NAERINGSPH-Nærings-phd

OneSubsea designer pumper som er laget for å pumpe en blanding av væske og gass. Internt i disse pumpene finner man kompliserte strømningsforhold. Dette gir opphav til krefter som virker på pumpens roterende deler og kan forårsake vibrasjoner. I store pumper kan det være utfordrende å håndtere kreftene som oppstår og man risikerer at pumpens operasjonsområde må begrenses i henhold til dette. Prosjektets formål er å øke evnen til å forutsi kreftene som oppstår i pumpene, ved hjelp av simuleringer av strømningen. Dette kan gjøre det mulig å bestemme om og når det vil oppstå vibrasjoner i pumpen. Samtidig kan økt kunnskap om fenomenet gjøre det mulig å dempe eller eliminere kreftene. I så fall vil pumpens operasjonsområde bli utvidet og virkningsgraden forbedres. Dette gir positive ringvirkninger, for eksempel i form av et redusert energibehov, og dermed et mindre karbonavtrykk, ved produksjon eller transport av olje og gass. I prosjektet er det planlagt å utføre eksperimenter med en pumpe som har et gjennomsiktig trykkskall. Dette gjør det mulig å filme pumpens interne deler med et høyhastighetskamera og kartlegge hvilke strømningsforhold som oppstår under forskjellige omstendigheter. Forsøkene gir en unik mulighet til å sammenligne de faktiske strømningsforholdene med resultater fra simuleringer for å bekrefte om simuleringen gjenskaper egenskapene til strømningen. Her vil en del av arbeidet være å finne ut hvilke forenklinger som kan gjøres i simuleringene uten at det svekker tilliten til resultatene. Videre er det planlagt å utarbeide en fremgangsmåte for å gjøre simuleringer av en pumpe som vibrerer, da vibrasjonene vil føre til at nye krefter oppstår. Resultater fra slike simuleringer er viktige for å forbedre stabilitetsanalyser av pumpens sammenstilling. Arbeidet med effektive og kvalitetssikrede simuleringsmetoder er spesielt verdifullt ved at det kan spare industrien for mange kostbare og energikrevende tester.

Prosjektet omhandler de interne strømningsforholdene i aksialpumper bestående av åpne heliks-impellere og tilhørende diffusorer. Impellerens geometri tilsier at strømningen er relativt kompleks og kaotisk. Testerfaring viser at ustabiliteter i strømningen forårsaker dynamiske krefter fra fluidet på impellerne, som igjen kan føre til vibrasjoner i pumpens roterende deler. Økt innsikt i strømningens detaljer, samt evnen til å bruke simuleringer til å forutsi kreftene som oppstår, vil gjøre det mulig å bestemme innslagspunktet for vibrasjoner og potensielt dempe eller eliminere dem. Arbeidets omfang inkluderer å utføre eksperimenter med en nedskalert pumpe, validere og videreutvikle numeriske strømningsberegninger (CFD) og beskrive fluiddynamikken basert på dette. Eksperimentene involverer en aksialpumpe med gjennomsiktig trykkskall som gjør det mulig å filme strømningen med høyhastighetskamera. Resultater fra CFD vil bli sammenlignet med eksperimentelle data for å oppnå en tilnærming som kan gjenskape strømningen i tilstrekkelig grad. Videre er det planlagt å utarbeide en fremgangsmåte for å simulere en eksentrisk impeller og validere denne. Prosjektresultatene vil forbedre evnen til å forutsi pumpenes ytelse og stabilitet. Dette er avgjørende i utviklingen av nye pumper med høyere ytelse. Detaljert kunnskap om strømningsforholdene er også viktig for å kunne forbedre virkningsgrad og eventuelt utvide applikasjonsområdene for pumpene.