Цифровой двойник УЭЦН
ОПИСАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ
Университетский зеркальный инжиниринговый центр Сургутского государственного университета работает в партнерстве с Центром компьютерного инжиниринга СПбПУ CML (CompMechLab®).


CML имеет опыт построения «умных» моделей установок электроприводного центробежного насоса (УЭЦН) для определения гидродинамических характеристик ступени погружного насоса и учета влияния частиц песка на поверхности элементов насоса, что позволяет повысить КПД насоса. CML имеет опыт в оценке ресурса деталей и прогнозе износа деталей и выхода их из строя.


CML на регулярной основе работает с КБ и промышленными предприятиями, работая по программам импортозамещения и разработки конкурентоспособной продукции, решая при этом проблемы механики композитов и композитных структур в меж-, мульти- и трансдисциплинарных задачах.
ОПИСАНИЕ ПРОБЛЕМЫ
Преждевременный износ элементов УЭЦН, снижение надежности, вследствие высоких нагрузок, особенностей расположения месторождения, увеличение напоров насосов и содержание свободного газа на их приеме, отложение солей, увеличение температуры откачиваемой жидкости и узлов погружного оборудования, вынос механических примесей и другими осложняющими факторами, приводит к преждевременному отказу работы, сокращению средней наработки на отказ погружного оборудования, увеличивает стоимость подъема, а также уменьшению межремонтного периода эксплуатации скважин.

Самые распространенные причины отказа работы УЭНЦ:
• отказ электроцентробежного насоса,
• отказ насосно-компрессорных труб,
• отказ ПЭД (погружной электродвигатель).

В более частном случае:
• засорение приема насоса механическими примесями
(содержание механических примесей в жидкости),
• коррозия (коррозионные свойства жидкости),
• износ (абразивные частицы в жидкости).
РЕШЕНИЕ
В последние годы нефтяная промышленность получает большое количество новых видов УЭЦН, для изготовления которых все чаще применяются высококачественные материалы и инновационные технологии. В настоящее время ряд российских фирм продолжают работы по созданию бесштанговых насосов новых типов и типоразмеров и следят за рациональным применением разработанных конструкций.

Однако, при классическом подходе, внесение изменений в конструкцию УЭЦН и использование дополнительного оборудования, его проверка в лабораторных и полевых условиях – дорогостоящая и временезатратная процедура.

Решить описанные проблемы можно переходя к проектированию и передовому производству, драйвером которых является «умный» цифровой двойник, формируемый в результате численного моделирования и оптимизации на основе «умных» больших данных.

Предлагается провести:
• анализ прочности и жесткости (валов, лопаток, колес, корпусов,
кронштейнов обвязки, опор и др. элементов),
• моделирование высокоскоростных быстропротекающих процессов,
• нестационарные полномасштабные гидро- и газодинамические расчеты,
и оптимизация,
• анализ термонапряженного состояния, оптимизация охлаждения
лопаток и других элементов турбин,
• анализ работы теплообменников,
• анализ и оптимизация кинематики и динамики,
• анализ долговечности и живучести (рабочих лопаток, подшипников и др.).

При этом производится анализ первопричин возникновения «проблемной зоны» для того, чтобы обозначить критические условия эксплуатации анализируемого компонента УЭНЦ. Систематизация отказов работы в зависимости от причины их возникновения помогает установить самые проблемные зоны и в приоритно-эффективном порядке предсказывать проблемы.

ОПИСАНИЕ ПРОДУКТА
Создаваемый в рамках проекта «умный» цифровой двойник позволяет решать следующие задачи:
• повышение КПД УЭЦН;
• определение проблемных областей при эрозионном износе;
• определение распределения фаз, моделирование движения частиц твердой фазы в жидкой;
• решение проблемы износа из-за абразивных частиц
в жидкости;
• предотвращение засорения приема насоса
механическими примесями;
• решение проблемы образования кавитации.
Разработанная «платформа» в виде цифрового двойника для высокоадекватного численного моделирования работы УЭНЦ включает в себя: разработку цифрового двойника, разработку конечно-элементной модели для расчетов, в том числе создание моделей для моделирования процессов многофазной гидродинамики, разработку модели кинематики и динамики, моделирование долговечности и оптимизацию различных компонентов УЭНЦ.

При внедрении на производство изделий разработанных с использованием наукоемких технологий, а также решение комплексных проблем, в частности направленных на улучшение характеристик и увеличение жизненного цикла УЭНЦ будут реализованы на стыке различных областей прикладной гидрогазодинамики, теплопроводности, виброакустики, прочности и оптимизации. При этом учитываются все значимые характеристики, состав среды, характерные размеры твердых частиц, модели материалов, особенности геометрии компонентов и так далее.

В результате реализации проекта будет обеспечено:
• Увеличение КПД УЭЦН до 10%.
• Увеличение вероятности предсказания отказа на 30%.
• Увеличение срока службы УЭЦН до 30%.

В совокупности будет увеличен срок эксплуатации до 30%, из-за увеличения срока безотказной работы УЭЦН увеличится процент вероятности предсказания отказа. За счет снижения вибрационных нагрузок, устранения ряда перечисленных выше проблем, КПД УЭЦН будет увеличен до 10% и диапазон его изменения уменьшится.


КОМАНДА ПРОЕКТА
- Руководитель проекта
Олег Игоревич Рождественский
Руководитель дирекции Центра компетенций НТИ «Новые производственные технологии» СПбПУ
- Ответственный исполнитель
Алексей Юрьевич Максимов
Ведущий инженер отдела системного инжиниринга Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab®) СПбПУ (ИЦ «ЦКИ» СПбПУ)
- Координатор проекта
Екатерина Андреевна Аликина
Специалист Дирекции Центра компетенций НТИ «Новые производственные технологии» СПбПУ
- Координатор проекта от СурГУ
Петрова Юлия Юрьевна
Директор Института естественных и технических наук СурГУ
- Руководитель проектной команды со стороны СурГУ
Сысоев Сергей Михайлович
Директор Политехнического института СурГУ
- Координатор проекта Зеркального инжинирингового центра (ЗИЦ) СурГУ
Терещенко Владимир Владимирович
Начальник Управления по науке и инновациям СурГУ
This site was made on Tilda — a website builder that helps to create a website without any code
Create a website