Đồ án Quy trình lắp đặt, vận hành và sửa chữa máy bơm HПC 65/35–500 trong công tác vận chuyển dầu, tính toán chiều cao hút hợp lý nhằm ngăn ngừa hiện tượng xâm thực khi lắp đặt máy bơm ly tâm HПC 65/35–500 trên giàn MSP 05 mỏ Bạch Hổ

LỜI MỞ ĐẦU Lịch sử phát triển của xã hội loài người gắn liền với quá trình phát minh, chuyển đổi và sử dụng năng lượng. Trong các dạng năng lượng góp phần vào quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá của đất nước, ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam tuy còn non trẻ nhưng đã không ngừng vươn lên và đã trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của cả nước. Hiện nay đã có rất nhiều công ty dầu khí nước ngoài cùng với các công ty trực thuộc Tập đoàn dầu khí quốc gia Viêt Nam đang tham gia vào các dự án đầu tư trong nước và quốc tế, khẳng định một tiềm năng phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam. Hiện nay ở nước ta, Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro là đơn vị đứng đầu trong công tác thăm dò, khai thác dầu khí. Để phục vụ cho công tác khoan, khai thác dầu khí, một nhiệm vụ quan trọng đặt ra là phải có hệ thống thiết bị phù hợp, mang lại hiệu quả kinh tế cao. Hiện nay vấn đề đang được Xí nghiệp quan tâm đó là nâng cao hiệu quả sử dụng cũng như tăng tuổi thọ làm việc của các trang thiết bị. Với mong muốn được góp một phần nhỏ vào sự phát triển của ngành công nghiệp dầu khí nước nhà. Qua quá trình thực tập, nghiên cứu, thu thập tài liệu và được sự đồng ý của bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình, Khoa Dầu khí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, em được giao đồ án với đề tài: “ Quy trình lắp đặt, vận hành và sửa chữa máy bơm H
C 65/35 – 500 trong công tác vận chuyển dầu. Chuyên đề: Tính toán chiều cao hút hợp lý nhằm ngăn ngừa hiện tượng xâm thực khi lắp đặt máy bơm ly tâm H
C 65/35 – 500 trên giàn MSP 05, mỏ Bạch Hổ ”. Được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Lê Đức Vinh và các thầy giáo trong bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình cùng với sự cố gắng của bản thân, nay bản đồ án của em đã được hoàn thành. Qua đồ án này, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo Lê Đức Vinh và các thầy giáo trong bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình đã hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày… tháng 06 năm 2010 Sinh viên: Nguyễn Thanh Tuấn CHƯƠNG 1 TÌNH HÌNH KHAI THÁC DẦU Ở MỎ BẠCH HỔ VÀ CÔNG TÁC BƠM VẬN CHUYỂN DẦU 1.1. Tình hình khai thác dầu ở Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro nói chung và mỏ Bạch Hổ nói riêng Mỏ Bạch Hổ nằm ở bể Cửu Long cách thành phố Vũng Tàu 120 km về phía đông nam. Cấu tạo này do Mobil phát hiện trên cơ sở tài liệu địa chấn 2 chiều và phát hiện dầu khí đầu tiên vào tháng 3 năm 1975 bởi giếng khoan Bạch Hổ bằng tàu khoan Glomar 2. Ngày 