tìm hiểu bơm ly tâm nps 6535 - 500 trong vận chuyển dầu khí - chuyên đề các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hút của máy bơm và phương pháp khắc phục

Đồ án gồm có 4 nội dung chính, chia làm 4chương như sau: Chương I: Đặc điểm công tác vận chuyển dầu và việc sử dụng các loại bơm ly tâm tại Xí nghiệp liên doanh “VIETSOVPETRO”.. Như vậy

LỜI NÓI ĐẦU

Nền kinh tế của đất nước ta trong những năm gần đây đã có những bước tiếnvượt bậc với sự tăng trưởng luôn duy trì ổn định ở mức tương đối cao Đóng gópmột phân không nhỏ vào các thành tựu phát triển đó, ngành công nghiệp dầu khícủa chúng ta, và điển hình là Xí nghiệp liên doanh “VIETSOVPETRO”, mặc dù làngành công nghiệp còn non trẻ nhưng đã không ngừng học hỏi, tích lũy kinhnghiệm sản xuất, tiến bộ của khoa học kỹ thuật để trở thành ngành công nghiệp mũinhọn, chủ lực của đất nước như ngày nay

Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro là đơn vị đi đầu trong công tácthăm dò, tìm kiếm, khai thác Hiện nay xí nghiệp có 12 giàn cố định và một số giànnhẹ, tất cả đều ở trên biển do đó đòi hỏi phải có hệ thống trang thiết bị phù hợp,hiện đại Đồng thời nâng cao hiệu quả sử dụng cũng như tuổi thọ của thiết bị cũng

là nhiệm vụ hết sức quan trọng

Thiết bị trong vận chuyển dầu khí hết sức đa dạng trong đó bơm ly tâm làthiết bị cơ bản được dùng rất phổ biến, đặc biệt là bơm ly tâm NPS 65/35-500 Do

đó trong quá trình thực tập, nghiên cứu, đồng thời với sự đồng ý của bộ môn Thiết

Bị Dầu Khí Và Công Trình, Khoa Dầu Khí, Trường Đại Học MỎ ĐỊA CHẤT, em

đã được giao đề tài: ‘‘Tìm hiểu bơm ly tâm NPS 65/35 - 500 trong vận chuyển dầukhí’’

Và với chuyên đề: “Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hút của máy bơm vàphương pháp khắc phục”

Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Văn Bản và các thầy trong

bộ môn Thiết Bị Dầu Khí Và Công Trình, cùng với sự cố gắng của bản thân đến nay

em đã hoàn thành xong đồ án này Đồ án gồm có 4 nội dung chính, chia làm 4chương như sau:

Chương I: Đặc điểm công tác vận chuyển dầu và việc sử dụng các loại bơm

ly tâm tại Xí nghiệp liên doanh “VIETSOVPETRO”

Chương II: Lý thuyết cơ bản về bơm ly tâm

Chương III: Tổ hợp bơm ly tâm NPS 65/35 - 500

Chương IV: Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hút của máy bơm và

phương pháp khắc phục

Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức thực tế, kiến thức bản thân cònhạn chế nên không tránh khỏi nhưng sai sót, em rất mong được sự góp ý của thầy cô

và bạn bè

Qua đây, em cũng bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy Trần Văn Bản,

các thầy trong bộ môn Thiết Bị Dầu Khí Và Công Trình, công nhân và cán bộ thuộc

Xí nghiệp liên doanh Vietsovptro và bàn bè đã giúp đỡ em nhiệt tình chu đáo

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội: Tháng 06 năm 2010Sinh Viên: Nguyễn Danh Công

CHƯƠNG I: HỆ THỐNG THU GOM VẬN CHUYỂN DẦU Ở MỎ BẠCH HỔ

VÀ CÁC LOẠI BƠM LY TÂM DÙNG TRONG QUÁ TRÌNH THU GOM VẬN CHUYỂN DẦU

1.1 HỆ THỐNG THU GOM XỬ LÝ VẬN CHUYỂN DẦU Ở MỎ BẠCH HỔ 1.1.1 Khái niệm chung về hệ thống thu gom , vận chuyển dầu khí

Sản phẩn khai thác lên từ giếng là một hỗn hợp gồm nhiều pha, rất phứt tạp(dầu, khí, các tạp chất cơ học….) Và do tính chất đặc thù của sản phẩn dầu khí làkhông có tính tập trung cao và dễ cháy nổ, do sản phẩm được khai thác từ các giếngkhác nhau trên cùng một giàn và từ các giàn khác nhau của cùng một mỏ Vì vậy, taphải tiến hành thu gom tập hợp và xử lý đó là công đoạn cuối cùng của quá trình sảnxuất dầu thô thương phẩm Hệ thống thu gom vận chuyển là hệ thông kéo dài từmiệng đến các điểm cất chứa sản phẩm thương mại Hệ thống này bao gồm hệthống đường ống, các công trình trên mặt, các thiết bị tách pha, thiết bị đo lường, bểchứa, các thiết bị xử lý sản phẩm, các trạm bơm nén, các thiết bị chao đổi nhiệt…

Sau đó hệ thống thu gom phải đảm bảo 4 nhiệm vụ sau:

+ Tập trung tất cả sản phẩn từ các giếng riêng rẽ các khu vực khác nhautrong một mỏ lại với nhau

+ Đo lường chính xác cả về số lượng của sản phẩn khai thác và của từnggiếng theo mục đích khác nhau Việc đo lường này được thực hiện theo định kỳ vớimỗi giếng, thời hạn tùy thuộc mức độ phức tạp Để việc đo lường chính xác thìtrước tiên phải tách riêng các pha thông qua bình tách Ở công đoạn này, nhiệm vụchủ yếu là xác định số lượng và tỷ lệ các pha

Xản phẩm luân chuyển trong hệ thống thu gom, phải qua các thiết bị côngnghệ để xử lý Cùng với việc đo số lượng cần phải thực hiện kiểm tra chất lượng,chủ yếu là hàm lượng các tạp chất có trong mỗi loại sản phẩm

+ Xử lý sản phẩm thô đạt tiêu chuẩn dầu thô thương mại Chất lưu được khaithác còn gọi là chất lỏng giếng, khai thác lên là hỗn hợp dầu , khí, nước, bùn, cát.Trong đó còn có các hóa chất không phù hợp vơi yêu cầu vận chuyển và chế biếnnhư: C2,H2O, các loại muối tan và không tan Nên việc thu gom phải đảm bảo táchpha, trước hết là pha khí, nước và muối Sau đó mỗi pha phải được tiếp tục xử lý

Đối với pha khí, sau khi ra khỏi các chi tiết còn mang một tỷ lệ các thànhphần nặng (từ propan trở lên), mang theo nước tự do ngưng tụ , hơi nước và có thể

là CS chua như H2S, CO2

Để xử lý dầu thương mại, cần tiếp tục tách nước, tach muối và các tạp chất

cơ học

+ Phải đảm bảo yêu cầu về môi sinh Riêng với pha nước, thường được gọi

là nước thải của công nghiệp dầu mỏ chủ yếu là nước vỉa, trước khi thải ra môitrường, hoặc tái xử dụng cần phải xử lý, trước hết là lọc hết váng dầu để đảm bảoyêu cầu về môi trường

Để hệ thống thu gom, xử lý đảm bảo được 4 nhiệm vụ trên thì nó phải thỏamãn các yêu cầu sau:

- Phải đo lường chính xác cả số lượng và chất lượng

- Giảm tổn hao sản phẩm đến mức thấp nhât Sự hụt các sản phẩm dầu khí cóthể do bay hơi các thành phần nhẹ, do rò rỉ qua đường ống và các thiết bị côngnghệ Nên cần phải hạn chế tối đa tổn hao

- Việc xử lý phải đạt tiêu chuẩn cao nhất theo yêu cầu thương mại

- Phải đạt tiêu chuẩn kinh tế đầu tư và vận hành Tiêu hao kim loại và chi phínhân lực cho một đơn vị sản phẩm phải thấp

- Hệ thống thu gom phải có tính vạn năng hoặc mức độ thích ứng cao

- Hệ thống thu gom vận chuyển phải có mức độ tự động hóa cao, đặc biệt làkhâu đo lường sản phẩm và vận hành hệ thống kiểm soát khóa, van , thông số thiết

1.1.2.1 Khối lượng riêng 

Hiện nay dầu thô của chúng ta khai thác được chủ yếu tập trung ở các tầng

sản phẩm Mioxen hạ, Oligen hạ và tầng móng kết tinh Chúng thuộc loại dầu nhẹvừa phải, khối lượng riêng nằm trong khoảng giới hạn (0,83  0,85).103kg/m3 Dầuthô ở khu vực mỏ Bạch Hổ có khối lượng riêng khoảng 0,8319.103 kg/m3 (38o6API),

