Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 LỜI MỞ ĐẦU Đất nước năm gần đà phát triển nhanh chóng Cùng với ngành cơng nghiệp khác, ngành cơng nghiệp dầu khí đóng vai trị vơ quan trọng phát triển kinh tế nước nhà, hàng năm đem lại nguồn ngoại tệ khổng lồ chiếm phần lớn GDP nước Hơn nữa, nước ta trình tiến lên cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước việc phát triển ngành cơng nghiệp nói chung ngành dầu khí nói riêng cần thiết hết Vì vậy, vấn đề đặt cho ngành dầu khí tiếp tục tìm kiếm, thăm dị khai thác đồng thời phát triển ngành công nghiệp kèm, tận dụng triệt để nguồn tài nguyên dầu khí nước ta Trong q trình khai thác, thiết bị vận chuyển dầu khí đa dạng có bơm ly tâm thiết bị dùng phổ biến, đặc biệt bơm ly tâm NPS 65/35-500 Do em chọn đề tài : “ Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động bơm ly tâm NPS 65/35-500 công tác vận chuyển dầu XNLD Vietsovpetro” chun đề : “ Tính tốn kiểm tra thông số bánh công tác” Đồ án gồm chương sau : Chương I : Khái qt cơng tác vận chuyển dầu tình hình sử dụng bơm ly tâm cơng trình biển XNLD Vietsovpetro Chương II : Lý thuyết chung bơm ly tâm Chương III : Tổ hợp bơm ly tâm NPS 65/35-500 Chương IV : Tính tốn kiểm tra thông số bánh công tác Dưới hướng dẫn tận tình thầy Trần Văn Bản thầy mơn Thiết Bị Dầu Khí Cơng Trình, đến em hồn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày… tháng 05 năm 2011 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 CHƯƠNG I KHÁI QT CƠNG TÁC VẬN CHUYỂN DẦU VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BƠM LY TÂM TRONG CÁC CƠNG TRÌNH TRÊN BIỂN CỦA XNLD VIETSOVPETRO 1.1 Khái quát XNLD VIETSOVPETRO Được thành lập năm 1981, XNLD Vietsovpetro công ty tiến hành thăm dò khai thác thềm lục địa phía Nam – Việt Nam, mở giai đoạn phát triển ngành dầu khí cịn non trẻ Năm 1984 Vietsovpetro phát dầu khí mỏ Bạch Hổ, ngày 26/6/1986 Vietsovpetro khai thác dầu thô đặt móng cho việc phát triển ngành cơng nghiệp dầu khí Việt Nam Và từ 6/9/1988 Vietsovpetro khai thác them tầng dầu móng granite nứt nẻ độ sau khác Đây mỏ dầu lớn Việt Nam nay, bao gồm nhiều than dầu : Miocene dưới, Oligocene đá móng nứt nẻ trước Đệ tam Với tốc độ phát triển nhanh, XNLD Vietsovpetro đóng vai trị quan trọng nghiệp cơng nghiệp hóa – đại hóa kinh tế đất nước Vào 21 ngày 31/12/2010 Vietsovpetro khai thác 6,4 triệu dầu, vượt mức 200 nghìn so với kế hoạch nhiệm vụ bổ sung giao năm 2010 Kết thúc năm 2010, Vietsovpetro khai thác 6.401.888 dầu, xuất bán 6,32 triệu tấn, 5,3 triệu cung cấp cho Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Doanh thu bán dầu năm 2010 đạt 3,93 tỷ USD, nộp ngân sách Nhà nước lợi nhuận phía Việt Nam từ bán dầu 2,25 tỷ USD 1.2 Công tác vận chuyển dầu cơng trình biển XNLD VIETSOVPETRO Hiện XNLD VIETSOVPETRO tiến hành khoan khai thác dầu khí chủ yếu vùng biển thềm lục địa phía Nam – Việt Nam Do vị trí địa lý vùng mỏ nằm cách xa đất liền 100 km nên tất công đoạn công nghệ khoan, khai thác, thu gom, vận chuyển tồn trữ dầu khí diễn biển, giàn cố định, giàn nhẹ tàu chứa dầu Tất đường ống dùng cơng tác vận chuyển dầu khí nằm chìm biển Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 Sản phẩm khai thác lên từ giếng hỗn hợp gồm nhiều pha phức tạp gồm có : dầu, khí, tạp chất học …Và tính chất đặc thù sản phẩm dầu khí khơng có tính tập trung cao dễ cháy nổ, sản phẩm khai thác từ giếng khác giàn từ giàn khác mỏ Vì ta phải tiến hành thu gom tập hợp xử lý, cơng đoạn cuối q trình sản xuất dầu thơ thương phẩm Hệ thống thu gom vận chuyển hệ thống