nghiên cứu, tính toán, kiểm tra, thiết kế máy bơm vận chuyển dầu h c 6535 – 500

CHƯƠNG ISƠ LƯỢC VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ TẠI VIỆT NAM VÀ VIỆC SỬ DỤNG BƠM LY TÂM TRONG CÔNG TÁC VẬN CHUYỂN DẦU KHÍ TẠI XÍ NGHIỆP LIÊN DOANH VIETSOVPETRO 1.1.. Sau khi qua bình HГC sa

CHƯƠNG I

SƠ LƯỢC VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ TẠI VIỆT NAM VÀ VIỆC SỬ DỤNG BƠM LY TÂM TRONG CÔNG TÁC VẬN CHUYỂN DẦU KHÍ TẠI XÍ NGHIỆP LIÊN DOANH VIETSOVPETRO

1.1 Sự hình thành và phát triển của ngành công nghiệp dầu khí ở Việt Nam và

ở Xí Nghiệp Liên Doanh Vietsovpetro.

1.1.1 Sự hình thành và phát triển của ngành công nghiệp dầu khí ở Việt Nam.

Trong những năm qua ngành công nghiệp dầu khí đã góp một phần vai tròquan trọng cho sự phát triển của nền kinh tế Việt Nam Là một trong những ngànhcông nghiệp đóng góp ngân sách cho nhà nước và vực dậy nền kinh tế Việt Nam

Là một nước nằm trong khu vực Đông Nam Á,Việt Nam có nhiều thuận lợi,đặc biệt là nguồn tài nguyên thiên nhiên rất phong phú đa dạng cả trong đất liền vàngoài biển khơi Với diện tích thềm lục địa khoảng 1 triệu km2 sông Hồng, CửuLong, Hoàng Sa và Trường Sa Từ những năm 60 của thế kỷ XX mặc dù có nhiềukhó khăn nhưng công tác tìm kiếm thăm dò dầu khí đã được các đoàn địa chất củatổng cục dầu khí tiến hành trên địa bàn sông Hồng ở miền bắc Từ những năm 70tiến hành nghiên cứu vùng thềm lục địa Đến nay công tác tìm kiếm thăm dò đãđược thực hiện trên 1/3 diện tích thềm lục địa cho kết quả khả quan

1.1.2 Sự hình thành và phát triển của ngành công nghiệp dầu khí ở XNLD Vietsovpetro.

Năm 1981 XNLD Vietsovpetro được thành lập, là đơn vị khai thác dầu khí

biển lớn nhất ở Việt Nam Sau khi phát hiện dầu khí ở mỏ Bạch Hổ vào 26/6/1986Vietsovpetro đã khai thác tấn dầu đầu tiên đặt nền móng cho sự phát triển ngànhcông nghiệp dầu khí Việt Nam Kể từ đó đến nay toàn ngành dầu khí đã khai thácđược hơn 200 triệu tấn dầu thô và hơn 30 tỷ m3 khí mang lại doanh thu trên 40 tỷUSD, nộp ngân sách nhà nước gần 30 tỷ USD tạo dựng được nguồn vốn chủ sở hữutrên 80 tỷ đồng

Bên cạnh hoạt động khai thác, công tác tìm kiếm thăm dò dầu khí đã xácđịnh chữ lượng dầu ước tính đạt từ 3÷4 tỷ m3 dầu quy đổi, trữ lượng dầu khí đã xácđịnh đạt 1,05÷1,14 tỷ tấn dầu quy đổi Mục tiêu gia tăng trữ lượng dầu khí trongnhững năm gần đây liên tục được hoàn thành với mức từ 30÷40 tấn dầu quy đổi/năm, có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc đảm bảo cân đối

bền vững duy trì ổn định sản lượng dầu khí khai thác phục vụ nền kinh tế đảm bảo

an ninh năng lượng của đất nước trong thời gian tới

Năm 1981 nhà nước ban hành luật đầu tư nước ngoài tại Việt Nam cho

đến nay ngành dầu khí đã ký được khoảng 60 hợp đồng thăm dò khai thác dầu khíthu hút vốn đầu tư trên 7 tỷ USD, hiện nay trên 35 hợp đồng đang có hiệu lực đểthực thực hiện mục tiêu đảm bảo cung cấp nhiên liệu và năng lượng cho nền kinh

tế Chủ động cho cho việc hội nhập với cộng đồng dầu khí quốc tế, những năm gầnđây tập đoàn dầu khí đã mở rộng sang thăm dò khai thác dầu khí ở nước ngoài trong

đó có hai đề án tự điều hành đã thu được phát hiện quan trọng tại Malaysia vàAngieria và đã thu được những kết quả tốt đẹp

Song song với việc tìm kiếm thăm dò và khai thác, lĩnh vực công nghiệp khícũng đã được tích cực triển khai Dòng khí đồng hành ở mỏ Bạch Hổ được đưa vào

bờ đã đem lại hiệu quả cao cho nền kinh tế, đồng thời cung cấp nhiên liệu cho nhàmáy điện đạm Phú Mỹ cùng một lượng lớn khí hóa lỏng LPG, condenasate cho nhucầu nội địa Cùng với nguồn khí đồng hành bể Cửu Long thì nguồn khí Nam CônSơn được đưa vào tiếp đó đã hoàn thiện cho sự hoạt động của cụm công nghiệp khíđiện đạm Đông Nam Bộ Cùng với việc đưa vào hoạt động của nhà máy khí điệnđạm Cà Mau đã tạo ra sức bật mới cho nền kinh tế của đồng bằng sông Cửu Long.Trong tương lai nhiều mỏ khí mới như lô B, mỏ Sư Tử Trắng sẽ mở ra một giaiđoạn đầy hứa hẹn cho nền công nghiệp khí Việt Nam

Trong lĩnh vực chế biến khí và hoá dầu nhà máy lọc dầu Dung Quất đã đưavào hoạt động và cho ra nhưng tấn dầu thương phẩm đầu tiên Bên cạnh đó khu liênhợp lọc hoá dầu Nghi Sơn và dự án nhà máy lọc hoá dầu Long Sơn đang được xâydựng tích cực để sớm đưa vào hoạt động đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về nhiênliệu cho đất nước và bổ xung cho công nghiệp hoá dầu những nhiên liệu và sảnphẩm mới

Cùng với sự phát triển trọng tâm của công nghiệp dầu khí , để khép kín vàhoạt động đồng bộ của ngành, các hoạt động về dịch vụ, kỹ thuật, thương mại, tàichính, bảo hiểm…của ngành dầu khí đã được hình thành và phát triển với doanh sốhoạt động ngày càng cao trong tổng doanh thu của ngành Thực hiện mục tiêu xâydựng ngành dầu khí quốc gia Việt Nam trở thành tập đoàn kinh tế mạnh của đấtnước công tác hoàn thiện cơ chế quản lý cơ cấu tổ chức và công tác cổ phần hoádoanh nghiệp đã được triển khai có hiệu quả do đó hoạt động sản xuất kinh doanhcủa các đơn vị cổ phần hoá được cải thiện rõ rệt Hoạt động sản xuất kinh doanh củatập đoàn xác định theo hướng có hiệu quả nhất và phát triển thêm một số lĩnh vực

để tận dụng thế mạnh của ngành

Là một ngành kinh tế kỹ thuật yêu cầu công nghệ cao, vốn đầu tư lớn và mức

độ rủi ro cao nên con người luôn là yếu tố quyết định đặc biệt trong thời kỳ hộinhập Ý thức được điều đó tập đoàn dầu khí Việt Nam đã sớm đầu tư xây dựng và

đào tạo đội ngũ công nhân kỹ thuật, đặc biệt là các cán bộ khoa học và các bộ cótrình độ quản lý cao Đến nay tập đoàn dầu khí Việt Nam đã có đội ngũ chuyên giacán bộ hơn 22 000 người và đang đảm đương tốt công việc được giao.

