Cấu tạo, nguyên lý làm việc, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa máy bơm ly tâm vận chuyển dầu HΠC 65/35 -500 dùng trong công tác vận chuyển dầu ở mỏ Bạch Hổ

Lịch sử phát triển của xã hội loài người gắn liền với quá trình phát minh, chuyển đổi và sử dụng năng lượng.

LỜI MỞ ĐẦU

Lịch sử phát triển của xã hội loài người gắn liền với quá trình phát minh,chuyển đổi và sử dụng năng lượng Trong các dạng năng lượng góp phần vàoquá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá của đất nước ngành công nghiệp dầukhí Việt Nam tuy còn non trẻ nhưng đã không ngừng vươn lên và đã trở thànhngành công nghiệp mũi nhọn của cả nước Hiện nay đã có rất nhiều công tydầu khí nước ngoài cùng với các công ty trực thuộc Tập đoàn dầu khí quốcgia Việt Nam đang tham gia vào các dự án đầu tư trong nước và quốc tế,khẳng định một tiềm năng phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp dầu khíViệt Nam

Hiện nay ở nước ta Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro là đơn vịtrong công tác thăm dò, khai thác dầu khí Để phục vụ cho công tác khoan,khai thác dầu khí, một nhiệm vụ quan trọng đặt ra là phải có hệ thống thiết bịphù hợp, mang lại hiệu quả kinh tế cao Hiện nay vấn đề đang được XíNghiệp quan tâm đó là nâng cao hiệu quả sử dụng cũng như tăng tuổi thọ làmviệc của các trang thiết bị

Với mong muốn được góp một phần nhỏ vào sự phát triển của ngànhcông nghiệp dầu khí nước nhà, qua quá trình thực tập, nghiên cứu, thu thập tàiliệu và được sự đồng ý của bộ môn Thiết bị Dầu khí và Công trình, Khoa Dầu

khí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, em được giao đồ án với đề tài: “Cấu tạo,

nguyên lý làm việc, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa máy bơm ly tâm vận chuyển dầu HΠC 65/35 -500 dùng trong công tác vận chuyển dầu ở mỏ BạchC 65/35 -500 dùng trong công tác vận chuyển dầu ở mỏ Bạch Hổ”, chuyên đề: “Nghiên cứu các dạng hỏng của bánh công tác ”.

Được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Văn Giáp và các thầygiáo trong bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình cùng với sự cố gắng củabản thân, nay bản đồ án của em đã được hoàn thành

Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do tài liệu, thời gian thực tập và quá trìnhtìm hiểu còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy, emrất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp.

Qua đồ án này, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáoNguyễn Văn Giáp và các thầy giáo trong bộ môn Thiết bị Dầu khí và Côngtrình đã hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2009 Sinh viên thực hiện

Vũ Đình Tĩnh

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG MÁY BƠM VẬN CHUYỂN DẦU Ở VIETSOVPETRO

1.1 Tình hình sử dụng máy bơm vận chuyển dầu ở vietsovpetro

1.1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu của bơm vận chuyển dầu khí

Vị trí các mỏ mà xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro đang thăm dò vàkhai thác đều nằm ngoài biển nên việc bố trí và lựa chọn máy bơm vậnchuyển dầu là vấn đề cần thiết Xí nghiệp đang thăm dò và khai thác trên hai

mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng, khoảng cách giữa hai mỏ khoảng 30 km Trên mỏBạch Hổ có 11 giàn cố định và 7 giàn nhẹ, mỏ Rồng có 1 giàn cố định và 1giàn nhẹ Tại các giàn cố định dầu được khai thác lên từ giếng khoan sau đóqua hệ thống công nghệ bao gồm:

Bình tăng áp suất cao (khoảng 6 ÷ 12 bar) và được chuyển về bình ápsuất thấp (khoảng 0,5 ÷ 8 bar) sau khi dầu mỏ ra khỏi bình tăng áp suất thấpđược hệ thống bơm vận chuyển, thông qua hệ thống đường ống ngầm dướibiển tới tàu chứa

Phía Nam gồm giàn khoan cố định MSP -1, giàn công nghệ trung tâm số

2, và các giàn nhẹ BK 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 dầu từ các giàn này được vậnchuyển về trạm chứa dầu là tàu Ba Vì

Phía Bắc gồm các giàn MSP -3, MSP -4, MSP -5, MSP -6, MSP -7, MSP-8, MSP -9, MSP -10, MSP 11, dầu từ các giàn này được chuyển tới tàu ChiLăng

Để đảm bảo quá trình khai thác liên tục, tránh tình trạng dầu khai tháclên bị ứ đọng lại các bình chứa làm ảnh hưởng đến công tác khai thác, do vậycần phải có cách bố trí hệ thống bơm và lựa chọn bơm thỏa mản những yêucầu sau đây:

- Bơm làm việc có lưu lượng lớn;

- Cột áp cao;

- Hiệu suất cao;

- Làm việc ổn định lâu dài;

- Dễ vận hành và sửa chữa;

- Có khả năng chống xâm thực tốt

1.1.2 Phân tích sơ đồ bố trí bơm vận chuyển dầu

Trên sơ đồ bố trí các giàn khoan cố định và giàn nhẹ ở mỏ Bạch Hổ gồmhai cụm phía Bắc và phía Nam

Hình 1.1: Sơ đồ bố trí các giàn khoan cố định và giàn nhẹ ở mỏ Bạnh Hổ

1.1.2.1 Cụm phía Bắc

Cụm này gồm các giàn: MSP -3, MSP -4, MSP -5, MSP -6, MSP -7,MSP -8, MSP -9, MSP -10, MSP -11, các giàn được nối với nhau qua đườngống dẫn dầu, dầu từ các giàn khai thác lên được đưa đến các trạm tiếp nhận và

từ các trạm này được đưa đến các tàu chứa, ngoài ra còn có các đường ống dựphòng cho công tác vận chuyển nếu có sự cố

