LỰA CHỌN CHẾ độ làm VIỆC của máy bơm SULZER MSD d 4 8 10 ½ TRÊN GIÀN MSP 3, tại mỏ BẠCH hổ

Mục lục
Mục lục..................................................................................................................... 1
LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................1
CHƯƠNG 1..............................................................................................................3
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BƠM VẬN CHUYỂN DẦU Ở LIÊN DOANH DẦU
KHÍ VIETSOVPETRO............................................................................................3
1.1. Yêu cầu và nhiệm vụ của bơm vận chuyển dầu khí....................................................3
1.2. Tính chất hóa lý của dầu thơ của mỏ Bạch Hổ............................................................4
1.3. Các loại bơm ly tâm sử dụng trong công tác vận chuyển dầu ở mỏ Bạch Hổ............5
1.4 Sơ đồ công nghệ hệ thống thu gom và vận chuyển dầu (hình 1.1)..............................6
1.4.1 Mục đích và nhiệm vụ...........................................................................................6

CHƯƠNG 2:...........................................................................................................13
LÝ THUYẾT CHUNG VỀ BƠM LY TÂM............................................................13
2.1. Lý thuyết cơ bản về bơm ly tâm................................................................................13
2.1.1. Phương trình cơ bản của bơm ly tâm.................................................................13
2.1.2. Cột áp thực tế của bơm ly tâm............................................................................14
2.1.3. Ảnh hưởng của kết cấu cánh dẫn cột áp của bơm ly tâm...................................15
2.1.4. Lưu lượng của bơm ly tâm.................................................................................20
2.2. Đường đặc tính bơm ly tâm.......................................................................................21
2.2.1. Đường đặc tính làm việc (n = const), đường đặc tính tính tốn.........................21
2.2.2. Đường đặc tính thực nghiệm..............................................................................23
2.2.3. Cơng dụng của các đường đặc tính....................................................................25
2.2.3. Đường đặc tính tổng hợp....................................................................................26
2.3. Điểm làm việc và sự điều chỉnh bơm........................................................................27
2.3.1. Điểm làm việc....................................................................................................27
2.3.2. Các phương pháp điều chỉnh bơm......................................................................28
2.3.3. Khu vực điều chỉnh............................................................................................30
2.4. Các phương pháp ghép bơm......................................................................................32
2.4.1. Ghép song song..................................................................................................32
2.4.2. Ghép nối tiếp......................................................................................................33

2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất bơm ly tâm......................................................33
2.5.1. Tổn thất thể tích..................................................................................................34
2.5.2. Tổn thất thủy lực................................................................................................34
2.5.3. Tổn thất cơ khí....................................................................................................34

CHƯƠNG 3............................................................................................................35
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA.....................................................35
BƠM SULZER MSD-D-4-8-10 ½..........................................................................35
3.1. Sơ đồ cơng nghệ bơm vận chuyển dầu khí................................................................35
3.2. Sơ đồ tổng thể và đặc tính kỹ thuật của bơm sulzer MSD-D-4-8-10 ½....................35
3.2.1. Sơ đồ tổng thể của bơm......................................................................................35
3.2.2. Các thơng số kỹ thuật của bơm..........................................................................36
3.3. Cấu tạo bơm..............................................................................................................37
3.3.1. Thân máy............................................................................................................37
3.3.2. Phần roto.............................................................................................................37
3.3.3. Gối đỡ.................................................................................................................38
3.3.4. Khớp nối.............................................................................................................39


3.3.5. Hệ thống làm kín bơm........................................................................................40
3.4. Bơi trơn......................................................................................................................41
3.5. Động cơ.....................................................................................................................42
3.6. Nguyên lý làm việc của bơm Sulzer MSD-D-4-8-10 ½............................................42

CHƯƠNG 4............................................................................................................44
VẬN HÀNH, KIỂM TRA BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA...................................44
BƠM SULZER MSD-D-4-8-10 ½..........................................................................44
4.1. Quy trình vận hành bơm Sulzer.................................................................................44
4.1.1. Khởi động bơm Sulzer.......................................................................................44
4.1.2. Tắt máy bơm.......................................................................................................45

4.1.3. Kiểm tra trong quá trình làm việc......................................................................45
4.2. Quy trình kiểm tra máy bơm trong quá trình vận hành.............................................45
4.3. Quy trình bảo dưỡng kỹ thuật...................................................................................46
4.4. Quy trình sửa chữa....................................................................................................51
4.4.1. Quy trình cơng nghệ sửa chữa bơm Sulzer........................................................51
Việc sửa chữa bơm Sulzer phải tn theo quy trình cơng nghệ sửa chữa nhất định.
Dưới đây là quy trình cơng nghệ sửa chữa một số chi tiết chính trong máy bơm Sulzer
tại xưởng cơ điện thuộc xí nghiệp liên doanh dầu khí VietsovPetro. Quy trình cơng
nghệ sửa chữa bơm Sulzer được trình bày theo sơ đồ ( hình4.1 )................................52
4.4.2. Quy trình cơng nghệ sửa chữa một số chi tiết quan trọng của bơm Sulzer........52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................69


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

SỐ HIỆU BẢNG
1.1
2.1

4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
5.1

TÊN BẢNG
Độ nhớt của dầu thô ở mổ Bạch Hổ
Sự phụ thuộc của cột áp thực tế ϕ vào ns
Một số dạng hỏng hóc của bơm
Quy trình cơng nghệ sửa chữa trục bơm
Quy trình cơng nghệ bánh cơng tác cấp 1
Quy trình sửa chữa bánh cơng tác trái
Quy trình sửa chữa bạc làm kín bơm
Quy trình sửa chữa gối đỡ chặn
Hệ số tổn thất cục bộ

TRANG
4
15
48
51
53
55
56
57
62

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN
STT

SỐ HÌNH VẼ

TÊN HÌNH VẼ

TRANG

1
2
3
4
5
6

Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6

Tam giác tốc độ cửa vào bánh cơng tác
Các kiểu bố trí cánh dẫn trong bơm ly tâm
Kết cấu các góc trong bơm ly tâm
Biểu đồ quan hệ của Hlt và góc ra β2
Tam giác vận tốc cửa vào
Đường đặc tính cơ bản tính tốn của bơm ly tâm

13
17
17
19
21
22

7
8
9
10
11
12
13
14

Hình 2.7
Hình 2.8
Hình 2.9
Hình 2.10
Hình 2.11
Hình 2.12
Hình 2.13
Hình 2.14

23
25
25
27

27
28
29
30

15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

Hình 2.15
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7

Hình 3.8
Hình 4.1
Hình 4.2
Hình 4.3
Hình 4.4
Hình 4.5
Hình 4.6
Hình 5.1

Sơ đồ hệ thống thí nghiệm bơm ly tâm
Đường đặc tính thực nghiệm của bơm ly tâm
Các dạng đường đặc tính của bơm ly tâm
Đường đặc tính thực nghiệm của bơm ly tâm
Điểm làm việc của bơm
Điều chỉnh bơm bằng khoá
Điều chỉnh bằng cách thay đổi số vịng quay
Đặc tính hiệu suất khi lắp đặt bánh công tác
thay thế
Khu vực điều chỉnh của bơm ly tâm
Sơ đồ tổng thể của máy bơm
Sơ đồ thân máy bơm
Sơ đồ mặt cắt dọc của máy bơm
Ổ đỡ phía đầu động cơ
Ổ đỡ phía đầu tự do
Khớp nối
Vịt dầu giữ mức ổn định Denco
Cấu tạo động cơ
Quy trình sửa chữa máy bơm
Trục bơm
Bánh cơng tác cấp 1

Bánh cơng tác trái
Bạc làm kín bơm
Gối đỡ chặn
Sơ đồ lắp đặt hệ thống bơm vận chuyển dầu tại
giàn MSP-03 mỏ Bạch Hổ.

