Nghiên cứu, tính toán lựa chọn hệ thống thiết bị bơm vận chuyển dầu ở xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro

p ®Þnh møc nq= n. 4 3 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ i H y Q = 69 v/ph lµ tèc ®é quay ®Æc tr−ng ; ë ®©y: n = 2950 vg /ph lµ tèc ®é quay cña trôc m¸y b¬m ; y = 2 lµ sè mÆt hót; i = 8 lµ sè cÊp (sè b¸nh c«ng t¸c) cña m¸y b¬m Thay nq vµo c«ng thøc trªn ta cã : Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 22 - H0= 500(1,025 + 0,0075.69) = 771,25 m VËy: H = 771,25 ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−− 2 65 ). 25,771 5001(1 Q = 771,25 – 0,086Q 2 Nªn ph−¬ng tr×nh ®−êng ®Æc tÝnh cña b¬m lµ : H = 771,25 – 0,086Q2 LËp b¶ng tÝnh to¸n, ta sÏ vÏ ®−îc ®−êng ®Æc tÝnh cña m¸y b¬m (b¶ng 2-3) Bảng 2-3 Q 0 10 20 30 40 50 60 70 80 H 771.25 762,55 736,85 693,75 633,65 556,25 461,65 349,85 220,85 *X¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc cña m¸y b¬m Tõ c¸c sè liÖu cña b¶ng 2-2 vµ b¶ng 3-3, vÏ trªn cïng ®å thÞ, ta sÏ nhËn ®−îc hai lo¹i ®−êng ®Æc tÝnh: §−êng ®Æc tÝnh m¹ng èng dÉn chÊt láng (b¶ng 2-2) vµ ®−êng ®Æc tÝnh cña m¸y b¬m (b¶ng 2-3), h×nh 2-2. Giao ®iÓm cña hai ®−êng ®Æc tÝnh nµy chÝnh lµ ®iÓm lµm viÖc cña m¸y b¬m víi m¹ng dÉn (®iÓm A trªn ®å thÞ). Tõ ®iÓm A, ta x¸c ®Þnh ®−îc c¸c th«ng sè lµm viÖc cña m¸y b¬m nh− sau: - Lưu lượng lµm viÖc của bơm: Q = 63 (m3/giờ). - Cột áp toàn phần thực tế của bơm: H = 445 (mH2O). - Hiệu suất: cη = 0,59. C¸c gi¸ trÞ nµy phï hîp víi yªu cÇu b¬m vËn chuyÓn dÇu cho thùc tÕ vµ ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn lµm viÖc l©u dµi cã chÊt l−îng tèt cho m¸y b¬m . Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 23 - Q, m3/h %η 0 10 20 30 40 50 60 100 200 300 400 500 600 H, m 800 H×nh 2- 2 C¸c ®−êng ®Æc tÝnh vµ ®iÓm lµm viÖc cña m¸y b¬m A 50 40 30 60 70 H-Q Hmd cη -Q Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 24 - CH−¬nG 3 TÍNH TOÁN KIỂM TRA THIẾT KẾ MỘT SỐ BỘ PHẬN CHÍNH CỦA m¸y BƠM VẬN CHUYỂN DẦU CΠΗ 3.1. Thiết kế bộ phận dẫn hướng. Các bộ phận dẫn hướng của máy bơm НПС bao gồm: - Bộ phận dẫn hướng vào. - Bộ phận dẫn hướng ra. - Bộ phận dẫn hướng trung gian. Nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng là đảm bảo quy luật chuyển động của dòng chảy, giảm tổn thất, giảm ma sát, đồng thời có tác dụng biến động năng thành áp năng và ngược lại. 3.1.1. Bộ phận dẫn hướng vào. Nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng vào: - Tạo nên một dòng chảy đối xứng trục trước khi lưu thể đi vào bánh công tác. - Thay đổi trị số và phương chiều của vận tốc dòng chảy sao cho phù hợp với yêu cầu thiết kế từ cửa hút đến điểm vào bánh công tác. Bộ phận dẫn hướng vào có kết cấu ống dẫn hướng vào vuông góc với trục nên dòng chảy nên dòng chảy vào vuông góc với trục bơm sau đó được phân bố theo hướng đối xứng trục đi vào miệng hút bánh công tác. Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 25 - Ch CD CD Ch Hình 3.1. Bộ phận dẫn hướng vào Tốc độ dòng chảy từ mặt bích nối với ống hút vào bơm: Ch = Kch. Hg.2 Hoặc ta tính theo công thức: Ch = ( )5,13,1 ÷D C Với: CD = ( )5,11÷ S C Ta chọn: Ch = 23,1 SC = 23,1 5,3 = 2,07 (m/s) Đường kính nơi cửa bích hút vào bơm: Dh = h t C Q . .4 π = 07,2.14,3 02,0.4 = 0,11 (m) Khi chất lưu được dẫn vào miệng hút thì các tiết diện máng dẫn vào sẽ được thu hẹp dần theo quy luật máng xoắn để chất lưu vào cửa hút bánh công tác một cách đều đặn, không gây va đập, khử được không gian chết của dòng chảy ở gần trục quay của bơm. Do đó ta thiết kế máng xoắn từ tiết diện IV đến tiết diện I giảm dần để đảm bảo tốc độ dọc máng đó là không đổi. Tại tiết diện cuối cùng O có lưới chắn để khử dòng chảy quay. Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 26 - Nếu giả thiết kế tốc độ Ch từ mặt bích hút đến tốc độ cửa vào bánh công tác CD thay đổi quy luật điều hòa (thường là đường thẳng) thì được tốc độ và diện tích ở các tiết diện trung gian FVII, FVI. o I II III IV V Ch o o I II III IV V VI VII VIII Hình 3.2. Các tiết diện máng xoắn CD Cr Ci Hình 3.3. Quy luật biến đổi tốc độ Tiết diện IV có diện tích: Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 27 - FIV = KP. 3 n Qt (m2) Hệ số KP = (1,6÷3). Chọn KP = 2. FIV = 2. 3 2950 02,0 = 0,038 (m2) Tiết diện III có diện tích: FIII = 4 3 . FIV = 0,029 (m2) Tiết diện II có diện tích: FII = 4 2 . FIV = 0,019 (m2) Tiết diện I có diện tích: FI = 4 1 . FIV = 0,0095 (m2) Tiết diện VIII có diện tích: FVIII = h t C Q = 07,2 02,0 = 0,01 (m2) Tiết diện VII có diện tích: FVII = h t C Q .1,1 = 07,2.1,1 02,0 = 0,0091 (m2) Tiết diện VI có diện tích: FVI = h t C Q .2,1 = 07,2.2,1 02,0 = 0,0083 (m2) Tiết diện V có diện tích: FV = t t C Q .3,1 = 07,2.3,1 02,0 = 0,0077 (m2) Khoảng cách: AF = 2.DS = 2.0,124 = 0,248 (m) OO = 4 3 .DS = 4 3 .0,124 = 0,093 (m) BO = 6 5 . DS = 6 5 .0,124 = 0,103 (m) CO = DS = 0,124 (m) Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 28 - DO = 6 7 .DS = 6 7 .0,124 = 0,145 (m) EO = 4 5 .DS = 4 5 .0,124 = 0,155 (m) HO = 4 6 . DS = 4 6 .0,124 = 0,186 (m) 3.1.2. Bộ phận dẫn hướng ra. Nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng ra là nhận lưu thể đi ra từ bánh công tác sau đó dẫn hướng ra ống đẩy. Để đảm bảo giữ được luật dòng chảy và ít tổn thất va đập, bộ phận dẫn hướng ra thường có dạng xoắn ốc mở rộng dần. Đặt r2 là bán kính ngoài của bánh công tác. r3 là bán kính đường tròn cơ sở của đường xoắn ốc. b2 là chiều rộng cửa ra bánh công tác. b3 là chiều rộng ban đầu của máng xoắn ứng với đường kính r3. a o10 goc ϕ = 0 ϕ o I II III IV V VI VII VIII IX D d ρ r3 r2 dr r2 r3 a r b2 b3 ρ b Hình 3.4. Bộ phận dẫn hướng ra Ta có: Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 29 - b3 = b2 + (0,02÷0,05).D2 = 0,012 + 0,04.0,227 = 0,02 (m) r3 = (1,03÷1,05).r2 = 1,04. 