Математическая модель ученых Пермского Политеха позволит избежать проблем при транспортировке газа
Преодолевая большие расстояния, газ теряет энергию в результате трения о стенки трубопровода. Поэтому для поддержания рабочего давления в газопроводе через каждые 100-130 км строятся газокомпрессорные станции, оснащенные газотранспортной установкой. Аварийное отключение установки может привести к нарушению сроков поставки природного топлива и финансовым потерям, поэтому к ее элементам предъявляются высокие требования по надежности работы. Одной из причин аварийного отключения установки является превышение допустимого уровня вибрации вращающейся части двигателя - ротора. Ученые Пермского Политеха обнаружили основные причины возникновения вредоносных колебаний компрессора и создали упрощенную матмодель для борьбы с ними.
Исследование опубликовано в журнале «Journal of Physics: Conference Series» 2023 года. Оно финансировалось РФФИ в соответствии с научно-исследовательским проектом № 20-47-596003. Работа проводилась с использованием ресурсов суперкомпьютера ПНИПУ с пиковой производительностью 24 TFLOPS.
Существующие сегодня матмодели конструкции газотранспортной установки позволяют провести анализ на предмет возникновения непредсказуемых колебаний. Однако из-за необходимости отдельно исследовать процесс, приводящий к нестабильной работе компрессора и связанного с ним элемента, возникают затраты времени на подготовку модели, верификацию, непосредственный расчет и обработку результатов. В связи с этим политехники создали упрощенную модель, позволяющую выполнять анализ для каждого отдельного элемента компрессора, такие как рабочие колеса, уплотнения, разгрузочное устройство.
— Моделирование проводилось в специальной программе, позволяющей создавать связанное взаимодействие жидкости и конструкции. В качестве модели для изучения процессов, происходящих в установке, был выбран ротор, состоящий из вала и диска. Ротор установлен на упругих опорах, — поделился инженер центра высокопроизводительных вычислительных систем Пермского Политеха Иван Черепанов.
— Проведенный анализ показал, что наибольшее влияние на колебания ротора оказывает начальное давление в газодинамическом зазоре, где наблюдается максимум амплитуды. Соответственно, наиболее значимым фактором, определяющим устойчивость ротора среди рассмотренных параметров, является начальное значение давления в зазоре газодинамического уплотнения, — сообщил доктор технических наук, профессор кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций», декан аэрокосмического факультета Владимир Модорский.
Упрощенная матмодель позволит сделать колебания ротора предсказуемыми, следовательно, увеличится производительность газокомпрессорной установки, а передача газа станет бесперебойной.