đồ án bơm ly tâm

Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
LỜI MỞ ĐẦU
Đất nước ta trong những năm gần đây đã có những bước tiến vượt bậc, với
sự tăng trưởng kinh tế luôn được duy trì ổn định ở mức cao. Đóng góp một phần
không nhỏ vào các thành tựu phát triển đó có ngành công nghiệp Dầu Khí, trong
đó điển hình là XNLD “VIETSOVPETRO”. Tuy mới cách đây không lâu còn
chập chững từng bước vừa làm việc tạo ra sản phẩm, vừa không ngừng học hỏi,
tích luỹ kinh nghiệm sản xuất, kiến thức khoa học kỹ thuật cho mình, để đến nay
có thể vững vàng là một ngành công nghiệp mũi nhọn, chủ lực của đất nước.
Cùng với sự phát triển chung đó, trường Đại học Mỏ - Địa Chất đã không
ngừng hoàn thiện mình và đào tạo ra những thế hệ kỹ sư để phục vụ cho sự phát
triển của ngành công nghiệp Dầu Khí. Trên tinh thần đó, em là sinh viên ngành
Thiết Bị Dầu-Khí đã và đang học tập, từng bước tìm hiểu, nắm vững và hiểu sâu
về nguyên lý hoạt động, đặc tính kỹ thuật và kết cấu của các máy móc, thiết bị
ngày càng hiện đại trong hệ thống công nghệ khai thác Dầu Khí trên biển, để từ
đó khi ra làm việc có thể thực hiện tốt công tác: vận hành, bảo dưỡng và sửa
chữa chúng. Hoặc từ việc nắm vững và hiểu biết sâu sắc các máy móc, thiết bị
mà có thể có những bước cải tiến nâng cao chất lượng làm việc của chúng lên.
Với mong muốn được góp một phần nhỏ vào sự phát triển của ngành công
nghiệp dầu khí nước nhà. Qua quá trình thực tập, nghiên cứu, thu thập tài liệu và
được sự đồng ý của bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình, Khoa Dầu khí,
Trường Đại học Mỏ - Địa chất, em được giao đồ án “ Máy bơm ly tâm NPS
65/35-500 dùng để bơm vận chuyển dầu tại XNLD VIETSOVPETRO” với
chuyên đề: “Tính toán Lực dọc trục trong bơm ly tâm và phương pháp khắc
phục lực dọc trục trong bơm NPS 65/35-500”
Được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Trần Văn Bản và các thầy, cô
giáo trong bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình cùng với sự cố gắng của bản
thân, nay bản đồ án của em đã được hoàn thành.
Qua đồ án này, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo Trần
Văn Bản và các thầy, cô giáo trong bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình đã
hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này.

Em xin chân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày… tháng 05 năm 2011
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
1
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG I
ĐẶC ĐIỂM CÔNG TÁC VẬN CHUYỂN DẦU KHÍ VÀ VIỆC SỬ DỤNG
CÁC LOẠI BƠM LY TÂM TẠI XNLD “VIETSOVPETRO”
1.1. Công tác vận chuyển dầu trên các công trình biển của XNLD “
VIETSOVPETRO”
Hiện tại cũng như từ hơn thập niên trước đây, xí nghiệp liên doanh
"VIETSOVPETRO" đã và đang tiến hành khoan và khai thác dầu khí chủ yếu ở
trên hai vùng mỏ Bạch Hổ và Mỏ Rồng nằm ở vùng biển thềm lục địa phía Nam
- Việt Nam. Do vị trí địa lý của các vùng mỏ nằm cách xa đất liền hơn 100km,
nên tất cả các công đoạn công nghệ khoan, khai thác, vận chuyển và tồn trữ dầu
khí đều diễn ra trên biển, trên các giàn cố định, giàn nhẹ và tàu chứa dầu. Tất cả
các đường ống chính, chủ yếu dùng trong công tác vận chuyển dầu khí đều nằm
chìm dưới biển. Điều đó đòi hỏi công tác vận chuyển dầu khí của chúng ta phải
đạt được sự an toàn và độ tin cậy cao hơn nhiều lần so với ở đất liền.
Tại các giàn khoan khai thác cố định trên biển, dầu được khai thác lên từ
các giếng qua hệ thống đường ống công nghệ, vào bình tách khí áp suất cao,
khoảng 3÷25kG/cm
2
(bình НГС) sau đó chuyển đến bình tách (БE) áp suất thấp
vào khoảng 0,5÷8kG/cm
2
. Sau khi qua bình НГС và БE, một phần lớn lượng khí
đồng hành đã được tách ra, dầu đã được xử lý với hàm lượng khí hòa tan và ở
trạng thái tự do thấp. Rồi từ bình tách áp suất thấp (БE) dầu được các tổ hợp
bơm ly tâm đặt trên giàn bơm vận chuyển đến các tàu chứa (trạm chứa dầu

không bến) thông qua hệ thống đường ống ngầm dưới biển.
Trong khu vực mỏ Bạch Hổ, dầu khai thác trên các giàn được vận chuyển
đến 2 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 2 điểm
là MSP-1 và giàn công nghệ trung tâm số 2 (CTP-2) cùng với các giàn nhẹ (БК
1,2,3,4,5,6,7) chuyển đến. Đây là 2 điểm vận chuyển dầu quan trọng nhất, có
khối lượng vận chuyển lớn nhất. Từ CTP-2 có đường ống vận chuyển dầu nối
với MSP-1 và khu vực mỏ Rồng. Từ MSP-1 có đường ống vận chuyển dầu nối
với MSP-3, MSP-4 và MSP-8 và 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 nối với
MSP-4, và thông qua đó nối với MSP-3, MSP-5, MSP-7, MSP-8, 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 tiếp
nhận dầu FSO -1, FSO -2, FSO -3 có mối liên hệ với nhau thông qua nhiều điểm
trung chuyển, được trình bày trên sơ đồ tuyến đường ống vận chuyển dầu trên
biển của Xí nghiệp liên doanh "VIETSOVPETRO" và sơ đồ hệ thống lắp đặt
bơm vận chuyển dầu ra tàu chứa ở trên giàn 8.
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
2
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
BT7
FSO-3 (CHI LANG)
RC
-
1
RP-1

RP
-
2
BK9
BK7
BK10
BK1
MSP6
MSP5
MSP8
MSP9
MSP11
MSP10
FSO-1
MSP1
BK5
BK4
BK6
BK2
CTP2
FSO-2
BK8
FSO-4
CTP3
MSP3
MSP7
MSP4
BK3
Hình 1.1: Sơ đồ thu gom, vận chuyển trên toàn mỏ Bạch Hổ
Trong đó:

FSO: Kho nổi chứa suất dầu MSP: Giàn cố định trên mỏ Bạch Hổ
CTP: 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


Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
3
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.2: Sơ đồ lắp đặt bơm ly tâm trên giàn 8
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
4
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Căn cứ theo sơ đồ đường ống vận chuyển dầu ngầm dưới biển tại 2 khu vực mỏ
Bạch Hổ và mỏ Rồng, ta nhận thấy rằng, chỉ trừ MSP-1, MSP-2, MSP-6, MSP-8,
trong những điều kiện bình thường, không có sự cố hỏng hóc tàu chứa dầu hoặc
tắc nghẽn đường ống vận chuyển là có thể bơm thẳng dầu đến tàu chứa, 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 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 -> MSP-3 (đường ống
Φ325x16, L=1005m, V=68m
3
) -> MSP-4 (Φ219x13, L=877m, V=26,5m
3
) ->
MSP-6 (Φ325x16, L= 1284,5m, V= 87m
3
)-> FSO-2 (Φ325x16, L=1915m,
V=129m
3

). Tổng cộng chiều dài toàn bộ tuyến là 5081,5m, V=310,5m
3
, áp suất
làm việc trung bình là từ (20÷25)kG/cm
2
. Tuy nhiên cũng 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 tính toán sắp xếp để có một chế độ hoặc thời gian biểu của việc bơm
dầu phối hợp một cách hợp lý trên toàn tuyến cũng khá phức tạp. Nếu việc phân
bố thời gian biểu không hợp lý, có thể gây ra sự tăng 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 ở cách xa trạm tiếp nhận không thể bơm dầu đi được. Điều đó
làm ảnh hưởng trực tiếp đến quy trình công nghệ và sản lượng khai thác dầu ở
các giàn này.
1.2. Các loại bơm ly tâm dùng trong quá trình thu gom vận chuyển dầu
Hiện nay có rất nhiều loại máy bơm được sử dụng trong công tác dầu khí:
máy bơm pitston, máy bơm ly tâm, máy bơm hướng trục, máy bơm phun tia…
Mỗi loại máy bơm đều có công dụng và phạm vi sử dụng khác nhau tùy thuộc
vào yêu cầu đặt ra trong công việc. Trong công tác vận chuyển người ta hay
dùng máy bơm ly tâm bởi so với các loại máy bơm khác máy bơm ly tâm có ưu
điểm sau:
- Đặc tính của bơm có độ nghiêng đều nên khoảng làm việc của bơm lớn,
phù hợp với nhiều chế độ làm việc.
- Phạm vi sử dụng và năng suất cao, cụ thể như sau:
+ Cột áp từ 10 đến hàng nghin mét cột nước.
+ Lưu lượng từ 2 đến 70 m
3
/h.
+ Công suất từ 1÷ 6000 kW.
+ Trị số vòng quay có thể đạt đến 40000 vòng/phút (và có thể nối trực

tiếp với động cơ cao tốc không qua hộp giảm tốc).
+ Kết cấu nhỏ gọn, làm việc chắc chắn, tin cậy.
+ Hiệu suất tương đối cao khi bơm chất lỏng có μ = 0,65 ÷ 0,95
+ Và có hiệu quả kinh tế cao.
Với tính năng kỹ thuật cao, chỉ tiêu kinh tế tốt, phạm vi sử dụng rộng rãi
nên các bơm ly tâm được dùng chủ yếu trong công tác vận chuyển dầu của
XNLD “VIETSOVPETRO”. Tùy theo sản lượng khai thác và nhu cầu thực tế
trên mỗi giàn cố định mà người ta sử dụng chủng loại và số lượng bơm ly tâm
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
5
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
khác nhau. Hiện nay tại các trạm bơm vận chuyển dầu trên các công trình biển
của XNLD “VIETSOVPETRO”, chúng ta đang sử dụng các chủng loại bơm dầu
ly tâm như sau:
1.2.1. Máy bơm NPS 65/35 –500
Là tổ hợp bơm dầu ly tâm kiểu nằm ngang, nhiều tầng (cấp), trục bơm
được làm kín bằng các dây salnhic mềm hoặc bộ phận làm kín kiểu mặt đầu.
Bơm NPS65/35 –500 được sử dụng để bơm dầu thô, các loại khí hydrocacbon
hóa lỏng, các sản phẩm dầu khí ở nhiệt độ từ (-30
÷
200)
0
C và các loại chất
lỏng khác có tính chất lý hóa tương tự. Các chất lỏng công tác này không được
chứa các tạp chất cơ học có kích thước lớn hơn 0,2mm và hàm lượng không vượt
quá 0,2% khối lượng. Tổ hợp bơm được trang bị động cơ điện loại BAO 22 -
280M - 2T2,5 với công suất N= 160KW, U=380V, 50Hz và các thiết bị bảo vệ,
làm mát, làm kín khác theo đúng yêu cầu, quy phạm láp đặt vận hành chúng .
Một số các thông số đặc tính kỹ thuật cơ bản của tổ hợp bơm NPS 65/35 –500
như sau:

- Lưu lượng định mức tối ưu (m
3
/h ) : 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 ( MПa, KG/cm
2
)
1. Với kiểu làm kín mặt đầu : 2,5 (25)
2. Làm kín bằng salnhic : + Kiểu CГ : 1,0 (10)
+ Kiểu CO : 0,5 (5)
- Công suất thủy lực yêu cầu của bơm (KW) : 160
- Trọng lượng của bơm (KG) : 1220
- Công suất của động cơ điện (KW) : 160
- Hiệu suất làm việc hữu ích : 59%
- Điện áp (V) : 380
- Tần số dòng điện (Hz) : 50
1.2.2. Bơm ly tâm NPS – 40/400
Là tổ hợp bơm cùng chủng loại kết cấu như NPS 65/35 –500, chỉ khác
đường kính ngoài của các bánh công tác của nó nhỏ hơn.
1.2.3. Máy bơm Sulzer – Ký hiệu MSD-D Model 4x8x10,5
Là loại bơm ly tâm có 5 cấp, nằm ngang, trong đó bánh công tác thứ nhất
là loại hai cửa hút ngược chiều nhau, 4 bánh công tác còn lại là loại 1 cửa hút
được chia làm 2 nhóm đối xứng, có cửa hút ngược chiều nhau. Thân máy có cấu
tạo gồm 2 nửa tháo được theo bề mặt phẳng ngang và được định vị với nhau bởi
các chốt côn. Thân máy có nhiều khoang chứa các bánh công tác và giữ luôn vai
trò của các bánh hướng dòng. Phía dưới có ống giảm tải nối từ khoang chứa đệm