Chặng đường xây dựng và phát triển của ngành dầu khí Việt Nam trên 30năm qua hết sức vẻ vang Nhà nước đã luôn tạo điều kiện cho ngành dầu khí pháttriển Thủ tướng chính phủ đã có quyết định số 386/QĐ-TTG 09/03/2006 phê duyệtchiến lược phát triển ngành dầu khí quốc gia Việt Nam đến 2015 và định hướng

2020 Ngày 29/08/2006 thủ tướng đã có quyết định số 198 thành lập tập đoàn dầukhí quốc gia Việt Nam

Nhằm đáp ứng đòi hỏi cấp bách và tăng trưởng kinh tế chung của nhà nướctrong giai đoạn đến năm 2015 và định hướng đến năm 2025 tập đoàn dầu khí ViệtNam xác định mục tiêu và nhiệm vụ như sau:

Mục tiêu tổng quát:

Phát triển ngành dầu khí Việt Nam trở thành ngành kinh tế kỹ thuật quantrọng bao gồm: Tìm kiếm, thăm dò, khai thác vận chuyển chế biến, tàng trữ phânphối, dịch vụ xuất nhập khẩu Xây dựng tập đoàn dầu khí mạnh kinh doanh đangành trong nước và quốc tế

Các mục tiêu cụ thể:

- Về tìm kiếm thăm dò dầu khí: Đẩy mạnh việc tìm kiếm thăm dò, gia tăngtrữ lượng có thể khai thác, ưu tiên những vùng biển nước sâu xa bờ, tích cực triểnkhai đầu tư tìm kiềm thăm dò dầu khí ra nước ngoài

- Về khai thác dầu khí: Khai thác và sử dụng hợp lý, hiệu quả, tiết kiệmnguồn tài nguyên dầu khí trong nước để sử dụng lâu dài, đồng thời tích cực mở rộnghoạt động khai thác dầu khí ở nước ngoài để bổ xung phần thiếu hụt của khai tháctrong nước Phấn đấu khai thác 25÷35 triệu tấn quy đổi /năm, trong đó khai thác dầuthô giữ ổn định ở mức 18÷20 triệu tấn/năm và khai thác khí 6÷17 tỷ m3/năm

- Về phát triển công nghiệp khí: Tích cực phát triển thị trường tiêu thụ trongnước, sử dụng khí tiết kiệm hiệu quả cao thông qua sản xuất điện, phân bón, hoáchất, phục vụ các ngành công nghiệp khai thác, giao thông vận tải tiêu dùng giađình Xây dựng và vận hành an toàn hệ thống đường ống quốc gia, sẵn sàng kết nốivới đường ống dẫn khí khu vực Đông Nam Á phục vụ cho nhu cầu xuất nhập khẩukhí, riêng tập đoàn dầu khí Việt Nam sản xuất 10÷15 (%) tổng sản lượng điện của

cả nước

- Về công nghiệp chế biến khí: Tích cực thu hút vốn đầu tư của mọi thànhphần kinh tế, đặc biệt là đầu tư nước ngoài để phát triển nhanh công nghiệp chế biếnkhí Kết hợp có hiệu quả giữa các công trình lọc hoá dầu, chế biến khí để tạo ra sản

phẩm năng lượng cần thiết phục vụ cho thị trường trong nước và làm nhiên liệu chocác ngành công nghiệp khác.

- Về sự phát triển dịch vụ dầu khí: Thu hút tối đa các thành phần kinh tếtham gia phát triển dịch vụ để tăng doanh thu của dịch vụ trong tổng doanh thu củangành Phấn đấu đến 2010 doanh thu dịch vụ kỹ thuật dầu khí đạt 30÷35(%) tổngdoanh thu của cả ngành và ổn định đến 2025

- Về sự phát triển khoa học và công nghệ: Tăng cường tiềm lực phát triểnkhoa học công nghệ, đầu tư trang thiết bị hiện đại để hiện đại hoá nhanh ngành côngnghiệp dầu khí Xây dựng lực lượng cán bộ công nhân dầu khí mạnh cả về chấtlượng để có thể điều hành các hoạt động dầu khí cả trong nước và ngoài nước

1 2 Đặc điểm công tác vận chuyển dầu trên các công trình biển của Xí Nghiệp Liên Doanh Vietsovpetro.

Do vị trí địa lý khai thác là nằm hoàn toàn trên biển nên tất cả các công nghệkhoan khai thác và vận chuyển đều diễn ra trên các giàn cố đinh, giàn nhẹ và tàuchứa Do vậy các đường ống dùng trong công tác vận chuyển đều nằm chìm dướibiển Điều đó đòi hỏi công tác vận chuyển dầu khí của chúng ta phải đạt được độ antoàn cao hơn nhiều lần so với đất liền

Tại các giàn khoan khai thác cố định trên biển, dầu được khai thác lên từ cácgiếng qua hệ thống đường ống công nghệ vào bình tách khí áp suất cao, khoảng3÷25KG/cm3 (bình HГC) sao đó chuyển đến bình bình tách (БE) áp suất thấpC) sao đó chuyển đến bình bình tách (БE) áp suất thấpE) áp suất thấpkhoảng 0,5÷8 KG/cm2 Sau khi qua bình HГC) sao đó chuyển đến bình bình tách (БE) áp suất thấpC và БE) áp suất thấpE một phần lớn lượng khí đồnghành đã được tách ra dầu đã được sử lý với hàm lượng khí hòa tan ở trạng thái tự dothấp, rồi từ bình tách áp suất thấp (БE) áp suất thấpE) dầu được tổ hợp các bơm ly tâm đặt trên cácgiàn bơm vận chuyển tới đến các tàu chứa thông qua hệ thống đường ống ngầmdưới biển

Trong khu vực mỏ Bạch Hổ dầu khai thác trên các giàn được vận chuyển đếnhai trạm tiếp nhận (tàu chứa dầu-FSO-1 và FSO-2):

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

hai điểm là MSP-1 và giàn công nghệ trung tâm số 2 – (CPP-2) cùng với các giànnhẹ ( БE) áp suất thấpK-1, 2, 3, 4, 5 , 6 ,7 ) chuyển đến Đây là hai điểm vận chuyển dầu quantrọng nhất, có khối lượng vận chuyển lớn nhất Từ CPP-2 có đường ống vận chuyểndầu nối với MSP-1 và khu mỏ Rồng Từ MSP-1 có đường ống vận chuyển dầu nốivới MSP-3,MSP-4 và MSP-5 thông qua các điểm trung 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

điểm trung chuyển là MSP-6 và MSP-8 Từ MSP-6 có đường ống vận chuyển dầu

với MSP-4 và thông qua đó nối với MSP-3, MSP-5, MSP-7, MSP-8, MSP-10 từMSP-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 và FSO-3 có mối liên hệ với nhau thông qua

nhiều điểm trung chuyển được trình bày trên cơ sở đường ống vận chuyển dầu trênbiển của xí nghiệp liên doanh Vietsovptro