đó là một thuận lợi đối với công tác vận chuyển dầu, bởi vì mặc dù theo công thứctính lưu lượng của bơm Q= CmПDDb = ( 60n Dn)  D (K1.D) = K D3n và cột áp

H= ta không thấy có sự ảnh hưởng nào của khối lượng riêng chất lỏng công tác,nhưng nó lại ảnh hưởng đáng kể đến công suất thủy lực (NTL) của các máy bơm :

NTL = G.H = (.g.Q).H Điều đó có nghĩa là nếu  nhỏ, việc cung cấp năng lượng(điện năng) cho các trạm bơm vận chuyển dầu giảm đáng kể

1.1.2.2 Độ nhớt 

Là khả năng của chất lỏng có thể chống lại được lực trượt (lực cắt), nó đượcbiểu hiện dưới dạng lực ma sát trong (nội ma sát) khi có sự chuyển dịch tương đốicủa các lớp chất lỏng kề nhau Bởi vậy độ nhớt là tính chất đặc trưng cho mức độ diđộng của chất lỏng Độ nhớt của chất lỏng thay đổi trong một phạm vi rộng theonhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì  giảm và ngược lại Ngoài ra khi áp suất tăng thì độnhớt của chất lỏng cũng tăng, trừ một và chất lỏng đặc biệt như nước Khi vậnchuyển dầu, chúng ta phải đưa chúng vào trạng thái chuyển động, muốn vậy phảiđặt vào chúng một lực nhất định bằng sự tác dụng của các cánh bơm Chuyển độngcủa chất lỏng chỉ xuất hiện khi ứng suất ma sát vượt quá một giới hạn nào đó, gọi làứng suất trượt ban đầu Như vậy rõ ràng độ nhớt của chất lỏng công tác ảnh hưởngrất lớn đến dòng chuyển động của nó, mặc dù trong các công thức tính toán cơ bảncủa các máy bơm dùng để vận chuyển chất lỏng (dầu thô) này không có mặt trựctiếp của đại lượng , nhưng chính nó là yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất gây nêntổn thất của dòng chảy  càng lớn thì tổn thất thủy lực của dòng chảy càng lớn, làmtăng tổn thất công suất và giảm lưu lượng của các máy bơm

Dầu thô của chúng ta, theo các kết quả nghiên cứu phân tích của Công tyDMC (Việt Nam) và Viện hóa dầu COPAH ( Tomsk – CHLB Nga ), có độ nhớt khálớn Độ nhớt động  (trong đó   ) của dầu tầng Mioxen ở 500C thay đổi trongmột khoảng rộng từ 8,185 16,75 Cst Độ nhớt động  của dầu ở tầng Oligoxenvào khoảng 6,614 Cst, của tầng móng vào khoảng 6,686 Cst ở 500C Điều đó gâykhó khăn rất lớn cho công tác vận chuyển dầu của chúng ta

1.1.2.3 Ảnh hưởng của các tính chất lý, hóa khác

Dầu thô của chúng ta là loại sạch, chứa rất ít các độc tố, các kim loại nặngnhư chì (1,39ppm), Vanadium(0,46ppm), Magiê(7,270ppm), Lưu huỳnh (0,005%trọng lượng ) Đây là một điều tốt cho hệ thống vận chuyển dầu cũng như hệ thốngcông nghệ của chúng ta Tuy nhiên, từ kết quả phân tích phần cặn (chiếm một tỷ lệkhá cao, đến 21,5% trọng lượng đối với dầu thô Bạch Hổ) có nhiệt độ sôi trên

5000C trong quá trình chưng cất chân không, ta thấy dầu thô của chúng ta chứa hàmlượng Parafin rắn khá cao, đến 44,12%trọng lượng (phần cặn), điều đó làm giảm

tính linh động của chúng ở nhiệt độ thấp, và ngay cả ở nhiệt độ bình thường Chính

sự có mặt của Parafin với hàm lượng lớn làm cho nhiệt độ đông đặc của dầu thôtăng lên Đối với dầu thô khu vực mỏ Bạch Hổ, nhiệt độ đông đặc ở mức khá cao,đến 330C Đây thực sự là một trở ngại lớn cho hệ thống vận chuyển dầu của chúng

ta bởi chúng rất dễ làm tắc nghẽn các tuyến đường ống, nhất là ở tại các điểm núthoặc tại các tuyến ống ở xa trạm tiếp nhận và có lưu lượng thông qua thấp, hoặckhông liên tục mà bị gián đoạn trong một thời gian lâu Đấy chính là nhược điểmcăn bản trong tính chất lý, hóa của dầu thô Việt Nam, và việc xử lý, khắc phụcchúng đòi hỏi cả một quá trình công nghệ phức tạp và tốn kém

Để cải thiện các tính chất lý hóa của dầu, phục vụ cho công tác vận chuyển,tồn trữ chúng, người ta sử dụng nhiều biện pháp nhằm làm giảm độ nhớt hoặc gianhiệt cho chúng để chống sự đông đặc làm tắc nghẽn đường ống của dầu Ví dụ,bằng phương pháp cấy vi sinh vào môi trường nước ép vỉa, người ta đã làm tăng tối

đa các quá trình phản ứng men ôxy hóa hydrocacbon của dầu có độ nhớt cao, điều

đó làm tăng khả năng thu hồi dầu ở các tầng sản phẩm và làm tăng được tính lưubiến của chúng

Ngoài các ảnh hưởng trên, yếu tố địa lý, khí hậu, thủy văn cũng có sự tácđộng không nhỏ đối với công tác vận chuyển và các quá trình công nghệ khai thácdầu Vùng biển thềm lục địa phía Nam này chịu ảnh hưởng gió mùa nhiệt đới, hìnhthành 2 mùa rõ rệt:

+ Mùa mưa có gió Tây – Nam, được đặc trưng bởi lượng mưa lớn và nhiềusương mù kéo dài từ khoảng tháng 4 đến tháng 10 Vào mùa này khí hậu thườngnóng, do vậy dầu thô khai thác được khi qua các công đoạn xử lý công nghệ trêngiàn ít bị mất nhiệt, hạn chế được khả năng đông đặc của chúng

+ Vào mùa khô thường từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, có gió Đông – Bắcvới cường độ lớn, gọi là mùa gió chướng Trong khoảng thời gian này, hay xuấthiện những cơn bão hay áp thấp nhiệt đới với sức gió đến 2530m/s, nhiệt độkhông khí giảm xuống rõ rệt Vì vậy ở các giàn khai thác có các giếng với sản lượngthấp thường hay xảy ra hiện thượng dầu bị đông đặc, hoặc chí ít thì tính linh độngcủa dầu cũng giảm xuống rõ rệt, gây khó khăn cho việc vận chuyển dầu Đó là chưa

kể đến những sự cố bất thường xảy đến cho tuyến vận chuyển dầu (tắc nghẽn, gẫy

vỡ đường ống) và các trạm tiếp nhận cũng thường hay xảy ra trong mùa thời tiếtkhông mấy thuận lợi này

Ngoài ra, điều kiện khí hậu nhiệt đới, độ ẩm không khí lớn, và môi trườngbiển này có hại đến tuổi thọ, độ bền của máy móc, thiết bị công nghệ cũng như các

tuyến đường ống vận chuyển dầu Các cấu trúc, kết cấu kim loại của máy móc thiết

bị công nghệ ngồi việc chịu tải trọng lớn khi làm việc, còn chịu tác động ăn mòn vớicường độ lớn do môi trường biển gây ra Trong thực tế, có trên 50% các trường hợp

sự cố đối với cac đường ống ngầm vận chuyển dầu là do tác động của ăn mòn kimloại Vì vậy khi tính toán thiết kế, lắp đặt các hệ thống thiết bị công nghệ trên cáccông trình biển, phải nên đặt điều kiện làm việc này (môi trường biển, độ ẩm lớn,khí hậu nhiệt đới ) lên mối ưu tiên hàng đầu

1.1.2 Hệ thống thu gom vận chuyển dầu khí tại mỏ Bạch Hổ

Theo hình (1.1), hệ thống thu gom của mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng được nốivới nhau thành một hệ thống thống nhất bằng đường ống gôm 4 đoạn:

Đoạn đầu tiên nối giàn cố định RP-1 với cụm van phân dòng ngầm của tàuchứa FSO-3 của mỏ Rồng, với chiều dài 6000m, đường kính 325×16mm

Đoạn thứ hai có đường kính và chiều dài tương tự cụm van phân dòng ngầmtàu chứa 3 đến chân đế giàn vệ tinh RC-1

