调,利用搅拌叶片和导流槽实现不同冲击速度下浆体浓度的均匀性,具有速度稳定、可同时测试8个不同冲角下的试样、操作方便等特点。对低碳钢在不同冲击速度和冲角下的试验表明,所测得试验数据误差在6.8%以内,冲蚀磨损规律与经典结论一致。因此,该装置有望作为一种准确可靠的冲蚀磨损试验研究新平台而应用于耐冲蚀磨损优化设计和寿命预测等领域。     

冲蚀速度对40Cr材料抗冲蚀性能影响的研究

对40Cr及对比材料45#钢进行冲蚀磨损模拟现场试验,研究了冲蚀速度对冲蚀磨损的影响规律,结合微流边界层理论,分析了冲蚀速度对冲蚀磨损量的影响,推导了冲蚀速度与磨损量的数学关系式。结果表明:冲蚀速度U与磨损量W呈指数关系,随着U地增大,W也相应地增加,40Cr材料对应的指数n是2.3。     

节流压井管汇冲蚀磨损研究及结构改进

节流压井管汇系统是确保成功地控制井涌,实现油气井压力控制技术的必要装备。采用CFD方法对JGY70节流管汇内部流场进行了气液两相流动的数值模拟仿真,通过对模拟结果分析发现冲蚀区域主要分布在节流管汇入口段100～300（mm）之间的管段上并容易引起该管段的刺穿,与现场的实验情况基本吻合。并针对引起冲蚀磨损现象的主要原因,提出一种新型防冲蚀节流管汇结构。达到降低对节流管汇的冲蚀磨损,更好地满足了现场的使用要求的目的。     

QT500的冲蚀磨损试验研究

在自制的转盘式冲蚀磨损试验台上以灰口铸铁（HT200）为对比材料,对球墨铸铁（QT500）的冲蚀磨损性能进行了试验研究,结果显示QTS00的冲蚀磨损规律与HT200基本相似,而耐冲蚀磨损性能比HT200稍强。在电子显微镜（SEM）下对QTS00和HT200冲蚀磨损表面形貌进行观察,分析表明：QTS00的冲蚀磨损机制是硬质砂粒对材料表面的微切削作用,而HT200的冲蚀磨损机制是因赫兹裂纹导致的脆性脱落。     

旋流式冲蚀磨损试验机的设计及实验研究

为模拟重介旋流器工况,合理评定内衬材料耐磨性,在旋转式浆体冲蚀磨损试验机的基础上,通过改进搅拌系统和试样安装方式,设计一种旋流式冲蚀磨损试验机。该试验机通过不锈钢+尼龙叶片二级搅拌系统实现了对浆料的均匀搅拌,在料桶内壁安装试样模拟了重介旋流器物料对内衬材料的冲蚀磨损工况,试验冲蚀角度范围为0°~90°。通过流体力学计算得出浆料对试样的冲蚀速度可达2.4 m/s,对纯铝的冲蚀磨损试验表明,试验机的数据重现性误差小于16%,稳定性误差小于17%。     

投球式滑套球座冲蚀磨损及评价方法研究

流体携砂冲蚀球座易导致投球滑套密封失效,而投球滑套的密封性能是影响水平井裸眼分段压裂完井技术的关键因数之一。为研究投球滑套密封的冲蚀磨损失效,依据投球滑套的实际工况,基于流体力学、切削变形理论和试验数据,建立一套适用于球座冲蚀磨损仿真分析规范及评价方法。基于上述规范及方法,利用流体软件实现锥度球座的结构优化。结果表明,球座最大冲蚀磨损率主要分布于漏斗形锥面变径处;随着球座锥度的增加,最大及平均冲蚀磨损率也相应地增加,并呈现出二次函数的变化趋势。     

喷嘴抗冲蚀磨损研究及梯度模型设计

分析喷嘴冲蚀磨损特点，指出喷嘴的不同部位同时受到不同角度的冲击；磨料颗粒在喷嘴内部加速运动，喷嘴沿长度方向的磨损程度不同，喷嘴人口磨损最严重，出口次之，而中间区域磨损相对较轻。阐述陶瓷喷嘴冲蚀磨损机理，说明陶瓷喷嘴两端承受以高冲击角为主的冲蚀，磨损机理以应力疲劳断裂和脆性断裂为主；喷嘴中部承受低角冲蚀，微切削冲蚀磨损为其主要磨损机理，得到喷嘴磨损属于多冲蚀磨损机理并存的结论。在此基础上，提出均质材料难以适应喷嘴冲蚀磨损特点，不易满足喷嘴高抗冲蚀磨损性能要求的观点。基于梯度功能技术思想首次提出梯度功能喷嘴设计方法，并建立梯度功能喷嘴设计模型。     

混合粒径固体颗粒对滑套球座冲蚀磨损的影响

随着超长水平井施工排量和加砂量的不断增加,滑套球座冲蚀磨损日益严重。目前对液固两相流冲蚀磨损的研究较多,但均未考虑混合粒径固体颗粒对冲蚀磨损的影响。研究不同粒径混合的支撑剂对球座的冲蚀磨损,基于欧拉双流体理论,运用Fluent软件对混合粒径固体颗粒对滑套球座的冲蚀磨损进行数值模拟。结果表明：混合粒径固体颗粒与单一粒径固体颗粒对球座冲蚀磨损规律有所不同,单一粒径固体颗粒对球座冲蚀磨损速率随着粒径的增大而减小;混合粒径固体颗粒对球座冲蚀磨损速率不仅和支撑剂粒径有关,而且和不同粒径固体颗粒的比例有关,即冲蚀磨损速率随混合固体颗粒中小粒径固体颗粒比例的增大而表现出先减小后增大的趋势。模拟结果为水平井分段压裂材料的选择提供了依据。     

20CrNiMo冲蚀磨损性能研究

用自制的冲蚀磨损试验装置对20CrNiMo的冲蚀磨损性能进行研究,揭示冲蚀时间和冲蚀速度对冲蚀磨损量的影响。借助于电子显微镜(SEM),考察单个粒子对试样表面的作用机制,从材料力学和摩擦学的角度,结合3种经典的冲蚀磨损理论,通过观察分析冲蚀表面的微观形貌,探讨试样表面磨损破坏的形成机制。结果表明,随着冲蚀时间和冲蚀速度的增加,冲蚀磨损量稳定增加。冲蚀粒子对冲蚀试样表面的作用,取决于撞击粒子的能量的大小。由于不同粒子的能量大小不同,它所作用的试样的表面应力处于不同的水平,当应力处于弹性状态时,主要是摩擦机制起作用;当应力在屈服极限和强度极限之间时,微切削机制起作用;当应力超过强度极限时,则发生剥落现象。     

WC/NiCrSiB复合覆层抗冲蚀气蚀性研究

用氧乙炔焰喷焊法制备了NiCrSiB及其加入WC陶瓷颗粒的复合覆层材料，用光学显微镜分析了覆层的显微组织，并对覆层材料的浆体冲蚀和气蚀抗力进行了研究，用扫描电子显微镜对覆层表面气蚀破坏形貌进行了观察。结果表明：WC／NiCrSiB复合覆层材料不仅抗浆体冲蚀能力比基体材料有了很大的提高，而且耐气蚀性也有一定的提高。最后对覆层材料的浆体冲蚀和气蚀机理进行了分析。