làm kín phía áp suất cao đến khoang cửa vào cấp I của bơm. Trục bơm được làm
kín bằng đệm làm kín chì dạng kép, có nhiệt độ làm việc dưới 160
0
C. Đệm làm
kín này được làm mát bằng dầu Tellus 46, đồng thời dầu làm mát này có tác
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
6
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
dụng như nêm thủy lực làm kín bổ sung cho đệm. Dầu làm mát đệm làm kín trao
đổi nhiệt với bên ngồi thông qua các lá đồng tản nhiệt dọc theo đường ống.
Các thông số đặc tính kỹ thuật cơ bản của tổ hợp bơm như sau:
- Lưu lượng bơm (m
3
/h) : 130
- Cột áp định mức (m) : 400
- Hiệu suất hữu ích (%) : 74
- Công suất thủy lực của bơm (KW) : 147
- Lượng dự trữ xâm thực cho phép (m) : 2,1
- Công suất động cơ điện (KW) : 185
- Số vòng quay (V/ph) : 2969
- Điện áp (V) : 380
- Tần số dòng điện(Hz ) : 50
- Chiều dài khớp nối trục (mm) : 180
1.2.4. Máy bơm NK-200/120
Là loại bơm ly tâm dùng để bơm dầu, khí hóa lỏng, dung dịch hữu cơ và
các chất lỏng khác có tỷ trọng không quá 1050Kg/m
3
, độ nhớt động đến
6.10
-4

m
2
/s. Các chất lỏng công tác này không được chứa các tạp chất cơ học có
kích thước lớn hơn 0,2mm và hàm lượng vượt quá 0,2% và nhiệt độ trong
khoảng (-80 ÷ 400)
0
C. Tổ hợp bơm gồm động cơ điện và bơm được lắp ráp trên
cùng một khung dầm và được liên kết với nhau bằng khớp nối răng. Đây là loại
bơm ly tâm 1 tầng, công –Xon, có thân bơm, vấu tựa, ống hút và ống nối có áp
(cửa ra) được đặt trên cùng một giá đỡ. Việc làm kín trục được thực hiện bởi một
bộ phận làm kín kiểu СГ- hoặc СО.
Các thông số đặc tính kỹ thuật cơ bản của bơm như sau:
- Lưu lượng bơm (m
3
/h) : 200
- Cột áp định mức (m) : 120
- Hiệu suất hữu ích (%) : 67
- Lượng dự trữ xâm thực cho phép(m) : 4,8
- Công suất động cơ điện (KW) : 100
- Số vòng quay (V/ph) : 2950
- Điện áp (V) : 50
- Tần số dòng điện (Hz) : 380
1.2.5. Máy bơm NK-200/70
Là loại bơm ly tâm có cùng kiểu dạng, kết cấu như NK-200/120.
1.2.6 Máy bơm ЦНС-105/294
Là tổ hợp bơm ly tâm kiểu nằm ngang, nhiều tầng, phân đoạn. Nó thường
được dùng để vận chuyển dầu bão hòa khí, dầu thương phẩm lẫn nước có nhiệt
độ từ 274
0
K ÷ 318

0
K(1 ÷ 45)
0
C hoặc dùng để bơm nước trong các hệ thống công
nghệ. Các chất lỏng công tác dùng cho bơm ЦНС -105/294 cần phải đảm bảo
các yêu cầu: tỷ trọng không lớn quá 1060 Kg/m
3
(từ 700 ÷ 1060Kg/m
3
), độ nhớt
động không lớn quá 2,5.10
-4
m
2
/s, tạp chất cơ học có kích thước không lớn quá
0,2mm và hàm lượng không quá 0,2% trọng lượng. Tổ hợp bơm ЦНС -105/294
bao gồm động cơ điện và bơm được liên kết với nhau thông qua 2 mặt bích có
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
7
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
phần may-ơ gắn then ở hai đầu trục. Hai mặt bích này được siết chặt với nhau
bởi các bulông có lót ống đệm cao su giảm chấn. Đây là loại bơm ly tâm có từ 2
÷ 10 cấp bánh công tác có cửa vào cùng chiều, do đó để cân bằng lực dọc trục
tác dụng lên roto người ta phải bố trí ổ đỡ thủy lực ở một đầu trục phía cao áp
với đường kính phù hợp với số cấp bánh công tác của bơm.
Các thông số đặc số đặc tính kỹ thuật cơ bản của tổ hợp bơm ЦНС-105/294 như
sau:
- Lưu lượng bơm (m
3
/h) : 105

- Cột áp định mức (m) : 294
- Hiệu suất hữu ích (%) : 68
- Công suất động cơ điện (KW) : 160
- Số vòng quay (V/ph) : 2950
Tuy nhiên, tại các giàn cố định loại, bơm này (ЦНС - 105/294) thường chỉ được
sử dụng để bơm nước.
Ngoài các loại bơm ly tâm thông dụng đã nêu trên, người ta còn lắp đặt, trang bị
thêm một số chủng loại bơm khác như R360/150GM-3, R250/38GM-1, hoặc đôi
khi, trong những trường hợp cần thiết các loại bơm thể tích như 9MΓP, ЦA-320,
ЦA-400, УБН-700, cũng có thể tham gia vào công tác vận chuyển dầu trên
các công trình biển.
Việc bố trí, lắp đặt các trạm bơm trên các giàn cố định hoặc giàn nhẹ được thiết
kế, tính toán phù hợp với sản lượng khai thác dầu và vai trò công nghệ của giàn
trong hệ thống công nghệ chung của toàn khu mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng. Với sơ
đồ vận chuyển dầu và các đặc điểm trong công tác này người ta bố trí kiểu loại
và số lượng máy bơm ly tâm trên các giàn như sau:
Bảng 1.1 Sự phân bố bơm trên giàn khoan
STT Giàn khoan Chủng loại bơm Số lượng (chiếc)
1 MSP-1 NPS 65/35-500
NK 200/120
SULZER
02
02
02
2 CPP-2 SULZER
R 360/150 CM-3
R 250/80 CM-1
08
05
02

3 MSP-3 NPS 65/35-500 03
4 MSP-4 NPS 65/35-500 04
5 MSP-5 NPS 65/35-500 03
6 MSP-6 NPS 65/35-500 04
7 MSP-7 NPS 65/35-500 03
8 MSP-8 NPS 65/35-500
NK 200/210
SULZER
02
02
02
9 MSP-9 NPS 65/35-500 04
10 MSP-10 NPS 65/35-500 04
11 MSP-11 NPS 65/35-500 04
12 Mỏ Rồng RP-1
Mỏ Rồng RP-3
SRK-3
NPS 65/35-500
NPS 65/35-500
SULZER
04
04
14
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
8
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Theo thống kê trên, số lượng máy bơm NPS 65/35-500 là 41/78 và
SULZER là 26/78 chiếm một tỷ lệ lớn, và trong thực tế người ta vẫn thường
dùng các loại bơm NPS 65/35-500 và SULZER để vận chuyển dầu. Đây là 2
loại bơm ly tâm có nhiều ưu điểm : kết cấu bền vững, độ tin cậy, độ an toàn cao,

