Диссертация (1172978), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Дано описание установки.Разрабатываемый стенд имеет вертикальное расположение насосной части, вкоторой вертикально располагаются ступени ЭЦН. Это связано, в первую очередь, стем, что в скважине насосная сборка работает преимущественно в вертикальномположении, а не в горизонтальном.В связи с тем, что изменение вязкости модельной жидкости будет достигатьсяпутем её нагрева, то в мерном баке стенда устанавливается нагревательный элемент изамер температуры модельной жидкости проводится непосредственно за испытываемойсборкой.ДляучетаподачисборкиступенейЭЦНиспользуетсярасходомер,предназначенный для работы с вязкой модельной жидкостью.Ступени ЭЦН, выбранные для испытаний на стенде, должны удовлетворятьследующим требованиям: Материалступенейитехнологияшероховатость поверхностиихизготовления,а,следовательно,были различные, для дальнейшего усреднениярезультатов. Для испытаний был выбран один диаметральный габарит ступеней с закрытымиколёсами, чтобы соблюдалось условие подобия течения жидкости.10При выборе модельной жидкости решено было руководствоваться следующимикритериями: Близость, с исследовательской точки зрения, к реальной жидкости; Безопасность (пожаробезопасность, нетоксичность, неядовитость, удовлетворениесанитарных норм); Легкодоступность в необходимых объемах для проведения испытаний; Модельная жидкость должна быть ньютоновской; Для получения данных, благодаря которым возможно будет произвести анализ иполучить расчетные зависимости, выбраны следующие значения вязкости: 1, 3, 5,7, 10, 12, 15, 20, 30, 50, 60, 80, 100 сСт.По представленным выше требованиям был разработан и изготовлен стенд УНГВ1 для получения характеристик ЭЦН.
Общий вид стенда представлен на рисунке 3.Рисунок 3 - Общий вид стенда для испытаний ступеней ЭЦН (УНГВ-1)11В третьей главе описаны стендовые исследования, проведенные на ступеняхразличной геометрии и изготовленные из различного материала. Приведены результатыэтих экспериментов, проведен анализ результатов исследований. При испытанияхпроведены следующие работы:1) Приготовление модельной жидкости и определение вязкости в зависимости оттемпературы;2) Испытание ступеней на стенде на жидкостях с разной вязкостью;3) Построение напорных и энергетических характеристик;4) Определение относительных погрешностей экспериментальных величин.Наоснованиипредставленныхвовторойглаветребованийнаиболееприменяемыми на практике являются ступени 5 и 5А габарита.
Решено было проводитьиспытания ступеней 5 габарита.На основании сформулированных ранее требованиях выбрана следующаямодельная жидкость: глицерин + тосол (в определённой пропорции). Были проведеныиспытания подтвердившие, что выбранная модельная жидкость – ньютоновская.В работе представлены физико-химические свойства материалов испытываемыхступеней и модельной жидкости.Некоторые результаты экспериментов представлены на рисунках (4) и (5).Анализ полученных графиков показал, что при увеличении вязкости происходитзначительное изменение напорных и энергетических характеристик насоса.
Можнопредположить, что это связано с возрастанием толщины пограничного слоя на выходеиз рабочего колеса при увеличении вязкости, что в свою очередь приводит к изменениюширины канала рабочего колеса, что показано, в частности, в работе Бажайкина С.Г.Установлено, что максимальный КПД при вязкости 100 сСт находится вдиапазоне от 3,5% до 6%. Это является очень малым значением для добычи нефти идальнейшее увеличение вязкости скорее всего приведет к значениям КПД близким к 0%.Следовательно, при таком режиме работы добыча нефти нецелесообразна и применениеЭЦН крайне неэффективно.Анализ показал, что относительное отклонение коэффициентов пересчета,полученных при помощи формул 1÷3 Ляпкова П.Д. от формул4÷6 являетсязначительным (см.
рис. 6). При кинематической вязкости от 1 до 40 сСт коэффициенты12Экспериментальныеточки6,565,551 сСтНапор,м4,53 сСт43,510 сСт330 сСт2,52100 сСт1,510,500102030405060Подача, м³/сутРисунок 4 – Напорная характеристика ступеней из нирезиста при значении вязкостиот 1сСт до 100 сСт (▬▬ - вязкость 1 сСт; ●●● - вязкость 3 сСт; ▬ ▬ - вязкость 10сСт; ▬ ●● ▬ - вязкость 30 сСт; ▬▬ ▬▬ - вязкость 100 сСт).Экспериментальныеточки35301 сСт25КПД, %3 сСт2010 сСт1530 сСт100 сСт10500510152025303540455055Подача, м³/сутРисунок 5 – Энергетическая характеристика ступеней из нирезиста при значениивязкости от 1сСт до 100 сСт (▬ - вязкость 1 сСт; ●●● - вязкость 3 сСт; ▬ ▬ вязкость 10 сСт; ▬ ●● ▬ - вязкость 30 сСт; ▬▬ ▬▬ - вязкость 100 сСт).13пересчетапо формулам Ляпкова П.Д.
