Упрощенную математическую модель для быстрого анализа отдельных элементов компрессорной установки на возможность возникновения в ней непредсказуемых колебаний разработали ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 21 апреля сообщает пресс-служба вуза.

Поскольку основные запасы природного газа в России сосредоточены в отдаленных, труднодоступных регионах страны, проблемы его транспортировки из мест добычи до потребителей являются актуальными для поставщиков газа.

Транспортировка газа в России в основном выполняется по сетям высокого давления. В процессе движения по трубопроводу поток газа из-за трения о стенки теряет энергию, поэтому для поддержания рабочего давления через каждые 100–130 км на газопроводе ставят газокомпрессорные станции с газотранспортной установкой.

Авария на такой установке может нарушить сроки поставки природного топлива заказчику, приведя к значительным финансовым потерям у поставщика. Этим обуславливаются высокие требования к надежности ее работы.

Причиной аварийного отключения установки может стать превышение допустимого уровня вибрации ротора двигателя ее компрессора. Исследования ученых Пермского Политеха помогли выявить основные причины возникновения опасных колебаний в компрессоре и создать упрощенную математическую модель, которая поможет исключать такую опасность на уровне проектирования установки.

Результаты исследования модели разработчики представили в статье «Численное исследование роторно-динамической системы с учетом зазоров газа в лабиринтных уплотнениях», опубликованной в Journal of Physics: Conference Series за 2023 год.

Модель ученых ПНИПУ позволяет избежать затрат времени, которые возникают при необходимости провести анализ вероятности возникновения непредсказуемых колебаний в газотранспортной установке с помощью существующих на сегодня матмоделей конструкций таких установок, поскольку такие модели требуют отдельного исследования процессов, вызывающих нестабильную работу компрессора, затрат времени на подготовку модели, верификацию, непосредственный расчет и обработку результатов.

Инженер центра высокопроизводительных вычислительных систем ПНИПУ Иван Черепанов раскрыл подробности создания их модели:

«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».

Его рассказ дополнил доктор технических наук, профессор кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций», декан аэрокосмического факультета Владимир Модорский:

«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».

Упрощенная модель ученых Пермского Политеха оперативно предсказывает колебания ротора компрессорной установки, что позволит увеличивать производительность газокомпрессорных установок за счет бесперебойной передачи газа.