펌프시스템은 해양플랜트 산업의 핵심 기자재 중 하나로써 심해저에 설치되어 원유를 가압 이송시키는 역할을 한다. 최근 현장에 사용되는 펌프시스템은 기존 시스템 대비 설비구조의 단순화, 유지보수 용이에 따른 다상 유동펌프를 이용한 시스템을 사용하고 있으며, 요구 압력을 만족시키기 위해 다단의 형태로 개발되고 있다. 선행 연구의 최적화 작업을 통해 단단 다상유동 펌프의 최적형상을 도출한 바 있다. 최적형상을 토대로 다단에 대한 연구 수행결과, 단 사이의 유동특성이 상이하여 단단 대비 다단의 성능향상이 미미함을 확인하였다. 그러므로, 다단 설계시 단 사이의 유동특성을 고려한 추가적인 연구의 필요성을 확인하였다. 본 연구에서는 해양플랜트용 다상 유동펌프 중 한 종류인 다단 나선형-축류펌프에 대해서 CFD를 활용한 ...
펌프시스템은 해양플랜트 산업의 핵심 기자재 중 하나로써 심해저에 설치되어 원유를 가압 이송시키는 역할을 한다. 최근 현장에 사용되는 펌프시스템은 기존 시스템 대비 설비구조의 단순화, 유지보수 용이에 따른 다상 유동펌프를 이용한 시스템을 사용하고 있으며, 요구 압력을 만족시키기 위해 다단의 형태로 개발되고 있다. 선행 연구의 최적화 작업을 통해 단단 다상유동 펌프의 최적형상을 도출한 바 있다. 최적형상을 토대로 다단에 대한 연구 수행결과, 단 사이의 유동특성이 상이하여 단단 대비 다단의 성능향상이 미미함을 확인하였다. 그러므로, 다단 설계시 단 사이의 유동특성을 고려한 추가적인 연구의 필요성을 확인하였다. 본 연구에서는 해양플랜트용 다상 유동펌프 중 한 종류인 다단 나선형-축류펌프에 대해서 CFD를 활용한 수치해석과 실험계획법 중 하나인 LHS(Latin Hypercube Sampling), 그리고 RBNN(Radial Basis Neural Network)와 같은 대리모델을 적용하여 수치최적설계를 수행하였다. 임펠러와 디퓨져의 날개각 제어를 통해 설계변수 범위 내에서 목적함수가 최대가 되는 형상을 도출하였으며 성능 향상 여부를 확인하였다. 최종적으로, 기본모델과 최적모델의 내부 유동장을 비교분석하여 성능 향상의 원인을 파악하였다.
펌프시스템은 해양플랜트 산업의 핵심 기자재 중 하나로써 심해저에 설치되어 원유를 가압 이송시키는 역할을 한다. 최근 현장에 사용되는 펌프시스템은 기존 시스템 대비 설비구조의 단순화, 유지보수 용이에 따른 다상 유동펌프를 이용한 시스템을 사용하고 있으며, 요구 압력을 만족시키기 위해 다단의 형태로 개발되고 있다. 선행 연구의 최적화 작업을 통해 단단 다상유동 펌프의 최적형상을 도출한 바 있다. 최적형상을 토대로 다단에 대한 연구 수행결과, 단 사이의 유동특성이 상이하여 단단 대비 다단의 성능향상이 미미함을 확인하였다. 그러므로, 다단 설계시 단 사이의 유동특성을 고려한 추가적인 연구의 필요성을 확인하였다. 본 연구에서는 해양플랜트용 다상 유동펌프 중 한 종류인 다단 나선형-축류펌프에 대해서 CFD를 활용한 수치해석과 실험계획법 중 하나인 LHS(Latin Hypercube Sampling), 그리고 RBNN(Radial Basis Neural Network)와 같은 대리모델을 적용하여 수치최적설계를 수행하였다. 임펠러와 디퓨져의 날개각 제어를 통해 설계변수 범위 내에서 목적함수가 최대가 되는 형상을 도출하였으며 성능 향상 여부를 확인하였다. 최종적으로, 기본모델과 최적모델의 내부 유동장을 비교분석하여 성능 향상의 원인을 파악하였다.
Helico-axial pumps are core machinery in the offshore plant industry and are installed in oil wells to perform the role of pressurizing and transporting crude oil. As recently developed oil wells have been moved to deep seafloors, pressure specifications required for the pumps have been enhanced. Th...
Helico-axial pumps are core machinery in the offshore plant industry and are installed in oil wells to perform the role of pressurizing and transporting crude oil. As recently developed oil wells have been moved to deep seafloors, pressure specifications required for the pumps have been enhanced. Therefore, most helico-axial pumps applied to oil wells recently have been developed in the form of multistage pumps to satisfy the required pressure specifications. In previous study, design optimization for first-stage helico-axial pump and multi-stage performance evaluation was conducted. Due to differences in inflows, second-stage base impellers have reduced performance compared to first-stage impellers. Therefore, designs considering inflow characteristics according to stage are required. In the present study, design optimization was conducted for the development of second-stage helico-axial pump that satisfy the design specifications. Design variables for the blade angles of second-stage pump were selected and test sets were created by applying the Latin Hypercube sampling (LHS) scheme to the selected design variables. The performance of the created test sets was evaluated using numerical analysis, and numerical optimization was conducted using surrogate model and genetic algorithm based on the performance evaluation results for individual test sets to produce optimum models. Improvement of the performance of the optimum model was confirmed through the numerical analysis. Finally, the reasons for the performance improvement were analyzed through comparisons of the internal flow fields of the base model and the optimum model.
Helico-axial pumps are core machinery in the offshore plant industry and are installed in oil wells to perform the role of pressurizing and transporting crude oil. As recently developed oil wells have been moved to deep seafloors, pressure specifications required for the pumps have been enhanced. Therefore, most helico-axial pumps applied to oil wells recently have been developed in the form of multistage pumps to satisfy the required pressure specifications. In previous study, design optimization for first-stage helico-axial pump and multi-stage performance evaluation was conducted. Due to differences in inflows, second-stage base impellers have reduced performance compared to first-stage impellers. Therefore, designs considering inflow characteristics according to stage are required. In the present study, design optimization was conducted for the development of second-stage helico-axial pump that satisfy the design specifications. Design variables for the blade angles of second-stage pump were selected and test sets were created by applying the Latin Hypercube sampling (LHS) scheme to the selected design variables. The performance of the created test sets was evaluated using numerical analysis, and numerical optimization was conducted using surrogate model and genetic algorithm based on the performance evaluation results for individual test sets to produce optimum models. Improvement of the performance of the optimum model was confirmed through the numerical analysis. Finally, the reasons for the performance improvement were analyzed through comparisons of the internal flow fields of the base model and the optimum model.
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