26/6/1986, Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro đã khai thác tấn dầu đầu tiên từ mỏ và từ 6/9/1988 đã khai thác thêm tầng dầu trong móng granit nứt nẻ ở các độ sâu khác nhau. Đây là mỏ dầu lớn nhất Việt Nam hiện nay, bao gồm nhiều thân dầu: Miocene dưới, Oligocene dưới và đá móng nứt nẻ trước đệ tam. Hiện nay trên mỏ Bạch Hổ có 11 giàn khai thác cố định và 8 giàn nhẹ. Phương pháp khai thác chủ yếu đang áp dụng tại mỏ Bạch Hổ là phương pháp khai thác tự phun, phương pháp khai thác gaslift và phương pháp khai thác bằng máy bơm ly tâm điện chìm. Nhịp độ khai thác dầu ở mỏ Bạch Hổ ngày càng tăng, năm đầu tiên (1986) khai thác được 40.000 tấn. Đến ngày 16/9/1998, Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro đã khai thác được 60 triệu tấn dầu thô và khai thác tấn dầu thứ 75 triệu vào ngày 4/12/1999. Đến ngày 22/2/2001 khai thác tấn dầu thứ 90 triệu và ngày 4/12/2005 khai thác tấn dầu thứ 150 triệu. Liên doanh dầu khí Vietsovpetro được thành lập ngày 19/8/1981. Kể từ đó đến nay, liên doanh dầu khí Vietsovpetro luôn luôn là đơn vị chủ lực, con chim đầu đàn của ngành dầu khí Việt Nam, sản lượng khai thác không ngừng tăng, hằng năm chiếm gần 80% sản lượng dầu thô xuất khẩu của nước ta. Thành công lớn nhất, thiết thực nhất là trong suốt 25 năm (tính đến hết tháng 10/2006), xí nghiệp dã khai thác được gần 160 triệu tấn dầu từ các mỏ Bạch Hổ, Rồng, Đại Hùng, thu gom và vận chuyển vào bờ 16,6 tỷ m
khí đồng hành và khí hóa lỏng phục vụ phát điện sản xuất công nghiệp, hóa chất. Xí nghiệp đã đạt mức doang thu từ xuất khẩu dầu thô 32,7 tỷ USD, nộp ngân sách nhà nước 21 tỷ USD, lợi nhuận phía Nga là 5,8 tỷ USD. Và vào các năm 1993, 1996 phía Việt Nam và phía Nga đã thu hồi được vốn, qua đó đã góp phần đưa Việt Nam thành nước khai thác và xuất khẩu dầu lớn thứ 3 trong khu vực Đông Nam Á. Xí nghiệp đã tạo dựng được một hệ thống cơ sở vật chất kỹ thuật vững chắc trên bờ và dưới biển với 12 giàn khoan cố định, 2 giàn công nghệ trung tâm, 9 giàn nhẹ, 3 giàn bơm ép nước, 4 trạm rót dầu không bến, 2 giàn nén khí, 2 giàn tự nâng, với hơn 300 km đường ống dưới biển, 17 tàu dịch vụ các loại trên biển và một căn cứ dịch vụ trên bờ với 10 cầu cảng dài tổng cộng 1300m, trong đó có cầu cảng trọng tải 10.000 tấn, có hệ thống kho có khả năng chứa 38.000 tấn/năm, bãi cảng có diện tích 60.000 m
, năng lực hàng hóa thông qua 12.000 tấn/năm. Hiện nay, một chặng đường mới với nhiều thử thách đang đến với liên doanh dầu khí Vietsovpetro. Khi các mỏ dầu cũ đã được khai thác nhiều năm, giảm dần sản lượng thì việc tìm kiếm những mỏ dầu mới và áp dụng kỹ thuật hiện đại để gia tăng sản lượng là hết sức quan trọng. Vì vậy công tác tìm kiếm thăm dò những mỏ dầu mới đang được đẩy mạnh bao gồm khoan khai thác 12 giếng, sửa chữa 35 giếng. Liên doanh Vietsovpetro đã xây dựng kế hoạch, áp dụng thành công các giải pháp điều chỉnh khai thác làm cho trạng thái khai thác tầng móng