имеют погрешности (при анализе всехиспытанных сборок): коэффициентов пересчета для подачи – до 85%, коэффициентовпересчета для напора – до 23%, коэффициентов пересчета для КПД – до 26%.Рисунок 6 - Сравнение коэффициентов пересчета для подачи, напора и КПД дляступеней плавающего типа, выполненных из Нирезиста (■ - расчетные точки;▬ - линия аппроксимации).При вязкости модельной жидкости свыше 60 сСт коэффициент полезногодействия находится на уровне не выше 14% для ступеней нормального коэффициента14быстроходности (80 ≤ ns ≤ 150, классификация согласно Касьянову В.М.) и не выше 10%для ступеней тихоходного коэффициента быстроходности (ns < 80).
В связи с чем, встаетвопрос о целесообразности использования ЭЦН 5 габарита при частоте вращения вала2910 об\мин на вязкостях свыше 60 сСт.При увеличении вязкости перекачиваемой жидкости характеристики насосасмещаются влево, в сторону «нулевой подачи». При этом наблюдается уменьшениезначений характеристики в оптимальном режиме при увеличении вязкости. Например,для ступеней из материала нирезист, 5 габарита, Qопт.в.=30 куб.м/сут при вязкости ν=30сСт подача насоса снижается на 50%, напор - на 17,25%, КПД – на 66,67%.В четвертой главе осуществлено усовершенствование методики определенияхарактеристики центробежного насоса для добычи нефти при работе на вязкойоднофазной жидкости.
Представлена последовательность действий при вычислениикоэффициентов пересчета и получение новых формул для их нахождения.Произведен расчет числа Рейнольдса по рассмотренным выше формулам 9. Далеепо формуле Черчилля найден коэффициент гидравлического сопротивления λ, а такжепроизведен расчет log(Re) и log(100*λопт).Ниже показан график зависимости коэффициента гидравлического сопротивленияλ от числа Рейнольдса в координатах log(100*λопт) – log(Re). На рисунке 7 видим точки,лежащие на одной прямой в левой части графика. Проводя аналогию с графикамиНикурадзе И.И. и Мурина Г.А. можно заметить, что полученные точки образуютпрямые, которые соответствуют ламинарному режиму течения, точки, которые идутвверх в средней части графика соответствуют переходному режиму течения, а точкилежащие правее – турбулентному режиму.
В связи с тем, что при движении жидкости вканалах насоса имеется вихреобразование, поток жидкости не является тольколаминарным или турбулентным,как принято в прямолинейных трубах. Аследовательно, полученные прямые будут характеризовать условно ламинарный,условно переходный и условно турбулентный режимы.На рисунке 8 показаны сравнения погрешностей коэффициентов пересчета,рассчитанных по моим формулам 14÷19 и формулам Ляпкова П.Д.
от кинематическойвязкости.В четвертой главе показаны формулы для определения коэффициентов пересчетадля подачи, напора и КПД. В ходе экспериментов, не удалось установить четкую15границу переходного режима течения жидкости, для тихоходных колес эта границаравнялась Re≈, а для колес нормальной быстроходности Re≈. Имеетсяпредположение, что это связано с геометрическим различием каналов ступеней ЭЦН.1,4Log(100*λ(Qопт))1,210,810,620,430,202,533,544,55Log(Re)Рисунок 7 - Коэффициент гидравлического сопротивления λ от числа Рейнольдсав координатах log(100*λопт) – log(Re) для ступеней плавающего типа, выполненных изНирезиста (♦ - расчетные точки, условно ламинарный режим; ■ - расчетные точки,условно переходный режим; ▲ - расчетные точки, условно турбулентный режим).Коэффициенты пересчета для ступеней тихоходной конструкции:(14)(15)(16)16Рисунок 8 – Сравнение относительных погрешностей коэффициентов пересчетапри испытании ступеней из Нирезиста, плавающего типа (■ - расчетные точки,полученные при расчете по формулам Ляпкова П.Д.; ♦ - расчетные точки, полученныепри расчете по новым формулам; ▬ - линии аппроксимации).17Коэффициенты пересчета для ступеней нормальной конструкции:(17)(18)(19)Сравнение коэффициентов, полученных по выведенным формулам 14÷16 и 17÷19с коэффициентами, рассчитанными по методике П.Д.Ляпкова, показало, что результатыэкспериментов наиболее близко расположены к результатам, рассчитанным попредложенным в данной работе формулам.Получен важный результат о применении ступеней ЭЦН при работе на вязкойжидкости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