lưu lượng bơm, cột áp và hiệu suất hữu ích lớn, dễ vận hành, bảo dưỡng và sửa
chữa. Ở hai loại bơm này, do cách bố trí các bánh công tác thành hai nhóm có
cửa vào của mỗi nhóm ngược chiều nhau. Do đó làm giảm đáng kể lực dọc trục
tác dụng lên Roto, tải trọng của các ổ đỡ trục giảm, do đó tuổi thọ của chúng
tăng lên rất nhiều. Tuy nhiên do các bơm ly tâm đều làm việc ở chế độ vận tốc
góc lớn (khoảng 3000v/ph) nên việc lắp đặt, điều chỉnh chúng đòi hỏi độ chính
xác cao. Ngoài ra, do lưu lượng của chúng khá lớn nên việc đưa chúng vào chế
độ làm việc đòi hỏi phải nắm vững và tuân thủ đúng yêu cầu của kỹ thuật vận
hành để tránh hiện tượng quá tải cho động cơ điện.
Công việc vận chuyển dầu đòi hỏi phải đưa một lượng lớn sản phẩm khai
thác dầu khí từ các giàn cố định và giàn nhẹ đến các điểm tiếp nhận là các tàu
chứa trong thời gian nhanh nhất, đồng thời phải đảm bảo sự an toàn cho các
tuyến đường ống vận chuyển. Ngoài ra, chỉ tiêu kinh tế trong việc sử dụng năng
lượng điện cho các trạm bơm cũng được đặt ra. Do đó việc bố trí, phối hợp các
chủng loại bơm trên cùng một trạm, hoặc việc phối hợp giữa các trạm bơm với
nhau sao cho có thể giảm được tải trọng trên các tuyến ống vận chuyển dầu và
tăng được lưu lượng thông qua của chúng.
Trong việc bố trí, phối hợp giữa các bơm ly tâm trên cùng một trạm bơm
người 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
này, mặc dù đường ra của mỗi bơm ly tâm đều có van một chiều nhưng vẫn phải
đòi hỏi các bơm trong hệ thống phải có các thông số đặc tính kỹ thuật không
khác xa nhau nhiều lắm, để khi cùng đồng thời vận hành chúng không triệt tiêu
lẫn nhau. Theo cách đặt bơm mắc nối tiếp với mục đích làm tăng áp suất trên
đường vận chuyển để có thể đưa chất lỏng đến được những điểm tiếp nhận rất
xa. Tuy nhiên cách này đòi hỏi các tổ hợp bơm được mắc nối tiếp phải 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 chúng tăng lên đáng kể. Ngoài ra, cũng có
thể phối hợp cả 2 kiểu bố trí song song và nối tiếp trên cùng một trạm. Nhưng
trong thực tế, trên các giàn cố định, các trạm bơm dầu được xây dựng theo kiểu

mắc song song do các kiểu bơm ly tâm đã được chọn lựa đảm bảo đủ cột áp để
có thể vận chuyển được dầu thô đến vị trí tiếp nhận. Tùy theo sản lượng khai
thác hoặc vị trí công nghệ của mỗi giàn mà người ta sử dụng số lượng bơm ly
tâm trên trạm là 2, 3 hoặc hàng chục như ở CTP-2 (15 bơm)
Trên mỗi trạm bơm, thông thường người ta dự tính từ 1/3 đến 1/2 số
lượng bơm ở vị trí dự phòng để khi hư hỏng, sự cố các máy bơm đang ở chế độ
làm việc, ta có thể sử dụng chúng thay thế ngay không ảnh hưởng đến sản lượng
khai thác dầu. Các máy bơm dự phòng này không nên để chúng ở trạng thái
không làm việc trong thời gian quá lâu vì dễ gây ra hiện tượng bó kẹt rôto do dầu
bị đông đặc hoặc thành phần parafin trong dầu và các tạp chất gây kết tủa khác
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 dự phòng. Việc này có thể tiến hành
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
9
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
theo kinh nghiệm riêng, tùy theo đặc điểm công nghệ mỗi giàn. Nhưng, tốt nhất
vẫn là thực hiện chế độ luân phiên làm việc cho các máy bơm trong trạm. Điều
đó giúp cho kế hoạch bảo dưỡng, sửa chữa được dễ dàng và chủ động hơn.
Đối với loại bơm ly tâm NPS 65/35-500, căn cứ theo sơ đồ tuyến đường
ống vận chuyển dầu trên biển và bảng thống kê sự phân bố các loại bơm trên
giàn khoan – khai thác như đã nếu ở trên, ta thấy chúng được bố trí chủ yếu ở
các giàn xa các trạm chứa dầu. Điều đó cho thấy ưu thế về khả năng vận chuyển
dầu đi xa nhờ cột áp ở đầu ra của chúng khá lớn. 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”.
Tóm lại: Từ việc xem xét những đặc điểm trong công tác vận chuyển dầu trên
biển của XNLD “VIETSOVPETRO” chúng ta có thể đề ra những yêu cầu cơ
bản cho việc xây dựng những trạm bơm dầu trên các 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. Các máy bơm ly tâm dùng trong công tác vận chuyển dầu trên các

công trình biển ở các giàn phải có độ tin cậy cao, độ bền cơ học lớn, có khả năng
chống lại các tác động ăn mòn hoá 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 của chúng ta. Và bơm ly tâm NPS 65/35-500 đảm bảo được hết những yêu
cầu đề ra. Do đó bơm ly tâm NPS 65/35-500 được sử dụng rất rộng rãi trên các
giàn khoan ở các công trình biển của XNLD “VIETSOVPETRO”.
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
10
4
6
5
3
2
1
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG II
LÝ THUYẾT VỀ BƠM LY TÂM
2.1. Khái quát về bơm ly tâm
Bơm ly tâm là loại máy thuỷ lực cánh dẫn, trong đó việc trao đổi năng
lượng giữa máy với chất lỏng (gọi là chất lỏng công tác) được thực hiện bằng
năng lượng thuỷ động của dòng chảy qua máy. Bộ phận làm việc chính của bơm
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 các thành phần
vận tốc của dòng chảy nên có ý nghĩa rất quan trọng trong việc trao đổi năng
lượng của máy với dòng chảy. Khi bánh công tác của bơm ly tâm quay ( thường
là với số vòng quay lớn hàng nghìn vòng/phút) các cánh dẫn của nó truyền cơ
năng nhận được từ động cơ (thường là động cơ điện) cho dòng chất lỏng đi qua
nó tạo thành năng lượng thuỷ động cho dòng chảy. Nói chung năng lượng thuỷ
động của dòng chảy bao gồm 2 thành phần chính : động năng (V
2

