Đồ án Máy bơm sulzer msd d4-8-10.5b phục vụ cho công tác vận chuyển dầu tại mỏ bạch hổ - Tính toán khớp truyền động của máy bơm vận chuyển dầu Sulzer

ơng 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 năng lượng dòng chảy luôn luôn lớn hơn tổng 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 công tác khai thác, chúng ta phải lựa chọn máy bơm hợp lý, máy bơm sử dụng để vận chuyển dầu có những đặc điểm riêng so với các loại bơm trong các ngành công nghiệp khác và phải thỏa 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 chuyển dầu khí như: máy bơm piston, máy bơm ly tâm, máy bơm hướng trục, máy bơm phun tia,…mỗi loại máy bơm có một công dụng và phạm vi sử dụng khác nhau. Trong công 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 điếm 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 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 vòng quay của động cơ điện tiêu chuẩn nên không 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 thô của mỏ Bạch Hổ Tính chất hóa lý của dầu thô có ảnh hưởng tới chế độ làm việc cũng như độ bền của bơm. Nếu chất lỏng có tính axit sẽ gây nên hiện tượng ăn mòn hóa học ở các chi tiết của bơm. Với chất lỏng vận chuyển là dầu thô do đó ta cần phải biết được các 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 thô ở mỏ Bạch Hổ có nhiệt độ đông đặc khoảng 29 ÷ 34oC, hàm lượng parafin 20 ÷ 25%.Trong đó, nhiệt độ môi trường khoảng 23 ÷ 24oC, 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 dòng chảy luôn 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 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 1 như sau: Bảng 1.1: Kết quả thực nghiệm xác định độ nhớt của dầu ở mỏ Bạch Hổ t > 61oC μ = 0,06.e-0,01t 38oC < t < 61oC μ = 0,03.e-0,04t 30oC< t < 38oC μ = 3,47.e-0,88t t < 30oC μ = 10,2.e-0,16t Tỉ trọng Tỉ 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 parafin khá cao khoảng 25%. Thành phần parafin khá đa dạng bao gồm 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 parafin mạch 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 lượng parafin kết tinh lớn nhất trong khoảng 38 ÷ 43oC. Sự phân tách các parafin trong quá trình 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 các loại 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… Dưới đây là thông số kỹ thuật của một số loại bơm: Bơm HK-200/210 - Loại bơm HK - Lưu lượng bơm định mức 200 m3/h - Áp suất bơm lớn nhất 210 m cột nước - Động cơ BAO-160 kW - Tốc độ động cơ 2980 vòng/phút - Dòng điện định mức của động cơ 280 A - Làm mát Nước ngọt hoặc nước biển - Loại nhớt dùng bôi trơn ổ bi Vitea-32 - Nhiệt độ làm việc của ổ bi 80 - 400oC Bơm HIIC-65/35-500 - Công suất động cơ 160 kW - Tốc độ động cơ 2961 vòng/phút - Lưu lượng định mức bơm 65 m3/h - Áp suất bơm lớn nhất 50 at Bơm SULZER MSD-D-4-8-10.5B/5 cấp - Chất lỏng bơm Dầu thô - Nhiệt độ chất lỏng bơm 90o-120oC - Lưu lượng bơm định mức 130 m3/h - Độ chênh áp 400 m - Hiệu suất bơm 74% - Công suất bơm tiêu thụ 147 kW - Công suất động cơ 185 kW - Công suất tiêu thụ lớn nhất 182 kW - Tốc độ bơm 2965 vòng/phút 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 để vận chuyển dầu cho các mỏ ở xa các trạm rót dầu như: HIIC 65/35-500 và bơm SULZER MSD-D-4-8-10.5B/5 cấp. 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 bơm phải cao, dùng vận chuyển dầu với lưu lượng lớn tại các điểm tiếp nhận tới các trạm rót dầu cách đó không 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 lượng vừa 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 hiệu quả 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 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 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: (2.1) Đa số các bơm ly tâm hiện đại, có số các cánh bánh công tác có kết cấu lồi vào hoặc bộ phận dẫn hướng sao cho dòng chất lỏng ở lối vào máng dẫn chuyển động theo hướng kính nghĩa là: c1 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 = (2.2) Hình 2.1: Tam giác tốc độ cửa vào bánh công tác Trong đó: c : Vận tốc tuyệt đối. 