MÁY BƠM SULZER MSD D4-8-10.5B PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC VẬN CHUYỂN DẦU TẠI MỎ BẠCH HỔ

Trong công cuộc phát triển kinh tế đất nước, cùng với những chính sách hợp lý nhằm thúc đẩy đất nước phát triển tiến lên theo con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa, ngày 30-9-1975 chính phủ ra nghị định thành lập tổng cục dầu mỏ và khí đốt Việt Nam, khai sinh thành lập ngành dầu khí Việt Nam.

MỞ ĐẦU

Trong công cuộc phát triển kinh tế đất nước, cùng với những chính sách hợp lýnhằm thúc đẩy đất nước phát triển tiến lên theo con đường công nghiệp hóa, hiện đạihóa, ngày 30-9-1975 chính phủ ra nghị định thành lập tổng cục dầu mỏ và khí đốt ViệtNam, khai sinh thành lập ngành dầu khí Việt Nam

Ngành dầu khí Việt Nam buổi đầu hầu như chưa có gì trong tay, thiếu thốn cảvốn lẫn kĩ thuật và nhân lực Năm 1978 Tổng công ty dầu khí Việt Nam bắt đầu kí hợptác với công ty dầu khí nước ngoài, kí 4 hợp đồng phân chia sản phẩm theo thể lệ quốc

tế, với các công ty như: Deminex (Cộng hòa liên bang Đức) và BOW Vallay (Canada)

để tìm kiếm thăm dò khai thác dầu khí ở thềm lục địa phía nam

Năm 1981, xí nghiệp liên doanh Vietsov Petro được thành lập, mở ra giai đoạnmới để phát triển ngành dầu khí non trẻ Hàng năm, cán bộ công nhân dầu khí đượcđào tạo, các căn cứ dịch vụ dầu khí ở Vũng Tàu được hình thành với nhiều loại phươngtiện, thiết bị kĩ thuật, được đầu tư để phục vụ cho công tác tìm kiếm thăm dò và khaithác dầu khí Tháng 6-1996, xí nghiệp liên doanh Vietso Petro đưa mỏ Bạch Hổ vàokhai thác với sản lượng 40.000 tấn dầu thô, ngày 12-10-1997 xí nghiệp đã khai thácđược hơn 50 triệu tấn dầu thô, chỉ tính riêng năm 1998 đã khai thác được 12 triệu tấndầu thô Hiện nay tại mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng đã xây dựng hơn 40 công trình biển,trong đó có các công trình chủ yếu như: 12 giàn cố định, 10 giàn nhẹ, 2 giàn công nghệtrung tâm, 2 giàn khí nén, 4 giàn duy trì áp suất vỉa, 2 giàn khoan tự nâng, 4 trạm rótdầu không bến, lắp đặt trên 400 km đường ống ngầm kết nối các công trình nội mỏ vàliên mỏ thành một hệ thống công nghệ liên hoàn

Ngày nay, ngành dầu khí Việt Nam đã có những phát triển vượt bậc, sản lượngkhai thác ngày càng tăng, trang thiết bị ngày càng hiện đại, đội ngũ cán bộ được đàotạo và có tay nghề cao

Do đặc điểm địa chất, kiến tạo của thềm lục địa Việt Nam, nên các mỏ hầu hếtnằm ở thềm lục địa do ảnh hưởng của vị trí địa lý các mỏ đều nằm ngoài biển, khí hậukhắc nghiệt, nên quá trình thăm dò và khai thác gặp nhiều khó khăn Để đạt được mụctiêu đề ra, xí nghiệp liên doanh còn rất nhiều việc phải làm, một trong những công việcquan trọng đó là nghiên cứu các giải pháp hợp lý nhất, kinh tế nhất khi sử dụng các loạimáy móc, thiết bị trong công tác khoan, khai thác và vận chuyển dầu khí

Các đề tài nghiên cứu về lĩnh vực dầu khí nói chung, và ngành cơ khí thiết bịphục vụ cho công tác tìm kiếm thăm dò, khai thác dầu khí nói riêng cũng rất phong phú

và đa dạng Các máy móc ngày càng hiện đại, tuy nhiên vẫn có những khuyết điểm, do

đó việc nghiên cứu và tìm ra các giải pháp tối ưu để khắc phục các khuyết điểm vànâng cao hiệu quả sử dụng là điều rất cần thiết hiện nay

Với mục đích nghiên cứu để nâng cao hiệu quả làm việc của bơm Sulzer, trên cơ

sở vận dụng những kiến thức đã học ở trường, và qua thời gian thực tập ở xí nghiệpliên doanh Vietsov Petro, cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong bộ môn

Thiết bị dầu khí và công trình, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Trần Văn Bản, các cán bộ nhân viên thuộc xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsov Petro đã

giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp:

“MÁY BƠM SULZER MSD D4-8-10.5B PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC VẬN CHUYỂN DẦU TẠI MỎ BẠCH HỔ”.

