Зміна напірної та енергетичної характеристик високообертового динамічного насоса під впливом в`язкості середовища, що перекачується

Abstract

У дисертаційній роботі наведені результати дослідження трьохфакторного впливу конструктивного виконання та умов експлуатації на енергетичні характеристики відцентрових насосних агрегатів на прикладі типорозмірного ряду ЭЦН: високої в`язкості рідини, що перекачується; малорозмірного виконання насосних ступенів; частоти обертання, яка перевищує 3000 об/хв. Основним змістом роботи є: констатація факту відсутності прийнятної методики розрахунку робочих характеристик відцентрових насосів для вищенаведених умов; розробка фізичної моделі течії рідини з високою в`язкістю в малорозмірних каналах насосних ступенів; отримання аналітичних виразів перерахункових коефіцієнтів основних енергетичних параметрів насоса; перевірка отриманих результатів шляхом проведення експериментальної частини дослідження; розробка напівемпіричної методики розрахунку енергетичних характеристик малорозмірних відцентрових насосних ступенів, які працюють на високов`язкій рідині при високих частотах обертання їх ротора. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3242

Проведение исследования, направленного на изучение влияния вязкости перекачиваемой среды на рабочие характеристики центробежных насосов, имеющих малоразмерные рабочие органы и повышенную частоту вращения их ротора, обусловлено, с одной стороны, потребностями нефтегазового комплекса, и, с другой стороны, усилиями насосостроителей минимизировать массогабаритные показатели центробежных насосов за счет повышения частоты вращения их ротора. Фактическое состояние эффективности эксплуатации скважинных ЭЦН, используемых при добыче нефти, определяет актуальность поставленной задачи - отсутствует приемлемая для инженерных работ методика расчетного определения энергетических характеристик насосных установок указанного типоразмера и назначения. Имеющиеся методики разработаны под конкретно оговоренные условия и носят чисто эмпирический характер. Каждая из них дает относительно достоверные результаты только для своего узкоограниченного круга насосного оборудования. Можно констатировать – ни по одной из имеющихся методик пересчета характеристик насосов с малоразмерными рабочими органами, перекачивающих высоковязкие среды при высокой частоте вращения их ротора, требуемой точности расчетов не обеспечивается. Только по насосам типа ЭЦН с n=3000 об/мин разброс в результатах расчетов по имеющимся методикам достигает 30%. Вопрос создания указанной методики решался путем рассмотрения физической модели течения высоковязкой жидкости в проточных каналах малогабаритных насосных ступеней. Проводилась оценка количественного влияния вязкости на характер структуры потока перекачиваемой жидкости в элементах проточной части указанных насосных ступеней. Оценивалось воздействие изменяющихся свойств перекачиваемой среды на основные виды потерь энергии при осуществлении рабочего процесса в центробежных насосах. Выявлены доминирующие в процессе течения вязкой среды по проточным каналам исследуемых ступеней виды потерь энергии, изменение которых приводит к существенному падению энергетических параметров центробежных насосов. Описана природа влияния масштабного эффекта, связанного с конструктивными особенностями рабочих ступеней насосов ряда ЭЦН, во взаимосвязи с наложением фактора высоких частот вращения ротора насоса при перекачивании им высоковязких сред. Поэтапное раскрытие исследуемого вопроса позволило получить систему зависимостей для определения коэффициентов пересчета характеристики насоса, базирующихся на законах механики жидкостей и газов и теории турбомашин. При решении поставленной задачи принимались некоторые допущения в описании исследуемого рабочего процесса. Следствием их принятия стала необходимость для решения указанной системы расчетных зависимостей частичного использования эмпирических данных. В результате разработанная на их базе методика пересчета характеристик насосов носит полуэмпирический характер. Экспериментальной частью исследования стало получение энергетических характеристик исследуемых насосных ступеней, работающих на средах с различной вязкостью, при этом каждому значению вязкости соответствовал установленный диапазон частот вращения ротора экспериментального насоса, включающий в себя значения n > 3000 об/мин. Результатами экспериментальной части работы стало: получение нового объема информации о рабочем процессе центробежных насосов на перекачиваемых средах с переменной вязкостью и высокими частотами вращения их ротора; определение количественных значений эмпирических коэффициентов, компенсирующих влияние принятых допущений при выводе системы уравнений для определения коэффициентов пересчета параметров насоса. Разработана методика пересчета, имеющая полуэмпирический вид. Определены приемлемые по точности результатов расчетов диапазоны применения разработанной методики в зависимости от значений вязкости перекачиваемой среды, конструктивного исполнения насосных агрегатов и частот вращения их ротора. Осуществлена экспериментальная проверка приводимых в работе рекомендаций по практическому использованию разработанной методики. Результаты работы внедрены на промышленных предприятиях Украины и в учебном процессе при подготовке специалистов в области насосостроения. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3242

The thesis presents the results of three-factor influence of design and operating conditions upon the performance curves of the centrifugal pump units of the ECP (Electric driven Centrifugal Pumps) dimension-type series. Those factors were high viscosity of the fluid pumped, low-sized design of pump stages and rotational speed above 3000 rpm. The main aspects of research are as follows. It was clearly shown the absence of the acceptable technique for prediction of performance curves for centrifugal pumps operating at these conditions. The physical model of high-viscous fluid flow inside low-sized channels of pump stages was developed. Analytical expressions for recalculation factors of main performance parameters of the pump were obtained. The obtained results were justified by performing the experimental research. The semi-empirical technique for prediction of performance curves of low-sized centrifugal pump stages treating high-viscous fluid with high rotational speed was created. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3242