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 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 vô cùng và mỏng vô hạn (coi dòng chảy song 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 dòng chảy qua các máng dẫn. Đối với giả thiết thứ hai, ta bỏ qua tổn thất của dòng 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 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 lý thuyết. Do vậy, cột áp thực tế của bơm ly tâm Hlt được tính theo công thức: H = (2.3) : 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 dòng xoáy và thực nghiệm năm 1931, viện sĩ Proskua đã xác định được đối với bơm ly tâm theo công thức: = 1 - (2.4) z: Số cánh dẫn của bánh công tác. : Hệ số kể tới tổn thất năng lượng của dòng chất lỏng chuyển động qua bánh công 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. Thông thường, đối với bơm ly tâm thì = 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 = ( 2.5) Theo (2.2) và (2.3), ta có thể tính được cột áp thực tế của bơm ly tâm: H = Đối với các bơm ly tâm có kết cấu và số vòng quay thông thường thì: = (2.6) Vì vậy, trong tính toán gần đúng có thể xác định cột áp thực tế của bơm theo công thức: H = (2.7) : 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 ns ns 50÷60 60÷80 180÷350 350÷380 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. Lưu lượng 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 bởi khả năng chống xâm thực của bơm. Đường kính ngoài của bánh công tác và trị số thành phần vận tốc c2u cũng không là quá lớn. Nếu c2u quá lớn thì tổn thất năng lượng của dòng 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 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 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 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 có thể tính theo công thức: Q = cmπDb (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, bề rộng bánh công 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 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 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 rò rỉ ra ngoài 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 : = = (2.9) < 1, phụ thuộc vào kết cấu và chất lượng làm việc của các bộ phận lót kín. Thông thường đối với bơm ly tâm: = 0,95 ÷ 0,98. Bơm có lưu lượng càng lớn thì 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, 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 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 = 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. 2.2.1 Đường đặc tính làm việc (n = const), đường đặc tính tính toán. Từ phương trình cơ bản: Hlt = Từ phương trình lưu lượng: vQ = cmπDb Hình 2.2: Tam giác vận tốc cửa vào Từ tam giác vận tốc: c2u = u2 - c2m cotg β2 Ta có: c2m = Do đó cột áp lý thuyết là: Hlt = u( u2 - c2m cotg β2) = u - Q1 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 là một đường không qua gốc tọa độ, hệ số góc của nó tùy thuộc vào trị số góc ra của cánh dẫn β2 . Trong trường hợp tổng quát, đối với máy bơm ly tâm, ta có ba dạng đường đặc tính lý thuyết ( hình 2.3). - Nếu 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 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: Hlt = Trong đó chưa kể đến ảnh hưởng của số cánh dẫn có hạn và các loại tổn thất. Khi kể đến ảnh hưởng do số cánh dẫn có hạn, đường đặc tính trở thành đường A’D’ ( hình 2.3): Hlt = Hlt Trong đó: < 1 là hệ số kể tới ảnh hưởng của số cánh dẫn có hạn. 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, 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 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 phía trái và thấp hơn một chút so với đường A”D” trở thành đường A”’D”’ đây chính là đường đặc 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 vì việc đánh giá chính xác các loại tổn thất cả bơm rất khó 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 2.4). Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm bơm ly tâm 1. Bể 4. Dụng cụ đo lường 2. Khóa trên ống hút 5. Khóa trên đường ống đẩy 3. Bơm A. Áp kế C. Chân không khí Trình tự tiến hành thí nghiệm để xây dựng các đường đặc tính thực nghiệm của bơm 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 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 quá 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 Nđc. 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,-Q (hình 2.5). Các đường đặc tính thực nghiệm của bơm, về hình dạng nói chung cũng giống như các đường đặc tính tính toán, nhưng không trùng nhau, hay nói cách khác về định tính giống nhau nhưng về định lượng thì khác nhau. Điều này có thể giải thích như đã phân tích ở trên là trong tính toán không thể đánh giá hoàn toàn đúng các loại tổn thất của 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 áp chân không cho phép với lưu lượng [Hck] = f(Q). 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 tâm thường 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 tính này. 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 đường đặc 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 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 hoặc khu vực gần đấy sao cho có = (- 7%). Thường khu vực này có đánh dấu trên đường đặc tính H-Q. Qua hình dạng của các đường đặc tính, ta có thể biết được tính năng làm việc của bơm 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 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, , 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 2.7). 