Chuyên đề:

“ Tính toán khớp truyền động của máy bơm vận chuyển dầu Sulzer”.

Nội dung của đề tài gồm 5 chương:

Chương I: Giới thiệu chung về bơm vận chuyển dầu ở xí nghiệp liên doanh dầu

khí Vietsov Petro

Chương II: Lý thuyết chung về bơm ly tâm.

Chương III: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm Sulzer.

Chương IV: Quy trình vận hành, kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa bơm Sulzer Chương V: Tính toán khớp truyền động trong bơm Sulzer.

Hà nội, ngày 01 tháng 06 năm 2010

Sinh viên

Lưu Văn Đức

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BƠM VẬN CHUYỂN DẦU Ở XÍ NGHIỆP

LIÊN DOANH DẦU KHÍ VIETSOV PETRO

1.1 Yêu cầu và nhiệm vụ của bơm vận chuyển dầu khí

Do đặc điểm địa lý của nước ta, nên các mỏ dầu khí mà xí nghiệp liên doanhdầu khí Vietsov Petro đang thăm dò và khai thác đều nằm ngoài biển.Vì thế, việc lựachọn và bố trí bơm vận chuyển dầu là hết sức cần thiết Hiện nay, xí nghiệp đang khaithác trên 2 mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng, khoảng cách giữa 2 mỏ khoảng 30 km Tại cácgiàn cố định, sau khi dầu được khai thác lên từ giếng khoan sẽ được đưa đến các bìnhtách để xử lý công nghệ, sau đó dầu được đưa đến các bình chứa lắp đặt trên các giànkhoan Để vận chuyển dầu từ bình chứa này đến giàn công nghệ trung tâm số 2 và 3hoặc được bơm trực tiếp ra các tàu chứa, người ta sử dụng các thiết bị để vận chuyển

Một trong những phương pháp vận chuyển dầu được sử dụng phổ biến trongngành công nghiệp dầu khí là phương pháp vận chuyển bằng đường ống, bởi vì so vớicác phương pháp khác thì phương pháp này có ưu điểm: kết cấu đơn giản, an toàn khi

sử dụng và ít ảnh hưởng đến các công trình trên bề mặt

Khi vận chuyển dầu bằng đường ống, vấn đề đặt ra là phải duy trì được nănglượng dòng chảy luôn luôn lớn hơn tổng tổn thất năng lượng trên suốt chiều dài củađường ống bao gồm tổn thất dọc đường và tổn thất cục bộ

Để đảm bảo quá trình khai thác dầu trên các giàn khoan được liên tục, tránh tìnhtrạng dầu khai thác lên ứ đọng tại các bình chứa làm ảnh hưởng đến công tác khai thác,chúng ta phải lựa chọn máy bơm hợp lý, máy bơm sử dụng để vận chuyển dầu cónhững đặc điểm riêng so với các loại bơm trong các ngành công nghiệp khác và phảithỏa mãn các yêu cầu sau:

- Bơm làm việc có lưu lượng lớn

- Cột áp của bơm đảm bảo

- Hiệu suất của bơm cao

- Bơm làm việc ổn định lâu dài

- Máy bơm vận chuyển chất lỏng có độ nhớt cao

- Dễ vận hành và sửa chữa

Hiện nay, có rất nhiều loại máy bơm được sử dụng trong công tác vận chuyểndầu khí như: máy bơm piston, máy bơm ly tâm, máy bơm hướng trục, máy bơm phuntia,…mỗi loại máy bơm có một công dụng và phạm vi sử dụng khác nhau Trong côngtác vận chuyển dầu khí, người ta thường sử dụng máy bơm ly tâm vì so với các loạimáy bơm khác máy bơm ly tâm có những ưu điếm sau:

- Đường đặc tính của bơm phù hợp với yêu cầu thay đổi của mạng đường ốngdẫn và những điều kiện vận hành riêng biệt

- Bơm có phạm vi sử dụng lớn và năng suất cao:

+ Cột áp của bơm từ 10 đến hàng nghìn mét cột nước

+ Lưu lượng bơm từ 2 đến 7.000 m3/h

+ Công suất từ 1 đến 6.000 kW

+ Số vòng quay từ 730 đến 6000 vòng/ phút

Phần lớn số vòng quay của trục bơm ly tâm tương ứng phù hợp với số vòngquay của động cơ điện tiêu chuẩn nên không cần phải có các bộ phận truyền độngtrung gian

+ Hiệu suất tương đối cao

+ Hiệu quả kinh tế cao

1.2 Tính chất hóa lý của dầu thô của mỏ Bạch Hổ

Tính chất hóa lý của dầu thô có ảnh hưởng tới chế độ làm việc cũng như độ bềncủa bơm Nếu chất lỏng có tính axit sẽ gây nên hiện tượng ăn mòn hóa học ở các chitiết của bơm Với chất lỏng vận chuyển là dầu thô do đó ta cần phải biết được các tínhchất của nó