Đoạn cuối cùng nối với giàn CTP-2 (giàn công nghệ trung tâm) của mỏ Bạch

Hổ có chiều dài 10000m và đường kính 426×16mm

Toàn bộ đường ống được thiết kế và xây dựng không có lớp bọc cách nhiệt

và được đặt ngay trên đáy biển

Tuy nhiên ta chỉ xét đến hệ thống thu gom ở mỏ Bạch Hổ gồm có 3 kho nổixuất chứa dầu; 2 giàn công nghệ trung tâm CTP-2 và CTP-3: 10 giàn cố định MSP

và 8 giàn BK Toàn bộ hệ thống này được chia làm hai phần: vòm bắc và vòm nam

+ Hệ thống thu gom ở vòm bắc

Ở vòm bắc, dầu được vận chuyển từ các dàn cố định (MSP-11, MSP-9,MSP-10, MSP-5, MSP-7, MSP-3, MSP-4) qua các giàn cố định (MSP-1, MSP-8,MSP-6), về đến kho cất chứa dầu (FSO-1, FSO-2) và từ đây dầu được bán cho cáctàu chứa nước ngoài Để thuận tiện cho quá trình vận chuyển và tránh gây tổn thấtcho máy bơm và tất cả các thiết bị trong hệ thống vận chuyển, nên các thiết bị vậnchuyển được bố trí theo trạm trung chuyển (tiếp điểm nhận dầu) Cụ thể vòm bắcgồm có hai điểm tiếp nhận là:

- Điểm trung chuyển MSP-6: Đây là điểm nút mà dầu được vận chuyển từcác giàn MSP-3, MSP-4, MSP-5, MSP-7 và trường hợp dầu từ giàn MSP-9, MSP-

10, MSP-11 được trung chuyển về Và từ đây dầu được bơm về các tàu chứa ChíLinh

- Điểm tiếp nhận và trung chuyển MSP-8: Đây là điểm tiếp nhận lượng dầutrung chuyển lớn từ các điểm trung chuyển phía nan (thông qua MSP-1) và các giànMSP-9,MSP-10, MSP-11 Dầu từ đây được bơm vận chuyển về tàu chứa Chí Linh.

Để đảm bảo được quá trình vận chuyển dầu, ở vòm bắc gồm có các thiết bịvận chuyển sau:

Kho chứa xuất dầu FSO-1 (BA VÌ) được liên kết với các giàn cố định MSP-1bằng đường ông ngầm Kho chứa xuất dầu này có thể tiếp nhận dầu với hàm lượngkhông lớn hơn 10% Dầu sau khi đến kho nổi chứa xuất dầu được gia nhiệt lại đểđáp ứng hiệu quả của quá trình xử lý dầu Nước được tách ra khỏi bằng công nghệlắng trong FSO-2 Từ đây dầu thương phẩm được đưa về các hầm chứa, nước đượctách ra được vận chuyển về két nước thải và đưa xuống biển sau khi đã được xử lý.Khí dư tách ra từ dầu được thải vào không khí qua van thải nhanh Dầu thươngphẩm được xuất cho các khách hang sang tàu chứa bằng phương pháp cặp mạn

FSO-2 (Chí Linh) có chức năng giống FSO-1, nhưng nó có được trang bịthêm thiết bị có thể xử lý dầu với hàm lượng nước đến 20%

Hệ thống đường ống ngầm nối liền các giàn cố định với nhau Hệ thống gồmmạng lưới các đường ống ngầm đường kính 219×12mm hoặc 312×16mm cho phépvận chuyển sản phẩm khai thác đã tách khí từ giàn cố định đến điểm thu gom trênkho nổi chứa xuất dầu hoặc giàn công nghệ trung tâm

Đường ống vận chuyển dầu vào bờ gồm 2 đoạn: Đoạn ngoài biển dài 126

km, có đường kính 426×16mm và đoạn trên bờ cho đến tận tổ hợp xử lý dầu tại Tuy

Ha đường kính 530×9mm dài 35,8km Trên giàn,bơm trung chuyển được đặt cáchgiàn công nghệ trung tâm mỏ Bạch Hổ theo tuyến ống là 41km Đoạn ống gần bờ từ

độ sâu 30m nước trở vào được trong bể bê tông và chôn sâu xuống biển Phần cònlại không được bọc bê tông nhưng cũng được chôn sâu xuống biển

Công suất thiết kế của giàn công nghệ trung tâm và đường ống vận chuyển là3,5 triệu tấn dầu/ năm

+ Hệ thống thu gom vận chuyển ở vòm nam

Khác với vòm bắc, ở vòm nam dầu không được vận chuyển từ các giàn cốđịnh mà được vận chuyển từ các giàn nhẹ BK (BK-3, BK-1, BK-5, BK-8, BK-6,BK-7) về giàn BK-2 và giàn BK-4 Rồi từ các giàn BK-2 và BK-4, dầu tiếp tụcđược chuyển về các kho chứa xuất dầu FSO-1 và FSO-4 qua các giàn công nghệtrung tâm FSO-2 và FSO-4 Sở dĩ ở vòm nam không xây dựng các giàn cô định màxây giàn nhẹ BK là do: ở vòm nam, dầu được khai thác chủ yếu là dầu tầng móng.Cũng tương tự như ở vòm bắc, vòm nam gồm có ba điểm tiếp nhận và bơm dầuchính sau:

- Điểm tiếp nhận dầu từ giàn MSP-1: Đây là điểm tiếp nhận và trung chuyểndầu quan trọng, liên kết hệ thống thu gom ở hai vòm bắc và nam lại với nhau Dầu ởđây có thể được vận chuyển về tàu chứa Ba Vì hoặc chuyển về giàn công nghệtrung tâm 2

- Điểm tiếp nhận dầu và bơm dầu từ CTP-3: Đây là điểm tiếp nhận dầu quantrọng nhất ở phía nam CTP-3 không những tiếp nhận dầu ở phía nam của mở Bạch

Hổ mà còn tiếp nhận toàn bộ lượng dầu được chuyển qua từ bên mở Rồng đến tàuchứa Vietsovpetro 01

1.2 CÁC LOAI BƠM LY TÂM DÙNG TRONG QUÁ TRÌNH THU GOM VẬN CHUYỂN DẦU

Hiện nay có rất nhiều loại máy bơm được sử dụng trong công tác dầu khí:máy bơm pitston, máy bơm ly tâm, máy bơm hướng trục, máy bơm phun tia… Mỗiloại máy bơm đều có công dụng và phạm vi sử dụng khác nhau tùy thuộc vào yêucầu đặt ra trong công việc Trong công tác vận chuyển người ta hay dùng máy bơm

ly tâm bởi so với các loại máy bơm khác máy bơm ly tâm có ưu điểm sau:

- Đặc tính của bơm có độ nghiêng đều nên khoảng làm việc của bơm lớn,phù hợp với nhiều chế độ làm việc

- Phạm vi sử dụng và năng suất cao, cụ thể như sau:

+ Kết cấu nhỏ gọn, làm việc chắc chắn, tin cậy

+ Hiệu suất tương đối cao khi bơm chất lỏng có μ = 0,65 ÷ 0,95

+ Và có hiệu quả kinh tế cao.

Với tính năng kỹ thuật cao, chỉ tiêu kinh tế tốt, phạm vi sử dụng rộng rãi nêncác bơm ly tâm được dùng chủ yếu trong công tác vận chuyển dầu của XNLD

“VIETSOVPETRO” Tùy theo sản lượng khai thác và nhu cầu thực tế trên mỗi giàn

cố định mà người ta sử dụng chủng loại và số lượng bơm ly tâm khác nhau Hiệnnay tại các trạm bơm vận chuyển dầu trên các công trình biển của XNLD

“VIETSOVPETRO”, chúng ta đang sử dụng các chủng loại bơm dầu ly tâm nhưsau:

1.2.1 Máy bơm NPS 65/35 –500

Là tổ hợp bơm dầu ly tâm kiểu nằm ngang, nhiều tầng (cấp), trục bơm đượclàm kín bằng các dây salnhic mềm hoặc bộ phận làm kín kiểu mặt đầu BơmNPS65/35 –500 được sử dụng để bơm dầu thô, các loại khí hydrocacbon hóa lỏng,các sản phẩm dầu khí ở nhiệt độ từ -300C đến 2000C và các loại chất lỏng khác cótính chất lý hóa tương tự Các chất lỏng công tác này không được chứa các tạp chất

cơ học có kích thước lớn hơn 0,2mm và hàm lượng không vượt quá 0,2% khốilượng Tổ hợp bơm được trang bị động cơ điện loại BAO 22 - 280M - 2T2,5 vớicông suất N= 160KW, U=380V, 50Hz và các thiết bị bảo vệ, làm mát, làm kín kháctheo đúng yêu cầu, quy phạm láp đặt vận hành chúng Một số các thông số đặc tính

kỹ thuật cơ bản của tổ hợp bơm NPS 65/35 –500 như sau:

- Lưu lượng định mức tối ưu (m3/h ) : 65(35)

- Tần số quay (s -1, V/ph) : 49,2 (2950)

- Độ xâm thực cho phép (m) : 4,2

- Áp suất đầu vào không lớn hơn ( MПDa, KG/cm2 )

1 Với kiểu làm kín mặt đầu : 2,5 (25)

2 Làm kín bằng salnhic : + Kiểu CГ : 1,0 (10)

+ Kiểu CO : 0,5 (5)

- Công suất thủy lực yêu cầu của bơm (KW) : 160

- Trọng lượng của bơm (KG) : 1220

- Công suất của động cơ điện (KW) : 160

- Tần số dòng điện (Hz) : 50

- Hiệu suất làm việc hữu ích : 59%

1.2.2 Bơm ly tâm NPS – 40/400

Là tổ hợp bơm cùng chủng loại kết cấu như NPS 65/35 –500, chỉ khác đườngkính ngoài của các bánh công tác của nó nhỏ hơn

1.2.3 Máy bơm Sulzer – Ký hiệu MSD-D Model 4x8x10,5

Là loại bơm ly tâm có 5 cấp, nằm ngang, trong đó bánh công tác thứ nhất làloại hai cửa hút ngược chiều nhau, 4 bánh công tác còn lại là loại 1 cửa hút đượcchia làm 2 nhóm đối xứng, có cửa hút ngược chiều nhau Thân máy có cấu tạo gồm

2 nửa tháo được theo bề mặt phẳng ngang và được định vị với nhau bởi các chốtcôn Thân máy có nhiều khoang chứa các bánh công tác và giữ luôn vai trò của cácbánh hướng dòng Phía dưới có ống giảm tải nối từ khoang chứa đệm làm kín phía

áp suất cao đến khoang cửa vào cấp I của bơm Trục bơm được làm kín bằng đệmlàm kín chì dạng kép, có nhiệt độ làm việc dưới 1600C Đệm làm kín này được làmmát bằng dầu Tellus 46, đồng thời dầu làm mát này có tác dụng như nêm thủy lựclàm kín bổ sung cho đệm Dầu làm mát đệm làm kín trao đổi nhiệt với bên ngồithông qua các lá đồng tản nhiệt dọc theo đường ống

Các thông số đặc tính kỹ thuật cơ bản của tổ hợp bơm như sau:

- Lưu lượng bơm (m3/h) : 130

- Cột áp định mức (m) : 400

- Hiệu suất hữu ích (%) : 74

- Công suất thủy lực của bơm (KW) : 147

- Lượng dự trữ xâm thực cho phép (m) : 2,1

- Công suất động cơ điện (KW) : 185

- Số vòng quay (V/ph) : 2969

- Điện áp (V) : 380 – Tần số dòng điện : 50Hz

- Chiều dài khớp nối trục (mm) : 180

- Khối lượng của tổ hợp : 3940Kg

1.2.4 Máy bơm NK-200/120

Là loại bơm ly tâm dùng để bơm dầu, khí hóa lỏng, dung dịch hữu cơ và cácchất lỏng khác có tỷ trọng không quá 1050Kg/m3, độ nhớt động đến 6.10-4m2/s Cácchất lỏng công tác này không được chứa các tạp chất cơ học có kích thước lớn hơn0,2mm và hàm lượng vượt quá 0,2% và nhiệt độ trong khoảng –80oC  400oC Tổhợp bơm gồm động cơ điện và bơm được lắp ráp trên cùng một khung dầm và đượcliên kết với nhau bằng khớp nối răng Đây là loại bơm ly tâm 1 tầng, công –Xon, có

thân bơm, vấu tựa, ống hút và ống nối có áp (cửa ra) được đặt trên cùng một giá đỡ.Việc làm kín trục được thực hiện bởi một bộ phận làm kín kiểu СГ – hoặc СО

Các thông số đặc tính kỹ thuật cơ bản của bơm như sau:

- Lưu lượng bơm (m3/h) : 200

- Cột áp định mức (m) : 120

- Hiệu suất hữu ích (%) : 67

- Lượng dự trữ xâm thực cho phép : 4,8 (m)

- Công suất động cơ điện (KW) : 100

cơ điện và bơm được liên kết với nhau thông qua 2 mặt bích có phần may-ơ gắnthen ở 2 đầu trục Hai mặt bích này được siết chặt với nhau bởi các bulông có lótống đệm cao su giảm chấn Đây là loại bơm ly tâm có từ 2  10 cấp bánh công tác

có cửa vào cùng chiều, do đó để cân bằng lực dọc trục tác dụng lên roto người taphải bố trí ổ đỡ thủy lực ở một đầu trục phía cao áp với đường kính phù hợp với sốcấp bánh công tác của bơm

Các thông số đặc số đặc tính kỹ thuật cơ bản của tổ hợp bơm ЦНС-105/294như sau

- Lưu lượng bơm (m3/h) : 105

- Cột áp định mức (m) : 294

- Hiệu suất hữu ích (%) : 68

- Công suất động cơ điện (KW) : 160

- Số vòng quay (V/ph) : 2950

- Điện áp (V)- tần số dòng điện (Hz) : 380-50

Tuy nhiên, tại các giàn cố định loại, bơm này (ЦНС - 105/294) thường chỉ

được sử dụng để bơm nước

Ngoài các loại bơm ly tâm thông dụng đã nêu trên, người ta còn lắp đặt,trang bị thêm một số chủng loại bơm khác như R360/150GM-3, R250/38GM-1,hoặc đôi khi, trong những trường hợp cần thiết các loại bơm thể tích như 9MΓP,P,ЦA-320, ЦA-400, УБН-700, cũng có thể tham gia vào công tác vận chuyển dầutrên các công trình biển

Việc bố trí, lắp đặt các trạm bơm trên các giàn cố định hoặc giàn nhẹ đượcthiết kế, tính toán phù hợp với sản lượng khai thác dầu và vai trò công nghệ củagiàn trong hệ thống công nghệ chung của toàn khu mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng Với

sơ đồ vận chuyển dầu và các đặc điểm trong công tác này người ta bố trí kiểu loại

và số lượng máy bơm ly tâm trên các giàn như sau:

1 MSP-1 (Giàn 1)

 Máy bơm NPS 65/35-500 - số lượng : 2

 Máy bơm NK-200/120 - số lượng : 2

 Máy bơm SULZER - số lượng : 2

2 CPP-2 (Giàn công nghệ trung tâm số 2)

 Máy bơm SULZER - số lượng : 8

 Máy bơm R360/150 CM-3 - số lượng : 5

 Máy bơm R360/150 CM-1 - số lượng : 2

3 MSP-3 (Giàn 3)

 Máy bơm NPS 65/35-500 - số lượng : 1

 Máy bơm NPS 40/400 - số lượng : 2

 Máy bơm NPS 65/35-500 - số lượng : 2

 Máy bơm NPS 40/400 - số lượng : 2

7 MSP-7 (Giàn 7)

 Máy bơm NPS 65/35-500 - số lượng : 3

8 MSP-8 (Giàn 8)

 Máy bơm NPS 65/35-500 - số lượng : 2

 Máy bơm NK-200/210 - số lượng : 2

 Máy bơm SULZER - số lượng : 2

9 MSP-9 (Giàn 9)

 Máy bơm NPS 65/35-500 - số lượng : 4

10 MSP-10 (Giàn 10)

 Máy bơm NPS 65/35-500 - số lượng : 3

 Máy bơm NPS 40/400 - số lượng : 1

11 MSP-11 (Giàn 11)

 Máy bơm NPS 65/35-500 - số lượng : 4

12 RP-1 (Giàn 1 Mỏ Rồng )

 Máy bơm NPS 65/35-500 - số lượng : 3

 Máy bơm NPS 40/400 - số lượng : 1Theo thống kê trên, số lượng máy bơm NPS 65/35-500 và (NPS 40/400) là37/60 chiếm một tỷ lệ lớn, và trong thực tế người ta vẫn thường dùng các loại bơmNPS và SULZER để vận chuyển dầu Đây là 2 loại bơm ly tâm có nhiều ưu điểm :kết cấu bền vững, độ tin cậy, độ an toàn cao, lưu lượng bơm, cột áp và hiệu suất hữuích lớn, dễ vận hành, bảo quản, sửa chữa Ở hai loại bơm này, do cách bố trí cácbánh công tác thành hai nhóm có cửa vào của mỗi nhóm ngược chiều nhau Do đólàm giảm đáng kể lực dọc trục tác dụng lên Roto, tải trọng của các ổ đỡ trục giảm,

do đó tuổi thọ của chúng tăng lên rất nhiều Tuy nhiên do các bơm ly tâm đều làmviệc ở chế độ vận tốc góc lớn (khoảng 3000v/ph) nên việc lắp đặt, điều chỉnh chúngđòi hỏi độ chính xác cao Ngoài ra, do lưu lượng của chúng khá lớn nên việc đưachúng vào chế độ làm việc đòi hỏi phải nắm vững và tuân thủ đúng yêu cầu của kỹthuật vận hành để tránh hiện tượng quá tải cho động cơ điện

