Моделирование струйно-эжекторного устройства для перемешивания растительного масла в резервуаре РВС-20000

О проекте

  • Моделирование струйно-эжекторного устройства для перемешивания растительного масла в резервуаре РВС-20000
  • ООО «ЕВНАТ»
  • Машиностроение, турбомашиностроение
  • 2016 год

Моделирование струйно-эжекторного устройства для перемешивания растительного масла в резервуаре РВС-20000

Компания ООО «ЕВНАТ» занимается разработкой, моделированием и изготовлением оборудования (взрывозащищенного, весового), поточных смесителей (нефть-вода, нефть-деэмульгатор и др.), а также перемешивающих устройств для резервуаров и емкостей.

В 2016 году «ЕВНАТ» обратилась к специалистам «МЦД» с целью моделирования работы, а также оценки эффективности нескольких вариантов конструкций струйно-эжекторного устройства для перемешивания масла в резервуаре, цель которого – недопущение формирования осадка.

За основу конструкции струйно-эжекторного устройства был взят эскиз, предложенный заказчиком. В дальнейшем с целью повышения эффективности данная конструкция подвергалась модификациям. По результатам моделирования течения в резервуаре с несколькими вариантами струйно-эжекторного устройства были построены картины концентрации осадка, распределения его в объеме резервуара, определены условные границы разделения основной части продукта и осадка.

Основная цель перемешивающего устройства состоит в достижении такого гидродинамического разгона и формирования струи жидкости, который бы позволял достичь эффекта смывания, удаления скоростными струями налета, образующегося на дне резервуара. Гидродинамический разгон формируется за счет преобразования давления в скорость, путем изменения геометрии и формы каналов труб через их сужение. За счет определенной формы сужающихся труб обеспечивается равномерный разгон потока жидкости. На трубах могут быть установлены дополнительные насадки, обеспечивающие за счет эффекта эжекции интенсивную циркуляцию жидкости и формирование вихревых зон, в которых нижние слои жидкости со дна резервуара поднимаются на поверхность. Количество труб и насадков выбирается исходя из требуемой скорости, имеющегося запаса по расходу с учетом обеспечения наилучшей циркуляции, отсутствие застойных зон и зон намыва осадка.

Для оценки концентрации осадка в придонной области резервуара инженеры «МЦД» выполнили CFD-моделирование течения в резервуаре при режиме циркуляции и заполнения.

Моделирование проводилось на основе численного решения общих уравнений движения вязкой несжимаемой жидкости (уравнений Навье-Стокса) с помощью метода контрольных объемов. Осадок в резервуаре моделировался жидкостью с более высокой плотностью (+1%). На режиме циркуляции было задано начальное распределение осадка в придонной области резервуара (10 см от дна).

Расчетная область представляла из себя цилиндр – внутренний объём резервуара, заполненный жидкостью, в который, на определённом удалении от оси, через вертикальный трубопровод, переходящий в расположенный горизонтально эжектор, подается жидкость (масло). Струйно-эжекторное устройство представляет из себя трубопровод с тремя отводами, на которых закреплены насадки определенной формы. Боковые отводы расположены под углом наклона 8о относительно горизонтальной плоскости.

Геометрическая модель расчетной области
Рисунок 1. Геометрическая модель расчетной области

В соответствие с 3D моделью, созданной в пакете Ansys Space Claim, для проведения дальнейшего расчета течения масла через струйно-эжекторное устройство в резервуар был получен объем, занимаемый жидкостью.

Моделирование исходной конструкции струйно-эжекторного устройства показало, что при заданном расходе системы циркуляции и диаметре резервуара устройство обладает недостаточной эффективностью с точки зрения обеспечения интенсивности циркуляции и площади размываемого осадка. Поэтому были предложены модификации конструкции, призванные устранить недостатки.

В результате нескольких этапов доработки конструкции, инженеры «МЦД» пришли к выводу, что наиболее эффективным является модифицированный вариант конструкции со следующими усовершенствованиями:

  • устройство опущено глубже.
  • уменьшены диаметры первичных сопел и перепроектированные под них насадки, что даёт увеличение скорости потока на выходе из сопла и соответствует подобранному коэффициенту эжекции.
  • диаметр сопел уменьшен с целью увеличения скорости потока на выходе из насадков для достижения наибольшей интенсивности перемешивания и охвату большей поверхности осадка.
  • струйно-эжекторное устройство смещено ближе к центру резервуара, так как на основе результатов расчетов для других схем было установлено, что расхода на выходе из насадков не хватает, чтобы добить струей до противоположной стенки резервуара. Зажимая, но разгоняя струю, мы снижаем импульс, т.е. это приводит к снижению площади смываемой поверхности и снижению эффективности.

