Trong thực tế khi máy bơm làm việc động năng của động cơ truyền cho máy bơm một phẩn sẽ được chuyển thành thế năng cho chất lỏng: lưu lượng và cột áp, một phần bị tiêu hao do các tổn thất thủy lực và sự dò rỉ trong máy bơm.
Hiệu suất toàn phần của bơm xác định theo công thức:
N Nct
=
η %
N: Công suất tiêu thụ.
Bằng lý thuyết và thực nghiệm người ta nhận thấy hiệu suất toàn phần của máy bơm phụ thuộc: Tổn thất thể tích, tổn thất thủy lực, tổn thất cơ khí.
tl ck ttη η η η= 2.5.1. Tổn thất thể tích
Khi máy bơm làm việc chất lỏng theo các khe hở giữa các bánh công tác và vỏ khoang hướng dòng chảy ngược lại. Chảy ngược trong các cấp của bơm nếu bơm có nhiều cấp. Tổn thất thể tích trong bơm ly tâm thường là:
98 , 0 90 , 0 ÷ = tt η
2.5.2. Tổn thất thủy lực
Tổn thất thủy lực trong máy bơm bao gồm: các tổn thất do ma sát giữa các lớp chất lỏng và ma sát giữa chất lỏng với thành ống, các khe trong bánh công tác, khoang hướng dòng…
Tổn thất thủy lực thường là: 95 , 0 70 , 0 ÷ = tl η 2.5.3. Tổn thất cơ khí
Khi bơm làm việc một phần năng lượng bị tiêu hao để thắng lực ma sát tại các ổ đỡ, các đệm làm kín và các khớp nối…Ma sát mặt ngoài của bánh công tác với chất lỏng.
CHƯƠNG 3
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BƠM SULZER MSD-D-4-8-10 ½
3.1. Sơ đồ công nghệ bơm vận chuyển dầu khí
Trên các giàn cố định MPS dầu thô sau khai thác lên từ các giếng khai thác sẽ được thu gom bằng hệ thống đường ống tới các bình tách cao áp sau đó được đưa đến bình tách thấp áp, tại các bình tách này dầu được sử lý sơ bộ để tách nước và tách khí. Khí từ bình tách cao áp được đưa vào hệ thống thu gom khí chung của toàn mỏ, còn dầu sau khi qua bình tách được đưa vào hệ thống các bình chứa trên giàn, cuối cùng được bơm vào đường ống thu gom dầu chung của toàn mỏ.
Trên các giàn cố định có bố trí rất nhiều các loại máy bơm ly tâm để bơm vận chuyển dầu khí. Thường có hai loại máy bơm Sulzer, một máy bơm luôn ở trạng thái làm việc và một máy bơm để dự phòng được ghép song song nhằm mục đích:
- Đảm bảo quá trình khai thác được liên tục, nếu máy bơm đang làm việc bị hỏng và không làm việc và một máy bơm để dự phòng vào làm việc thay thế máy bơm hỏng.
- Khi lượng dầu khai thác lên lớn hoặc lượng dầu trong các bình chứa vượt quá giới hạn cho phép thì ta có thể cho cả hai máy bơm cùng làm việc khi đó có thể giảm nhanh chóng lượng dầu trong các bình chứa.
3.2. Sơ đồ tổng thể và đặc tính kỹ thuật của bơm sulzer MSD-D-4-8-10 ½ 3.2.1. Sơ đồ tổng thể của bơm 3.2.1. Sơ đồ tổng thể của bơm
Sơ đồ tổng thể của bơm bao gồm các bộ phận được thể hiện trên hình 3.2 sau:
Hình 3.1: Sơ đồ tổng thể của máy bơm
3.2.2. Các thông số kỹ thuật của bơm
* Phần bơm.
1. Ký hiệu bơm MSD-D-4-8-10 ½ 2. Nhà sản suất SULZER
3. Loại bơm ly tâm trục ngang 4. Số lượng bánh công tác là 5 5. Lưu lượng tối ưu: 130m3/h 6. Cột áp tối ưu: 400m
7. Công suất bơm: 147kW 8. Hiệu suất bơm: 74% * Phần động cơ
1. Công suất động cơ: 185 kW 2. Tốc độ bơm: 2969 vòng/ phút 3. Khớp nối:
- Khớp nối dạng đĩa
- Khoảng cách giữa hai đầu trục: 180 mm 4. Đệm làm kín - Đệm làm kín mặt đầu dạng kép 5. Trọng lượng - Trọng lượng bơm: 2000 kg - Động cơ: 920 kg - Đế giá lắp: 1000 kg
- Khớp nối: 20 kg
Tổng cộng trọng lượng: 3940 kg
3.3. Cấu tạo bơm
Bao gồm bơm và phần động cơ điện được lắp trên một giá chung, giữa trục bơm và động cơ được nối với nhau bởi khớp nối.