Căn cứ theo sơ đồ đường ống vận chuyển ngầm dưới biển tại hai khu vực mỏBạch Hổ và mỏ Rồng ta nhận thấy rằng chỉ trừ MSP-1, MSP-2, MSP-6, MSP-8trong những điều kiện bình thường không có sự cố hỏng hóc tàu chứa dầu hoặc tắcnghẽn đường ống vận chuyển thì có thể bơm thẳng dầu đến tàu chứa, còn tất cả cácgiàn MSP-3, MSP-4, MSP-5, MSP-7, MSP-9, MSP-10, MSP-11 phải bơm dầu quanhững đoạn đường rất xa và qua nhiều điểm nút trung gian

Ví dụ : Từ MSP-5 muốn vận chuyển dầu đến trạm tiếp nhận FSO-2 chúng ta

phải bơm dầu qua những quãng đường như sau:

MSP-5 → MSP3 (tuyến đường ống ø325x16, L = 1005 m, V = 68m3) →MSP-4 (ø = 219x13, L = 877m, V = 26,5m3 ) → MSP6 (ø = 325x16, L = 1284, 5m,

V = 87 m3) →FSO-2(ø=325x16, L=1915m.V=129m3) Tổng cộng chiều dài toàn bộtuyến ống là 5081, 5m, V=310, 5m3 áp suất làm việc tính theo xác xuất thống kêtrung bình là từ 20÷25 Kg/cm2 Tuy nhiên cùng trên tuyến đường này còn có MSP-

3, MSP-4, MSP-6, MSP-7, MSP-10 cùng tham gia vận chuyển dầu vì vậy việc tínhtoán sắp xếp để có một chế độ thời gian biểu của việc bơm dầu phối hợp trên toàntuyến cũng khá phức tạp Nếu việc phân bố thời gian không hợp lý có thể gây ra sựtăng áp suất đột ngột áp suất làm việc của tuyến đường ống vận chuyển làm cho một

số giàn cố định như MSP-5, MSP-7, MSP-10 không thể bơm dầu đi được Điều đólàm ảnh hưởng trực tiếp đến quy trình công nghệ và sản lượng khai thác dầu ở cácgiàn này

1.3 Giới thiệu về hệ thống bơm vận chuyển dầu ở XNLD Vietsopevtro.

1.3.1 Dầu mỏ, tính chất hoá lý của dầu thô mỏ Bạch Hổ

a) Dầu mỏ

Dầu mỏ là sản phẩm phức tạp từ thiên nhiên với thành phần chủ yếu là cáchydrocacbon, chúng chiếm từ 60÷90 (%) khối lượng của dầu Các hydrocacbonnày được tạo thành do sự kết hợp của các nguyên tố các bon và hydro Tuỳ theocấu trúc phân tử mà ta có các hydrocacbon ở thể khí, rắn hay lỏng

Dầu mỏ bao gồm các nhóm:

ở trạng thái khí , từ C5÷C10 ở trạng thái lỏng, còn lại ở trạng thái rắn.

- Hợp chất với O chiếm hàm lượng riêng khá lớn, Asphantel có thể tới 80%chủ yếu tồn tại dưới dạng axit napten, nhựa Asphal và Phenol

- Hợp chất với N mà quan trọng nhất là pocfirin, đây là sản phẩm chuyển hoá

từ Hemoglubin sinh vật và từ Clofin thực vật Điều này chứng tỏ nguồn gốc hữu cơcủa dầu mỏ là Pocfirin bị phân huỷ ở >200oC tạo thành

- Hợp chất với S tồn tại dưới dạng S tự do hoặc H2S Hàm lượng S trong dầuthô thường từ 0,1÷1 %,nếu S≤0,5% được xem là hàm lượng đạt tiêu chuẩn Hàmlượng S càng cao giá trị dầu thô càng giảm

- Ngoài ra trong dầu thô còn chứa hàm lượng rất nhỏ các kim loại và các chấtkhác như: Fe, Mg, Ca, Ni, Cr, Ti, Co, Zn…chiếm khoảng từ 0,15÷0,19 kg/tấn

b) Tính chất lý hoá dầu thô mỏ Bạch Hổ

Tính chất lý hoá của chất lỏng bơm cũng ảnh hưởng đến độ bền và chế độlàm việc của bơm, chất lỏng bơm có tính axit sẽ dẫn đến hiện tượng ăn mòn hoáhọc, chất lỏng bơm có độ nhớt cao làm giảm lưu lượng và và cột áp bơm, chất lỏngbơm vận chuyển là dầu thô vì vậy ta cần nghiên cứu tính chất của dầu thô Dầu mỏ

tự nhiên cũng có tính chất vật lý đa dạng như thành phần hoá học của chúng Một sốthể hiện dưới dạng lỏng, một số dưới dạng nhớt Màu của chúng biến thiên tuỳ theobản chất của các thành phần bay hơi

Dầu thô của mỏ bạch Hổ có nhiệt độ đông đặc cao khoảng 29÷34oC, hàmlượng Parafin cao khoảng 20÷25% trong khi đó nhiệt độ môi trường quá thấpkhoảng 23÷24oC điều này gây khó khăn cho việc vận chuyển

- Độ nhớt µ:

Độ nhớt là thông số hết sức quan trọng, nó thể hiện bản chất của chấtlỏng, trong dòng chảy luôn luôn tồn tại các lớp chất lỏng khác nhau về vận tốc, cáclớp này tác dụng tương hỗ lên các lớp kia theo phương tiếp tuyến với chúng Lựcnày có tác dụng làm giảm tốc độ với các lớp chảy chậm, ta gọi là nội ma sát

- Trọng lượng riêng:

Trọng lượng dầu phụ thuộc vào độ nhớt và thành phần dầu, trong suốtquá trình vận chuyển dầu, nhiệt độ thay đổi dọc theo đường ống làm tỷ trọng thayđổi, trọng lượng dầu thô của mỏ Bạch Hổ ở 20oC là γ=840(KG/m3)

Nhiệt độ thay đổi liên tục theo chiều dài đường ống vì có sự trao đổi nhiệtvới môi trường ngoài dẫn đến tỷ trọng thay đổi theo

1.3.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ vận chuyển dầu ( Hình 1-1 ).