Tại cụm này có 3 điểm tiếp nhận và bơm trung chuyển dầu khaithác ,được đưa đến tàu chứa

- Điểm tiếp nhận giàn MSP -6 là điểm tiếp nhận và bơm một lượng dầulớn được khai thác ở đây, cùng với lượng dầu khai thác được từ các giàn khaithác vận chuyển đến, đây cũng là điểm vận chuyển dầu từ phía Nam vậnchuyển đến

Điểm tiếp nhận MSP 8 là điểm tiếp nhận lượng dầu từ MSP 4, MSP

-9, MSP -11 và dầu từ phía Nam chuyển đến

- Điểm tiếp nhận MSP -4 là điểm trung tâm của hệ thống giàn khu vựcphía bắc, nhiệm vụ là nhận lượng dầu khai thác từ các giàn 3, 5, 7, 10 vàlượng dầu từ phía Nam tới, nó có nhiệm vụ phân phối dầu cho các điểm tiếpnhận MSP -6, MSP -8

1.1.2.2 Cụm phía Nam

Cụm này gồm hai giàn cố định là MSP -1, và giàn công nghệ trung tâm

số 2 Cùng với các giàn nhẹ BK 1, 2, 3, 4 , 5, 6, 7, 8, các giàn nhẹ BK khôngtrực tiếp sử lý và tách khí ra khỏi dầu mà vận chuyển về giàn trung tâm đểtách lọc

- Giàn MSP -1: Dầu khai thác lên từ đây đảm bảo không còn hổn hợp khí

và dầu, sau đó dầu được vận chuyển đến tàu chứa, nên hệ thống đường ống bi

sự cố hoặc lượng dầu khai thác lên quá nhiều thì lại được hệ thống bơm trungchuyển lên phái Bắc, tại vị trí này cũng tiếp nhận trung chuyển dầu từ giàncông nghệ trung tâm số 2, đây là điểm trung chuyển quan trọng, nó là cửa ngõcho việc trung chuyển dầu từ phía Nam ra phía Bắc, đảm bảo điều phối dầu từcác giàn, chuyển về sao cho hiệu quả thu gom cao trong công tác vận chuyển

- Giàn công nghệ trung tâm số 2: Đây là điểm tiếp nhận quan trọng, đồngthời sử lý một lượng hổn hợp dầu và khí từ các giàn nhẹ BK chuyển về vàlượng dầu từ mỏ Rồng chuyển đến, là điểm tiép nhận và bơm một lượng dầu

lớn, do vậy hệ thống vận hành bơm cần phải có độ chính xác cao, ngoài ra tạiđây còn bố trí hệ thống bơm ép nước vỉa, để tạo áp suất cân bằng với dầu khaithác lên ,điểm bơm này còn thực hiện điểm tách lọc hổn hợp khí và dầu từ cácgiàn BK về sau đó vận chuyển tới bể chứa, nếu tại đây không có khả năngtiếp nhận thì sẽ chuyển dầu về các trạm dầu ở phía Bắc.

1.1.3 Các loại bơm vận chuyển dầu được sử ở Vietsovpetro

Hiện tại Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro đang khai thác trên hai mỏ

chính là Bạch Hổ và Rồng, các mỏ này đều nằm ở ngoài biển, khoàng cáchgiữa các mỏ khoảng 30 km Trên mỏ Bạch Hổ có khoảng 11 giàn cố định, 1giàn công nghệ trung tâm và 8 giàn nhẹ, trên mỏ Rồng có 1 giàn cố định và 1giàn nhẹ

Dầu khai thác từ các giàn này được bơm đến tàu chở dầu Ba Vì và ChiLăng bằng bơm ly tâm theo đường ống ngầm đặt dưới biển

Số lượng bơm ly tâm được bố trí trong công tác vận chuyển dầu ở

XNLD Vietsovpetro gồm 8 loại chính Số lượng các loại bơm đó được thống

kê như sau:

Sự phân bố các loại bơm, cách đặt nối tiếp, song song, còn phụ thuộc vàovấn đề vận chuyển dầu tại từng điểm, từng vị trí, phụ thuộc vào khoảng cáchcủa từng điểm bơm, đến trạm rót dầu, phụ thuộc vào lưu lượng dầu nhiều hay

ít mà ta phân bổ cho phù hợp với yêu cầu thực tế

Hiện tại sử dụng phổ biến các loại bơm dầu ly tâm dùng ở mỏ là:

- Loại bơm yêu cầu cột áp lớn và lưu lượng vừa phải dùng để vận chuyểndầu, cho các mỏ xa trạm rót dầu HΠC 65/35 – 500C 65/35 -500 và bơm “sulzer” mà thườngdùng phổ biến nhất là bơm HΠC 65/35 – 500C 65/35 -500 đây là loại bơm làm việc tốt, cónhiều ưu điểm vân chuyển dầu.

