Document
Factors for controlling the rotor-dynamic response of a multi-stage centrifugal pump
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2008
Language
English
Subject
English abstract
Multi-stage centrifugal water injection pumps are used by oil producing organizations for enhanced oil recovery. In one such installation, a 14-stage centrifugal pump driven by a 730 kW electric motor at nearly constant speed of 2975 RPM was used. However, after almost 3 years of operation, it was found that the injectivity of the water disposal well had deteriorated badly due to oil fractions in water which tend to block the underground formation. Due to this problem and because of the speed limitation of the pump, back pressure on the pump discharge had grown up to unacceptable levels and kept on fluctuating. To overcome this problem; installing a variable speed drive (VSD) unit to the existing pump was considered as an option. The hydraulic capacity of the pump was checked and found suitable for higher discharge heads but the dynamic capability of the pump rotor for the intended speed range need to be investigated.
The aim of this work is to assess the rotor-dynamic implications of running a fixed speed water injection pump over a variable speed range for new operational requirements. A rotor-dynamic model is developed using finite element method (FEM) for the rotor including impellers, bearings and seals. The model is used to study the existing configuration of the pump and to validate its dynamic behavior under the current operating conditions. The model is next used to simulate the pump rotor-dynamic behavior under various speeds within the proposed operating range. Critical speed maps, stability analysis, unbalance responses and transients of the system are investigated for evaluating the suitability of this pump for the intended operation. The effects of different parameters on the system performance are also examined. The study helps in identifying the operating envelope of the pump.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
تستخدم مضخات الطرد المركزي ذوات المراحل المتعددة في عدة أوجه منها إعادة ضخ المياه إلى باطن الأرض بمعدلات ضغط عالية للمساعدة في زيادة كميات إنتاج النفط الخام في الحقول النفطية. و في واحدة من هذه الاستخدامات توجد مضخة طرد مركزي ذات 14- مرحلة تدار بواسطة محرك كهربائي طاقته 730 كيلووات بسرعة ثابتة تبلغ 2975 دورة في الدقيقة. و بعد حوالي 3 سنوات من الاستخدام المتواصل لهذه المضخة تبين أن البئر الذي يستخدم لحقن المياه قد انخفضت كفاءته بشكل كبير بسبب وجود تركيز عالي لبقايا النفط الخام في الماء المصفي والمراد حقنه في هذه البئر وهذا غالبا يتسبب في غلق مسامات الصخور في التكوينات الجيولوجية تحت الأرض. وبسبب هذه المشكلة إضافة إلى محدودية سرعة المضخة أرتفع مستوى الضغط المعاكس لضغط المضخة إلى درجة غير مقبولة مما قد يؤدي إلى انهيار كفاءتها وبالتالي توقف منشآت الإنتاج المرتبطة بها. وللتغلب على هذه المعضلة اقترحت تحويل نظام عمل هذه المضخة من سرعة ثابتة إلى سرعة متغيرة عبر إضافة نظام التحكم بالسرعة عن طريق تغيير التردد الكهربائي
VARIABLE - SPEED DRIVE - VSD .
تهدف هذه الرسالة إلى دراسة النتائج المترتبة من عملية تحويل طريقة عمل هذه المضخة من سرعة ثابتة (2975 دورة في الدقيقة) إلى سرعة متغيرة (من 3000 إلى 12400 دورة في الدقيقة) و مدي تأثير هذا التغير على السلوك الديناميكي للمضخة وأنظمتها.
وبناء على المعطيات والمعلومات الهندسية المتوفرة فقد صممت نموذجا رياضيا يحاكي ديناميكية المضخة باستخدام طريقة:
FINITE - ELEMENT MODELING - FEM وقد استخدمت هذا النموذج الرياضي لمحاكاة الأوضاع الديناميكية تحت ظروف عمل مختلفة وفي مجال تغير السرعة المفترض. كما استخدمت هذا النموذج الدراسة تأثير خواص الأنظمة الملحقة بالمحاور على السلوك الديناميكي العام للمضخة.
VARIABLE - SPEED DRIVE - VSD .
تهدف هذه الرسالة إلى دراسة النتائج المترتبة من عملية تحويل طريقة عمل هذه المضخة من سرعة ثابتة (2975 دورة في الدقيقة) إلى سرعة متغيرة (من 3000 إلى 12400 دورة في الدقيقة) و مدي تأثير هذا التغير على السلوك الديناميكي للمضخة وأنظمتها.
وبناء على المعطيات والمعلومات الهندسية المتوفرة فقد صممت نموذجا رياضيا يحاكي ديناميكية المضخة باستخدام طريقة:
FINITE - ELEMENT MODELING - FEM وقد استخدمت هذا النموذج الرياضي لمحاكاة الأوضاع الديناميكية تحت ظروف عمل مختلفة وفي مجال تغير السرعة المفترض. كما استخدمت هذا النموذج الدراسة تأثير خواص الأنظمة الملحقة بالمحاور على السلوك الديناميكي العام للمضخة.
Category
Theses and Dissertations