tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm nps 6535-500 trong công tác vận chuyển dầu tại xnld vietsovpetro” và chuyên đề “ tính toán kiểm tra các thông số bánh công tác

Sử dụng bơm ly tâm trong công tác 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

LỜI MỞ ĐẦU

Đất nước chúng ta trong những năm gần đây đang trên đà phát triểnnhanh chóng Cùng với các ngành công nghiệp khác, ngành công nghiệp dầukhí đóng vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển của nền kinh tế nướcnhà, hàng năm đã đem lại nguồn ngoại tệ khổng lồ chiếm một phần lớn GDPcủa cả nước Hơn thế nữa, nước ta đang trong quá trình tiến lên công nghiệphóa, hiện đại hóa đất nước thì việc phát triển các ngành công nghiệp nóichung và ngành dầu khí nói riêng càng cần thiết hơn bao giờ hết Vì vậy, vấn

đề đặt ra cho ngành dầu khí là tiếp tục tìm kiếm, thăm dò và khai thác đồngthời phát triển các ngành công nghiệp đi kèm, tận dụng triệt để nguồn tàinguyên dầu khí của nước ta

Trong quá trình khai thác, thiết bị vận chuyển dầu khí hết sức đa dạngtrong đó có bơm ly tâm là thiết bị được dùng phổ biến, đặc biệt là bơm ly tâm

NPS 65/35-500 Do đó em đã chọn đề tài : “ Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm NPS 65/35-500 trong công tác vận chuyển dầu tại XNLD Vietsovpetro” và chuyên đề : “ Tính toán kiểm tra các thông số bánh công tác” Đồ án gồm 4 chương như sau :

Chương I : Khái quát công tác vận chuyển dầu và tình hình sử dụng bơm

ly tâm trong các công trình trên biển của XNLD Vietsovpetro

Chương II : Lý thuyết chung về bơm ly tâm

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

Chương IV : Tính toán kiểm tra các thông số bánh công tác

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

bộ môn Thiết Bị Dầu Khí và Công Trình, đến nay em đã hoàn thành đồ ánnày Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày… tháng 05 năm 2011

CHƯƠNG I KHÁI QUÁT CÔNG TÁC VẬN CHUYỂN DẦU VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BƠM LY TÂM TRONG CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN BIỂN CỦA

XNLD VIETSOVPETRO

1.1 Khái quát về XNLD VIETSOVPETRO

Được thành lập năm 1981, XNLD Vietsovpetro là công ty đầu tiên tiếnhành thăm dò và khai thác trên thềm lục địa phía Nam – Việt Nam, mở ra giaiđoạn về phát triển ngành dầu khí còn non trẻ Năm 1984 Vietsovpetro pháthiện dầu khí ở mỏ Bạch Hổ, ngày 26/6/1986 Vietsovpetro đã khai thác tấndầu thô đầu tiên đặt nền móng cho việc phát triển ngành công nghiệp dầu khí

ở Việt Nam Và từ 6/9/1988 Vietsovpetro khai thác them tầng dầu trong mónggranite nứt nẻ ở các độ sau khác nhau Đây là mỏ dầu lớn nhất Việt Nam hiệnnay, bao gồm nhiều than dầu : Miocene dưới, Oligocene và đá móng nứt nẻtrước Đệ tam

Với tốc độ phát triển nhanh, XNLD Vietsovpetro đã đóng một vai tròquan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa nền kinh tế đấtnước Vào 21 giờ ngày 31/12/2010 Vietsovpetro khai thác 6,4 triệu tấn dầu,vượt mức 200 nghìn tấn so với kế hoạch và nhiệm vụ bổ sung được giao trongnăm 2010 Kết thúc năm 2010, Vietsovpetro đã khai thác được 6.401.888 tấndầu, xuất bán 6,32 triệu tấn, trong đó 5,3 triệu tấn được cung cấp cho Nhàmáy Lọc dầu Dung Quất Doanh thu bán dầu năm 2010 đạt 3,93 tỷ USD, nộpngân sách Nhà nước và lợi nhuận phía Việt Nam từ bán dầu 2,25 tỷ USD

1.2 Công tác vận chuyển dầu trên các công trình biển của XNLD VIETSOVPETRO

Hiện nay XNLD VIETSOVPETRO đã và đang tiến hành khoan và khaithác dầu khí chủ yếu ở vùng biển thềm lục địa phía Nam – Việt Nam Do vịtrí địa lý của các vùng mỏ nằm cách xa đất liền hơn 100 km nên tất cả cáccông đoạn công nghệ khoan, khai thác, thu gom, vận chuyển và tồn trữ dầukhí đều diễn ra trên biển, trên các giàn cố định, giàn nhẹ và tàu chứa dầu Tất