- Loại bơm không yêu cầu cột áp lớn mà yêu cầu lưu lượng của bơm phảicao, dùng để vận chuyển một lượng dầu lớn tại các điểm tiếp nhận đến cáctrạm rót dầu cách đó không xa các loại bơm thường dùng là 9MGP, HΠC 65/35 – 500C40/400, HK 200/70, HK 200/120…

Qua việc bố trí các bơm ly tâm vận chuyển dầu tại mỏ Bạch Hổ ta thấy

số lượng bơm HΠC 65/35 – 500C 65/35 -500 chiếm tới xấp xỉ 40% tổng số máy bơm Nênviệc nghiên cứu và tìm hiểu loại máy bơm này là rất thiết thực

1.2 Sơ đồ công nghệ của hệ thống vận chuyển dầu

Dầu thô sau khi được khai thác lên từ các giếng dầu bằng phương pháp

tự phun hay cơ học thì được đưa đến các thiết bị thu gom, thiết bị tách lọc.Tại đây dầu thô được tách bỏ khí, nước, các tạp chất cơ học lẫn trong dầu.Các tạp chất này là yếu tố chủ yếu gây tổn thất và ăn mòn hệ thống đườngống và thiết bị Sau đó dầu được gia nhiệt bởi lò nung để giảm độ nhớt đảmbảo cho việc lưu chuyển được dễ dàng Cuối cùng dầu thô sau khi đã sử lýsong được đưa đến bình chứa dung tích 100 m3, để vận chyển dầu đến tàuchứa, trên dây chuyền công nghệ người ta thường bố trí hai máy bơm HΠC 65/35 – 500C65/35 -500 lắp song song, trong đó một máy bơm luôn ở trạng thái làm việc

và một máy bơm dự phòng, việc lắp đặt này nhằm mục đích:

- Do yêu cầu công nghệ khai thác dầu khí, để đảm bảo quá trình khaithác dầu được liên tục Nếu máy bơm đang làm việc bị hư hỏng không làmviệc được thì ta có thể vận hành máy bơm dự phòng thay thế

- Khi lưu lượng khai thác tăng thì ta cho hai máy bơm cùng làm việc đểgiảm nhanh lượng dầu trong bình chứa

Sơ đồ công nghệ của hệ thống được giới thiệu trên hình 1.2

Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ của hệ thống vận chuyển dầu

1.3 Những yêu cầu công nghệ của hệ thống vận chuyển dầu

Để đảm bảo được các nhiệm vụ vận chuyển dầu thì máy bơm vận chuyểndầu cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Máy bơm làm việc phải có lưu lượng lớn

- Cột áp của máy bơm phải cao: Là cột áp chân không cho phép đảm bảocho bơm làm việc ở điều kiện bình thường, không xảy ra hiện tượng xâm thực

- Hiệu suất cao: Là chế độ làm việc của máy bơm với hiệu suất toàn phầncủa máy bơm lớn nhất

- Máy bơm phải làm việc lâu dài và ổn định: Là chế độ làm việc ứng vớicác thông số của bơm

- Máy bơm phải vận chuyển được chất lỏng có độ nhớt cao Bởi vì, độnhớt cao là tính chất đặc trưng của dầu ở mỏ Bạch Hổ

- Kết cấu của máy bơm phải đơn giản, dễ vận hành và sửa chữa

- Phải có khả năng chống xâm thực tốt: Là chế độ làm việc mà các thông

số của máy bơm phải ổn định

1.4 Những kết quả đã đạt được, những tồn tại cần tập trung nghiên cứu giải quyết

Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu của con người ngày càng đượcnâng cao, việc ứng dụng tự động hóa vào công nghiệp dầu khí hiện nay làngành công nghiệp mũi nhọn và mang lại nhiều lợi ích cho nền kinh tế quốcdân

Tuy vậy, nó cũng không dễ dàng để tiến hành khai thác, dù đã nhập cácthiết bị từ nước ngoài về mà nó còn đòi hỏi một khối lượng công việc đa dạng

và phức tạp Vì vậy, việc lựa chọn - vận hành - bảo dưỡng và sửa chữa máymóc thiết bị và đặc biệt là phải nắm vững nguyên lý hoạt động của chúng chophù hợp với các năng lượng của giàn, nhằm nâng cao năng suất, tuổi thọ củathiết bị

Trong điều kiện giàn khai thác hiện nay, để đảm bảo tốt các công việckhai thác cũng như kiểm tra chặt chẽ các công việc này, thì hệ thống đo lường

tự động hóa là một hệ thống rất hiểu hiệu Trong quá trình khai thác dầu lên

và vận chuyển tới bể chứa, tàu chứa và tới nơi tiêu thụ là một quá trình khôngthể thiếu trong công việc khai thác dầu Do vậy, máy bơm ly tâm vận chuyểndầu là một thiết bị quan trọng để phục vụ cho công tác vận chuyển dầu

Hiện tại Liên Doanh Vietsovpetro đang khai thác trên hai mỏ chính làBạch Hổ và Rồng, các mỏ này đều nằm ngoài biển, và khoảng cách giữa các

mỏ khoảng 30 km Dầu khai thác được từ các mỏ này được bơm đến tàu chởdầu Ba Vì và Chi Lăng bằng bơm ly tâm theo đường ống đặt ngầm dưới biển.Các loại máy bơm đang được sử dụng là НПС 65/35 -500, НПС 40-400, HK200-120, HK 200-70, 9GMP, R360/150 GM-3, R250/38 GM-1, SULZER.Tùy thuộc vào vị trí của các giàn khoan đến các trạm rót dầu mà người tachọn máy bơm sao cho phù hợp Trong Liên Doanh Vietsovpetro máy bơmНПС 65/35-500 được sử dụng nhiều nhất bởi vì đây là loại máy bơm làm việc

có độ tin cậy cao, giá thành rẻ, thuận tiện trong việc vận hành bảo dưỡng sửa chữa và nó đã được trải nghiệm qua nhiều năm nay Tuy nhiên trong quátrình hoạt động của máy vẫn thường xảy ra sự cố như hỏng bánh công tác,cong trục bơm, hiện tượng dò gỉ hệ thống làm kín trục bơm, quan trọng nhất