3.3.1. Thân máy
Thân máy được lắp ghép từ hai nửa tháo được theo mặt phẳng ngang và được định vị với nhau bởi các chốt hình côn và kẹp chặt bởi các vít cấy (đai ốc dạng chụp)
Bề mặt lắp ghép của thân bơm được mài rà để chống hiện tượng rò rỉ khi bơm làm việc do áp suất cao trong khi làm việc của bơm.
Thân máy có vách ngăn chia làm các khoang và có các rãnh dẫn tạo thành các khoang hướng dòng chảy của chất lỏng vào và ra khỏi bánh công tác.
Phía dưới than bơm có lắp một ống giảm tải để xả áp suất từ khoang chứa đệm làm kín đầu áp suất cao đến khoang vào của máy bơm.
Hình 3.2: Sơ đồ thân máy bơm
3.3.2. Phần roto
Chiều quay của roto là chiều ngược chiều kim đồng hồ (nhìn từ phía động cơ)
Roto gồm năm bánh răng công tác. Bánh công tác thứ nhất có hai cửa vào. Còn bốn bánh công tác tiếp theo được chia thành hai nhóm đối xứng nhau. Do sự cấu tạo của roto cho phép bơm khi làm việc khử được lực dọc trục.
Hình 3.3. Sơ đồ mặt cắt dọc máy bơm sulzer 1. Trục bơm 8. Bạc kín giữa 15. Vòng bi đỡ chặn 2. Bi đỡ 9. Rãnh then 3. Đệm làm kín 10. Bánh công tác cấp 3 4. Bạc kín 11. Bánh công tác cấp 2 5. Chốt chống xoay 12. Ống giảm tải
6. Bánh công tác 13. Bánh công tác cấp 1 7. Bánh công tác cấp 5 14. Đĩa làm lệch trong
3.3.3. Gối đỡ
Roto của bơm được đỡ trên hai ổ đỡ nằm ở hai phía của đầu trục. + Ổ đỡ phía động cơ: 01 ổ bi đỡ (6213)
+ Ổ đỡ phía đầu tự do: Gồm 02 ổ đỡ chặn 7211 (tương đương của Liên Xô cũ 46411)
Các ổ bi được bôi trơn bằng dầu Tellas 46 và phương pháp quăng dầu giống bơm HIIC, các vòng quăng dầu được bố trí về một phía của các ổ bi.
Ổ đỡ được làm mát bằng cách trao đổi nhiệt qua các cánh tản nhiệt với môi trường bên ngoài. Phía động cơ thì nhờ gió từ phía động cơ thổi tới còn phía đầu tự do thì có lắp thêm quạt gió. Nhiệt độ dầu bôi trơn không vượt quá 70oC
Hình 3.4: Ổ đỡ phía đầu động cơ
Hình 3.5: Ổ đỡ phía đầu tự do
3.3.4. Khớp nối
Khớp nối là bộ phận lắp trung gian giữa trục của động cơ và trục của bơm. Khớp nối có nhiều loại khác nhau như: Dạng bánh răng, loại khớp nối mềm… tuy nhiên người ta hay sử dụng loại khớp nối mềm vì loại này có hiệu quả cao hơn các loại khác. Khớp nối có chức năng chuyền momen xoắn giữa các trục quay của động cơ và trục bơm, dung hoà sự chuyển dịch tất yếu của hai trục quay. Các chuyển dịch này bao gồm: Sai lệch góc, sai lệch ngang hay kết hợp cả hai. Ngoài ra các dịch chuyển dọc của cả hai trục có thể được khớp nối hấp thụ.
Một số khớp nối mềm: Loại Xêri “M”.
Khớp nối Metastream Xêri “M” vốn được thiết kế cho lĩnh vực dầu khí. Đây là loại khớp nối mềm không cần bôi trơn, hoàn toàn tin cậy được, không bị ảnh hưởng của sự mài mòn hay chuyển động tương đối của các bộ phận.
Hình 3.6: Khớp nối
Bộ phận “mềm” trong khớp nối dạng này gồm một hoặc nhiều màng thép không gỉ. Màng được thiết kế ở dạng nan hoa, sự biến dạng của nan hoa làm cho khớp nối có tính mềm dẻo và nhờ đó có thể trung hoà được những sai lệch lắp ráp.
Xêri “M” có trong khoảng công suất danh định từ 1.6kW/1000 vòng/ phút đến 6500kW vòng/phút
Bộ phận mềm là một loạt các lớp “màng” thường làm bằng thép không gỉ dát mỏng hoặc bằng vật liệu chống ăn mòn khác. Vì mọi lực uốn, xoắn xảy ra với màng nên không có các chi tiết bị mài mòn và do đó không cần phải bôi trơn.
