Научная статья на тему 'К созданию полирядного насоса для энергосберегающих погружных нефтедобывающих установок'

К созданию полирядного насоса для энергосберегающих погружных нефтедобывающих установок Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
67
22
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОМПЬЮТЕРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ / COMPUTER EXPERIMENT / ОСЕВОЙ ПОЛИРЯДНЫЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ НАСОС / AXIAL POLYROW MULTISTAGE PUMP / ПОГРУЖНАЯ УСТАНОВКА ЛОПАСТНЫХ НАСОСОВ / SUBMERSIBLE VANE PUMPING UNIT / НЕФТЕДОБЫЧА / НАПОРНОСТЬ / ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / ENERGY EFFICIENCY / ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ / ENERGY SAVING / OIL RECOVERY / PRESSURE

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Комолов М. Б., Моргунов Г. М.

Применяемые в настоящее время для добычи нефти энергосберегающие насосы, серийно выпускаемые известными производителями, созданы на основе центробежной/диагональной гидромеханической схемы, которая не является идеальной и практически не предполагает дальнейшего существенного повышения уровня напорно-энергетических показателей. Представленное в статье инновационное решение - лопастной осевой полирядный многоступенчатый насос - по ряду теоретических предпосылок имеет возможность достижения повышенных показателей назначения и энергетического качества в сравнении с традиционными насосами. Для подтверждения указанного предположения проводится создание полирядного насоса в рамках актуального для нефтедобычи типоразмера с условным обозначением 5А-100, где 5А - диаметральный габарит, для которого максимальный диаметр ступени составляет 90 мм; 100 - номинальная объемная подача в м3/сут. при частоте вращения 2910 мин-1. В статье подробно описан этап компьютерного проектирования лопастной системы, выполненного при помощи программного комплекса ANSYS CFX, и приведены результаты на номинальном режиме работы ступени периферийного ряда - одного из трех рядов насоса. На основании полученных результатов моделирования определены расчетным способом напорно-энергетические показатели ступеней двух остальных рядов и насоса в целом при определенной его компоновке. Результатами явились и приведены в статье расчетные показатели назначения и качества, равные или превосходящие показатели серийного энергосберегающего оборудования. Учитывая, что исследование предполагало определенные допущения, окончательное суждение о функциональных возможностях полирядного насоса может быть составлено после проведения физического эксперимента сначала ступени периферийного ряда, а затем и насоса в целом. Реализация натурного опыта является основным направлением дальнейших исследований.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Комолов М. Б., Моргунов Г. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

POLY-LINE PUMP FOR HIGH-EFFICIENCY OIL PRODUCING ESP SYSTEMS

Energy saving pumps that are currently used for oil recovery and are commercially available at the known manufacturers are developed on the basis of centrifugal / diagonal hydro mechanical diagram that is not ideal and practically does not provide for further significant improvement of the energy and pressure indicators. An innovative solution represented in the article - is a vane axial polyrow multistage pump - has the ability to achieve enhanced performances and energy quality indicators compared to conventional pumps according to some theoretical assumptions. To confirm this assumption a polyrow pump is developed under the size requested in the oil recovery industry with the symbol 5A-100, where 5A - diametric dimension with the maximum diameter of the stage of 90 mm; 100 - nominal volume flow in m3 per day at operating speed 2,910 min-1. The article describes the computer design stage of the vane system in details that is implemented using ANSYS CFX software, and the results of the nominal operation mode for the outside row stage - one of three rows of the pump are represented. Based on the simulation results the calculation method of pressure-energy indicators of other two rows stages and the pump as a whole were determined under its estimated layout. The results are given in the article as estimated performances and quality indicators, equal or exceeding performances of serial energy-saving equipment. Given that the study involves certain assumptions, the functionality of polyrow pump can be finally judged after a physical testing of the stage of outside row, and then of the pump as a whole. The implementation of full-scale testing is the focus of future research.

