【摘 要】
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为了清除天然气管道中沉积的污物,保持较高的天然气输送效率,清管作业在油田现场是一项不可或缺的工作。清管过程中,收发球过程都具有较高的危险性,收发球筒在内部流场和外部环境的作用下也容易遭到破坏,因此,有必要研究收球筒在运行过程中的流场分布和振动特性,为现场收球筒的结构设计和选型提供依据。本文的研究内容分为收球筒的流场特性研究和振动特性研究。一方面,通过建立收球筒的三维模型,利用Fluent软件模拟收
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为了清除天然气管道中沉积的污物,保持较高的天然气输送效率,清管作业在油田现场是一项不可或缺的工作。清管过程中,收发球过程都具有较高的危险性,收发球筒在内部流场和外部环境的作用下也容易遭到破坏,因此,有必要研究收球筒在运行过程中的流场分布和振动特性,为现场收球筒的结构设计和选型提供依据。本文的研究内容分为收球筒的流场特性研究和振动特性研究。一方面,通过建立收球筒的三维模型,利用Fluent软件模拟收球筒运行时内部的压力、流速和湍流动能三个流场参数分布特点,针对球筒中心轴线、放空管轴线、排污管轴线和旁通管轴线,研究管道规格和配管直径与安装位置对以上各轴线上流场参数分布特点的影响规律。另一方面,通过建立收球筒的三维模型,利用Abaqus软件计算收球筒在导流工况下的振幅分布特点和固有频率的大小,研究球筒规格和模态振型对振幅分布和固有频率的影响,并分析了固有频率与阶数间的函数关系。再结合现场经验,提出测试收球筒振动频率的方法。通过以上研究,得到的主要结论有以下几点:（1）球筒中心轴线和配管轴线上的压力沿线都比较稳定;流速在球筒喉部附近减小,在配管入口附近快速增大;对于放空管和排污管,在入口附近流体还会产生漩涡,也促使湍流动能出现最大值。（2）增大管道规格,使得球筒和配管内的三个流场参数值基本都有增大趋势,管道规格从D323变化到D610的过程中:对放空管的压力影响最大,升高约0.34MPa;排污管的流速和湍流动能变化最大,最大值分别相差约82m/s和6.4m2/s2。（3）增大配管的直径基本都有减小收球筒流场参数的效果;放空管直径对压力影响较大,从50mm变化到100mm,放空管和排污管轴线上的最大压力约下降0.23MPa;排污管直径对流速影响较大,从50mm变化到150mm,放空管和排污管轴线上的最大流速约下降170m/s;配管安装位置的影响相对较小,其中放空管和排污管的安装位置与湍流动能间没有明显的规律性。（4）增大收球筒的规格会改变振幅的分布特点,使出现最大振幅的方位由中部向两侧迁移,并使固有频率减小,球筒规格从DN300/DN200变化到DN900/DN800,固有频率从100Hz以上下降到50Hz左右;而且改变固有频率与模态振型间的函数关系;在某些振动阶数下,振幅分布特点会出现特殊情况,固有频率随阶数的增大而增大。
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