Công việc vận chuyển dầu đòi hỏi phải đưa một lượng lớn sản phẩm khaithác dầu khí từ các giàn cố định và giàn nhẹ đến các điểm tiếp nhận là các tàu chứatrong

Thời gian nhanh nhất, đồng thời phải đảm bảo sự an toàn cho các tuyếnđường ống vận chuyển Ngoài ra, chỉ tiêu kinh tế trong việc sử dụng năng lượngđiện cho các trạm bơm cũng được đặt ra Do đó việc bố trí, phối hợp các chủng loại

bơm trên cùng một trạm, hoặc việc phối hợp giữa các trạm bơm với nhau sao cho cóthể giảm được tải trọng trên các tuyến ống vận chuyển dầu và tăng được lưu lượngthông qua của chúng

Trong việc bố trí, phối hợp giữa các bơm ly tâm trên cùng một trạm bơmngười ta có thể lắp đặt chúng theo nhiều cách Theo cách đặt các bơm theo kiểu mắcsong song với mục đích làm tăng lưu lượng vận chuyển của trạm Theo cách này,mặc dù đường ra của mỗi bơm ly tâm đều có van một chiều nhưng vẫn phải đòi hỏicác bơm trong hệ thống phải có các thông số đặc tính kỹ thuật không khác xa nhaunhiều lắm, để khi cùng đồng thời vận hành chúng không triệt tiêu lẫn nhau Theocách đặt bơm mắc nối tiếp với mục đích làm tăng áp suất trên đường vận chuyển để

có thể đưa chất lỏng đến được những điểm tiếp nhận rất xa Tuy nhiên cách này đòihỏi các tổ hợp bơm được mắc nối tiếp phải có lưu lượng như nhau và việc làm kíntrục cho các máy bơm ở phần cuối của hệ thống rất phức tạp do áp suất đầu vào củachúng tăng lên đáng kể Ngoài ra, cũng có thể phối hợp cả 2 kiểu bố trí song song

và nối tiếp trên cùng một trạm Nhưng trong thực tế, trên các giàn cố định, các trạmbơm dầu được xây dựng theo kiểu mắc song song do các kiểu bơm ly tâm đã đượcchọn lựa đảm bảo đủ cột áp để có thể vận chuyển được dầu thô đến vị trí tiếp nhận.Tùy theo sản lượng khai thác hoặc vị trí công nghệ của mỗi giàn mà người ta sửdụng số lượng bơm ly tâm trên trạm là 2, 3 hoặc hàng chục như ở CPP-2 (15 bơm)

Trên mỗi trạm bơm, thông thường người ta dự tính từ 1/3 đến 1/2 số lượngbơm ở vị trí dự phòng để khi hư hỏng, sự cố các máy bơm đang ở chế độ làm việc,

ta có thể sử dụng chúng thay thế ngay không ảnh hưởng đến sản lượng khai thácdầu Các máy bơm dự phòng này không nên để chúng ở trạng thái không làm việctrong thời gian quá lâu vì dễ gây ra hiện tượng bó kẹt rôto do dầu bị đông đặc hoặcthành phần parafin trong dầu và các tạp chất gây kết tủa khác đóng cặn lại giữa cáckhe hở trong bơm Tùy theo mùa và thời tiết để có thể định ra một thời gian biểuvận hành các bơm dự phòng Việc này có thể tiến hành theo kinh nghiệm riêng, tùytheo đặc điểm công nghệ mỗi giàn Nhưng, tốt nhất vẫn là thực hiện chế độ luânphiên làm việc cho các máy bơm trong trạm Điều đó giúp cho kế hoạch bảo dưỡng,sửa chữa được dễ dàng và chủ động hơn

6 5

2.1.1 Cấu tạo của bơm ly tâm

Bơm ly tâm có nhiều loại khác nhau và mỗi loại có cấu tạo khác nhau, nhưng

ta chỉ xét cấu tạo của bơm ly tâm đơn giản như hình(2.1) Bơm ly tâm có cấu tạogồm 6 bộ phận chính như sau:

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo của bơm ly tâm1: Bánh công tác 4: Bộ phận dẫn hướng ra

3: Ống dẫn hướng vào 6: Ống đẩy

2.1.2 Nguyên lý làm việc của máy bơm ly tâm

Bơm ly tâm làm việc dựa trên nguyên lý tác dụng của lực ly tâm tạo đượcnhờ sự quay của bánh công tác

Trước khi bơm làm việc, ta thường phải mồi bơm để cho thân bơm (trong đó

có bánh công tác) và ống hút điền đầy chất lỏng

Khi bơm làm việc, bánh công tác quay tạo ra lực ly tâm Dước tác dụng củalực ly tâm làm cho các phần tử chất lỏng ở bánh công tác bị dồn từ trong ra ngoài,chuyển động theo máng dẫn và đi vào trong ống đẩy với áp suất cao hơn Đó là quátrình đẩy của bơm

Đồng thời ở lối vào của bánh công tác tạo nên vùng chân không có áp suấtnhỏ hơn áp suất bể chứa chất lỏng Chính nhờ sự chênh lệch áp suất này làm chochất lỏng bị đẩy từ bể chứa qua ống hút đến bánh công tác của máy bơm một cánhliên tục Đó là quá trình hút của bơm Quá trình hút và quá trình đẩy của bơm là quátrình liên tục, tạo nên dòng chảy liên tục qua bơm

2.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BƠM LY TÂM

2.2.1 Cột áp

Bơm li tâm khi làm việc với hệ thống đường ống sẽ có cột áp xác định, cột

áp này bằng cột áp cản của đường ống Ta gọi cột áp đó là cột áp làm việc của bơm

li tâm và được xác định theo công thức sau:

2

2 

+ (z 2 – z 1 ) [2-1]

Trong đó: P 1 ,P 2 – Là áp suất đo được tại cửa hút và cửa đẩy của bơm;

v 1 , v 2 – Là giá trị tốc độ dòng tại cửa hút và cửa đẩy của bơm;

z 1 , z 2 - Độ chênh hình học của hai vị trí đo áp suất P1 và P2;

Đối với bơm li tâm, ứng với mỗi vòng quay nhất định thì chỉ có một giá trịcột áp mà tại đó bơm làm việc với hiệu suất cao nhất, ta gọi là cột áp định mức Giátrị cột áp này được chỉ dẫn trên tài liệu kỹ thuật của bơm

2.2.2 Lưu lượng

Lưu lượng là lượng chất lỏng mà bơm vận chuyển được trong một đơn vịthời gian Giá trị sản lượng này thường được xác định bằng các cách đo trực tiếpdòng chất lỏng mà bơm cung cấp được

Lưu lượng thường được ký hiệu là Q, thứ nguyên là m3/giờ, m3/giây, lít/phút

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

Q - Lưu lượng của bơm (m3/s)

H - Cột áp sinh ra bởi máy bơm (m)

- Công suất làm việc: là công suất trên trục của máy làm việc, ký hiệu là N,

ta có:

trong đó:

η - là hiệu suất toàn phần của máy bơm

Ở máy bơm ly tâm  = 1 + 2 + 3 g [2-4]Với 1: Hệ số tính đến những mất mát thủy lực do masát của chất lỏng vớiống dẫn hướng, trong bánh công tác …

1 = 0,7 – 0,95

2: Hệ số tính đến những mất mát thể tích do sự rò rỉ của chất lỏng qua cáckhe hở giữa các ngăn của máy bơm với áp suất khác nhau, rò rỉ qua vòng làm kíngiữa rôto và thân máy , rò rỉ qua Salnhic ra ngồi

+ Nhờ sự hồn thiện của cơ cấu làm kín và độ chính xác ngày càng cao hiệnnay nên 2 = 0,9 -> 0,98

+ 3: Hệ số tính đến sự mất mát cơ học do ma sát ở Salnhic, ở ổ bi và do ma

sát giữa chất lỏng với bề mặt bên ngồi của bánh công tác

2.3 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA MÁY BƠM LY TÂM

2.3.1 Phương trình cột áp lý thuyết của bơm ly tâm

Hình 2.2 Phân bố tốc độ thành phần trên bánh cánh

Hình 2.3 Các tam giác tốc độ tại các điểm (1)

và (2) ở bánh cánh công tácTrường hợp lý tưởng khi bánh cánh quay, toàn bộ mômen động lượng củadòng chất lỏng có được là mômen trên trục động cơ lai bơm tạo ra Mômen độnglượng dòng chảy qua bơm là:

m( r 2 C 2U – r 1 C 1U ); [2-5]Trong đó: m là lưu lượng khối lượng của chất lỏng;