cả các đường ống dùng trong công tác vận chuyển dầu khí đều nằm chìm dướibiển

Sản phẩm khai thác lên từ giếng là một hỗn hợp gồm nhiều pha phức tạpgồm có : dầu, khí, các tạp chất cơ học …Và do tính chất đặc thù của sản phẩmdầu khí là không có tính tập trung cao và dễ cháy nổ, do sản phẩm được khaithác từ các giếng khác nhau trên cùng một giàn và từ các giàn khác nhautrong cùng một mỏ Vì vậy ta phải tiến hành thu gom tập hợp và xử lý, đó làcông đoạn cuối cùng của quá trình sản xuất dầu thô thương phẩm Hệ thốngthu gom vận chuyển là hệ thống kéo dài từ miệng giếng đến các điểm cấtchửa sản phẩm thương mại Hệ thống này bao gồm các đường ống, các côngtrình trên mặt, các thiết bị tách pha, thiết bị đo lường, bể chứa, các thiết bị xử

lý sản phẩm, các trạm bơm nén, các thiết bị trao đổi nhiệt…

Trong khu vực mở Bạch Hổ, dầu khai thác trên các giàn được vậnchuyển đến 2 trạm tiếp nhận ( tàu chứa dầu FSO-1 và FSO-2)

BK3

Hình 1.1: Sơ đồ thu gom, vận chuyển trên toàn mỏ Bạch Hổ

FSO: Kho nổi chứa suất dầu MSP: Giàn cố định trên mỏ Bạch HổCTP: Giàn công nghệ trung tâm RC : Giàn nhẹ trên mỏ Rồng

BK : Giàn nhẹ trên mỏ Bạch Hổ RP : Giàn cố định trên mỏ rồng

- Trạm tiếp nhận phía Nam FSO 1 : ở đây tiếp nhận dầu vận chuyển đến

từ 2 điểm là MSP-1 và giàn công nghệ trung tâm số 2 (CTP-2) cùng với cácgiàn nhẹ (BK 1,2,3,4,5,6,7) chuyển đến Đây là 2 điểm vận chuyển dầu quan

trọng nhất, cố khối lượng vận chuyển lớn nhất Từ CTP-2 có đường ống vậnchuyển dầu nối với MSP-1 và khu vực mỏ Rồng Từ MSP-1 có đường ốngvận chuyển dầu nối với MSP-3, MSP-4 và MSP-8 và thông qua các điểmtrung chuyển tại MSP-6 và MSP-8 nối với trạm tiếp nhận phía Bắc FSO-2.

- Trạm tiếp nhận phía Bắc FSO-2: tiếp nhận dầu vận chuyển đến từ 2 điểmtrung chuyển là MSP-6 và MSP-8 Từ MSP-6 có đường ống vận chuyển dầunối với MSP-4, và thông qua đó nối với MSP-3, MSP-5, MSP-7, MSP-10 …

Từ MSP-8 có đường ống vận chuyển dầu nối với MSP-4, MSP-1, MSP-9,MSP-11 Trạm tiếp nhận FSO-2 chủ yếu tiếp nhận dầu từ các giàn MSP-4,MSP-5, MSP-3, MSP-6, MSP-7, MSP-8, MSP-9, MSP-10, MSP-11

Trong khu vực mỏ Rồng có trạm tiếp nhận dầu FSO-3 Giữa các trạm tiếpnhận dầu FSO-1, FSO-2, FSO-3 có mối liên hệ với nhau thông qua nhiềuđiểm trung chuyển dầu trên biển của XNLD Vietsovpetro

Theo sơ đồ đường ống vận chuyển dầu ngầm dưới biển tại 2 khu vực mỏBạch Hổ và mỏ Rồng, ta nhận thấy, chỉ trừ MSP-1, MSP-2, MSP-6, MSP-8,trong những điều kiện bình thường, không có sự cố hỏng hóc tàu chứa dầuhoặc tắc nghẽn đường ống vận chuyển là có thể bơm trực tiếp dầu đến tàuchứa, còn lại tất cả các giàn như MSP-3, MSP-4, MSP-5, MSP-7, MSP-9,MSP-10, MSP-11 … phải bơm dầu qua những đoạn đường rất xa, qua nhiềuđiểm nút trung gian

1.3 Sử dụng bơm ly tâm trong công tác 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 phuntia…Mỗi loại máy bơm đều có công dụng và phạm vi sử dụng khác nhau tùythuộc vào yêu cầu đặt ra trong công việc

