Использование математической модели для оптимизации процесса создания центробежного насоса

НАСОСЫ

в.н. Ивановский, профессор, д.т.н.,

Ю.А. сазонов, к.т.н., РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

использование математической модели для оптимизации процесса создания центробежного насоса

В представленной статье затронута тема разработки скважинных многоступенчатых центробежных насосов, предназначенных для добычи нефти. Вместе с тем математическая модель в силу своей универсальности позволяет рассчитывать насосы и вентиляторы различных типов. Теоретическая часть и компьютерные программы разработаны в экспериментальной лаборатории «Струйные системы», стендовые испытания моделей насосов выполнены в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. В качестве примера рассматривается создание ступени экспериментального насоса с открытым рабочим колесом, выполненным в габарите 5А с номинальной подачей 250 м3/сут.

Рис. 1. Характеристики ступеней серийных насосов и экспериментального насоса НЦ6

Интерес к компьютерному моделированию при разработке насосов объясняется не только расширяющимися возможностями вычислительной техники. В первую очередь практиков интересует сокращение затрат времени на внедрение нового насоса. На пути от идеи к ее внедрению необходимо пройти этап экспериментальной проверки.Стендовые испытания или физические эксперименты требуют времени и значительных финансовых затрат, особенно при проверке нескольких вариантов исполнения проектируемого насоса. Объем физических экспериментов можно сократить за счет применения компьютерного моделирования. При наличии качественной математической модели можно провести численные эксперименты взамен некоторых физических экспериментов. Оптимизация и сокращение программы физических экспериментов особенно необходимы для насосов, которые перекачивают

газожидкостные смеси различной вязкости и когда расходы на стендовые испытания увеличиваются в десятки раз.

При разработке математической модели и программ для расчетов рассматривались следующие основные условия:

• учет геометрических размеров и формы каналов рабочего колеса и направляющего аппарата, а также типа рабочего колеса и типа направляющего аппарата;

• учет плотности и вязкости перекачиваемой среды (жидкости, газожидкостной смеси или газа);

• учет газосодержания и абсолютного давления перекачиваемой среды на входе насоса;

• расчет полной напорной характеристики насосной ступени, от режима максимального напора до режима работы с максимальной подачей;

• расчет полной напорной характеристики многоступенчатого насоса

с распределением давления по ступеням.

Для оценки результатов расчета по разработанной математической модели были выполнены экспериментальные исследования. Для их проведения были изготовлены экспериментальные ступени насоса НЦ6, которые прошли испытания в стандартных условиях. В качестве перекачиваемой жидкости использовалась пресная вода. Характеристики экспериментальной ступени насоса представлены на рис. 1 и 2, здесь же для сравнения показаны характеристики ступеней выпускаемых насосов (по данным каталога ЗАО «Новомет-Пермь» 2007 года).

На рис. 3 показана расчетная напорная характеристика насоса НЦ6, разработанного в экспериментальной лаборатории «Струйные системы». Расчеты показали перспективность применения компьютерного моделирования при разработке насосов для

58 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

\\ № 10 \\ октябрь \ 2008

Рис. 2. Характеристики ступеней серийных насосов Рис. 3. Характеристики ступени экспериментального

и экспериментального насоса НЦ6

перекачки газожидкостных смесей малой и высокой вязкости. Выполненные теоретические и экспериментальные работы позволяют сделать ряд выводов:

• разработанная математическая модель позволяет проводить численные

насоса НЦ6

эксперименты и пригодна для оптимизации программы физических экспериментов;

• компьютерное моделирование с использованием разработанных программ позволяет повысить эффективность научно-

исследовательских и опытноконструкторских работ;

• расчеты и эксперименты показали, что, несмотря на известность схемы насоса с открытыми колесами,далеко не полностью раскрыт технический потенциал лопаточных машин такого типа.

ЗАО «Машиностроительный завод им. В. В. Воровского»

Буровое оборудование: УРБ-2А2 УРБ-2А2Д УРБ-2ДЗ АВБ-2М УКБ-12/25

УКБ-12/25-02

620142, г. Екатеринбург, MOTO БУР М-1 О

£л:Ч~<£4Д0-57, и КМ-10

220-82-50 Факс: (343) 269-12-26,

210-11-31 e-mail: zivw@sky.ru

Отдел маркетинга и сбыта тел: (343) 260-40-55, 220-83-90, 257-90-59 Факс: (343) 269-12-26 e-mail: zivsb@sky.ru

Адрес в Интернете: http://www.ziv.ur.ru