1.3.3 Các loại máy bơm vận chuyển dầu hiện dang sử dụng ở XNLD Vietsovpetro.

Bơm ly tâm là loại máy thủy lực cánh dẫn, trong đó việc trao đổi năng lượnggiữa máy với chất lỏng (gọi là chất lỏng công tác) được thực hiện bằng năng lượngthủy động của dòng chảy qua máy Bộ phận làm việc chính của bơm là các bánhcông tác trên đó có nhiều cách dẫn dễ dẫn dòng chảy Biên dạng và góc độ bố trícủa các cánh dẫn ảnh hưởng trực tiếp đến các thành phần vận tốc của dòng chảy nên

có ý nghĩa quan trong đến việc trao đổi năng lượng của máy với dòng chảy Khibánh công tác của bơm ly tâm quay (thường là với số vòng quay lớn đến hàng nghìnvòng/phút) các cánh dẫn của nó truyền cơ năng nhận được từ động cơ (thường làđộng cơ điện) cho dòng chất lỏng đi qua nó tạo thành năng lượng thủy động chodòng chảy Nói chung năng lượng thủy động của dòng chảy bao gồm hai phầnchính: động năng (V2/2g) và áp năng (P/γ) chúng có mối liên hệ mật thiết với nhau.Trong quá trình làm việc của máy sự biến đổi của động năng bao giờ cũng kéo theo

sự biến đổi của áp năng Tuy nhiên đối với máy thủy lực cánh dẫn như bơm ly tâmthì với mỗi loại kết cấu cụ thể thì sự biến đổi áp năng chỉ đạt đến một giới hạn nhấtđịnh.nó khác với máy thủy lực thủy tĩnh là ở máy thủy lực thủy tĩnh năng lượng traođổi của máy với chất lỏng có thành phần chủ yếu là áp năng còn thành phần độngnăng không đáng kể Còn ở máy thủy lực cánh dẫn như bơm ly tâm năng lượng cột

áp chỉ tăng đến mức cần thiết còn toàn bộ năng lượng thủy động của dòng chảynhận được từ máy biến thành động năng Chính vì vậy việc dùng các máy bơm lytâm để vận chuyển chất lỏng từ điểm này đến điểm khác chiếm một ưu thế hơn hẳncác loại máy thủy lực khác

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 XNLDVietsopetro 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 Hiện nay tại cáctrạm bơm vận chuyển dầu trên các công trình biển của XNLD Vietsovpetro đang sửdụng các chủng loại bơm ly tâm dầu như sau:

1) Máy bơm HΠC 65/35-500:C 65/35-500:

Là tổ hợp bơm dầu ly tâm kiểu nằm ngang, nhiều tầng (cấp), trục bơm đượclàm kín băng 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 -30oC đến 200oC và các loại chất lỏng khác cótính chất lý hoa tương tự Các chất lỏng công tác này không được chứa các tạp chất

cơ học có kích thước lớn hơn 0,2 mm và hàm lượng không vượt quá 0,2% khốilượng Tổ hợp bơm được trang bị động cơ điện loại BAO 22-280M-2T2,5 với côngsuất N=160KW, U=380V, 50Hz và các thiết bị bảo vệ làm mát ,làm kín khác theođúng yêu cầu quy phạm lắp đặt và bảo hành chúng Một số thông số cơ bản, đặctính kỹ thuật cơ bản của tổ hợp bơm ly tâm NPS65/35-500 như sau:

- Lưu lượng định mực tối ưu: 65(35)

- Cột áp (m): 500

- 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 (Mπa,Kg/cma,Kg/cm2)

1 Với kiểu làm kín mặt đầu: 2,5(25)

2 Làm kín bằng salnhic: + Kiểu CГC) sao đó chuyển đến bình bình tách (БE) áp suất thấp: 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

Là loại bơm ly tâm có 5 cấp nằm ngang, trong đó bánh công tác thứ nhất làloại 2 cửa hút ngược chiều nhau, 4 bánh công tác là loại 1 cửa hút được chia làm 2nhóm đối xứng có cửa hút ngược chiều nhau Thân máy cấu tạo gồm 2 nửa tháođược theo bề mặt phẳng ngang và được định vị với nhau bởi các chốt côn Thânmáy có nhiều khoang chứa các bánh công tác và giữ luôn vai trò của các bánhhướng dòng Phía dưới có ống giảm tải nối từ khoang chứa đệm làm kín phía ápsuất cao đến khoang cửa vào cấp 1 của bơm Trục bơm được làm kín bằng đệm làmkín chì dạng kép có nhiệt độ làm việc dưới 1600C Đệm làm kín này được làm mátbằng dầu Tellus 46, đồng thời dầu làm mát này có tác dụng như nêm thủy lực làmkín bổ sung cho đệm Dầu làm mát đệm làm kín trao đổi nhiệt cới bên ngoài thôngqua các lá đông tản nhiệt dọc theo đường ống.

Các thông số kỹ thuật của tổ hợp bơm như sau:

- Lưu lượng bơm (m3/h): 130

- Cột áo định mức (m): 400

- Hiệu suất hữu ích (%): 74

- Công suất thủy lực của bơm (kW/h): 147

- Lượng dự chữ 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 hơp: 3940 kG

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 1050 Kg/m3, độ nhớt dộng học đến 6.10-4m2/s.Các chất lỏng công tác này không được chứa các tạp chất cơ học có kích thước lớnhơn 0,2 mm và hàm lượng vượt quá 0,2% và nhiệt độ trong khoảng -80oC÷400oC

Tổ hợp bơm gồm động cơ điện và bơm được lắp trên một khung dầm được liên kếtvới nhau bằng khớp nối răng Đây là loại bơm ly tâm một tầng, công-xôn, vấu tựa,ống hút và ống nối có áp (cửa ra) được đặt trên cùng một giá đỡ Việc làm kín trụcdược thực hiện bằng một bộ phận làm kín kiểu CГC) sao đó chuyển đến bình bình tách (БE) áp suất thấp-hoặc CO

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

- Lưu lượng bơm (m3/h): 200

- Cột áp định mức (m): 120

- Hiệu suất hữu ích (%): 67

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

- Công suất đọng cơ điện (kW): 100

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 của giàntrong hệ thống công nghệ trung tâm của toàn mỏ Bạch Hổ và Mỏ Rồng Với sơ đồvận chuyển dầu và công tác vận chuyển này đã trình bày như trên, ngưới ta bố tríkiểu loại máy bơm và số lượng trên các giàn như sau:

1 MSP-1 (giàn 1):

+ Máy bơm NPS 65/35-500 Số lượng: 2

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

+ 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 65/35-500 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 SULZER Số lượng: 2

9 MSP-9 (Giàn 9):

+ Máy bơm NPS65/35-500 Số lượng: 4

10 SP-10 (Giàn 10):

+ Máy bơm NPS 65/35-500 Số lượng: 3

11 SP-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

Theo 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 máybơm NPS và SULZER để vận chuyển dầu Đây là 2 loại bơm ly tâm có nhiều ưuđiểm: Kết cấu bền vững, độ tin cậy và độ an toàn cao, lưu lượng bơm, cột áp vàhiệu suất hữu ích lớn, dễ vận hành, bảo quản sửa chữa Ở 2 loại bơm này do cách bốtrí bánh công tác thành 2 nhóm có cửa vào của mỗi nhóm ngược chiều nhau Do đólàm giảm đáng kể lực dọc trục tác dụng lên Rôto, tải trọng của các ổ đỡ trụ giảm, do

đó tuổi thọ của chúng tăng lên rất nhiều Tuy nhiên do các bơm ly tâm đều làm việc