Trong các bơm ly tâm hiện đại, đa số các bánh công tác có kết cấu lối vàohoặc bộ phận dẫn hướng vào sao cho dòng chất lỏng ở lối vào của mạng dẫn chuyển

động theo hướng kính, nghĩa là C 1 U1 và α1 = 900 để cột áp bơm có lợi nhất

(C 1u = 0 ).g Khi đó phương trình cơ bản sẽ có dạng sau:

Phương trình cơ bản [2-8] hoặc [2-9] là phương trình thể hiện cột áp

lý thuyết của bơm ly tâm ứng với số cánh dẫn vô cùng Trong trường hợp này vậntốc phân bố đều trên các mặt cắt của dòng chảy qua các cánh dẫn, đồng thời bỏ quatổn thất của dòng chảy trong mạng cánh dẫn

Theo phương trình [2-8] và [2-9] ta thấy cột áp ly thuyết của máy bơm cànglớn khi vận tốc bánh công tác càng lớn và nó không phụ thuộc vào chất lỏng mà tabơm

2.3.2 Phương trình cột áp thực tế của máy bơm ly tâm

Trong thực tế cánh dẫn của bánh công tác có chiều dày nhất định (thường từ

2 ÷ 20mm) và số cánh dẫn có hạn (thường có 6 ÷ 12 cánh) gây nên sự phân bố vậntốc không đều trên các mặt cắt của dòng chảy tạo nên các chuyển đông xoáy Mặtkhác chất lỏng làm việc thực tế có độ nhớt nhất định, gây nên tổn thất trong dòngchảy Vì vậy, cột áp thực tế của máy bơm nhỏ hơn cột áp lý thuyết được tính theophương trình [2-8]

với bơm ly tâm có η H = 0,07 ÷ 0,09

2.4 ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA MÁY BƠM LY TÂM

Quan hệ giữa các thông số cơ bản của máy bơm ly tâm H = f 1 (Q), N = f 2 (Q),

và η = f 3 (Q) biểu thị bằng đồ thị gọi là đường đặc tính của bơm hay gọi tắt là các

đường đặc tính Qua các đường đặc tính này, ta có thể biết được một cánh tổng quát

các đặc tính làm việc của máy bơm, cho phép ta mở rộng phạm vi làm việc và sửdụng hợp lý các chế độ làm việc khác nhau của bơm.

Trong ba đường đặc tính cột áp, công suất, hiêu suất, quan trọng nhất là

đường đặc tính cột áp H = f(Q) Bởi nó cho biết khả năng làm việc của máy bơm, nên nó còn được gọi là đường đặc tính cơ bản Từ đường đặc tính cơ bản H = f(Q),

bằng tính toán có thể suy ra hai đường đặc tính còn lại

2.4.1Đường đặc tính làm việc (n = const) lý thuyết của máy bơm ly tâm

Từ phương trình cột áp lý thuyết của bơm ly tâm

g

C U

.D b

g U

U g

.

cot

1

2 2

2 2

2 2

Trong đó: D 2: Là đường kính ngoài của bánh công tác

b 2: Là chiều rộng lối ra của bánh công tác

β 2: Góc biểu thị phương của vận tốc ở lối ra của bánh công tác Đường biểu diễn phương trình [2-12] gọi là đường đặc tính cơ bản lý thuyêt

Đó là một đường thẳng không đi qua gốc tọa độ, hệ số góc của nó phụ thuộc vào giátrị góc ra của cánh dẫn β2 Trong trường hợp tổng quát đối với máy bơm ly tâm, ta

có 3 dạng đường đặc tính lý thuyết được biểu diễn như hình (2.4)

A A'

B

C

D D'

D'' D'''

A'''

A''

H LT 8

Hình 2.4: đường đặc tính cơ bản tính toán của máy bơm ly tâm

Nếu β 2 < 900 thì cotgβ2 > 0, ta có đường đặc tính AD

Nếu β 2 = 900 thì cotgβ2 = 0, ta có đường đặc tính AC

Nếu β 2 > 900 thì cotgβ2 < 0, ta có đường đặc tính AB

Đối với máy bơm ly tâm có β2 < 900 đường đặc tính lý thuyết của bơm ly tâm

là đường nghịch biến bậc nhất AD Đường AD biểu diễn phương trình cơ bản 12], do đó nó chưa kể đến ảnh hưởng của số cánh dẫn có hạn và các loại tổn thất

[2-Khi kể đến ảnh hưởng do số cánh dẫn hữu hạn, thì ta có đường đặc tính đoạnA’D’

Khi kể đến tổn thất thủy lực của dòng chất lỏng qua bánh công tác, các loạitổn thất này đều tỷ lệ với bình phương của vận tốc, tức là bình phương với lưulượng, thì đường đặc tính trở thành đường cong bậc hai A’’D’’ như hình vẽ

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

về phía trái thấp hơn một chút so với đường A’’D’’ Đây chính là đường đặc tính cơbản của bơm ly tâm

2.4.2 Đường đặc tính thực nghiệm của máy bơm ly tâm

Cách xây dựng đường đặc tính bằng tính toán ở trên rất phức tạp và khókhăn và việc đánh giá chính xác các loại tổn thất của bơm rât khó Vì vậy trong thực

tế người ta thường xây dựng các đường đặc tính bằng các số liêu đo được khi khảo

nghiệm trên máy cụ thể, gọi là đường đặc tính thực nghiệm của máy bơm H-Q, N-Q, η-Q.g

tế Hình dạng của đường đặc tính phụ thuộc vào từng loại bơm.

2.4.3 Đường đặc tính tổng hợp

Mỗi đường đặc tính làm việc được xây dựng với một trị số vòng quay làmviệc không đổi của bơm Nếu thay đổi số vòng quay làm việc thì đường đặc tính làm

việc cũng thay đổi theo Để biết được nhanh chóng các thông số Q, , H của bơm

thay đổi như thế nào khi vòng quay làm việc của bơm thay đổi qua trị số khác, ta

xây dựng tổ hợp các đường đặc tính H=f(Q), N=f(Q), =f(Q) có những mối quan

hệ với nhau trên cùng một hệ trục tọa độ và gọi là đặc tính tổng hợp của bơm

Đường đặc tính tổng hợp của bơm chính là đường biểu diễn mối quan hệ Q,

H với các số vòng quay làm việc của bơm khác nhau, trên đó các điểm làm việc

cùng hiệu suất được nối với nhau gọi là đường cùng hiệu suất

Cách xây dựng đồ thị tổng hợp như (Hình 2.6)

Hình 2.6 Đồ thị đặc tính tổng hợp của bơm li tâm

Trên tọa độ H- Q dựng các đường H 1 = f(Q) ; H 2 = f(Q); H 3 = f(Q) ứng với các trị số vòng quay n; 0.g9n; 0.g8n….

Trên toạ độ N-Q dựng các đường N 1 =f(Q); N 2 =f(Q); N 3 =f(Q)…ứng với các trị số vòng quay n; 0.g9n; 0.g8n….

Trên tọa độ -Q dựng các đường 1 = f(Q); 2 = f(Q); 3 = f(Q) ứng với các trị số vòng quay n; n 1 ; n 2 gn 3 ….g

Kẻ các đường song song với trục (Q) trên đồ thị -Q cắt các đường 1 = f(Q,n).g Từ giao điểm các đường đó ta gióng lên đồ thị N-Q cắt các đường đặc tính N=f(Q,n).g Trên đồ thị N-Q nối các điểm có cùng giá trị hiệu suất, ta được các đường

đẳng hiệu suất

Trên đồ thị tổng hợp các đường đẳng hiệu suất là các đường cong cắt đường

đặc tính N=f(Q,n) tại hai điểm (trừ điểm A mà tại đó hiệu suất  đạt giá trị cực đại

max )

Để khai thác bơm với hiệu suất cao cần kết hợp chọn số vòng quay của bơm

và điều chỉnh cột áp của hệ thống đường ống sao cho càng gần tới điểm A (là điểm

có hiệu suất cao nhất) càng tốt

2.4.3 Đặc tính ổn định và không ổn định của bơm ly tâm.

Đặc tính ổn định là đặc tính liên tục ổn định nghịch biến với mức gia tăng vềdòng chảy qua bơm (Hình 2.7).