Loại Xêri “T”
Khớp nối mềm dạng Metastream Xêri “T” dùng loạt màng có thiết kế hình vòng độc đáo nhằm kết hợp tỷ lệ cao về truyền tải công suất trọng lượng với độ mềm dẻo tối đa. Thiết kế loại này nhằm truyền momen quay như tải kéo căng đơn thuần với bán kính tương đối nhỏ do đó khớp nối có khả năng quay vớ tốc độ cao. Dạng co thắt của màng cũng bảo đảm rằng ứng suất uốn mỏi phát sinh từ sự sai lệch được giữ ở mức tối thiểu tại những nơi quan trọng quanh bulông dẫn động.
Khớp nối mềm dạng này có nhiều khoảng công suất dạng định chuẩn từ 2kW/1000 vòng/phút đến 24000 kW/1000 vòng/phút.
3.3.5. Hệ thống làm kín bơm
Hệ thống làm kín bơm có chức năng ngăn sản phẩm bơm (ở đây là dầu thô) rò rỉ dọc theo trục bơm ra bên ngoài.
Mỗi bơm vận chuyển dầu được lắp hai bộ làm kín cơ, một tại ‘DE’ ( phía đầu dẫn động), một tại ‘NDE’ (đầu không dẫn động) của bơm. Cả hai đều theo tiêu chuẩn của API 610.
Mỗi bộ làm kín đôi gồm hai phần là hai mặt bịt kín, mặt “chính” hay trong hướng vào sản phẩm bơm đi, và mặt “phụ” hay mặt ngoài hướng ra không khí “không khí”.
Trong điều kiện vận hành bình thường, sản phẩm bơm đi được mặt bịt kín chính giữ lại bên trong bơm, mặt phụ giữ vai trò dự phòng giúp bơm tiếp tục hoạt động khi mặt chính bị hư hỏng.
Giữa hai mặt bịt kín có chất lỏng đệm, chất lỏng này hoạt động dưới áp suất cao hơn so với áp suất sản phẩm bơm đi. Nhờ áp suất cao hơn đó sản phẩm bơm không thể rò rỉ ra ngoài và ngược lại chất lỏng đệm sẽ rò rỉ vào trong bơm.
Chất lỏng đệm cũng giữ vai trò bôi trơn giữa các mặt bịt kín và trục bơm. Bình thường có một ít rò rỉ ở hai mặt này: Rò rỉ qua mặt trong vào bơm và rò rỉ qua mặt ngoài ra đường thoát xả.
Hệ thống làm kín bơm bao gồm:
+ Hai bộ làm kín “ kép” lắp vào bơm dầu thô.
+ Bình chứa “ DE” và “NDE” lắp tại nơi đặt bơm. Các bình này chứa chất lỏngđệm đẻ bù đắp lượng rò rỉ thông thường trong nhiều ngày hoạt động trước khi cần châm đầy trở lại.
+ Chất lỏng đệm ở hai đầu ổ đỡ được làm mát kiểu “Fin” giảm nhiệt từ bộ làm kín vào chúng, chất lỏng đệm được bơm tuần hoàn qua bộ làn kín tới hệ thống làm mát (thường có dạng trụ và trên đó có các cánh tản nhiệt) sau khi làm mát lại ngược trở về.
Vịt dầu giữ mức ổn định Denco. 1. Bể chứa 2. Đầu nối 3. Ống chỉnh 4. Đầu ốc hãm 5. Thân
Hình 3.7: Vịt dầu giữ mức ổn định Denco Nguyên lý hoạt động
Vịt dầu giữ mức ổn định Denco lắp trên gối đỡ, có chức năng duy trì mức dầu trong gối ổ đỡ và có thể theo dõi và nạp lại.
Mức dầu trong gối đỡ tụt xuống thì mức dầu trong thân vịt cũng giảm, vì vậy lộ ra phần đáy vát của ống cung cấp trong vịt dầu và không lọt vào bể dầu. Một lượng dầu tương đương thoát từ bể chứa ống cung cấp vào thân vịt dầu, khôi phục lại mức dầu trước và đóng kín ống cung cấp. Quá trình này lặp đi lặp lại khi mức dầu trong gối đỡ tụt giảm và tiếp tục khi bể chứa cạn dầu.
Nạp đầy.
