邢丽丽黄芷薇胡鑫雨
(长江大学机械结构强度与振动研究所湖北荆州434000)
摘要：为分析不同接头的三通的冲蚀磨损情况，以某公司生产的4种不同接口形状的液压三通管接头为对象，利用有限元分析软件对4种型号的三通管接头模型进行冲蚀分析，对比了不同型号的三通管接头的冲蚀磨损影响，得到最大冲蚀率最小情况下的一种，为后续三通管接头的选用研究提供参考价值。结果表明，其中D型三通管接头的最大冲蚀率相较于其他三种型号的较高，A、C、H型这3种三通管接头的最大冲蚀率无较大区别，其中H型的最大冲蚀率较低，达3.51×10-3kg·m-2·s-1。 关键词：三通管接头有限元分析冲蚀磨损最大冲蚀率
中图分类号：U463.4文献标识码：A文章编号：1672-3791(2021)12(a)-0067-04 Fluid Analysis of Different Types of Tee Joint Based on ANSYS
XING Lili HUANG Zhiwei HU Xinyu
(Institute of Mechanical Structure Strength and Vibration,Yangtze University,Jingzhou,Hubei Province,434000
China)
Abstract:In order to analyze the erosion wear of tee joints with different joints,four types of hydraulic tee joints with different interface shapes produced by a certain company are used as the object,the erosion analysis of four types of tee joint models is carried out by using finite element analysis software.The erosion wear effects of different types of tee pipe joints are compared,and the one with the maximum erosion rate and the minimum is obtained, which provides reference value for the selection and research of tee pipe joints in the future.The results show that the maximum erosion rate of the D-type tee joint is higher than that of the other three types.The maximum ero‐sion rate of the three-way pipe joints of A,C,and H-type is not much different.Among them,the maximum erosion rate of the model of H-type is relatively low,reaching3.51×10-3kg·m-2·s-1.
Key Words:Tee joint;Finite element analysis;Erosive wear;Maximum erosion rate
三通接头在人们生活中应用广泛，在各个行业如石油化工、海洋、机械工程等都有涉及，主要用在油井固井、压裂施工作业的管汇上，是各种液压管路系统重要连接部分[1-2]。在工作过程中，由于液体
压力和流速的影响，三通接头内部经常受到严重的冲蚀磨损影响[3-4]，且随着液体压力变大，冲蚀磨损现象愈发严重，因此对三通管接头的性能要求也变高。冲蚀磨损是油气行业不可避免的退化过程，夹带的固体颗粒会撞击
DOI：10.16661/jki.1672-3791.2111-5042-6811
作者简介：邢丽丽（1998—），女，硕士在读，研究方向为机械工程。
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管道内表面[5-7]，造成机械磨损，最终导致设备失效，造成经济损失。因此，研究得到最小冲蚀率的一种接口形状的三通管接头，增大装置寿命，对后续的研究有重
要意义，
并促进采油事业的发展。混凝土泵送剂
1三通管接头模型建立
以某公司生产的4种A、C、
D、
H
型的三通管接头
图1A、C、D、H 型的三维模型图
图2三通管接头的冲蚀壁面云图
为研究对象，三通管接头的材料为碳钢，4种型号的三通管接头通径都为20mm，长为100mm，高为50mm，其中A 型是一个圆槽形状接口，C 型是一个向外的喇叭口形状接口，D 型是一个向内的喇叭口形状接口，H
型是一个直筒形状接口，在建模软件中分别建立A、C、D、H 型的三维模型，详情见图1。
2三通管接头冲蚀分析
利用ANSYS 有限元分析软件对不同型号的三通管接头进行冲蚀分析，导入建立的流道模型，对不同的模型设置同样的分析条件。根据现场作业要求，设置工况条件，流体经X 轴方向两入口流进，由Y 轴方向出口流出。对不同的流道模型进行网格划分，由于冲蚀磨损现象在管内的相贯线结构处较为严重，故需对管的相贯线结构处和接口处网格细化。根据上述工况条件，对4种模型设定了进出口以及壁面边界条件。设定两个进口的边界条件为速度进口，水流速度为10m/s，
同时设定颗粒的密度为1500kg/m 3，直径为325μm，初
速度为10m/s，从两个进口进入三通管接头内，设定出口边界的边界类型为outflow，设置质量流量为1kg/s。壁面条件为wall 壁面，颗粒在壁面上的法向及切向反
弹系数定义如式（1）及式（2）所示，壁面条件冲击角函数采用分段性方式进行定义，参数值具体见表1，颗粒的粒径函数定义为常数1.8×10−9，速度指数定义为常数2.6[8]。
εN =0.993-0.0307α+4.75´10-4α2-2.61´10-6α3（1）εT =0.998-0.0290α+6.43´10-4α2-3.56´10-6α3（2）
将所有条件设置完毕后，进行初始化及计算分析。
3冲蚀结果分析
经分析计算后得到A、C、D、H 型的三通管接头的冲蚀壁面云图具体见图2。
从图2中可以看出D 型的最大冲蚀率相较于其他
表1冲击角函数值
Point 1234
5
Angle 020304590
Value 00.810.50.4
图3三通管接头的壁面速度径线图
3种型号的较高，冲蚀区域主要分布在进水口附近壁面上，A、C、H型这3种的最大冲蚀率无较大区别，其中H型的最大冲蚀率较低，达3.51×10-3kg·m-2·s-1，冲蚀区域主要集中在接近出水口壁面上。为解释这种现象，提取出D型和H型三通管接头的壁面速度径线图，详情见图3。
可以看出颗粒在进入D型三通管接头后，经过进口后，由于管接口的喇叭形状，颗粒频繁与管壁面发生碰撞，导致壁面产生严重的冲蚀；对于H型，由于接口处为直筒形状，颗粒进入之后，发生的碰撞少于前一种情况，对壁面的冲蚀磨损情况较小。
4结语
通过对4种型号的三通管接头冲蚀分析，由于颗粒在进入D型三通管接头后与管壁面的频繁碰撞，对壁面产生的冲蚀磨损较为严重，得到相较于A、C、H型这3种三通管接头，D型三通管接头的最大冲蚀率较高，在其他3种型号的三通管接头中H型的最大冲蚀率较低，达3.51×10-3kg·m-2·s-1，为以后三通管接头的选择提供了参考价值。参考文献
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（上接66页）黑方糖
有所减薄并最终疲劳开裂。
3.22#缺陷管
该破口距管口125mm处，位于管板与第一个支撑板之间，交替存在3个阶梯状相互平行的窄形条孔，各个破口大小不等，最大的有5mm，具体见图25。
从破口的宏观形貌来看，外壁没有磨损和冲刷痕迹，表明破口是从内壁破损的。从图26 图28所示的几个不同形态来看，内壁表面经历了很大的挤压剪切塑性变形，管壁已褶皱，同时破口周围也存在一系列线状的磨削变形条，并且磨损条痕有点扭曲，但方向均沿管子的轴线。这说明含泥沙海水是以高剪切速率挤压和磨削管内壁的，该剪力超过了钛管的剪切屈服强度，致使管壁出现大的剪切塑性变形。可以推断这一区域的管子遭遇异物的全面堵塞，这个异物就是堵塞在管内的泥块和淤泥在外观检验时曾看到过泥沙堵管的现象。
4结语
目视检验在核电厂凝汽器热交换器在役检验中发挥着重要作用，目视检验能准确直观地判别其性质，同时对缺陷传热管的成因分析也可以提供帮助。这就保证了凝汽器热交换器能在规定的服役期限内安全可靠地运行，也保证了机组安全稳定运行。
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