2 227,0 = 0,12 (m) Hằng số máng xoắn: Kd = Cu.r = C3u.r2 = ω LTHg. HLT: Cột áp lý thuyết: HLT = TL H η TLη : Hiệu suất thủy lực. Chọn TLη = 0,65. HLT = 65,0 500 = 769,2 (m) Với ω = 30 .nπ là vận tốc góc. Kd = ω LTHg. = 30 . . n Hg LT π = 30 2950.14,3 2,769.8,9 = 24,4 Diện tích phân bố chất lưu trong máng xoắn: df = b.dr Ta phải thiết kế biên dạng đường xoắn ốc từ tiết diện O đến tiết diện VIII. Một điểm nào đó trên biên dạng được xác định với tọa độ cực R, ϕ . Phân tố lưu lượng trong máng xoắn là: dQR,ϕ = df.Cu = r Kdb d.. Do đó lưu lượng qua tiết diện là: QR,ϕ = Kd. ∫R r r r db 3 . Lưu lượng này phải bằng lưu lượng cho ra từ bánh công tác ứng với góc ϕ : QR,ϕ = 360 ϕ .Qtt Từ hai phương trình trên suy ra: Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 30 - ϕ = tt d Q K.360 . r R r d r b. 3 ∫ Khi tiết diện máng xoắn có dạng hình tròn bán kính ρ , giải tích phân ta được: iρ = ArA ii ϕϕ .2 3+ (m) Với đại lượng A đo bằng s/m3 và biểu thị bởi công thức: A = tt d Q K..720π = 02,0 4,24.14,3.720 = 2758176 (s/m3) Do có ma sát ở đường xoắn ốc nên giá trị iρ sẽ lấy tăng nên đến giá trị ,iρ : Với ,iρ = iρ + iρΔ iρΔ = 0,025.r3. 360 iϕ Ta xây dựng được đường kính các tiết diện máng xoắn cũng như xây dựng được biên dạng máng xoắn từ tiết diện O đến tiết diện VIII khi cho biến thiên từ 0÷370o. Ta có: Tiết diện O, oϕ = 10o. oρ = A oϕ + A r oϕ..2 3 = 2758176 10 + 2758176 10.12,0.2 = 9,4.10-4 (m) oρΔ = 0,025.r3. 360 oϕ = 0,025.0,12. 360 10 = 8,3.10-5 (m) ⇒ ,oρ = oρ + oρΔ = 9,4.10-4 + 8,3.10-5 ≈ 10,2.10-4 (m) Tại tiết diện I, 1ϕ = 55o: 1ρ = A 1ϕ + A r 13..2 ϕ = 2758176 55 + 2758176 55.12,0.2 = 2,2.10-3 (m) 1ρΔ = 0,025.r3. 360 1ϕ = 2.10-4 (m) ⇒ ,1ρ = 1ρ + 1ρΔ = 2,2.10-3 + 2. 10-4 = 2,4.10-3 (m) Tại tiết diện II, 2ϕ = 100o: Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 31 - 2ρ = A 2ϕ + A r 23..2 ϕ = 2758176 100 + 2758176 100.12,0.2 = 3.10-3 (m) 2ρΔ = 0,025.r3. 360 2ϕ = 8.10-4 (m) ⇒ ,2ρ = 2ρ + 2ρΔ = 3.10-3 + 8.10-4 = 3,8.10-3 (m) Tại tiết diện III, 3ϕ = 145o: 3ρ = A 3ϕ + A r 33..2 ϕ = 2758176 145 + 2758176 145.12,0.2 = 3,6.10-3 (m) 3ρΔ = 0,025.r3. 360 3ϕ = 1,2.10-3 (m) ⇒ ,3ρ = 3ρ + 3ρΔ = 3,6.10-3 + 1,2.10-3 = 4,8.10-3 (m) Tại tiết diện IV, 4ϕ = 190o: 4ρ = A 4ϕ + A r 43..2 ϕ = 2758176 190 + 2758176 190.12,0.2 = 4,1.10-3 (m) 4ρΔ = 0,025.r3. 360 4ϕ = 1,6.10-3 (m) ⇒ ,4ρ = 4ρ + 4ρΔ = 4,1.10-3 + 1,6.10-3 = 5,7.10-3 (m) Tại tiết diện V, 5ϕ = 235o: 5ρ = A 5ϕ + A r 53..2 ϕ = 2758176 235 + 2758176 235.12,0.2 = 4,6.10-3 (m) 5ρΔ = 0,025.r3. 360 5ϕ = 2.10-3 (m) ⇒ ,5ρ = 5ρ + 5ρΔ = 4,6.10-3 + 2.10-3 = 6,6.10-3 (m) Tại tiết diện VI, 6ϕ = 280o: 6ρ = A 6ϕ + A r 63..2 ϕ = 2758176 280 + 2758176 280.12,0.2 = 5.10-3 (m) 6ρΔ = 0,025.r3. 360 6ϕ = 2,3.10-3 (m) ⇒ ,6ρ = 6ρ + 6ρΔ = 5.10-3 + 2,3.10-3 = 7,3.10-3 (m) Tại tiết diện VII, 7ϕ = 325o: Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 32 - 7ρ = A 7ϕ + A r 73..2 ϕ = 2758176 325 + 2758176 325.12,0.2 = 5,4.10-3 (m) 7ρΔ = 0,025.r3. 360 7ϕ = 2,7.10-3 (m) ⇒ ,7ρ = 7ρ + 7ρΔ = 5,4.10-3 + 2,7.10-3 = 8,1.10-3 (m) Tại tiết diện VIII, 8ϕ = 370o: 8ρ = A 8ϕ + A r 83..2 ϕ = 2758176 370 + 2758176 370.12,0.2 = 5,8.10-3 (m) 8ρΔ = 0,025.r3. 360 8ϕ = 3,1.10-3 (m) ⇒ ,8ρ = 8ρ + 8ρΔ = 5,8.10-3 + 3,1.10-3 = 8,9.10-3 (m) Từ tiết diện 8 đến tiết diện mặt bích nối với ống đẩy được thiết kế như một ống côn mở rộng dần với độ côn của ống 12o. Tốc độ dòng chảy ra ống Vđ = 2 (m/s) Đường kính miệng đẩy : Dđ = đ t V Q . 4 π = 2.14,3 02,0.4 = 0,112 (m) l = o đ tg D 12 2 8 ρ− = 0,222 (m) 3.1.3. Bộ phận dẫn hướng trung gian. Bộ phận dẫn hướng trung gian có nhiệm vụ dẫn chất lưu được bơm từ bánh công tác trước đến bánh công tác tiếp theo. Ta thiết kế bộ phận phận dẫn hướng trung gian kiểu cánh dẫn. Ưu điểm của nó là giảm được kích thước của bơm đặc biệt là theo hướng trục. Các cánh phía trước của khoang được thiết kế theo đường cong xoắn ốc bao gồm phần xoắn ốc abc để dẫn hướng của dòng chất lưu và phần mở rộng bcde. Phần xoắn ốc của máng dẫn có chiều rộng theo hướng trục không đổi để dễ chế tạo, phần mở rộng bcde được thiết kế với độ côn theo phương hướng kính và Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 33 - hướng trục. Để đảm bảo luật chuyển động của dòng chảy biên dạng ac thường có dạng đường xoắn ốc. 2π/zd h b c Rc ao a φ dφ r drαa ε e d ε3 l r4 r4 = r5r3 r3 rs α5 α6 Hình 3.5. Đĩa cánh dẫn hướng trung gian Phương trình biên dạng đường xoắn ốc ac: r = r3.etg 3α Trong đó: r3: Là bán kính đường tròn điểm bắt đầu vào cánh dẫn hướng. r3 = (1,03÷1,05).r2 r2 = D2/2 bán kính ngoài cùng của bánh công tác. r3 = 1,05.r2 = 1,05. 2 227,0 = 0,119 (m) 3α : Là góc xoắn ốc, có giá trị không đổi trên đường xoắn ốc. tg 3α = k3. u r C C b b 2 , 2 3 2 . k3: Hệ số thu hẹp ở cửa vào cánh dẫn hướng. k3 = (1,1÷1,15). Chọn k3 = 1,15 Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 34 - C2u: Thành phần tốc độ ở cửa ra của bánh công tác chiếu trên phương u, C2u = 17,4 (m/s) C ,2r = 2 2 k C r = 1,1 7,3 = 3,36 (m/s) b2 = 0,012 (m), b3 = 0,02 (m). ⇒ tg 3α = 1,15. 4,17 36,3. 02,0 012,0 = 0,133 3α = 7,6o Chiều cao tiết diện vào ao của ống khuyếch tán được tính từ tam giác bch: ao = 3 3 3 cos δα − − rRc Trong đó: Rc: Là bán kính tới điểm c của thành máng dẫn. 3δ : Chiều dày mép vào cánh bộ dẫn hướng. Công thức (3.32) có thể được viết dưới dạng: ao = 3 2sin. 3 3 1 cos 3 δα απ −⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −đZer Ở đây: Zđ: Số cánh của đĩa dẫn hướng: Zđ = Z + (1÷2) Ta chọn: Zđ = 10 (cánh) Số cánh thường chọn sao cho tiết diện cửa vào bánh công tác gần vuông. Chọn ao = b3 = 0,02 (m) Góc mở của ống côn ε lấy 10o theo hướng kính và 5o theo hướng trục. Chiều dài ống khuếch tán: l = 4ao = 0,08 (m) Theo Pfleiderer phần xoắn ốc abc có thể coi như một cung bán kính là: onρ = (Ro + r3). 3cos2 1 α Trong đó bán kính Ro được tính bằng: Ro = r3.e 3. αθ tgc 3θ : Góc ở tâm của máng xoắn ốc. Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 35 - 3θ = ( )32sin1.2 απ − đZ = ( )o6,7sin1. 