Текст научной работы на тему «К созданию полирядного насоса для энергосберегающих погружных нефтедобывающих установок»

НАСОСЫ. КОМПРЕССОРЫ

УДК 622.32

М.Б. Комолов12, e-mail: komolovmb@gmail.com; Г.М. Моргунов2

1 ООО «ПК «Борец» (Московская обл., Россия).

2 Кафедра гидромеханики и гидравлических машин, Национальный исследовательский университет «МЭИ» (Москва, Россия).

К созданию полирядного насоса для энергосберегающих погружных нефтедобывающих установок

Применяемые в настоящее время для добычи нефти энергосберегающие насосы, серийно выпускаемые известными производителями, созданы на основе центробежной/диагональной гидромеханической схемы, которая не является идеальной и практически не предполагает дальнейшего существенного повышения уровня напорно-энергетических показателей. Представленное в статье инновационное решение - лопастной осевой полирядный многоступенчатый насос - по ряду теоретических предпосылок имеет возможность достижения повышенных показателей назначения и энергетического качества в сравнении с традиционными насосами. Для подтверждения указанного предположения проводится создание полирядного насоса в рамках актуального для нефтедобычи типоразмера с условным обозначением 5А-100, где 5А - диаметральный габарит, для которого максимальный диаметр ступени составляет 90 мм; 100 - номинальная объемная подача в м3/сут. при частоте вращения 2910 мин-1. В статье подробно описан этап компьютерного проектирования лопастной системы, выполненного при помощи программного комплекса ANSYS CFX, и приведены результаты на номинальном режиме работы ступени периферийного ряда - одного из трех рядов насоса. На основании полученных результатов моделирования определены расчетным способом напорно-энергетические показатели ступеней двух остальных рядов и насоса в целом при определенной его компоновке. Результатами явились и приведены в статье расчетные показатели назначения и качества, равные или превосходящие показатели серийного энергосберегающего оборудования. Учитывая, что исследование предполагало определенные допущения, окончательное суждение о функциональных возможностях полирядного насоса может быть составлено после проведения физического эксперимента сначала ступени периферийного ряда, а затем и насоса в целом. Реализация натурного опыта является основным направлением дальнейших исследований.

Ключевые слова: компьютерный эксперимент, осевой полирядный многоступенчатый насос, погружная установка лопастных насосов, нефтедобыча, напорность, энергосбережение, энергоэффективность.

M.B. Komolov1,2, e-mail: komolovmb@gmail.com; G.M. Morgunov2

1 Borets Production Company Ltd. (Moscow Region, Russia).

2 Department of Fluid Mechanics and Hydraulic Machines, National Research University (Moscow, Russia).

Poly-line pump for high-efficiency oil producing ESP systems

nergy saving pumps that are currently used for oil recovery and are commercially available at the known manufacturers are developed on the basis of centrifugal / diagonal hydro mechanical diagram that is not ideal and practically does not provide for further significant improvement of the energy and pressure indicators. An innovative solution represented in the article - is a vane axial polyrow multistage pump - has the ability to achieve enhanced performances and energy quality indicators compared to conventional pumps according to some theoretical assumptions. To confirm this assumption a polyrow pump is developed under the size requested in the oil recovery industry with the symbol 5A-100, where 5A - diametric dimension with the maximum diameter of the stage of 90 mm; 100 - nominal volume flow in m3 per day at operating speed 2,910 min-1. The article describes the computer design stage of the vane system in details that is implemented using ANSYS CFX software, and the results of the nominal operation mode for the outside row stage - one of three rows of the pump are represented. Based on the simulation results the calculation method of pressure-energy indicators of other two rows stages and the pump as a whole were determined under its estimated layout. The results are given in the article as estimated performances and quality indicators, equal or exceeding performances of serial energy-saving equipment. Given that the study involves certain assumptions, the functionality of polyrow pump can be finally judged after a physical testing of the stage of outside row, and then of the pump as a whole. The implementation of full-scale testing is the focus of future research.

Keywords: computer experiment, axial polyrow multistage pump, submersible vane pumping unit, oil recovery, pressure, energy saving, energy efficiency.

