منحنی عملکرد پمپ (H-Q Curve)

منحنی عملکرد پمپ (Pump performance curve)، نحوه عملکرد پمپ ESP را مشخص می کند.

در این پست قصد داریم به سؤالات زیر پاسخ دهیم:

• منحنی عملکرد پمپ چگونه به دست می آید؟
• چگونه آن را ترسیم کنیم؟
• رانش به سمت پایین (Downthrust) و رو به بالا (Upthrust) چیست؟
• محدوده عملکرد توصیه شده پمپ چقدر است؟

۱- منحنی عملکرد پمپ

منحنی عملکرد پمپ نشان داده شده در عکس زیر، عملکرد یک پمپ خاص را توصیف می کند. در این منحنی سه پارامتر به عنوان تابعی از دبی تولیدی سیال رسم شده اند:

• discharge head developed by the pump
• brake horsepower
• efficiency of the pump

(BHP) brake horsepower: توان ورودی که توسط موتور به پمپ منتقل می شود.

 (HHP) hydraulic horsepower: توانی است که به سیال منتقل می شود.

efficiency: توانایی پمپ برای تبدیل توان ورودی به توان هیدرولیکی جهت انتقال سیال. از تقسیم HHP بر BHP بدست می آید.

منحنی عملکرد پمپ در آزمایشگاه بدست می آید و برای هر پمپ یک منحنی مخصوص به آن پمپ وجود دارد که توسط سازنده ارائه می شود.

شرایط انجام تست ها در آزمایشگاه: با آب شیرین (وزن مخصوص=۱) در دمای ۶۰ درجه فارنهایت (S.G. = 1) تحت شرایط کنترل شده که در API RP11 S2 به تفصیل آمده است.

این منحنی ها معمولاً برای فرکانس های ۵۰ هرتز (RPM=2917) و ۶۰ هرتز (RPM=3500) در دسترس هستند و باید تعداد مراحل پمپ به وضوح در نمودار پمپ مشخص شود.

بهترین نقطه بازده (BEP): پارامترهای عملکرد پمپ را در حداکثر مقدار در منحنی بازده نشان می دهد.

در منحنی عملکرد پمپ بالا، محدوده عملیاتی توصیه شده با یک ناحیه آبی رنگ (از ۶۳۰ تا ۱۲۰۰ متر مکعب در روز) نشان داده شده است. در سراسر محدوده عملیاتی، نیروهای دو طرف روکش پروانه به گونه ای است که به صورت شناور عمل می کند.

۲- تأثیر نیروهای محوری بر عملکرد ESP

تمام پمپ های گریز از مرکز (از جمله پمپ ESP) نیروی رانش محوری (Axial thrust force) ایجاد می کنند. رانش محوری یک عامل مهم در تعیین محدوده عملیاتی توصیه شده یک پمپ گریز از مرکز است. به شکل زیر نگاه کنید. این شکل نشان می دهد که رانش به بالا (Upthrust) و رانش به پایین (Downthrust) در کجا رخ می دهد.

بنابراین، هر پمپی باید در محدوده عملیاتی توصیه شده که توسط دو دبی مرزی که قبلاً توضیح داده شده است (محدودیت‌های رانش به سمت پایین و رانش به سمت بالا) کار کند.

هر دبی جریان دارای یک هد منحصر به فرد است.

منحنی دبی – هد بستگی به: سرعت چرخشی پمپ (یا همان فرکانس)، قطر و شکل پروانه دارد. تغییر این پارامترها بر منحنی head و brake horsepower تأثیر می گذارد.

چگالی سیال پمپ شده تنها بر منحنی brake horsepower تأثیر می گذارد و اثری بر منحنی های head و efficiency ندارد.

ویسکوزیته سیال پمپ شده بر دبی جریان، راندمان پمپ و brake horsepower تأثیر می گذارد. 

۳- شکل منحنی عملکرد پمپ:

توانایی پمپ برای انطباق با تغییرات عملکرد چاه (IPR) بستگی به شکل منحنی عملکرد پمپ دارد. پمپ با منحنی عملکرد دارای شیب تند (steep) برای چاهی با عملکرد جریان ورودی ضعیف (IPR) مناسب نیست؛ به خصوص اگر در نظر گرفته شده باشد که با یک drawdown ثابت تولید کند. برای چنین پمپ هایی، کاهش اندک در IPR به معنی کاهش شدید فشار ورودی پمپ است و ممکن است منجر به gas locking شود. برعکس، هد تولید شده توسط یک پمپ با منحنی عملکرد دارای شیب خیلی کم، با تغییر دبی جریان کمتر تغییر می‌کند و بنابراین می‌تواند در طیف وسیع‌تری از IPR با تغییرات محدود در فشار ورودی استفاده شود.

۴- منحنی ESP Tornado Curve

نمودار ESP Tornado نمودار عملکرد ESP با سرعت متغیر است (VSD/VFD) که منحنی های عملکرد ESP را در فرکانس های مختلف نشان می دهد.

با افزایش فرکانس، هد ایجاد شده توسط پمپ افزایش می یابد.

نمودار ESP Tornado چگونه رسم می شود؟ نقاط با بازدهی مثلا ۳۰% را در تمام منحنی های هد بر حسب دبی (در فرکانس های مختلف) به یکدیگر وصل می کنیم و نمودار Tornado ایجاد می شود.

پیشنهاد آموزشی: منظور از Pump head و Shut-off Head در پمپ های سانتریفیوژی (گریز از مرکز) چیست؟

پیشنهاد آموزشی: آموزش مقدماتی نرم‌افزار پراسپر (PROSPER) + طراحی پمپ ESP