vòm trung tâm Bạch Hổ khá ổn định, bảo đảm áp suất vỉa ở độ sâu 3050 m. Bên cạnh việc khai thác, tìm kiếm dầu khí, liên doanh dầu khí Vietsopetro còn khai thác năng lực sẵn có để tham gia dịch vụ kỹ thuật dầu khí trên biển cho các công ty nước ngoài đã ký hợp đồng tìm kiếm, thăm dò, khai thác, phân chia sản phẩm với ngành dầu khí nước ta. 1.2. Dầu mỏ và đặc tính dầu thô mỏ Bạch Hổ 1.2.1. Thành phần chung của dầu mỏ Dầu mỏ là sản phẩm phức tạp của thiên nhiên với thành phần chủ yếu là hydrocacbon, chúng chiếm từ 60%
90% khối lượng của dầu. Các hydrocacbon này được tạo thành do sự kết hợp của các nguyên tố cacbon và hydro. Tùy theo cấu trúc phân tử mà ta có các hydrocacbon ở thể khí – lỏng – rắn. Dầu mỏ bao gồm các nhóm: - Nhóm hydrocacbon parafinic (CnH2n+2): nhóm này có cấu trúc mạch thẳng và mạch nhánh chiếm từ 50%
70%. Ở điều kiện bình thường hydrocacbon có cấu tạo mạch từ C1
C4 ở trạng thái khí, từ C4
C6 ở trạng thái lỏng, lớn hơn C17 ở trạng thái rắn. - Nhóm hydrocacbon naptenic (CnH2n): nhóm này có cấu trúc mạch vòng no và không no, chiếm tỷ lệ 10%
20% thành phần dầu thô, phổ biến nhất là Cyclopentan (C5H10) và cyclohexan (C6H12) cùng các dẫn xuất ankyl của chúng. Ở điều kiện thường hydrocacbon naptenic no có cấu tạo từ C1
C4 ở trạng thái khí, từ C5
C10 ở trạng thái lỏng và từ C11 trở lên ở trạng thái rắn. - Nhóm hydrocacbon anomatic (CnH2n-6): nhóm này có mặt trong dầu thô dưới dạng các dẫn xuất của benzen, chiếm từ 1%
2% thành phần dầu thô. - Các hợp chất có chứa oxy, nitơ, lưu huỳnh: ngoài các nhóm hydrocacbon kể trên trong dầu thô còn chứa những hợp chất không thuộc loại này mà phần lớn là các Asphatel – smol có chứa trong nó hợp chất O, N, S trong đó: + Hợp chất với O chiếm hàm lượng riêng khá lớn trong Asphatel, có thể tới 80%, chủ yếu tồn tại dưới dạng axit naften, nhựa Asphal và phenol. + Hợp chất với N2: quan trọng nhất là pocfirin. Đây là sản phẩm chuyển hóa từ Hemoglobin sinh vật và từ clorofin thực vật. Điều này chứng tỏ nguồn gốc hữu cơ của dầu mỏ. + Hợp chất với S: tồn tại dưới dạng S tự do, H2S. Hàm lượng trong dầu thô từ 0,1
1%, nếu hàm lượng S
0,5% thì được xem là đạt tiêu chuẩn, nếu hàm lượng S trong dầu thô càng cao thì giá trị dầu thô càng giảm. Ngoài ra trong dầu thô còn chứa hàm lượng rất nhỏ các kim loại hợp chất khác như: Fe, Mg, Ca, Ni, Cr, Ti, Co, Zn...chiếm khoảng 0,15
0,19 kg/tấn. 1.2.2. Đặc tính dầu thô mỏ Bạch Hổ 1. Khối lượng riêng (
) Hiện nay dầu thô của chúng ta khai thác chủ yếu tập trung ở các tầng sản phẩm Mioxen hạ, Olighen hạ và tầng móng kết tinh. Chúng thuộc loại dầu nhẹ vừa phải, khối lượng riêng nằm trong khoảng giới hạn (0,83
0,85).10
kg/m
. Dầu thô ở khu vực mỏ Bạch Hổ có khối lượng riêng khoảng 0,8319. 10
kg/m
(38
6 API). 2. Độ nhớt (