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 Qi nào đó. Khi lưu lượng của bơm thay đổi Q # Qi thì có thể có hai trị số lưu lượng có cùng hiệu suất như nhau. Dóng các điểm có cùng hiệu suất lên đường đặc tính H-Q và nối lại bằng những đường cong, ta có đường cong cùng hiệu suất. Đường đặc tính tổng hợp thường được cho trong các sổ tay, tài liệu kỹ thuật của các 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 có lợi nhất trong khi điều chỉnh bơm. 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 nào đấy. Khi bơm làm việc ổn định thì cột áp “đẩy” của bơm bằng cột áp “cản” của hệ thống. Nói 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 2.8, điểm A (giao điểm của hai đường đặc tính của bơm và hệ thống) biểu thị một chế độ làm việc của 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 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 Diezen thì thay đổi chế độ nạp nguyên liệu cho động cơ hoặc lắp thêm biến tốc giữa động cơ và máy bơm), thay đổi số tầng bơm đối với bơm nhiều cấp… 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 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 2.9 thể hiện nội dung của phương pháp điều chỉnh này. Khi mở khóa hoàn toàn thì có điểm làm việc A (HA,QA). Khi đóng bớt khóa lại thì tổn thất khóa sẽ tăng lên (), lưu lượng của hệ thống giảm đi, nghĩa 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 (HB,QB). Hình 2.9: Điều chỉnh máy bơm bằng khóa 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. 2.3.2.2. 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 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 phương pháp điều chỉnh bằng khóa thì phương pháp này kinh tế hơn. Nhưng đối với bơm không có thiết bị thay đổi số vòng quay thì phương pháp điều chỉnh bằng khóa lại là phương pháp thông dụng. Hình 2.10: Điều chỉnh bằng cách thay đổi số vòng quay. 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 đặc tính của bơm sẽ khác đi, trong khi đó đường đặc tính lưới không thay đổi, điểm làm việc 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 khác với kích thước chuẩn b. Tuy nhiên, sự phụ thuộc tuyến tính vào bcủa lưu lượng vẫn được duy trì. Trên hình 2.11: - 1, 2 là các đường đặc tính áp lực tương ứng với bánh công tác chính và bánh công tác thay thế. - 3, 4 là các đường đặc tính hiệu suất tương ứng với bánh công tác chính và bánh công tác thay thế. Hình 2.11 Đặc tính hiệu suất khi lắp đặt bánh công tác thay thế 2.3.3. Khu vực điều chỉnh 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 cách khác, muốn điều chỉnh bơm thì phải thay đổi đường đặc tính lưới (điều chỉnh khóa) hoặc thay đổi đường đặc tính bơm (điều chỉnh số vòng quay của trục bơm). Nhưng thực tế không phải có thể điều chỉnh điểm làm việc về bất kì điểm nào trên đường đặc tính của bơm. Ví dụ,có một bơm làm việc trong hệ thống với các đường đặc tính như trên hình 2.12, trong đó đường đặc tính của bơm ở dạng lồi. Điểm T (điểm cao nhất) gọi là điểm giới hạn chia đường đặc tính bơm ra hai khu vực, đoạn đường đặc tính bên phải điểm T bao gồm các điểm làm việc luôn ổn định, gọi là khu vực làm việc ổn định của bơm. Còn đoạn đường đặc tính bên trái điểm T tùy theo vị trí của đường đặc tính lưới (hệ thống) bơm có thể làm việc không ổn định, gọi là khu vực làm việc không ổn định của bơm. Trên hình 2.12, ta thấy bơm có hai điểm làm việc A và B. Nhưng bơm không thể 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). Hình 2.12: Khu vực điều chỉnh của bơm ly tâm Giả sử bơm đang làm việc ở chế độ A(HA,QB), nếu có một nguyên nhân nào đó làm mất trạng thái làm việc cân bằng của bơm trong hệ thống, ví dụ cột áp tĩnh của bơm giảm đột ngột trong một khoảng thời gian ngắn. Khi đó lưu lượng của hệ thống sẽ tăng lên một lượng và xuất hiện sự chênh áp của lưới và bơm. hay Phần năng lượng thiếu hụt trong hệ thống sẽ được bù đắp bằng động năng của toàn bộ khối chất lỏng chảy trong hệ thống do sự giảm vận tốc của dòng chảy. Vì vậy, lưu lượng của hệ thống giảm cho đến trị số Q và bơm lại trở về trạng thái làm việc ổn định ở điểm A (= H; = Q) Cũng trong trường hợp trên, ta xét đối với điểm làm việc B(HB,QB). Khi lưu lượng trong hệ thống tăng lên một lượng . hay Phần năng lượng dư trong hệ thống làm tăng động năng của toàn bộ khối chất lỏng trong hệ thống, vận tốc dòng chảy tăng, lưu lượng tăng và như vậy bơm không 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 hợp (lưu lượng của hệ thống giảm do cột áp tĩnh tăng đột ngột trong khoảng thời gian ngắn) thì bơm vẫn sẽ làm việc ổn định ở điểm A và không ổn định ở điểm B. Nhánh đường đặc tính bên trái điểm T chỉ có thể là khu vực làm việc ổn định của bơm khi nào đường đặc tính lưới cắt đường đặc tính bơm ở một điểm. * 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 khu vực không ổn định. Đối với các bơm quan trọng như bơm cao áp yêu cầu về đường đặc tính của bơm là không có vùng không ổn định, tức là yêu cầu đường đặc tính có dạng dốc hoặc thoải. Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ vị trí điểm tới hạn T trên đường đặc tính của bơm phụ thuộc góc ra β2. Góc ra β2 càng nhỏ thì khu vực điều chỉnh không ổn định càng nhỏ. 2.4. Các phương pháp ghép bơm Trong trường hợp phải ghép bơm làm việc trong một hệ thống khi hệ thống yêu cầu cột áp hoặc lưu lượng lớn hơn cột áp và lưu lượng của một bơm thì có hai cách ghép sau đây: 2.4.1. Ghép song song Trong trường hợp hệ thống yêu cầu lưu lượng của hệ thống lớn hơn lưu lượng của một bơm. Điều kiện để ghép bơm song song có thể làm việc được là các bơm ghép phải có cùng cột áp: H = Để xác định tổng lưu lượng của các bơm ghép song song làm việc trong một hệ thống, ta cần xây dựng đường đặc tính chung của các bơm ghép (H – Qc) và biết đường đặc tính lưới (H - Qlươi). Sau khi nghiên cứu nguyên tắc ghép bơm song song ta thấy: - Sự điều chỉnh (thay đổi điểm làm việc) của hệ thống có các bơm ghép song song tương đối phức tạp khi các bơm ghép có đường đặc tính khác nhau nhiều. Vì vậy, người ta thường ghép các bơm có các đường đặc tính gần giống nhau hoặc như nhau để việc thực hiện sự điều chỉnh được thuận lợi. - Cách ghép bơm song song chỉ có hiệu quả khi đường đặc tính của các bơm ghép thoải (có độ dốc nhỏ) và đường đặc tính của lưới không dốc lắm. Cách ghép này ứng dụng trong các hệ thống bơm cần có cột áp H thay đổi ít khi lưu lượng Q thay đổi nhiều. - Số lượng bơm ghép song song để tăng lưu lượng trong hệ thống có giới hạn nhất định, xác định bởi đường đặc tính chung của các bơm ghép và đường đặc tính lưới. 2.4.2. Ghép nối tiếp Dùng trong trường hợp hệ thống yêu cầu cột áp của lớn hơn cột áp của một bơm. Điều kiện để các bơm ghép nối tiếp làm việc bình thường trong hệ thống là các bơm ghép phải có cùng lưu lượng. Q = Cột áp làm việc của hệ thống có nối tiếp bơm khi Q = const bằng tổng cột áp của các bơm ghép. H = Nhận xét: - Khi ghép nối tiếp nên chọn bơm và hệ thống có đường dốc nhiều mới có hiệu quả cao, vì thay đổi lưu lượng ít đã tăng được cột áp theo yêu cầu. - Khi ghép hai bơm nối tiếp nhau cần chú ý là một trong hai bơm phải làm việc với áp suất cao hơn bơm còn lại, vì vậy nếu không đủ độ bền bơm sẽ hỏng. Do đó, ta phải lựa chọn trên đường ống đẩy của bơm đầu tiên, điểm nào không gây nguy hiểm cho bơm sau đó thì ghép. - Việc ghép bơm nối tiếp trong một hệ thống là tương đối phức tạp không thuận tiện và kinh tế bằng chọn một bơm khác có đủ cột áp yêu cầu để làm việc trong hệ thống. 2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất 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: Công suất tiêu thụ. Bằng lý thuyết và thực nghiệm người ta nhận thấy hiệu suất toàn phần của máy bơm phụ thuộc: Tổn thất thẻ tích, tổn thất thủy lực, tổn thất cơ khí. 2.5.1. 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. Chất lỏng chảy ngược trong các cấp của bơm nếu bơm có nhiều cấp. Tổn thất thể tích trong bơm ly tâm thường là: 2.5.2. 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: 2.5.3. 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: CHƯƠNG 3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BƠM SULZER 3.1. Sơ đồ công nghệ bơm vận chuyển dầu khí Trên các giàn cố định MPS, dầu thô sau khai thác lên từ các giếng khai thác sẽ được thu gom bằng hệ thống đường ống tới các bình tách cao áp sau đó được đưa đến bình tách thấp áp, tại các bình tách này dầu được xử lý sơ bộ để tách nước và tách khí. Khí từ bình tách cao áp được đưa vào hệ thống thu gom khí chung của toàn mỏ, còn dầu sau khi qua bình tách được đưa vào hệ thống các bình chứa trên giàn, cuối cùng được bơm vào đường ống thu gom dầu chung của toàn mỏ. Trên các giàn cố định có bố trí rất nhiều các loại máy bơm ly tâm để bơm vận chuyển dầu khí. Thường có hai máy bơm Sulzer, một máy bơm luôn ở trạng thái làm việc và một máy bơm để dự phòng, được ghép song song nhằm mục đích: - Đảm bảo quá trình khai thác được liên tục, nếu máy bơm đang làm việc bị hỏng và không làm việc và một máy bơm để dự phòng vào làm việc thay thế máy bơm hỏng. - Khi lượng dầu khai thác lên lớn hoặc lượng dầu trong các bình chứa vượt quá giới hạn cho phép thì ta có thể cho cả hai máy bơm cùng làm việc khi đó có thể giảm nhanh chóng lượng dầu trong các bình chứa. 3.2. Sơ đồ tổng thể và đặc tính kỹ thuật của bơm 