kéo dài từ miệng giếng đến điểm cất chửa sản phẩm thương mại Hệ thống bao gồm đường ống, công trình mặt, thiết bị tách pha, thiết bị đo lường, bể chứa, thiết bị xử lý sản phẩm, trạm bơm nén, thiết bị trao đổi nhiệt… Trong khu vực mở Bạch Hổ, dầu khai thác giàn vận chuyển đến trạm tiếp nhận ( tàu chứa dầu FSO-1 FSO-2) Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 MSP6 MSP7 FSO-2 MSP3 MSP5 MSP4 FSO-3 (CHI LANG) RC-1 MSP8 RP-2 MSP10 RP-1 MSP9 MSP11 BK7 MSP1 FSO-1 BK3 BK1 BK10 CTP2 BK2 BK6 FSO-4 BK5 CTP3 BK4 BK9 BK8 BT7 Hình 1.1: Sơ đồ thu gom, vận chuyển toàn mỏ Bạch Hổ FSO: Kho chứa suất dầu MSP: Giàn cố định mỏ Bạch Hổ CTP: Giàn công nghệ trung tâm RC : Giàn nhẹ mỏ Rồng BK : Giàn nhẹ mỏ Bạch Hổ RP : Giàn cố định mỏ rồng - Trạm tiếp nhận phía Nam FSO : tiếp nhận dầu vận chuyển đến từ điểm MSP-1 giàn công nghệ trung tâm số (CTP-2) với giàn nhẹ (BK 1,2,3,4,5,6,7) chuyển đến Đây điểm vận chuyển dầu quan Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 trọng nhất, cố khối lượng vận chuyển lớn Từ CTP-2 có đường ống vận chuyển dầu nối với MSP-1 khu vực mỏ Rồng Từ MSP-1 có đường ống vận chuyển dầu nối với MSP-3, MSP-4 MSP-8 thông qua điểm trung chuyển MSP-6 MSP-8 nối với trạm tiếp nhận phía Bắc FSO-2 - Trạm tiếp nhận phía Bắc FSO-2: tiếp nhận dầu vận chuyển đến từ điểm trung chuyển MSP-6 MSP-8 Từ MSP-6 có đường ống vận chuyển dầu nối với MSP-4, thông qua nối với MSP-3, MSP-5, MSP-7, MSP-10 … Từ MSP-8 có đường ống vận chuyển dầu nối với MSP-4, MSP-1, MSP-9, MSP-11 Trạm tiếp nhận FSO-2 chủ yếu tiếp nhận dầu từ giàn MSP-4, MSP-5, MSP-3, MSP-6, MSP-7, MSP-8, MSP-9, MSP-10, MSP-11 Trong khu vực mỏ Rồng có trạm tiếp nhận dầu FSO-3 Giữa trạm tiếp nhận dầu FSO-1, FSO-2, FSO-3 có mối liên hệ với thơng qua nhiều điểm trung chuyển dầu biển XNLD Vietsovpetro Theo sơ đồ đường ống vận chuyển dầu ngầm biển khu vực mỏ Bạch Hổ mỏ Rồng, ta nhận thấy, trừ MSP-1, MSP-2, MSP-6, MSP-8, điều kiện bình thường, khơng có cố hỏng hóc tàu chứa dầu tắc nghẽn đường ống vận chuyển bơm trực tiếp dầu đến tàu chứa, lại tất giàn MSP-3, MSP-4, MSP-5, MSP-7, MSP-9, MSP-10, MSP-11 … phải bơm dầu qua đoạn đường xa, qua nhiều điểm nút trung gian 1.3 Sử dụng bơm ly tâm cơng tác vận chuyển dầu Hiện có nhiều loại máy bơm sử dụng công tác dầu khí: máy bơm pitston, máy bơm ly tâm, máy bơm hướng trục, máy bơm phun tia…Mỗi loại máy bơm có cơng dụng phạm vi sử dụng khác tùy thuộc vào yêu cầu đặt công việc Bơm ly tâm loại máy thủy lực cánh dẫn, có việc trao đổi lượng máy với chất lỏng (gọi chất lỏng công tác) thực lượng thủy động dòng chảy qua máy Bộ phận làm việc bơm ly tâm bánh cơng tác có nhiều cánh dẫn để dẫn dịng chảy Biên dạng góc độ bố trí cánh dẫn ảnh hưởng trực tiếp đến thành phần vận tốc dòng chảy Khi bánh công tác bơm ly tâm quay (thường với số vòng quay lớn đến hàng ngàn vòng/phút) cánh dẫn Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 truyền nhận từ động (thường động điện) cho dịng chất lỏng qua tạo thành lượng thủy động cho dịng chảy Nói chung lượng thủy động dịng chảy bao gồm thành phần : động (V2/2g) áp (P/ γ ), chúng có mối liên quan mật thiết với Trong trình làm việc máy, biến đổi động kéo theo biến đổi áp Tuy nhiên máy thủy lực cánh dẫn bơm ly tâm, loại kết cấu máy cụ thể, biển đổi áp đạt đến giới hạn định Nó khác với máy thủy lực thể tích Ở máy thủy lực thể tích, lượng trao đổi máy với chất lỏng có thành phần chủ yếu áp năng, cịn thành phần động khơng đáng kể Cịn máy thủy lực cánh dẫn bơm ly tâm, lượng cột áp tăng đến mức cần thiết, lại tồn lượng