Dưới đây là tính chất của dầu thô ở mỏ Bạch Hổ:

 Nhiệt độ đông đặc của dầu

Đối với dầu thô ở mỏ Bạch Hổ có nhiệt độ đông đặc khoảng 29 ÷ 34oC, hàmlượng parafin 20 ÷ 25%.Trong đó, nhiệt độ môi trường khoảng 23 ÷ 24oC, điều này gâykhó khăn cho việc vận chuyển

 Độ nhớt

Độ nhớt là một yếu tố rất quan trọng, nó thể hiện bản chất của chất lỏng Trongdòng chảy luôn tồn tại các lớp chất lỏng khác nhau về vận tốc, các lớp này có tác dụngtương hỗ các lớp kia theo phương tiếp tuyến của chúng Lực này có tác dụng làm giảmtốc độ của các lớp chảy chậm ( gọi là lực ma sát)

Kết quả thực nghiệm xác định độ nhớt của dầu mỏ ở mỏ Bạch Hổ trong Bảng 1như sau:

Bảng 1.1: Kết quả thực nghiệm xác định độ nhớt của dầu ở mỏ Bạch Hổ

 Thành phần

Dầu thô ở mỏ Bạch Hổ có hàm lượng lưu huỳnh khá thấp ( nhỏ hơn 0,1%) Tuynhiên, hàm lượng parafin khá cao khoảng 25% Thành phần parafin khá đa dạng baogồm nhiều phần tử parafin có chiều dài mạch cacbon khác nhau Dầu thô ở mỏ Bạch

Hổ phần lớn parafin có mạch cacbon dài, nhiệt độ bắt đầu kết tinh khá cao khoảng

48oC Do thành phần đa dạng nên nhiệt độ kết tinh parafin không xác định Các parafinmạch dài kết tinh trước, các parafin mạch ngắn kết tinh sau ở nhiệt độ thấp hơn do đó,các parafin kết tinh ở các nhiệt độ khác nhau Qua nghiên cứu cho thấy hàm lượngparafin kết tinh lớn nhất trong khoảng 38 ÷ 43oC Sự phân tách các parafin trong quátrình vận chuyển dầu ảnh hưởng tới các thông số khác như là: nhiệt độ, độ nhớt…

1.3 Các loại bơm ly tâm dùng trong vận chuyển dầu ở mỏ Bạch Hổ

Hiện nay, trên các giàn khai thác dầu khí của Vietsov Petro đang sử dụng cácloại máy bơm ly tâm trong công tác vận chuyển dầu như: HK-200/210, HIIC-65/35-

500, SULZER MSD-D-4-8-10.5B/5 cấp, JMGP, R360/150, GM-3, GM-1…

 Bơm HK-200/210

- Lưu lượng bơm định mức 200 m3/h

- Áp suất bơm lớn nhất 210 m cột nước

- Dòng điện định mức của động cơ 280 A

- Loại nhớt dùng bôi trơn ổ bi Vitea-32

- Nhiệt độ làm việc của ổ bi 80 - 400oC

- Công suất bơm tiêu thụ 147 kW

- Công suất tiêu thụ lớn nhất 182 kW

Nhận xét:

Hiện nay, tại vùng mỏ Bạch Hổ sử dụng phổ biến các loại bơm ly tâm yêu cầucột áp lớn và lưu lượng vừa phải để vận chuyển dầu cho các mỏ ở xa các trạm rót dầunhư: HIIC 65/35-500 và bơm SULZER MSD-D-4-8-10.5B/5 cấp Đây là hai loại bơmlàm việc có hiệu quả cao và có nhiều ưu điểm trong công tác vận chuyển dầu

Loại bơm không yêu cầu cột áp lớn mà yêu cầu lưu lượng bơm phải cao, dùngvận chuyển dầu với lưu lượng lớn tại các điểm tiếp nhận tới các trạm rót dầu cách đókhông xa thì dùng các loại bơm như: 9MJQ, HIIC 4/400, NK-200/700…

Qua nhận xét trên, chúng ta thấy việc vận chuyển dầu từ các giàn với lưu lượngvừa phải, cột áp lớn và xa trạm rót dầu thì thường dùng hai loại bơm: HIIC 65/35-500

và bơm SULZER MSD-D-4-8-10.5B/5 cấp Do đó, việc nghiên cứu và nâng cao hiệuquả sử dụng của bơm SULZER là rất cần thiết.