/2g) và áp năng
(P/
γ
), và chúng có mối quan hệ mật thiết với nhau. Trong quá trình làm việc của
máy, sự biến đổi động năng bao giờ cũng kéo theo sự biến đổi áp năng. Tuy
nhiên đối với máy thuỷ lực cánh dẫn như bơm ly tâm, đối với mỗi loại kết cấu
máy cụ thể thì sự biến đổi áp năng chỉ đạt đến 1 giới hạn nhất định. Nó khác với
máy thuỷ lực thể tích. Ở máy thuỷ lực thể tích, năng lượng trao đổi của máy với
chất lỏng có thành phần chủ yếu là áp năng, còn thành phần động năng không
đáng kể. Còn ở máy thuỷ lực cánh dẫn như bơm ly tâm, năng lượng cột áp chỉ
tăng tới mức cần thiết, còn lại toàn bộ năng lượng thuỷ động của dòng chảy nhận
được từ máy biến thành động năng. Chính vì vậy việc dùng các máy bơm ly tâm
để vận chuyển chất lỏng từ một điểm này đến điểm khác chiếm một ưu thế hơn
hẳn so với các loại máy thuỷ lực khác.
2.1.1. Sơ đồ cấu tạo máy bơm
Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo máy bơm ly tâm
1. Bánh công tác 4. Bộ phận dẫn hướng ra (buồng xoắn ốc)
2. Trục bơm 5. Ống hút
3. Bộ phận dẫn hướng vào 6. Ống đẩy
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
11
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
2.1.2. Nguyên lý làm việc của máy bơm
Khi máy bơm ly tâm làm việc, nhờ phần khớp nối giữa động cơ dẫn động
và bơm làm bánh công tác quay. Các phần chất lỏng trong bánh công tác dưới
ảnh hưởng của lực ly tâm bị dồn từ trong ra ngoài chuyển động theo các máng
dẫn và đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn, đó là quá trình đẩy của bơm. Đồng
thời, ở lối vào của bánh công tác tạo nên một vùng chân không và dưới tác dụng
của áp suất trong bể chứa lớn hơn áp suất ở lối vào, chất lỏng ở bể hút liên tục bị
đẩy vào bơm theo ống hút. Đó là quá trình hút của bơm. Quá trình hút và quá

trình đẩy là hai quá trình liên tục, tao lên dòng chảy liên tục qua bơm. Bộ phận
dẫn dòng chảy ra thường có dạng xoắn ốc nên còn gọi là buồng xoắn ốc. Buồng
xoắn ốc của bơm dẫn chất lỏng từ bánh công tác ra ống đẩy. Nó có tác dụng điều
hòa ổn định dòng chảy và biến đổi một phần động năng của dòng chảy thành áp
năng cần thiết do đó làm tăng hiệu suất của máy bơm.
2.1.3. Phân loại máy bơm ly tâm
a. 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.
b. Phân loại theo số bánh công tác:
- Bơm một cấp.
- Bơm nhiều cấp.
c. Phân loại theo số cửa hút:
- Bơm một cửa hút.
- Bơm hai cửa hút.
d. Phân loại theo sự bố trí trục bơm:
- Bơm trục đứng.
- Bơm trục ngang.
e. Phân loại theo lưu lượng:
- Bơm có lưu lượng thấp.
- Bơm có lưu lượng trung bình.
- Bơm có lưu lượng lớn.
f. Phân loại theo mục đích sử dụng (theo chất lỏng cần bơm):
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
12
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
- 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
khỏi máy bơm, theo phương pháp dẫn động máy bơm
2.2. Các thông số cơ bản của bơm ly tâm
2.2.1. Lưu lượng
Là lượng chất lỏng mà bơm vận chuyển được trong một đơn vị thời gian,
có thể tính theo lưu lượng thể tích Q (l/s, m
3
/s, m
3
/h ) hay lưu lượng trọng
lượng G (N/s, N/h, kG/s ).
2.2.2. Cột áp
Là năng lượng mà một đơn vị trọng lượng chất lỏng nhận được từ máy
bơm. Ký hiệu cột áp là H, đơn vị tính thường là mét cột chất lỏng (mét cột nước
hay mét cột dầu ).
Đối với bơm ly tâm, ứng với mỗi vòng quay nhất định thì chỉ có một giá trị
cột áp mà tại đó bơm làm việc với hiệu suất cao nhất, ta gọi là cột áp định mức. Giá
trị cột áp này được chỉ dẫn trên tài liệu kỹ thuật của bơm.
2.2.3. Công suất
Có hai loại công suất là công suất thủy lực và công suất làm việc.
+ Công suất thủy lực: là cơ năng mà chất lỏng trao đổi với máy trong một đơn vị
thời gian, ký hiệu là N
tl
, công thức tính:
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
13
W

2
1
2
W
1
1
U
C
1
α
1
1
D
β
2
D
2
U
2
C
α
2
β
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
N
tl
=
1000
HQ
γ

=
1000
HQg
ρ
(2.1)
Trong đó:
γ
: là trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m
3
);
ρ
: là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m
3
);
Q : là lưu lượng của bơm (m
3
/s);
H : là cột áp toàn phần của máy bơm (m).
+ Công suất làm việc: là công suất trên trục của máy làm việc, ký hiệu là N,
công thức tính: N =
η
tl
N
(2.3)
2.3. Phương trình làm việc của bơm ly tâm
2.3.1. Phương trình cột áp lý thuyết
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

chất lỏng chuyển động qua bánh công tác, nhà bác học Ơle đã thành lập ra
phương trình cột áp lý thuyết của bơm ly tâm, ta có:
H
∞

=
g
cucu
uu 1122
−
(2.4)
Trong đó:
H
∞
- Cột áp lý thuyết của bơm có số cánh dẫn vô hạn.
u
1,
u
2
- Vận tốc vòng của bánh công tác ứng với bán kính vào và ra,
có phương thẳng góc với phương hướng kính.
c
1u
, c
2u
- Thành phần vận tốc tuyệt đối của các phần tử chất lỏng ở
lối vào và ra bánh công tác chiếu lên phương của vận tốc vòng (u).
Hình 2.2. Các thành phần vận tốc của tam giác vận tốc
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
14