thủy động dịng chảy nhận từ máy biến thành động Chính việc dùng máy bơm ly tâm để vận chuyển chất lỏng từ điểm đến điểm khác chiếm ưu hẳn loại máy thủy lực khác Trong công tác vận chuyển dầu người ta hay dùng máy bơm ly tâm so với loại máy bơm khác máy bơm ly tâm có vài ưu điểm : - Đặc tính bơm có độ nghiêng nên khoảng làm việc bơm lớn, phù hợp với nhiều chế độ làm việc - Phạm vi sử dụng suất cao, cụ thể : Cột áp từ 10 đến hang nghìn mét cột nước Lưu lượng từ đến 70 m3/h Công suất từ 1- 6000 kw Trị số vịng quay đạt đến 40000 vịng/phút ( nối trực tiếp với động cao tốc không qua hộp giảm tốc ) Kết cấu nhỏ gọn, làm việc chắn, tin cậy Hiệu suất làm việc tương đối cao bơm chất lỏng có μ = 0,65 ÷ 0,95 Có hiệu kinh tế cao 1.4 Tình hình sử dụng bơm ly tâm công tác vận chuyển dầu công trình biển Vietsovpetro Với tính kỹ thuật cao, tiêu kinh tế tốt, phạm vi sử dụng rộng rãi nên bơm ly tâm dùng chủ yếu công tác vận chuyển dầu XNLD VIETSOVPETRO Hệ thống thu gom vận chuyển giàn cố định Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 lắp Bloc Sau vị trí lắp đặt tổ hợp bơm ly tâm NPS 65/35500 giàn cố định MSP-3 ( hình 1.2 ) Tại giàn cố định biển, đồng thời khai thác 16-24 giếng, dầu sau khai thác từ miệng giếng qua đường ống cơng nghệ vào bình tách bậc I tích 12,5/25 m3 sau vào bình tách bậc II đồng thời làm nhiệm vụ chứa tích 100 m3 Cuối cùng, dầu tách khí từ bình chứa vận chuyển đến kho chứa/xuất dầu nhờ tổ hợp bơm Khí tách dẫn qua hệ thống đuốc giàn cố định Sau tách, khí dầu dẫn đường ống riêng biệt để đo lưu lượng Khối lượng dầu bơm khỏi giàn đo đạc thống kê nhờ hệ thống đo đặt đầu máy bơm Trên giàn cố định khơng có thiết bị xử lý nước nên tiến hành tách xử lý nước Tùy theo sản lượng khai thác nhu cầu thực tế giàn cố tính mà người ta sử dụng chủng loại số lượng bơm ly tâm khác Theo thống kê thực tế, số lượng máy bơm NPS 65/35-500 chiếm tỷ lệ lớn người ta thường dùng loại bơm NPS SULZER để vận chuyển dầu Đây loại bơm ly tâm có nhiều ưu điểm : kết cấu bền vững, độ tin cậy, độ an toàn cao, lưu lượng bơm, cột áp hiệu suất hữu ích lớn, dễ vận hành, bảo quản, sửa chữa Ở loại bơm này, cách bố trí bánh cơng tác thành hai nhóm có cửa vào nhóm ngược chiều đố giảm đáng kể lực dọc trục tác dụng lên Roto, tải trọng ổ đỡ trục giảm, tuổi thọ chúng tăng lên nhiều Tuy nhiên bơm ly tâm làm việc chế độ vận tốc góc lớn ( khoảng 3000 vịng/phút ) nên việc lắp đặt, điều chỉnh chúng đòi hỏi độ xác cao Ngồi ra, lưu lượng chúng lớn nên việc đưa chúng vào chế độ làm việc đòi hỏi phải nắm vững tuân thủ yêu cầu kỹ thuật vận hành để tránh tượng tải cho động điện Công việc vận chuyển dầu đòi hỏi phải đưa lượng lớn sản phẩm khai thác dầu khí từ giàn cố định giàn nhẹ đến điểm tiếp nhận tàu chứa thời gian nhanh nhất, đồng thời phải đảm bảo an toàn cho tuyến đường ống vận chuyển Ngoài ra, tiêu kinh tế việc sử dụng lượng điện cho trạm bơm đặt Do việc bố trí, phối hợp chủng loại bơm trạm, việc phối hợp trạm bơm với cho giảm tải trọng tuyến ống vận chuyển dầu tăng Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 lưu lượng Trong việc bố trí, phối hợp bơm ly tâm trạm bơm người ta lắp đặt chúng theo nhiều cách Tùy theo sản lượng khai thác vị trí cơng nghệ giàn mà người ta sử dụng số lượng bơm ly tâm trạm 2,3 hàng chục giàn CTP-2 (15 bơm) Trên trạm bơm, thông thường người ta dự tính từ 1/3 đến 1/2 số lượng bơm vị trí dự phịng để hư hỏng, cố máy bơm chế độ làm việc, ta sử dụng chúng thay không ảnh hưởng đến sản lượng khai thác dầu Các máy bơm dự phịng khơng nên để chúng