CHƯƠNG 2

LÝ THUYẾT CHUNG VỀ BƠM LY TÂM

2.1 Lý thuyết cơ bản về bơm ly tâm

Trong thực tế, muốn sửa chữa, chế tạo bơm ly tâm có hiệu quả cao chúng taphải nghiên cứu lý thuyết cơ bản về bơm ly tâm

2.1.1 Phương trình cơ bản của bơm ly tâm

Quỹ đạo chuyển động của các phần tử chất lỏng qua bánh công tác rất phức tạp,

để đơn giản trong tính toán người ta giả thiết:

- Số cánh dẫn của bơm nhiều vô cùng và mỏng vô hạn

- Chất lỏng làm việc là chất lỏng lý tưởng ( không có độ nhớt)

Phương trình cơ bản của máy thủy lực cánh dẫn do Ole lập ra đầu tiên vào năm

1775 ta có cột áp lý thuyết của bơm ly tâm Hlt:

Để cột áp của bơm có lợi nhất (c1u = 0) thì khi đó phương trình cơ bản sẽ là:

u : Vận tốc vòng, có phương thẳng góc với hướng kính

w: Vận tốc tương đối, có phương tiếp tuyến với biên dạng cánh dẫn

α: Góc giữa u và c

cu: Hình chiếu của c lên phương u

cm : Hình chiếu của c lên phương thẳng góc với u

β: Góc giữa w và phương của u theo hướng ngược lại biểu thị góc bố trí củacánh dẫn, β1 gọi là góc vào, β2 gọi là góc ra

2.1.2 Cột áp thực tế của bơm ly tâm

Phương trình cơ bản của bơm ly tâm được thiết lập theo giả thiết:

- Bánh công tác có số cánh dẫn nhiều vô cùng và mỏng vô hạn (coi dòng chảysong song với bánh công tác)

- Chất lỏng làm việc là chất lỏng lý tưởng không nhớt

Đối với giả thiết thứ nhất, ta có vận tốc phân bố đều trên các mặt cắt của dòngchảy qua các máng dẫn

Đối với giả thiết thứ hai, ta bỏ qua tổn thất của dòng chảy trong các máng dẫn vìthế cột áp của bơm được tính theo phương trình cơ bản (2.1) hoặc (2.2) gọi tắt là cột áp

lý thuyết

Trong thực tế cánh dẫn có chiều dày nhất định ( thường 2 ÷ 20 mm) và số cánhdẫn có hạn ( thường từ 6 ÷ 12) gây nên sự phân bố vận tốc không đều trên các mặt cắtdòng chảy tạo nên các chuyển động xoáy, dòng quẩn trong các máng dẫn Mặt khác,chất lỏng làm việc thực tế có độ nhớt nhất định gây tổn thất nhất định trong dòng chảy

Vì các ảnh hưởng thực tế này mà cột áp thực tế của bơm sẽ nhỏ hơn cột áp lýthuyết Do vậy, cột áp thực tế của bơm ly tâm Hlt được tính theo công thức:

H = zH.H lt (2.3)

z

 : Hệ số kể tới ảnh hưởng của số cánh dẫn có giới hạn đến cột áp, gọi là hệ sốcột áp, bằng lý thuyết về dòng xoáy và thực nghiệm năm 1931, viện sĩ Proskua đã xácđịnh được z đối với bơm ly tâm theo công thức:

 : Hệ số cột áp thực tế, phụ thuộc vào trị số ns theo bảng 2.1 sau:

Bảng 2.1: sự phụ thuộc của cột áp thực tế vào n s

 1,56÷1,24 1,24÷1,71 0,71÷0,51 0,5÷0,33

Qua (2.7), ta thấy cột áp của bơm ly tâm tỷ lệ thuận với:

- Đường kính ngoài của bánh công tác

- Số vòng quay của trục bơm n

- Thành phần tốc độ c2u trong tam giác vận tốc ở lối ra của bánh công tác Lưulượng và số vòng quay nhất định của bánh công tác thì c2u chủ yếu phụ thuộc vào góc

ra của bánh dẫn β2.

Nhưng trong thực tế kỹ thuật, khả năng tăng các đại lượng này còn hạn chế bởikhả năng chống xâm thực của bơm Đường kính ngoài của bánh công tác và trị sốthành phần vận tốc c2u cũng không là quá lớn Nếu c2u quá lớn thì tổn thất năng lượngcủa dòng chảy chất lỏng chuyển động qua bánh công tác sẽ rất lớn, ảnh hưởng xấu đếnhiệu suất ( tính kinh tế) của nó Do đó, cột áp của bánh công tác bơm ly tâm có hạn, trị

số lớn nhất thường nhỏ hơn 250 mét cột nước Muốn cho cột áp của bơm cao hơn nữathì phải dùng nhiều cấp

Qua phương trình cơ bản của bơm ly tâm, ta còn thấy muốn cho cột áp bơm cólợi nhất thì bánh công tác phải có số cánh dẫn phù hợp và góc độ kết cấu cánh bơm hợp

lý

2.1.3 Lưu lượng của bơm ly tâm

Lưu lượng của dòng chảy qua bánh công tác của cánh dẫn bất kỳ nào cũng cóthể tính theo công thức:

Q = cm•Db (2.8)Trong đó:

b: Chiều rộng máng dẫn ứng với đường kính D của bánh công tác

cm: Hình chiếu vận tốc tuyệt đối lên phương thẳng góc với phương của u

Lưu lượng của máy bơm chủ yếu phụ thuộc vào đường kính bánh công tác, bềrộng bánh công tác, vận tốc của chất lỏng, không phụ thuộc vào trọng lượng riêng củachúng

Lưu lượng Q và cột áp H có liên quan với nhau qua tốc độ vòng quay là chính.Lưu lượng qua bánh công tác xem như lưu lượng lý thuyết (Q1) của bơm

Lưu lượng thực tế (Q) qua ống đẩy nhỏ hơn Q1 (Q < Q1), vì không phải tất cảchất lỏng sau khi ra khỏi bánh công tác đều đi vào ống đẩy mà chỉ có một phần nhỏ 

Q chảy trở về lối vào bánh công tác hoặc rò rỉ ra ngoài qua các khe hở của các bộ phậnlót kín Do đó, cột áp lý thuyết Q1là:

Q

 < 1, Q phụ thuộc vào kết cấu và chất lượng làm việc của các bộ phận lótkín Thông thường đối với bơm ly tâm: Q = 0,95 ÷ 0,98 Bơm có lưu lượng càng lớnthì Q càng cao

2.2 Đường đặc tính bơm ly tâm

Các quan hệ H = f1 (Q), N = f2 (Q) biểu thị đặc tính làm việc của bơm, đượcbiểu diễn dưới dạng giải tích được gọi là các phương trình đặc tính hoặc biểu diễn các

đồ thị gọi là các đường đặc tính của bơm Trong thực tế kỹ thuật, người ta hay dùngcác đường đặc tính sau:

- Các đường đặc tính được xây dựng từ các số liệu tính toán được gọi là đườngđặc tính tính toán, nếu được xây dựng từ các giá trị đo được qua thí nghiệm gọi làđường đặc tính thực nghiệm

- Các đường đặc tính ứng với số vòng quay làm việc không đổi (n = const) gọi

là đường đặc tính làm việc và ứng với số vòng quay làm việc khác nhau (n = var) gọi làđường đặc tính tổng hợp

Trong ba đường đặc tính: Cột áp, công suất, hiệu suất quan trọng hơn cả làđường cột áp H = f(Q), nó cho ta biết khả năng làm việc của bơm, nên còn có tên riêng

là đường đặc tính cơ bản Từ đường đặc tính cơ bản H = f(Q), bằng tính toán có thể suy

ra các đường đặc tính N = f(Q) và  = f(Q)

Công dụng của các đường đặc tính là: Qua chúng ta có thể biết được một cáchtổng quát các đặc tính làm việc của bơm, cho phép ta mở rộng phạm vi làm việc và sửdụng hợp lý các chế độ làm việc khác nhau của bơm

2.2.1 Đường đặc tính làm việc (n = const), đường đặc tính tính toán.

1

b D

g u

2 2

2

2 cot

Q 1

Đối với một bơm cho trước thì u2, D2, b2 là những đại lượng không đổi nên phương trình đặc tính cơ bản lý thuyết có dạng:

Hlt = a - b cotg β2Q1

( Trong đó a, b là những hằng số dương)

Đường biểu diễn phương trình này gọi là đường đặc tính cơ bản lý thuyết, đó làmột đường không qua gốc tọa độ, hệ số góc của nó tùy thuộc vào trị số góc ra của cánhdẫn β2 Trong trường hợp tổng quát, đối với máy bơm ly tâm, ta có ba dạng đường đặctính lý thuyết ( hình 2.3)

- Nếu β2 < 90o thì cotg β2 > 0, ta có đường AD

- Nếu β2 = 90o thì cotg β2 = 0, ta có đường AC

- Nếu β2 > 90o thì cotg β2 > 0, ta có đường AB

Như đã phân tích ở trên đối với bơm ly tâm thì β2 < 90o, do đó đường đặc tính lýthuyết của bơm ly tâm là đường nghịch biến bậc nhất AD

Đường đặc tính lý thuyết AD biểu diễn phương trình cột áp lý thuyết:

D'''

D''

D D'

C

B

A A'

A'' A'''

H lt Hlt(ß>90°)

Hlt(ß<90°)

Hlt(ß=90°)

Ql

Hình 2.3: Đường đặc tính cơ bản tính toán của máy bơm ly tâm

Khi kể tới các loại 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, nghĩa là cũng tỷ lệ với bìnhphương của lưu lượng thì đường đặc tính trở thành một đường cong bậc hai A”D”

Khi kể tới các loại tổn thất cơ khí và lưu lượng thì đường đặc tính dịch về phíatrái và thấp hơn một chút so với đường A”D” trở thành đường A”’D”’ đây chính là đườngđặc tính có bản tính toán của bơm ly tâm

2.2.2 Đường đặc tính thực nghiệm.

