Đề tài Máy bơm sulzer msd-D-4-8-10 ½ dùng trong vận chuyển dầu tại mỏ bạch hổ

LỜI NÓI ĐẦU Trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngành công nghiệp dầu khí hiện nay trở thành một ngành công nghiệp trọng điểm của đất nước. Hiện nay các công ty, xí nghiệp trực thuộc Tập đoàn Dầu Khí Việt Nam đã và đang hợp tác với các công ty nước ngoài, thực hiện các dự án đầu tư của tập đoàn, khẳng định tiềm năng phát triển mạnh mẽ của ngành dầu khí Việt Nam. Năm 1981, xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro được thành lập mở ra giai đoạn mới để phát triển ngành dầu khí non trẻ. Hàng năm cán bộ công nhân dầu khí được đào tạo, các căn cứ dịnh vụ dầu khí ở Vũng Tàu được hình thành với nhiều loại phương tiện thiết bị kỹ thuật, được đầu tư để phục vụ cho công tác tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu khí. Tháng 6/1996 xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro đưa mỏ Bạch Hổ vào khai thác với sản lượng 40 ngàn tấn dầu thô, ngày 12 -10 -1997 xí nghiệp đã khai thác được hơn 50 triệu tấn dầu thô, chỉ tính riêng năm 1998 đã khai thác được 12 triệu tấn dầu thô. Hiện nay tại mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng đã xây dựng hơn 40 công trình biển trong đó có các công trình chủ yếu như: 12 giàn cố định, 10 giàn nhẹ, 2 giàn công nghệ trung tâm, 2 giàn khí nén, 4 giàn duy trì áp suất vỉa, 2 giàn khoan tự nâng, 4 trạm rót dầu không bến. Lắp đặt trên 400 km đường ống ngầm kết nối các công trình nội mỏ và liên mỏ thành một hệ thống công nghệ liên hoàn. Ngày nay, ngành dầu khí Việt Nam đã có những phát triển vượt bậc, sản lượng khai thác ngày càng tăng, trang thiết bị ngày càng hiện đại, đội ngũ cán bộ được đào tạo và có tay nghề cao. Do đặc điểm địa chất, kiến tạo của thềm lục địa Việt Nam, nên các mỏ hầu hết nằm ở thềm lục địa, do ảnh hưởng của vị trí địa lý các mỏ đề nằm ở ngoài biển, khí hậu khắc nghiệt, nên quá trình thăm dò và khai thác gặp rất nhiều khó khăn. Để đạt được mục tiêu đề ra thì xí nghiệp liên doanh còn rất nhiều việc phải làm, một trong những công việc quan trọng đó là nghiên cứu các giải pháp hợp lý nhất, kinh tế nhất khi sử dụng các loại máy móc, thiết bị trong công tác khoan, khai thác, vận chuyển dầu khí. Các đề tài nghiên cứu về lĩnh vực dầu khí rất phong phú và đa dạng, riêng về ngành cơ khí thiết bị phục vụ cho công tác tìm kiếm, thăm dò và khai thác cũng phong phú và đa dạng. Các máy móc ngày càng hiện đại, tuy nhiên vẫn có những khuyết điểm do đó việc nghiên cứu và tìm ra các giải pháp tối ưu để khắc phục các khuyết điểm và nâng cao hiệu quả sử dụng là điều rất cần thiết hiện nay. Với mục đích nghiên cứu để nâng cao hiệu quả làm việc của đệm làm kín và hạn chế tối đa sự rò rỉ chất lỏng trong quá trình làm việc của bơm Sulzer MSD-D-4-8-10 ½ . Trên cơ sở vận dụng những kiến thức đã được học ở trường, và thời gian thực tập tại xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro, cùng với sự giúp đỡ tận tình của Thầy Lê Đức Vinh, các cán bộ công nhân viên thuộc liên doanh dầu khí Vietsovpetro và các bạn bè đã giúp tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời hạn với đề tài “MÁY BƠM SULZER MSD-D-4-8-10 ½ DÙNG TRONG VẬN CHUYỂN DẦU TẠI MỎ BẠCH HỔ”. Nội dung đề tài gồm 5 chương Chương 1: Giới thiệu chung về bơm vận chuyển dầu ở xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro. Chương 