Bơm ly tâm là loại máy thủy lực cánh dẫn, trong đó có việc trao đổi nănglượng giữa máy với chất lỏng (gọi là chất lỏng công tác) được thực hiện bằngnăng lượng thủy động của dòng chảy qua máy Bộ phận làm việc chính củabơm ly tâm là các bánh công tác trên đó có nhiều cánh dẫn để dẫn dòng chảy.Biên dạng và góc độ bố trí của các cánh dẫn ảnh hưởng trực tiếp đến cácthành phần vận tốc của dòng chảy Khi bánh công tác của bơm ly tâm quay(thường là với số vòng quay lớn đến hàng ngàn vòng/phút) các cánh dẫn của

nó truyền cơ năng nhận được từ động cơ (thường là động cơ điện) cho dòngchất lỏng đi qua nó tạo thành năng lượng thủy động cho dòng chảy Nóichung năng lượng thủy động của dòng chảy bao gồm 2 thành phần chính :động năng (V2/2g) và áp năng (P/), và chúng có mối liên quan mật thiết vớinhau Trong quá trình làm việc của máy, sự biến đổi động năng bao giờ cũngkéo theo sự biến đổi của áp năng Tuy nhiên đối với máy thủy lực cánh dẫnnhư bơm ly tâm, đối với mỗi loại kết cấu máy cụ thể, sự biển đổi áp năng chỉđạt đến một giới hạn nhất định Nó khác với máy thủy lực thể tích Ở máythủy lực thể tích, năng lượng trao đổi của máy với chất lỏng có thành phầnchủ yếu là áp năng, còn thành phần động năng không đáng kể Còn ở máythủy lực cánh dẫn như bơm ly tâm, năng lượng cột áp chỉ tăng đến mức cầnthiết, còn lại toàn bộ năng lượng thủy động của dòng chảy nhận được từ máybiến thành động năng Chính vì vậy việc dùng các máy bơm ly tâm để vậnchuyển chất lỏng từ một điểm này đến một điểm khác chiếm một ưu thế hơnhẳn các loại máy thủy lực khác.

Trong công tác vận chuyển dầu người ta hay dùng máy bơm ly tâm bởi sovới các loại máy bơm khác máy bơm ly tâm có một vài ưu điểm như :

- 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 là :

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

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

Có hiệu quả kinh tế cao

1.4 Tình hình sử dụng bơm ly tâm trong công tác vận chuyển dầu trên các công trình biển của Vietsovpetro

Với tính năng kỹ thuật cao, chỉ tiêu kinh tế tốt, phạm vi sử dụng rộng rãi

nên các bơm ly tâm được dùng chủ yếu trong công tác vận chuyển dầu củaXNLD VIETSOVPETRO Hệ thống thu gom vận chuyển trên giàn cố định

được lắp trên các Bloc Sau đây là vị trí lắp đặt tổ hợp bơm ly tâm NPS

65/35-500 trên giàn cố định MSP-3 ( hình 1.2 )

Tại các giàn cố định trên biển, đồng thời khai thác 16-24 giếng, dầu sau khiđược khai thác từ các miệng giếng qua các đường ống công nghệ vào bìnhtách bậc I có thể tích 12,5/25m3 và sau đó vào trong bình tách bậc II đồngthời làm nhiệm vụ chứa có thể tích 100m3 Cuối cùng, dầu được tách khí từbình chứa được vận chuyển đến các kho nổi chứa/xuất dầu nhờ các tổ hợpbơm Khí tách ra được dẫn qua hệ thống đuốc của giàn cố định Sau khi đượctách, khí và dầu được dẫn ra các đường ống riêng biệt để đo lưu lượng Khốilượng dầu bơm đi khỏi giàn cũng được đo đạc và thống kê nhờ hệ thống đođặt trên đầu ra của máy bơm Trên các giàn cố định không có thiết bị xử lýnước nên không thể tiến hành tách và xử lý nước

Tùy theo sản lượng khai thác và nhu cầu thực tế trên mỗi giàn cố tính màngười ta sử dụng chủng loại và số lượng bơm ly tâm khác nhau Theo thống

kê thực tế, số lượng máy bơm NPS 65/35-500 chiếm một tỷ lệ lớn và người tathường dùng các loại bơm NPS và SULZER để vận chuyển dầu Đây là 2 loạibơm 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 hữu ích lớn, dễ vận hành, bảo quản, sửachữa Ở 2 loại bơm này, do cách bố trí các bánh công tác thành hai nhóm cócửa vào của mỗi nhóm ngược chiều nhau do đố giảm đáng kể lực dọc trục tácdụng lên Roto, tải trọng của các ổ đỡ trục giảm, vì thế tuổi thọ của chúng tănglên rất nhiều Tuy nhiên do các bơm ly tâm đều làm việc ở chế độ vận tốc góclớn ( khoảng 3000 vòng/phút ) nên việc lắp đặt, điều chỉnh chúng đòi hỏi độchính xác cao Ngoài ra, do lưu lượng của chúng khá lớn nên việc đưa chúngvào 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 vậnchuyển dầu đòi hỏi phải đưa một lượng lớn sản phẩm khai thác dầu khí từ cácgiàn cố định và giàn nhẹ đến các điểm tiếp nhận là các tàu chứa trong thờigian nhanh nhất, đồng thời phải đảm bảo sự an toàn cho các tuyến đường ốngvận chuyển Ngoài ra, chỉ tiêu kinh tế trong việc sử dụng năng lượng điện chocác trạm bơm cũng được đặt ra Do đó việc bố trí, phối hợp các chủng loạibơm trên cùng một trạm, hoặc việc phối hợp giữa các trạm bơm với nhau saocho có thể giảm được tải trọng trên các tuyến ống vận chuyển dầu và tăng