3.2.1. Sơ đồ tổng thể của bơm Sơ đồ tổng thể của bơm bao gồm các bộ phận được thể hiện trên hình 3.1 sau: Hình 3.1: Sơ đồ tổng thế bơm Sulzer 3.2.2 Các thông số kỹ thuật của bơm * Phần bơm. 1. Ký hiệu bơm MSD-D 2. Nhà sản suất SULZER 3. Loại bơm ly tâm trục ngang 4. Số lượng bánh công tác là 5 5. Lưu lượng tối ưu: 130m3/h 6. Cột áp tối ưu: 400m 7. Công suất bơm: 147kW 8. Hiệu suất bơm:74% * Phần động cơ. 1. Công suất động cơ: 185 kW 2. Tốc độ bơm: 2969 vòng/ phút 3. Khớp nối: - Khớp nối dạng đĩa - Khoảng cách giữa hai đầu trục: 180 mm 4. Đệm làm kín - Đệm làm kín mặt đầu dạng kép 5. Trọng lượng - Trọng lượng bơm: 2000 kg - Động cơ: 920 kg - Đế giá lắp: 1000 kg - Khớp nối: 20 kg Tổng trọng lượng: 3940 kg 3.3. Cấu tạo bơm Bao gồm bơm và phần động cơ điện được lắp trên một giá chung, giữa trục bơm và động cơ được nối với nhau bởi khớp nối. 3.3.1. Thân máy Thân máy được lắp ghép từ hai nửa tháo được theo mặt phẳng ngang và được định vị với nhau bởi các chốt hình côn và kẹp chặt bởi các vít cấy (đai ốc dạng chụp) Bề mặt lắp ghép của thân bơm được mài rà để chống hiện tượng rò rỉ khi bơm, làm việc do áp suất cao trong khi làm việc của bơm. Thân máy có vách ngăn chia làm các khoang và có các rãnh dẫn tạo thành các khoang hướng dòng chảy của chất lỏng vào và ra khỏi bánh công tác. Phía dưới thân bơm có lắp một ống giảm tải để xả áp suất từ khoang chứa đệm làm kín đầu áp suất cao đến khoang vào của máy bơm. Hình 3.2: Sơ đồ thân bơm 3.3.2. Phần Roto Chiều quay của Roto là chiều ngược chiều kim đồng hồ ( nhìn từ phía động cơ). Roto gồm năm bánh răng công tác. Bánh công tác thứ nhất có hai cửa vào, còn bốn bánh công tác tiếp theo được chia thành hai nhóm đối xứng nhau. Do sự cấu tạo của Roto cho phép bơm khi làm việc khử được lực dọc trục. 3.3.3. Gối đỡ Roto của bơm được đỡ trên 2 ổ đỡ nằm ở hai phía của đầu trục. + Ổ đỡ phía động cơ: 01 ổ bi đỡ (6213). + Ổ đỡ phía đầu tự do: Gồm 02 ổ bi đỡ chặn 7211 ( tương đương của LiênXô cũ 46411). Các ổ bi được bôi trơn bằng dầu Tellas 46 và phương pháp quăng dầu giống bơm HIIC, các vòng quăng dầu được bố trí về một phía của các ổ bi. Ổ đỡ được làm mát bằng cách trao đổi nhiệt qua các cánh tản nhiệt với môi trường bên ngoài. Phía động cơ thì nhờ gió từ phía động cơ thổi tới còn phía đầu tự do thì có lắp thêm quạt gió. Nhiệt độ dầu bôi trơn không vượt quá 70oC. Hình 3.3: Sơ đồ mặt cắt dọc bơm Hình 3.4: Ổ đỡ phía đầu động cơ Hình 3.5: Ổ đỡ phía đầu tự do 3.3.4 Khớp nối Khớp nối là bộ phận lắp trung gian giữa trục của động cơ và trục của bơm. Khớp nối có nhiều loại khác nhau như: Dạng bánh răng, loại khớp nối mềm… tuy nhiên người ta hay sử dụng loại khớp nối mềm vì loại này có hiêu quả cao hơn các loại khác. Khớp nối có chức năng truyền mô men xoắn giữa các trục quay của động cơ và trục bơm, dung hoà sự chuyển dịch tất yếu của hai trục quay. Các chuyển dịch này bao gồm: sai lệch góc, sai lệch ngang hay kết hợp cả hai. Ngoài ra, các dịch chuyển dọc của cả hai trục có thể được khớp nối hấp thụ. Hình 3.6: Khớp nối 3.3.5. Hệ thống làm kín bơm Hệ thống làm kín bơm có chức năng ngăn sản phẩm bơm (ở đây là dầu thô) rò rỉ dọc theo trục bơm ra bên ngoài. Mỗi bơm vận chuyển dầu được lắp hai bộ làm kín cơ, một tại ‘DE’ ( phía đầu dẫn động), một tại ‘NDE’ (đầu không dẫn động) của bơm. Cả hai đều theo tiêu chuẩn của API 610. Mỗi bộ làm kín đôi gồm hai phần là hai mặt bịt kín, mặt “ chính” hay mặt trong hướng vào sản phẩm bơm đi, và mặt “phụ” hay mặt ngoài hướng ra “ không khí”. Trong điều kiện vận hành bình thường, sản phẩm bơm đi được mặt bịt kín chính giữ lại bên trong bơm, mặt phụ giữ vai trò dự phòng giúp bơm tiếp tục hoạt động khi mặt chính bị hư hỏng. Giữa hai mặt bịt kín có chất lỏng đệm, chất lỏng này hoạt động dưới áp suất cao hơn so với áp suất sản phẩm bơm đi. Nhờ áp suất cao hơn đó sản phẩm bơm không thể rò rỉ ra ngoài và ngược lại chất lỏng đệm sẽ rò rỉ vào trong bơm. Chất lỏng đệm cũng giữ vai trò bôi trơn giữa các mặt bịt kín và trục bơm. Bình thường có một ít rò rỉ ở hai mặt này: rò rỉ qua mặt trong vào bơm và rò rỉ qua mặt ngoài ra đường thoát xả. Hệ thống làm kín bơm bao gồm: + Hai bộ làm kín “ kép” lắp vào bơm dầu thô. + Bình chứa “ DE” và “NDE” lắp tại nơi đặt bơm. Các bình này chứa chất lỏng đệm để bù đắp lượng rò rỉ thông thường trong nhiều ngày hoạt động trước khi cần châm đầy trở lại. + Chất lỏng đệm ở hai đầu ổ đỡ được làm mát kiểu “ Fin” giảm nhiệt từ bộ làm kín vào chúng, chất lỏng đệm được bơm tuần hoàn qua bộ làn kín tới hệ thống làm mát ( thường có dạng trụ và trên đó có các cánh tản nhiệt) sau khi làm mát lại ngược trở về. ( hình) 3.4. Bôi trơn Vịt dầu giữ mức ổn định Denco Hình 3.7: Vịt dầu giữ mức Denco Nguyên lý hoạt động Vịt dầu giữ mức ổn định Denco lắp trên gối đỡ, có chức năng duy trì mức dầu trong gối ổ đỡ và có thể theo dõi và nạp lại. Mức dầu trong gối đỡ tụt xuống thì mức dầu trong thân vịt cũng giảm, vì vậy lộ ra phần đáy vát của ống cung cấp trong vịt dầu và không lọt vào bể dầu. Một lượng dầu tương đương thoát từ bể chứa ống cung cấp vào thân vịt dầu, khôi phục lại mức dầu trước và đóng kín ống cung cấp. Quá trình này lặp đi lặp lại khi mức dầu trong gối đỡ tụt giảm và tiếp tục khi bể chứa cạn dầu. Nạp đầy. Để nạp đầy, có thể rút bể chứa và đầu nối ra khỏi thân, tháo bể nối để châm dầu vào bể, lắp lại cụm đầu nối, bể chứa vào thân như cũ, bảo đảm duy trì mức dầu định trước. 