論述了70MPa 高壓差調節閥的使用要求和結構特點。通過CFdesign 軟件對其介質流場進行分析，得到了介質流通過程中壓降的分布情況，為其閥體的結構優化和避免空化、氣蝕現象的產生提供了科學的理論依據。

1、概述

　　壓裂工具動態模擬試驗裝置提供一種模擬壓裂真實狀態的實驗環境，用于水平井壓裂技術研發中的單項工具實驗和成品壓裂完井工具進入現場前的評價實驗，如攜砂壓裂液對壓裂工具的沖蝕實驗、壓裂噴口及射孔噴嘴結構優化實驗和真實壓裂環境( 高壓、大排量、攜砂) 條件下工具的可靠性實驗及破壞性實驗等。模擬試驗裝置中高壓節流調節閥用于調整系統內部壓力，其內部機構采用耐沖蝕設計，節流壓差最大70MPa，壓力自動連續調整。

2、參數

　　額定實驗壓力70MPa

　　流量調節范圍0 ～ 3m3 /min

　　口徑78mm( 31 /16 in. )

　　執行機構電動

　　連接形式RTJ 環連接

3、結構

　　高壓差調節閥( 圖1) 的兩個節流串聯在閥體內，兩閥芯由一套驅動裝置帶動，同步運動，其介質參數( 流量、壓力) 的變化呈正相關關系。介質由第一個節流件節流后經閥內兩路并行的通道再進入第二個節流件。閥芯內設置了上下通連的壓力平衡孔，通過壓力平衡孔將下腔的低壓引至閥芯頂部，以減小介質壓力引起的作用在閥芯軸向的不平衡力、減小執行器負荷。電動執行器推桿與兩個閥芯由一個導向裝置連接。每個閥芯節流等級初定設計為14 級、并讓介質不斷作90°轉向以消耗其動能，達到減速降壓差的目的。

4、流場分析

　　4.1、提出問題

　　高壓差調節閥在使用過程中，由于介質的壓差很高，很容易產生空化和氣蝕，對閥門的使用壽命造成很大的影響。同時，介質的高速沖刷也會對閥門產生極大的震動和噪音。因此，通過CFdesign 軟件對介質的流場分析，可以知道節流閥芯各部分的壓降大小，驗證壓差是否控制在設計要求內，優化產品的結構設計。

1、6. 節流套筒2. 閥芯3. 節流環4. 閥蓋5. 閥體

圖1 70MPa 高壓差調節閥

　　4.2、實體造型

　　采用三維繪圖軟件Solid works 建模，造型過程中將圓角、倒角等與流道無關的組件忽略，閥體按照其組裝件的結構整體建立成一個零件，簡化閥體外型。進出口分別拉伸2 倍和3 倍口徑長度的管徑，以確保穩定的收斂狀態。將Solid works 中的模型導入CFdesign 中( 圖2) ，比較導入前后的模型，確保信息的完整性。進口壓力設定為70MPa，出口壓力設定為0MPa，閥體材料為固體，介質為常溫水。

圖2 CFdesign 中的閥體模型

　　4.3、網格的劃分

　　將閥體、套筒、節流閥桿等與流場分析無關的部件抑制，在對流體介質網格劃分的過程中，充分利用自適應網格劃分技術在模型尺寸發生突變處自動將網格細化的功能，使整個模型自動分配網格，劃分后的模型網格有931 818 個單元( 圖3) 。

圖3 流體域網格的劃分

5、結果處理

　　將迭代步數設為1 000，點擊運行按鈕，進行分析計算，當運行到862 步時，運行結束，參數收斂。截取x - z 平面，得到切面的速度云圖和壓力云圖( 圖4，圖5) 。

圖4 X - Z 切面速度云圖

圖5 X - Z 切面壓力云圖

　　由速度云圖可知，進出口平均流速V =12. 76m /s。根據流量的計算公式

Q = VS ( 1)

　　式中Q———流量，m3 /min

　　V———進出口的平均流速( V = 12. 76) ，m /s

　　S———進出口的截面積( S = 4 638) ，mm2將已知數據代入式( 1) ，流量Q = 3. 53m3 /min。分析其計算結果，14 級節流閥芯的流量3. 53m3 /min 比實驗要求的流量調節范圍0 ～3m3 /min 偏大，所以將閥芯節流件增加一級，為15 級。重新進行分析計算，直到參數收斂，此時進出口平均流速V = 9. 6m /s，流量Q = 2. 67m3 /min，在實驗要求的0 ～3m3 /min 范圍內， 15 級節流的閥芯結構滿足實驗要求。

6、結語

　　通過增加閥芯節流級數，改變了閥門的流量調節范圍，延長了閥門的使用壽命，同時達到了減音降噪的效果。