31

Hình 5.2

Đồ thị đường đặc tính của bơm và mạng dẫn

66

31
35
37
38
39
39
40
41
42
52
53
54
54
56
57
58

1

LỜI NĨI ĐẦU
Trong q trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngành cơng nghiệp
dầu khí hiện nay trở thành một ngành công nghiệp trọng điểm của đất nước. Hiện
nay các cơng ty, xí nghiệp trực thuộc Tập đồn Dầu Khí Việt Nam đã và đang hợp
tác với các cơng ty nước ngồi, thực hiện các dự án đầu tư của tập đoàn, khẳng định
tiềm năng phát triển mạnh mẽ của ngành dầu khí Việt Nam.
Năm 1981, xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro được thành lập mở ra giai đoạn
mới để phát triển ngành dầu khí non trẻ. Hàng năm cán bộ cơng nhân dầu khí được
đào tạo, các căn cứ dịnh vụ dầu khí ở Vũng Tàu được hình thành với nhiều loại
phương tiện thiết bị kỹ thuật, được đầu tư để phục vụ cho cơng tác tìm kiếm thăm
dị và khai thác dầu khí. Tháng 6/1996 xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro đưa mỏ
Bạch Hổ vào khai thác với sản lượng 40 ngàn tấn dầu thô, ngày 12 -10 -1997 xí
nghiệp đã khai thác được hơn 50 triệu tấn dầu thơ, chỉ tính riêng năm 1998 đã khai
thác được 12 triệu tấn dầu thô. Hiện nay tại mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng đã xây dựng
hơn 40 cơng trình biển trong đó có các cơng trình chủ yếu như: 12 giàn cố định, 10
giàn nhẹ, 2 giàn công nghệ trung tâm, 2 giàn khí nén, 4 giàn duy trì áp suất vỉa, 2
giàn khoan tự nâng, 4 trạm rót dầu không bến. Lắp đặt trên 400 km đường ống
ngầm kết nối các cơng trình nội mỏ và liên mỏ thành một hệ thống cơng nghệ liên
hồn.
Ngày nay, ngành dầu khí Việt Nam đã có những phát triển vượt bậc, sản
lượng khai thác ngày càng tăng, trang thiết bị ngày càng hiện đại, đội ngũ cán bộ
được đào tạo và có tay nghề cao.
Do đặc điểm địa chất, kiến tạo của thềm lục địa Việt Nam, nên các mỏ hầu
hết nằm ở thềm lục địa, do ảnh hưởng của vị trí địa lý các mỏ đề nằm ở ngồi biển,
khí hậu khắc nghiệt, nên q trình thăm dị và khai thác gặp rất nhiều khó khăn. Để
đạt được mục tiêu đề ra thì xí nghiệp liên doanh cịn rất nhiều việc phải làm, một

trong những cơng việc quan trọng đó là nghiên cứu các giải pháp hợp lý nhất, kinh
tế nhất khi sử dụng các loại máy móc, thiết bị trong cơng tác khoan, khai thác, vận
chuyển dầu khí.
Các đề tài nghiên cứu về lĩnh vực dầu khí rất phong phú và đa dạng, riêng về
ngành cơ khí thiết bị phục vụ cho cơng tác tìm kiếm, thăm dị và khai thác cũng
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 và nâng cao hiệu quả sử dụng là điều rất cần thiết hiện nay.


2

Với mục đích nghiên cứu để nâng cao hiệu quả làm việc của đệm làm kín và
hạn chế tối đa sự rị rỉ chất lỏng trong q trình làm việc của bơm Sulzer MSD-D-48-10 ½ . Trên cơ sở vận dụng những kiến thức đã được học ở trường, và thời gian
thực tập tại xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro, cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy
hướng dẫn: TS. Lê Đức Vinh, các cán bộ công nhân viên thuộc liên doanh dầu khí
Vietsovpetro và các bạn bè đã giúp tơi hồn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời hạn
với đề tài “LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM SULZER
MSD-D-4-8-10 ½ TRÊN GIÀN MSP 3, TẠI MỎ BẠCH HỔ”.
Nội dung đề tài gồm 5 chương
Chương 1: Giới thiệu chung về bơm vận chuyển dầu ở xí nghiệp liên doanh dầu
khí Vietsovpetro.
Chương 2: Lý thuyết chung về bơm ly tâm.
Chương 3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm Sulzer MSD-D-4-8-10 ½ .
Chương 4: Vận hành, kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa máy bơm Sulzer MSD-D-4-810 ½
Chương 5: Lựa chọn chế độ làm việc của máy bơm Sulzer MSD-D-4-8-10 ½ tại
giàn MSP-03 mỏ Bạch Hổ.
Hà Nội, ngày ... tháng ... năm ...
Sinh viên

3

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BƠM VẬN CHUYỂN DẦU Ở LIÊN DOANH DẦU
KHÍ VIETSOVPETRO
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 liên doanh dầu khí
Vietsovpetro đang thăm dị và khai thác đều nằm ngồi biển. Vì thế việc lựa chọn và
bố trí bơm vận chuyển dầu là điều hết sức cần thiết. Hiện nay liên doanh đang khai
thác trên hai mỏ Bạch Hổ và mỏ Rổng khoảng cách giữa hai mỏ khoảng 30 km. Tại
các giàn cố định sau khi dầu được khai thác lên từ các giếng khoan sẽ được đưa đến
các bình tách để xử lý cơng nghệ, sau đó dầu được đưa đến các bình chứa lắp đặt
trên các giàn khoan. Để vận chuyển dầu từ các hình chứa này đến giàn công nghệ
trung tâm số 2 và 3 hoặc được bơm trực tiếp ra các tàu chứa người ta phải sử dụng
các thiết bị để vận chuyển.
Một trong những phương pháp vận chuyển dầu được sử dụng phổ biến trong
ngành cơng nghiệp dầu khí là phương pháp vận chuyển bằng đường ống, bởi vì so
với các phương pháp khác thì phương pháp này có ưu điểm: Kết cấu đơn giản, an
tồn khi sử dụng và ít ảnh hưởng đến các cơng trình trên bề mặt.
Khi vận chuyển dầu bằng đường ống vấn đề đặt ra là phải duy trì được năng
lượng dịng chảy ln ln lớn hơn tổn thất năng lượng trên suốt chiều dài của
đường 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
tình trạng dầu khai thác lên ứ đọng tại các bình chứa làm ảnh hưởng đến cơng tác
khai thác. Để giải quyết vấn đề này chúng ta phải lựa chọn máy bơm sao cho hợp
lý, máy bơm sử dụng để vận chuyển dầu có những đặc điểm riêng so với các loại
máy bơm trong các ngành công nghiệp khác và phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
+ Bơm làm việc có lưu lượng đảm bảo yêu cầu
+ 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 cơng tác vận chuyển
dầu khí như: Máy bơm piston, máy bơm ly tâm, máy bơm hướng trục, máy bơm
phun tia…mỗi loại máy bơm có cơng dụng và phạm vi sử dụng khác nhau. Trong


