Design and numerical analyses of guide vanes of a multistage submersible pump

Abstract

The objective of this thesis is to analyze a multistage submersible pump numerically, figure out the inefficient sections of flow and propose a modified design according to the simulation results. Hydraulic parts of a submersible pump are impeller, diffuser and return channel. In this study, the investigated pump’s stages have only impellers and return channels. According to the literature, the inefficiencies in pump stages might be caused by angle misalignment of impeller and guide vanes, channel geometries or vane designs. The investigated five stage submersible pump and its CAD models are provided by a manufacturing company. In the first part of the study, fluid domain is created for numerical computations and analyses are performed with ANSYS Fluent software. According to the simulation results, flow nonuniformities are observed in return channels and identified that the reason is guide vane geometry. The second part of the study includes the modified design of guide vane and set of simulations with different wrap angles to find out the optimized value. The simulation results of this thesis study are quite satisfactory when they are compared to experimental data of manufacturing company. After modifications, the nonuniformities which are observed in original design are diminished and efficiency of the pump is increased.

Bu tezin amacı, kademeli bir dalgıç pompayı nümerik olarak analiz etmek, akışın verimsiz bölümlerini bulmak ve simülasyon sonuçlarına göre yeni bir tasarım önermektir. Bir dalgıç pompanın hidrolik parçaları, çark, difüzör ve dönüş kanalıdır. Bu çalışmada, incelenen pompanın kademelerini yalnızca çarklar ve geri dönüş kanalları oluşturmaktadır. Literatüre göre, pompa kademelerindeki verimsizlikler, çark ve kılavuz kanatlarının açı hizalamalarındaki uyumsuzluktan, kanal geometrilerinden veya kanat tasarımlarından kaynaklanabilir. İncelenen beş kademeli dalgıç pompa ve CAD modelleri bir üretici tarafından sağlanmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde, nümerik hesaplamalar için akışkan alanı oluşturulmuştur ve analizler ANSYS Fluent programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonuçlarına göre geri dönüş kanallarında akış düzensizlikleri gözlenmiştir ve sebebin kılavuz kanat geometrisi olduğu tespit edilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümü, yeni kılavuz kanadının tasarımını ve optimize edilmiş değeri bulmak için farklı tarama açıları ile yapılmış olan simülasyon kümesini içerir. Bu tez çalışmasının simülasyon sonuçları, üretici firmanın deneysel verileri ile karşılaştırıldığında oldukça tatmin edicidir. Değişikliklerden sonra, orijinal tasarımda gözlenen düzensizlikler azalmıştır ve pompanın verimi arttırılmıştır.