102

№ 3 март 2016 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

PUMPS. COMPRESSORS

5 6^7 12 7 3

Еипулочный ряЗ дшЗнии ряЗ \пе]шферийныи j)fl0

bushing row middle row outside row

Рис. 1. Схема полирядного насоса: 1 - рабочие колеса (РК) среднего и периферийного рядов; 2 - направляющие аппараты (НА) среднего и периферийного рядов; 3 - опора; 4 - разгрузочные отверстия; 5 - пары трения; 6 - водило; 7 - колено инверсии потока

Fig.1. Polyrow pump diagram: 1 - blade wheels (BW) of the middle and outside rows; 2 - guide vanes (GV) of the middle and outside rows; 3 - support; 4 - discharge openings; 5 - friction pairs; 6 -carrier; 7 - flow inversion elbow

В Российской Федерации с помощью погружных установок лопастных насосов (ПУЛН) добывается более 70% нефти [1]. Интенсификация ее добычи, проводимая в последнее время за счет применения различных способов воздействия на пласт (гидроразрыв и др.), приводит к возникновению осложняющих эксплуатацию ПУЛН факторов. Один из наиболее существенных - высокая обводненность продукции пласта (более 90%) [2]. Она возникает вследствие проведения вспомогательной операции нагнетания в пласт воды и вызывает повышение энергетических затрат на нефтедобычу. Для минимизации этих затрат заинтересованные организации стремятся использовать все более эффективные по напору и КПД ПУЛН. В настоящее время полный КПД серийно производимых энергосберегающих многоступенчатых насосов для ПУЛН на номинальном режиме работы достигает 60-65% [3] при напорах установок до 3500 м. Спроектированы такие насосы на базе центробежных и диагональных рабочих органов (РО), гидромеханическая схема которых к настоящему времени практически не предполагает дальнейшего существенного повышения уровня напорно-энер-гетических показателей. В этой связи будущий прогресс в отмеченных параметрах качества требует принципиально новых проектных решений.

СУЩЕСТВО РЕШЕНИЯ

Одна из инноваций энергосбережения для нефтедобычи с помощью ПУЛН -это многоступенчатый осевой насос, спроектированный на основе полирядной гидромеханической схемы (рис. 1). В данном случае рассмотрен ее вариант с втулочным рядом, не заполненным ступенями. Теоретическое обоснование создания полирядного насоса изложено в [5-7]. Ключевая цель рассматриваемых далее проектных исследований, проведенных в рамках разработки проточной части и РО такого насоса, заключалась в подтверждении возможности

достижения повышенных показателей назначения и энергетического качества полирядных насосов по сравнению с традиционным расчетным способом на основании компьютерного эксперимента.

В данной статье техническое решение полирядности осевого многоступенчатого насоса рассмотрено применительно к актуальному для нефтедобычи типоразмеру ПУЛН с условным обозначением 5А-100, для которого диаметральный габарит ступени составляет 90 мм, номинальная объемная подача - 100 м3/сут. при частоте вращения 2910 мин-1 [4].

Значения полного КПД и напорности (отношение напора ступени к ее высоте с размерностью м/м) серийно выпускаемых энергосберегающих ступеней известных ведущих фирм, таких как «Новомет» (РФ), «Бейкер Хьюз» (США), для рассматриваемого и близких к нему типоразмеров при подаче 100 м3/сут.

составляют 64% и «130 м/м и 63% и «130 м/м соответственно. Указанные данные приведены из [8-9]. Напорность определена на высоте ступени,рассчитанной по активной части насоса. Приведенные значения напорно-энер-гетических показателей приняты для проектируемого насоса как минимальные требования соответствия классу энергосберегающих насосов и принципу конкурентоспособности. По коммерческим соображениям конструкция рассмотренных серийных ступеней производителями не публикуется, однако известно, что традиционно насосы типоразмера 5А-100 проектировались на базе центробежных РО (рис. 2) [4]. Следует отметить, что достижение приведенных весьма высоких показателей качества связано с введением в традиционные структуры РО инновационных конструктивных изменений, обеспечивших, в частности, понижение гидравлических и меха-

Ссылка для цитирования (for citation):

Комолов М.Б., Моргунов Г.М. К созданию полирядного насоса для энергосберегающих погружных нефтедобывающих установок // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2016. № 3. С. 102-108.