tình trạng khơng làm việc thời gian lâu dễ gây tưởng bó kẹt roto dầu bị đơng đặc thành phần parafin dầu tạp chất gây kết tủa khác đóng cặn lại khe hở bơm Tùy theo mùa thời tiết định thời gian biểu vận hành bơm dự phịng Việc tiến hành theo kinh nghiệm riêng, tùy theo đặc điểm công nghệ giàn tốt thực chế độ luân phiên làm việc cho máy bơm trạm Điều giúp cho kế hoạch bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng chủ động Máy bơm NPS 65/35-500 Là tổ hợp bơm dầu ly tâm kiểu nằm ngang, nhiều tầng (cấp), trục bơm làm kín dây salnhic mềm phận làm kín kiểu mặt đầu Bơm NPS 65/35-500 sử dụng để bơm dầu thơ, loại khí hydrocacbon hóa lỏng, sản phẩm dầu khí nhiệt độ từ -30 0C đến 2000C loại chất lỏng khác có tính chất lý hóa tương tự Các chất lỏng cơng tác khơng chứa tạp chất học có kích thước lớn 0,2mm hàm lượng khơng vượt 0,2% khối lượng Tổ hợp bơm trang bị động điện loại BAO 22-280M-2T2,5 với công suất N=160KW, U=380V, 50HZ thiết bị bảo vệ, làm mát, làm kín khác theo yêu cầu, quy phạm lắp đặt vận hành chúng Mốt số thống số đặc tính kỹ thuật tổ hợp bơm NPS 65/35-500 sau : - Lưu lượng định mức tối ưu (m3/h) : 65(35) - Cột áp (m) : 500 - Tần số quay (s -1, vòng/phút) : 49,2 ( 2950 ) - Độ xâm thực cho phép (m) : 4,2 - Áp suất đầu vào không lớn ( M π a, KG/cm2 ) Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 Với kiểu làm kín mặt đầu : 2,5 (25) Làm kín salnhic : - Kiểu C : 10(10) - Kiểu CO : 0.5(5) - Công suất thuỷ lực yêu cầu bơm (KW) : 160 - Trọng lượng bơm ( KG) : 1220 - Công suất động điện ( KW) : 160 - Điện áp (V) : 380 - Tần số dòng điện (HZ) : 50 - Hiệu suất làm việc hữu ích : 59% Nhận xét chung Từ đặc điểm công tác vận chuyển dầu XNLD Vietsovpetro , máy bơm ly tâm dùng công tác vận chuyển dầu giàn phải có độ tin cậy cao, độ bên học lớn, có khả chống lại tác động ăn mịn hóa học điều kiện khí hậu nhiệt đới, ẩm, nước có độ mặn cao, có đường đặc tính làm việc phù hợp với chế độ công nghệ chung Bơm ly tâm chiếm vị trí quan trọng hệ thống cơng nghệ khai thác dầu khí xí nghiệp khai thác, đặc biệt loại bơm NPS 65/35-500, có khả vận chuyển dầu xa nhờ cột áp đầu chúng lớn Vì chúng bố trí chủ yếu giàn xa trạm chứa dầu Đây đặc điểm loại bơm NPS 65/35-500 so với loại bơm dầu ly tâm có hệ thống vận chuyển dầu biển XNLD Vietsovpetro CHƯƠNG II Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ BƠM LY TÂM 2.1 Khái quát bơm ly tâm 2.1.1 Cấu tạo chung bơm ly tâm Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo bơm ly tâm Cấu tạo chung bơm ly tâm đơn giản hình 2.1 gồm phận sau : Bánh công tác Bộ phận dẫn hướng Trục bơm Ống hút Ống dẫn hướng vào Ống dẩy 2.1.2 Nguyên lý làm việc máy bơm ly tâm Bơm ly tâm làm việc dựa nguyên lý tác dụng lực ly tâm tạo nhờ quay bánh công tác Trước bơm làm việc, ta thường phải mồi bơm thân bơm (trong có bánh cơng tác) ống hút điền đầy chất lỏng Khi bơm làm việc, bánh công tác quay tạo lực ly tâm Dưới tác dụng lực ly tâm làm cho phần tử chất lỏng bánh công tác bị dồn từ ngoài, chuyển động theo máng dẫn vào ống đẩy với áp suất cao Đó trình đẩy bơm Đồng thời lối vào bánh cơng tác tạo nên vùng chân khơng có áp suất nhỏ áp suất bể chứa qua ống hút đến bánh công tác máy bơm 10 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 Kiểm tra chi tiết cách thăm dò khuyết tật phải tuân theo nguyên tắc vận hành an toàn chi tiết thiết bị điện xí nghiệp cơng nghiệp Nâng hạ phải tuân theo nguyên tắc vận hành an toàn cẩu nâng hạ tải Sơn phủ kim loại phải tuân theo: nguyên tắc kỹ thuật an toàn vệ sinh công nghiệp sơn phủ Các phận vị trí làm việc cần phải đáp ứng nhu cầu hướng dẫn vệ sinh xếp trang bị xí nghiệp sản xuất nguyên tắc vệ sinh tổ chức sản xuất CHƯƠNG IV TÍNH TỐN KIỂM TRA CÁC THƠNG SỐ BÁNH CƠNG TÁC Các thông số máy bơm ly tâm NPS 65/35-500 - Lưu lượng thực tế bơm Q = 65 (m3/h) - Cột áp toàn phần thực tế bơm H = 500 ( m H O) - Số vòng quay trục bơm n = 2950 ( vòng/phút ) - Dung dịch chất lỏng hỗn hợp dầu thơ qua xử lý sơ có : - Khối lượng riêng ρ = 843,3 ( kg/ m3 ) - Hiệu suất chung sơ bơm η = 0,59 - Bơm có kết cấu nhiều cấp ( sơ i = ) bố trí miệng hút Các thơng số thiết kế nhằm mục đích: - Dịng chất lỏng chuyển động qua bánh cơng tác theo biên dạng cánh dẫn, máng cánh dẫn khơng có xốy - Hạn chế thu hẹp đột ngột dịng chảy cửa vào mở rộng đột ngột dòng chảy cửa cho tổn thất bé - Lưu lượng hiệu suất đạt kết tối ưu 46 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 4.1 Tính tốn thông số cửa vào bánh công tác - Số vòng quay đặc trưng 3, 65.n.Qt1/2 i 3/4 ns = H 3/4 j1/2 Trong : i : số cấp bánh công tác , i = j : số cửa hút bánh công tác , j = Thay số vào ta có : ns = 3, 65.2950.0, 0181/2.83/4 = 65 ( vòng/phút ) 5003/4.11/2 4.1.1 Sơ đồ kết cấu bánh công tác quy ước ký hiệu kích thước Hình 4.1 Sơ đồ kết cấu bánh cơng tác Trong : 47 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 d: Đường kính trục bơm nơi lắp bánh cơng tác d o : Đường kính moayơ bánh cơng tác D1 : Đường kính tâm mép vào bánh cơng tác D2 : Đường kính ngồi bánh cơng tác Ds : Đường kính cửa vào bánh công tác b1 : Chiều rộng mép vào bánh công tác b2 : Chiều rộng mép bánh công tác 4.1.2 Xác định đầu trục bơm ( đường kính trục lắp khớp nối ) Có thể tính theo cơng thức : dr = Mx 0,12.[ τ ] Trong : d r : Đường kính đầu trục bơm M x : Momen xoắn trục M x = 97403 N dc 9,81 (N.cm) n N dc : Công suất cần thiết động N dc = k.N với k=1,1 N= ρ Q.H 102.η => N dc = 1,1 843,3.0, 018.500 ~ 140 KW 102.0,59 [ τ ] : Ứng suất cắt cho phép vật liệu làm trục Ở ta chọn vật liệu thép cacbon, với thép C30 ÷ C45 giá trị [ τ ] = 9,81.(150 ÷ 250) ( N/ cm ) Từ ta chọn [ τ ] = 9,81.150 ( N/ cm ) Thay số vào ta có : dr = 97403.9,81.140 = 6,4 (cm) = 0,064 ( m ) 0,12.9,81.150.2950 48 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 4.1.3 Xác định đường kính trục nơi lắp bánh cơng tác Bơm NPS 65/35-500 có cấp, gồm phân đoạn với kết cấu nằm ngang Sự bố trí bánh cơng tác đối xứng có tác dụng khử lực dọc trục sinh bơm làm việc Dựa vào kết cấu bơm đòi hỏi trục bơm chỗ lắp bánh cơng tác tính theo điều kiện : - Độ bền uốn xoắn , độ uốn trục tác dụng lực ngang phát sinh bánh làm việc chế độ khác với chế độ làm việc bình thường khơng lớn độ hở nhỏ vật chống thấm - Độ cứng vững cao, khả chịu lực uốn, lực xoắn tốt - Độ dao động : số vịng quay tới hạn trục khơng lớn 20 ÷ 25% so với số vịng quay bánh công tác - Các chi tiết trục lắp đặt phải có độ đồng tâm cao Từ ta định kích thước trục với đường kính d > d r từ ( ÷ 20 )mm Ta chọn d = 0,07m 4.1.4 Đường kính Moayơ bánh cơng tác d o = ( 1,2 ÷ 1,25)d ( m ) Ta chọn d o = 1,2.0,07 = 0,084 ( m ) 4.1.5 Xác định đường kính Ds Ta xác định đường kính Ds theo lưu lượng :  4.Qt  Ds =  + d o2 ÷  Π.Cs  (m) Trong Cs : Tốc độ dịng chảy cửa vào bánh công tác Cs = K os 2.g H1 ( m/s ) Với g = 9,81 m/ s H1 : cột áp bánh công tác H1 = H 500 = = 62,5 ( m H O) i K os hệ số tốc độ K os = 0, 006.ns2/3 = 0, 006.652/3 = 0,097 49 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 Thay số vào cơng thức ta Cs = 0, 097 2.9,81.62,5 =3,397 (m/s) Qt : lưu lượng tính tốn Qt = (1,02÷1,15).Q