ở chế độ vận tốc góc lớn (khoảng 300v/ph) nên việc lắp đặt , điều chỉnh chúng đòihỏi độ chính 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 kỹ thuật vậnhành để tránh hiện tượng quá tải của 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 an toàn cho các tuyến đườngống vận chuyển Ngoài ra chỉ tiêu kinh tế cho việc sử dụng năng lượng điện chocác trạm bơm cùng được đặt ra Do đó việc bố trí phối hợp các chủng loại bơm trêncùng một trạm, hoặc việc phối hợp giữa các trạm bơm với nhau sao cho có thể giảmđược tải trọng trên các tuyến ống vận chuyển dầu và tăng được lưu lượng thông quacủa 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 mắc

song song với mục đích làm tăng lưu lượng vận chuyển của trạm, theo cách nàymặc dù đường ra của mỗi mơm ly tâm đều có van một chiều nhưng vẫn đòi hỏi cácbơm trong hệ thống phải có các đặc tính kỹ thuật không khác xa nhau nhiều lắm, đểkhi cùng đồng thời chúng không triệt tiêu lẫn nhau Theo cách đặt bơm mắc nối tiếpvới mục đích làm tăng áp suất trên đường vận chuyển để có thể đưa chất lỏng đếnđiểm tiếp nhận rất xa Tuy nhiên cách này đòi hỏi các tổ hợp bơm được mắc nối tiếpphải có lưu lượng như nhau và việc làm kín trục cho các máy bơm ở phần cuối của

hệ thống rất phức tạp do áp suất đầu vào của hệ thống tăng lên đáng kể Ngoài racũng có thể phối hợp 2 kiểu mắc song song và nối tiếp trên cùng một trạm Nhưngtrong thực tế trên các giàn cố định các trạm bơm được xây dựng theo kiểu songsong do các kiểu bơm ly tâm đã được chọn lựa đảm bảo đủ cột áp để vận chuyểndầu đến đúng vị trí tiếp nhận Tùy theo sản phẩm khai thác và vị trí công nghệ củamỗi giàn mà ngươi ta sử dụng bơm ly tâm là 2, 3 hoặc hàng chục như ở CPP-2 ( 15bơm )

Trên mỗi trạm bơm người ta dự phòng từ 1 đến 3 số lượng bơm để đề phòng

hư hỏng Khi các bơm sảy ra sự cố trong chế độ làm việc ta có thể sử dụng chúng đểthay thế ngay không ảnh hưởng đến sản lượng khai thác dầu Các máy bơm dựphòng này không nên để chúng ở trạng thái không làm việc trong thời gian quá lâu

vì dễ gây ra hiện tượng bó kẹt Roto khi đó dầu bị đông đặc hoặc thành phần Parafintrong dầu và cá chất gây kết tủa khác gây đóng cặn lại giữa các khe hở trong bơm.Tùy theo mùa và thời tiết để có thể định ra một thời gian biểu vận hành các bơm dựphòng Việc này có thể tiến hành theo kinh nghiệm riêng, tùy theo đặc điểm côngnghệ mỗi giàn Nhưng tốt nhất là thực hiện chế độ luân phiên làm việc cho các máybơm trong trạm Điều đó giúp cho kế hoạch bảo dưỡng sửa chữa được và chủ độnghơn

Như vậy từ việc xem xét những đặc điểm trong công tác vận chuyển dầu của

xí nghiệp liên doanh Vietsopetro chúng ta có thể đề ra những yêu cầu cơ bản choviệc xây dựng các trạm bơm dầu trên các giàn cố định để thông qua đó có thể chọnlựa các chủng loại bơm ly tâm phù hợp với yêu cầu công nghệ của mỗi giàn Theoquan điểm của riêng mình các máy bơm ly tâm dùng trong công tác vận chuyển dầutrong môi trường biển trên các giàn phải có độ tin cậy cao, độ bền cơ học lớn, cókhả năng chống lại tác động hóa học trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, ẩm, hơi nước

có độ mặn cao và nhất là có các đường đặc tính phù hợp với chế độ công nghệ củachúng ta Bơm ly tâm chiếm một vị trí rất quan trọng trong hệ thống công nghệ khaithác của xí nghiệp bởi vậy nghiên cứu nắm vững lý thuyết cơ bản về chúng lànhiệm vụ của cán bộ, công nhân trực tiếp tham ra vận hành bảo dưỡng sửa chữa các

thiết bị khai thác dầu khí và cả những người có liên quan đến hệ thống công nghệnày.

1.4 Nhận xét về công tác bơm vận chuyển dầu hiện tại

Theo thống kê trên, số lượng máy bơm H  C 65/35-500 và H  C 40-400chiếm một tỷ lệ khá lớn trong công tác bơm vận chuyển dầu 41/76 bơm Và trongthực tế vẫn dùng bơm H  C và bơm Sulzer để vận chuyển dầu là chủ yếu Đây là 2loại bơm ly tâm có nhiều ưu điểm kết cấu bền vững, độ tin cậy cao, lưu lượng, cột

áp và hiệu suất hữu ích lớn công tác vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa không phứctạp, dải điều chỉnh rộng Chủng loại bơm này do cách bố trí các bánh công tác thành

2 nhóm có cửa vào của mỗi nhóm ngược chiều nhau Do đó làm giảm đáng kể lựcdọc trục tác dụng lên bánh công tác, tải trọng lên các ổ đỡ giảm, do đó tuổi thọ củachúng tăng lên rất nhiều Tuy nhiên do bơm làm việc ở chế độ vận tốc lớn ( khoảng

3000 vg/ph ) nên việc lắp đạt, điều chỉnh đòi hỏi độ chính xác cao Ngoài ra do lưulượng tương đối lớn nên việc đưa máy vào chế độ làm việc đòi hỏi phải nắm vững

và tuân thủ đúng yêu cầu kỹ thuật vận hành để tránh quá tải cho động cơ điện

Công việc vận chuyển dầu đòi hỏi phải đua ra 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 tuyến đườngống vận chuyển Ngoài ra, chỉ tiêu kinh tế trong việc sử dụng năng lượng điện chocác máy bơm cũng được đặt ra Do đó việc bố trí, phối hợp sủ dụng các chủng loạibơm 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 chúng

Trong việc bố trí, phối hợp giữa các bơm ly tâm trên cùng một trạm bơm ta

có thể lắp đặt chúng theo nhiều cách Theo cách đặt bơm kiểu song song với mụcđích làm tăng lưu lượng của trạm Theo cách này mặc dù đường ra của bơm ly tâmđều có van một chiều nhưng vẫn phải đòi hỏi các bơm trong hệ thống phải có thông

số đặc tính kỹ thuật không khác xa nhau nhiều lắm, để khi cùng đồng thời vận hànhchúng không triệt tiêu lẫn nhau Theo cách đặt bơm mắc nối tiếp với mục đích làmtăng áp suất trên đường vận chuyển để có thể đưa chất lỏng đến điểm tiếp nhận rất

xa Tuy cách này đòi hỏi các tồ hợp bơm được mắc nối tiếp phải có lưu lượng nhưnhau và việc làm kín trục cho các cấp bơm ở pần cuối của hệ thống rất phức tạp do

áp suất đàu vào của chúng tăng lên đáng kể Ngoài ra cũng có thể phối hợp cả haikiểu kết hợp trên cùng một trạm Trong thực tế trên các giàn cố định, các trạm bơmdầu được xây dựng theo kiểu mắc song song do các chủng loại bơm ly tâm đã đượclựa chọn đảm bảo đủ lưu lượng để có thể vận chuyển được dầu thô đến vị trí tiếp

nhận Tuỳ theo vị trí công nghệ và sản lượng khai thác của mỗi giàn mà sử dụng sốlượng bơm trên mỗi giàn là 3, 4 hoặc hàng chục như ЦA-320, ЦA-400ТК -2 (15 BƠM ).