Был сделан вывод о том, что данный модифицированный вариант конструкции имеет наиболее оптимальное соотношение расхода и скорости на выходе из устройства. Также в конструкции имеется дополнительный отвод, направленный в тыловую зону устройства, что позволяет обеспечить перемешивание осадка на поверхности дна, находящемся за струйно-эжекторным устройством. За исключением нескольких зон, которые остаются вне режима циркуляции, осадка на дне почти не остается.

Этот недостаток можно исправить только за счет увеличения расхода прокачиваемой через эжектор жидкости.

Концентрация осадка на дне резервуара. Слева – исходная конструкция, справа – модифицированная.
Рисунок 2. Концентрация осадка на дне резервуара. Слева – исходная конструкция, справа – модифицированная.

После модификации скорости на выходе из струйно-эжекторного устройства стали значительно выше и поток жидкости стал доходить до стенок, тем самым обеспечивая максимально возможную на этом расходе циркуляцию. Распределение линий тока показало наличие интенсивной циркуляции между центральной и боковыми струями, также и между струей из дополнительного тылового насадка. Перемешивание между этими потоками стало интенсивным. Скорости на выходе из сопла стали выше, и благодаря модифицированной конструкции насадка был достигнут наилучший режим эжекции.

Также инженерами был выполнен поверочный расчет изготовленной модифицированной конструкции, а также расчет прочности струйно-эжекторного устройства.

Так как в модели было использовано допущение об использовании только линейных свойств материала, в реальной конструкции возможны небольшие зоны пластической деформации. Данная зона располагается в области тройника, в зоне сварных швов.

Эквивалентные напряжения в модели
Рисунок 3. Эквивалентные напряжения в модели

Из полученных результатов прочностного расчета можно сделать следующие выводы:

  1. Перемещения конструкции под действующими нагрузками незначительные. Согласно рекомендациям специалистов «МЦД», необходимо установить дополнительные крепления не только к боковым насадкам, но и к боковым отводам, что повысит жесткость конструкции и её прочность.
  2. Суммарные перемещения составляют не более 8 мм.
  3. Отсутствие закрепления к боковым отводам приводит к тому, что узким местом с точки зрения прочности является разветвитель – тройник;
  4. Реакции в опорах достаточно небольшие и конструктивно они выдержат и большее воздействие.

Основной рекомендацией с точки зрения прочности стала установка опор под боковые отводы. Это обеспечит дополнительную прочность тройнику и предотвратит разрушение креплений насадок к отводам.

Как показали результаты численного моделирования, путем модификации исходной конструкции может быть существенно повышена эффективность устройства, что говорит о том, что подход и методы были выбраны верные. Хотя можно отметить, что даже модифицированная конструкция струйно-эжекторного устройства не полностью удовлетворяет требованию перемешивания осадка в резервуаре, т.к. остаются зоны непромытости.

Специалисты «МЦД» предложили способ исправления данного недостатка – путем изменения производительности насоса с целью увеличения давления подачи масла; обеспечением большего расхода, что создаст большую скорость струи в струйно-эжекторном устройстве, способную перемешивать осадок около противоположной части резервуара полностью; а также за счет изменения количества отводов и насадок.

Дальнейшее сотрудничество

Кроме данного проекта компания «МЦД» также выполнила ряд других проектов для ООО ЕВНАТ:

  1. Моделирование работы нескольких вариантов струйно-эжекторного устройства для перемешивания мазута в резервуаре РВС-4000;
  2. Моделирование струйно-эжекторного устройства для перемешивания растительного масла в резервуаре РВС-5000;
  3. Моделирование струйного устройства для перемешивания мазута в РВС;
  4. Моделирование струйного устройства для перемешивания дистиллята газового конденсата в РВС 6000;
  5. Моделирование струйного устройства для перемешивания соевого масла в РВС 2000;
  6. Моделирование струйного устройства для перемешивания дистиллята газового конденсата в РВС 5000.

Есть подобная задача? Звони!

Позвоните нам

+7 (495) 644-06-08

Напишите нам

info@digitaltwin.ru

Часы работы

Пн-Пт 9:00 – 18:00

Другие проекты

Отправить сообщение

    Свяжитесь с нами

    Позвоните нам

    +7 (495) 644-06-08

    Напишите нам

    info@digitaltwin.ru

    Часы работы

    Пн-Пт 9:00 – 18:00