3.5 Động cơ Hình 3.8: Cấu tạo động cơ 3.6. Nguyên lý làm việc của bơm Sulzer Khi máy bơm làm việc, các bánh công tác quay truyền năng lượng cho chất lỏng, các phần tử chất lỏng chuyển động theo các cánh dẫn hướng của các bánh công tác từ trong ra ngoài. Dưới tác dụng của lực ly tâm, chất lỏng ra khỏi bánh công tác cấp 1 đi qua các cánh dẫn hướng rồi vào cửa hút của bánh công tác cấp 2 với áp lực do bánh công tác cấp 1 truyền cho. Quá trình này diễn ra liên tục, áp lực của các phần tử chất lỏng tăng dần khi qua các bánh công tác, cuối cùng chất lỏng chuyển động vào cửa đẩy của bơm. Tại cửa hút của bơm, dưới áp suất khí quyển hay áp suất thuỷ tĩnh, chất lỏng được chuyển từ bể hút vào cửa hút trong quá trình bơm.  Hình3.9 : Đường làm việc của bơm Sulzer CHƯƠNG 4 QUY TRÌNH VẬN HÀNH, KIỂM TRA BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA BƠM SULZER 4.1. Quy trình vận hành bơm Sulzer 4.1.1. Khởi động bơm Sulzer 4.1.1.1. Công tác chuẩn bị trước khi khởi động bơm - Trước khi khởi động máy bơm, ta phải chắc chắn rằng chất lỏng được điền đầy trong hệ thống đường ống và trong khoang làm việc của bơm. - Phải chắc chắn rằng bơm trong trạng thái sẵn sàng làm việc cả về phần động cơ ( điện) và bơm ( cơ khí ). - Phân bố tải cho hợp lý cho hệ thống trước khi khởi động bơm. - Trước khi khởi động thiết bị lần đầu ( sau khi lắp đặt hoặc bảo dưỡng ) thì cần kiểm tra xem chiều quay của động cơ và bơm có đúng như chiều mũi tên trên động cơ bằng cách nhấn nhanh nút ON/OFF. - Kiểm tra độ tin cậy, độ chắc chắn của bu lông và các ê cu. Kiểm tra độ ổn định của roto bằng cách quay roto bằng tay hoặc bằng chìa vặn ê cu. Kiểm tra xem các van có trong trạng thái hoàn hảo hay không. - Kiểm tra các liên kết của bơm và các mặt bích nếu có sự rò rỉ chất lỏng ra bên ngoài. - Kiểm tra mức nhớt làm mát sa nhích xem có bị thiếu không, nếu thiếu thì phải bổ sung ngay. - Kiểm tra chắc chắn rằng bơm và động cơ không bị kẹt. - Mở van khí Ni tơ, kiểm tra áp suất khí Ni tơ. Áp suất khí Ni tơ trong khoảng 4 ÷ 6 là được. - Kiểm tra trạng thái van trên đường ra Đóng và trên đường vào Mở. - Xả khí trong thân bơm ( còn gọi là xả E ), bằng cách mở van xả E trên thân bơm, sau khi xả xong phải đóng van này lại. 4.1.1.2. Khởi động máy bơm Khởi động bơm ngay tại chỗ, sau đó từ từ mở van trên đường ra cho đến khi đạt lưu lượng yêu cầu, dòng điện đạt được phải bằng hoặc thấp hơn dòng định mức trong khoảng cho phép. Kiểm tra độ chênh áp phin lọc trên đường hút của bơm. Theo dõi bơm làm việc trong khoảng 5 ÷ 10 phút, đảm bảo rằng bơm không có hiện tượng bất thường như: âm thanh lạ, có sự dao động áp suất, dao động tải, nóng bất thường. Trong trường hợp áp suất trên đường đẩy giảm đột ngột, quá tải động cơ, có hiện tượng rò rỉ chất lỏng qua đệm làm kín, có âm thanh lạ như va đập không bình thường thì phải đóng van trên đường đẩy, ngắt điện động cơ, tìm nguyên nhân và khắc phục hư hỏng. 4.1.2. Tắt máy bơm - Đóng từ từ van trên đường đẩy để giảm tải trên động cơ. - Ngắt điện vào động cơ để tránh va đập và dòng hồi ngược làm hỏng cánh bơm và van ngược. - Khóa các van cấp Ni tơ và cấp nhớt làm mát cho sa nhích. - Kiểm tra sự rò rỉ dầu thô, lau chùi vệ sinh máy bơm. - Đóng van trên đường hút. - Khi dừng máy bơm trong khoảng thời gian dài, với chất lỏng dễ đông đặc và kết tinh, ta cần phải tháo hết chất lỏng ra khỏi bơm và thay vào đó một chất lỏng ( có thể là sản phẩm của dầu mỏ ) không đông đặc hoặc dùng hóa chất ngăn ngừa sự đông đặc của chất lỏng bơm, sự lắng đọng của các tinh thể hoặc chất cặn bã trong bơm. 4.1.3. Kiểm tra trong quá trình làm việc - Cần theo dõi các chỉ số đồng hổ, chúng phải nằm trong giới hạn cho phép, mức nhớt làm mát cho sa nhích phải đủ … đảm bảo cho máy bơm hoạt động tốt. - Các biểu hiện bất thường xảy ra khi máy bơm đang làm việc phải được kịp thời phát hiện, tìm nguyên nhân và các khắc phục các hư hỏng đó. 4.2. Quy trình kiểm tra máy bơm trong quá trình vận hành Công việc kiểm tra, bảo dưỡng các máy móc, thiết bị được