-là khi máy xảy ra hiện tượng xâm thực Hiện tượng xâm thực có thể gây mònhỏng, rung, có tiếng ồn, và giảm cột áp, nếu để lâu có thể gây hỏng bơm hoàntoàn Vì vậy việc chúng ta cần tập chung ngiên cứu khắc phục hiện tượng này

là rất cần thiết

CHƯƠNG II CẤU TẠO , NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM LY TÂM VẬN CHUYỂN DẦU HΠC 65/35 -500 C 65/35 -500

2.1 Sơ đồ cấu tạo của máy bơm vận ly tâm vận chuyển dầu HΠC 65/35 500 C 65/35

-500

2.1.1 Sơ đồ tổng thể của máy bơm ly tâm HΠC 65/35 -500 C 65/35 -500 (Hình 2.1)

Sơ đồ hình dạng ngoài của bơm được giới thiệu trên (hình 2.1) bao gồm:Bơm và động cơ điện 160 kW được lắp trên một giá chung

Trục bơm và động cơ được liên kết với nhau bằng khớp nối bánh răng cótrục trung gian

Hướng quay của Rôto bơm ngược chiều kim đồng hồ nếu nhìn từ phíađộng cơ

- Hệ thống đường ống hút và đẩy: trên hệ thống này có lắp đồng hồ đo

áp suất và van chặn, trên đường ống đẩy có lắp thêm van một chiều

- Đồng hồ đo nhiệt độ của nhớt trên ổ bi

và đường vào của máy bơm Hướng đường ống hút và ống đẩy của máy bơm,nằm ngang bên sườn bơm và vuông góc với trục bơm.

và cấp 5, khoang đẩy cấp 4 và cấp 8, chia làm hai phân đoạn phải và trái, tất

cả các phân đoạn và khoang chứa được định vị bằng các chốt định vị

Trên các thân dẫn hướng của máy bơm được lắp các bạc làm kín cấp 1,hạn chế dòng chảy ngược lại từ phía có áp lực cao hơn, về phía cửa hút củacác bánh công tác, bạc làm kín hạn chế dòng chảy ngược lại của chất lỏngbơm có áp lực cao hơn ở cấp phía trước về phía sau.

Bộ làm kín sanhic co và cr (làm kín dây quấn) ngăn không cho khí lọtvào bơm, cũng như ngăn không cho chất lỏng chảy từ trong bơm ra ngoài

5

4 3

2 1

Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo bộ làm kín dây quấn

Dùng ổ bi đỡ chặn để triệt tiêu hết lực dọc trục còn lại

- Ổ đỡ phía động cơ gồm hai ổ bi đỡ chặn 66414

- Ổ bi đỡ phía đuôi trục gồm hai ổ đỡ 414

2.1.7 Bôi trơn

Việc bôi trơn các ổ bi là kiểu ướt

Các ổ bi được bôi trơn bằng nhớt bin T22, T30 (Liên Xô) hoặc Vistra(Shell).

Trong gối đỡ có khoang chứa chất nhớt, có vòng vảy dầu kim loại, khibơm hoạt động vòng vảy dầu sẽ vung té nhớt vào các ổ bi

Bôi trơn các khớp nối bằng mỡ

2.1.8 Hệ thống làm mát (Hình 2.8)

14 13

12

Hình 2.8: Sơ đồ cấu tạo củaaez hệ thống làm mát

1 Đường ống cấp nước vào

2 Đường ống thoát nước ra

3 Đường thoát chất lỏng làm kín

4 Đường vào chất lỏng làm kín

5 Đường thoát nước từ buồng Sanhic

6 Đường thoát của nước làm mát bộ làm kín (nước được nhũ tương hoá)

7 Đường dẫn chất lỏng tới bộ phận dẫn áp suất

8 Đường thoát nước làm mát bộ làm kín

9 Đường dẫn chất lỏng làm kín vào bạc cách Sanhic

10 Đường dẫn nước vào bạc Sanhic

11 Đường dẫn nước làm mát vào gối đỡ ổ bi

12 Đường dẫn nước áo của buồng Sanhic

13 Đường thoát chất lỏng làm kín từ bạc cách Sanhic

14 Bình tách dùng cho dung dịch hoạt tính cao

Ổ bi và đệm làm kín cơ khí được làm mát bằng nước kỹ thuật theo hệthống tuần hoàn bằng máy bơm nước đặt tại các bloc

Trong buồng làm kín (Hình 2.9) và trong gối đỡ lắp các ổ bi có cáckhoang làm mát, chất lỏng làm mát được dẫn qua các lỗ bắt đầu nối để làmmát.

Ngoài ra để làm mát bộ sanhic co và cr, trục bơm, ống lót người ta dùngnhớt nguội tuần hoàn có tác dụng như một màn chắn thủy lực ngăn không chosản phẩm dầu mỏ có nhiệt độ cao 800 chảy ra ngoài

2.1.9 Các hệ thống bảo vệ

Hệ thống đo áp suất đường vào, đường ra

Hệ thống đo áp suất nước làm mát

Hệ thống bảo vệ quá tải

Hệ thống đo nhiệt độ nhớt ổ bi (≤ 600 c)