Komolov M.B., Morgunov G.M. Poly-line pump for high-efficiency oil producing ESP systems (In Russ.). Territorija «NEFTEGAZ» = Oil and Gas Territory, 2016, No. 3, pp. 102-108.

TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 3 march 2016

103

НАСОСЫ. КОМПРЕССОРЫ

Рис. 2. Схемы насосов: а) центробежного с вихревым венцом - импеллером в РК; б) центробежного с отверстиями в РК: 1 - РК; 2 - НА; 3 - опора; 4 - разгрузочные отверстия; 5 - пары трения; 6 - вихревой венец - импеллер

Fig. 2. Pumps' diagrams: a) centrifugal pump with vortex vane ring - impeller in blade wheel; b) centrifugal pump with openings in blade wheel: 1 - BW; 2 - GV; 3 - support; 4 - equalizing openings; 5 - friction pairs; 6 - vortex vane ring - impeller

нических потерь [8-9]. Как известно, повышение гидравлического КПД и напорности достигается совершенствованием проточной части РО, в частности при использовании расчетных комплексов, например таких, как ANSYS CFX, STAR CD, NUMECA и др. Увеличение механического КПД при прочих равных условиях в основном связано с частичной разгрузкой РК от осевой силы (ОС). В центробежных насосах данный эффект обычно реализуется вихревым венцом - импеллером специальной формы б (рис. 2а) на верхнем диске РК 1 или разгрузочными отверстиями 4 (рис. 2б) [4, 10].

СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ КОМПЬЮТЕРНЫЙ СИНТЕЗ ПОЛИРЯДНОГО НАСОСА

Известно, что превалирующее значение при проектировании лопастных насосов имеет гидродинамическое и конструктивное совершенствование рабочих ступеней,то есть последовательное улучшение их вариантов по соответствующим показателям назначения и качества. Данные показатели подлежат верификации сначала компьютерным, затем физическим экспериментами. По результатам отмеченных исследований проводят последующее улучшение параметров ступени при помощи компью-

терного моделирования ее работы с последующей проверкой при физическом эксперименте - и так итерационно, до достижения требований технического задания или предела технического совершенства при используемом подходе к проектированию. В данной статье из условия ограничения по трудоемкости и стоимости предполагаемого изготовления полномасштабной модели нового насоса, а также недостаточности вычислительных ресурсов для моделирования течения жидкости при его работе проведено проектирование только ступени периферийного ряда. Результаты ее проектирования оказались перспективными, что описано далее, хотя авторы не исключают возможности улучшения параметров ступени. По полученным данным расчетно-экстраполяционным способом оценен полирядный насос в целом.

Как отмечалось, для выявления достижимой степени энергетического совершенства полирядного насоса была спроектирована ступень периферийного ряда в виде конструкции осевого насоса (рис. 3), где РК 1 разгружено от ОС отверстиями 4.

Лопастная система ступени проектировалась в САПР SoL^dWorks. Расчетные сетки генерировались в программе 1СЕМ CFD в виде НЕХА-элементов в количестве узлов: «1,5 млн для РК, «2 млн для НА. Моделирование течения жидкости в ступени выполнялось в программном пакете ANSYS CFX с установками: рабочее тело - вода при 20 °С, частота вращения РК - 2910 мин-1, расчетная оптимальная подача - 140 м3/сут. Повышенная по сравнению с номинальной подача была выбрана для компенсации влияния шероховатости проточных частей РО и возможных объемных потерь, которые в компьютерном эксперименте не учитывались. В связи с учетом описанного влияния ожидаемая при физическом эксперименте оптимальная подача предположительно составит от 100 до 125 м3/сут. Последняя является подачей правой границы рабочей зоны насоса с номинальной подачей в 100 м3/ сут. и принята исходя из рекомендаций в [1, 4]. Расчетная номинальная подача, необходимая для сравнения насосов, вычислена по соотношению предпо-