Chọn Qt = 1,1.Q = 1,1.65=71,5 (m3/h) = 0,02 (m3/s) Thay vào cơng thức ta có  4.0, 02  Ds =  + 0, 0842 ÷ = 0,12 (m)  3,14.3,397  4.1.6 Xác định đường kính D1 Khi bơm có số vịng quay đặc trưng ns > 60 ( vịng/phút ) mép vào nghiêng so với trục bơm, để đảm bảo nghiêng mép cửa vào tránh tượng va đập gây tổn thất cho dòng chảy Do : D1 = ( 0,8 ÷ 0,95 ) Ds Chọn D1 = 0,9 Ds = 0,9.0,12 = 0,108 ( m ) 4.1.7 Xác định chiều rộng mép vào b1 Để bơm làm việc với cột áp lớn α1 = 900 nghĩa bánh cơng tác có kết cấu phận dẫn hướng cho dòng chảy chất lỏng máng dẫn chuyển động theo phương hướng kính Khi α1 = 900 C1u ≈ , Co ≈ Cor , C1 ≈ C1r Tốc độ dòng chảy trước vào cánh ( Co ) : Ta tính theo cơng thức Co = (0, 06 ÷ 0, 08) n Qt (m/s) Ta chọn Co = 0, 07 n Qt = 0, 07 29502.0, 02 = 3,91 ( m/s ) Vậy Co = Cor = 3,91 ( m/s ) 50 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 Từ lưu lượng ta có : bi = Qt 0, 02 = = 0,015 (m) π D1.Cor 3,14.0,108.3,91 Đây chiều rộng tính tốn Thực tế đổi hướng đột ngột dòng chảy cửa hút từ hướng kính sang hướng trục nên kết cấu lấy b1 lớn để tránh vùng chết cửa vào Lấy b1 = 1,1 bi = 1,1.0,015 = 0,0165 (m) Do chiều dày cánh dẫn cửa vào S1 mà tốc độ dòng chảy tăng từ Co (ngay trước mép vào cánh) đến C1 (ngay sau vào cánh) Từ phương trình liên tục ta có : C1r = t1 Cor = k1.Cor t1 − σ t1 bước cánh cửa vào, t1 = (m) π D1 Z Z số cánh k1 = t1 hệ số thu hẹp cửa vào t1 − σ σ chiều dày cánh tính cung trịn đường kính D1 Do t1 chưa biết nên tính tốn ta chọn sơ giá trị k1 = 1,15 ÷ 1,2 Chọn k1 = 1,2 Thay vào công thức ta có C1r = k1.Co = 1,2.3,91 = 4,692 ( m/s ) 4.1.8 Xác định giá trị góc vào cánh dẫn β1 Theo phương trình β1 khơng ảnh hưởng trực tiếp đến cột áp bơm Nhưng giá trị β1 khơng thích hợp gây va đập dòng chảy với cánh dẫn lối vào bánh công tác Điều gây ảnh hưởng xấu đến cột áp bơm Vì yêu cầu thiết kế phải tính chọn β1 phù hợp (thường khoảng 150 ÷ 300 ), nhỏ làm tăng chiều dài cánh dẫn , tăng sức cản dịng chảy Góc β1 xác định từ tam giác vận tốc cửa vào : tg β1 = C1r C1r = U1 − C1r U1 − C0 cosα1 51 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 Hình 4.2 Tam giác vận tốc cửa vào Nhưng thơng thường ta tính góc vào khơng va đập β1,0 nghĩa góc vào ứng với α1 = 900 , ta có : tg β1,0 = U1 = ω Với ω= Cor U1 D1 ( m/s ) tốc độ vòng cửa vào π n vận tốc góc bánh cơng tác 30 U1 = 3,14.2950 0,108 = 16,6734 ( m/s ) 30 Thay số vào ta có : tg1,0 = 3,91 = 0,2345 16, 6734 => β1,0 = 130 Mà β1 = β1,0 + δ với δ = 30 ÷ 50 Chọn δ = 50 => β1 = 130 + 50 = 180 4.1.9 Chiều dày cánh dẫn S Khi tính tốn, thiết kế cánh dẫn, ta phải chọn chiều dày cánh dẫn thích hợp để khơng giảm thiểu tổn thất thủy lực cánh mà đảm bảo độ bền học cánh dẫn Ngoài tuổi thọ độ bền cánh phụ thuộc vào vật liệu công nghệ chế tạo 52 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 Chọn S = 0,035 m , vật liệu chế tạo thép hợp kim Ở cửa vào bánh công tác chọn S1 = 0,0025 m , mép vào cửa cánh lượn tròn để giảm va đập gây mòn giảm tổn thất Ở cửa bánh công tác , vận tốc vòng chất lỏng chuyển động lớn Các hạt cứng va đập vào bề mặt cánh cửa nhiều nên cửa nhanh mòn cửa vào Vì vây thiết kế phải thiết kế tính đến độ mòn, độ bền cánh Chọn S2 = 0,0045 m Chiều dày cánh dẫn tăng dần từ S1 đến S2 4.2 Tính tốn thơng số cửa bánh cơng tác 4.2.1 Góc cánh dẫn β Góc cánh dẫn β góc biểu thị phương vận tốc tương đối lối bánh cơng tác , có ảnh hưởng trực tiếp đến phương trị số thành phần vận tốc dịng chảy máng dẫn Do định đến cột áp bơm Khi tính chọn góc β cần phải hợp lý để bơm làm việc với hiệu