Повышение эффективности погружных многоступенчатых насосов на основе гидрофобизации поверхностей проточной части

Повышение эффективности погружных многоступенчатых насосов на основе гидрофобизации поверхностей проточной части = Improving the Efficiency of Submersible Multistage Pumps Based on the Hydrophobization of the Flow Part Surfaces / Г. А. Кромм, Н. А. Дробницкий, А. В. Волков [и др.] // Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. Энергетика. – 2024. – № 5. – С. 425-439.

Abstract

В работе представлено экспериментальное исследование сборки из пяти ступеней установки электроприводного центробежного насоса (УЭЦН), проточная часть которого модифицирована согласно принципам биомиметики, а именно с помощью эффекта лотоса. В качестве объекта исследования выступал УЭЦН марки 5А-35. Поверхности лопастных систем рабочих колес и выправляющих аппаратов ступеней 5А-35 гидрофобизировались методом нанесения слоев поверхностно активного вещества (ПАВ). Степень гидрофобности рабочих колес оценивалась по величине среднего значения угла смачивания по замерам трех капель в трех точках на поверхности рабочего колеса. Определена шероховатость поверхности исследуемых рабочих колес по среднему арифметическому отклонению профиля Ra и высоты неровностей профиля Rz. Исследовались вопросы, связанные с влиянием модификации ПАВ-покрытием на солеотложение и коррозию. Для этого поверхности исходного и модифицированного рабочих колес подвергались интенсивному принудительному солеотложению в результате длительного пребывания в солевом растворе. Вывод о степени коррозионной стойкости образцов выполнен посредством изменения их массы, которое было обусловлено формированием солевых отложений за 15 ч пребывания в растворе, а также с помощью метода капли. Оба способа показали, что ПАВ-покрытие может служить ингибитором солеотложения, а модифицированное им рабочее колесо насоса имеет повышенную коррозионную стойкость. Так, в ходе сравнительных испытаний на модифицированный образец рабочего колеса за 15 ч выдерживания в насыщенном солевом растворе отложилась меньшая масса соли, чем на исходный образец. Это свидетельствует о том, что слой ПАВ препятствует закреплению солевых отложений на рабочих поверхностях ступени. На модифицированном образце, исследуемом по методу капли, цвет индикатора менялся за 20 мин, а на исходном – за 2 мин. Проведены экспериментальные исследования, в ходе которых определены энергетические параметры работы насосного пакета из пяти ступеней 5А-35 с исходными и модифицированными ПАВ-покрытием рабочими колесами. Исследования показали повышение КПД на 2 % у насосного пакета ступеней с модифицированными рабочими колесами. Результаты исследования могут быть полезны в нефтедобывающей, химической отрасли, а также в сфере ЖКХ.

Abstract in another language

The paper presents an experimental study of an assembly of five stages of an electric centrifugal pump (ECP) installation, the flow part of which is modified according to the principles of biomimetics, namely using the “lotus leaf effect”. The object of the study was a 5A-35 ECP. The surfaces of the blade systems of impellers and guide devices of stages 5 A-35 were hydrophobized using the method of applying surfactant layers. The degree of impellers hydrophobicity was estimated by the wetting angle average value measured by three drops at three different points on the impeller surface. The impellers surface roughness under study was determined by the arithmetic mean profile deviation Ra and the profile height irregularities Rz. The issues related to the surfactant coating modification effect salt deposition and corrosion were studied. For this purpose, the surfaces of the original and modified impellers were subjected to intensive forced salt deposition as a result of prolonged exposure to saline solution. The conclusion about the samples corrosion resistance degree was made by changing their mass, which was due to the salt deposits formation during 15 hours of stay in solution, as well as using the drop method. Both methods have shown that the surfactant coating can serve as a salt deposition inhibitor, and the pump impeller modified by it has increased corrosion resistance. Thus, during comparative tests, a smaller mass of salt was deposited on the modified impeller sample during 15 hours of exposure in saturated saline solution than on the original sample. This indicates that the surfactant layer prevents the salt deposits fixation on the working surfaces of the pump stage. On the modified sample examined by the drop method, the indicator color changed in 20 minutes, and on the original one – in 2 minutes. Experimental studies have been carried out, during which the operation energy parameters of a five stages 5A-35 pumping package with initial and modified surfactant-coated impellers have been determined. The studies have shown a 2 % increase in efficiency in the pum-ping package of stages with modified impellers. The results of the study can be useful in the oil production, chemical industry, as well as in the housing and communal services sector.