А- 2 15 3

Рис. 3. Конструкция экспериментальной ступени периферийного ряда: 1 - РК; 2 - НА; 3 - опора; 4 - разгрузочные отверстия; 5 - пары трения

Fig. 3. Design of experimental stage of outside row: 1 - BW; 2 - GV; 3 - support; 4 - equalizing openings; 5 - friction pairs;

104

№ 3 март 2016 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

Разработка и производство защитных антикоррозионных покрытий для нефте- и газопроводов, оборудования КС и ГРС

117997, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 23 Тел. (495) 786-25-35

I www.delan.su е-таИ: info@delan.su

НАСОСЫ. КОМПРЕССОРЫ

Рис. 4. Главная расчетная область Fig. 4. Main calculating area

лагаемых реальных подач и составляет 112 м3/сут.

Главная расчетная сборка состояла из трех ступеней, каждая из которых представляла собой одну область - лопасть РК и три области - лопатки НА (рис. 4) с условием периодичности вокруг оси. Выбранное соотношение числа лопастей РК и НА в расчетных областях обеспечивало необходимое для точного расчета условие равновеликости площадей контакта областей РО на интерфейсе переноса параметров. При расчете использовались следующие гидродинамические установки: стационарная система уравнений Рейнольдса с к-е моделью турбулентности, краевое условие «прилипания» рабочего тела на твердых границах расчетной области течения для каждого РО ступени, задавалось однородное распределение давления во входном сечении с применением условия его самоопределения - в выходном. Задача решалась итерационно. Критериями эффективности варианта рабочего органа служили: напорность, гидравлические КПД РК, КПД НА, КПД ступени в целом. Проектирование ступени включало следующие основные этапы. 1. Разработка лопастной решетки РК: а) гидравлический расчет с определением входного угла лопасти (31; начального значения выходного угла лопасти (32 с учетом недоворота потока, числа лопастей 3 и густоты решетки 0,6, в первом приближении по рекомендациям работы [11].

Результаты предварительного проектирования РК: гидравлический КПД -75,4%; напорность - 138 м/м (в данном случае напор отнесен к высоте РК). На рисунке 5 показан характер течения жидкости на развертке среднего сечения при указанных параметрах. Отмечается, что течение имеет удовлетворительный вид, но полученные при этом результаты являются начальными и нуждаются в повышении. Для этого необходимо уточнить основные параметры решетки РК; б) уточнение первичных данных по результатам моделирования течения в РК, подбор густоты решетки и числа лопастей.

Результаты уточняющего проектирования РК: густота решетки - 0,83; число лопастей - 4; гидравлический КПД -96,5%; напорность - 167 м/м. По картине течения на рисунке 6 в наиболее проблемном, в данном случае - корневом, сечении лопасти можно наблюдать в целом удовлетворительный характер течения при увеличенных результатах по сравнению с первоначальными. Имеется небольшая вихревая зона на выходном участке при объединении потоков, сбегающих с рабочей и тыльной сторон лопасти. Это явление впоследствии будет устранено заострением кромки лопасти исполнением под механическую обработку (рис. 8). 2. Разработка лопастной решетки НА и доводка ступени в целом: а) гидравлический расчет с определением входного угла лопатки с^, принятие в первом приближении выходного угла лопатки а2 и числа лопаток при рекомендуемом согласовании его с числом лопастей РК;

Результаты предварительного проектирования НА (моделировалось течение в одной ступени): число лопаток - 13; гидравлический КПД - 86,6%. На рисунке 7 показан характер течения при указанных параметрах в проблемном, в данном случае - периферийном, сечении лопастной системы. Имеют место крупные вихревые явления на выходном участке лопатки НА. Детально анализируя их причины, меняем лопатку НА с целью улучшения течения, что выявляется последующим уточняющим моделированием;