được lưu lượng Trong việc bố trí, phối hợp giữa các bơm ly tâm trên cùngmột trạm bơm người ta có thể lắp đặt chúng theo nhiều cách Tùy theo sảnlượng khai thác hoặc vị trí công nghệ của mỗi giàn mà người ta sử dụng sốlượng bơm ly tâm trên trạm là 2,3 hoặc hàng chục như giàn CTP-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 làmviệc, ta có thể sử dụng chúng thay thế ngay không ảnh hưởng đến sản lượngkhai thác dầu Các máy bơm dự phòng này không nên để chúng ở tình trạngkhông làm việc trong thời gian quá lâu vì dễ gây ra hiện tưởng bó kẹt roto dodầu bị đông đặc hoặc thành phần parafin trong dầu và các tạp chất gây kết tủakhác đóng cặn lại giữa các khe hở trong bơm Tùy theo mùa và thời tiết có thểđịnh ra một thời gian biểu vận hành các bơm dự phòng Việc này có thể tiếnhành theo kinh nghiệm riêng, tùy theo đặc điểm công nghệ mỗi giàn nhưngtốt nhất vẫn là thực hiện chế độ luân phiên làm việc cho các máy bơm trongtrạm Điều đó giúp cho kế hoạch bảo dưỡng, sửa chữa được dễ dàng và chủđộng hơn.

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 BơmNPS 65/35-500 được sử dụng để bơm dầu thô, các loại khí hydrocacbon hóalỏng, các sản phẩm dầu khí ở nhiệt độ từ -300C đến 2000C và các loại chấtlỏng khác có tính chất lý hóa tương tự Các chất lỏng công tác này khôngđược chứa các tạp chất cơ học có kích thước lớn hơn 0,2mm và hàm lượngkhông vượt quá 0,2% khối lượng Tổ hợp bơm được trang bị động cơ điệnloại BAO 22-280M-2T2,5 với công suất N=160KW, U=380V, 50HZ và cácthiết bị bảo vệ, làm mát, làm kín khác theo đúng yêu cầu, quy phạm lắp đặtvận hành chúng Mốt số các thống số đặc tính kỹ thuật cơ bản của tổ hợp bơmNPS 65/35-500 như sau :

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

1 Với kiểu làm kín mặt đầu : 2,5 (25)

2 Làm kín bằng salnhic : - Kiểu C : 10(10)

- Kiểu CO : 0.5(5)

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

- Trọng lượng của bơm ( KG) : 1220

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

- Điện áp (V) : 380

- Tần số dòng điện (HZ) : 50

- Hiệu suất làm việc hữu ích : 59%

Nhận xét chung

Từ những đặc điểm trong công tác vận chuyển dầu của XNLD Vietsovpetro , các máy bơm ly tâm được dùng trong công tác vận chuyển dầu trên các giàn phải có độ tin cậy cao, độ bên cơ học lớn, có khả năng chống lại tác động ăn mòn hóa học trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, ẩm, hơi nước có

độ mặn cao, và nhất là có các đường đặc tính làm việc phù hợp với chế độ công nghệ chung Bơm ly tâm chiếm một vị trí rất quan trọng trong hệ thống công nghệ khai thác dầu khí của xí nghiệp khai thác, đặc biệt là loại bơm NPS 65/35-500, có khả năng vận chuyển dầu đi xa nhờ cột áp ở đầu ra của chúng khá lớn Vì thế chúng được bố trí chủ yếu ở các giàn xa các trạm chứa dầu Đây là đặc điểm chính của loại bơm NPS 65/35-500 so với các loại bơm dầu

ly tâm hiện có trong hệ thống vận chuyển dầu trên biển của XNLD Vietsovpetro

CHƯƠNG II

6 5

3

2

1

LÝ THUYẾT CHUNG VỀ BƠM LY TÂM

2.1 Khái quát về bơm ly tâm

2.1.1 Cấu tạo chung về bơm ly tâm

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo của bơm ly tâm

Cấu tạo chung của bơm ly tâm đơn giản như hình 2.1 gồm 6 bộ phận chính

sau :

1 Bánh công tác 4 Bộ phận dẫn hướng ra

2 Trục bơm 5 Ống hút

3 Ống dẫn hướng vào 6 Ống dẩy

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 Dưới tác dụngcủa lực 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 caohơn Đó là quá trình 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 qua ống hút đến bánh công tác của máy bơm một

cách liên tục Đó là quá trình hút của bơm Quá trình hút và quá trình đẩy củabơm là quá trình liên tục, tạo nên dòng chảy liên tục qua bơm.