4

cơng tác vận chuyển dầu khí người ta thường sử dụng máy bơm ly tâm vì so với các
loại máy bơm khác máy bơm ly tâm có những ưu điểm sau:
- Đường đặc tính của bơm phù hợp với yêu cầu thay đổi của mạng đường
ống dẫn 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 ÷ 7000 m3/h
+ Cơng suất từ 1÷ 6000 kW
+ Số vịng quay từ 730 ÷ 6000 vịng/ phút.
Phần lớn số vòng quay của trục bơm ly tâm tương ứng phù hợp với số vòng
quay của động cơ điện tiêu chuẩn nên khơng cần phải có các bộ phận truyền động
trung gian.
+ Hiệu suất tương đối cao.
+ Hiệu quả kinh tế cao.
1.2. Tính chất hóa lý của dầu thơ của mỏ Bạch Hổ
Tính chất hóa lý của dầu thơ có ảnh hưởng đến chế độ làm việc cũng như độ
bền của bơm. Nếu như chất lỏng có tính axit sẽ gây nên hiện tượng ăn mịn hóa học
ở các chi tiết của bơm. Với chất lỏng vận chuyển là dầu thơ do đó mà ta cần phải
biết được tính chất của nó.

Dưới đây là tính chất của dầu thô ở mỏ Bạch Hổ
- Nhiệt độ đông đặc của dầu
Đối với dầu thơ ở mỏ Bạch Hổ có nhiệt độ đơng đặc khoảng 29 ÷ 34 oC hàm
lượng prafin 20 ÷ 25%. Trong đó nhiệt độ mơi trường khoảng 23 ÷ 24 oC điều này
gây khó khăn cho việc vận chuyển.
- Độ nhớt
Độ nhớt là một yếu tố rất quan trọng, nó thể hiện bản chất của chất lỏng.
Trong dịng chảy ln tồn tại các lớp chất lỏng khác nhau về vận tốc, các lớp này có
tác dụng tương hỗ các lớp kia theo phương tiếp tuyến của chúng. Lực này có tác
dụng làm giảm tốc độ các lớp chảy chậm. Ta gọi là lực ma sát.
Bảng 1.1.Kết quả thực nghiệm xác định độ nhớt của dầu ở mỏ Bạch Hổ
t > 61oC
38oC < t < 61oC
30oC < t < 38oC
t < 30oC
- Tỷ trọng

µ = 0,06e-0,01t
µ = 0,03e -0,04t
µ = 3,47e-0,88t
µ = 10,2e-0,16t


5

Tỷ trọng dầu phụ thuộc nhiều vào độ nhớt và thành phần dầu. Trong suốt quá
trình vận chuyển dầu nhiệt độ thay đổi dọc theo đường ống làm tỷ trọng cũng thay
đổi theo. Tỷ trọng dầu ở mỏ Bạch Hổ ở 20oC là: P20 = 840 (kg/m3).
- Thành phần
Dầu thô ở mỏ Bạch Hổ có hàm lượng lưu huỳnh khá thấp (nhỏ hơn 0,1%).

Tuy nhiên hàm lượng prafin khá cao khoảng 25%. Thành phần prafin khá đa dạng
bao gồm nhiều phần tử prafin có chiều dài mạch cacbon khác nhau. Dầu thơ ở mỏ
Bạch Hổ phần lớn prafin có mạch cacbon dài nhiệt độ bắt đầu kết tinh khá cao
khoảng 48oC. Do thành phần đa dạng nên nhiệt độ kết tinh prafin không xác định.
Các prafin mạch dài kết tinh trước, các prafin mạch ngắn kết tinh sau ở nhiệt độ
thấp hơn do đó các prafin kết tinh ở các nhiệt độ khác nhau. Qua nghiên cứu cho
thấy hàm lượng prafin kết tinh lớn nhất trong khoảng 38÷43 oC. Sự phân tách các
prafin trong quá trình vận chuyển dầu ảnh hưởng đến các thông số khác nhau như
nhiệt độ, độ nhớt…
1.3. Các loại bơm ly tâm sử dụng trong công tác vận chuyển dầu ở mỏ Bạch Hổ
Hiện nay trên các giàn khai thác dầu khí của Vietsovpetro đang sử dụng các
loại máy bơm ly tâm dùng trong công tác vận chuyển dầu như: SULZER MSD-D-48-10 ½ , HK- 200/210, HIIC- 65/ 35-500, JMGP, R360/150 GM-3, GM-1…
Dưới đây là thông số kỹ thuật của một số loại bơm.
- Bơm SULZER MSD-D-4-8-10 ½
+ Chất lỏng bơm
Dầu thơ
+ Nhiệt độ chất lỏng bơm
90 oC ÷ 120oC
+ Lưu lượng bơm định mức
130 m 3/h
+ Độ chênh áp
400 m
+ Hiệu suất bơm (theo khoảng hở API)
74%
+ Công suất bơm tiêu thụ (khi vận hành)
147 kW
+ Công suất bơm tiêu thụ lớn nhất
182 kW
+ Công suất động cơ
185 kW

+ Tốc độ bơm
2965 vòng/phút
- Bơm HK-200/120
+ Loại bơm HK
+ Lưu lượng bơm định mức
200m3/h
+ Áp suất bơm lớn nhất
210m cột nước
+ Động cơ là loại chống cháy nổ
BAO - 160 kW
+ Tốc độ động cơ
2980 vòng/phút
+ Dòng điện định mức của động cơ
280 A


6

+ Làm mát bằng nước ngọt hoặc nước biển (thường dụng nước ngọt bơm
tuần hồn).
+ Loại nhớt dùng bơi trơn ổ bi
-80 oC ÷ 400oC
- Bơm HIIC -65/35-500
+ Cơng suất động cơ
160 kW
+ Tốc độ động cơ
2961 vòng/ phút
+ Lưu lượng định mức bơm
65 m 3/h
+ Áp suất bơm lớn nhất 50 at

Nhận xét:
Hiện nay tại vùng mỏ Bạch Hổ sử dụng phổ biến các loại bơm ly tâm yêu
cầu cột áp lớn và lưu lượng vừa phải dùng để vận chuyển dầu cho các mỏ xa trạm
rót dầu như: HIIC 65/35- 500 và bơm SULZER. Đây là hai loại bơm làm 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 của bơm phải cao,
dùng vận chuyển dầu với lưu lượng lớn tại các điểm tiếp nhận tới các trạm rót dầu
cách đó khơng xa thì dùng các loại bơm như 9MJQ, HIIC 4/400, NK- 200/70, NK200/120…
Qua nhận xét trên chúng ta thấy việc vận chuyển dầu từ các giàn với lưu
lượng vừa phải, cột áp lớn và xa trạm rót dầu thì thường sử dụng hai loại bơm: HIIC
65/35- 500 và bơm SULZER do đó việc nghiên cứu và nâng cao hiệu quả sử dụng
của bơm SULZER là rất cần thiết do đó tơi đã chọn để làm đề tài tốt nghiệp của
mình.
1.4