Рис. 5 Характер течения жидкости в развертке среднего сечения лопасти РК, полученной на начальном этапе проектирования Fig. 5. Nature of liquid flow in the middle section of BW blade development obtained at the design initial stage

а) a) б) b)

Рис. 6. Течение жидкости в корневом сечении лопасти РК, полученной при уточненном проектировании: а) основное тело; б) концевой участок лопасти Fig. 6. Fluid flow in the root section of the BW blade obtained during detailed design: a) main body; b) blade end area

б) уточнение первичных данных НА по результатам моделирования течения в ступени, подбор диффузорности решетки и уточнение числа лопаток. Результаты окончательного проектирования НА (данные НА третьей ступени): число лопаток - 12; гидравлический КПД - 90%;

в) уточнение параметров РК по результатам моделирования течения в ступени.

Результаты доводки РК: густота решетки - 1,35; число лопастей - 5; гидравлический КПД - 87%; напорность - 193 м/м (напор отнесен к высоте РК). Приведены параметры РКтретьей ступени. Снижение параметров РК по сравнению с приведенными выше результатами

106

№ 3 март 2016 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

PUMPS. COMPRESSORS

Таблица. Ожидаемые параметры полирядного насоса 5А-100 в сравнении с серийными энергосберегающими центробежными насосами

Table. Polyrow pump 5A-100 expected parameters as compared to serial energy-saving centrifugal pumps

Насос Pump Полный КПД,% Total efficiency, % Напорность,м/м Pressure, m/m

Серийный фирмы «Новомет» (РФ) Serial of Novomet (RF) production 64 «130

Серийный фирмы «Бейкер Хьюз» (США) Serial of Baker Hughes (USA) 63 «130

Полирядный энергосберегающий Polyrow energy-saving pump 65 211

вызвано неустранимым влиянием НА предыдущей ступени, что, как известно, характерно для многоступенчатых насосов.

Результаты проектирования ступени в целом при частоте вращения 2910 мин-1 на расчетной оптимальной подаче 140 м3/сут. следующие: гидравлический КПД - 78,4%, напорность - 71,5 м/м, коэффициент напора - 0,225, коэффициент быстроходности ns = 167. На номинальной подаче 112 м3/сут.: гидравлический КПД - 71%, напорность - 104 м/м, коэффициент напора - 0,33. На рисунке 8 показана картина течения в наиболее проблемном периферийном сечении лопастной системы окончательного варианта ступени при указанных параметрах. Течение в целом имеет удовлетворительный характер. Как отмечалось ранее, в корневом сечении РК на конечном участке лопасти имелись вихревые явления (рис. 6б), которые в конечном варианте ликвидированы заострением кромки исполнением ее под токарную обработку (рис. 8б). В НА обтекание лопатки в целом улучшено по сравнению с ранним вариантом, хотя на конечном ее участке все же присутствуют незначительные отрывные зоны, что, как известно, присуще лопастным многоступенчатым насосам, имеющим ограничение по высоте ступени вследствие цели повышения напорности, от которых в рамках данной итерации проектирования избавиться не удалось. Полученные результаты являются максимально достигнутыми в рамках раз-

Рис. 7. Характер течения жидкости в развертке периферийного сечения лопастной системы, полученной на начальном этапе проектирования НА Fig. 7. Nature of liquid flow in the outside section of vane system development obtained at the GV design initial stage

работки единственного варианта ступени периферийного ряда полирядного насоса с использованием выбранного подхода к проектированию и соответствующих инструментов. Как отмечено выше, авторы не настаивают на том, что результаты невозможно улучшить. Спроектированная ступень предлагается к изготовлению и испытанию.

ПРОГНОЗИРУЕМЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИССЛЕДУЕМОГО НАСОСА

Полученные при компьютерном эксперименте данные явились основой прогнозного расчета параметров полирядного насоса в целом, для которого по формулам подобия были определены затрачиваемая гидравлическая мощность, а также напорность рядов и насоса в целом (рис. 1). При расчетах были приняты следующие допущения: потери трения в опоре 3 от суммарной ОС равны нулю, так как данная компоновка предполагает полное

уравновешивание ОС, действующей на ротор, обратно направленными рядами насоса; водило 7 уравновешено разгрузочными отверстиями 4; объемные потери ступеней рядов и насоса в целом составляют 5% от соответствующей потребляемой мощности [10]; потери мощности на трение в парах 5 приняты равными 3% по рекомендациям работы [12].

В связи с особенностями гидромеханической схемы в расчете полирядного насоса не учитывались, ввиду очевидной малости, следующие параметры: дисковые потери, потери от вращения разгрузочных отверстий в водиле и гидравлические потери в коленах инверсии 8 (рис. 1) из-за небольшого их количества в реальном насосе. На основании полученных в ANSYS CFX данных ступени периферийного ряда и рассчитанных по формулам подобия параметров ступени среднего ряда получены напорно-энергетические показатели энергосберегающего полирядного

а) a) б) b)

Рис. 8. Картина течения в периферийном сечении лопастной системы окончательного варианта ступени: а) лопастная система; б) концевой участок лопасти

Fig. 8. Flow pattern in the outside section of the vane stage of the stage final option: a) vane system; b) blade end area

TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 3 march 2016

107

НАСОСЫ. КОМПРЕССОРЫ

насоса 5А-100 на номинальном режиме работы (табл.).

Указанные значения параметров полирядного насоса получены при определенном соотношении числа ступеней в его рядах, при котором за счет про-тивонаправленности периферийного и среднего ряда не создается суммарной ОС ротора, что позволяет получить требуемый уровень полного КПД исследуемого насоса.

Предполагается, что компоновка полирядного насоса может меняться в зависимости от условий эксплуатации и требований заказчика. Например, при необходимости исполнения с высокой напорностью насос будет компоноваться максимальным количеством ступеней

на каждом ряду насоса с таким соотношением их числа, которое обеспечит наиболее компактную высоту насоса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом проведенных работ по исследованию свойств полирядного насоса явились расчетные напорно-энергетические показатели, примерно равные или превосходящие показатели серийного оборудования. В ходе дальнейших исследований полученные параметры планируется подтвердить при физическом эксперименте с определением напорно-энергетических характеристик, гидравлического КПД, ОС ступени периферийного ряда исследуемого насоса.

ВЫВОДЫ

Выполненные на основании компьютерного эксперимента расчетные исследования полирядного насоса показали его возможную конкурентоспособность по отношению к лучшим серийно выпускаемым энергосберегающим насосам ПУЛН. Учитывая, что исследование предполагало определенные допущения, наиболее весомое мнение о функциональных возможностях полирядного насоса сложится после проведения физического эксперимента сначала ступени периферийного ряда, а затем насоса в целом при его полном конструктивном исполнении. Реализация натурного опыта является основным направлением дальнейших исследований.

References:

1. Ivanovskiy V.N., Darischev V.I., Sabirov A.A., Kashtanov V.S., Pekin S.S. Skvazhinnye nasosnye ustanovki dlja dobychi nefti [Oil-well pumping units for oil recovery]. Moscow, Oil and Gas Publishing house of Gubkin Russian State University of Oil and Gas, 2002.

2. Ivanovskiy V.N. Analiz sovremennogo sostojanija i perspektiv razvitija skvazhinnyh nasosnyh ustanovok dlja dobychi nefti [Analysis of current state and development prospects of oil-well pumping units for oil recovery]. Oborudovanie i tehnologii dlja neftegazovogo kompleksa = Equipment and technologies for oil and gas complex, 2007, No. 6. P. 12-16

3. Matushev D. Jekonomit' jelektrojenergiju jeffektivno [Save energy efficiently]. Arsenal neftedobychi: Informacionnyj bjulleten' GK «Novomet» = Oil recovery arsenal: Novomet Group of Companies Newsletter, 2010, No. 1. P. 6-9.