Hình 2.7 Đặc tính ổn định của bơmĐặc tính không ổn định của bơm li tâm (Hình 2.8) có dạng ban đầu đồng biếnvới lưu lượng, sau đó đạt giá trị cực đại và tiếp tục nghịch biến với lưu lượng

Hình 2.8 Đặc tính không ổn định của bơm ly tâm

Đối với loại bơm có đặc tính ổn định, mỗi giá trị cột áp ứng với một giá trịlưu lượng Còn đối với loại bơm có đặc tính không ổn định tồn tại vùng mà ứng vớimỗi giá trị cột áp cho hai giá trị lưu lượng (Hình 2.8).

Trong khoảng A-B là vùng hoạt động không ổn định Trong vùng này nếu sản

lượng giảm thì đồng thời cột áp cũng giảm, do đó mà năng lượng của chất lỏnggiảm theo Kết quả đó gây ra va đập ngược lại với chất lỏng và gây dao động ápsuất công tác, ảnh hưởng đến sự làm việc của bơm và hệ thống

Trong số hàng loạt bơm li tâm, một số bơm có đặc tính không ổn định,.nên khikhai thác loại bơm này cần lưu ý thận trọng, đặc biệt là khi chúng được nối songsong với các bơm khác Tránh khai thác bơm này tại khu vực không ổn định, nênđiều chỉnh đặc tính đường ống cho phù hợp

2.4.4 Đồ thị đặc tính công suất, N=f(Q)

Ứng với mỗi vòng quay của bơm n=const ta có đường đặc tính công suất N=f(Q) là đường đặc tính nêu lên mối quan hệ giữa công suất thủy lực với lưu lượng

của bơm có dạng như (Hình 2.9)

Hình 2.9 Đặc tính N=f(Q) của bơm li tâm với n 1 n 2 n 3

3,65.3./41/2

H

Q n

Từ các dữ liệu ban đầu – Q, H- có thể theo số vòng quay đặt trưng xác định

dạng của máy bơm (bánh công tác) và tỉ số tương đối giữa các đường kính bánhcông tác của nó Cho nên nS là hệ số trung gian thường được sử dụng trong khi thiết

2.6.1 Ảnh hưởng của số vòng quay:

Khi thay đổi số vòng quay n của máy bơm bằng n’ Từ [2-14], [2-15], [2-16]

ta có:

Q Q' n n' [2-17]

2 ' '

H

[2-18]

3 ' '

N

[2-19]

2.6.2 Ảnh hưởng của đường kính bánh công tác.

Khi thay đổi đường kính D2 của bơm bằng D’2 Từ [2-14], [2-15], [2-16]

Ta có:

3

2

' 2 '

[2-20]

2

' 2 '

N

[2-22]

Trong thực tế các công thức từ [2-17] cho đến [2-22] thường được sử dụng

để đạt được các thông số Q, H, N như ý muốn bằng cách thay đổi số vòng quayhoặc tiện bớt vòng ngồi của bánh công tác

2.7 ẢNH HƯỞNG CỦA KHỐI LƯỢNG RIÊNG VÀ ĐỘ NHỚT ĐẾN BƠM

- Khối lượng riêng: Q và H không phụ thuộc vào tỉ trọng

P, N,  thay đổi tỉ lệ thuận với tỉ trọng của chất lỏng

- Độ nhớt:

Khi độ nhớt tăng  mất mát công suất cũng tăng lên do ma sát quay và cảntrở thủy lực của dòng chảy chất lỏng trong khi mất mát về thể tích giảm Khi độnhớt tăng, cột áp và lưu lượng của bơm đều giảm

Sự thay đổi của Q, N,  phụ thuộc vào độ nhớt rất phức tạp và hầu nhưkhông thể tính bằng lý thuyết Trong thực tế nó được tính theo công thức

Q chất lỏng = Kq g Q nước; H chất lỏng = K H gH nước.

 chất lỏng = K nước

Các giá trị Kq, Hh , K là các hệ số chuyển đổi, được xác định bằng thực

nghiệm và phụ thuộc vào lưu lượng và độ nhớt của chất lỏng (phụ thuộc vào Re : Khi Re => tăng nhanh Kq – Kh – K  1)

2.8 SỰ PHỐI HỢP CÔNG TÁC GIỮA BƠM VỚI HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG

VÀ ĐIỂM LÀM VIỆC

Khi nối bơm vào trong một hệ thống cụ thể thì nó sẽ có cột áp tương ứng vớiđiều kiện cản của hệ thống đó Nếu thay đổi điều kiện cản của hệ thống đường ốngthì cột áp của bơm cũng thay đổi một giá trị tương ứng (Hình 2.11).

Trong khai thác thương phải tìm điểm làm việc tối ưu mà tại đó bơm có lưulượng lớn nhất, hiệu suất cao nhất, công suất tiêu thụ nhỏ nhất

Hình 2.11 Điểm làm việc của bơm với hệ thốngXét quan hệ giữa bơm với hệ thống đường ống:

- Khi bơm làm việc ổn định thì cột áp đẩy của bơm bằng cột áp cản của hệthống

-Mỗi chế độ công tác của bơm trong hệ thống được biểu diễn bằng giao điểmcủa hai đường đặc tính (của bơm và của hệ thống) trong cùng một hệ toạ độ, giaođiểm này gọi là điểm làm việc của bơm với hệ thống

2.9 GHÉP BƠM VÀO HỆ THỐNG

Trong khai thác đôi khi ta phải sử dụng nhiều bơm làm việc trong một hệthống, cho nên ta cũng cần phải nghiên cứu về sự làm việc của hệ thống khi cónhiều bơm làm việc đồng thời Các bơm có thể làm việc song song hoặc nối tiếp vớinhau, phần dưới nghiên cứu cho các trường hợp cụ thể

2.9.1Ghép hai bơm làm việc song song

Khi hệ thống đòi hỏi lưu lượng mà một bơm không đảm bảo, thì có thể ghéphai hay nhiều bơm giống nhau hay khác nhau làm việc song song

Để hai bơm có thể ghép song song trong hệ thống thì từng bơm một phải làm việcđược với hệ thống đó, tức là cột áp của từng bơm phải cao hơn cột áp của đườngống khi chúng ghép vào làm việc.

Giả sử có hai bơm I và II với đường đặc tính H B =f(Q) giống nhau mắc song song vào một hệ thống đường ống có đặc tính là H đ/ống =f(Q) (Hình 2.12):

Hình 2.12 Ghép song song hai bơm giống nhau vào một hệ thống đường ống

Khi chỉ có một bơm làm việc thì điểm làm việc là điểm A với lưu lượng là Q A

và cột áp là H A

Đặc tính làm việc của hai bơm cùng làm việc song song trong hệ thống là

đường cong H B nhận được bằng phương pháp cộng lưu lượng của các bơm này ở

cùng một tung độ cột áp Ví dụ: B 1 B 2 + BB 1 = BB 2 (Hình 2.12)

Điểm làm việc của hai bơm khi làm việc ssong song trong hệ thống là điểm

A' với lưu lượng là Q A' g và cột áp là H A' g

Từ đồ thị ta thấy tổng lưu lượng của các bơm cùng làm việc song song trong hệthống nhỏ hơn tổng lưu lượng từng bơm làm việc riêng trong hệ thống cộng lại

Những bơm đặc tính ít cong khi ghép song song có lợi về lưu lượng, bởi vậykhi muốn lợi dụng về lưu lượng nên chọn các bơm có đặc tính thoải.

Trường hợp hai bơm có đặc tính khác nhau ghép song song trong hệ thống(Hình 2.13)

Hình 2.13 Ghép song song hai bơm khác nhau vào hệ thống

Giả thiết các bơm ly tâm I và II có đặc tính tương ứng H I và H II Nếu chúng

làm việc riêng trong hệ thống ống có đặc tính H đ/ống thì điểm làm việc tương ứng với

từng bơm là điểm A 1 và A 2 , lưu lượng của từng bơm lần lượt là Q A1 , Q A2 và cột áp là

2.9.2 Ghép bơm nối tiếp

Khi khai thác bơm nếu cần cột áp lớn mà một bơm không thể đáp ứng đượcthì người ta có thể ghép hai hay nhiều bơm nối tiếp với nhau cùng hoạt động trong

hệ thống (Hình 2.14)

Hình 2.14 Ghép nối tiếp hai bơm khác nhau vào hệ thốngĐiều kiện để các bơm ghép nối tiếp có thể làm việc được là chúng phải cùngloại bơm và lưu lượng của chúng phải tương đương nhau

Nếu ta ghép bơm I có đặc tính H B1 =f(Q) nối tiếp với bơm II có đặc tính

H B2 =f(Q) cùng cấp chất lỏng cho hệ thống có đặc tính H đ/ống =f(Q), thì đặc tính tổng của hai bơm là H B =f(Q) nhận được bằng phương pháp cộng đồ thị với

H B1,2 = H B1 + H B2 và Q B1,2 = Q B1 = Q B2 (Hình 2.14)