Hình 2.10: Sơ đồ mặt cắt bơm HΠC 65/35 – 500C 65/35 -500

1.Gối đỡ lắp hai ổ đỡ chặn 13.Buồng cửa ra cấp VIII

4.Buồng sanhic (buồng làm kín) 16.Thân bơm nửa trên

5.Bạc lót buồng làm kín 17.Bạc làm kín cửa vào cấp

6.Buồng vào cấp I 18.Thân cửa vào cấp V

7.Bạc làm kín cấp I 19.Bạc lót buồng làm kín

9.Bạc làm kín cấp II (cửa hút cấp II) 21.Gối đỡ đầu phải

10.Bạc làm kín cấp II (cửa đẩy cấp II) 22.Ống giảm tải

11.Khoang đẩy (cửa ra cấp IV) 23.Bánh công tác

12.Bạc làm kín thân bơm giữa 24.Thân bơm nửa dưới

2.2 Đặc tính kỹ thuật của máy bơm ly tâm vận chuyển dầu HПC 65/35 C 65/35

-500

1 Lưu lượng Q

- Lưu lượng tối ưu định mức: 65 m3/h

3 Tốc độ vòng quay n: 2950 V/ph

4 Công suất yêu cầu của bơm: 150 kw

5 Hiệu suất bơm: 59 %

13 Kích thước toàn bộ máy và đông cơ: 1970x600x585

2.3 Nguyên lý làm việc của máy bơm ly tâm vận chuyển dầu HПC 65/35 -C 65/35 -500

4

6 5

3

2

1

’Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý làm việc của bơm ly tâm

Trước khi bơm làm việc phải làm cho thân bơm và ống hút được điềnđầy chất lỏng (gọi là mồi bơm), khi máy bơm làm việc bánh công tác quay,các phần tử chất lỏng chuyển động theo các cánh dẫn hướng của bánh côngtác từ trong ra ngoài dưới tác dụng của lực ly tâm, chất lỏng ra khỏi biên củabánh công tác thứ nhất, đi qua các rãnh của thân dẫn hướng rồi ra vào cửa hútcủa bánh công tác thứ hai với áp lực do bánh thứ nhất tạo ra, cứ như thế áplực chất lỏng được tăng dần cho đến khi qua bánh công tác thứ 8 rồi vào cửađẩy của bơm Còn tại cửa hút của bơm thì dưới áp suất của khí quyển hay ápsuất thủy tĩnh chất lỏng sẽ chuyển từ bể hút vào cửa hút trong quá trình bơm Bơm phải được vận hành trong phạm vi lưu lượng của phần làm việccủa đặc tính bơm Vận hành bơm khi lưu lượng lớn hơn phải không gây quátải cho động cơ điện Vận hành bơm ở chế độ tối ưu để đạt được hiệu suất lớnnhất, đảm bảo tính kinh tế.

Để đảm bảo các cột áp của bơm thấp hơn trong các giới hạn được chia ratrên đặc tính bơm Q _ H cho phép cắt, gọt bánh công tác theo đường kínhngoài tương ứng

Máy bơm ly tâm HПC 65/35 -500 có hai phân đoạn phải và trái lắp đốixứng nhau để khử lực dọc trục, do vậy chất lỏng bơm ra khỏi cửa đẩy củaphân đoạn trái sẽ theo đường ống dưới thân máy bơm đi vào cửa hút của phânđoạn phải (rãnh số 5) rồi qua phân đoạn phải ra cửa đẩy cửa bơm

2.4 Lý thuyết cơ bản về bơm ly tâm

2.4.1 Các thông số cơ bản của máy bơm ly tâm

Lưu lượng: Là lượng chất lỏng mà bơm vận chuyển được trong một đơn

vị thời gian, có thể tính theo lưu lượng thể tích Q (l/s , m3/s , m3/h …) hay lưulượng trọng lượng G (N/s, daN/s)

Cột áp: Là năng lượng mà một đơn vị trọng lượng chất lỏng nhận được

từ máy bơm Ký hiệu cột áp là H, Đơn vị tính H thường là mét cột chất lỏng(hay là mét cột nước nếu là nước)

Công suất: Có hai loại công suất là công suất thủy lực và công suất làmviệc:

- Công suất thủy lực: Là cơ năng mà chất lỏng trao đổi với máy trongmột đơn vị thời gian, ký hiệu là Ntl

1000

1000

Trong đó:

γ –Tỷ trọng riêng của chất lỏng (N/m3), γ = ρ.g;

ρ –Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3);

Q -Lưu lượng bơm (m3/s);

H-Cột áp toàn phần của máy bơm (m)

- Công suất làm việc: Là công suất trên trục của máy làm việc, kí hiệu là

η- Là hiệu suất toàn phần của máy bơm (η<1)

Hiệu suất toàn phần của máy bơm: Là đại lượng đánh giá tổn thất nănglượng trong quá trình máy trao đổi năng lượng với chất lỏng

c t

tl q

Q

Q N N

ΔNNq (Hiệu suất thủy lực): Là đại lượng đánh giá sự mất mát năng lượng

do sức cản thủy lực khi chất lỏng chuyển động từ cửa hút đến cửa xả(ΔNNq )

LT tl

tl t

H

H N N

ηc (hiệu suất cơ khí): Là đại lượng đánh giá sự mất mát năng lượng do

ma sát trong các ổ trục của máy bơm (ΔNNc)

tl

c tl

Cột áp chân không theo (2.6) ta có:

l a hck

P P

H   (2.7)

Trong đó:

Pa-Áp suất khí quyển

Pl-Áp suất chân không tại cửa hút của bơm

Chế độ làm việc tối ưu: là chế độ làm việc tối ưu với hiệu suất toàn phầncủa máy bơm là lớn nhất

Chế độ làm việc bình thường: Là chế độ làm việc mà các thông số củamáy bơm là ổn định

Hệ số dự trữ xâm thực: Là khoảng chiều cao dự trữ của cửa hút của bơm

có tính đến áp suất hơi bão hòa





bh B b

hkab

P g

V P

Pb: Áp suất tuyệt đối cửa vào máy bơm;

VB: Vận tốc tuyệt đối cửa vào của máy bơm;

Pbh: Áp suất hơi bão hòa của chất lỏng bơm, phụ thuộc nhiệt độ (toC);