suất cao tổn thất lượng, thơng thường β = 150 ÷ 400 Dựa vào số vòng quay đặc trưng ns điều kiện ta chọn β = 230 4.2.2 Tính tốc độ vịng mép cánh U U = ku2 2.g.H t ( m/s ) Hệ số vận tốc ku tính theo cơng thức : ku = ψ Với ψ hệ số áp suất chọn theo số vòng quay đặc trưng ns Với ns = 65 ( vòng/phút ) ψ = 1,24 ÷ 0,71 Chọn ψ = 1,2 => ku = = 0,9128 1, Thay vào cơng thức ta có U = 0,9128 2.9,81.62,5 = 31,9643 ( m/s ) 4.2.3 Tính đường kính cửa bánh công tác D2 53 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 2.g H t 19,1 2.9,81.62,5 = = 0,2267 (m) 2950 n D2 = 19,1 4.2.4 Tính chiều rộng cửa bánh cơng tác b2 b2 = Qt k2 (m) π D2 C2 r Với C2r = (0,7 ÷ 1) C1r = ( 0,8 ÷ 1,1 ) Co Lấy C2r = 0,9 Co = 0,9 3,91 = 3,52 ( m/s ) k2 hệ số thu hẹp cửa ra, k2 = 1,05 ÷ 1,1 Chọn k2 = 1,1 Thay số vào ta có b2 = 0, 02.1,1 = 0,0088 (m) 3,14.0, 2267.3,52 Do có tổn thất cửa nên giá trị b2 thực tế lấy tăng bên ( ÷ 1,5 ) mm so với giá trị tính toán Chọn b2 = 11,8 ( mm ) 4.2.5 Xác định tốc độ tương đối w1 = C1r 4, 692 = = 15,18 (m/s) Sinβ1 Sin180 w2 = C2 r 3,52 = = 9,008 (m/s) Sinβ Sin230 4.3 Kiểm tra kết tính tốn 4.3.1 Kiểm nghiệm hệ số thu hẹp 3,14.0,108 π D1 Z k1 = = π D1 S 3,14.0,108 0, 0025 = 1,235 − − Z Sinβ1 Sin180 Giá trị k1 = 1,235 sai khác giá trị k1 = 1,2 chọn không 5% π D2 Z 3,14.0, 2267 k2 = = π D2 S2 3,14.0, 2267 0, 0045 = 1,148 − − Z Sinβ Sin 230 54 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 Giá trị k2 = 1,148 sai khác giá trị k2 = 1,1 chọn không 5% b2 4.3.2 Kiểm nghiệm tỷ số D  65  0, 00073  ÷ b2 0, 00073.n  3, 65  = 0,0372 = = D2 ku 0,9128 q n s Với nq = 3, 65 D2 4.3.3 Kiểm nghiệm tỷ số D D2 0, 2267 = = 2,099 D1 0,108 4.3.4 Kiểm nghiệm tỷ số w1 15,18 = = 1,685 w 9, 008 4.4 Các thông số thực tế bánh cơng tác bơm NPS 65/35-500 Theo hình 3.8 ta có : - Đường kính ngồi bánh cơng tác D2 = 235 mm - Chiều rộng mép bánh công tác b2 = 13,5 mm - Đường kính tâm mép vào bánh công tác D1 = 110,5 mm b2 4.4.1 Tỷ số D b2 13,5 = = 0,0575 D2 235 D2 4.4.2 Tỷ số D D2 235 = = 2,1266 D1 110,5 Nhận xét : Ta thấy thông số tính tốn có kết nhỏ tương đương thông số thực tế Như kết tính tốn nằm giới hạn thiết kế cho phép 55 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau kết thúc đợt thực tập tốt nghiệp, với việc thu thập tài liệu đồng thời hướng dẫn bảo tận tình thầy Trần Văn Bản cố gắng thân, đến em hoàn thành đồ án “ Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động bơm ly tâm NPS 65/35-500 công tác vận chuyển dầu XNLD Vietsovpetro” chuyên đề : “ Tính tốn kiểm tra thơng số bánh cơng tác ” Do kiến thức cịn nhiều hạn chế, kinh nghiệm thực tế đợt thực tập sản xuất chưa nhiều, cố gắng tránh khỏi thiết sót khuyết điểm Vì vậy, em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô bạn bè Một lần em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy mơn Thiết Bị Dầu Khí Cơng Trình đặc biệt thầy Trần Văn Bản giúp đỡ em suốt thời gian làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng 05 năm 2011 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam 56 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Máy bơm ly tâm dùng công nghiệp dầu” theo M.D Aizentain [2] PGS TS Nguyễn Đức Sướng TS Vũ Nam Ngạn : “Giáo trình máy thủy khí”, Trường ĐH Mỏ-Địa chất, Hà nội, 2001,(2004-2007) [3] Giáo trình “Máy bơm trạm bơm” theo ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG [4] Nguyễn Đức Sướng, Trần Văn Triều, Lê Kinh Thanh: “Hướng dẫn thiết kế máy thủy khí” [5] Tài liệu bơm NPS 65/35 – 500: “Xí nghiệp khai thác dầu khí Vietsopetro” [6] Tạp