Sơ đồ cơng nghệ hệ thống thu gom và vận chuyển dầu (hình 1.1)

1.4.1 Mục đích và nhiệm vụ
Dầu thô khai thác là hỗn hợp của nhiều chất: dầu, khí, nước, Parafin và tạp
chất. Để lấy dầu thương phẩm và vận chuyển được ta phải xây dựng hệ thống thiết
bị để thu gom xử lý. Nhiệm vụ của hệ thống thu gom và xử lý là:
+ Tách dầu ra khỏi khí và nước.
+ Dùng hố phẩm để gia nhiệt hoặc hạ nhiệt độ đông đặc của dầu.
+ Phân phối dòng sản phẩm nhờ cụm Manhephon đến các thiết bị đo, kiểm tra,
xử lý theo sơ đồ công nghệ.


7

Hình 1.2: Sơ đồ thu gom vận chuyển dầu khí

Dầu được khai thác lên từ cụm các giếng khai thác dầu khí,qua cụm phân
dịng dầu được đưa vào bình tách cao áp hay cịn gọi là bình 25m 3 tách sơ bộ rồi
hỗn hợp dầu khí được chuyển qua bình tách thấp áp C2 hay cịn gọi là bình 100m 3
,bình 100m3 lmà nhiệm vụ nhận dầu và một lượng khí nhỏ từ bình C1,C3,C4 và từ
đường xả tại BM1,2 sau đó tách dầu và khí cấp II trong hệ thống cơng nghệ khai
thác dầu khí. Lượng dầu khí sau khi được tách thấp áp ở bình 100m 3 sẽ được các
máy bơm vận chuyển dầu trong đó có máy bơm Sulzer bơm vận chuyển ra tàu chứa
hoặc sang giàn khác,và cũng có trường hợp máy bơm vận chuyển dầu sẽ bơm dầu
ngược trở lại bình tách C2 để đảm bảo mức dầu và áp suất trong bình tách C2 được
ổn định. Ngoài đường dầu đi ra từ giếng khai thác cũng qua bình tách cao áp rồi sau
đó một phần được dẫn ra Fakel đốt cịn một phần thì được dẫn qua hệ thống đường
ống dẫn đi sang giàn khác hoặc tàu chứa. Ngồi ra trên sơ đồ cơng nghệ trên hình
1.1 cịn nhưng đường khác như: đường khí gas, đường khí gaslift, đường hỗn hợp
dầu khí, đường condensat, đường nước ép vỉa, đường xả van an toàn, đường dập
giếng, đường hóa phẩm, đường nước cứu hỏa,đường nước làm mát, đường bao
blốc.Cịn có các hệ thống van an,hệ thống bơm vận chuyển dầu,hệ thống các bình
tách,chứa.....
1.5 Các loại bơm được sử dụng
Công tác vận chuyển dầu tại XNLDDK (Vietsovpetro) chủ yếu dùng máy
bơm ly tâm.Tùy theo sản lượng khai thác và vị trí cơng nghệ của từng giàn trong hệ
thống khai thác của toàn mỏ, mà sử dụng chủng loại và số lượng bơm ly tâm khác
nhau. Hiện nay trên các giàn tại XNLDDK (Vietsovpetro ) đang được sử dụng các
chủng loại bơm như sau:


8

1.5.1 Máy bơm ly tâm НПС 65 ÷35-500
Là tổ hợp bơm dầu ly tâm kiểu nằm ngang, nhiều tầng, trục bơm được làm
kín bằng dây salnhic mềm hoặc bộ làm kín kiểu mặt đầu. Bơm НПС 65÷35 - 500

được sử dụng để bơm dầu thơ, các loại khí hyđrocacbon hóa lỏng, các sản phẩm dầu
khí ở nhiệt độ từ -800 C đến 2000 C và các loại chất lỏng khác có tính chất lý hóa
tương tự. Các chất lỏng này khơng được chứa các tạp chất cơ học có kích thước lớn
hơn 0,2 mm 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= 160 KW ,
U=380V, tần số 50Hz và các thiết bị bảo vệ, làm mát, làm kín khác theo đúng yêu
cầu, qui phạm lắp đặt vận hành chúng. Một số thông số và đặc tính kỹ thuật như
sau:
+ Lưu lượng định mức ( m3/h ): (65÷ 35).
+ Cột áp ( mét cột chất lỏng ): 500
+ Tần số quay ( vg/phút ) :2950
+ Cột áp hút chân không ( mét cột chất lỏng ) : 4,2
+ Áp suất đầu vào không lớn hơn MПa ( kG/cm2 ):
- Với kiểu làm kín mặt đầu: 2,5 (25).
- Làm kín bằng salnhíc dây quấn:
• Kiểu CГ: 1,0 (10).
• Kiểu CO: 0,5 (5)
+ Cơng suất thủy lực yêu cầu của bơm ( kW ): 132.
+ Trọng lượng của bơm ( kg ): 1220.
+ Công suất của động cơ điện ( kW ): 160.
+ Điện áp ( V ): 380.
+ Tần số dòng điện ( Hz ): 50.
+ Hiệu suất làm việc hữu ích: 59%.
1.5.2. Bơm ly tâm НПС 40-400:
Là tổ hợp bơm cùng chủng loại kết cấu như bơm НПС 65/35-500, chỉ khác
đường kính ngồi của các bánh cơng tác của nó nhỏ hơn, Q, H cũng nhỏ hơn.
1.5.3. Máy bơm ly tâm SULZER - ký hiệu MSD 4 x 8x10 1/2:
Là loại bơm ly tâm có 5 cấp, nằm ngang trong đó bánh cơng tác thứ nhất là loại
có 2 cửa hút,4 bánh cơng tác cịn lại là loại có 1 cửa hút được lắp làm 2 cặp 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 cơn. Thân máy có 5
khoang chứa các bánh cơng tác và giữ vai trò của các bánh hướng dòng. Phía dưới
có ống giảm áp nối từ khoang chứa đệm làm kín phía áp suất cao về khoang cửa hút
cấp 1 của bơm. Trục bơm được làm kín bằng đệm làm kín mặt đầu dạng kép. Có
nhiệt độ làm việc với loại
chất lỏng có nhiệt độ nhỏ hơn 160o C. Đệm được làm mát bằng dầu thủy
lực Tellus 46 qua hệ thống tuần hồn kín.
Các thơng số đặc tính kỹ thuật cơ bản của tổ hợp bơm như sau:
+ Lưu lượng bơm ( m3/h ): 130.
+ Cột áp định mức ( m cột chất lỏng ): 400.
+ Hiệu suất hữu ích: 74%.
+ Công suất thủy lực của bơm ( kW ): 147.
+ Cột áp dự trữ xâm thực ( m cột chất lỏng ): 2,1