tiến hành khoảng 2 giờ/lần, người thợ vận hành phải thường xuyên theo dõi các dấu hiệu sau: - Áp suất đường ra và đường vào của máy bơm bằng cách theo dõi các đồng hồ đo chênh áp. Phải có áp lực cửa đẩy của bơm ngay sau khi đạt tới tốc độ vận hành, phải tắt ngay bơm nếu điều này không xảy ra. - Áp suất của khí Ni tơ của bình chứa cho sa nhích. Nếu áp suất khí Ni tơ thấp phải bổ sung ngay. - Mức dầu Diezel trong bình chứa dầu cho sa nhích. - Mức nhớt trong bầu giữ mức cho ổ bi. - Tải của động cơ máy bơm, cường độ dòng điện toàn tải không được vượt quá giới hạn ghi trên vở động cơ. - Các âm thanh lạ bất thường, sự rung động mạnh. Ta phải tắt ngay bơm nếu các rung động vượt quá giới hạn cho phép. - Sự nóng lên bất thường của động cơ bơm. - Kiểm tra sự chênh áp phin lọc trên đường hút. Nếu có sự chênh áp cao, vượt quá giới hạn cho phép phải tắt bơm và kiểm tra phin lọc. - Sự thay đổi đặc tính của dầu thô như: nhiệt độ, tỷ trọng, chất lượng dầu… sẽ ảnh hưởng rất lớn đến các thông số làm việc của bơm. - Các dấu hiệu rò rỉ của dầu thô, nhớt, khí Ni tơ. Cần đặc biệt chú ý tới sự rò rỉ tại các bộ phận làm kín của động cơ. 4.3. Quy trình bảo dưỡng kỹ thuật Quy trình bảo dưỡng, sửa chữa các thiết bị được thực hiện dựa trên 3 yếu tố cơ bản sau: + Thực hiện theo các tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của nhà sản xuất bơm, cần chú ý đến các điều kiện làm việc của thiết bị trong điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam. + Tùy thuộc vào trình độ của đội ngũ công nhân vận hành như: bộ phận cơ khí, bộ phận điện, bộ phận tự động hóa… dựa trên điều kiện làm việc của thiết bị để thiết lập quy trình sửa chữa, bảo dưỡng. + Điều kiện làm việc thực tế của các thiết bị trên giàn khoan như: chế độ làm, sự thay đổi của các thông số trong quá trính làm việc … đây là yếu tố quan trọng nhất để xác định quy trình bảo dưỡng cho thiết bị, bởi vì nó phù hợp với yêu cầu thực tế của sản xuất, giúp nâng cao chất lượng thiết bị sau khi tiến hành bảo dưỡng. Các yêu cầu trong quá trình bảo dưỡng máy móc, thiết bị: - Trong khi máy bơm làm việc, ta cần phải quan sát các thông số làm việc của bơm như: áp suất, nhiệt độ, lưu lượng trên các đồng hồ chỉ báo. - Không cho máy bơm làm việc khi áp suất đầu vào nhỏ hơn yêu cầu. - Nhiệt độ làm việc của ổ bi và đệm làm kín không được vượt quá 70oC. - Sau 6 tháng cần tiến hành các công việc sau: thay nhớt cho ổ bi, tháo rửa phin lọc, kiểm tra đóng mở các van và bôi mỡ các van. - Sau 4000 giờ làm việc cần phải tiến hành kiểm tra chất lượng nhớt của ổ bi. - Sau 4000 ÷ 5000 giờ làm việc thì phải kiểm tra hệ thống bảo vệ và các vòng bi, trong trường hợp cần thiết thì cần phải thay mới. - Sau mỗi chu kỳ làm việc 4000 ÷ 10000 giờ làm việc cần kiểm tra và bảo dưỡng lớn. Kiểm tra, bảo dưỡng trên giàn: Trong quá trình máy bơm hoạt động có thể xảy ra các hỏng hóc ảnh hưởng đến quá trình làm việc. Do đó, sẽ làm ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển dầu khí. Khi xảy ra các sự cố, chúng ta phải tiến hành dừng bơm để xác định nguyên nhân và tim biện pháp khắc phục. Tùy theo dạng hư hỏng xảy ra mà ta có thể xử lý tại chỗ hoặc kiểm tra trước khi quyết định gửi về xưởng nhằm tiết kiệm thời gian và chi phí vận chuyển. Dưới đây là một số dạng hỏng hóc có thể xảy ra và biện pháp khắc phục ( xem bảng 4.1 ). Bảng 4.1: Các dạng hỏng hóc và biện pháp khắc phục STT DẠNG HỎNG HÓC NGUYÊN NHÂN BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 1 Bơm không khởi động được, không có điện tới động cơ - Hiệu điện thế thấp - Cầu dao chính bị ngắt - Tín hiệu báo động trên bảng điều khiển không cho khởi động - Hư hỏng trong thiết bị khởi động - Kiểm tra nguyên nhân để khắc phục và đóng cầu dao - Kiểm tra nguyên nhân và khởi động lại bảng điều khiển - Kiểm tra nguồn cung cấp và tìm biện pháp khắc phục - Kiểm tra thiết bị khởi động, sửa chữa và thay mới nếu cần 2 Động cơ ngắt khi khởi động - Đặt quá tải không đúng - Động cơ bị quá tải - Bơm hoặc động cơ bị kẹt - Kiểm tra và điều chỉnh lại nếu cần - Thực hiện đúng quy trình khởi động máy - Tháo khớp nối, kiểm tra từng phần, khắc phục nguyên nhân gây kẹt 3 Bơm dừng đột ngột khi ngắt động cơ - Ma sát quá lớn trong bơm hoặc động cơ - Tháo khớp nối và kiểm tra từng phần, sửa chữa nếu cần 4 Bơm quay ngược - Van ngược ở đầu ra bị kẹt ở vị trí mở - Tháo van ngược để kiểm tra và khắc phục kẹt 5 Bơm quá nóng hoặc bị kẹt - Vận hành bơm ở lưu lượng thấp hơn mức tối thiểu - Xem xét lại các thông số vận hành, thực hiện đúng quy trình vận hành 6 Rò rỉ chất lỏng quá nhiều qua đệm làm kín - Các bộ phận của đệm bị mòn, đệm bị hỏng mất khả năng làm kín - Tháo đệm làm kín và sửa chữa, nếu bị hỏng nặng thì phải thay