4. Ageev S.R., Grigoryan Ye.Ye., Makienko G.P. Rossijskie ustanovki lopastnyh nasosov dlja dobychi nefti i ih primenenie: Jenciklopedicheskij spravochnik [Russian vane pumping units for oil recovery and their application: Encyclopaedic Reference]. Perm, Press-Master LLC, 2007.

5. Morgunov G.M. Lopastnye mashiny dlja zhidkostej i gazov s povyshennoj plotnost'ju polezno ispol'zuemoj jenergii [Vane machines for liquids and gases with high density of useful energy gain]. Vestnik MPEI, 2007, No. 4. P. 5-13.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6. Morgunov G.M., Morgunov K.G., Elzarook F.A. Proektirovanie i raschetnye issledovanija gidrodinamicheskih svojstv polirjadnogo vysokonapornogo nasosa na malye podachi [Design and analysis studies of the hydrodynamic properties of polyrow high-pressure pump at low flow]. Vestnik MPEI, 2007, No. 6. P. 95-105.

7. Morgunov G.M. Pogruzhnaja nasosnaja ustanovka dlja sil'no neodnorodnyh tekuchih sred [Submersible pumping unit for very inhomogeneous fluids]. Vestnik MPEI, 2012, No. 1. P. 5-15.

8. Product Catalogue of Novomet Perm CJSC (In Russ.). Perm, 2011.

9. Marketing material of Baker Hughes, series "400 FLEX Pump". 2014.

10. Lomakin A.A. Centrobezhnye i osevye nasosy [Centrifugal and axial pumps]. 2nd edition, corrected. Moscow, Leningrad, Mashinostroenie Publishing House, 1966. 365 pp.

11. Stepanov A.I. Centrobezhnye i osevye nasosy [Centrifugal and axial pumps]. Moscow, Mashgiz, 1960.

12. Ivanov M.N. Detali mashin: ucheb. dlja mashinostr. spec. vuzov [Machine elements: text book for mechanical engineering specialists universities]. 4th edition, corrected. Moscow, High school, 1984, 336 pp., ill.

Литература:

1. Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров А.А., Каштанов В.С., Пекин С.С. Скважинные насосные установки для добычи нефти. М.: Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2002.

2. Ивановский В.Н. Анализ современного состояния и перспектив развития скважинных насосных установок для добычи нефти // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2007. № 6. С. 12-16.

3. Мартюшев Д. Экономить электроэнергию эффективно // Арсенал нефтедобычи: Информационный бюллетень ГК «Новомет». 2010. № 1. С. 6-9.

4. Агеев Ш.Р., Григорян Е.Е., Макиенко Г.П. Российские установки лопастных насосов для добычи нефти и их применение: Энциклопедический справочник. Пермь: ООО «Пресс-Мастер», 2007.

5. Моргунов Г.М. Лопастные машины для жидкостей и газов с повышенной плотностью полезно используемой энергии // Вестник МЭИ. 2007. № 4. С. 5-13.

6. Моргунов Г.М., Моргунов К.Г., Эльзароок Ф.А. Проектирование и расчетные исследования гидродинамических свойств полирядного высоконапорного насоса на малые подачи // Вестник МЭИ. 2007. № 6. С. 95-105.

7. Моргунов Г.М. Погружная насосная установка для сильно неоднородных текучих сред // Вестник МЭИ. 2012. № 1. С. 5-15.

8. Каталог продукции ЗАО «Новомет-Пермь». Пермь, 2011.

9. Рекламный материал фирмы «Бейкер Хьюз», серия «400FLEXPump». 2014.

10. Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. 2-е изд., перераб. М.: Л.: Изд-во «Машиностроение», 1966. 365 с.

11. Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы. М.: Машгиз, 1960.

12. Иванов М.Н. Детали машин: учеб. для машиностр. спец. вузов. 4-е изд., перераб. М.: Высш. шк., 1984. 336 с., ил.

108

№ 3 март 2016 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.