9

+ Công suất động cơ điện ( kW ): 185.
+ Số vòng quay ( vg/ph ): 2969.
+ Điện áp ( V ): 380.
+ Tần số ( Hz ): 50.
+ Chiều dài khớp nối ( mm ): 180.
+ Trọng lượng của tổ hợp ( kg ): 3940.
1.5.4. Máy bơm ly tâm НК -200/120:
Là loại máy bơm ly tâm dùng để bơm dầu, khí hóa lỏng, dung dịch hữu cơ và
các chất lỏng khác có tỷ trọng khơng q 1050 kg/m3, độ nhớt động đến 6.10- 4
m2/s. Các chất lỏng công này khơng được chứa các tạp chất cơ học có kích thước
lớn hơn 0,2mm và hàm lượng không lớn hơn 0,2%, nhiệt độ làm việc trong khoảng
-800 C đến 4000 C. Tổ hợp gồm động cơ điện và bơm được lắp trên cùng một
khung dầm và được liên kết với nhau bằng khớp nối răng.Bơm này thuộc chủng loại

bơm ly tâm 1 tầng, dạng cơng xơn, 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 thực hiện bằng đệm làm
kín Salnhic dây quấn СГ hoặc СО và bộ làm kín kiểu mặt đầu БО.
Các thơng số đặc tính kỹ thuật như sau:
+ Lưu lượng bơm ( m3/h ): 200
+ Cột áp định mức ( m cột chất lỏng ): 120
+ Hiệu suất hữu ích ( % ): 67
+ Cột áp dự trữ xâm thực ( m cột chất lỏng ): 4,8
+ Công suất động cơ điện ( kW ): 100
+ Số vòng quay (vg/ph ): 2950
+ Điện áp ( V ): 380
+ Tần số dòng điện ( Hz ): 50.
1.5.5. Máy bơm ly tâm ЦНС 105/294:
Là tổ hợp bơm ly tâm kiểu nằm ngang, nhiều tầng công tác. Nó được dùng
vận chuyển dầu bão hịa khí, dầu thương phẩm lẫn nước có nhiệt độ từ 10 C – 450 C
hoặc dùng để bơm nước trong các hệ thống công nghệ. Các chất lỏng bơm dùng cho
bơm ЦНС 105/294 cần đảm bảo các yêu cầu sau:
Tỷ trọng không lớn quá 1060 kg/m3, độ nhớt động không lớn quá 2,5.10-4
m2/s, tạp chất cơ học có kích thước khơng lớn quá 0,2 mm và hàm lượng
không lớn quá 0,2% trọng lượng. Tổ hợp bao gồm động cơ điện và bơm được liên
kết với nhau thơng qua khớp nối mặt bích có phần moay ơ gắn theo ở hai đầu trục,
hai bích được nối với nhau bằng các bu lơng có lót ống đệm cao su giảm chấn. Đây
là loại bơm có từ 2 đến 10 cấp bánh cơng tác, có cửa vào cùng chiều, do đó để cân
bằng lực dọc trục tác dụng lên bánh công tác bơm được bố trí ổ đỡ thủy lực ở đầu
trục phía đầu cao áp với đường kính phù hợp với số cấp bánh cơng tác của bơm.
Các thơng số đặc tính kỹ thuật của bơm như sau:
+ Lưu lượng bơm ( m3/h ): 105
+ Cột áp định mức ( m cột chất lỏng ): 294
+ Hiệu suất hữu ích ( % ): 68
+ Công suất động cơ điện ( kW ): 160

+ Số vòng quay (vg/ph ): 2950
+ Điện áp ( V ): 380
+ Tần số dòng điện ( Hz ): 50.


10

Ngồi các loại bơm thơng dụng đã nêu trên, trên một số giàn tùy thuộc vào vị trí
cơng nghệ của giàn nằm trong hệ thống mạng bơm, được lắp thêm một số chủng
loại bơm ly tâm khác nhằm tăng cường cho công tác vận chuyển trong những
trường hợp cần thiết. Như loại bơm R360/150GM-3, R250/38M-1,hoặc đôi khi
trong những trường hợp cần thiết các loại bơm thể tích như 9МГр, ЩА-320, ЩА400, УЦН-700, cũng có thể tham gia vào cơng tác vận chuyển dầu trên các cơng
trình biển.
Việc bố trí, lắp đặt các trạm bơm trên các dàn cố định hoặc các dàn nhẹ được
thiết kế, tính tốn phù hợp với sản lượng khai thác dầu và vai trị cơng nghệ của
giàn trong hệ thống công nghệ chung của khu mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng.
Các chủng loại và số lượng bơm được lắp đặt trên các giàn như sau:
• Giàn МСП-1:
+ Máy bơm НПС 65/35-500 - Số lượng: 2
+ Máy bơm HK 200/120 - Số lượng: 2
+ Máy bơm SULZER MSD 4x 8x 10,5 -Số lượng: 2
• Giàn ЦТК- 2:
+ Máy bơm SULZER MSD 4x8x10,5 -Số lượng: 8
+ Máy bơm R360/150CM-3 -Số luợng: 5
+ Máy bơm R250/38CM-1 - Số lượng: 2
• Giàn МСП- 3:
+ Máy bơm НПС 65/35-500 - Số lượng: 1
+ Máy bơm НПС 40-400 - Số lượng: 2
• Giàn MСП 4:
+ Máy bơm НПС 65/35-500 - Số lượng: 4

• Giàn 5:
+ Máy bơm НПС 65/35-500 - Số lượng: 3
• Giàn МСП 6:
+ Máy bơm НПС 65/35-500 - Số lượng: 2
+ Máy НПС 40-400 - Số lượng: 2
• Giàn 7:
+ Máy bơm НПС 65/35-500 - Số lượng: 3
• Giàn 8:
+ Máy bơm НПС 65/35-500 - Số lượng: 2
+ Máy bơm SULZER MSD 4x8x10,5 -Số lượng: 2
+ Máy bơm HK- 200/120 - Số lượng: 2
• Giàn 9:
+ Máy bơm НПС 65/35-500 - Số lượng: 2
+ Máy bơm SULZER MSD 4x8x10,5 - Số lượng: 2
• Giàn 10:
+ Máy bơm НПС- 65/35-500 - Số lượng: 3
+ Máy bơm НПС- 40/400 - Số lượng: 1
• Giàn 11:
+ Máy bơm НПС- 65/35-500 - Số lượng: 4
• Giàn РП-1:


11

+ Máy bơm НПС 65/35-500 - Số lượng: 4
• Giàn РП-2:
+ Máy bơm НПС 65/35-500 - Số lượng: 4
• Giàn РП -3:
+ Máy bơm НПС 65/35-500 - Số lượng: 5
• Giàn ЦТК-3:

+ Máy bơm SULZER MSD 4x6x10,5 C/7stage - Số lượng: 5
+ Máy bơm SULZER type 4x6 17B(100-431) Cap-8/1 stage - Số lượng: 5
Số lượng bơm từng chủng loại là:
+ Máy bơm НПС 65/35-500 và НПС 40-400 - Số lượng: 41 cái
+ Máy bơm Sulzer - Số lượng: 24 cái
+ Máy bơm HK - Số lượng: 4 cái
+ Máy bơm R360/150CM - Số lượng: 7 cái
Tổng số: 76 cái
1.6. Những kết quả thu được và những tồn tại khi sử dụng bơm ở XN
Theo thống kê trên, số lượng máy bơm НПС 65/35-500 và НПС 40-400
chiếm một tỷ lệ khá lớn trong công tác vận chuyển dầu 41/76 bơm. Và trong thực tế
vẫn dùng bơm НПС và bơm Sulzer để vận chuyển dầu là chủ yếu. Đây là 2 loại
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. Cơng tác vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa không phức
tạp, giải điều chỉnh rộng. Chủng loại bơm này do cách bố trí các bánh cơng tác
thành 2 nhóm có cửa vào của mỗi nhóm ngược chiều nhau. Do đó làm giảm đáng kể
lực dọc trục tác dụng lên bánh công tác, tải trọng lên các ổ đỡ giảm, do đó tuổi thọ
của chúng tăng lên rất nhiều. Tuy nhiên do bơm làm việc ở chế độ vận tốc góc
tương đối lớn ( khoảng 3000 vg/ph ) nên việc lắp đặt, điều chỉnh địi hỏi độ chính
xác cao. Ngoài ra do lưu lượng 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 đưa một lượng lớn sản phẩm khai
thác dầu khí từ các dàn cố định và dàn nhẹ đến các điểm tiếp nhận là các tầu 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 máy 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 thơng 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 các bơm theo kiểu song song
với mục đích làm tăng lưu lượng của trạm. Theo cách này, mặc dù đường ra của
bơm ly tâm đều có van một chiều nhưng vẫn phải đòi hỏi các bơm trong hệ thống
phải có thơng số đặc tính kỹ thuật khơng 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 điểm


12

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 cấp bơm ở phần cuối của hệ
thống rất phức tạp do áp suất đầu vào của chúng tăng lên đáng kể. Ngồi ra cũng có
thể phối hợp cả hai kiểu kết hợp trên cùng một trạm. Trong thực tế trên các giàn cố
định, các trạm bơm dầu được xây dựng theo kiểu mắc song song do các chủng loại
bơm ly tâm đã được lựa chọn đảm bảo đủ lưu lượng để có thể vận chuyển được dầu
thơ đến vị trí tiếp nhận. Tùy theo vị trí cơng nghệ và sản lượng khai thác của mỗi
giàn mà sử dụng số lượng bơm trên mỗi giàn là 3,4 hoặc hàng chục như ЦТК -2
( 15 bơm ).
Từ việc xem xét những đặc điểm trong công tác vận chuyển dầu của
XNLDDK ( Vietsovpetro) chúng ta có thể đề ra những yêu cầu cơ bản cho việc tính
tốn thiết kế trạm bơm dầu trên dàn cố định để thơng 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 tồn mỏ.
Bơm ly tâm chiếm một vị trí rất quan trọng trong hệ thống cơng nghệ khai
thác dầu khí của XNLDDK ( Vietsovpetro ). Cụ thể bơm vận chuyển dầu НПС
chiếm một tỷ trọng lớn. Vì vậy việc nghiên cứu, thiết kế, tính tốn, lựa chọn và đưa
ra các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng loại bơm này là công việc
hết sức cần thiết.

13

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 ta
phải 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 cơng 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 (khơng có độ nhớt).
Phương trình cơ bản của máy thủy lực cánh dẫn do Ơle lập ra đầu tiên vào
năm 1775 ta có cột áp lý thuyết của bơm ly tâm Hlt:

uc
2

2u

− u1 u1u

Hlt =

(2.1)
g

Đa số các bơm ly tâm hiện đại đa số các cánh bánh cơng tác có kết cấu lối

vào hoặc bộ phận dẫn hướng sao cho dòng chất lỏng ở lối vào máng dẫn chuyển
động theo hướng kính nghĩa là: c 1 ⊥ u1 và α1 = 90o (hình 2.1).Để cột áp của bơm có
lợi nhất (c1u = 0) thì khi đó phương trình cơ bản sẽ là:
Hlt =

u 2 c 2u
g

c2

w2

u2
a2

ß2

(2.2)

w1
ß1

c1
a1

u1

c1
w1
a

90°

ß2

Hình 2.1: Tam giác tốc độ cửa vào bánh cơng tác
Trong đó:
c : Vận tốc tuyệt đối
u : Vận tốc vịng, 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


14

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 của
cánh 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 vơ cùng và mỏng vơ hạn (coi dịng
chảy song song với bánh cơng tác)
- Chất lỏng làm việc lý tưởng không nhớt.
Đối với giả thiết thứ nhất, ta có vận tốc phân bố đều trên các mặt cắt của
dòng chảy qua các máng dẫn.
Đối với giả thiết thứ hai, ta bỏ qua tổn thất của dịng chảy trong các máng
dẫn vì thế 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

cánh dẫn có hạn (thường từ 6 ÷ 12) gây nên sự phân bố vận tốc không đều trên các
mặt cắt dòng chảy tạo nên các chuyển động xốy, dịng quẩn trong các máng dẫn.
Mặt khác chất lỏng làm việc thực tế có độ nhớt nhất định gây tổn thất nhất định
trong dịng chảy.
Vì các ảnh hưởng thực tế này mà cột áp thực tế của bơm sẽ nhỏ hơn cột áp lý
thuyết. Do vậy mà cột áp thực tế của bơm ly tâm Hlt được tính theo công thức:
H = ε zη H .H lt
(2.3)
ε z : Hệ số kể tới ảnh hưởng của số cánh dẫn có giới hạn đến cột áp. Gọi là hệ

số cột áp, bằng lý thuyết về dịng xốy và thực nghiệm năm 1931 viện sĩ Proskua đã
xác định được ε z đối với bơm ly tâm theo công thức:
εz = 1 -

π
sin β 2
z

(2.4)

z: Số cánh dẫn của bánh công tác.
η H : Hệ số kể tới tổn thất năng lượng của dịng chất lỏng chuyển động qua
bánh cơng tác, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố (kích thước, kết cấu của bánh công
tác và các bộ phận dẫn hướng…), gọi là hiệu suất cột áp của bánh công tác. Thơng
thường đối với bơm ly tâm thì η H = 0,7 ÷ 0,9.
Trường hợp kể đến ảnh hưởng của số cánh dẫn có hạn đến cột áp, ta có cột
áp lý thuyết tương ứng với số cánh dẫn có hạn là H1:
H1 = ε z .H lt
(2.5)

15

Theo (2.2) và (2.3) ta có thể tính được cột áp thực tế của bơm ly tâm:
H = ε zη H

u 2 c2u
g

Đối với các bơm ly tâm có kết cấu và số vịng quay thơng thường thì:
ε zη H c 2u = ε zη H c 2 cos α 2 ≈ ϕ

u2
2

(2.6)

Vì vậy trong tính tốn gần đúng có thể xác định cột áp thực tế của bơm theo
công thức:
H=ϕ

u2
2g

(2.7)