γ : Tỷ trọng riêng của chất lỏng bơm

2.4.2 Phương trình làm việc của máy bơm

2.4.2.1 Phương trình cột áp lý thuyết

Ta giả thiết:

- Chất lỏng là lý tưởng;

- Bánh công tác có nhiều cánh vô hạn

Ứng dụng định lý cơ học về biến thiên mômen động lượng đối với dòngchất lỏng chuyển động qua bánh công tác, nhà bác học Owle đã thành lập raphương trình cột áp lý thuyết của bơm ly tâm:

H1∞-Cột áp lý thuyết của bơm có số cánh dẫn vô hạn;

u1,u2-Vận tốc vòng của bánh công tác ứng với bán kính vào và ra, có phương thẳng góc với phương hướng kính;

C1u C2u Thành phần vận tốc tuyệt đối của các phần tử chất longrowr lối

vào và ra bánh công tác chiếu lên phương vận tốc vòng (U).

Hình 2.12: Các thành phần vận tốc của tam giác vận tốc

Trong các bơm ly tâm hiện đại đa số các bánh công tác có kết cấu cửavào hoặc bộ phận dẫn hướng vào sao cho dòng chất lỏng ở cửa vào của mángdẫn chuyển động theo hướng kính, nghĩa là c vuông góc với U, 1 90o, đểcột áp của bơm có lợi nhất (C1u=0) Tam giác vận tốc ở cửa vào là tam giácvuông:

1  (2.10)

2.4.2.2 Phương trình cột áp thực tế

Trong thực tế cánh dẫn của bánh công tác có chiều dày nhất định 2÷20

mm và số cánh dẫn hữu hạn 6÷12 cánh, gây nên sự phân bố vận tốc khôngđều trên các mặt cắt của dòng chảy, tạo ra các dòng xoáy và các dòng quẩntrong máng dẫn Điều này thể hiện trên hình 2.14

Cột áp thực tế của bơm ly tâm H được tính theo công thức:

 - Hệ số kể đến ảnh hưởng của số cánh dẫn hữu hạn đến cột áp, được gọi là

hệ số cột áp bằng lý thuyết về dòng xoáy và thực nghiệm, năm 1931 viện sỹProscua đã xác định z đối với bơm ly tâm được tính theo công thức sau:

2 sin

Với Z và  2thông thường trị số trung bình của hệ số cột áp 2  0 , 8;

ηH - Hệ số kể đến tổn thất năng lượng của dòng chất lỏng chuyển động quabánh công tác, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước, kết cấu của bánhcông tác và bộ phận hướng dòng , được gọi là hiệu suất của bánh công tác.Với bơm ly tâm (ηH=0,7÷0,9)

Nếu xét ảnh hưởng của số cánh dẫn hữu hạn đến cột áp, cột áp lý thuyết ứngvới số cánh dẫn hữu hạn là:

H z

2

2

.

2 2

2

u c

2.4.3 Lưu lượng và hiệu suất lưu lượng

Lưu lượng chất lỏng chảy qua bánh công tác của máy thủy lực cánh dẫnnói riêng và bơm ly tâm nói chung được tính theo công thức:

b D c

Trong đó:

B -chiều rộng máng dẫn ứng với đường kính D của bánh công tác(thường là tại cửa ra)

D -Đường kính của bánh công tác

Cm -Hình chiếu vận tốc tuyệt đối lên phương vuông góc với u

Lưu lượng qua bánh công tác xem như lưu lượng lý thuyết Q1 của bơm.Lưu lượng thực tế Q qua ống đẩy nhỏ hơn Q1 vì không phải tất cả chất lỏngsau khi đi qua bánh công tác đều đi vào ống đẩy, mà có một phần nhỏ Q

chảy trở về cửa vào bánh công tác hoặc rò rỉ ra ngoài qua các khe hở của các

bộ phận lót kín “A” và “B” được biểu thị trên hình vẽ

Để đánh giá tổn thất lưu lượng của bơm có thể dùng hiệu suất lưu lượng Q:

Q Q

Q Q

Q

Q

Q1B

Hình 2.15: Lưu lượng chất lỏng trong bánh công tác

Trong đó:

Q1: Lưu lượng vào bánh công tác;

Q: Lưu lượng ra khỏi bánh công tác;

ΔNQ: Lưu lượng thất thoát

2.4.4 Quan hệ tương tự trong bơm ly tâm

Khi số vòng quay làm việc (n) của bơm thay đổi, các thông số làm việckhác của bơm cũng thay đổi theo

Thực nghiệm chứng tỏ rằng, khi bơm ly tâm với số vòng quay thay đổi ít(dưới 50% so với định mức) thì hiệu suất của bơm thay đổi tương đối ít, cóthể xem như không đổi η=const Mặt khác các tam giác vận tốc đều tỷ lệ với

số vòng quay, nên các tam giác vận tốc đều đồng dạng với nhau Do đó cácchế độ làm việc khác nhau của bơm trong trường hợp này xem như cáctrường hợp tương tự

Trong thực tế ngoài số vòng quay làm việc thay đổi còn có thể gặptrường hợp trọng lượng riêng γ của chất lỏng thay đổi, đường kính ngoài Dcủa bánh công tác thay đổi Để đáp ứng nhu cầu sử dụng, khi cần giảm cột áp

và lưu lượng so với định mức, có thể giảm bớt đường kính D (chỉ trong phạm

vi 10%), và hiệu suất của bơm coi như không đổi Để đáp ứng nhu cầu sửdụng, khi cần giảm cột áp và lưu lượng so với định mức, có thể giảm bớt

đường kính D (chỉ trong phạm vi 10%), và hiệu suất của bơm coi như khôngđổi Có thể xem các chế độ làm việc của bơm trong trường hợp này là các chế

