Энергоэффективные скважинные насосы

При использовании для выбора насосного оборудования методики оценки стоимости жизненного цикла для потребителей определяющими факторами становятся энергоэффективность и надежность. Создание современного насосного оборудования невозможно без применения методов вычислительной гидродинамики и компьютерного моделирования. Подобные методы позволяют значительно сократить время на разработку геометрии проточной части рабочих органов насосов и получить оптимальный результат за счет замены физического эксперимента численным.

Примером использования современного подхода к проектированию нового насосного оборудования может служить создание компанией ОАО "Группа ГМС" насосов новой серии 3ЭЦВ, в частности насоса 3ЭЦВ10-120. В качестве основных исходных требований для проектирования приняты высокий КПД, стабильная форма напорной характеристики и невозрастающая форма мощностной характеристики. Стабильная форма напорной характеристики позволяет использовать насосы для параллельной работы, в том числе в составе повысительных насосных станций, регулировать режим работы насосной станции в зависимости от меняющихся требований системы и за счет этого значительно сократить энергопотребление.

Требование к форме мощностной характеристики продиктовано необходимостью ограничить потребляемую насосом мощность при увеличении подачи свыше номинального значения. Это позволяет не перегружать электродвигатель даже при работе за пределами рабочего диапазона и, соответственно, значительно повысить надежность агрегата. Проектирование насосов с использованием методов вычислительной гидродинамики включает в себя следующие этапы.

1. Создание 3D модели ступени, состоящей из рабочего колеса и направляющего аппарата. На базе 3D модели строится "жидкотельная" модель, определяющая области течения жидкости в рабочем колесе и направляющем аппарате.
2. Создание расчетной сетки в области течения.
3. Численный эксперимент. Расчет представляет собой решение системы уравнений гидродинамики с учетом различных ограничений и начальных условий.

Рис. 1. "Жидкотельная" модель трех ступеней насоса
Рис. 2. Расчетная сетка рабочего колеса
Рис. 3. Распределение скорости жидкости в направляющем аппарате насоса 3ЭЦВ10-120

Результатами расчета являются характеристики насоса. Проведение численного эксперимента также позволяет визуализировать картину течения жидкости в каналах насоса и показать распределение скоростей, давления. По результатам расчета вносятся изменения в геометрию проточной части и, таким образом достигается оптимальный результат.

В результате проведенных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ созданы насосы нового поколения 3ЭЦВ10-120, отвечающие современному техническому уровню по параметрам энергоэффективности, надежности и, соответственно, стоимости жизненного цикла. Это достигается благодаря внедрению целого ряда новых разработок и решений, основными из которых являются:

• применение современных методов компьютерного моделирования;
• изготовление насосной части из нержавеющей стали, что позволяет сохранять расчетные параметры в течение всего срока эксплуатации насосов;
• комплектация герметичными электродвигателями, с высокими энергетическими характеристиками, внутренней полостью, изолированной от перекачиваемой жидкости, усовершенствованной защитой от песка, подшипниками из современных композитных материалов, увеличенным сроком службы.

Таким образом, использование скважинных насосов нового поколения 3ЭЦВ позволяет потребителю повысить энергоэффективность насосных систем и сократить затраты на эксплуатацию.