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油嘴破改进方案
发布日期:2012/11/30 8:47:07
关键词:油嘴 喷油器 笔喷 共轨管
要防止油嘴过快冲蚀, 笔者对入口机构进行了结构优化。考虑到加工工艺和成本控制, 入口由原先的直角进入拐入喉道该为14 0 度锥角渐变进入喉道。并且, 在拐角处采用半径为5m m 的倒角。由于入口速度较低, 此结构可有效降低流体因速度方向改变及压力梯度过高而产生的速度脱体, 形成流体夹带沙粒对入口壁面及喉道壁面的撞击破坏。对油嘴后部出口采用锥角过渡的方法以消除喉部涡流区, 通过有限元计算可得到各锥角下数度场分布。
  由图5 可得当锥角小于50 度时可有效消除油嘴后部回流区。通过除油嘴后部回流区, 则可消除放喷时油液中所含有砂粒在涡流的带动下无规则运动, 从而降低对管件磨损。最终延长管件使用寿命。分级降压优化方案
单级节流油嘴存在的最大问题是节流前后压差很大, 造成节流油嘴密封部件很容易失效。但是, 由于结构简单价格低廉而在低压浅井中得到广泛应用。由于中深井中由于压力和产量较高而对油嘴的密封和抗冲蚀有了进一步的要求, 单级油嘴的应用受到制约。为了解决此问题, 提出了安装双节流油嘴, 并建立了多级流油嘴的设计模型。研究结果表明, 该模型能真实反映双节流油嘴节流流动动态; 多级流油嘴可以减少每个节流油嘴的压差, 从而减少损坏的可能性。
首先, 本文先对双级油嘴进行分析。应用C F D 技术, 模拟天然气在双级节流油嘴中的流动, 简化双级节流油嘴结构, 采用标准k - E 模型进行数值模拟。通过对网格和算法的选择, 给出合理的计算模型。
 结构模型采用2 7/ 8″内径为–62. 005m m 的油管。方案1, 采用一级油嘴–20. 0m m 长10 0. 0 m m 。二级油嘴–6. 0m m 长100. 0m m 。中间用300m m 的内径为–62. 005m m 油管连接。方案2, 采用一级油嘴–6. 0m m 长100. 0m m 。二级油嘴–20. 0m m 长1 00. 0m m 。中间用300m m 的内径为–62. 005m m 油管连接。
 网格生成及边界条件对模型进行简化, 利用G A M BI T 软件建立几何模型, 生成二维四边结构网格。计算区域内的网格节点数约为应用F l u e nt 软件进行数值模拟, 误差可以控制在1 ×10- 4以下。
边界条件的选取根据文章第一部分可知, 油嘴前处于高压区流速缓慢可认为不流动。而油嘴下游由于摩擦阻力造成的压降大致为1. 5 M P a 。所以, 油嘴上游压力假设为50M P a , 油嘴下
游压力假设为 1M P a 。采用丙烷为流动气体。 结果分析双级节流油嘴中气体从左到右的流动是由入口和出口的压差产生, 压力分布图见图2。由图2 可以看出, 压力沿轴向在节流口两侧变化很大, 流体经过节流口后压力突然下降, 说明压力损失集中在节流口处, 其中一部分能量转化为动能。
本文中方案1 采用大直径油嘴接小直径油嘴的双级节流方案, 由于在整个管汇系统中气体临界状态必然出现在整个管汇截面积最小处。流量同样通过管汇截面积最小处即油嘴进行调整产量降低压力的作用。从有限元计算结果上看, 此种方案没有明显的压力分配作用。但是, 此种方案可以有效提高气体速度从而提高气体携带液体及沙粒的能力, 达到防止沙粒沉降提高产量的目的。
方案2 采用小直径油嘴接大直径油嘴, 从有限元计算结果上看此种方案能有效分配管汇压力。通过计算可知一级油嘴可将上游压力降低一半以上即从50M P a 降低到25M P a , 二级油嘴可将压力再次降低一半以上即25M P a 降至5M P a 以下。
 结论地面节流油嘴喉道直径对油嘴压降关系紧密, 喉道直径减小压降增大, 而喉道长度对压降影响不大。
改变油嘴结构使用前、后部锥角可以降低速度脱体现象。特别对于油嘴后部锥角, 小于5 0 度时可有效消除油嘴后部涡流区。
 采用喉部直径按流动方向由小到大的安装顺序, 每级压降约为上游入口压力的一半。
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