針對井口閘閥在實際應用中存在開關頻繁的安全性問題，以某公司52.4mm采油井口閘閥為例，用數值模擬計算方法對不同開度時井口閘閥內部的流動情況進行模擬分析。分析結果表明，開關度對采油井口閘閥內部流場影響較大，受影響最大部位在左閥座的下端、閘板內和右閥座的下端；小開度時，采油井口閘閥進出口的壓力損失較大，也會使閘板遭受介質沖蝕；全開時流體壓力損失最小；不完全開度下，采油井口閘閥因受高速流體沖擊會引起振動，閘板和閥座的密封面可能受損傷。因此，采油井口閘閥適合常開或常閉狀態(tài)，不適用于調節(jié)或節(jié)流。

0、引言

　　閘閥是采油(氣)井口裝置的核心部件，可開啟或截斷管道介質并控制高壓介質按照要求流向指定位置。在井口閘閥開關過程中，由于截面積的突變，流體對其內部流動的影響較大，會使井口閘閥產生較大的沖擊和振動，導致其失效。井口閘閥開關次數有限，需經常更換，這給現場施工帶來了許多不便。閥門結構較復雜，其內部的流動參數難以測量，而國內在這方面的研究相對較少，對管道流場流動細節(jié)的測量基本沒有。

　　筆者針對井口閘閥在實際應用中存在開關頻繁的安全性問題，以某公司52.4mm(2in)采油井口閘閥為例，用數值模擬計算方法對不同開度時井口閘閥內部的流動情況進行模擬分析。

1、數值模擬

　　1.1、井口閘閥阻力系數

　　流體流過井口閘閥時，隨著截面積的突變會發(fā)生擾動，形成漩渦，或者會使流體質點之間發(fā)生碰撞，產生較大的能量損耗。流體在井口閘閥的進出口所產生的壓降和阻力系數都是比較關鍵的參數。流體流過井口閘閥時局部壓降公式為：

　　式中Δp———局部壓降，Pa；ξ———局部阻力系數；ρ———流體密度，kg/m3；v———流體平均流速，m/s。

　　由式(1)可得閘閥局部阻力系數為：

　　對流體做如下假設：①沒有熱傳導；②流體介質為不可壓縮流體；③流動為定常流。

　　1.2、計算模型與網格劃分

　　采油井口閘閥通徑為52.4mm(2in)，閘閥長371mm。由于流道局部截面變化引起擾動的影響，需考慮一個完整的流動，故在閥的左右兩端取相等長度的油管，總長為2000mm。根據采油井口閘閥基本結構，考慮到實際模擬的可行性，建立簡化的閘閥實體模型。采用填充操作建立流體部分的幾何體，得到所需流體模型。整體采用非結構網格劃分，邊界采用Inflation法劃分，在閥座與閘板之間的部位進行網格加密，如圖1所示。

圖1  網格劃分

3、閘閥工作特性與破壞形式

　　由模擬結果可知，小開度時，采油井口閘閥進出口的壓力損失較大；全開時流體流過整個閘板內孔，流體流動的壓力損失最小。在不完全開度下，采油井口閘閥因受到高速流體的沖擊會引起振動，閘板和閥座的密封面有可能受到損傷，同時小開度也會使閘板遭受介質的沖蝕。另外，在介質含固體顆�；蚝�砂情況下，閥內壁所遭受的沖蝕將更為嚴重。故采油井口閘閥處于常開或常閉的狀態(tài)，具有較好的工作特性，一般不用作調節(jié)或節(jié)流。從大量的閘閥失效形式可以發(fā)現，閘閥的閥板、閥座和閥體內壁都出現不同程度的磨損和腐蝕，或出現閥板導流孔擴大和應力裂紋，更為嚴重的則出現閥體刺穿等現象。

　　模擬結果表明，局部高速區(qū)域與實際閘閥磨損位置吻合，說明閘閥內部流場的數值模擬結果正確，同時也論證了閘閥不宜用于調節(jié)或節(jié)流的工作特性。

4、結論

　　(1)流體從輸油管道左側流入采油井口閘閥，速度增加，流經閘板內壁并向右流動，高速流體沖擊閘板內腔上側和閘閥內壁下側，會使閘閥內壁出現不同程度的磨損，同時也易使閘閥產生振動。

　　(2)通過對比分析可知，采油井口閘閥內部的流動受開度影響較大，開度較小時井口閘閥內部的流動變化較劇烈，整個流動系統(tǒng)內部低壓區(qū)增大，受回流的影響越大，阻力系數和流速明顯增大，對井口閘閥內部產生的沖擊增大。

　　(3)對井口閘閥幾種開度的模擬和比較分析而得到的結果，為下一步對其進行結構優(yōu)化提供了參考。