ESP Testing Facility Digital Twin

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Die ständig steigende Nachfrage nach Energie stellt hohe Anforderungen and die Öl- und Gasindustrie, sodass diese ihre Betriebsabläufe durch neue Technologien erweitern muss, um nicht nur die Produktionseffizienz und die Rentabilität zu steigern, sondern auch um die gesetzlichen Vorschriften und die zunehmenden Anforderungen in den Bereichen Gesundheit, Sicherheit und Umwelt zu erfüllen. In den letzten Jahren haben sich etliche neue Technologien etabliert, von denen eine besonders vielversprechend ist: der digitale Zwilling. Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Darstellung, die eine physische Einheit simuliert und widerspiegelt. Dadurch bietet sich die Möglichkeit neue Betriebsabläufe, die Implementierung zusätzlicher Komponenten und Variationen im Arbeitsablauf zu simuliert, ohne ein bereits bestehendes Produktionssystem zu verändern. Mit einem Digitalen Zwilling können verschiedene Szenarien evaluiert und das vielversprechendste realisiert werden, bei gleichzeitiger Reduktion der Kosten, da die Notwendigkeit von Feldtests vor Ort entfällt. Ziel dieser Arbeit ist die Erstellung eines Digitalen Zwillings der ESP-Prüfanlage an der Montanuniversität Leoben mit dem Softwareprogramm MATLAB Simulink. Der Digitale Zwilling besteht aus sieben verschiedenen Subsystemen, die auf mathematischen Formeln aus der Literatur basieren um alle notwendigen Zusammenhänge zu beschreiben. Dieses Design bietet eine hohe Einstellbarkeit der Parameter des Motors, der Pumpe und des hydraulischen Subsystems. Darüber hinaus ist es möglich, den Digitalen Zwilling entweder mit einem festgelegten Spannungs- und Frequenzeingang oder mit einer skalaren Motorsteuerung zu betreiben. Weiters kann die Durchflussmenge über zwei Ventile als Teil des hydraulischen Subsystems eingestellt werden. Die Simulationsergebnisse liefern detaillierte Informationen über die Stator- und Rotorströme, das elektromagnetische Drehmoment sowie die vom Motor erzeugte Drehzahl, die durch das hydraulische Subsystem verursachten Druckverluste und die von der Pumpe erzeugte Fördermenge. Die Modellvalidierung erfolgt durch den Vergleich der simulierten Fördermenge mit der in der Pumpenprüfanlage gemessenen Fördermenge. Da die Ergebnisse dem tatsächlichen Verhalten sehr nahe kommen, kann das MATLAB-Simulink-Modell als ein frühes Stadium eines Digitalen Zwillings betrachtet werden.

Details

Titel in ÜbersetzungESP Prüfanlage Digitaler Zwilling
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung1 Juli 2022
StatusVeröffentlicht - 2022