10 14,3.2 2− = 0,6 (rad) Ro = r3.e 3. αθ tgc = 0,119. otge 6,7.6,0 = 0,129 (m) Thay kết quả tính được vào (3.34) ta có: onρ = (0,129 + 0,119). o6,7cos2 1 = 0,176 (m) Đường kính ngoài của đĩa dẫn (D4): 4D Ds = 0,75 ⇒ D4 = 75,0 sD = 75,0 124,0 = 0,165 (m) Cánh dẫn dòng chuyển tiếp phía sau đĩa trung gian thường được thiết kế bằng một cung theo phương pháp Bô-ric-xơ với 6α = 90o và 5α = 3α = 7,6o. 3.2. Lực tác dụng trong bơm. Khi m¸y b¬m ly t©m lµm viÖc, do ¸p suÊt cña dßng ch¶y t¸c dông lªn b¸nh c«ng t¸c kh«ng ®èi xóng nªn t¹o ra c¸c lùc ®Èy r« to, bao gåm: lùc ®Èy däc trôc vµ lùc ®Èy h−íng kÝnh. 3.2.1 Lực hướng trục. 3.2.1.1. Lực do chênh áp phía trước và phía sau bánh công tác. Sự phân bố áp suất phía trước và phía phía sau bánh công tác được chỉ rõ trên hình vẽ. Khi vành mòn phía trước bánh công tác chưa mòn, có thể coi phía trước và phía sau bánh công tác trên khoảng từ Ry đến r2 là như nhau. Ở khoảng từ ro đến Ry phía trước bánh công tác có áp suất p1 rất nhỏ, áp suất phía sau bánh công tác trên khoảng đó lại lớn, kết quả xuất hiện một lực hướng trục hướng từ phía sau ra phía trước và độ lớn của nó là: Fzng = -πγ (Ry2 - ro2).[ Hp - g u 8 2 2 .( 1- 2 22 2r rR oy − )] Trong đó: Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 36 - Hp = Hi.[1 - 2 2 2u C u ] = 8 500 .[ 1- 25,33.2 4,17 ] = 46,15 (mH2O). Ry = Rs = 0,062 (m). ro = 0,045 (m). g.ργ = = 843,3.9,81 = 8272,8 (kG/m3). Thay số vào (3.36) ta được: Fzng = - 1515,08 (kG) Dấu (-) của Fzng biểu thị nó có chiều ngược với trục z. 3.2.1.2. Lực tác dụng bên trong của bánh công tác. Do kết cấu của bánh công tác dòng chảy phía cửa vào bánh công tác phải thay đổi cả về hướng và độ lớn của tốc độ, nghĩa là thay đổi động lượng. Điều đó gây ra một lực hướng trục tác động nên bánh công tác hướng từ phía trước ra phía sau của bánh công tác. Độ lớn của lực đó là: Fztr = A.. oCg Q ..γ Trong đó: A = 1, Q = Qtt = 0,02 (m3/s) Thay số (3.37) vào ta có: Fztr = 1. 37,4.81,9 02,0.8,8272 = 73,7 (kG) Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 37 - zF Fztrco ro R y r2 p2p2 *Fzng Fzng p1 Hình 3.6. Sơ đồ tính toán lực hướng trục 3.2.1.3. Lực phụ hướng trục. Khi vành lót phía trước bánh công tác bị mòn, áp suất phía trước đĩa công tác trên khoảng từ Ry đến r2 sẽ nhỏ hơn áp suất phía sau. Kết quả là xuất hiện lực phụ hướng trục tác dụng nên bánh công tác và hướng từ phía sau về phía trước. Độ lớn của nó được tính theo công thức sau: F*zng = -3,14.8272,8. g u 8 2 2 .(Ry2 - ro2). ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −++− 22ln. 22 22 2 2 2 2 22 2 2 2 r Rr R r Rr r y yy (3.38) Thay số vào (3.38) ta có: F*zng = -248,4 (kG) Tổng lực tác dụng lên 1 bánh công tác của bơm là: Fi = Fzng + F*zng + Fztr = (-1515,08) + 73,7 + (-248,4) = -1689,78 (kG) Tổng lực tác dụng lên 4 tầng bánh công tác đặt về cùng một phía (từ cấp I đến cấp IV của bơm) là: Fa = ∑ = 4 1i iF = - 6759,12 (kG) Nhưng do bơm HПС 65/35 - 500 có tám tầng bánh công tác và chia làm hai cụm được bố trí đối xứng nhau lên tổng lực hướng trục tác dụng nên trục của bơm bằng 0. Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 38 - 3.2.2. Lực hướng kính. Lực hướng kính xuất hiện do sự thay đổi lưu lượng của máy bơm và do cấu tạo của máng xoắn ốc dẫn hướng ra, do khối lượng của bánh công tác khi quay. Nhưng khi thiết kế và tính toán thường bỏ qua lực hướng kính gây ra do khối lượng của bánh công tác. Vì vậy ở đây lực hướng kính được tính bởi công thức sau: FR = KR.(1 - đmQ Q ). 22 ... bDHγ Hệ số KR phụ thuộc vào ns. Giá trị trung bình của KR = 0,36. Q: Lưu lượng hiện thời của bơm: Q = 0,018 (m3/s) Qđm: Lưu lượng định mức hay lưu lượng tính toán: Qđm = 0,02 (m3/s) Thay số vào công thức (3.39) ta có: FR = 0,36.(1 - 02,0 018,0 ). 012,0.227,0,500.8,8272 = 405,7 (kG) Vậy khi làm việc bơm luôn chịu một lực hướng kính là: FR = 405,7 (kG) Ở đây giá trị Q < Qđm nên phương của lực hướng kính lập với phương của trục x một góc 100o. 3.3. Tính toán thiết kế trục máy bơm. - Theo phần trên tính được đường kính đầu ra của trục theo công thức dr = [ ]3 ,.12,0 τx M Trong đó: dr: Đường kính đầu ra của trục bơm. Mx: Mô men xoắn trên trục. Mx = 97403. n N .9,81 (N.cm) [τ ],: Ứng suất cắt cho phép của vật liệu làm trục. Ở đây ta chọn vật liệu là thép cacbon, với thép C30÷C45 thì giá trị [τ ], = 9,81.(150 ÷ 250) (N/cm2), từ đó ta chọn [τ ], = 9,81.150 (N/cm2). Thay số vào công thức (3.3) ta được: Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 39 - dr = 3 2950.150.81,9.12,0 140.81,9.97403 = 6,4 (cm) = 0,064 (m) Ta chọn dr = 65mm - Đường kính trục tại vị trí lắp bánh công tác. Bơm НПС 65/35 – 500 có 8 cấp bánh công tác, gồm 2 phân đoạn với kết cấu nằm ngang sự bố trí các bánh công tác đôi một đối xứng nhau có tác dụng khử lực dọc trục sinh ra trong khi bơm làm việc. Dựa vào kết cấu của bơm đòi hỏi trục bơm khi thiết kế phải tính đến độ cứng vững cao, khả năng chịu các lực uốn, lực xoắn tốt. Các chi tiết trên trục khi lắp đặt phải có độ đồng tâm cao. Từ đó ta có thể quyết định kích thước trục với đường kính d > dr từ 5 ÷20 mm. Ta chọn d = 0,07 m - Đường kính Moayơ bánh công tác. do = (1,2 ÷ 1,25)d (m) Chọn do = 1,2.0,07 = 0,85 (m) Với các kích thước đã tính được kết hợp với kết cấu bơm ly tâm như nói trên ta xác định kết cấu của trục như hình sau 3.4. Bản vẽ lắp máy bơm. Cấu tạo. Tổ hợp bao gồm bơm và động cơ điện được lắp ráp trên một bộ khung dầm chung. Việc liên kết các trục của bơm và động cơ được thực hiện nhờ khớp nối răng và một trục trung gian. Chiều quay rôto của bơm là chiều quay trái (ngược chiều kim đồng hồ) nếu nhìn từ phía động cơ. Bơm НПС 65/35 – 500 là loại bơm ly tâm nhiều tầng với thân vỏ có thể tháo được theo mặt phẳng ngang. Vỏ thân bơm bao gồm 2 nửa tách rời theo mặt phẳng ngang. Bề mặt phân cách của cả 2 nửa này được mài rà phẳng và được ghép chặt với nhau nhờ các bulông và các đai ốc mũ. Nöûa thân dưới là kết cấu hàn, bao gồm phần vỏ bằng thép đúc được hàn nối với ống dẫn từ cấp IV (11) Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 40 - ngược vào cấp V (18) và các đầu ống cong lắp ống giảm tải (22) để làm cân bằng áp suất ở khoang trước bộ phận làm kín trục ở phía áp suaát cao với cửa hút cấp I. Hướng đường tâm của các phần nửa hình ống nằm trên mặt phẳng ngang, ở bên cạnh và thaúng góc với trục bơm. Bộ phận hướng dòng (phần chảy) của bơm bao gồm các ngăn phải (14) và ngăn trái (8), khoang cửa vào cấp I (6) và cấp V (18), khoang cửa ra cấp IV (11) và cấp VIII (13). Tất cả các ngăn và khoang này đều được định tâm theo bề mặt tiện trong của vỏ thân bơm và được hãm chống xoay bởi các chốt. Việc lắp đúng các khoang tương ứng với các loã thoát ở vỏ được bảo đảm bởi các cữ hãm cắm vào. Việc làm kín khe hở giữa các chi tiết của bộ phận hướng dòng và thân vỏ máy bơm nhằm loại trừ việc rò rỉ chất lỏng giữa các cấp được thực hiện bởi các gioăng cao su chịu nhiệt có tiết diện tròn. Các bánh công tác được lắp trên trục bơm thành 2 nhóm, mỗi nhóm 4 bánh công taùc. Các cửa vào của các bánh công tác của 2 nhóm ở phía ngược nhau, điều đó cho phép giảm đáng kể lực dọc trục tác dụng lên rotô. Việc làm kín trục được thực hiện bởi bộ phận làm kín kiểu mặt đầu hoặc kiểu dây quấn. Trục (2) của bơm được quay trong gối đỡ vòng bi lắp bên ngoài thân vỏ. Gối đỡ phía khớp nối bao gồm 2 vòng bi kiểu đỡ chặn No66414 L ΓOCT 831 – 75, còn gối đỡ phía còn lại gồm 2 vòng bi đỡ No414 L ΓOCT 8338 – 75. Các ổ bi này được bôi trơn bằng chất lỏng (dầu bôi trơn). Sự tuần hoàn cục bộ của dầu bôi trơn đã được dự tính đến cùng với sự duy trì tự động mức của nó. Ở loại Salnhic mềm, các vòng dây Salnhic được phân bổ bởi khoang vòm chứa Salnhic và thông qua đó dầu nguội tuần hoàn vừa làm mát, vừa bôi trơn cho trục rotô và các vòng Salnhic. Ngoài ra dầu bôi trơn tuần hoàn còn có tác dụng làm màng ngăn thủy lực không cho các sản phẩm dầu thô nóng từ nhiệt độ lớn hơn 80oC lọt ra ngoài. Chất lỏng làm kín này (dầu) được đưa khoang vòm Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 41 - chứa các dây salnhic mềm dưới áp suất từ 0,5 – 1,5 at, lớn hơn áp suất chất lỏng công tác (dầu thô) ở phía trước bộ phận làm kín. Áp suất của chất lỏng làm kín được điều chỉnh bởi bộ phận điều chỉnh vi sai áp lực được nối vào hệ thống đường ống phụ của bộ phận làm kín. Các chỉ dẫn về cách sử dụng bộ điều chỉnh vi sai này được trình bày trong bảng hướng dẫn đi kèm với tổ hợp bơm. Các sơ đồ nối các đường ống phụ đã được dự tính sao cho có thể điều chỉnh bằng tay mức áp lực nhờ các van và đồng hồ báo đặt trên đường ra. Áp lực của chất lỏng làm kín (và làm mát) được đưa vào mặt đầu của bộ phận làm kín cần phải phù hợp với sự cần thiết đã được chỉ dẫn của cơ sở chế tạo các bộ phận làm kín này. Nguyên lý làm việc của bơm НПС 65/35 – 500: Khi động cơ điện của tổ hợp làm việc, truyền chuyển động quay với vận tốc 2950 ÷3000Vg/phút cho trục rôto của bơm thông qua khớp nối răng, bánh công tác quay, chất lỏng công tác có áp lực (lớn hơn 0,42kG/cm2) từ đường cấp đi vào miệng hút qua khoang cửa vào của bánh công tác cấp 1 (ở nửa bên trái), dưới ảnh hưởng của lực ly tâm bị dồn từ trong ra ngoài chuyển động theo các máng dẫn, đến khoang cửa vào của bánh công tác cấp 2 và tiếp tục như vậy vào cấp 3 và cấp 4 rồi theo đường dẫn hàn nối từ khoang cửa ra cấp 4 đến khoang cửa vào cấp 5 ở đầu bên phải của bơm. Ở nửa bên phải của bơm, chất lỏng công tác đi từ phải sang trái, qua cấp 5, cấp 6, cấp 7, cấp 8 tương tự như ở nửa bên trái, rồi qua cửa ra của bơm đi vào đường ép (đường bơm). Chất lỏng công tác từ cửa vào của bơm, đến cửa ra, qua mỗi cấp bánh công tác, chất lỏng lại nhận thêm phần cơ năng mới thông qua các cánh dẫn của bánh công tác, tạo thành năng lượng thủy động (gồm động năng V2/2g và áp năng P/γ) cho dòng chảy của chất lỏng. Mặc dầu số cánh dẫn của mỗi bánh công tác là có hạn, nhưng được quay với vận tốc góc lớn, và do sự liên kết nội năng giữa các phân tử chất lỏng nên dòng chảy chất lỏng đi qua bơm vẫn là liên tục và có năng lượng do các cánh dẫn của bánh công tác truyền cho. Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 42 - Ở bơm НПС 65/35 – 500, việc 8 bánh công tác của nó được chia thành 2 nhóm bên trái và bên phải, có cửa vào của bánh công tác ở mỗi nhóm ngược nhau. Ở ngăn bên trái (từ bánh công tác cấp 1 đến bánh công tác cấp 4) dòng chất lỏng công tác đi từ trái sang phải. Ở ngăn bên phải (từ bánh công tác cấp 5 đến bánh công tác cấp 8) dòng chất lỏng đi từ phải sang trái, điều đó làm giảm đáng kể lực dọc trục tác dụng lên rotô. Phần chất lỏng có áp lực lớn ở khoang cửa vào cấp 5 rò rỉ đến phía trước bộ phận làm kín trục đầu bên phải theo ống giảm tải trở về đầu cửa hút của bơm. Chương 4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM . 4.1. ẢNH HƯỞNG DO XÂM THỰC VÀ CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC. Khi làm việc chất lỏng chuyển động vào miệng bơm phía trước bánh công tác là nơi có áp suất tuyệt đối thấp. Nếu áp suất ở đây đạt dưới áp suất sôi ở nhiệt độ làm việc thì chất lỏng sẽ chuyển sang thể hơi, đồng thời các khí hoà tan cũng tách ra khỏi chất lỏng. Tiếp đó chất lỏng vào guồng rồi sẽ lên ống đẩy. Nhưng áp suất không cố định mà luôn luôn tăng.Áp suất tăng hơi sẽ ngưng tụ và khí lại hoà tan. Phần thể tích của bóng hơi và khí sẽ bị chất lỏng dồn vào nhanh chóng đạt áp suất cao từ khoảng 100- 1000 at. Hiện tượng đó tạo ra va đập thuỷ lực, bào mòn những phần kim loại có cấu tạo không vững chắc, gây sự ăn mòn nhiệt và điện hoá học. Kèm theo đó còn gây rung động, ồn do va chạm trong bơm, làm giảm hiệu suất bơm. Đối với bơm áp suất thấp hiện tượng xâm thực tạo ra rãnh mòn (gang). Đối với bơm cao áp (thép) xâm thực tạo ra rãnh phẳng và nhẵn. Nguyên nhân của hiện tượng xâm thực là: 1. Vận tốc cục bộ của chất lỏng tăng trong rãnh guồng. 2. Cửa vào hẹp vì có chiều dày của guồng. 3. Trở lực gây ra do bề mặt chi tiết không nhẵn. Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 43 - 4. Áp suất và vận tốc phân bố không đều vì lực ly tâm. 5. Sự thay đổi hướng chuyển động của chất lỏng ở ống hút. 6. Chiều cao hút quá lớn. 7. Áp suất khí quyển quá thấp so với bính thường. Thủ tiêu hết hiện tượng xâm thực là không được nhưng có thể làm giảm bớt bằng các biện pháp : - Làm cạnh tròn ở những phần nhô lên, mép vào của cánh guồng nên làm tròn và mỏng. - Giảm vận tốc Cr và W đến cực tiểu bằng cách tăng chiều rộng rãnh guồng, ống hút nên làm rộng, ngắn, ít chỗ vòng. - Nhiệt độ làm việc không cao quá nhiệt độ sôi ứng với áp suất hút, không cho chạy quá tải 25% lưu lượng cho phép. Nếu tất cả các phương pháp trên không đạt yêu cầu thì có thể thay vật liệu làm bơm bằng thép không gỉ hoặc đồng thau. Lượng dự trữ xâm thực khí: Để xâm thực không xảy ra cần đảm bảo điều kiện. Năng lượng chất lỏng ở cửa hút máy bơm phải lớn hơn năng lượng áp suất bão hoà ở điều kiện nhiệt độ đầu vào, tức là: g p g v g p bhvv ρρ 〉+ .2 2 Trong ®ã: pv : Áp suất tuyệt đối cña chÊt láng trên đường vào bơm [Pa]. v2v : Vận tốc chất lỏng trên đường vào [m/s]. pbh : Áp suất hơi bão hòa của chất lỏng [Pa]. Như vậy để đảm bảo cho bơm ly tâm làm việc bình thường, máy bơm cần phải có một lượng dự trữ xâm thực cần thiết Δh vµ b»ng: Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 44 - g v g pp bhv 2 2 +−=ΔΗ ρ Lượng dự trữ xâm thực khí được gọi là tới hạn khi với giá trị này thì hiện tượng xâm thực khí xảy ra. Để xác định giá trị tới hạn người ta dùng thực nghiệm bằng cách giữ nguyên Q, H, N, η và thay đổi chiều cao chân không của cột ¸p hút hck cho đến khi hiện tượng xâm thực xảy ra. Gía trị này được gọi chiều cao chân không giới hạn của cột ¸p hút, ghckh Trong thực tế người ta thường sử dụng khái niệm chiều cao hót chân không cho phép , cpckh : Víi ®iÒu kiÖn: cp ck ck h h = 1,15 – 1,25 Rõ ràng nhận thấy khi hck < cpckh th× hiện tượng xâm thực không xảy ra. Các đại lượng Δh hoặc cpckh được xác định bằng thực nghiệm và được ghi trong lý lịch máy. 4.2. ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC HƯỚNG TRỤC VÀ CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC. Lực dọc trục là lực tạo ra do sự chênh lệch áp suất giữa áp suất trước và sau guồng động.Hướng của lực dọc theo trục bơm và có chiều từ phía áp suất cao sang phía cửa hút bánh công tác máy bơm sau ra phía trước guồng động. Lực dọc trục nếu không được cân bằng sẽ đưa đến các hiện tượng làm xê dịch cánh bơm, mòn ổ đỡ, ma sát giữa cánh và khoang bơm, làm hỏng hộp đệm, tăng kẻ hở giữa vỏ và cánh. Để khắc phục lực đó ta cần biết trị số áp lực dọc trục. Phần diện tích cánh bơm được cân bằng lực là: F cb = π .(D22 - D2o )/4 Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 45 - Phần diện tích cánh bơm không được cân bằng lực: F = π. ( D21 –d2b ) /4 Lực dọc trục sẽ là: Rt = F ( p/2 – p/1 ) = π/4 ( D22 – d2b ) ( p/2 – p/1 ) Trong đó: D2 - Đường kính ngoài của cánh bơm , m! Do - Đường kính trong của cánh bơm , m! Db - Đường kính bạc của cánh b, m ! Nếu bơm nhiều cấp (n cấp): Rtn = Σ Rti . i = 1, 2, 3,…n lµ sè b¸nh c«ng t¸c l¾p trong m¸y b¬m ƒ Lực dọc trục này có hướng về phía đường vào của bánh công tác và khá lớn. Do đó nó dẫn đến những hệ quả xấu. ƒ Bánh công tác có thể tiếp vào thân máy và nhanh chóng bị bào mòn. ƒ Tăng ma sát giữa bánh công tác và thân máy nên công suất cần thiết của máy tăng, làm giảm lưu lượng. ƒ Làm nóng các ổ bi do phải nhận lực dọc trục này. Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 46 - CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC LỰC HƯỚNG TRỤC ‰ Khoan lỗ nhỏ phía sau bánh công tác để giảm áp suất, nhưng phương pháp này chỉ dùng cho bơm một bánh công tác. Phương pháp này đơn giản nhưng có nhược điểm: Năng suất và hiệu suất giảm. ‰ Làm ống dẫn từ phía sau bánh công tác ngược trở lại cửa hút, phương pháp này tiện hơn. ‰ Làm bánh công tác kép, dẫn chất lỏng vào từ hai phía. ‰ Dùng ổ đỡ thuỷ lực, phương pháp này tốt nhất vì cho phép tự động cân bằng lực chiều trục, nhưng phụ thuộc vào áp suất hoặc lưu lượng. Đĩa đặt ở phía sau guồng tạo với thân bơm thành phòng nhỏ a. Dưới tác dụng của lực dọc trục , trục bơm chuyển động sang phía trái , khe hở b/ nhỏ lại dẫn đến áp suất trong khoang A tăng. Do đó áp lực tác dụng lên đĩa thuỷ lực 4 tăng làm chuyển dịch trục sang phải. Khi trục dịch chuyển nhiều sang phải, dẫn đến khe hở b/ tăng và áp suất trong khoang A giảm.Kết quả áp lực trong klhoang b tác động lên đĩa thuỷ lực 4 làm dịch chuyển đĩa sang trái. Như vậy ổ đỡ thuỷ lực cho phép đảm bảo quá trình tự cân bằng lực dọc trục. Tuy nhiên tuổi thọ của ổ đỡ thuỷ lực phụ thuộc vào chất lượng chất lỏng bơm .Nếu trong chất lỏng chứa nhiều tạp chất cơ khí sẽ dẫn đến mài mòn bề mặt làm việc đĩa thuỷ lực 4. Ngoài ra hoạt động của ổ đỡ thuỷ lực cũng phụ thuộc vào các yếu tố thay đổi trong quá trình bơm đó là: lưu lượng, áp suất đầu vào máy bơm, khe hở giữa bánh công tác và phần tĩnh máy bơm. Do vậy ổ đỡ thuỷ lực không bao giờ triệt tiêu toàn bộ lực dọc trục. Người ta vẫn phải lắp thêm các ổ bi chặn đỡ để khử hoàn toàn lực dọc trục. ‰ Làm bơm nhiều guồng có cửa hút đối xứng: Về căn bản nó giống như bơm có guồng kép. ‰ Lắp ổ bi đỡ chặn. Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 47 - 1 : Cánh bơm 2 : Thân bơm 3 : Vòng bù mòn 4 : Đĩa thủy lực 5 : Khoang làm kín 6 : Trục bơm 4.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG KHÁC. Khi bơm làm việc ở mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng có các thông số kỹ thuật của bơm thay đổi, tuổi thọ của bơm giảm do ảnh hưởng của nhiều yếu tố như: Vận chuyển chất lỏng có độ nhớt cao, trong dầu còn chứa khí, nhiệt độ của dầu và ảnh hưởng của pha rắn có trong dầu. Ngoài ra bơm còn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác là: Độ rung động của giàn do nhiều thiết bị làm việc đồng thời, thời gian làm việc liên tục cao. Trên đây là các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến quá trình làm việc và tuổi thọ của bơm, những yếu tố đó cần được khắc phục để nâng cao hiệu quả và thời gian sử dụng bơm: Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 48 - * Trong quá trình bơm làm việc lưu lượng thực tế không đáp ứng được yêu cầu công suất máy do: Độ nhớt của chất lỏng cao, lượng khí hòa tan có trong dầu vẫn tồn tại, trong dầu còn chứa nhiều tạp chất, cặn. Do bơm được thiết kế để bơm nước sạch khi chuyển sang sử dụng để bơm dầu thì chất lỏng được bơm có độ nhớt cao hơn nước rất nhiều, điều đó dẫn đến tổn thất công suất khi bơm chuyển dầu và