2: Lý thuyết chung về bơm ly tâm. Chương 3: Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bơm MSD-D-4-8-10 ½ . Chương 4: Vận hành, kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa máy bơm MSD-D-4-8-10 ½ Chương 5: Lựa chọn chế độ làm việc của máy bơm MSD-D-4-8-10 ½ tại giàn MSP-03 mỏ Bạch Hổ. Hà Nội, ngày 04 tháng 06 năm 2010 Sinh viên Đinh Ngọc Tân CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BƠM VẬN CHUYỂN DẦU Ở XÍ NGHIỆP LIÊN DOANH DẦU KHÍ VIETSOVPETRO 1.1. Yêu cầu và nhiệm vụ của bơm vận chuyển dầu khí Do đặc điểm địa lý của nước ta nên các mỏ dầu khí mà xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro đang thăm dò và khai thác đều nằm ngoài biển. Vì thế việc lựa chọn và bố trí bơm vận chuyển dầu là điều hết sức cần thiết. Hiện nay xí nghiệp đang khai thác trên hai mỏ Bạch Hổ và mỏ Rổng khoảng cách giữa hai mỏ khoảng 30 km. Tại các giàn cố định sau khi dầu được khai thác lên từ các giếng khoan sẽ được đưa đến các bình tách để xử lý công nghệ, sau đó dầu được đưa đến các bình chứa lắp đặt trên các giàn khoan. Để vận chuyển dầu từ các hình chứa này đến giàn công nghệ trung tâm số 2 và 3 hoặc được bơm trực tiếp ra các tàu chứa người ta phải sử dụng các thiết bị để vận chuyển. Một trong những phương pháp vận chuyển dầu được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp dầu khí là phương pháp vận chuyển bằng đường ống, bởi vì so với các phương pháp khác thì phương pháp này có ưu điểm: Kết cấu đơn giản, an 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 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. Để giải quyết vấn đề này chúng ta phải lựa chọn máy bơm sao cho hợp lý, máy bơm sử dụng để vận chuyển dầu có những đặc điểm riêng so với các loại máy bơm trong các ngành công nghiệp khác và phải thỏa mãn các yêu cầu sau: + Bơm làm việc có lưu lượng đảm bảo yêu cầu + Cột áp của bơm đảm bảo + Hiệu suất của bơm cao + Bơm làm việc ổn định lâu dài + Máy bơm vận chuyển chất lỏng có độ nhớt cao + Dễ vận hành và sửa chữa. Hiện nay có rất nhiều loại máy bơm được sử dụng trong 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 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 điểm sau: - Đường đặc tính của bơm phù hợp với yêu cầu thay đổi của mạng đường ống dẫn và những điều kiện vận hành riêng biệt. - Bơm có phạm vi sử dụng lớn và năng suất cao: + Cột áp của bơm từ 10 đến hàng nghìn mét cột nước + Lưu lượng bơm từ 2 ÷ 7000 m3/h + Công suất từ 1÷ 6000 kW + Số vòng quay từ 730 ÷ 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 đến chế độ làm việc cũng như độ bền của bơm. Nếu như 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 mà ta cần phải biết được tính chất của nó. Dưới đây là tính chất của dầu thô ở mỏ Bạch Hổ - Nhiệt độ đông đặc của dầu Đối với dầu thô ở mỏ Bạch Hổ có nhiệt độ đông đặc khoảng 29 ÷ 34oC hàm lượng prafin 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 các lớp chảy chậm. Ta gọi là lực ma sát. t > 61oC  µ = 0,06e-0,01t   38oC < t < 61oC  µ = 0,03e -0,04t   30oC < t < 38oC  µ = 3,47e-0,88t   t < 30oC  µ = 10,2e-0,16t   Bảng 1.1.Kết quả thực nghiệm xác định độ nhớt của dầu ở mỏ Bạch Hổ - Tỷ trọng Tỷ trọng dầu phụ thuộc nhiều vào độ nhớt và thành phần dầu. Trong suốt quá trình vận chuyển dầu nhiệt độ thay đổi dọc theo đường ống làm tỷ trọng cũng thay