Cách xây dựng đường đặc tính bằng tính toán ở trên rất phức tạp và khó khăn vìviệc đánh giá chính xác các loại tổn thất cả bơm rất khó còn cần phải nghiên cứu thêmnhiều Vì vậy, trong kỹ thuật thường xây dựng các đường đặc tính bằng các số liệu đođược khi khảo nghiệm trên các máy cụ thể, gọi là đường đặc tính thực nghiệm

Muốn xây dựng các đường đặc tính thực nghiệm của bơm ly tâm thì phải chobơm làm việc trong hệ thống thí nghiệm (hình 2.4)

2 C

Trình tự thí nghiệm cũng có thể tiến hành ngược lại, từ chế độ làm việc có lưulượng lớn nhất thay đổi dần (bằng cách đóng khóa 5) cho đến chế độ không tải (Q = 0).Khi xây dựng các đường đặc tính, thường lấy 6 ÷ 8 số liệu chế độ làm việc ( điểm làmviệc) khác nhau của bơm

Tại mỗi điểm làm việc, từ các số liệu của Q, H ta tính được công suất thủy lựccủa bơm So sánh công suất thủy lực với công suất đo được trên trục bơm, ta suy rađược hiệu suất của bơm

Như vậy từ các số liệu thí nghiệm, ta có thể xây dựng được các đường đặc tínhthực nghiệm của bơm H-Q, N-Q, -Q (hình 2.5).

Các đường đặc tính thực nghiệm của bơm, về hình dạng nói chung cũng giốngnhư các đường đặc tính tính toán, nhưng không trùng nhau, hay nói cách khác về địnhtính giống nhau nhưng về định lượng thì khác nhau Điều này có thể giải thích như đãphân tích ở trên là trong tính toán không thể đánh giá hoàn toàn đúng các loại tổn thấtcủa bơm so với thực tế

Các đường đặc tính này thường được ghi trong các tài liệu kỹ thuật của bơm.Đối với bơm ly tâm, ngoài ba đường trên còn có thêm đường biểu diễn quan hệ cột ápchân không cho phép với lưu lượng [Hck] = f(Q)

0 0 10

20 30

40N (kW)

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Hình 2.5: Đường đặc tính thực nghiệm của bơm ly tâm

Hình dạng các đường đặc tính phụ thuộc vào từng loại bơm, đối với bơm ly tâmthường có ba dạng: Dạng dốc đứng (đường I), dạng dốc vừa (đường II), dạng dốc lồi(đường III) (hình 2.6)

Đường đặc tính dạng lồi có điểm Hmax khi Q # 0, bơm có dạng đường đặc tínhnày Dạng đường đặc tính này có khu vực làm việc không ổn định (quanh khu vực Hmax

ứng với mỗi trị số cột áp H có thể có hai trị số lưu lượng ta sẽ xét cụ thể ở phần sau)

Vì vậy, đường đặc tính dạng lồi gọi là đường đặc tính không ổn định Còn loại đườngđặc tính có hai dạng kia gọi là đường đặc tính ổn định

Hình 2.6: Các dạng đường đặc tính của bơm ly tâm

2.2.3 Công dụng của các đường đặc tính

Qua các đường đặc tính H-Q, N-Q, - Q, ta thấy được khu vực làm việc có lợinhất ứng với hiệu suất cao nhất của bơm Vì vậy, để nâng cao chỉ tiêu kinh tế sử dụngcho bơm, ta nên chọn chế độ làm việc của bơm ứng với điểm có  maxhoặc khu vực gầnđấy sao cho có  = ( max- 7%) Thường khu vực này có đánh dấu trên đường đặc tínhH-Q Qua hình dạng của các đường đặc tính, ta có thể biết được tính năng làm việc củabơm để sử dụng cách hợp lý

2.2.4 Đường đặc tính tổng hợp

Mỗi đường đặc tính làm việc được xây dựng với một số vòng quay không đổicủa bơm Nếu thay đổi số vòng quay làm việc thì đường đặc tính làm việc cũng thayđổi theo Để biết được nhanh chóng các thông số Q,  , N của bơm thay đổi như thếnào khi số vòng quay của bơm thay đổi, người ta xây dựng đường đặc tính tổng hợpcủa bơm (hình 2.7)

Đường đặc tính tổng hợp của bơm chính là đường biểu diễn quan hệ Q- H vớicác số vòng quay thay đổi, trên đó có các điểm làm việc cùng hiệu suất nối với nhauthành những đường cong gọi là những đường cùng hiệu suất

Để xây dựng đường đặc tính tổng hợp, cần phải có các đường đặc tính làm việcứng với nhiều số vòng quay làm việc khác nhau của bơm

Ta thấy rằng, với số vòng quay làm việc n nào đó, trị số lớn nhất của hiệu suấtứng với một trị số lưu lượng Qi nào đó Khi lưu lượng của bơm thay đổi Q # Qi thì cóthể có hai trị số lưu lượng có cùng hiệu suất như nhau Dóng các điểm có cùng hiệusuất lên đường đặc tính H-Q và nối lại bằng những đường cong, ta có đường cong cùng

Đường đặc tính tổng hợp thường được cho trong các sổ tay, tài liệu kỹ thuật củacác loại bơm đã được sản xuất Ngoài các công dụng như của các đường đặc tính khác,đường đặc tính tổng hợp còn cho ta biết một cách nhanh chóng các chế độ làm việc cólợi nhất trong khi điều chỉnh bơm.