Khi n thayđổi

Khi D thay đổi Khi γ ,n , D

thay đổiLưu lượng

Q

Q2=Q1

1 1

2

2 Q n

n

3

, ,

D

D Q

1

2 H H







1 2







1 3

2.4.5 Đường đặc tính của bơm ly tâm

Các thông số bơm như H, Q, N, η thay đổi theo các chế độ làm việc củabơm với số vòng quay n thay đổi hoặc không đổi

Các quan hệ H = f(Q), N = f(Q), η = f(Q) biểu thị đặc tính làm việc của bơm,được biểu diễn dưới dạng giải tích theo phương trình đặc tính, dưới dạng đồthị được gọi là đường đặc tính của bơm

Các đường đặc tính ứng với số vòng quay làm việc không đổi (n = const)được gọi là đường đặc tính làm việc ứng với nhiều số vòng quay ( n biếnthiên) được gọi là đường đặc tính tổng hợp

Trong ba đường đặc tính nêu trên quan trọng nhất là đường đặc tính cột áp

H = f(Q), cho biết khả năng làm việc của bơm nên được gọi là đường đặc tính

Theo công thức trên ta có: H u2g c u

1 2

2

2 2

2 2 2 2

2

2 2

.

cot cot

.

Q g b D

g u g

u g

g C

u u

Trong trường hợp tổng quát đối với máy thuỷ lực có 3 dạng đường đặctính lý thuyết

Q l

A ' A

A'' '''

C B

Hình 2.17: Đường đặc tính lý thuyết và đường đặc tính tính toán

Đường AB: Đường lý thuyết ứng với  2 > 90o, cotg 2 < 0

Đường AC: Đường lý thuyết ứng với  2 = 90o, cotg 2 = 0

Đường AD: Đường lý thuyết ứng với  2 < 90o, cotg 2 > 0

Đường A''D'', A''D '' : Là các đường thực tế khi  2 < 90o tương ứngvới các tổn hao

Đối với bơm ly tâm,  2 < 90o, do đó đường đặc tính của bơm ly tâm làđường nghịch biến bậc nhất AD Đây là đường đặc tính cơ bản lý thuyết củabơm ly tâm (đường nghịch biến bậc nhất) khi chưa xét số cánh dẫn hữu hạn

và tổn thất

- Khi kể tới ảnh hưởng do số cánh dẫn hữu hạn, đường đặc tính trở thànhđường A'D', có dạng:

Hl = Z Hl

Trong đó: Z < 1 là hệ số kể đến ảnh hưởng của số cánh dẫn hữu hạn

- Khi kể tới các loại tổn thất thuỷ lực của dòng chất lỏng qua bánh côngtác, các loại tổn thất thuỷ lực này đều tỷ lệ với bình phương của vận tốc,nghĩa là bình phương của lưu lượng, đường đặc tính trở thành đường congbậc hai A''D''

- Khi kể tới các loại tổn thất cơ khí và lưu lượng thì đường đặc tính dịch

về phía trái và thấp hơn A''D'' một chút, đó là đường A''D '' Đây chính làđường đặc tính cơ bản tính toán của bơm ly tâm

2.4.5.2 Đường đặc tính thực nghiệm

Việc xây dựng đường đặc tính tính toán rất phức tạp và khó khăn, bởivậy trong kỹ thuật thường xây dựng các đường đặc tính bằng các số liệu đođược khi khảo nghiệm trên các máy cụ thể Đó là đường đặc tính thực nghiệm

30 20

Hình 2.18: Đường đặc tính thực nghiệm của bơm ly tâm

Nhìn chung, đường đặc tính xây dựng bằng phương pháp thực nghiệmcũng có dạng giống đường đặc tính xây dựng bằng phương pháp tính toánnhưng chúng không trùng nhau Điều đó chứng tỏ bằng tính toán không xácđịnh được đầy đủ và hoàn toàn chính xác các loại tổn thất xảy ra trong bơm

Vì thế, việc nghiên cứu các loại máy thuỷ lực nói chung và máy bơm nóiriêng bằng phương pháp thủy lực là vô cùng quan trọng

Công dụng của đường đặc tính làm việc của bơm:

- Các đường đặc tính H – Q, N – Q,  - Q, cho phép xác định khu vựclàm việc có lợi nhất ứng với hiệu suất cao nhất [max hoặc = (max – 7%)]

- Qua hình dạng của đường đặc tính có thể biết tính năng làm việc củabơm để sử dụng bơm một cách hợp lý

- Đường đặc tính [HCK] = f(Q) để tính toán ống hút và xác định vị trí đặtbơm một cách hợp lý

2.4.5.3 Đường đặc tính tổng hợp

Mỗi đường đặc tính làm việc được xây dựng với một số vòng quay làmviệc không đổi của bơm Nếu thay đổi tốc độ làm việc (vòng/phút) thì đường

đặc tính làm việc cũng thay đổi theo Để biết nhanh sự thay đổi các thông số

Q, H, N,  của bơm khi n thay đổi, cần xây dựng đường đặc tính tổng hợp

5 10

Q(m/h) 80

60 40 20 0

Hình 2.19: Đường đặc tính tổng hợp của bơm ly tâm

Đường đặc tính tổng hợp của bơm là đường biểu diễn các quan hệ Q – H,

N – H với các số vòng quay làm việc khác nhau, trên đó các điểm làm việccùng hiệu suất được nối với nhau thành những đường cong gọi là đường cùnghiệu suất (đường đẳng hiệu suất)