Từ việc xem xét những đặc điểm trong công tác vận chuyển dầu của XNLDVietsopetro chúng ta có thể đề ra những yêu cầu cơ bản cho việc tính toán thiết kếtrạm bơm dầu trên giàn cố định để thông qua đó có thể chọn lựa các chủng loại bơm

ly tâm phù hợp với yêu cầu công nghệ của mỗi giàn trong hệ thống chung của toànmỏ

Bơm ly tâm chiếm một vị trí rất quan trọng trong hệ thống công nghệ khaithác dầu khí của XNLD Vietsopetro Cụ thể bơm vận chuyển dầu HΠC được sửC được sửdụng khá phổ biến Vì vậy việc nghiên cứu, tính toán, thiết kế và đưa ra các giảipháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng loai bơm này là công việc hết sứccần thiết

® êng èng b¬m Ðp n íc d íi biÓn

® êng èng dÉn khÝ d íi biÓn ® êng èng dÉn hçn hîp dÇu vµ khÝ d íi biÓn ® êng èng dÉn khÝ cao ¸p cho hÖ thèng gaslift ® êng èng dÉn dÇu d íi biÓn

M M

- /: ® êng èng míi thݪt kÕ ch a ® a vµo sö dông

giµn xö lý trung t©m sè 2 giµn nÐn khÝ trung t©m

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN, KIỂM TRA, LỰA CHỌN VÀ THIẾT KẾ MÁY BƠM VẬN CHUYỂN DẦU HПС

2.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống thu gom và xử lý ( vị trí lắp đặt máy bơm trong

hệ thống) ( hình 2-1 ).

2.2 Tính toán, kiểm tra, thiết kế một số bộ phận chính của bơm vận chuyển dầu HПC 65/35-500.

a) Một số yêu cầu và điều kiện thiết kế bơm

Chất lượng và hiệu suất của máy bơm phụ thuộc rất nhiều vào việc lựa chọnphương pháp thiết kế và kết quả tính toán Biên dạng cánh dẫn bánh công tác hìnhdạng các bộ phận dẫn dòng và đĩa bánh công tác có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệusuất máy bơm Vì vậy khi thiết kế ta phải đảm bảo các yêu cầu sau :

- Lựa chọn hình dáng bánh công tác cho phù hợp Điều này dựa trên số vòngquay đặc trưng ns

- Chọn các thông số thực nghiệm hợp lý cho từng loại máy

- Các biên dạng thiết kế phải đảm bảo đồng đều, liên tục, không có điểm độtbiến để tránh tổn thất và cản trở dòng chảy

- Các kết quả tính toán và các phương pháp thiết kế phải đảm bảo đạt độchính xác cao

- Đảm bảo dễ chế tạo máy theo thiết kế

- Thiết kế bơm dùng để bơm chất lỏng là dầu thô ta phải luôn chú ý đến tínhchất của chất lỏng được bơm

b) Các dữ liệu để thiết kế bơm

- Lưu lượng thực tế của bơm: Q= 65 ( m3 /h )

- Cột áp toàn phần thực tế của bơm: H = 500 ( mH2O )

- Số vòng quay của trục bơm: n= 2950 ( vòng / phút )

- Dung dịch là hỗ hợp dầu thô đã qua sử lý sơ bộ

- Khối lượng riêng: ρ=843,3 ( kg/m3 )

- Hiệu suất chung sơ bộ của bơm: η =0,59

- Bơm có kết cấu nhiều cấp ( i = 8) và bố trí một miệng hút

2.2.1 Tính toán lựa chọn động cơ dẫn động.

- Tính công suất yêu cầu trên trục bơm :

N =

c

Q g





1000

.

(2.1)

Nđc = 1,1.N = 1,1.140 = 160 ( kw) -Số vòng quay đặc trưng:

ns = 3 / 4 1 / 2

4 / 3 2 / 1

.

65 , 3

y H

i Q

(2.2)Trong đó:

8 0208 , 0 2950 65

, 3

2.2.2 Tính toán các thông số ở cửa vào bánh công tác

2.2.2.1 Sơ đồ kết cấu bánh công tác và quy ước các kích thước( Hình 2-2)

Trong đó :

d - đường kính trục bơm nơi lắp bánh công tác

D - đường kính moayơ bánh công tác

D1 - đường kính tâm mép vào bánh công tác

D2 - đường kính ngoài bánh công tác

Ds - đường kính cửa vào bánh công tác

b1 chiều rộng mép vào bánh công tác

b2 chiều rộng mép ra bánh công tác

b 1

b 2

Hình.2.2 Sơ đồ kết cấu bánh công tác

2.2.2.2 Xác định đường kính đầu ra của trục bơm ( đường kính trục nơi lắp khớp nối )

dr = 3

]' [

12 ,

x M

(2.3)Trong đó:

dr : là đường kính của trục bơm

Mx: là mômen xoắn trên trục:

Mx = 97403 N n 9,81 (N.cm) (2.4)[ ]’: là ứng suất cắt cho phép của vật liệu làm trục

Ở đây ta chọn vật liệu là thép Cacbon, với thép C30C45 thì giá trị [ ]’ sẽ là:[ ]’ = 9,81.(200 250) (N/cm2)

Ta chọn: [ ]’ = 9,81.240 (N/cm2)

Thay số vào công thức(2.3) ta được :

dr = 3

2950 240 81 , 9 12 , 0

145 81 , 9 97403

= 5,3 (cm) = 0,053 (m)

2.2.2.3 Xác định đường kính trục tại vị trí lắp bánh công tác

Bơm H  C 65/35-500 có 8 cấp bánh công tác, gồm 2 phân đoạn với kết cấunằm ngang sự bố trí các bánh công tác đôi một đối xứng nhau có tác dụng khử lựcdọc trục sinh ra trong khi bơm làm việc Dựa vào kết cấu của bơm đòi hỏi trục bơmkhi thiết kế phải tính đến độ cứng vững cao, khả năng chịu các lực uốn, lực xoắntốt Các chi tiết trên trục khi lắp đặt phải có độ đồng tâm cao

Từ đó ta có thể quyết định kích thước trục với đường kính d > dr từ 5 20(mm)

Ta chọn d = 0,058 (m).

2.2.2.4.Đường kính Moayơ bánh công tác:

d0 = (1,21,25).d (m)Chọn: d0 = 1,2.0,058 = 0,07 (m)

d Cs

Cs = 0,1 2 9 , 8 62 , 5 = 3,5 (m/s)Thay số vào công thức (2.5) ta được:

Ds = 0 , 07 2

5 , 3 14 , 3

0208 , 0 4

 = 0,111 (m/s)

2.2.2.6 Xác định đường kính D 1

Khi bơm có số vòng quay đặc trưng ns > 60 (vòng/phút) thì mép vào nghiêng

so với trục bơm, để đảm bảo nghiêng ở mép cửa vào tránh hiện tượng va đập gâytổn thất cho dòng chảy

Khi  1 = 90o thì C1u  0 , Co Cor , C1  C1r

Tốc độ dòng chảy ngay trước khi vào cánh (Co) là:

Ta tính theo công thức:

Co = (0,060,08).3 n2 Q t (m/s) (2.7)

Ta chọn: Co = 0,075.3 n2 Q t = 0,075.3 2

0208 , 0

2950 = 4,37 (m/s).Vậy: Co = Cor = 4,37 (m/s)

Từ lưu lượng ta có:

b1 =

or

t C D

Q

1

.

