Центробежные насосы нефтепереработки

Насосный агрегат в общем случае комплектуется средствами КИПиА:

– сигнализатора уровня в верхней части насоса для остановки агрегата при снижении уровня ниже допустимого,

– при недопустимости установки сигнализатора уровня производят визуальный контроль со смотровым фонарем перед пуском, регулятор уровня устанавливают на приемном резервуаре или емкостном аппарате,

– в случае отсутствия смотрового фонаря, используют воздушник, по которому контролируют заполнение насоса, для неопасных жидкостей схема может быть упрощена до визуального контроля,

– термометр устанавливают на подшипники электродвигателя,

– электродвигатели комплектуются термисторной защитой,

– может использоваться электроконтактный манометр, установленный к полости статора,

– на напорном трубопроводе может быть установлен электроконтактный маномер для отключения насоса при снижении давления Рвс+(0,8)Рном.

– отбор давления блокировки на линии отбора жидкости после фильтра и направляемой обратно в зазор между ротором и статором.

Расчет характеристик насосов

Сравнительное рассмотрение теорий методов расчета проточной части и построение характеристик методом конечных элементов приведены в работе [6]. На современном уровне развития техники проводить экспериментальное определение точек и выполнять построение характеристик необязательно. Достаточно точные результаты можно получить расчетом в программном пакете ANSYS методом конечных объемов. Методом конечных объемов решаются задачи вычислительной гидродинамики.

В гидродинамике описание движения потока жидкости производится описанием вектора скорости и двух термодинамических величин (давление и плотность) в зависимости от координат и времени. Система уравнений должна содержать 5 уравнений, в том числе уравнение неразрывности, уравнение Навье-Стокса (уравнение Эйлера для идеальной жидкости), уравнение переноса тепла (уравнение сохранения энтропии для идеальной жидкости).

– уравнение неразрывности потока:

– уравнение Навье-Стокса для сжимаемой жидкости (уравнение движения вязкой среды):

для несжимаемой жидкости при :

– уравнение переноса тепла

Закон сохранения для идеальной жидкости (при отсутствии вязкости и теплопроводности правая часть уравнения становится равной нулю и получится уравнение сохранения энтропии):

Для описания турбулентного течения потока используются четыре подхода:

– прямое численное решение уравнений Навье-Стокса,

– применение аналитических теорий турбулентности,

– применение моделей переноса турбулентности,

– применение моделей замыкания движений мелкого масштаба.

При прямом численном уравнений Навье-Стокса, уравнения решаются для несжимаемой жидкости. Для решения используются граничные периодические условия. То есть учитывается изменение функций при переходе между соседними кубическими элементами сплошной среды, как показано в работе. При решении уравнений с граничными условиями методом конечных элементов с применением расчетной сетки по 3D-модели, уравнения Навье-Стокса переписываются в разностной форме для узлов сетки.

Конечно-разностный метод расчета сравнивается со спектральным по пяти параметрам [6]:

– скорость сходимости,

– эффективность (затраты на расчет для заданной погрешности результата),

– граничные условия (точность конечно-разностных методов нарушается около границ за счет необходимости расчёта точек вне области течения, поэтому сетка корректируется вдоль границ и усложняется),

– разрывы (сглаживание разрывов при локальных ошибках),

– априорная оценка точности (для конечно-разностных методов точность сравнивается на сетках с разным числом конечных элементов).

Аналитические теории турбулентности строятся на статическом подходе к описанию турбулентности. Динамические параметры в этих теориях являются средними характеристиками течения потока.

Модели переноса турбулентности являются упрощенными моделями турбулентности с эмпирическими параметрами, получаемыми по результатам эксперимента. Динамика взаимодействия между масштабами турбулентной пульсации рассматривается ограниченно.

Метод прямого численного моделирования DNS – Direct Numerical Simulation предложен в работе Orszag, S. A., and Patterson, G. S. в 1972 г.

Многие авторы отмечают о том, что этот метод наиболее требователен к вычислительным ресурсам. Однако, в настоящее время существуют центры с суперкомпьютерами, выполняются параллельные вычисления и используются другие способы для выполнения затратных расчетов. На основании этого, метод DNS может быть внедрен в практику расчета проточной части насосов для получения наиболее точного результата расчета.

По методу DNS решаются уравнения Навье-Стокса напрямую непосредственно без применения моделей турбулентности (например, модели «k-ε») в отличие от других методов расчета.

При решении уравнений Навье-Стокса находят для любой точки в потоке скорость течения и давление. Результатом расчета по методу DNS является нахождение этих параметров потока.

По методу DNS возможно выполнение расчета течения для различных значений числа Re.