2.4.6 Điểm làm việc và điều chỉnh chế độ làm việc của bơm ly tâm

2.4.6.1 Điểm làm việc của bơm ly tâm

Bơm bao giờ cũng làm việc trong một hệ thống cụ thể nào đấy Khi bơmlàm việc ổn định thì cột áp “đẩy” của bơm bằng cột áp “cản” của hệ thống.Hay nói một cách khác, một chế độ làm việc của bơm trong một hệ thống cóthể biểu diễn bằng giao điểm của hai đường đặc tính (của bơm và của hệthống) trong cùng một toạ độ Giao điểm đó gọi là điểm làm việc của hệthống bơm

Trên hình 2.20, điểm A là giao điểm của hai đường đặc tính của bơm và

hệ thống hiển thị một chế độ làm việc của hệ thống bơm với cột áp HA và lưulượng QA

H - Q l

B

H - Q Q

A: Điểm làm việc của máy bơm

2.4.6.2 Điều chỉnh chế độ làm việc của bơm ly tâm

Khi bơm làm việc trong hệ thống nhất định thì chỉ có một điểm làm việccho một giá trị cột áp H và lưu lượng Q nhất định Trong quá trình làm việc,

do yêu cầu kỹ thuật nhiều khi cần phải thay đổi điểm làm việc của bơm và hệthống Quá trình thay đổi điểm làm việc của bơm theo yêu cầu được gọi làquá trình điều chỉnh

Để nhận được điểm làm việc mới của bơm có hai nhóm phương phápđiều chỉnh: thay đổi đặc tính đường ống và thay đổi đặc tính máy bơm

Thay đổi đặc tính đường ống thường được thực hiện nhờ khoá trên ốngđẩy Phương pháp này gọi là điều chỉnh bằng khoá (điều chỉnh bằng tiết lưu).Thay đổi đường đặc tính máy bơm được thực hiện bằng cách thay đổi sốvòng quay trên trục bơm

Điều chỉnh bằng khoá (điều chỉnh bằng tiết lưu)

Nội dung của phương pháp này là tạo nên sự thay đổi đường đặc tínhlưới bằng cách điều chỉnh (đóng hoặc mở) khoá trên ống đẩy để thay đổi lưu

lượng của hệ thống (không điều chỉnh bằng khoá ở ống hút vì dễ gây ra hiệntượng xâm thực).

H A

A

Q A H

HB - Q: Đường đặc tính máy bơm;

H1 - Q(A): Đường đặc tính mạng dẫn khi mở khoá;

H - Q(ζB): Đường đặc tính mạng dẫn khi đóng bớt khoá;

A: Điểm làm việc của máy bơm khi mỏ khoá;

B: Điểm làm việc của máy bơm khi đóng bớt khoá

- Khi mở khoá hoàn toàn, sẽ có điểm làm việc A (HA, QA)

- Khi đóng bớt khoá lại thì tổn thất khoá sẽ tăng lên (A B), lưulượng của hệ thống giảm, nghĩa là đường đặc tính lưới sẽ thay đổi dốc hơn,trong khi đặc tính bơm không đổi Do đó điểm làm việc từ A chuyển về B(HB, QB)

Phương pháp điều chỉnh này đơn giản, thuận tiện nhưng không kinh tế vìgây thêm tổn thất ở khoá (hkhoá) khi điều chỉnh và chỉ điều chỉnh được trongphạm vi hạn chế

Điều chỉnh bằng thay đổi số vòng quay của trục bơm

Nội dung của phương pháp này là thay đổi đường đặc tính riêng của bơmbằng cách thay đổi số vòng quay của trục bơm

H A

A

Q A H

Điểm làm việc A (HA, QA) ứng với số vòng quay làm việc nA Khi tăng

số vòng quay đến nB > nA thì đường đặc tính của bơm sẽ thay đổi, trong khi

đó đường đặc tính lưới không thay đổi, điểm làm việc từ A chuyển đến B (HB,

QB)

Khi số vòng quay trên trục thay đổi không quá 50% số vòng quay địnhmức thì hiệu suất máy bơm hầu như không đổi Cần lưu ý chỉ được điều chỉnhtheo xu hướng giảm số vòng quay

Phương pháp này dùng cho bơm có thiết bị thay đổi số vòng quay.Phương pháp này kinh tế hơn so với phương pháp trên Nhưng đối với bơmkhông có thiết bị thay đổi số vòng quay làm việc thì phương pháp trên thôngdụng hơn

Điều chỉnh bằng cách gọt bánh xe công tác

Nội dung của phương pháp là thay đổi đường đặc tính riêng của bơmbằng cách thay đổi đường kính bánh xe công tác

A Q

B

H A

A (D ) A (D < D ) B

Để đảm bảo hiệu suất bơm hầu như không đổi, tỷ lệ gọt cần nằm tronggiới hạn cho phép

Gọt bánh xe công tác là một phương pháp điều chỉnh hiệu quả, đơn giản

để thay đổi lâu dài chế độ làm việc của máy bơm Nếu muốn khôi phục lạichế độ làm việc cũ, cần thay lại bánh xe công tác

- Khu vực điều chỉnh

Để điều chỉnh bơm cần thay đổi đường đặc tính lưới hoặc thay đổi đườngđặc tính bơm Nhưng thực tế không phải có thể điều chỉnh điểm làm việc vềbất cứ điểm nào trên đường đặc tính của bơm

Ví dụ: Trên hình 2.24 biểu thị bơm làm việc trong hệ thống với cácđường đặc tính đã nêu Trong đó, đường đặc tính của bơm có dạng lồi T làđiểm giới hạn, chia đường đặc tính ra làm hai khu vực: bên phải điểm T làkhu vực làm việc ổn định, còn bên trái điểm T tuỳ theo vị trí của đường đặctính lưới, bơm có thể làm việc không ổn định gọi là khu vực làm việc không

ổn định của bơm