О проекте
- Расчет эрозии ступени электроцентробежного насоса в Ansys CFX
- ООО «БашНИПИнефть» и Уфимский государственный нефтяной технический университет
- Нефтегаз
Расчет эрозии ступени электроцентробежного насоса в Ansys CFX
Наличие механических примесей в скважинной продукции непосредственно на работу насоса не влияет, однако деформация рабочих органов насоса твердыми частицами в процессе работы изменяет его напорно-расходные характеристики. В последнее время возрос интерес к численным методам решения задач гидрогазодинамики, что позволило моделировать процессы, протекающие в рабочих органах насосов.
ООО «БашНИПИнефть» и Уфимский государственный нефтяной технический университет обратились к специалистам компании «МЦД», для того чтобы совместно сформировать робастную модель и создать унифицированную методологию для проведения численных экспериментов при оценке влияния эрозионных процессов в ступени электроцентробежного насоса при стендовых испытаниях.
Рабочая ступень (РС) установки электроцентробежного насоса (УЭЦН), представляет собой сборочную единицу, имеющую в составе две основные детали – направляющий аппарат (НА) и центробежное рабочее колесо (РК).
Расчет параметров рабочего процесса (гидравлических потерь в проточной части, обусловленные профилем и шероховатостью стенок, потери полного напора при входе в РК и прохождении через НА, КПД лопастной системы и прочие) представляют собой многопараметрическую задачу, в решении которой выделяются ряд групп влияющих параметров – геометрия НА и РК, режим работы (граничные условия входа – выхода) и свойства рабочей среды. Наиболее перспективные методы решения подобного рода задач – методы вычислительной гидрогазодинамики (CFD). Их достоинствами являются снижение затрат на проведение численных экспериментов, а также возможность учета любых внешних воздействий без значительной модификации модели.
Для обеспечения оптимизации при моделировании реального процесса стендовых испытаний модель была принята с учетом ряда упрощений.
Моделирование рабочей среды реализовано на основании лагранж-эйлерового подхода к течению с дисперсной фазой на основе модели, обеспечивающей построение траекторий частиц дискретной фазы при мгновенном значении поля скоростей несущей среды.
Для учета турбулентности использовалась модель k-ω- модель Ментера (k-ω SST).
Моделирование течения осуществлялось в программном комплексе ANSYS CFX.
Проточная часть рабочей ступени сформирована на основе компоновки «рабочее колесо, сопряженное с направляющим аппаратом».
Результатом формирования геометрической модели проточной части стали два домена: 1 – проточная часть рабочего колеса; 2 – проточная часть направляющего аппарата.
Построение сеточной модели осуществлялось в сеточном генераторе ANSYS Meshing. Из-за сложной геометрии проточной части рабочей ступеньи была применена тетраэдральная неструктурированная сетка с призматическими слоями (Inflation).
Постановка численного эксперимента по моделированию эрозионного износа обуславливает необходимость реализации взаимодействия сплошной несущей среды (вода) и дисперсной фазы (частицы кварцевого песка) со стенками проточной части и лопаток рабочего колеса и напраляющего аппарата. Для описания подобного рода задач наиболее применимой является модель дискретной фазы (Lagrangian transport model в ANSYS CFX).
Анализ сходимости результатов численного моделирования рабочего процесса проводился исходя из правдоподобия напорно–расходной (H-Q) характеристики, полученной в результате опыта. Помимо этого, был проведен качественный анализ картины течений на номинальном и граничных режимах течения для непрерывной фазы.
Окончательной целью проводимого анализа являлось формирование картины поля скорости эрозионного процесса, характеризуемого параметром ϵ. Помимо этого, опираясь на полученные картины течения (линий тока) для несущей среды и характерные траектории для механических примесей, были определены места, подверженные наибольшему воздействию эрозионного износа. В дальнейшем это позволит оценивать скорость деградации оборудования при постоянном значении количества взвешенных частиц в рабочей среде.
Рисунок 3. Градиентное поле скорости эрозионного процесса в проточной части рабочей ступени УЭЦН 5-125
По результатам выполненной работы была разработана методика создания расчетной модели в Ansys CFX рабочего процесса ЭЦН для проведения стендовых испытаний. Модель позволяет учесть влияние механических примесей. В ходе расчетов также были определены места рабочей ступени, подверженные наибольшему воздействию эрозионного износа.
Есть подобная задача? Звони!
+7 (495) 644-06-08
info@digitaltwin.ru
Пн-Пт 9:00 – 18:00
Другие проекты по теме
Отправить сообщение
Свяжитесь с нами
+7 (495) 644-06-08
info@digitaltwin.ru
Пн-Пт 9:00 – 18:00