90
o
α

=
1
1
β
u
1
1
c
w
1
w
max
min
w
ω
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Trong các bơm ly tâm hiện nay, đa số các bánh công tác có kết cấu cửa
vào hoặc bộ phận dẫn hướng vào sao cho dòng chất lỏng ở cửa vào của máng
dẫn chuyển động theo hướng kính, nghĩa là
c
vuông góc với
u
,
1
α
= 90

o
, để cột
áp của bơm có lợi nhất (C
1u
= C
1
cos
1
α
= 0). Tam giác vận tốc ở cửa vào là tam
giác vuông:
Hình 2.3. Tam giác vận tốc ở cửa vào bánh công tác
Khi đó phương trình cơ bản của bơm ly tâm có dạng:
H
∞
=
g
cu
u22
(2.5)
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
đều trên các mặt cắt của dòng chảy, tạo ra các dòng xoáy và các dòng quẩn trong
máng dẫn. Điều này thể hiện trên hình:
Hình 2.4. Phân bố vận tốc trong máng dẫn
Mặt khác, chất lỏng có độ nhớt do đó gây ra tổn thất trong dòng chảy. Vì

vậy cột áp thực tế nhỏ hơn cột áp lý thuyết H
∞
.
Cột áp thực tế của bơm ly tâm H được tính theo:
H =
∞lHZ
H
ηε
(2.6)
Z
ε
: - Hệ số kể đến ảnh hưởng của số cánh dẫn hữu hạn đến cột áp, được
gọi là hệ số cột áp; bằng lý thuyết về dòng xoáy và thực nghiệm, năm 1931 viện
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
15
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
sĩ Prôskua đã xác định
Z
ε
đối với bơm ly tâm, được tính theo công thức sau:

Z
ε
= 1-
2
sin.
β
π
Z
(2.7)

Z - Số cánh dẫn của bánh công tác.
Với Z và
2
β
thông thường, trị số trung bình của hệ số cột áp
Z
ε
≈
0,8.
H
η
- Hệ số kể đến tổn thất năng lượng của dòng chất lỏng chuyển động qua bánh
công tác, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước, kết cấu của bánh công tác
và bộ phận hướng dòng…, được gọi là hiệu suất cột áp của bánh công tác.
Với bơm ly tâm (
H
η
= 0,7
÷
0,9).
Nếu xét ảnh hưởng của số cánh dẫn hữu hạn đến cột áp, cột áp lý thuyết
ứng với số cánh dẫn hữu hạn là:
H


=
Z
ε
.H
∞

Cột áp thực tế của bơm ly tâm là:
H =
Z
ε
.
H
η
.
g
cu
u22
.
(2.8)
Đối với bơm có kết cấu và số vòng quay thông thường thì:
Z
ε
.
H
η
.c
2u
=
Z
ε
.
H
η
.c
2
.cos

2
α
≈






Ψ
2
.
2
u

Trong tính toán gần đúng, có thể xác định cột áp thực tế của bơm ly tâm
theo biểu thức: H=
g
u
2
.
2
2
Ψ
(2.9)

Ψ
: Hệ số cột áp thực tế.
2.4. Hiệu suất của bơm ly tâm và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của
bơm ly tâm

Trong thực tế khi máy bơm làm việc động năng của động cơ truyền cho
máy bơm một phẩn sẽ được chuyển thành thế năng cho chất lỏng: lưu lượng và
cột áp, một phần bị tiêu hao do các tổn thất thủy lực và sự dò rỉ trong máy bơm.
Hiệu suất toàn phần của bơm xác định theo công thức:
N
N
ct
=
η
%
N: Công suất làm việc.
Bằng lý thuyết và thực nghiệm người ta nhận thấy hiệu suất toàn phần của
máy bơm phụ thuộc: Tổn thất thể tích, tổn thất thủy lực, tổn thất cơ khí.
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
16
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
η
=
η
tt
.
η
tl
.
η
ck
2.4.1. Tổn thất thể tích
Khi máy bơm làm việc chất lỏng theo các khe hở giữa các bánh công tác
và vỏ khoang hướng dòng chảy ngược lại. Chảy ngược trong các cấp của bơm
nếu bơm có nhiều cấp.

Tổn thất thể tích trong bơm ly tâm thường là:
98,090,0 ÷=
tt
η
2.4.2. Tổn thất thủy lực
Tổn thất thủy lực trong máy bơm bao gồm: các tổn thất do ma sát giữa các
lớp chất lỏng và ma sát giữa chất lỏng với thành ống, các khe trong bánh công
tác, khoang hướng dòng…
Tổn thất thủy lực thường là:
95,070,0 ÷=
tl
η
2.4.3. Tổn thất cơ khí
Khi bơm làm việc một phần năng lượng bị tiêu hao để thắng lực ma sát tại
các ổ đỡ, các đệm làm kín và các khớp nối…Ma sát mặt ngoài của bánh công tác
với chất lỏng.
Tổn thất cơ khí thường là:
98,085,0 ÷=
ck
η
2.5. Quan hệ tương tự trong bơm ly tâm
Khi số vòng quay làm việc n của bơm thay đổi, các thông số làm việc
khác của bơm cũng thay đổi theo.
Thực nghiệm chứng tỏ rằng, khi bơm ly tâm với số vòng quay thay đổi ít
(dưới 50% so với số vòng quay định mức) thì hiệu suất của bơm thay đổi tương
đối ít, có thể xem như không đổi
η
= const. Mặt khác các tam giác vận tốc đều
tỷ lệ với số vòng quay, nên các tam giác vận tốc sẽ đồng dạng với nhau. Do đó
các chế độ làm việc khác nhau của bơm trong trường hợp này xem như các

trường hợp tương tự.
Trong thực tế, ngoài số vòng quay làm việc thay đổi còn có thể gặp trường
hợp trọng lượng riêng
γ
của chất lỏng thay đổi, đường kính ngoài D của bánh
công tác thay đổi. Để đáp ứng yêu cầu sử dụng, khi cần giảm cột áp và lưu lượng
so với định mức, có thể giảm bớt đường kính D (chỉ trong phạm vi 10%), và hiệu
suất của bơm coi như không đổi. Có thể xem các chế độ làm việc của bơm trong
trường hợp này là các chế độ làm việc tương tự.
Gọi Q
1
, H
1
, N
1
– Là lưu lượng, cột áp và công suất ứng với D
’
,
1
γ
và n
1
.
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
17
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Gọi Q
2
, H
2

, N
2
– Là lưu lượng, cột áp và công suất ứng với D
”
,
2
γ
và n
2
.
Bảng 2.2. Quan hệ tương tự trong một bơm ly tâm
Các
thông số
Khi
γ
thay đổi
Khi n
thay đổi
Khi D
thay đổi
Khi
γ
, n, D
thay đổi
Lưu
lượng Q
Q
2
= Q
1

Q
2
=
1
2
n
n
Q
1
Q
2
=
3
'
''








D
D
Q
1
Q
2
=

3
'
''
1
2








D
D
n
n
Q
1
Cột áp
H
H
2
=
2
1
γ
γ
H
1

H
2
=
2
1
2








n
n
H
1
H
2
=
2
'
''









D
D
H
1
H
2
=
2
'
''
2
1
2
2
1

















D
D
n
n
γ
γ
H
1
Công
suất N
N
2
=
1
2
γ
γ
N
1
N
2
=
3
1
2









n
n
N
1
N
2
=
5
'
''