chí dầu khí số 1- 2011 57 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I KHÁI QUÁT CÔNG TÁC VẬN CHUYỂN DẦU VÀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BƠM LY TÂM TRONG CÁC CƠNG TRÌNH TRÊN BIỂN CỦA XNLD VIETSOVPETRO 1.1 Khái quát XNLD VIETSOVPETRO 1.2 Công tác vận chuyển dầu cơng trình biển XNLD VIETSOVPETRO 1.3 Sử dụng bơm ly tâm công tác vận chuyển dầu 1.4 Tình hình sử dụng bơm ly tâm cơng tác vận chuyển dầu cơng trình biển Vietsovpetro .6 CHƯƠNG II LÝ THUYẾT CHUNG VỀ BƠM LY TÂM 10 2.1 Khái quát bơm ly tâm 10 2.1.1 Cấu tạo chung bơm ly tâm 10 2.1.2 Nguyên lý làm việc máy bơm ly tâm 10 2.1.3 Phân loại máy bơm ly tâm 11 2.2 Các thông số bơm ly tâm .12 2.2.1.Cột áp 12 2.2.2 Lưu lượng 12 2.2.3 Công suất 12 2.3 Phương trình máy bơm ly tâm 13 2.3.1 Phương trình cột áp lý thuyết bơm ly tâm 13 2.3.2.Cột áp thực tế 14 2.4 Đường đặc tính máy bơm ly tâm 15 2.4.1.Đường đặc tính làm việc (n = const) lý thuyết máy bơm ly tâm 15 2.4.2 Đường đặc tính thực nghiệm máy bơm ly tâm 17 2.4.3 Đường đặc tính tổng hợp 18 2.5 Số vòng quay đặc trưng ảnh hưởng số vịng quay, đường kính bánh cơng tác đến bơm ly tâm .20 2.5.1 Số vòng quay đặc trưng 20 2.5.2 Ảnh hưởng số vịng quay đường kính bánh cơng tác đến bơm ly tâm 21 2.6 Ảnh hưởng khối lượng riêng độ nhớt chất lỏng đến bơm ly tâm 22 2.7 Hiện tượng xâm thực bơm ly tâm 22 CHƯƠNG III 24 58 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Lớp : Thiết Bị Dầu Khí K51 TỔ HỢP BƠM LY TÂM NPS 65/35-500 24 3.1 Sơ đồ tổng thể, đặc tính kỹ thuật nguyên lý làm việc bơm 24 3.1.1 Sơ đồ tổng thể bơm 24 3.1.2 Các đặc tính kỹ thuật bơm 25 3.1.3 Nguyên lý làm việc bơm NPS 65/35-500 27 3.2 Cấu tạo bơm NPS 65/35-500 28 3.2.1 Cấu tạo thân bơm 28 3.2.2 Cấu tạo phần chảy (khoang hướng dòng) 29 3.2 Cấu tạo bánh công tác .30 3.2.4 Cấu tạo trục bơm 31 3.2.5 Cấu tạo vòng làm kín 33 3.2.6 Buồng làm kín 34 3.2.7 Hệ thống làm mát .34 3.3.Quy trình lắp đặt công tác vận hành bơm NPS 65/35-500 35 3.3.1 Quy trình lắp đặt .35 3.3.2 Quy trình vận hành 38 3.4 Những hư hỏng thường gặp, nguyên nhân cách khắc phục 40 3.5 Bảo dưỡng bơm NPS 65/35-500 .44 CHƯƠNG IV 46 TÍNH TỐN KIỂM TRA CÁC THÔNG SỐ BÁNH CÔNG TÁC 46 4.1 Tính tốn thơng số cửa vào bánh công tác .47 4.1.1 Sơ đồ kết cấu bánh công tác quy ước ký hiệu kích thước .47 4.1.2 Xác định đầu trục bơm ( đường kính trục lắp khớp nối ) 48 4.1.3 Xác định đường kính trục nơi lắp bánh cơng tác .49 4.1.4 Đường kính Moayơ bánh công tác 49 4.1.5 Xác định đường kính 49 4.1.6 Xác định đường kính D1 50 4.1.7 Xác định chiều rộng mép vào b1 50 4.1.9 Chiều dày cánh dẫn S .52 4.2 Tính tốn thơng số cửa bánh cơng tác 53 4.2.5 Xác định tốc độ tương đối 54 4.3 Kiểm tra kết tính tốn .54 4.3.1 Kiểm nghiệm hệ số thu hẹp 54 4.3.4 Kiểm nghiệm tỷ số 55 4.4 Các thông số thực tế bánh công tác bơm NPS 65/35-500 .55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 MỤC LỤC 58 59 Sinh Viên : Đỗ Ngọc Nam ... hướng vào Ống dẩy 2.1.2 Nguyên lý làm việc máy bơm ly tâm Bơm ly tâm làm việc dựa nguyên lý tác dụng lực ly tâm tạo nhờ quay bánh công tác Trước bơm làm việc, ta thường phải mồi bơm thân bơm (trong. .. đặc tính bơm NPS 65/35 - 500 3.1.3 Nguyên lý làm việc bơm NPS 65/35-500 Nguyên lý làm việc bơm ly tâm vận chuyển dầu NPS 65/35 - 500: Khi động điện tổ hợp làm việc, truyền chuyển động quay với vận. .. Sử dụng bơm ly tâm công tác vận chuyển dầu Hiện có nhiều loại máy bơm sử dụng cơng tác dầu khí: máy bơm pitston, máy bơm ly tâm, máy bơm hướng trục, máy bơm phun tia…Mỗi loại máy bơm có công dụng