10 20 30

H (m)

Q (m/h) 0

5 10 15

N (KW)

Hình 2.7: Đường đặc tính thực nghiệm của bơm ly tâm.

2.3 Điểm làm việc và sự điều chỉnh bơm

2.3.1 Điểm làm việc

Điểm làm việc của bơm bao giờ cũng làm việc trong một hệ thống cụ thể nàođấy Khi bơm làm việc ổn định thì cột áp “đẩy” của bơm bằng cột áp “cản” của hệthống Nói cách khác, một chế độ làm việc của bơm trong một hệ thống có thể biểudiễn bằng giao điểm của hai đường đặc tính (của bơm và của hệ thống) trong cùng một

hệ tọa độ Giao điểm ấy gọi là điểm làm việc của hệ thống bơm Trên hình 2.8, điểm A(giao điểm của hai đường đặc tính của bơm và hệ thống) biểu thị một chế độ làm việccủa hệ thống bơm với cột áp HA và lưu lượng QA

Hình 2.8: Điểm làm việc của bơm.

2.3.2 Các phương pháp điều chỉnh bơm

Trong quá trình làm việc do yêu cầu kỹ thuật, nhiều khi cần phải thay đổi điểmlàm việc của hệ thống bơm, tức là thay đổi chế độ làm việc của bơm (hoặc hệ thống).Quá trình thay đổi điểm làm việc của bơm theo một yêu cầu nhất định gọi là quá trìnhđiều chỉnh

Có hai nhóm phương pháp điều chỉnh:

- Điều chỉnh đường đặc tính lưới: Thay đổi đường kính ống dẫn, thay đổi vậntốc v của dòng chảy, thay đổi độ nhớt υ của chất lỏng bơm, giảm hoặc tăng tổn thất cụcbộ…

- Điều chỉnh đường đặc tính của máy bơm: Thay đổi tốc độ vòng quay máy bơm(nếu dẫn động bằng động cơ điện thì điều chỉnh các biến trở lắp trên cuộn Stator, nếudẫn động bằng động cơ Diezen thì thay đổi chế độ nạp nguyên liệu cho động cơ hoặclắp thêm biến tốc giữa động cơ và máy bơm), thay đổi số tầng bơm đối với bơm nhiềucấp…

Đối với hệ thống bơm thông thường, có hai phương pháp điều chỉnh sau:

2.3.2.1 Điều chỉnh bằng khóa

Nội dung của phương pháp này là tạo nên sự thay đổi đường đặc tính lưới bằngcách điều chỉnh (đóng hoặc mở) khóa ở ống đẩy để thay đổi lưu lượng của hệ thống( không điều chỉnh bằng khóa ở ống hút vì có thể gây hiện tượng xâm thực máy bơm)

Trên hình 2.9 thể hiện nội dung của phương pháp điều chỉnh này Khi mở khóahoàn toàn thì có điểm làm việc A (HA,QA) Khi đóng bớt khóa lại thì tổn thất khóa sẽtăng lên (A  B), lưu lượng của hệ thống giảm đi, nghĩa là đường đặc tính lưới sẽthay đổi, dốc hơn, trong khi đó đường đặc tính bơm vẫn không thay đổi, điểm làm việc

Hình 2.9: Điều chỉnh máy bơm bằng khóa

Phương pháp điều chỉnh này đơn giản, thuận tiện nhưng không tinh tế vì sẽ gâynên tổn thất ở khóa khi điều chỉnh và chỉ điều chỉnh được trong những phạm vi hạnchế

2.3.2.2 Điều chỉnh bơm bằng số vòng quay của trục bơm

Nội dung của phương pháp này là làm thay đổi đường đặc tính riêng của bơmbằng cách thay đổi số vòng quay của trục bơm Phương pháp này chỉ áp dụng cho cácbơm có thiết bị thay đổi số vòng quay So với phương pháp điều chỉnh bằng khóa thìphương pháp này kinh tế hơn Nhưng đối với bơm không có thiết bị thay đổi số vòngquay thì phương pháp điều chỉnh bằng khóa lại là phương pháp thông dụng