đổi theo. Tỷ trọng dầu ở mỏ Bạch Hổ ở 20oC là: P20 = 840 (kg/m3). - Thành phần Dầu thô ở mỏ Bạch Hổ có hàm lượng lưu huỳnh khá thấp (nhỏ hơn 0,1%). Tuy nhiên hàm lượng prafin khá cao khoảng 25%. Thành phần prafin khá đa dạng bao gồm nhiều phần tử prafin có chiều dài mạch cacbon khác nhau. Dầu thô ở mỏ Bạch Hổ phần lớn prafin có mạch cacbon dài nhiệt độ bắt đầu kết tinh khá cao khoảng 48oC. Do thành phần đa dạng nên nhiệt độ kết tinh prafin không xác định. Các prafin mạch dài kết tinh trước, các prafin mạch ngắn kết tinh sau ở nhiệt độ thấp hơn do đó các prafin kết tinh ở các nhiệt độ khác nhau. Qua nghiên cứu cho thấy hàm lượng prafin kết tinh lớn nhất trong khoảng 38÷43oC. Sự phân tách các prafin trong quá trình vận chuyển dầu ảnh hưởng đến các thông số khác nhau như nhiệt độ, độ nhớt… 1.3. Các loại bơm ly tâm sử dụng trong công tác vận chuyển dầu ở mỏ Bạch Hổ Hiện nay trên các giàn khai thác dầu khí của Vietsovpetro đang sử dụng các loại máy bơm ly tâm dùng trong công tác vận chuyển dầu như: SULZER MSD-D-4-8-10 ½ , HK- 200/210, HIIC- 65/ 35-500, JMGP, R360/150 GM-3, GM-1… Dưới đây là thông số kỹ thuật của một số loại bơm. - Bơm SULZER MSD-D-4-8-10 ½ + Chất lỏng bơm Dầu thô + Nhiệt độ chất lỏng bơm 90oC ÷ 120oC + Lưu lượng bơm định mức 130 m3/h + Độ chênh áp 400 m + Hiệu suất bơm (theo khoảng hở API) 74% + Công suất bơm tiêu thụ (khi vận hành) 147 kW + Công suất bơm tiêu thụ lớn nhất 182 kW + Công suất động cơ 185 kW + Tốc độ bơm 2965 vòng/phút - Bơm HK-200/120 + Loại bơm HK + Lưu lượng bơm định mức 200m3/h + Áp suất bơm lớn nhất 210m cột nước + Động cơ là loại chống cháy nổ BAO - 160 kW + Tốc độ động cơ 2980 vòng/phút + Dòng điện định mức của động cơ 280 A + Làm mát bằng nước ngọt hoặc nước biển (thường dụng nước ngọt bơm tuần hoàn). + Loại nhớt dùng bôi trơn ổ bi -80oC ÷ 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 Nhận xét: Hiện nay tại vùng mỏ Bạch Hổ sử dụng phổ biến các loại bơm ly tâm yêu cầu cột áp lớn và lưu lượng vừa phải dùng để vận chuyển dầu cho các mỏ xa trạm rót dầu như: HIIC 65/35- 500 và bơm SULZER. Đây là hai loại bơm làm việc có hiệu quả cao và có nhiều ưu điểm trong công tác vận chuyển dầu. Loại bơm không yêu cầu cột áp lớn mà yêu cầu lưu lượng của bơm phải cao, dùng vận chuyển dầu với lưu lượng lớn tại các điểm tiếp nhận tới các trạm rót dầu cách đó không xa thì dùng các loại bơm như 9MJQ, HIIC 4/400, NK- 200/70, NK-200/120… Qua nhận xét trên chúng ta thấy việc vận chuyển dầu từ các giàn với lưu lượng vừa phải, cột áp lớn và xa trạm rót dầu thì thường sử dụng hai loại bơm: HIIC 65/35- 500 và bơm SULZER do đó việc nghiên cứu và nâng cao hiệu quả sử dụng của bơm SULZER là rất cần thiết do đó tôi đã chọn để làm đề tài tốt nghiệp của mình. 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 Ơle lập ra đầu tiên vào năm 1775 ta có cột áp lý thuyết của bơm ly tâm Hlt:
Hlt = (2.1)
Đa số các bơm ly tâm hiện đại đa số các cánh bánh công tác có kết cấu lối vào hoặc bộ phận dẫn hướng sao cho dòng chất lỏng ở lối vào máng dẫn chuyển động theo hướng kính nghĩa là: 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 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 mà cột áp thực tế của bơm ly tâm Hlt được tính theo công thức:
=
(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:
=
-
