Development of a mathematical model of screw pump units adapted for computational complexes

Статья посвящена моделированию гидравлических процессов при перекачке сверхвязких нефтей с применением винтовых насосов. Объектом исследования является двухвинтовой насос, входящий в состав агрегата винтового насосного объемного НВГ260-88ВОТ4, эксплуатируемого АО «Транснефть – Север». Cформулирована проблема отсутствия нормативных документов, определяющих порядок технологических расчетов перекачки сверхвязких нефтей с использованием двухвинтовых насосов, пригодных для реализации в АРМ технолога и других программных комплексах, применяемых в АО «Транснефть – Север». Проведен сравнительный анализ методик расчета теоретической подачи насоса, определена действительная подача, установлено влияние реологических свойств жидкости на энергетические характеристики насоса. На основе исследований по рассматриваемой проблематике и принципов теории подобия разработана унифицированная математическая модель двухвинтового насоса, позволяющая производить расчет гидравлических и энергетических характеристик его работы. Предложены аналитические зависимости энергетических характеристик, функции пересчета этих характеристик с одних эксплуатационных параметров на другие. Проведена апробация и адаптация математической модели к фактическим эксплуатационным характеристикам двухвинтового насоса. Результатом является методика расчета двухвинтовых насосов, пригодная для выполнения технологических расчетов и использования в программно-вычислительных комплексах расчетов режимов работы магистральных нефтепроводов. Increasing share of high-viscosity oils in the total oil production sets a task of improving oil pumping technologies to gain efficiency, reduce associated economic and energy costs. The paper is devoted to modeling hydraulic processes occurred at ultra-viscous oils pumping using screw pumps. The study object is a twin-screw pump that is a part of positive-displacement screw pump unit NVG260–88VOT4 operated by Transneft North, JSC. The authors formulated the lack of regulatory documents defining the procedure for technological calculations of pumping ultra–viscous oils using twin-screw pumps suitable for implementation in the Technologist’s workstations and other software systems used in Transneft North, JSC. Comparative analysis of methods for calculating the theoretical pump flow rate was carried out, the actual flow rate was determined, and the influence of the rheological properties of the liquid of the liquid on the pump energy characteristics was established. Based on studies of the considered problems and the principles of similarity theory, the authors have developed a unified mathematical model of a twin-screw pump allowing to calculate the hydraulic and energy characteristics of its operation. Analytical dependences of energy characteristics, functions of recalculation of these characteristics from one operational parameter to another are proposed. The mathematical model was tested and adapted to actual operational characteristics of a twin-screw pump. The study result is a method for calculating twin-screw pumps, suitable for performing technological calculations and for use in software and computing complexes for calculating operation modes of main oil pipelines.