Hình 2.10 thể hiện nội dung của phương pháp này Điểm làm việc của bơm

A ( HA,QA) ứng với số vòng quay nA Khi tăng số vòng quay đến nB > nA thì đường đặctính của bơm sẽ khác đi, trong khi đó đường đặc tính lưới không thay đổi, điểm làmviệc chuyển từ A sang B

2.3.2.3 Điều chỉnh bơm bằng cách lắp đặt bánh công tác thay thế

Trong thực tế, các nhà chế tạo đã sản xuất các bánh công tác mới có các tham số

ít nhiều có sự thay đổi Các bánh công tác thay thế có kích thước b '

2 khác với kíchthước chuẩn b2 Tuy nhiên, sự phụ thuộc tuyến tính vào b 2của lưu lượng vẫn đượcduy trì

Theo sự phân tích ở trên, ta thấy rằng ứng với một cặp đường đặc tính của lưới

và bơm thì chỉ có một điểm làm việc nhất định Muốn thay đổi điểm làm việc, hay nói

cỏch khỏc, muốn điều chỉnh bơm thỡ phải thay đổi đường đặc tớnh lưới (điều chỉnhkhúa) hoặc thay đổi đường đặc tớnh bơm (điều chỉnh số vũng quay của trục bơm).

Nhưng thực tế khụng phải cú thể điều chỉnh điểm làm việc về bất kỡ điểm nàotrờn đường đặc tớnh của bơm

Vớ dụ,cú một bơm làm việc trong hệ thống với cỏc đường đặc tớnh như trờn hỡnh2.12, trong đú đường đặc tớnh của bơm ở dạng lồi

Điểm T (điểm cao nhất) gọi là điểm giới hạn chia đường đặc tớnh bơm ra haikhu vực, đoạn đường đặc tớnh bờn phải điểm T bao gồm cỏc điểm làm việc luụn ổnđịnh, gọi là khu vực làm việc ổn định của bơm Cũn đoạn đường đặc tớnh bờn trỏi điểm

T tựy theo vị trớ của đường đặc tớnh lưới (hệ thống) bơm cú thể làm việc khụng ổnđịnh, gọi là khu vực làm việc khụng ổn định của bơm

Trờn hỡnh 2.12, ta thấy bơm cú hai điểm làm việc A và B Nhưng bơm khụngthể làm việc đồng thời theo cả hai chế độ mà chỉ làm việc theo một trong hai chế độ:A(HA,QB) hoặc B(HA,QB)

định

Khuưvựcổnưđịnh

? QA

Q

Hỡnh 2.12: Khu vực điều chỉnh của bơm ly tõm

Giả sử bơm đang làm việc ở chế độ A(HA,QB), nếu cú một nguyờn nhõn nào đúlàm mất trạng thỏi làm việc cõn bằng của bơm trong hệ thống, vớ dụ cột ỏp tĩnh của

bơm giảm đột ngột trong một khoảng thời gian ngắn Khi đó lưu lượng của hệ thống sẽtăng lên một lượng Q A và xuất hiện sự chênh áp của lưới và bơm.

0







H H luoi H bom hay H luoi H bom

Phần năng lượng thiếu hụt H trong hệ thống sẽ được bù đắp bằng động năngcủa toàn bộ khối chất lỏng chảy trong hệ thống do sự giảm vận tốc của dòng chảy Vìvậy, lưu lượng của hệ thống giảm cho đến trị số Q A và bơm lại trở về trạng thái làmviệc ổn định ở điểm A (H luoi H bom= HA; Q luoi Q bom= QA)

Cũng trong trường hợp trên, ta xét đối với điểm làm việc B(HB,QB) Khi lưulượng trong hệ thống tăng lên một lượng Q B

0







H H luoi H bom hay H luoi H bom

Phần năng lượng dư H trong hệ thống làm tăng động năng của toàn bộ khốichất lỏng trong hệ thống, vận tốc dòng chảy tăng, lưu lượng tăng và như vậy bơmkhông thể trở về trạng thái làm việc cân bằng ở điểm B được

Bằng lý luận tương tự như trên, ta có thể chứng minh được rằng trường hợp0

* Qua phân tích trên ta thấy:

- Không điều chỉnh bơm trong khu vực không ổn định

- Khi khởi động bơm cần phải hạ thấp Hlưới để điểm làm việc không rơi vào khuvực không ổn định

Đối với các bơm quan trọng như bơm cao áp yêu cầu về đường đặc tính củabơm là không có vùng không ổn định, tức là yêu cầu đường đặc tính có dạng dốc hoặcthoải

Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ vị trí điểm tới hạn T trên đường đặc tính củabơm phụ thuộc góc ra β2 Góc ra β2 càng nhỏ thì khu vực điều chỉnh không ổn địnhcàng nhỏ

2.4 Các phương pháp ghép bơm

Trong trường hợp phải ghép bơm làm việc trong một hệ thống khi hệ thống yêucầu cột áp hoặc lưu lượng lớn hơn cột áp và lưu lượng của một bơm thì có hai cách