Анализ эффективности системы внешнего обогрева мерной емкости насосной установки от выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания

Введение. Статья посвящена исследованию эффективности обогрева или поддержания рабочей температуры жидкости, находящейся в мерной емкости передвижной насосной установки, от выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания. Цель работы — совершенствование процесса проектирования и снижение затрат на натурные эксперименты.

Материалы и методы. Для решения поставленной задачи были использованы методы численного анализа при расчете систем обогрева мерной емкости с внешним расположением трубопровода от выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) на примере широко распространенных установок ЦА-320, УНБ, АЧФ и др. Применен нестационарный нелинейный решатель газодинамических процессов (Siemens STAR-CCM+), позволяющий оценить правильность постановки задачи и значительно сокращающий затраты на полномасштабные натурные испытания.

Результаты исследования. Исследование проводилось для условий работы цементировочного агрегата на шасси «Камаз-43118» с насосом «СИН-32» и приводом от коробки отбора мощности на коробке переключения передач двигателя шасси.

В расчетной модели применен конвекционный тип теплопередачи между корпусом мерной емкости и окружающим воздухом; между корпусом мерной емкости и жидкостью; между трубопроводом выхлопной системы шасси и воздухом окружающей среды; между трубопроводом выхлопной системы и выхлопными газами.

В результате исследования получены графические зависимости изменения температуры жидкости мерной емкости в контрольных точках; распределение поля температур жидкости в мерном баке; распределение поля температур окружающего воздуха; линии потоков и поля скоростей окружающего воздуха и выхлопных газов ДВС.

Обсуждение и заключения. В ходе исследования выяснилась недостаточная эффективность рассматриваемой конструкции. Анализ данных позволяет предложить усовершенствованную конструкцию обогрева мерной емкости. Результаты, полученные в работе, могут быть использованы при расчетах подобных устройств, применяемых в установках гидроразрыва пласта и цементирования скважин.

1. Объединенные стандарты ТНК-ВР по соблюдению контроля качества при проведении ГРП и кислотных обработок. Июнь 2008. Version 11.1 [Электронный ресурс] / ТНК-ВР. — Режим доступа: https://www.petroleumengineers.ru/sites/default/files/qaqc_version_11.1_final.pdf (дата обращения: 20.01.18).

2. РД 39-00147001-2000. Инструкция по креплению нефтяных и газовых скважин [Электронный ресурс] / Управление по бурению газовых и газоконденсатных скважин ОАО «Газпром» ; НПО «Бурение» // Библиотека нормативной документации. — Режим доступа: https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293809/4293809149.htm (дата обращения 27.03.19).

3. Справочное руководство по цементировочному оборудованию / И. О. Безбородный [и др.]. — Москва : Недра, 1979. — 202 с.

4. Siemens STAR-CCM+ Multidiscipliary Design Exploration [Электронный ресурс] / Siemens. — Режим доступа: www.siemens.com/mdx (дата обращения: 11.05.18).

5. MAN Diesel & Turbo. Exhaust Gas System [Электронный ресурс] / MAN Energy Solutions. — Режим доступа: https://marine.man-es.com/applications/projectguides/4stroke/manualcontent/PG_M-n_L1624.pdf (дата обращения: 16.02.18).

6. Donaldson. Engine Horsepower & Exhaust Flow Guide [Электронный ресурс] / Donaldson Company. — Режим доступа: https://www.donaldson.com/content/dam/donaldson/engine-hydraulics-bulk/catalogs/Exhaust/North-America/F110028-ENG/Exhaust-Product-Guide.pdf (дата обращения: 20.05.18).