 = 3,14.00,,0208089.4,37 = 0,017 (m)Đây chỉ là chiều rộng tính toán Thực tế do sự đổi hướng đột ngột của dòngchảy ở cửa hút từ hướng kính sang hướng trục nên trong kết cấu lấy b1 lớn hơn đểtránh “ vùng chết ” ở cửa vào

Lấy b1 = 1,2.b1 = 1,2.0,014 = 0,017 (m)

Do chiều dày cánh dẫn ở cửa vào là S1 mà tốc độ dòng chảy tăng từ Co

( ngay trước mép vào cánh) đến C1 ( ngay sau khi vào cánh), từ phương trình liêntục ta có:

C1r =

1 1

t1: là bước cánh ở cửa vào, t1 =

Z

D1

.

 (Z: là số cánh )

k1: là hệ số thu hẹp ở cửa vào, k1 =

1 1

1





t t

1

 : là chiều dày cánh (tính trên cung tròn đường kính D1)

Do t1 chưa biết nên khi tính toán ta chọn sơ bộ giá trị: k1 = 1,15 1,20

Thay số vào (2.8) ta có:

C1r = k1.Co = 1,2.4,37 = 5,24 (m/s)

2.2.2.8 Xác định giá trị góc vào của cánh dẫn  1:

Theo phương trình cơ bản thì  1 không ảnh hưởng trực tiếp đến cột áp củabơm Nhưng giá trị  1 không thích hợp sẽ gây va đập giữa dòng chảy cới cánh dẫn

ở lối vào bánh công tác Điều này gây ảnh hưởng xấu đến cột áp của bơm Vì vậyyêu cầu của thiết kế là phải tính chọn được  1 phù hợp ( thường trong khoảng 15

30o ), nếu quá nhỏ sẽ làm tăng chiều dài cánh dẫn , tăng sức cản dòng chảy

Góc  1 được xác định từ tam giác vận tốc ở cửa vào:

1 1

1

 cos

1

1

o

r C U

0

D n

C r

2

089 , 0 30

2950 14 , 3

37 , 4

Chọn S = 0,004 m , vật liệu chế tạo là thép hợp kim Ở cửa vào bánh côngtác chọn S1 = 0,003 m , tại mép vào cửa cánh được lượn tròn để giảm va đập gâymòn và giảm tổn thất Ở cửa ra bánh công tác, tại đây vận tốc vòng của chất lỏngchuyển động lớn nhất Các hạt cứng va đập vào bề mặt cánh ở cửa ra nhiều hơn nêncửa ra nhanh mòn hơn cửa vào Vì vậy khi thiết kế phải tính đến độ mòn , độ bềncủa cánh Chọn S2 = 0,005 m Chiều dày cánh dẫn tăng từ S1 đến S2.

2.3 Tính toán các thông số cửa ra bánh công tác.

2.3.1 Góc ra của cánh dẫn  2.

Góc ra của cánh dẫn  2 là góc biểu thị phương của vận tốc tương đối ở lối

ra bánh công tác, có ảnh hưởng trực tiếp đến phương và trị số các thành phần vậntốc của dòng chảy trong máng dẫn Do đó nó quyết định đến cột áp của bơm

Khi tính chọn góc 2 cần phải hợp lý để bơm làm việc với hiệu suất cao và íttổn thất năng lượng

Dựa vào số vòng quay đặc trưng ns và các điều kiện trên ta chọn  2 = 25o

2.3.2 Tính tốc độ vòng ở mép ra của cánh U 2

U2 = kU2 2 g.H1 (m/s) (2.11)

Hệ số tốc độ kU2được tính:

kU2 = 1Với  là hệ số áp suất chọn theo số vòng quay đặc trưng ns:

Chọn  = 1,1

 kU2 = 11,1 = 0,95Thay vào công thức ( 2.11) ta có kết quả sau:

= 19,1

2950

5 , 62 8 , 9 2

k Q

2 2

2

.

= sin 20o

24 , 5

= sin 25o

315 , 4

= 10,21 (m/s)

2.3.6 Xây dựng tam giác tốc độ.

Từ các giá trị  1,  2 và các tốc độ U1, U2 và W1, W2 ta xây dựng được cáctam giác tốc độ ở cửa vào và cửa ra

Thường  2 = 5 12 khi có đĩa dẫn hướng ra (bơm nhiều cấp) và  2 = 12

30o khi ra khỏi bánh công tác là buồng dẫn hướng Từ đó ta chọn  2 = 12o

1 2

D D

D D

Thay các số liệu vào công thức ta có:

= 8 cánh

2.3.8 Chiều dày đĩa bánh công tác.

Trong quá trình làm việc đĩa bánh công tác thường phải chịu cả áp lực phíatrước và phía sau đĩa Các lực này rễ gây biến dạng và gây vỡ bánh công tác Ví vậykhi thiết kế đảm bảo bánh công tác có độ cứng vững và ổ định

Chiều dày đĩa bánh công tác m: khi chọn phải dựa vào sức bền ly tâm mà xácđịnh, ở bơm do đường kính D2 tương đối nhỏ , chiều dày đúc lớn nên không tính sứcbền mà chỉ dựa theo công nghệ đúc Chiều dày đĩa ở phần Moayơ chọn m = 0,010(m) và nhỏ dần ra phía ngoài đến 0,005 m

2.4 Kiểm tra kết quả tính toán.

2.4.1 Kiểm nghiệm các hệ số thu hẹp.

k1 =

1

1 1

003 , 0 8

089 , 0 14 , 3

8

089 , 0 14 , 3

005 , 0 8

227 , 0 14 ,

227 , 0 14 , 3

0

u

q k

n

=

95 , 0

65 , 3 00073 , 0

3 / 4

65 , 3

70 00073 , 0

3 / 4

2.4.3 Kiểm nghiệm tỷ số

1

2

D D

.

227 , 0

nằm trong khoảng cho phép

Ta thấy các kết quả tính trọn trên đây tuy chưa thực sự là tối ưu nhất khi thiết

kế máy bơm, nhưng các kết quả đó là hoàn toàn hợp lý để có thể lựa chọn được mộtmáy bơm với chế độ làm việc tốt và sự ổn định cao

2.5 Xây dựng biên dạng cánh.

Khi máy bơm có số vòng quay đặc trưng lớn ns > 60, thì lưu lượng của máybơm khá lớn, áp suất nhỏ, cánh sẽ rộng và có chiều dài không lớn Ta không thể coimột đường dòng trung bình đặc trưng cho cả các đường dòng của cánh được Đểđảm bảo các phần tử chất lỏng từ mọi điểm của mép vào đi đến cửa ra của cánh dẫnbánh công tác đầu được truyền năng lượng như nhau thì chiều dài thực của cácđường dòng trên cánh phải bằng nhau Muốn vậy cánh sẽ có độ cong không giốngnhau ở các đường dòng mà phải cong xoắn không gian Hình chiếu của cánh trênmặt vĩ tuyến không trùng nhau thành một đường cong vì cánh không vuông góc vóiđĩa bánh công tác mà hình chiếu bao gồm các hình chiếu của nhiều đường dòng.Nếu ns lớn vừa thí cửa vào của cánh nghiêng nhiều, ở cửa ra cánh nghiêng ít hoặckhơng nghiêng Khi ns rất lớn thì toàn bộ cánh sẽ nghiêng di, hình chiếu sẽ trải ra

2.5.1.Xây dựng biên dạng cánh không gian trong mặt kinh tuyến.

