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。     

三层式套管滑套设计及其冲蚀规律分析

常规两层式套管滑套在投标或下管柱时存在较大的误操作风险,为此设计了1种新型3层式套管滑套,通过调研发现滑套冲蚀是影响滑套密封失效的重要原因,因此对新型3层式套管滑套冲蚀规律及工作寿命的研究具有重要意义。根据四川某页岩气井的实际压裂参数,通过冲蚀磨损仿真分析了3层式套管滑套在不同工况参数下的冲蚀规律,发现滑套喷砂口右端壁面最容易被冲蚀破坏,从而导致3层式套管滑套密封失效;通过量化计算得出了3层式套管滑套喷砂口的理论工作寿命,并通过冲蚀试验验证了该滑套喷砂口安全距离的设计满足使用要求,同时得出试验结果与仿真结果相差5.5%,验证了仿真分析的正确性。通过仿真分析与量化计算可为3层式套管滑套的密封可靠性设计提供理论依据。     

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。     

基于RFID技术的智能滑套分段压裂工具的设计

将射频识别技术(RFID)应用于分段压裂工具中,设计了基于RFID技术的智能滑套分段压裂工具,通过射频识别技术实现多级分段压裂功能,并通过试验验证了智能滑套分段压裂工具的性能,试验结果表明,设计的智能滑套分段压裂工具能够满足所要求的性能指标。     

冲蚀磨损试验机的改进及实验研究

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%。     

页岩气压裂双弯头弯管冲蚀规律研究

为研究页岩气压裂双弯头弯管的冲蚀规律,基于液-固两相流模型和冲蚀理论建立双弯头弯管冲蚀模型,研究典型工况参数、双弯头弯管结构参数对双弯头弯管冲蚀速率的影响。研究表明:最大冲蚀速率发生在压裂液首先流经的第一个弯头外拱内壁后半部分,第二个弯头冲蚀区域前移且冲蚀区域增大;双弯头弯管的最大冲蚀速率,随压裂液流体速度、支撑剂颗粒体积分数的增加均增大,随着支撑剂颗粒粒径、双弯头弯管曲率半径的增大均减小;双弯头弯管上弯头与下弯头装配转角为20°~40°时,双弯头弯管的最大冲蚀速率较大。     

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。     

分段压裂易钻球座壁面磨损的性能预测研究

对单锥、凹弧、凸弧、双锥段的球座锥段结构等分段压裂易钻球座的内部气固两相流动行为和壁面磨损情况进行数值研究。在数值预测时,气相场采用标准k-ε模型,应用拉格朗日方法中颗粒轨道模型来模拟湍流场中颗粒运动轨迹。给出不同锥度结构球座的内部流动特性以及磨损率情况。结果表明,球座的大柱段、小柱段处流场分布较为均匀,由于砂粒的趋壁效应,近壁处流场存在小幅波动。经过优化的双锥段结构能在控制主流速度梯度和砂粒浓度基础上,降低球座锥面磨损程度。同时,也说明了应用计算流体力学来研究压裂球座内部气固两相流动规律的可行性。     

楔式闸阀内部气固两相流动及冲蚀磨损研究

通过欧拉-拉格朗日方法对气力输送系统中经常使用的楔式闸阀进行了气固两相流动和颗粒冲蚀磨损研究。结果发现：阀腔和凹槽中的气体速度要比管道中的气体速度低很多;楔式闸阀的凹槽中会逐渐积累大量的颗粒,颗粒会对闸板底部造成非常严重的冲蚀磨损。     

基于液固两相流的某驻退机冲蚀磨损过程模拟研究

在分析火炮反后坐装置原理和冲蚀磨损发生机制的基础上,根据某火炮驻退机结构特征建立二维简化模型,基于FLUENT中DPM液固两相流模型及RNG k-ε湍流模型对驻退机后坐过程中复杂流场特性进行数值模拟,得到不同时刻内部腔室压力、速度和涡流黏度云图,并描绘出冲蚀颗粒的运动轨迹。通过间接计算得到的结果,验证该数值模拟方法能够较为真实地描述驻退机内部复杂两相流场流动情况,为驻退机冲蚀磨损分析和结构优化设计提供参考。     

基于CFD数值模拟的异面三通管冲蚀磨损规律研究*

针对管道在输送过程中,由流体中固态颗粒产生的冲蚀磨损导致的失效问题,通过CFD-DPM模型开展关于不同流速、颗粒直径、含砂体积比和异面管夹角对异面三通冲蚀磨损性能影响的分析。结果表明：三管交汇处的弯面是管道主要发生冲蚀磨损的位置,水平两管弯头上侧管壁处是受损最为严重的部位;在流速2~10 m/s、含砂体积比1%~9%、异面管夹角90°~150°、颗粒直径0.1~0.5 mm时,管道的最大冲蚀率随着流速增大呈指数型增长,冲蚀面积明显扩张;低流速下,含砂体积比对最大冲蚀率影响较弱,高流速下,最大冲蚀率与含砂体积比呈线性正相关;异面管夹角的增大降低了管道对固体颗粒的流动约束性,其冲蚀率呈线性减小;最大冲蚀率随颗粒直径的增大整体呈现平缓上升的趋势,大颗粒产生的冲蚀破坏相比小颗粒更为集中一些。     