2.1.3 Phân loại máy bơm ly tâm

1 Phân loại theo cột áp của bơm

- Bơm cột áp thấp : H < 20 m cột nước

- Bơm cột áp trung bình : H = 20÷60 m cột nước

- Bơm cột áp cao : H > 60 m cột nước

2 Phân loại theo số bánh công tác

- Bơm một cấp

- Bơm nhiều cấp

3 Phân loại theo số cửa hút

- Bơm một cửa hút

- Bơm hai cửa hút

4 Phân loại theo sự bố trí trục bơm

- Bơm trục đứng

- Bơm trục ngang

5 Phân loại theo lưu lượng

- Bơm có lưu lượng thâp

- Bơm có lưu lượng trung bình

- Bơm có lưu lượng lớn

6 Phân loại theo mục đích sử dụng ( theo chất lỏng cần bơm )

- Bơm nước sạch

- Bơm nước thải

- Bơm hóa chất

- Bơm dầu thô

Ngoài ra ta có thể phân loại máy bơm theo cách dẫn dòng chất lỏng ra khỏimáy bơm, theo phương pháp dẫn động máy bơm, hay theo nhiều tiêu chíkhác …

2.2 Các thông số cơ bản của bơm ly tâm

2.2.1.Cột áp

Là năng lượng mà một đơn vị trọng lượng chất lỏng nhận được từ máybơm Ký hiệu cột áp là H, đơn vị tính thường là mét cột chất lỏng (mét cộtnước hay mét cột dầu …)

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 trựctiếp dòng chất lỏng mà bơm cung cấp được

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

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 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 :

N =

Trong đó : η - là hiệu suất toàn phần của máy bơm

Ở máy bơm ly tâm  =  1 +  2 +  3

Với 1: hệ số tính đến những mất mát thủy lực do ma sát 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 quacác khe hở giữa các ngăn của máy bơm với áp suất khác nhau, rò rỉ qua vònglàm kín giữa roto và thân máy, rò rỉ qua salnhic ra ngoài.

- Nhờ sự hoàn thiện của cơ cấu làm kín và độ chính xác ngày càng caohiện nay 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 ngoài 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

Dựa trên các giả thuyết:

- Chất lỏng là lý tưởng

- Bánh công tác có số cánh nhiều vô hạn, mỏng vô cùng

Ứng dụng định lý cơ học về biến thiên mômen động lượng đối với dòng chấtlỏng chuyển động qua bánh công tác, nhà bác học Ơle đã thành lập ra phươngtrình cột áp lý thuyết của bơm ly tâm :

Hl = u2c2u g u1c1u

Trong đó:

- Hl - Cột áp lý thuyết của bơm có số cánh dẫn vô hạn

- u1, u2 - Vận tốc vòng tại điểm ứng với bán kính vào và ra của bánhcông tác, có phương thẳng góc với phương hướng kính

c1u, c2u - Thành phần vận tốc tuyệt đối của các phần tử chất lỏng ở lốivào và ra bánh công tác chiếu lên phương của vận tốc vòng (u)

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:

Khi đó phương trình cơ bản của bơm ly tâm có dạng:

Hl = u2g c u

2.3.2.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 lên sự phân bố vận tốc không đềutrên các mặt cắt của dòng chảy, tạo ra các dòng xoáy và các dòng quẩn trongmáng dẫn

Mặt khác, chất lỏng có độ nhớt do đó gây ra tổn thất trong dòng chảy Vì vậycột áp thực tế nhỏ hơn cột áp lý thuyết Hl

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

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

- H - Hệ số kể đến tổn thất năng lượng của dòng chất lỏng chuyểnđộng qua bánh công tác, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước, kết cấucủa bánh công tác và bộ phận hướng dòng…, được gọi là hiệu suất cột áp củabánh công tác

Với bơm ly tâm (H = 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:

Trong tính toán gần đúng, có thể xác định cột áp thực tế của bơm ly tâm theobiểu thức:

- - Hệ số cột áp thực tế

2.4 Đường đặc tính của máy bơm ly tâm

Khi chế tạo máy bơm, các bộ phận làm việc được tính toán và chọn lựa cáckích thước và hình dạng như thế nào để sự mất mát năng lượng khi máy bơmlàm việc ở chế độ tính toán là nhỏ nhất, còn các thông số cơ bản của máy bơm: lưu lượng, cột áp, công suất có ích và số vòng quay của roto là có lợi nhất.Trong thực tế sản xuất, máy bơm có thể làm việc ở nhiều chế độ khác nhau,

và lúc này các thông số cơ bản của máy bơm cũng thay đổi theo Để xác địnhmối liên hệ giữa các thông số làm việc cơ bản của máy bơm, người ta dựnglên các đường cong trên đồ thị, các đường cong này gọi là đường đặc tính củamáy bơm

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 mộtcánh tổng quát các đặc tính làm việc của máy bơm, cho phép ta mở rộngphạm vi làm việc và sử dụng 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.

