IZBOLJŠANJE CENTRIFUGALNE ČRPALKE Z VORTEX ROTORJEM

Povzetek

Spremembe geoloških pogojev in strukture plasti nahajališč surove nafte, kot so staranje vrtin med črpanjem nafte, vodijo k zmanjšanju tlaka v nahajališču ter k povečanju vsebnosti vode, plina in abrazivnih vključkov med črpanjem surove nafte. Hkrati se produktivnost črpanja manjša, tako se dandanes več kot 60% črpanja nafte izvaja s potopnimi črpalkami, ki jih poganjajo elektromotorji. Zato je razumljiva tendenca k nenehnim izboljševanjem potopnih črpalk, njihovih »produkcijskih« karakteristik kot so tok (dotok), tlak (glava) in učinkovitost. Izboljšave omogočajo večjo ekonomičnost in energijsko varčnost in posledično pozitivno vplivajo na okolje, kar je pomembno pri trajnostnem razvoju energetike. Eden od načinov izboljšave delovanja centrifugalnih črpalk je uvedba tako imenovanih koherentnih strukturnih vrtincev in turbulence v okoliškem področju, dodanih na koncu rotorja, kar je že potrjeno z eksperimenti in numerično. Zasnovan je nov tip črpalke, imenovan centrifugalna vrtinčna črpalka, ki združuje prednosti dveh črpalk, in sicer visoko vrednost vrtinčne stopnje in visoko učinkovitost centrifugalnega dela. Centrifugalne črpalke zagotavljajo višjo stopnjo pretoka pri nižjem tlaku, vrtinčne črpalke pa višji tlak pri nižji stopnji pretoka. Raziskava energijskih transformacij v centrifugalni vrtinčni črpalki, opisani v tem članku, je bila izvedena z numeričnimi simulacijami toka v centrifugalni črpalki, centrifugalni vrtinčni črpalki in posebej v vrtinčnem delu centrifugalne vrtinčne črpalke. Izvedene so bile meritve relevantnih parametrov in učinkovitosti črpalke na fizičnem modelu. Rezultati meritev so bili uporabljeni kot eksperimentalna potrditev numeričnih simulacij in obratno, vizualizacija tokov numerične simulacije je bila uporabljena za razlago meritev. Izvedena je bila ocena prispevka vrtinčnega dela rotorja na glavi črpalke. Vpliv vrtinčnega dela rotorja na učinkovitost vrtinčne črpalke je primerjan s centrifugalno črpalko enake geometrije. Za boljše razumevanje energijskih transformacij, ki so posledica interakcije med tokom iz kanalov centrifugalnega dela centrifugalnega vrtinčnega dela rotorja in vrtincev na vrtinčnem delu centrifugalnega vrtinčnega rotorja ter hkratne interakcije s statorjem, je bila izvedena tudi analiza strukture toka.