(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: 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   Bảng 2.1 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 bới 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. - Sau đây ta sẽ nghiên cứu cụ thể ảnh hưởng của kết cấu cánh dẫn đến cột áp bơm. 2.1.3. Ảnh hưởng của kết cấu cánh dẫn cột áp của bơm ly tâm Kết cấu của bánh công tác nói chung và cánh dẫn nói riêng có ảnh hưởng quyết định đến cột áp của bơm ly tâm. Hình dạng bố trí kết cấu của cánh dẫn chủ yếu phụ thuộc góc vào β1 và góc ra β2. Ta xét ảnh hưởng của β1, β2 đối với cột áp của bơm ly tâm. 2.1.3.1. Ảnh hưởng của góc vào β1 Góc vào β1 là góc bố trí cánh dầu và cũng là góc biểu thị phương của vận tốc tương đối ở lối vào của bánh công tác (hình 2.1). Như ta đã biết, trường hợp có lợi nhất về cột áp của bơm ly tâm khi tam giác vận tốc ở lối vào là tam giác vuông (α1 = 90o), do đó β1 chỉ phụ thuộc vào u1 và c1. Tgβ1 =
(2.8) Theo (2.2) tì góc vào β1 không ảnh hưởng trực tiếp đến cột áp của bơm, nhưng nếu trị số β1 không thích hợp sẽ gây ra va đập dòng chảy với cánh dẫn ở lối vào bánh công tác, ảnh hưởng xấu đến hiệu suất, cột áp của bơm. Thông thường β1 = 15 ÷ 30o. 2.1.3.2. Ảnh hưởng của góc ra β2 Góc ra β2 là góc bố trí cánh dẫn và cũng là góc biểu thị phương của vận tốc ở lối ra của bánh công tác (hình 2.2). Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ rằng trị số của góc β2 có ảnh hưởng trực tiếp đến phương và trị số các thành phần vận tốc của dòng chất lỏng trong máng dẫn, do đó có ảnh hưởng quyết định đến cột áp toàn phần H và cột áp thành phần Ht, Hđ của bơm. Vì vậy đối với bánh công tác của bơm ly tâm, góc β2 có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Cần chọn trị số góc β2 hợp lý để bơm có thể làm việc với hiệu suất cao và đáp ứng được các yêu cầu cụ thể. Tùy theo trị số của β2, bánh công tác có ba cách bố trí cánh dẫn sau: + β2 < 90o: Cánh dẫn cong về phía sau, gọi là cánh dẫn ngoặt sau (hình 2.2a). + β2 = 90o: Cánh dẫn hướng kính ở lối ra, gọi là cánh dẫn hướng kính (hình 2.2b). + β2 > 90o: Cánh dẫn cong về phía trước, gọi là cánh dẫn ngoặt trước (hình 2.2c). Loại cánh dẫn ngoặt sau thường gặp ở bơm các chất lỏng như: Nước, dầu, nguyên liệu lỏng… Hai loại cánh dẫn còn lại thường gặp ở bơm các chất khí như quạt, máy nén khí…
Hình 2.2: Các kiểu bố trí cánh dẫn trong bơm ly tâm
Hình 2.3: Kết cấu các góc trong bơm ly tâm Để hiểu rõ vai trò của β2 đối với cột áp của bơm ly tâm như thế nào, ta xét ba bánh cong tác ly tâm có kích thước góc vào β1và số vòng quay làm việc n như nhau nhưng có kích thước góc ra β2 khác nhau (hình 2.3). Khi vẽ các tam giác vận tốc (hình 2.3) cho ba bánh công tác trên, cần chú ý như sau: - Các bánh công tác β1, kích thước ở lối vào, lưu lượng và số vòng quay làm việc như nhau nên chúng có tam giác vân tốc ở lối vào như nhau. - Các bánh công tác có đường kính ngoài D2 và số vòng quay làm việc n như nhau nên chúng có vận tốc vòng u2 như nhau. Theo công thức (2.2) ta tính cột áp toàn hoàn lý thuyết của các bánh công tác: Hlt =
(2.8) Vì trong cả ba trường hợp có u2 như nhau nên Hlt chỉ phụ thuộc vào c2u từ các tam giác vận tốc (hình 2.3) ta có: c2u = u2 - c2u cotg β2 (2.9) Thay vào (2.9) vào (2.2), ta có:
Hlt =
(
c2u cotg β2 ) (2.10) Công thức (2.10) cho ta thấy rằng khi: c2u = u2 - c2u cotg β2 = 0 tức là khi cotg β2 =