常幅载荷下滑轨与滚轮寿命及可靠性研究

为研究某型运输机襟翼操纵机构滚动副的磨损行为,在常幅载荷下进行疲劳磨损试验。利用尺寸测量法测量不同循环次数下的磨损量,以滚动轴承磨损寿命计算公式计算滚动轴承理论寿命;根据疲劳磨损试验数据,计算可靠度R=0.99时的疲劳磨损可靠寿命的点估计,并与理论寿命进行比较。结果表明:在滚动轴承与滑轨组成的摩擦副中,滑轨磨损量较大,且存在明显磨合阶段;滚动轴承的磨损量较小,随时间基本呈线性关系,没有明显的磨合阶段。     

A review of the performance of engineering materials under prevalent tribological and wear situations in South African industries

The wear of materials used on machinery operating in a wide range of industrial situations such as mining, energy production and agriculture can cause serious inefficiencies, sudden breakdowns and consequential financial losses. Our work over two decades has concerned industrial problems encountered in South African industry, and laboratory simulations of abrasion, abrasion plus corrosion, adhesive wear, impact wear, cavitation, solid particle erosion and erosion plus corrosion situations have been successfully undertaken. Materials investigated include plain carbon and alloy steel, stainless steels, aluminium alloys, cast irons, tungsten carbide cermets, ceramics, polymers, composites and various surface treated and coated materials. The paper reviews the investigations carried out in our laboratories and conclusions we have made.     

液固两相流对高压活动弯头的冲蚀磨损研究

为探究水力压裂作业中各因素对活动弯头的冲蚀磨损规律,基于液固两相流理论,利用FLUENT软件研究压裂液流速、颗粒质量流量、颗粒直径、安装角度、公称直径、连接长度、曲率半径对活动弯头冲蚀速率的影响。结果表明：活动弯头易冲蚀区域主要集中在弯头外侧,其最大冲蚀速率和平均冲蚀速率随流速、颗粒质量流量、颗粒直径的增大而增大,随安装角度、公称直径的增大整体上逐渐减小,安装角度位于90°~180°时,最大冲蚀速率和平均冲蚀速率较小且变化平缓;随曲率半径的增大,最大冲蚀速率整体上先减小后增大,平均冲蚀速率逐渐减小;连接长度对最大冲蚀速率和平均冲蚀速率的影响较小。研究表明,压裂液流速是导致冲蚀速率增加的主要因素,通过合理调整压裂液流速可以大大降低活动弯头的冲蚀磨损。该研究结果可为活动弯头的现场使用、冲蚀防护、结构改进及优化提供参考。     

销盘滑动磨损试验的仿真建模研究

以销盘滑动磨损为研究对象,建立了表面微凸体接触特性的物理模型和数学模型,由微凸体接触产生的磨屑推导出销盘滑动磨损仿真模型.采用有限元分析软件ANSYS对半球形微凸体接触应力和变形进行了仿真计算,并用销盘滑动磨损试验数据给予验证,证明了所建立的仿真模型是可行的.研究表明,利用ANSYS求解摩擦学接触问题是准确可靠的,建立正确的磨损仿真模型并辅以参数化设计方法是解决摩擦学仿真问题非常有效的方法.     

不同法向载荷与滑动速度下铁路货车制动梁磨耗套材料磨损行为与模型研究

铁路货车制动梁磨耗套在使用过程中容易产生严重磨损,进而影响制动性能与行车安全。为研究制动梁磨耗套材质的磨损行为,利用销盘摩擦磨损试验机对磨耗套材质进行不同法向载荷与滑动速度下的摩擦磨损试验,分析磨耗套材质的摩擦学行为。结果表明：当载荷由100 N增大到350 N时,摩擦因数呈现减小趋势,磨损质量与磨损长度增长,轮廓曲线起伏变大且最大磨痕深度增加,损伤加重;当载荷相同,滑动速度不同情况下,摩擦因数、磨损质量与磨损长度变化不大。采用MATLAB对试验数据进行拟合优化,得到磨损模型,并利用ANSYS进行磨损仿真分析。仿真与试验结果误差在6%以内,验证所得磨损模型的合理性。建立的磨损模型为磨耗套使用寿命仿真预测提供理论与技术支撑。