D
D
N
1
N
2

=
5
'
''
3
1
2
1
2
















D
D
n
n
γ

γ
N
1
2.6. Đường đặc tính làm việc của bơm ly tâm
Các quan hệ H = f
1
(Q), N = f
1
(Q) biểu thị đặc tính làm việc của bơm,
được biểu 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 dùng các đường đặc tính sau:
- Các đường đặc tính được xây dựng nên từ các số liệu tính toán được gọi
là đường đặc tính tính toán, nếu được xây dựng từ các giá trị đo được qua thí
nghiệm gọi là đường 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 là đường đặc tính tổng hợp.
Trong ba đường đặc tính: Cột áp, công suất, hiệu suất, quan trọng hơn cả
là đường 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
η
= f(Q).
Công dụng của các đường đặc tính là: Qua chúng ta có thể biết được một
cách tổng quát các đặc tính làm việc của bơm, cho phép ta mở rộng phạm vi làm
việc và sử dụng hợp lý các chế độ làm việc khác nhau của bơm.
2.6.1. Đường đặc tính làm việc (n = const), đường đặc tính tính toán
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
18

Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp

C
2u
C
2
U
2
w
2
C
2u
a
2
ß
2
C
2m
U
2
Hình 2.5: Tam giác vận tốc cửa vào
Từ phương trình cơ bản: H
lt
=
g
cu
u22
Từ tam giác vận tốc: c
2u
= u

2
- c
2m
cotg β
2
Ta có c
2m
=
22
1
bD
Q
π
Do đó cột áp lý thuyết là:
H
lt
=
g
1
u
2
( u
2
- c
2m
cotg β
2
) =
g
1

u
2
2
-
π
β
gbD
gu
22
22
cot
Q
1
Đối với một bơm cho trước thì u
2
, D
2
, b
2
là những đại lượng không đổi
nên phương trình đặc tính cơ bản lý thuyết có dạng:
H
lt
= a - b cotg β
2
Q
1
(a, b là những hằng số dương).
Đường biểu diễn phương trình này gọi là đường đặc tính cơ bản lý thuyết,
đó là một đường không qua gốc tọa độ, hệ số góc của nó tùy thuộc vào trị số góc

ra của cánh dẫn β
2
. Trong trường hợp tổng quát đối với máy bơm ly tâm, ta có
ba dạng đường đặc tính lý thuyết (hình 2.6).
Hình 2.6: Đường đặc tính cơ bản tính toán của bơm ly tâm
- Nếu β
2
< 90
o
thì cotg β
2
> 0, ta có đường AD.
- Nếu β
2
= 90
o
thì cotg β
2
= 0, ta có đường AC.
- Nếu β
2
> 90
o
thì cotg β
2
> 0, ta có đường AB.
Như đã phân tích ở trên đối với bơm ly tâm thì β
2
< 90
0

, do đó đường đặc
tính lý thuyết 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:H
lt
=
g
cu
u22
Khi kể đến ảnh hưởng do số cánh dẫn có hạn, đường đặc tính trở thành
đường A
’
D
’
(hình 2.6): H
lt
=
z
ε
H
lt
Trong đó:
z
ε
< 1 là hệ số kể tới ảnh hưởng của số cánh dẫn có hạn.
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
19
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Khi kể tới các loại tổn thất thủy lực của dòng chất lỏng qua bánh công tác,
các loại tổn thất này đều tỷ lệ với bình phương của vận tốc, nghĩa là cũng tỷ lệ
với bình phương của lưu lượng thì đường đặc tính là đường cong bậc hai A

”
D
”
.
Khi kể tới các loại tổn thất cơ khí và lưu lượng thì đường đặc tính dịch về
phía trái và thấp hơn một chút so với đường A
”
D
”
trở thành đường A
”’
D
”’
đây
chính là đường đặc tính cơ bản tính toán của bơm ly tâm.
2.6.2. Đường đặc tính thực nghiệm
Cách xây dựng đường đặc tính bằng tính toán ở trên rất phức tạp và khó
khăn vì việc đánh giá chính xác các loại tổn thất cả bơm rất khó mà hiện nay còn
cần phải nghiên cứu thêm nhiều. Vì vậy, trong kỹ thuật thường xây dựng các
đường đặc tính bằng các số liệu đo được 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
cho bơm làm việc trong hệ thống thí nghiệm (hình 2.7).
1
2
C
4
5
A
3

Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm bơm ly tâm.
1. Bể
A. Áp kế
2. Khóa trên ống hút
C. Chân không khí
3. Bơm
5. Khóa trên đường ống đẩy.
4. Dụng cụ đo lường
Trình tự tiến hành thí nghiệm như sau:
1. Đầu tiên mở khóa 2 ở ống hút và cho bơm làm việc cho đến khi số
vòng quay của trục bơm đạt tới giá trị yêu cầu, trong đó khóa 5 ở ống đẩy vẫn
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
20
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
đóng tức là: Q = 0. Từ các trị số đo được lúc này ở áp kế và chân không kế, ta
suy ra được cột áp H của bơm ở chế độ “không tải” (Q = 0).
2. Sau đó mở dần khóa 5 ở ống đẩy để tăng lưu lượng của bơm cho đến
khi đạt trị số cực đại. Trong qua trình thay đổi lưu lượng, số vòng quay làm việc
của bơm vẫn không đổi. Tại mỗi vị trí mở của khóa 5, ta đo được các số liệu thí
nghiệm của bơm và của động cơ để tính ra lưu lượng Q, cột áp H và công suất
của động cơ N
đc
.
Trình tự thí nghiệm cũng có thể tiến hành ngược lại từ chế độ làm việc có
lưu lượng 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 làm việc) khác nhau của bơm.
Tại mỗi điểm làm việc, từ các số liệu của Q, H ta tính được công suất thủy
lực của bơm. So sánh công suất thủy lực với công suất đo được trên trục bơm, ta
suy ra được hiệu suất của bơm.