Để nạp đầy, có thể rút bể chứa và đầu nối ra khỏi thân, tháo bể nối để châm dầu vào bể. Lắp lại cụm đầu nối, bể chứa vào thân như cũ, bảo đảm duy trì mức dầu định trước. 3.5. Động cơ 1 2 5 4 3
Hình 3.8: Cấu tạo động cơ
3.6. Nguyên lý làm việc của bơm Sulzer MSD-D-4-8-10 ½
Khi máy bơm làm việc các bánh công tác quay truyền năng lượng cho chất lỏng, các phần tử chất lỏng chuyển động theo các cánh dẫn hướng của các bánh công tác từ trong ra ngoài. Dưới tác dụng của lực ly tâm chất lỏng ra khỏi bánh công tác cấp một đi qua các cánh dẫn hướng rồi vào cửa hút của bánh công tác cấp hai với áp lực do bánh công tác cấp một truyền cho. Quá trình này diễn ra liên tục, áp lực của các phần tử chất lỏng tăng dần khi qua các bánh công tác, cuối cùng chất lỏng chuyển động vào cửa đẩy của bơm. Tại cửa hút của bơm dưới áp suất khí quyển hay áp suất thuỷ tĩnh chất lỏng được chuyển từ bể hút vào cửa hút trong quá trình bơm.
Nhận xét.
Lực dọc trục phát sinh trong quá trình bơm hoạt động là rất lớn có thể lên tới hàng tấn, Đối với các máy bơm ly tâm nhiều cấp thì thành phần lực dọc trục này không có lợi cho máy bơm vì lực chiều trục lớn có thể làm cho các ổ lăn mau mòn hỏng, tạo ra các khe hở làm cho roto chuyển động không ổn định và có thể bị cọ sát vào thân bơm. Các tác hại trên l mf ảnh hưởng đến hiệu suất của bơm và làm cho các chi tiết trong bơm mau mòn hỏng.
Trong thực tế người ta đã áp dụng nhiều phương pháp để khử lực dọc trục như: Dùng bơm piston cân bằng, dùng đĩa cân bằng, chế tạo bơm có hai cửa hút.
Máy bơm Sulzer MSD-D-4-8-10 ½ có cấu tạo đặc biệt so với các loại máy bơm khác. Trong bơm tải trọng tác dụng lên bơm bằng tổng tải trọng.
Nhận xét
Lực dọc trục phát sinh trong quá trình bơm hoạt động là rất lớn có thể lên tới hàng tấn. Đối với các máy bơm ly tâm nhiều cấp thì thành phần lực dọc trục này không có lợi cho máy bơm vì lực chiều trục lớn có thể làm cho các ổ lăn mau mòn hỏng, tạo ra các khe hở làm cho roto chuyển động không ổn định và có thể bị cọ sát vào than bơm. Các tác hại trên làm ảnh hưởng đến hiệu suất của bơm và làm cho các chi tiết trong bơm mau mòn hỏng.
Trong thực tế người ta đã áp dụng nhiều phương pháp để khử lực dọc trục như: dung piston cân bằng, dung đĩa cân bằng, chế tạo bơm có hai cửa hút.
Máy bơm sulzer có cấu tạo đặc biệt so với các loại máy bơm khác. Tải trọng tác dụng lên bơm bằng tổng tải trọng tác dụng lên từng cánh. Trong bơm sulzer để giảm tác dụng lên cánh bơm người ta chế tạo bánh công tác cấp một có hai cửa vào, bốn bánh công tác phía sau được chia ra làm hai nhóm lắp đối xứng nhau (mục đích để giảm tác dụng của lực chiều trục). Phía dưới thân bơm có lắp một ống giảm tải để giảm áp từ trong khoang trước của đệm làm kín đầu áp suất cao đến khoang xả của máy bơm. Do lực chiều trục phát sinh ở phía đầu tự do không lớn hơn lực chiều trục phía đầu động cơ nên tại hai gối đỡ đầu tự do được lắp hai ổ bi đỡ chặn còn gối đỡ phía động cơ được lắp một ổ đỡ.
CHƯƠNG 4
VẬN HÀNH, KIỂM TRA BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA BƠM MSD-D-4-8-10 ½
4.1. Quy trình vận hành bơm Sulzer4.1.1. Khởi động bơm Sulzer 4.1.1. Khởi động bơm Sulzer
4.1.1.1. Công tác chuẩn bị trước khi khởi động bơm
- Trước khi khởi động máy bơm, ta phải chắc chắn rằng chất lỏng được điền đầy trong hệ thống đường ống và trong khoang làm việc của bơm.
- Phải chắc chắn rằng bơm trong trạng thái sẵn sàng làm việc cả về phần động cơ (điện) và bơm (cơ khí).
- Trước khi khởi động thiết bị lần đầu (sau khi lắp đặt hoặc bảo dưỡng) thì cần kiểm tra xem chiều quay của động cơ và bơm có đúng như chiều mũi tên trên động cơ bằng cách nhấn nhanh nút ON/OFF.
- Kiểm tra độ tin cậy, độ chắc chắn của bu lông và các ê cu. Kiểm tra độ ổn định của roto bằng cách quay roto bằng tay hoặc bằng chìa vặn ê cu. Kiểm tra xem các van có trong trạng thái hoàn hảo hay không.