2.4.1.Đường 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

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 côngtác

Đường biểu diễn phương trình gọi là đường đặc tính cơ bản lý thuyết

Đó là một đường thẳng không đi qua gốc tọa độ, hệ số góc của nó phụ thuộcvào giá trị góc ra của cánh dẫn β2 Trong trường hợp tổng quát đối với máybơm ly tâm, ta có 3 dạng đường đặc tính lý thuyết được biểu diễn như hình

Hình 2.2: 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 , do đó nó chưa kể đến ảnh hưởng của số cánh dẫn có hạn và các loạitổn thất

Khi kể đến ảnh hưởng do số cánh dẫn hữu hạn, thì ta có đường đặc tínhđoạn A’D’

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

Khi kể đến các loại tổn thất cơ khí và lưu lượng thì thì đường đặc tínhdịch về phía trái thấp hơn một chút so với đường A’’D’’ Đây chính là đườngđặc tính cơ bản 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 vậytrong 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.

2.4.3 Đường đặc tính tổng hợp

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

Hình 2.4: Đồ thị đặc tính tổng hợp của bơm ly tâm

Trên tọa độ H- Q dựng các đường H 1 = f(Q) ; H 2 = f(Q); H 3 = f(Q) ứng

Kẻ các đường song song với trục (Q) trên đồ thị -Q cắt các đường

1 = f(Q,n) Từ giao điểm các đường đó ta gióng lên đồ thị N-Q cắt các đường

đặc tính N=f(Q,n) 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

2.5 Số vòng quay đặc trưng và ảnh hưởng của số vòng quay, đường kính bánh công tác đến bơm ly tâm

2.5.1 Số vòng quay đặc trưng

Số vòng quay đặc trưng n s là số vòng quay của một máy bơm mẫu đồng

dạng hình học với máy bơm ta đang xét, có hiệu suất bằng nhau, làm việc vớicột nước H = 1m, tiêu hao công suất N bằng một mã lực (hay N = 736 KW,hay bơm được Q = 0,075 3

n s 3,65.3/4nQ1/2

H

Với : Q : lưu lượng (m3/h)

- Từ các dữ liệu ban đầu Q,H có thể theo số vòng quay đặc trưng xác địnhdạng của máy bơm ( bánh công tác ) và tỷ số tương đối giữa các đường kínhbánh công tác của nó Cho nên n s là hệ số trung gian thường được sử dụngtrong khi thiết kế các máy mới.

2.5.2 Ảnh hưởng của số vòng quay và đường kính bánh công tác đến bơm

ly tâm.

Các máy bơm ly tâm được gọi là tương tự nhau khi chúng có kích thướchình học tỷ lệ với nhau và các vận tốc dòng chảy trong bánh công tác tỷ lệ vớinhau

Đối với các máy bơm tương tự nhau ta luôn có :

Ảnh hưởng của số vòng quay

Khi thay đổi số vòng quay n của máy bơm bằng n’ Ta có :

Ảnh hưởng của đường kính bánh công tác

Khi thay đổi đường kính D2 của bơm bằng D' 2 Từ các công thức ta có :

3 2 2

2.6 Ảnh hưởng của khối lượng riêng và độ nhớt của chất lỏng 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

độ nhớt 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 như

không thể tính bằng lý thuyết Trong thực tế nó được tính theo công thức

Q chất lỏng = Kq Q nước; H chất lỏng = K H Hnước

ηchất lỏng = Kη ηnước

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)

2.7 Hiện tượng xâm thực trong bơm ly tâm

Hiện tượng xâm thực khí là sự phá hủy tính dày đặc của dòng chảy chấtlỏng do sinh ra trong dòng chảy những khoang chứa đầy khí và hơi của chấtlỏng

Hiện tượng xâm thực bắt đầu bằng sự xuất hiện trong dòng chảy dày đặcchất lỏng các bọt khí – hơi được ngưng tụ ( tiếp hợp ) vào thời điểm tiếp hợpcác bọt khí sinh ra xung âm Quá trình tiếp hợp xảy ra tức thời tạo nên áp suấtcục bộ cao và dưới tác dụng của áp suất này các cánh quạt, thành và các rãnhcủa máy bơm bị phá hủy

Hiện tượng xâm thực khí thường dễ nhận biết bằng các dấu hiệu bên ngoàibởi độ ồn, độ va đập và độ rung của máy

Hậu quả :

- Hiện tượng xâm thực khí dẫn đến giảm lưu lượng, cột áp – công suất vàhiệu suất của máy.