Xác định mép vào mn ta dựa vào góc ôm cánh

Việc xây dựng mặt đứng thực hiện giống như ở cánh mặt trụ nhưng gócnghiêng của đường kẻ ban đầu sẽ có thể lớn hơn 5o , tùy theo độ lớn của ns việc khókhăn là xác định mép vào mn Ta dựa vào cánh, ở đây là góc ôm ngoài m và góc

ôm trong n Dựa theo số vòng quay đặc trưng ns thì ta xác định được:

m

 = 115o

n

 =120o

Khi xây dựng biên dạng cánh không gian trong mặt kinhh tuyến các điểmchia trên mặt cắt đứng càng dày thì độ chính xác khi xây dựng biên dạng cánh dẫncàng cao, nhưng ở đây chất lỏng bơm là dầu thô Do dầu thô có độ nhớt cao vì vậydòng chảy của nó trong cánh dẫn luôn ở chế độ chảy tầng, nên khi xây dựng biêndạng cánh dẫn trên mặt cắt đứng để giảm độ phức tạp khi tính toán cũng như khithành lập bảng thì ta có thể chia cánh dẫn làm 3 phần nhỏ (tức là phân ra làm 3 bódòng) Việc chia các đường dòng aa, bb, cc, dd là dựa trên nguyên tắc lưu lượng quacác phân tố dòng đó bằng nhau Các điểm chia ở mép ra cách đầu nhau, các điểmchia ở mép vào có các đường kính D1s, D2s.

a b c d

2 2 3 3 4

4

5

5 a b c d

Hình 2.5 Mặt kinh tuyến bánh công tác

1 2 2

4

4

4

1

s s o

4

4

4

1

s s o



(3.15)Thay số vào hai công thức(2.14) và (2.15) ta tinh được:

Ss1 = 0,116 (m); Ss2 = 0,110 (m)

Để tìm các điểm chia của đường trung bình các bó dòng, đồng thời cũng làđiểm vẽ lên các mặt đẳng tốc (là mặt mà trên đó vận tốc phân bố đều và không óxoáy) Trên một mặt đẳng tốc ta tìm mối liên hệ giữa đường kính các điểm chia (r)với chiều rộng của các bó dòng (Δb) Ứng với các Δbb) Ứng với các Δb) Ứng với các Δbb1, Δb) Ứng với các Δbb2, ta có r1, r2 Do đó trêncác Δb) Ứng với các Δbb đó có cùng lưu lượng và cùng tốc độ Cr nên nhận được:

2 r1 Δb) Ứng với các Δbb1 = 2 r2 Δb) Ứng với các Δbb2 = 2 r3 Δb) Ứng với các Δbb3 = …Hay là: Δb) Ứng với các Δbbi = const

Sau khi sơ bộ ta tìm được ri và Δb) Ứng với các Δbbi (bằng cách đo trực tiếp), tìm tích số (i.Δb) Ứng với các Δbbi)của từng mặt đẳng tốc Từ đó tìm:

3 1

i

r lấy 13  

3 1

i

r ) -r  i. b i (2.17)Lập bảng tính cho mặt đẳng tốc: 1-1, 2-2, 3-3, 4-4 như dưới đây:

Bảng 2-1.Bảng tính biên dạng cánh mặt kinh tuyến

3 1

3 1

Để xây dựng biên dạng cánh không gian trong mặt vĩ tuyến ta cũng có thểlàm tương tự như ở cánh mặt kinhy tuyến sau khi dã chia mặt chiếu đứng ra các bódòng phân tố Từng bó dòng đó được coi như một cánh dẫn mặt kinh tuyến và taxây dựng biên dạng cho từng cánh phân tố ấy Tập hợp tất cả các biên dạng của cácphân tố sẽ cho ta hình ảnh toàn bộ của cánh không gian Chỉ khác một điều là phảikhai triển theo chiều dài thực của cánh vì cánh nghiêng nhiều so với cánh cong mặtkinh tuyến

Trên mặt kinh tuyến của bánh công tác đã dựng, ta chia đường trung bình từđiểm ra của cánh đến điểm vào của cánh thành các khoảng l1, l2,…lấy r2 =

Khoảng chia thứ hai: x = 2  l2 = 0,098 (m)

Khoảng chia thứ ba: x = 3  l3 = 0,089 (m)

Khoảng chia thứ tư: x = 4  l4 = 0,081 (m)

Khoảng chia thứ năm: x = 5  l5 = 0,073 (m)

Từ các điểm chia nhận được trên mặt kinh tuyến 0, 1, 2, 3, 4, 5 dóng sangmặt vĩ tuyến ta có các đường tròn tương ứng 1-1, 2-2, 3-3, 4-4, 5-5 trên mặt vĩtuyến lấy 0 tương ứng với r2 làm chuẩn, ta chia góc ôm  = 120o ta làm 8 phần đềunhau, mỗi phần góc chia là   = 15o ta có các điểm chia 0, I, II, III, IV, V, VI, VII,VIII trên mặt vĩ tuyến

Lập lưới biến hình trên mặt trụ khai triển bán kính R1 = 0,1 (m) lấy 7 khoảngchia đều nhau M = C.R = 0,001 (m) Trên cạnh chia của mặt trụ khai triển ta lấycác khoảng cách cũng đều nhau, mỗi khoảng có giá trị bằng:

M

 =

180

15 1 , 0 14 , 3 180

.





= 0,026 (m)Sau khi lập lưới biến hình ta xây dựng cho từng đường dòng aa, bb, cc,

dd Do mép của cánh song song với trục nên góc  2 giống nhau cho tất cả cácđường dòng vì các giá trị tốc độ U1 và C1r khác nhau Từ các tốc độ đó ta tính góc

C

1 1

r n

C tg

30

1 1

b

 , 1c ,  d của chúng Các đường này cắt đường dựng góc 2 sẽ tạo nên biêndạng cánh đường dòng trên lưới biến hình Đưa từng đường này về lưới vĩ tuyến tađược các biên dạng cánh trên mặt vĩ tuyến

b a

d c b a

d

m

0 1 2 3 4 5 I

II III IV

-Bộ phận dẫn hướng trung gian

Nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng là bảo quy luật chuyển động của dòngchảy, giảm tổn thất, giảm ma sát, đồng thời có tác dụng biến động năng thành ápnăng và ngược lại

2.6.1.Bộ phận dẫn hướng vào.

Nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng vào:

-Tạo nên một dòng chảy đối xứng trục trước khi lưu thể đi vài bánh công tác.-Thay đổi trị số và phương chiều của vận tốc dòng chảy sao cho phù hợp vớiyêu cầu thiết kếtừ cửa hút đến điểm vào bánh công tác

Bộ phận dẫn hướng vào có kết cấu ống dẫn hướng vào vuông góc với trụcnên dòng chảy vào vuông góc với trục bơm sau đó được phân bố theo hướng đốixứng trục đi vào miệng hút bánh công tác

Với: CD = ( 1 , 3  1 , 5 )

S C

Ta chọn: Ch = 2 1 , 3 2

5 , 3 3 ,

S C

= 2,07 (m/s)Đường kính nơi cửa bích hút vào bơm :

Dh =

h

t C

Q

.

4

 = 3,414.0.,202,07 = 0,11 (m)Khi chất lưu được dẫn vào miệng hút thì các tiết diện máng dẫn vào sẽ đượcthu hẹp dần theo quy luật máng xoắn để chất lưu vào cửa hút bánh công tác một