Từ đồ thị (Hình 2.14) thấy rằng khi hai bơm ghép nối tiếp thì cột áp tổng tănglên và lưu lượng cũng tăng lên, do khi hai bơm ghép nối tiếp vào hệ thống thì cột ápcủa mỗi bơm sẽ nhỏ hơn cột áp của từng bơm khi làm việc độc lập, và như vậy lưulượng của chúng sẽ tăng lên

2.10 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH LƯU LƯỢNG CỦA MÁY BƠM

2.10.1 Điều chỉnh bằng cách thay đổi độ mở của van đẩy

Đây là phương pháp thường dùng để điều chỉnh bơm Phương pháp này làthay đổi đặc tính đường ống bằng cách thay đổi các tổn thất trên đường ống Đóngdần van đẩy thì đặc tính đường ống sẽ dốc hơn (Hình 2.15) thể hiện sự thay đổi sảnlượng của bơm khi thay đổi đặc tính đường ống bằng cách thay đổi độ mở của vanđẩy Khi cần tăng lưu lượng ta mở to van đẩy làm cho đặc tính đường ống thoải hơn

và lưu lượng sẽ tăng lên (thay đổi từ điểm 1đến điểm 2 trên đồ thị) Nếu muốn giảmlưu lượng thì ta làm ngược lại.

Phương pháp này có nhược điểm là khi thay đổi lưu lượng thì áp suất của hệthống cũng sẽ thay đổi theo nhưng theo chiều nghược với thay đổi lưu lượng

Hình 2.15 Điều chỉnh sản lượng của bơm bằng cách thay đổi đường đặc tính đườngống

2.10.2 Thay đổi số vòng quay của động cơ

Thay đổi vòng quay có thể đạt được lưu lượng khác nhau và cột áp tươngứng Nếu vòng quay tăng thì lưu lượng và cột áp tăng, còn giảm số vòng quay thìlưu lượng và cột áp giảm

Khác với phương pháp điều chỉnh khi n=const phương pháp điều chỉnh này

theo hướng bất kỳ Sự thay đổi tổn thất thuỷ lực do điều chỉnh lưu lượng bằngphương pháp này không sảy ra, bởi thế phương pháp điều chỉnh này trong khai thác

là kinh tế nhất

Với bơm lưu lượng bé được truyền động bằng động cơ lồng sóc 3 pha người

ta ít dùng cách điều chỉnh vòng quay của động cơ điện mà thường dùng phươngpháp điều chỉnh lưu lượng bằng van đẩy đơn giản hơn (Hình 2.16) thể hiện phươngpháp điều chỉnh lưu lượng bằng cách thay đổi số vòng quay động cơ lai Khi ta

giảm số vòng quay từ (n 1 ) xuống (n 2 ) thì lưu lượng giảm từ (Q 1 ) xuống (Q 2 ) và cột

áp cũng giảm từ (H 1 ) xuống (H 2 ).g

Hình 2.16 Điều chỉnh sản lượng của bơm bằng cách

thay đổi vòng quay của động cơ laiĐiều chỉnh bằng phương pháp này có ưu điểm là có thể thay đổi được côngsuất nên là phương pháp kinh tế nhất Tuy nhiên phương pháp này chỉ ứng dụng chocác bơm lai bởi động cơ có thể điều chỉnh được vòng quay; ví dụ động cơ lai làđộng cơ đốt trong

2.10.3 Điều chỉnh bằng cách dùng đường ống nhánh

Dùng đường ống nhánh trích ra từ đường ống đẩy quay trở về đường ống hútcủa bơm khi không muốn giảm áp suất khoang hút của bơm Quá trình điều chỉnhđược thể hiện trên (Hình 2.17)

Hình 2.17 Điều chỉnh sản lượng của bơm bằng cách dùng đường ống nhánh

Khi điều chỉnh bằng van đường ống nhánh, do sản lượng thay đổi nên đặctính động của đường ống thay đổi, nhưng đặc tính động xuất phát từ giao điểm của

đặc tính điều chỉnh (đường C) với đặc tính tĩnh (điểm D trên Hình 2.17).

2.10.4 Điều chỉnh bằng cách thay đổi góc cánh

Phương pháp này áp dụng cho các máy bơm dòng chéo (bơm xiên) hoặcbơm hướng trục Ở đó các cánh được lắp trên bầu cánh và vành ngoài được liên kếtvới vành điều chỉnh, có thể quay theo hướng dương và theo chiều âm để thay đổicác thành phần tốc độ dòng chảy vào cánh, từ đó thay đổi thông số làm việc

2.10.5 Điều chỉnh bằng cách gọt bớt đường kính ngoài của bánh công tác

Khi gọt bớt bánh công tác, các thông số làm việc của máy sẽ thay đổi Giả sửgọt bớt bánh công tác có đường kính D2 xuống D*, khi đó lưu lượng cũng giảm từ Qđến Q*, cột áp từ H đến H* Ta có:

m

D

D Q

m

D

D H

*

m= 2 ÷ 3 Khi gọt ≥ 6% thì m = 2

Khi gọt ≤ 1% thì m = 3Nếu gọt tới 5% thì tính sẽ làm mất tính đồng dạng của bánh công tác cũ vàmới

H N

Q

0

H-Q

1 2 3

Khi ta gọt bớt đường kính ngoài của bánh công tác D * giam dần từ D 2 đến

0,8D 2 đến … thì đường đặc tính của máy bơm H-Q bị giảm dần còn đường N-Q thì

tăng dần (như hình vẽ ) Do đó các điểm làm việc của máy bơm 1, 2, 3 … bị lệchsang bên trái

Để thay đổi đường đặc tính làm việc của máy bơm bằng phương pháp thayđổi đường kính ngoài của bánh công tác sẵn có, các máy bơm đều được trang bịbánh công tác với 2 ÷ 3 cấp đường kính khác nhau Vì vậy, đây là phương phápkinh tế, đơn giản, dễ áp dụng, ít ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của máy bơm vàđặc biệt là không dung động và quá tải cho hệ thống

2.11 LỰC DỌC TRỤC TRONG BƠM LY TÂM

2.11.1 Công thưc tính lực dọc trục

Để tìm các lực hướng trục, khảo sát mô hình lực tác dụng lên cánh bơm

(Hình 2.19) Khi bơm làm việc chất lỏng ở bọng hút (A) chuyển động theo phương song song với trục vào bánh cánh công tác dưới áp suất khá bé (P 1) Sau khi vào

bánh công tác dòng chất lỏng chảy ngoặt (90 0 ) và trở thành vuông góc với trục dưới tác dụng của lực li tâm Áp suất chất lỏng tăng dần đến trị số (P 2 ) ở lối ra (P 1 <P 2)

Do chênh áp giữa khoang đẩy và khoang hút nên một phần chất lỏng rò rỉ qua các

khe hở giữa bánh công tác và thân bơm (B) và (C) về cửa hút Để giảm tổn thất do

rò lọt thì trên vỏ bơm tại vị trí miệng hút của bánh cánh có đặt bộ làm kín kiểu khe

hẹp Khi bánh cánh quay, toàn bộ khối chất lỏng ở hai khoang (B) và (C) cũng quay

theo, lực ly tâm của khối chất lỏng quay tạo nên áp suất phân bố trong hai khe hẹp

(B) và (C) có giá trị tỷ lệ với bình phương bán kính quay (r) Áp suất này tác động

lên phần đĩa của bánh cánh ở cả phía trước và sau cánh với giá trị tương đương Tuy

nhiên từ vị trí có bán kính quay (r 1)ở phía trước cánh (tại vị trí lắp bộ làm kín) tiến

vào tâm trục thì áp suất tác động lên đĩa bánh cánh đúng bằng áp suất cửa hút (p 1)vànhỏhơn áp suất phần đĩa phía sau bánh cánh rất nhiều Kết quả của sự chênh áp nàygây nên lực tác động từ phía sau về phía trước cánh theo chiều dọc trục Giá trị nàycàng lớn càng không có lợi cho sự hoạt động của bơm

Hình 2.19: Sự phân bố áp suất trên phần che cánh phía trước và sau của bánh cánh

) (

1 1

2 1

2 2

) (

1 2

2 1

2 2

2 1

2 2

1 1

2 1

2 2

1 1 2 2 1

P

 2 12

2.11.2 Một số biện pháp khử lực dọc trục trong bơm ly tâm

2.11.2.1 Sử dụng bánh công tác có hai miệng hút

Phương pháp dùng bánh công tác có hai miệng hút đối với loại bơm li tâmmột cấp Phương pháp này sẽ triệt tiêu được lực dọc trục, phân bố áp suất trên bánhcánh của bơm hai miệng hút như (Hình 2.20)

2