- Máy bơm làm việc lâu ở chế độ xâm thực khí có thể bị phá hủy hoàntoàn

Nguyên nhân :

- Do áp suất ở một điểm nào đó của dòng chảy giảm xuống và thấp hơn

cả áp suất hơi bão hòa của chất lỏng ở nhiệt độ đó nên chất lỏng bốc hơi vàsinh ra các bọt khí hơi

- Do khí lọt vào máy bơm từ môi trường bên ngoài

Cách phòng chống :

Khi lắp đặt và sử dụng :

- Tăng áp suất vào máy bơm bằng cách giảm mọi mất mát về áp suất cóthể trên đường vào máy bơm ( dùng đường ống vào ngắn , có đường kính lớn,

ít các thiết bị chặn, chiều cao lắp máy bơm thấp …)

- Đảm bảo để khí không lọt vào máy bơm từ bên ngoài : theo đường ốnghút, qua các khe nứt

Khi thiết kế và chế tạo :

- Tăng đường kính vào của bánh công tác và chiều rộng của các rãnh Cáccánh quạt từ phía áp suất cao được uốn cong, ở đường vào bánh công tác thứ Iđặt thêm một bánh công tác phụ trợ ( bánh theo trục )

- Sử dụng các vật liệu có độ cứng cao, thép không gỉ, đồng thau trong chếtạo

CHƯƠNG III

TỔ HỢP BƠM LY TÂM NPS 65/35-500

3.1 Sơ đồ tổng thể, các đặc tính kỹ thuật và nguyên lý làm việc của bơm

3.1.1 Sơ đồ tổng thể của bơm

Máy bơm thuộc nhóm hai nửa dạng kiểu ly tâm theo tiêu chuẩn

15105-69 của Liên Xô cũ

Tổ hợp bao gồm bơm và động cơ điện được lắp ráp trên một bộ khungdầm chung Động cơ và các trục của bơm được liên kết nhờ khớp nối răng vàmột trục trung gian Chiều quay của roto là chiều quay trái (ngược chiều kimđồng hồ) nếu nhìn từ phía động 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

3.1.2 Các đặc tính kỹ thuật của bơm

Các đặc tính kỹ thuật của bơm như sau :

7 Cột áp hút chân không cho phép 4,7 m

8 Đặc tính của bộ làm kín

- Trường hợp làm kín mặt đầu:

Áp lực phía trước bộ làm kín cho phép: P ≤ 25 KG/cm2

Lượng chất lỏng rò rỉ cho phép: ΔQ ≤ 0,03 l/hQ ≤ 0,03 l/h

- Trường hợp làm kín dây quấn:

Áp lực phía trước bộ làm kín cho phép: P ≤ 10 KG/cm2

Lượng chất lỏng rò rỉ cho phép: ΔQ ≤ 0,03 l/hQ ≤ 0,0018 l/h

10 Số bánh công tác 8

12 Công suất động cơ điện 160 kW

13 Điện áp làm việc của động cơ 380 V

14 Tần số dòng điện 50 Hz

15 Dòng điện thay đổi

16 Khối lượng máy bơm 1260 kg

17 Kích thước toàn bộ máy kể cả động cơ 1970 x 600 x 585

Đặc tính của bơm thể hiện trên đây (được thử nghiệm với nước) Bơmcần vận hành trong phạm vi lưu lượng làm việc của đường đặc tính bơm Sựlàm việc bơm vận hành ở mức lưu lượng lớn hơn phần đặc tính làm việc làkhông cần thiết (không nên vì có thể gây ra quá tải cho động cơ điện)

Khi muốn giảm cột áp của bơm trong thời gian phân chia trên đườngđặc tính bơm ở phạm vi Q-H cho phép tiện tương ứng đường kính ngoài củacác bánh công tác

Đường đặc tính của bơm NPS 65/35 - 500:

Đường đặc tính của bơm NPS 65/35 - 500 thử với ρ = 1000 kg/m3, n=2980 vòng/phút

400 500 600 700

Hình 3.3: Đường đặc tính của bơm NPS 65/35 - 500

3.1.3 Nguyên lý làm việc của bơm NPS 65/35-500

Nguyên lý làm việc của bơm ly tâm vận chuyển dầu NPS 65/35 - 500:

Khi động cơ điện của tổ hợp làm việc, truyền chuyển động quay với vậntốc n = 2950 ÷ 3000V/phút cho trục Roto của bơm thông qua khớp nối răng,chất lỏng công tác có áp lực (lớn hơn 0,42kg/cm2) từ đường cấp đi vào miệnghút qua khoang cửa vào của bánh công tác cấp 1 (ở nửa bên trái), chịu tácdụng của lực ly tâm bị cuốn dồn từ phía tâm ra ngồi, theo kênh dẫn hướngđến khoang cửa vào của bánh công tác cấp 2 và tiếp tục như vậy vào cấp 3,cấp 4 rồi theo đường dẫn hàn nới từ khoang cửa ra cấp 4 đến khoang cửa vàocấp 5 ở đầu bên phải của bơm Ở nửa bên phải của bơm, chất lỏng công tác đi

từ phải sang trái, qua cấp 5, cấp 6, cấp 7, cấp 8 tương tự như ở nửa bên trái,rồi qua cửa ra của bơm đi vào đường ép (đường bơm)