làm giảm hệ số công suất của bơm. Ngoài ra khi bơm dầu từ bình chứa 100 m3 thì áp suất hút là áp suất chân không nhỏ hơn áp suất trong bình, vì vậy dù trong bình dầu được tách hết pha khí nhưng khi giảm xuống áp suất chân không thì khí trong dầu vẫn tiếp tục được tách ra, khi lượng khí hòa tan trong dầu tách ra lớn hơn hệ số dự trữ xâm thực thì bơm sẽ xảy ra hiện tượng xâm thực. Ngoài ra trong dầu còn chứa nhiều tạp chất và cặn không thể tách triệt để ngay trên giàn, khi bơm làm việc thì dầu mang các tạp chất và cặn sẽ tạo ra va đập trong khoang làm việc, nó tác động trực tiếp đến bánh công tác, gây hiện tượng mòn bánh công tác ảnh hưởng tới tuổi thọ của bơm. * Trong dầu chứa nhiều Parafin nên nhiệt độ đông đặc khá cao, khi lượng dầu không được vận hành liên tục, cùng với nó nhiệt độ chất lỏng bơm giảm khi vận chuyển do có hiện tượng trao đổi nhiệt giữa dầu với đường ống và môi trường xung quanh nên trên đường ống sẽ xảy ra hiện tượng lắng đọng Parafin gây tắc nghẽn đường ống làm tổn thất áp suất, giảm hiệu suất của bơm khi vận hành trở lại. Vì vậy trong quá trình bơm cố gắng duy trì chạy liên tục và có máy bơm dự phòng sẵn sàng hoạt động đảm bảo cho lượng dầu được bơm chuyển ổn định. Cần phải có sự tính toán và dự báo trước cho hệ thống thiết bị luôn đảm bảo điều kiện làm việc tốt. * Hệ thống thiết bị vận chuyển dầu gồm có hệ thống đường ống vận chuyển liên kết với nhau. Ở những nơi giao nhau có bình trung chuyển và tạo áp suất chung để đưa lượng dầu đó về tàu chứa. Cần phải duy trì tổng thể và bố trí thời gian bơm sao cho phù hợp, trong công tác vận hành cần bố trí lượng dầu bơm phù hợp không để cho nhiệt độ đường ống xuống thấp làm ảnh hưởng đến sự đông đặc của dầu. Cần phải có thiết bị kiểm tra lưu lượng và nhiệt độ dầu để bố trí hệ thống bơm và điểm tiếp nhận sao cho hợp lý. Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 49 - * Do điều kiện làm việc trên giàn ở ngoài biển vì vậy lượng nước ngọt cần thiết cung cấp cho hệ thống làm mát không đủ, nước làm mát thường là nước biển. Do vậy hệ thống thiết bị có muối đóng cặn nên chế độ giảm nhiệt kém. Vì vậy phải có thiết bị lọc nước biển để tránh hiện tượng này xảy ra. Phải có chất phụ gia để trung hòa sự ăn mòn của nước biển đối với hệ thống thiết bị trên. * Máy bơm luôn làm việc với tốc độ cao, mô men, lực quán tính lớn khi khởi động, vận hành liên tục, dừng đột ngột, bơm chịu nhiều va đập và ảnh hưởng của điều kiện môi trường nước biển do vậy hệ thống khớp nối dễ bị hư hỏng. Cần phải có các biện pháp xử lý kịp thời khi có hiện tượng hư hỏng khớp nối, làm giảm hiệu quả làm việc của máy bơm do không đảm bảo đúng số vòng quay cần thiết. * Khi làm việc độ rung của máy lớn làm các chi tiết của máy dễ sai lệch, làm cho máy dễ hư hỏng, dẫn đến hiệu suất làm việc của máy giảm. Cần trang bị thiết bị đo độ rung giữa các thiết bị. Tìm các biện pháp khử và giảm độ rung tới mức thấp nhất. * Cần gia cố đế máy để có độ cứng cần thiết, để đảm bảo cho quá trình làm việc liên tục của máy. Vì hệ thống giàn khoan ngoài biển gồm nhiều các hệ thống Block ghép với nhau, nên sự dao động tương đối giữa các khối là không tránh khỏi. Cần chú ý đến độ rung động so với máy khi làm việc và có biện pháp chống rung động để máy làm việc tốt hơn. * Khi làm việc ở điều kiện khác nhau bơm chịu áp suất lớn và liên tục nên phần đệm làm kín hay bị hư hỏng là do: áp suất và nhiệt độ của dầu cao tác động đến hệ thống đệm, gioăng làm kín. Cần chú ý đến vấn đề làm mát và giải nhiệt cho các bộ phận của máy chịu nhiệt tác động và áp suất làm việc cao. Cần chú ý môi chất làm nguội thiết bị là nước ngọt. Ngoài các ảnh hưởng trên, yếu tố địa lý, khí hậu, thủy văn cũng có sự tác động không nhỏ đối với công tác vận chuyeån và các quá trình công nghệ khai thác dầu. Vùng biển thềm lục địa phía nam này chịu ảnh hưởng gió mùa nhiệt đới, hình thành 02 mùa rõ rệt: ‰ Mùa mưa có gió Tây – Nam, được đặc trưng bởi lượng mưa lớn và nhiều sương mù kéo dài từ khoảng tháng 4 đến tháng 10. Vào mùa này khí hậu Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 50 - thường nóng, do vậy dầu thô khai thác được khi qua các công đoạn xử lý công nghệ trên giàn ít bị mất nhiệt, hạn chế được khả năng đông đặc của chúng. 45-50 ‰ Vào mùa khô thường từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, có gió Đông - Bắc với cường độ lớn, gọi là mùa gió chướng. Trong khoảng thời gian này hay xuất hiện những cơn bão hay áp thấp nhiệt đới với sức gió đến 25÷30m/s, nhiệt độ không khí giảm xuống rõ rệt. Vì vậy ở các giàn khai thác có các giếng với sản lượng thấp thường hay xảy ra hiện tượng dầu bị đông đặc, hoặc chí ít thì tính linh động của dầu cũng giảm xuống rõ rệt, gây khó khăn cho việc vận chuyển dầu. Đó là chưa kể đến những sự cố bất thường xảy đến cho tuyến vận chuyển dầu (tắc nghẽn, gẫy vỡ đường ống) và các trạm tiếp nhận cũng thường hay xảy ra sự cố trong mùa thời tiết không mấy thuận lợi này. Ngoài ra, điều kiện khí hậu nhiệt đới, độ ẩm không khí lớn và môi trường biển này hoàn toàn có hại đến tuổi thọ, độ bền của máy móc, thiết bị công nghệ cũng như các tuyến đường ống vận chuyển dầu. Các cấu trúc, kết cấu kim loại của máy móc thiết bị công nghệ ngoài việc chịu tải trọng lớn khi làm việc, còn chịu tác động ăn mòn với cường độ lớn do môi trường biển gây ra. Trong thực tế có trên 50% các trường hợp sự cố đối với các đường ống ngầm vận chuyển dầu là do tác động của ăn mòn kim loại. Vì vậy khi tính toán thiết kế, lắp đặt các hệ thống thiết bị công nghệ trên các công trình biển, phải nên đặt điều kiện làm việc này (môi trường biển, độ lớn ,khí hậu nhiệt đới,..) lên mối ưu tiên hàng đầu. 4.4. MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC. Các dạng hư hỏng, biểu hiện bên ngoài và các dấu hiệu Các nguyên nhân có thể xảy ra Biện pháp khắc phục Ghi chú Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 51 - khác (1) (2) (3) (4) 1. Động cơ điện không làm việc được - Do cơ cấu bảo vệ bơm và động cơ ngắt. - Do điện áp nguồn thấp hoặc hỏng cáp điện hoặc