مطالعه عددي تاثير فاصله و زاويه ميان هاب و شرود در گذرگاه خروجي ايمپلر يك طبقه از پمپ ESP

Numerical study of the effect of angle and distance between hub and shroud at the output passage of impeller on one stage of ESP pump

استفاده از پمپ‌هاي گريز از مركز در صنايع نفتي كاربرد فراوان و نقشي حياتي دارند. از اين رو بهينه سازي پمپ‌هاي گريز از مركز مورد استفاده در صنايع نفتي از اهميت بالايي برخوردار است. در اين مقاله جريان سه‌بعدي در پمپ گريز از مركز غوطه‌ور الكتريكي شبيه‌سازي عددي شده و اثر فاصله و زاويه ميان هاب و شرود در كانال خروجي ايمپلر پمپ بر عملكرد آن ارزيابي شده است. هدف از اين مقاله بررسي اثر تغييرات هندسي ايمپلر بر عملكرد و الگوي جريان درون يك طبقه از پمپ مي‌باشد. مدل ارائه شده در اين مقاله يك پمپ گريز از مركز با سرعت دوراني 3500 دور بر دقيقه با شش پره ايمپلر و هشت پره ديفيوزر مي‌باشد. اين تحقيق با استفاده از نرم افزار سي.‌اف.‌ايكس انجام شده‌است. براي مد‌ل‌سازي حركت ايمپلر و ديفيوزر از روش قاب‌هاي مرجع چندگانه و براي ارتباط ميان آنها از رابط روتور ايستا بهره گرفته شد. همچنين با بكارگيري مدل آشفتگي كا امگا اس.‌اس.‌تي شبيه‌سازي انجام شده است. نتايج شبيه‌سازي مطابقت خوبي با نتايج تجربي دارد. نتايج حاصل از اين تحقيق نشان مي‌دهد كه با افزايش 8.25 درجه در زاويه ميان هاب و شرود مقادير هد و راندمان پمپ افزايش مي‌يابند. همچنين نتايج نشان دادند كه مقدار بهينه فاصله ميان هاب و شرود با هدف بيشينه شدن همزمان هد و راندمان، 1 ميليمتر مي‌باشد. تغيير همزمان دو پارامتر يك طبقه از پمپ باعث افزايش 7.6% هد و افزايش 1.65% راندمان شد، اين تغييرات بيشتر به واسطه كاهش ناحيه جدايش جريان روي پره هاي ديفيوزر رخ داده است.

The centrifugal pumps are widely used in the oil industry and play a vital role. Thus, performance optimization is very important in the centrifugal pumps. In this paper, 3-D flow of centrifugal ESP pump has been numerically simulated. This study aimed to investigate the geometrical variation effect on the performance and flow pattern inside one stage of the pump. For this purpose, the effect of distance and angle between hub and shroud at passage outlet of impeller on pump performance has been assessed. The presented model is centrifugal pump with 3500 rpm with six blades for impeller and eight blades for diffuser. The ANSYS-CFX software has been used in this investigation. Frozen rotor is used in order to model the impeller and diffuser, movement of the multi reference frame and for interconnection of them. Furthermore, the K-ω sst turbulence model is applied. The results of simulation are well-adapted with experimental results. The result of this study demonstrated that by increasing 8.25 degree of the angle between hub and shroud, the amount of head and efficiency rise up in the pump. It also shows the optimum distance between hub and shroud by considering the goal of simultaneous maximizing of head and efficiency is 1 mm. Variation of two parameters of one stage of pump, simultaneously, causes the head to increase by 7.6% and efficiency by 1.65%. These variations have occurred due to the separation region of flow decrease on the surface of the diffuser blades.