Chất lỏng công tác từ cửa vào của bơm, đến cửa ra, qua mỗi cấp bánhcông tác lại nhận thêm phần cơ năng mới thông qua các cánh dẫn của bánhcông tác, tạo thành năng lượng thủy động (gồm động năng V2/2g và áp năng P/

 ) cho dòng chảy của chất lỏng Mặc dù số cánh dẫn của mỗi bánh công tác

là có hạn, nhưng được quay với vận tốc góc lớn, và do sự liên kết nội nănggiữa các phân tử chất lỏng nên dòng chảy chất lỏng đi qua bơm vẫn là liên tục

và có năng lượng do các cánh dẫn của bánh công tác truyền cho

Ở bơm NPS 65/35- 500, việc 8 bánh công tác của nó được chia thành 2nhóm bên trái và bên phải, có cửa vào của bánh công tác ở mỗi nhóm ngượcnhau;- Ở ngăn bên trái ( từ bánh công tác cấp 1 đến bánh công tác cấp 4) dòngchất lỏng công tác đi từ trái sang phải; - ở ngăn bên phải (từ bánh công táccấp 5 đến bánh công tác cấp 8) dòng chất lỏng đi từ phải sang trái; điều đólàm giảm đáng kể lực dọc trục tác dụng lên Roto Phần chất lỏng có áp lựclớn ở khoang cửa vào cấp 5 rò rỉ đến phía trước bộ phận làm kín trục đầu bênphải theo ống giảm tải trở về đầu cửa hút của bơm

3.2 Cấu tạo của bơm NPS 65/35-500

3.2.1 Cấu tạo thân bơm

Hình 3.4: Sơ đồ cấu tạo thân trên bơm

Thân bơm gồm hai nửa được lắp ghép với nhau bằng bulong M30 vàcác đai ốc dạng chụp M30 Bề mặt lắp ghép của thân được mài già để chống

rò rỉ

Nửa thân dưới có kết cấu gồm thân đúc bằng thép cácbon hàn với nửaống dạng máng dùng để nối liền cửa ra cấp IV và cửa hút cấp V và ống vuônggóc để nối ống giảm tải Ống giảm tải dùng để xả và giảm áp xuất trongbuồng trước đệm làm kín trục phía cao áp cấp V bằng áp suất ở cửa hút

Phương đường tâm của ống nối bơm theo phương ngang, tiếp tuyến vàvuông góc với trục bơm.

248

Hình 3.5: Sơ đồ cấu tạo thân dưới bơm

3.2.2 Cấu tạo phần chảy (khoang hướng dòng)





Hình 3.6 : Sơ đồ cấu tạo khoang hướng dòng

Theo hình 3.2 Phần chảy của bơm bao gồm các phân đoạn phải (14) và

trái (8), buồng vào cấp I (6) và cấp V (18), buồng ra cấp IV (11) và cấp VIII(13) Tất cả các bộ phận và buồng được định tâm theo mặt trong của thânbơm và được hãm chống xoay bằng chốt Vị trí tương đối của các buồngtrong vỏ bơm được đảm bảo khi lắp ráp nhờ các bộ phận định vị

Việc làm kín khe hở của các chi tiết của khoang hướng dòng và thânbơm để ngăn chặn dòng chảy giữa các cấp nén được thực hiện bằng gioăngcao su chịu nhiệt (15) có tiết diện tròn Ø 6,2mm

-0,115 +0,04

-0,130

-0,095 -0,050

Hình 3.7: Sơ đồ cấu tạo buồng vào cấp 5

3.2 3 Cấu tạo của bánh công tác

Bánh công tác được lắp đặt trên trên trục gồm 8 bánh chia làm hainhóm (nhóm trái và nhóm phải), mỗi nhóm gồm 4 bánh

Các bánh công tác ở mỗi nhóm có kích thước bằng nhau và có thể nắplẫn cho nhau được (trừ bánh công tác thứ nhất có kích thước lớn hơn) Haunhóm này có của hút bố trí ngược nhau, điều này có tác dụng khử lực dọc trụctrong khi bơm làm việc Giữa hai bánh công tác có nắp vành hãm để ngăn cảnkhông cho chúng di chuyển dọc trục, tiếp xúc với nhau trong quá trình làmviệc để tránh kẹt gây cháy hỏng bánh công tác và trục bơm