Như vậy từ các số liệu thí nghiệm, ta có thể xây dựng được các đường đặc
tính thực nghiệm của bơm H-Q, N-Q,
η
-Q (hình 2.8).
Hình 2.8: 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 tâm thường có ba dạng: Dạng dốc đứng (đường I), dạng dốc vừa (đường II),
dạng dốc lồi (đường III) (hình 2.9).
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
Q(l/s)
N(kW)
N-Q
η%
9
η-Q
H-Q
H(m)
0
10
50
40
30
20
0
10
20
30
40
80
0

60
50
70
10
20
30
40
10 20 30 40 50 90807060
21
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
Hình 2.9: Các dạng đường đặc tính của bơm ly tâm.
Đường đặc tính dạng lồi có điểm H
max
khi Q # 0, bơm có dạng đường đặc
tính này, dạng đường đặc tính này có khu vực làm việc không ổn định (quanh
khu vực H
max
ứng với mỗi trị số cột áp H có thể có hai trị số lưu lượng). Vì vậy,
đường đặc tính dạng lồi gọi là đường đặc tính không ổn định. Còn loại đường
đặc tính có hai dạng kia gọi là đường đặc tính ổn định.
2.6.3. Công dụng của các đường đặc tính
Qua các đường đặc tính H-Q, N-Q,
η
- Q, ta thấy được khu vực làm việc
có lợi nhất ứng với hiệu suất cao nhất của bơm. Vì vậy, để nâng cao chỉ tiêu kinh
tế sử dụng cho bơm, ta nên chọn chế độ làm việc của bơm ứng với điểm có
max
η

hoặc khu vực gần đấy sao cho có

η
= (
max
η
- 7%).
2.6.4. Đường đặc tính tổng hợp
Mỗi đường đặc tính làm việc được xây dựng với một số vòng quay không
đổi của bơm. Nếu thay đổi số vòng quay làm việc thì đường đặc tính làm việc
cũng thay đổi theo. Để biết được nhanh chóng các thông số Q,
η
, N của bơm
thay đổi như thế nào khi số vòng quay của bơm thay đổi, người ta xây dựng
đường đặc tính tổng hợp của bơm (hình 2.10).
Đường đặc tính tổng hợp của bơm chính là đường biểu diễn quan hệ Q- H
với các số vòng quay thay đổi, trên đó có các điểm làm việc cùng hiệu suất nối
với nhau thành 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
việc ứng 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
suất ứng với một trị số lưu lượng Q
i
nào đó. Khi lưu lượng của bơm thay đổi Q #
Q
i
thì có thể có hai trị số lưu lượng có cùng hiệu suất như nhau. Dóng các điểm
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
H
H
II
I

21
Q
2
Q
1
Q00 Q
H
max
H
1,2
III
22
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
có cùng hiệu suất lên đường đặc tính H-Q và nối lại bằng những đường cong, ta
có đường cong cùng hiệu suất.
Hình 2.10: Đường đặc tính tổng hợp của bơm ly tâm.
2.7. Điểm làm việc và điều chỉnh chế độ làm việc của bơm ly tâm
2.7.1. Điểm làm việc

0
H
A
H
Q
Q
A
A
Hình 2.11: Điểm làm việc của bơm.
Điểm làm việc của bơm bao giờ cũng làm việc trong một hệ thống cụ thể
nào đấy. Khi bơm làm việc ổn định thì cột áp “đẩy” của bơm bằng cột áp “cản”

của hệ thống. Nói một cách khác, một chế độ làm việc của bơm trong một hệ
thống có thể biểu diễn 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 2.11, điểm A (giao điểm của hai đường đặc tính của bơm
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
23
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
và hệ thống) biểu thị một chế độ làm việc của hệ thống bơm với cột áp H
A
và lưu
lượng Q
A
.
2.7.2. Các phương pháp điều chỉnh bơm
Trong quá trình làm việc do yêu cầu kỹ thuật, nhiều khi cần phải thay đổi
điểm làm 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 trình điều chỉnh.
Có hai nhóm phương pháp điều chỉnh:
- Điều chỉnh đường đặc tính lưới: Thay đổi đường kính ống dẫn, thay đổi
vận tốc v của dòng chảy, thay đổi độ nhớt υ của chất lỏng bơm, giảm hoặc tăng
tổn thất cục bộ…
- 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, nếu dẫn động bằng động cơ điezen thì thay đổi chế độ nạp nguyên
liệu cho động cơ hoặc lắp thêm biến tốc giữa cơ và máy bơm), thay đổi số tầng
bơm đối với bơm nhiều cấp…
Đối với hệ thống bơm thông thường, có các phương pháp điều chỉnh sau:
2.7.2.1. Điều chỉnh bằng khóa

Hình 2.12: Điều chỉnh máy bơm bằng khóa
Nội dung của phương pháp này là tạo nên sự thay đổi đường đặc tính lưới
bằng cách 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 2.12 thể hiện nội dung của phương pháp điều chỉnh
này. Khi mở khóa hoàn toàn thì có điểm làm việc A (H
A,
Q
A
). Khi đóng bớt khóa
lại thì tổn thất khóa sẽ tăng lên (
BA
ξξ
→
) lưu lượng của hệ thống giảm đi, nghĩa
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
24
H
H
B
H
A
B
A
0
Q
B
Q
A
Q

ξ
B
H
A
A
Q
A
H
Q
H - Q
B
l
H - Q
B
H - Q
H - Q
B B
(n > n )
A
(n )
A
A
(n < n )
C
B
H
C
H
B
C

Q
C
Q
B
0
Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Đồ án tốt nghiệp
là đường đặc tính lưới sẽ thay đổi, dốc hơn, trong khi đó đường đặc tính bơm
vẫn không thay đổi, điểm làm việc chuyển từ A đến B (H
B,
Q
B
).
Phương pháp điều chỉnh này đơn giản, thuận tiện nhưng không tinh tế vì
sẽ gây nên tổn thất ở khóa khi điều chỉnh và chỉ điều chỉnh được trong những
phạm vi hạn chế.
2.7.2.2. 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
bơm bằng cách thay đổi số vòng quay của trục bơm. Phương pháp này chỉ áp
dụng cho các bơm có thiết bị thay đổi số vòng quay. So với với phương pháp
điều chỉnh bằng khoá phương pháp này tinh tế hơn.
Hình 2.13 Điều chỉnh bằng cách thay đổi số vòng quay
Hình 2.13 thể hiện của phương pháp điều chỉnh này. Điểm làm việc của
bơm A (H
A
,Q
A
) ứng với số vòng quay n
A
. Khi tăng số vòng quay đến n
B

>n
A
thì
đường đặc tính của bơm sẽ khác đi, trong khi đó đường đặc tính lưới không thay
đổi, điểm làm việc chuyển từ A đến B.
2.7.2.3. Điều chỉnh bơm bằng cách lắp đặt bánh công tác thay thế
Nội dung của phương pháp là thay đổi đường đặc tính riêng của bơm bằng
cách thay đổi đường kính bánh xe công tác.
Hình 2.14. Điều chỉnh bơm bằng cách gọt bánh xe công tác
Trên hình vẽ mô tả máy bơm có đường kính bánh xe công tác D
A
, khi làm
việc trong hệ thống có lưu lượng Q
A
. Để đạt được lưu lượng Q
B
theo yêu cầu
phải tính toán gọt bánh xe công tác đến đường kính D
B
.
Sinh viên: Phan Văn Trại Lớp: Thiết bị dầu khí K_51
25
A
Q
B
H
A
H
B
-Q(D

B
<D
A
)
H
1
- Q
l
Q
H
A
Q
B
H
B
0
H
A
-Q(D
A
)