ϕ : Hệ số cột áp thực tế, phụ thuộc vào trị số ns theo

Bảng 2.1. Sự phụ thuộc của cột áp thực tế ϕ vào ns
ns

ϕ

50÷60
1,56÷1,24

60÷80
1,24÷1,71

180÷350
0,71÷0,51

350÷380
0,5÷0,33

Qua (2.7) ta thấy cột áp của bơm ly tâm tỷ lệ thuận với:
- Đường kính ngồi của bánh cơng tác.
- Số vịng quay của trục bơm n.
- Thành phần tốc độ c2u trong tam giác vận tốc ở lối ra của bánh công tác.
Lưu lượng và số vòng quay nhất định của bánh cơng tác thì c 2u 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
bới khả năng chống xâm thực của bơm. Đường kính ngồi của bánh cơng tác và trị
số thành phần vận tốc c2u cũng không là quá lớn. Nếu c2u quá lớn thì tổn thất năng
lượng của dịng chảy chất lỏng chuyển động qua bánh công tác sẽ rất lớn, ảnh
hưởng xấu đến hiệu suất (tính kinh tế) của nó. Do đó, cột áp của bánh cơng 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 nữa thì phải dùng nhiều cấp.
- Qua phương trình cơ bản của bơm ly tâm, ta còn thấy muốn cho cột áp bơm
có lợi nhất thì bánh cơng tác phải có số cánh dẫn phù hợp và góc độ kết cấu cánh
bơm hợp lý.

- Sau đây ta sẽ nghiên cứu cụ thể ảnh hưởng của kết cấu cánh dẫn đến cột áp
bơm.
2.1.3. Ảnh hưởng của kết cấu cánh dẫn cột áp của bơm ly tâm
Kết cấu của bánh cơng tác nói chung và cánh dẫn nói riêng có ảnh hưởng
quyết định đến cột áp của bơm ly tâm. Hình dạng bố trí kết cấu của cánh dẫn chủ


16

yếu phụ thuộc góc vào β1 và góc ra β2. Ta xét ảnh hưởng của β1, β2 đối với cột áp
của bơm ly tâm.
2.1.3.1. Ảnh hưởng của góc vào β1
Góc vào β1 là góc bố trí cánh dầu và cũng là góc biểu thị phương của vận tốc
tương đối ở lối vào của bánh cơng tác (hình 2.1). Như ta đã biết, trường hợp có lợi
nhất về cột áp của bơm ly tâm khi tam giác vận tốc ở lối vào là tam giác vng (α 1 =
90o), do đó β1 chỉ phụ thuộc vào u1 và c1.
Tgβ1 =

c1
u1

(2.8)

Theo (2.2) tì góc vào β1 khơng ảnh hưởng trực tiếp đến cột áp của bơm,
nhưng nếu trị số β1 khơng thích hợp sẽ gây ra va đập dòng chảy với cánh dẫn ở lối
vào bánh công tác, ảnh hưởng xấu đến hiệu suất, cột áp của bơm. Thông thường
β1 = 15 ÷ 30o.
2.1.3.2. Ảnh hưởng của góc ra β2
Góc ra β2 là góc bố trí cánh dẫn và cũng là góc biểu thị phương của vận tốc ở
lối ra của bánh cơng tác (hình 2.2). Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ rằng trị số

của góc β2 có ảnh hưởng trực tiếp đến phương và trị số các thành phần vận tốc của
dịng chất lỏng trong máng dẫn, do đó có ảnh hưởng quyết định đến cột áp toàn
phần H và cột áp thành phần H t, Hđ của bơm. Vì vậy đối với bánh cơng tác của bơm
ly tâm, góc β2 có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Cần chọn trị số góc β 2 hợp lý để bơm
có thể làm việc với hiệu suất cao và đáp ứng được các yêu cầu cụ thể.
Tùy theo trị số của β2, bánh cơng tác có ba cách bố trí cánh dẫn sau:
+ β2 < 90o: Cánh dẫn cong về phía sau, gọi là cánh dẫn ngoặt sau (hình 2.2a).
+ β2 = 90o: Cánh dẫn hướng kính ở lối ra, gọi là cánh dẫn hướng kính (hình
2.2b).
+ β2 > 90o: Cánh dẫn cong về phía trước, gọi là cánh dẫn ngoặt trước (hình
2.2c).
Loại cánh dẫn ngoặt sau thường gặp ở bơm các chất lỏng như: Nước, dầu,
nguyên liệu lỏng… Hai loại cánh dẫn cịn lại thường gặp ở bơm các chất khí như
quạt, máy nén khí…


17
c2

w2

ß2

c2

u1

w2

u2

w2

ß2
c1

u2

w1

u1

u2

c1
u1

w1

c1
a1
w1

D1

D2

D1

D2

a)

D1

D2

b)

c)

Hình 2.2: Các kiểu bố trí cánh dẫn trong bơm ly tâm
w2

w2

u2

u2

ß=90°

C1
w1
a

C2
W2

90°

ß

U1

w2

90°

U2=C2u

ß<90°

b)

C2
C2

w2
a

90°

ß 90°

W2
ß 90°

U2

C2u

a)

C2u>U2

c)

Hình 2.3: Kết cấu các góc trong bơm ly tâm
Để hiểu rõ vai trò của β 2 đối với cột áp của bơm ly tâm như thế nào, ta xét ba
bánh cong tác ly tâm có kích thước góc vào β 1và số vịng quay làm việc n như nhau
nhưng có kích thước góc ra β2 khác nhau (hình 2.3).
Khi vẽ các tam giác vận tốc (hình 2.3) cho ba bánh công tác trên, cần chú ý
như sau:
- Các bánh cơng tác β1, kích thước ở lối vào, lưu lượng và số vòng quay làm
việc như nhau nên chúng có tam giác vân tốc ở lối vào như nhau.
- Các bánh cơng tác có đường kính ngồi D 2 và số vòng quay làm việc n như
nhau nên chúng có vận tốc vịng u2 như nhau.
Theo cơng thức (2.2) ta tính cột áp tồn hồn lý thuyết của các bánh cơng
tác:
Hlt =

1
u 2 c 2u
g

(2.8)

Vì trong cả ba trường hợp có u 2 như nhau nên Hlt chỉ phụ thuộc vào c2u từ các
tam giác vận tốc (hình 2.3) ta có:

c2


18

c2u = u2 - c2u cotg β2
Thay vào (2.9) vào (2.2), ta có:
Hlt =

(2.9)

1 2
( u − u 22 c2u cotg β2 )
g 2

(2.10)

Công thức (2.10) cho ta thấy rằng khi: c 2u = u2 - c2u cotg β2 = 0 tức là khi
cotg β2 =

u2
c 2u

hoặc β2 = arctg

c 2u
u2

và ta cũng nhận thấy cột áp lý thuyết Hlt tăng

theo tỷ lệ thuận với β2 .
Khi β2 = 90o thì tam giác vận tốc ở lối ra sẽ là tam giác vng (Hình 2.3b)
nên c2u = u2. Do đó cột áp lý thuyết là:
1
u 22
Hlt =
u2 c2u =
g
g

(2.11)