hoặc β2 = arctg
và ta cũng nhận thấy cột áp lý thuyết Hlt tăng theo tỷ lệ thuận với β2 . Khi β2 = 90o thì tam giác vận tốc ở lối ra sẽ là tam giác vuông (Hình 2.3b) nên c2u = u2. Do đó cột áp lý thuyết là: Hlt =
u2 c2u =
(2.11) Thông thường trong bơm ly tâm trị số của cm thay đổi rất ít từ lối vào đến lối ra của bánh công tác, nên c2m
c1m do đó khi β2 = 90o thì: cm = c1m = c1 (2.12) Khi đó ta có cột áp động Hltd (phần động năng đơn vị của dòng chảy được tăng lên khi đi qua bánh công tác của máy bơm): Hltd =

Từ tam giác vận tốc (hình 2.3b), ta có:
-
=
nên: Hltd =
Vậy cột áp tĩnh là: Hltt = Hlt - Hltd Hltt =
-
=
(2.13) Nếu β2 tiếp tục tăng, khi β2 > 90o thì c2u > u2 (hình 2.3) Ta khảo sát trường hợp c2u = u2 , lúc đó cột áp lý thuyết là: Hlt =

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

=
=
=
Như vậy: Hltd = Hlt và do đó Hltd = 0 (14): Tức là cột áp tĩnh sẽ không có. Nếu tiếp tục tăng thêm β2 lên nữa c2u > 2u2 thì Hltd > Hlt tức là cột áp động lớn hơn cột áp toàn phần, hay nói cách khác cột áp tĩnh có giá trị âm. Trong thực tế bơm không thể làm việc được với cột áp tĩnh Hltt
0 vì khi đó bơm không có khả năng đẩy chất lỏng. Vậy muốn bơm làm việc được thì góc ra β2 của cánh dẫn trong bánh công tác không được lớn quá một giới hạn nào đó: β2 < β2min. Tóm lại, để bơm có thể làm việc thì trị số của góc ra β2 phải thỏa mãn điều kiện: β2min < β2 < β2max. Dưới đây là đồ thị biểu diễn quan hệ giữa cột áp lý thuyết của bơm và trí số góc ra β2 theo các điều kiện đã phân tích ở trên (hình 2.4).
Hình 2.4: Biểu đồ quan hệ của Hlt và góc ra β2 Hlt: Cột áp lý thuyết EK: đường biểu diễn cột áp toàn phần Hltt: Cột áp lý thuyết tĩnh β2: Góc ra bánh công tác Hltd: Cột áp lý thuyết động DD’: Cột áp lý thuyết tĩnh tương úng β = 90o Đường EK chỉ sự thay đổi của cột áp toàn phần theo phương trình (2.10): Hlt =
(
c2u cotg β2 ) Đường EH chỉ sự thay đổi cột áp tĩnh: Hltt = Hlt - Hltd =
-
c2m cotg β2 -
Theo điều kiện (2.12) thì:
=
=
= (u2 - c2m cotg β2)2 Do đó phương trình của đường EH là: Hltt =
-
(2.16) Các giá trị của cột áp về phía đường D – D’ ứng với β2 90o. Qua đồ thị (hình 2.4) ta thấy góc β2 càng lớn thì cột áp lý thuyết của bơm càng lớn, bơm có khả năng truyền cơ năng chất lỏng càng nhiều. Nhưng trong kỹ thuật cần chú ý giải quyết làm sao để cơ năng truyền cho chất lỏng có lợi nhất nghĩa là có hiệu quả cao nhất và đáp ứng được các yêu cầu làm việc khác nhau cột áp động và cột áp tĩnh. Tùy theo tính năng làm việc của từng loại bơm mà lựa chọn góc β2 thích hợp, bơm ly tâm thường làm việc trong phạm vi có quan hệ giữa cột áp tĩnh và cột áp động với cột áp toàn phần như sau: Hltt = (0,7 ÷ 0,8) Hlt Hltd = (0,2 ÷ 0,3) Hlt Với giá trị góc β2 = 15 ÷ 30o (tương ứng phần gạch chéo trên hình 2.4). Trong trường hợp rất đặc biệt có thể chọn β2 = 15o. Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ rằng nếu bơm ly tâm có góc ra β2 ngoài phạm vi đã nói ở trên thì tổn thất năng lượng bơm quá lớn (chủ yếu do động năng dòng chảy lớn), thì hiệu suất của bơm thấp, không thể chấp nhận được trong kỹ thuật. 2.1.4. Lưu lượng của bơm ly tâm Lưu lượng của dòng chảy qua bánh công tác cánh dẫn bất kỳ nào cũng có thể tính theo công thức: Q = cmπDb (2.17) 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 của 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
:
=
=
(2.18)