thế 7 Đệm làm kín quá nóng - Hệ thống tuần hoàn làm mát của đệm không tốt - Kiểm tra hệ thống làm mát và sửa chữa 8 Không có áp lực đẩy, không có chuyển động chất lỏng khi khởi động - Bơm không được mồi - Chiều quay không đúng - Các lối thông của quạt bị nghẽn Thiếu áp lực hạ lưu - Mở toàn bộ van xả gió cho bơm và nạp đầy chất lỏng bơm vào hệ thống - Kiểm tra các dây điện cấp nguồn cho motor, tháo và nối lại các đầu dây - Tháo nửa trên của bơm, kiểm tra các cánh bơm và làm sạch vật cản - Kiểm tra van điều khiển và điều chỉnh van để tăng áp lực đẩy 9 Ổ đỡ làm việc có tiếng ồn - Bôi trơn không tốt - Kiểm tra chất lượng nhớt bôi trơn và mỡ bôi trơn tại các ổ đỡ. Nếu thiếu phải bổ sung ngay. Kiểm tra loại nhớt sử dụng cho phù hợp 10 Nhiệt độ ổ đỡ cao - Cân chỉnh khớp nối không đúng - Mức dầu quá thấp hoặc quá cao - Độ nhớt của dầu quá cao - Bơm giật quá mức - Ổ đỡ bị mòn - Lắp đặt ổ đỡ không đúng - Cân chỉnh lại khớp nối - Điều chỉnh lại mức dầu - Sử dụng loại nhớt theo đúng khuyến cáo của nhà sản xuất - Tháo nửa vỏ đệm phía trên và kiểm tra khe hở bù mòn, tháo cơ phận quay và thay phần bị mòn - Tháo và thay ổ đỡ mới - Kiểm tra việc lắp ráp, tình trạng các ổ đỡ và các bộ phận liên kết 11 Trạm bơm rung và có tiếng ồn bất thường - Bê tông đế không tốt, có lớp không khí giữa lớp xi măng và phần trên cùng của mặt bệ - Độ đồng tâm của hệ thống không tốt - Ổ bi bị mòn hoặc bị hỏng - Rô to bơm tiếp xúc với Stato - Kiểm tra bê tông đế, xác định vị trí còn không khí bằng cách gõ lên bề mặt trên cùng , trám đầy xi măng vào các vị trí đó - Kiểm tra các sai lệch so với tiêu chuẩn, nếu có sai lệch thì sửa lại - Tháo và thay mới nếu cần - Điều chỉnh chính xác vị trí của Rô to, kiểm tra tất cả các hư hỏng 12 Áp suất trên đường ra của bơm thấp - Rò rỉ trên đương ống đẩy - Kiểm tra và sửa chữa - Bơm không được mồi đủ - Mòn phần trong - Tắt bơm, xả khí ra khỏi bơm và khởi động lại bơm - Tháo, sửa chữa thay thế các phần bị mòn 13 Mất áp suất đẩy sau khi khởi động - Van điều khiển dòng chảy mở quá lớn - Có không khí trên đường ống hút - Áp suất hút không đủ do đó sản phẩm tạo hơi trong bơm - Bộ lọc hút bị nghẽn - Chỉnh sửa lại dộ mở của van - Mở toàn bộ van xả gió để đẩy không khí ra khỏi hệ thống bơm - Kiểm tra lại và thực hiện các thay đổi cần thiết để hệ thống tạo đủ áp suất - Tháo, chùi rửa hoặc thay thế bộ lọc mới 14 Áp suất ra dao động bất thường - Bơm không được mồi đúng - Cản trở trong đường ống hút - Có vật lạ chảy vào cửa hút - Bơm bị xâm thực - Tắt bơm, xả khí trong thân bơm và khởi động lại - Kiểm tra van hút và phin lọc, nếu có chất cặn thì loại bỏ và làm sạch - Tháo, kiểm tra cửa hút, làm sạch nếu có vật cản - Tắt bơm, khởi động lại, mở từ từ van xả và duy trì cột áp đầu ra của bơm. Kiểm tra chiều cao hút của bơm so với đường đặc tính thử của bơm 15 Giảm cột áp trong khi vận hành - Động cơ dẫn động bị quay ngược - Bị kẹt ống do có vật cản trong bơm - Kiểm tra và đấu lại động cơ - Kiểm tra và loại bỏ vật cản trong bơm 16 Tiếng ồn từ của hút của bơm - Bơm bị xâm thực, có vật cản tại của hút của bơm - Kiểm tra chiều cao hút cho phép của bơm, làm sạch vật cản 17 Bị ăn mòn ngắn hạn, có vết rỗ do ôxy hóa hoặc vật liệu bị mòn - Vật liệu chế tạo không tương thích với sản phẩm - Chất lỏng bơm có chứa chất ăn mòn - Không tạo đủ áp suất, có hơi lọt vào - Thay thế các bộ phận có khả năng chống ăn mòn - Sửa chữa các bộ phận bị hở 4.4. Quy trình sửa chữa 4.4.1. Quy trình công nghệ sửa chữa bơm Sulzer Việc sửa chữa bơm Sulzer phải tuân theo quy trình công nghệ sửa chữa nhất định. Dưới đây là quy trình công nghệ sửa chữa một số chi tiết chính trong máy bơm Sulzer tại xưởng cơ điện thuộc xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsov Petro. Quy trình công nghệ sửa chữa bơm Sulzer được trình bày theo sơ đồ ( hình 4.1 ). KIỂM TRA LAU SẠCH BỤI DẦU MỠ CHUYỂN MÁY ĐỂ SỬA CHỮA THÁO MÁY THÀNH BỘ PHẬN THÁO BỘ PHẬN RỬA BỘ PHẬN VÀ CHI TIẾT KIỂM TRA VÀ PHÂN LOẠI CHI TIẾT LẬP BẢNG THỐNG KÊ KHUYẾT TẬT CHI TIẾT CẦN PHẢI PHỤC HỒI VÀ SỬA CHỮA CHI TIẾT BỊ LOẠI SỬA CHỮA CHI TIẾT CHI TIẾT CÒN DÙNG ĐƯỢC CHI TIẾT MỚI Hình 4.1: Sơ đồ quy trình công nghệ sửa chữa bơm Sulzer GIAO MÁY ĐÃ SỬA CHỮA CHO NGƯỜI SỦ DỤNG SƠN MÁY CHẠY RÀ VÀ CHẠY THỬ LẮP CHUNG TOÀN BỘ MÁY SƠN BỘ PHẬN LẮP BỘ PHẬN KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CHI TIẾT 4.4.2. Quy trình công nghệ sửa chữa một số chi tiết quan trọng của bơm Sulzer Trong phần này, chúng ta sẽ đi sâu vào nghiên cứu quy trình công nghệ sửa chữa một số các cơ cấu quan trọng của máy bơm Sulzer như: trục bơm, bánh công tác cấp một, bánh công tác trái, bạc làm kín bơm, gối đỡ chặn. Quy trình sửa chữa các cơ cấu này sẽ được trình bày cụ thể sau đây.