Thông thường trong bơm ly tâm trị số của cm thay đổi rất ít từ lối vào đến lối
ra của bánh cơng tác, nên c2m ≈ c1m do đó khi β2 = 90o thì:
cm = c1m = c1
(2.12)
Khi đó ta có cột áp động Hltd (phần động năng đơn vị của dòng chảy được
tăng lên khi đi qua bánh công tác của máy bơm):
c 22 − c 22m
c 22 − c12
=
Hltd =
2g
2g
2
Từ tam giác vận tốc (hình 2.3b), ta có: c 22 - c 2m
= u 22 nên: Hltd =

u 22

2g

Vậy cột áp tĩnh là:
Hltt = Hlt - Hltd
Hltt =

u 22
u2
u2
- 2 = 2
g
2g
g

(2.13)

Nếu β2 tiếp tục tăng, khi β2 > 90o thì c2u > u2 (hình 2.3)
Ta khảo sát trường hợp c2u = u2 , lúc đó cột áp lý thuyết là:
u 2 c 2u
u 2 (2u 2 )
2u 22
=
Hlt =
=
g
g
g

Từ tam giác vận tốc (hình 2.3) ta có:
Hltd =

c 2 − c 22m
c2
(2u 2 ) 2
c 22 − c12
= 2
= 2u =
=
2g
2g
2g
2g

2u 22
g

Như vậy:
Hltd = Hlt và do đó Hltd = 0 (14): Tức là cột áp tĩnh sẽ không có.


19

Nếu tiếp tục tăng thêm β2 lên nữa c2u > 2u2 thì Hltd > Hlt tức là cột áp động
lớn hơn cột áp tồn phần, hay nói cách khác cột áp tĩnh có giá trị âm.
Trong thực tế bơm khơng thể làm việc được với cột áp tĩnh H ltt ≤ 0 vì khi đó
bơm khơng có khả năng đẩy chất lỏng.
Vậy muốn bơm làm việc được thì góc ra β 2 của cánh dẫn trong bánh công
tác không được lớn quá một giới hạn nào đó: β2 < β2min.
Tóm lại, để bơm có thể làm việc thì trị số của góc ra β 2 phải thỏa mãn điều
kiện: β2min < β2 < β2max.

Dưới đây là đồ thị biểu diễn quan hệ giữa cột áp lý thuyết của bơm và trí số
góc ra β2 theo các điều kiện đã phân tớch trờn (hỡnh 2.4).
Hld
K
Cột áp toàn phần

H

ltd
ltt

ltd

H
H

Hld
E

E

D'

ò2min

ò2=90

ò2max

Hỡnh 2.4: Biu đồ quan hệ của Hlt và góc ra β2

Hlt: Cột áp lý thuyết
EK: đường biểu diễn cột áp toàn phần
Hltt: Cột áp lý thuyết tĩnh
β2: Góc ra bánh cơng tác
’
Hltd: Cột áp lý thuyết động DD : Cột áp lý thuyết tĩnh tương úng β = 90o
Đường EK chỉ sự thay đổi của cột áp tồn phần theo phương trình (2.10):
Hlt =

1 2
( u − u 22 c2u cotg β2 )
g 2

Đường EH chỉ sự thay đổi cột áp tĩnh:
Hltt = Hlt - Hltd =

u 22
u2
c2 − c2
- 2 c2m cotg β2 - 2 1
g
g
2g

Theo điều kiện (2.12) thì:
2
c22 = c12 = c 2u
= (u2 - c2m cotg β2)2

Do đó phương trình của đường EH là:

(c 2 m cot gβ 2 )
u 22
Hltt =
2g
2g

(2.16)

Các giá trị của cột áp về phía đường D – D ’ ứng với β2 <90o, cịn về phía phải
tương ứng với β2 > 90o.


20

Qua đồ thị (hình 2.4) ta thấy góc β 2 càng lớn thì cột áp lý thuyết của bơm
càng lớn, bơm có khả năng truyền cơ năng chất lỏng càng nhiều. Nhưng trong kỹ
thuật cần chú ý giải quyết làm sao để cơ năng truyền cho chất lỏng có lợi nhất nghĩa
là có hiệu quả cao nhất và đáp ứng được các yêu cầu làm việc khác nhau cột áp
động và cột áp tĩnh. Tùy theo tính năng làm việc của từng loại bơm mà lựa chọn góc
β2 thích hợp, bơm ly tâm thường làm việc trong phạm vi có quan hệ giữa cột áp tĩnh
và cột áp động với cột áp tồn phần như sau:
Hltt = (0,7 ÷ 0,8) Hlt
Hltd = (0,2 ÷ 0,3) Hlt
Với giá trị góc β2 = 15 ÷ 30o (tương ứng phần gạch chéo trên hình 2.4).
Trong trường hợp rất đặc biệt có thể chọn β 2 = 15o. Lý thuyết và thực
nghiệm chứng tỏ rằng nếu bơm ly tâm có góc ra β 2 ngồi phạm vi đã nói ở trên thì
tổn thất năng lượng bơm quá lớn (chủ yếu do động năng dòng chảy lớn), thì hiệu
suất của bơm thấp, khơng thể chấp nhận được trong kỹ thuật.
2.1.4. Lưu lượng của bơm ly tâm
Lưu lượng của dịng chảy qua bánh cơng tác cánh dẫn bất kỳ nào cũng có thể

tính theo cơng thức:
Q = cm.π.D.b
(2.17)
Trong đó:
b: Chiều rộng máng dẫn ứng với đường kính D của bánh cơng 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 cơng tác
của bề rộng bánh cơng tác, vận tốc của chất lỏng, không phụ thuộc vào trọng lượng
riêng của chúng.
Lưu lượng Q và cột áp H có liên quan với nhau qua tốc độ vịng 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 khơng phải tất cả
chất 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 rị rỉ ra ngồi qua các khe hở của các bộ
phận lót kín. Do đó cột áp lý thuyết Q1là:
Q1 = Q + ∆ Q
Để đánh giá tổn thất lưu lượng của bơm, người ta dùng hiệu suất lưu lượng
ηQ :
ηQ =

Q
=
Q1

Q
Q + ∆Q

(2.18)

21

η Q < 1, η Q phụ thuộc vào kết cấu và chất lượng làm việc của các bộ phận lót kín.

Thơng thường đối với bơm ly tâm: η Q = 0,95 ÷ 0,98. Bơm có lưu lượng càng lớn
thì η Q càng cao.
2.2. Đường đặc tính bơm ly tâm
Các quan hệ H = f1(Q), N = f1(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 tốn được gọi là
đường đặc tính tính tốn, 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 vịng quay làm việc khơng 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, cơng 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 cịn có tên
riêng là đường đặc tính cơ bản. Từ đường đặc tính cơ bản H = f(Q), bằng tính tốn
có thể suy ra các đường đặc tính N = f(Q) và η = f(Q).
Cơng 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.
2.2.1. Đường đặc tính làm việc (n = const), đường đặc tính tính tốn
C2

w2
C2m

a2

ß2

C2u

Hình 2.5: Tam giác vận tốc cửa vào
Từ phương trình cơ bản: Hlt =

u 2 c 2u
g

Từ phương trình lưu lượng: Q = cmπDb
Từ tam giác vận tốc: c2u = u2 - c2m cotg β2
Ta có

U2