mối nối với động cơ. + Kiểm tra hệ thống nước làm mát, mực chất lỏng trong bình, rơle bảo vệ quá tải của động cơ nếu có sai sót thì khắc phục và các chế độ bảo vệ khác. + Kiểm tra, sửa chữa hệ thống điện theo trình tự. + Trường hợp này ít xảy ra ở giàn. 2. Máy bơm không có lưu lượng - Do chiều quay của rôto không đúng. - Do động cơ điện không đạt được tốc độ cần thiết (2950Vg/phút). - Do áp lực đường bơm quá cao, hơn mức cột áp cho phép đối với bơm. - Có khí ở đường hút hoặc trong vỏ bơm. - Có sự lọt khí qua chỗ hở ở đường hút hoặc qua bộ phận làm kín trục. - Do kênh dẫn + Kiểm tra và đảo lại chiều quay của động cơ điện. + Kiểm tra và sửa chữa động cơ hoặc thay thế. + Cần kiểm tra lại sơ đồ công nghệ và chế độ làm việc của bơm để điều chỉnh cho thích ứng với các đăc tính kỹ thuật của bơm. + Xả khí, gas và làm đầy chất lỏng cho bơm. + Làm kín các bề mặt lắp ghép trên đường hút và đảm bảo độ kín cho trục rôto ở + Trường hợp này ít xảy ra. + Thông thường nên điều chỉnh thời gian bơm để giảm sự tập trung làm tăng áp trên đường vận chuyển dầu. Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 52 - của bánh công tác và vỏ bị lệch hoặc do phin lọc ở đường hút bị bẩn, tắc. - Không cung cấp đủ chất lỏng công tác cho đường hút do dầu đông đặc ở đường hút hoặc do kẹt van chặn đầu vào. - Do độ cao đường hút quá lớn hoặc cột áp đầu vào quá nhỏ, dầu không vào được các đầu ra. + Làm sạch kênh dẫn và phin lọc. + Làm nóng để tan dầu đông ở đường hút, kiểm tra van chặn đường vào, làm đầy chất lỏng công tác cho bơm. + Kiểm tra sức cản thủy lực ở đường hút và mực chất lỏng trong bình, làm cho chúng phù hợp với thiết kế. + Trường hợp này ít xảy ra ở giàn. 3. Máy bơm không đạt áp suất yêu cầu - Do chiều quay của rôto không đúng, hoặc do động cơ không đạt tốc độ yêu cầu. - Có sự hiện diện của khí và ga trong chất lỏng công tác. - Do các vành làm kín bị mòn nhiều, do các bành công tác bị hư hỏng, nứt vỡ,.. - Bị tắc một phần kênh dẫn của + Kiểm tra lại động cơ điện. + Kiểm tra và đảm bảo độ kín ở các bề mặt lắp ghép ở đường hút và cụm làm kín trục. + Thay thế các chi tiết bị mòn, hỏng bằng các chi tiết mới. + Làm sạch kênh dẫn. Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 53 - bánh công tác hoặc vỏ. - Độ nhớt của chất lỏng công tác không tương ứng với giá trị đã nêu trong thiết kế. - Đường kính bánh công tác nhỏ hơn mức cần thiết. + Kiểm tra lại độ nhớt của chất lỏng công tác. + Thay thế bằng các bánh công tác có đường kính lớn hơn. + Trường hợp này ít xảy ra ở trên giàn. 4. Máy bơm đòi hỏi công suất tải lớn - Tần số quay lớn hơn mức tính toán. - Áp suất làm việc nhỏ, còn lưu lượng thì lớn hơn qui định của thiết kế (tức là máy bơm làm việc trong vùng đặc tính có tổn thất năng lượng lớn). - Khối lượng riêng hoặc độ nhớt của chất lỏng công tác quá lớn. - Có sự hư hỏng cơ khí các chi tiết của bơm hoặc động cơ điện. - Cơ cấu ép salnhic bị siết quá chặt. + Kiểm tra lại động cơ điện. + Điều chỉnh bằng cách đóng bớt van chặn ở trên đường ra của bơm. + Kiểm tra các thông số tương ứng (độ nhớt, khối lượng riêng) của chất lỏng công tác. + Thay thế các chi tiết bị hư hỏng. + Nới lỏng bớt cơ cấu ép. + Trường hợp ít xảy ra. + Trường hợp này cần xử lý chất lỏng công tác bằng các biện pháp công nghệ. Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 54 - 5. Có sự va đập và tiếng ồn khi làm việc - Có hiện tượng xâm thực khí. - Có sự sai lệch độ đồng tâm giữa trục bơm và trục động cơ. - Các vòng bi (của bơm hoặc đ/c) bị mòn, rỗ hoặc bị rỉ, trục bị cong. - Độ cứng vững của dầm, sàn chưa đủ. - Độ siết chặt các bu lông dầm, sàn và các chi tiết đỡ, kẹp chặt các đường ống chính không đảm bảo. - Sự cân bằng của roto và các bánh công tác kém. - Lưu lượng bơm nhỏ hơn giới hạn dưới cho phép, hoặc nhỏ hơn 10% lưu + Thay đổi chế độ làm việc bằng cách đóng bớt van chặn đường ra để giảm lưu lượng, hoặc tăng mức chất lỏng công tác ở đầu vào. + Kiểm tra và điều chỉnh lại độ đồng tâm giữa các trục của tổ hợp. + Thay thế các chi tiết, bộ phận hư hỏng. + Thay đổi kết cấu của dầm, sàn hoặc tăng khối lượng của dầm lên. + Siết chặt lại các bu lông tương ứng. + Cân bằng lại rôto và các bánh công tác. + Tăng lưu lượng lên. + Đây là hiện tượng nguy hiểm nhất đối với bơm ly tâm cần đặc biệt chú ý. + Ở giàn, có thể tăng độ cứng vững của sàn công tác lên (bằng cách hàn thêm các gân chịu lực). Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 55 - lượng tối ưu. 6. Các vòng bi của bơm bị nóng quá mức dẫn đến nhanh hư hỏng - Do áp lực ở đầu vào tăng dẫn đến tăng lực dọc trục. - Có sự sai lệch lớn độ đồng tâm giữa các trục của tổ hợp. - Do siết chặt quá mức các gối tựa theo phương dọc trục. - Lượng dầu bôi trơn không đảm bảo do kẹt vòng hắt dầu hoặc do hết dầu bôi trơn. - Làm mát không đủ. - Chủng loại dầu bôi trơn không phù hợp. - Trong dầu bôi trơn có nước hoặc cặn bẩn. + Hạ thấp áp suất ở đầu vào theo đúng thiết kế. + Căn chỉnh lại độ đồng tâm của tổ hợp. + Giảm sự siết chặt dọc trục bằng đặt thêm các tấm căn đệm hoặc mài rà làm trơn các chi tiết của cụm vòng bi. + Kiểm tra, bổ sung dầu bôi trơn, kiểm tra vòng hắt dầu. + Tăng thêm lượng nước làm mát vào khoang vỏ của gối đỡ các vòng bi. + Thay thế dầu bôi trơn đúng yêu cầu đề ra. + Xả hết nhớt cũ, rửa sạch khoang chứa nhớt sau đó thay dầu mới. 7. Bộ phận Salnhic làm kín trục bị nóng quá mức - Do áp lực chất lỏng ở phía trước khoang làm kín trục cao quá mức cho phép. + Giảm áp lực ở đầu vào của bơm đến mức qui định, hoặc kiểm tra thông rửa ống giảm tải (22) để cân bằng áp suất ở khoang trước bộ phận làm kín phía áp suất Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 56 - - Do siết quá chặt bộ phận ép Salnhic. - Sự làm mát cụm Salnhic không đủ. - Có sự ma sát của bộ phận ép Salnhic vào trục. cao với áp suất ở đầu vào. + Giảm bớt (nới lỏng) lực ép Salnhic. + Tăng lưu lượng nước làm mát. + Loại bỏ sự ma sát này. 8. Rò rỉ chất lỏng công tác qua bộ phận làm kín trục - Do Salnhic bị mòn nhiều. - Do áp lực của dung dịch làm kín thấp. - Độ đảo của các bề mặt làm kín của bộ phận làm kín kiểu mặt đầu quá lớn. - Bề mặt ống lót bảo vệ trục chưa đạt đủ độ bóng cần thiết. + Thay Salnhic mới. + Tăng áp suất chất lỏng làm kín bằng cách điều chỉnh bộ điều áp Visai. + Loại trừ độ đảo. + Đánh bóng lại bề mặt ống lót. + Trường hợp này ở dạng làm kín kiểu Salnhic dây quấn. 4.5. Công tác vận hành và bảo dưỡng máy bơm 4.5.1. Trước khi khởi động bơm. - Kiểm tra đường ống hút, ống đẩy hệ thống làm mát và kiểm tra tình trạng thiết bị đo lường, các thiết bị đo lường hoạt động tốt, các van phải không rò rỉ, đóng mở dễ dàng. - Kiểm tra toàn bộ các mối ghép bulông, vít cấy. Tất cả phải được kẹp chắc chắn, đảm bảo độ tin cậy. Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 57 - - Kiểm tra mực chất lỏng trong bình chứa, phải đảm bảo đủ cung cấp cho thời gian máy hoạt động. - Quay thử Roto bằng tay, Roto phải tự do nhẹ nhàng không có sự cọ sát. - Mở van ở đường ống hút, đóng van ở đường ống đẩy. - Mở van cấp nước, làm mát, xả khí trong gối đỡ. 4.5.2. Khởi động máy. Khởi động động cơ điện để cho máy làm việc ở vận tốc ổn định, từ từ mở van xả trên đường ống đẩy cho đến khi cột áp đạt giá trị định mức. Trong thời gian này phải quan sát đồng hồ chỉ báo nhằm tránh hiện tượng quá tải cho động cơ điện. 4.5.3. Trong khi bơm hoạt động. Trong khi bơm họat động nếu có dấu hiệu bất thường như áp suất bơm dao động lớn, động cơ quá tải, có tiếng ồn, tiếng va đập khác thường hay lưu lượng nước làm mát không đúng mức cho phép, phải dừng máy kiểm tra và khắc phục các hiện tượng đó. Sau khi bơm hoạt động được 5 - 10 phút phải kiểm tra nhiệt độ của các ổ bi của bơm và của động cơ, kiểm tra độ dao động, tiếng ồn của thiết bị và lượng nước thoát ra ngoài bộ phận làm kín. Cứ 1 giờ kiểm tra một lần với các điều kiện: - Nhiệt độ ổ bi ≤ 60oC. - Nhiệt độ bộ làm kín ≤ 60oC. - Độ ồn cho phép ≤108 db. - Lượng nước thoát ra qua bộ làm kín dây quấn ≤180 cm3/giờ. 4.5.4. Dừng máy. Khi dừng máy tiến hành những bước sau: - Đóng van xả trên đường ống đẩy. - Ngắt động cơ điện. - Đóng van hút. Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 58 - Khi dừng máy bơm trong thời gian dài phải tháo hết chất lỏng trong bơm nhằm tránh oxi hóa các bộ phận của bơm, đổ dầu bội trơn vào thiết bị làm kín. 4.5.5. Công tác an toàn khi vận hành. - Lắp ráp, vận hành máy bơm phải là những thợ cơ khí, thợ nguội chuyên môn cao, có kinh nghiệm sửa chữa máy, hiểu biết kết cấu của máy bơm, có kinh nghiệm nhất định về bảo dưỡng, sửa chữa và kiểm tra máy bơm. - Khi nâng và đặt máy vào móng, buộc cáp vào lỗ ở đế móng, cấm buộc vào móc động cơ và tai của máy bơm. Không được vận chuyển máy bơm chứa các chất lỏng bên trong. - Thiết bị điện của máy bơm được lắp ráp theo nguyên tắc lắp đặt thiết bị điện và vận hành phù hợp với nguyên tắc vận hành kỹ thuật của máy điện, nguyên tắc kỹ thuật an toàn khi vận hành máy điện. - Khi vận hành tổ máy phải đấu đất tĩnh điện tại một gối đỡ vỏ có định trước một lỗ để đấu vỏ máy bơm với đất. - Trước khi lắp ráp sau mỗi lần sửa chữa tất cả các cơ cấu khóa và thiết bị phải được thử nghiệm độ kín hơi và độ bền bằng áp suất. - Cấm khởi động bơm khô, tức là khi không nạp đầy sơ bộ dung dịch được bơm. - Khi bơm làm việc: + Nghiêm cấm xiết đệm phớt hoặc xử lý trục trặc nào đó. + Tất cả bộ phận quay phải có hệ thống lớp chắn bảo vệ. - Khi tiến hành công tác sửa chữa, động cơ phải hoàn toàn ngắt khỏi nguồn điện. - Trước khi tháo rời máy bơm dùng để bơm nhiên liệu dễ cháy nổ phải rửa bơm bằng nước và khử bằng hơi nước hoặc khí trơ cho đến khi khử hoàn toàn cặn dung dịch bơm. - Khởi động bơm sau khi lắp ráp hoặc đại tu có thể được tiến hành sau khi ban kiểm tra của xí nghiệp đã kiểm tra độ an toàn vận hành máy. - Để tăng cao an toàn làm việc tại các liên kết hoặc mặt bích nên lắp đai bảo vệ. Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 59 - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua thời gian học tập ở trường, cùng với các kiến thức thu được qua thời gian thực tập em thấy bơm ly tâm là loại bơm được sử dụng nhiều nhất trong công tác khai thác và vận chuyển dầu ở liên doanh Vietsopetro. Trong quá trình vận chuyển thì bơm НПС 65/35 - 500 là loại bơm được sử dụng nhiều nhất vì so với các loại bơm khác, máy bơm НПС 65/35 - 500 có kết cấu gọn nhẹ, vận hành bảo dưỡng đơn giản, bền, làm việc ổn định và an toàn. Do tính chất của dầu khác nhau ở các mỏ khác nhau. Vì vậy khi thiết kế, lựa chọn bơm với các thông số phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng bơm.Tuy nhiên trong quá trình làm việc bơm có thể gặp các hiện tượng hỏng hóc, làm giảm hiệu quả sử dụng. Các nguyên nhân đó có thể là: - Do điều kiện làm việc không đúng với điều kiện làm việc như thiết kế. - Do xảy ra các hư hỏng trong quá trình lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng sửa chữa bơm. - Do ảnh hưởng của hiện tượng xâm thực, ảnh hưởng của dầu của các tạp chất. Như vậy để nâng cao hiệu quả sử dụng bơm và độ bền cho bơm chúng ta cần phải biết được các hiện tượng gây hư hỏng để từ đó có các biện pháp phòng tránh, sửa chữa và loại bỏ kịp thời. Có như vậy mới phát huy được hết tính năng của bơm và hiệu quả làm việc của hệ thống. Đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực hiện : Đỗ Hữu Nam - 60 - TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. PGS TS. Nguyễn Đức Sướng và TS. Vũ Nam Ngạn . Giáo trình máy thủy khí, Trường ĐH Mỏ-Địa chất, Hà nội, 2001,(2004-2007). 2. Nguyễn Đức Sướng, Trần Văn Triều, Lê Kinh Thanh. Hướng dẫn thiết kế máy thủy khí 3. Đình Ngọc Ái, Đặng Huy Chi, Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Nhuận: “Thủy lực và máy thủy lực” TI,II. Nhà xuất bản Đại học và trung học chuyên nghiệp. Hà Nội 1972. 3. Phùng Đình Thực: “Xác định chế độ bơm vận chuyển dầu nhiều Parafin ở vùng mỏ Bạch Hổ”. Tạp chí dầu khí số 2 - 1994. 4. Nguyễn Văn May: “Bơm quạt máy nén”. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. Hà Nội 1997. 5. Tài liệu bơm HПС 65/35 - 500. Xí nghiệp khai thác dầu khí Vietsopetro.