) Là khả năng của chất lỏng có thể chống lại được lực trượt (lực cắt), nó được biểu diễn dưới dạng lực ma sát trong khi có sự chuyển dịch tương đối của các lớp chất lỏng kề nhau. Bởi vậy độ nhớt là tính chất đặc trưng cho mức độ di động của chất lỏng. Độ nhớt của chất lỏng thay đổi trong một phạm vi rộng theo nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm và ngược lại. Ngoài ra khi áp suất tăng thì độ nhớt của chất lỏng cũng tăng (trừ chất lỏng đặc biệt như nước). Khi vận chuyển dầu thô, chúng ta phải đưa chúng vào trạng thái chuyển động, muốn vậy phải đặt vào chúng một lực nhất định bằng sự tác động của các cánh bơm. Chuyển động của chất lỏng chỉ xuất hiện khi ứng suất ma sát vượt quá mức giới hạn nào đó, gọi là ứng suất trượt ban đầu. Như vậy rõ ràng độ nhớt của chất lỏng ảnh hưởng rất lớn đến dòng chuyển động của nó. Mặc dù trong công thức tính toán cơ bản của các máy bơm dùng để vận chuyển chất lỏng (như dầu thô) này không có mặt trực tiếp của đại lượng độ nhớt nhưng chính nó là yếu tố ảnh hưởng quan trọng nhất gây nên tổn thất của dòng chảy, độ nhớt càng lớn thì tổn thất thủy lực của dòng chảy càng lớn, làm tăng tổn hao công suất và giảm lưu lượng của các máy bơm. 3. Thành phần dầu thô mỏ Bạch Hổ Dầu thô mỏ Bạch Hổ là loại dầu thô rất sạch, chứu rất ít lưu huỳnh, kim loại nặng và hợp chất với nitơ. Hàm lượng lưu huỳnh trong dầu thô mỏ Bạch Hổ chiếm từ 0,04
0,1% khối lượng, thấp hơn nhiều so với mức quy định cho dầu thô được xếp vào loại ít lưu huỳnh. Dầu thô chứa ít lưu huỳnh thì mức độ ăn mòn cũng thấp bởi vì nguyên nhân ăn mòn của dầu thô là do dầu có chứa lưu huỳnh và nước. Tổng hàm lượng các kim loại nặng trong dầu thô mỏ Bạch Hổ chỉ chiếm khoảng 1,1 ppm theo khối lượng. Hàm lượng các hợp chất với N2 trong dầu thô mỏ Bạch Hổ chiếm từ 0,035
0,067%. Dầu thô mỏ Bạch Hổ chứa nhiều hydrocacbon parafin trong các phân đoạn trung bình lên đến 30%, còn trong cặn lên đến 50%. Sự có mặt của parafin với hàm lượng cao làm cho dầu mất tính linh động ở nhiệt độ thấp và ngay cả ở nhiệt độ bình thường. Điểm đông đặc của dầu thô mỏ Bạch Hổ là 36
C đã gây nên nhiều khó khăn cho công tác vận chuyển. Chúng rất dễ làm tắc nghẽn các tuyến đường ống, nhất là ở tại các điểm nút hoặc các tuyến ống xa trạm tiếp nhận và có lưu lượng thông qua thấp, hoặc không liên tục mà bị gián đoạn trong một thời gian lâu. Đây chính là nhược điểm căn bản trong tính chất lý – hóa của dầu thô mỏ Bạch Hổ. Việc xử lý, khắc phục chúng đòi hỏi cả một quá trình công nghệ phức tạp và tốn kém. 1.3. Công tác bơm vận chuyển dầu trên các giàn khai thác ở mỏ Bạch Hổ * Sơ đồ hệ thống bơm vận chuyển dầu trên giàn MSP 05, mỏ Bạch Hổ (hình 1.1) 1.3.1. Nhiệm vụ và yêu cầu của bơm vận chuyển dầu Dầu được khai thác từ giếng lên sẽ được đưa đến các bình tách, các thiết bị xử lý nhằm tách bớt các thành phần khí, nước, tạp chất cơ học lẫn trong dầu, sau đó dầu thô được đưa đến các bình chứa lắp đặt ngay trên giàn khoan. Để vận chuyển dầu từ các bình chứa đến nơi tiêu thụ hay tới các tàu chứa dầu người ta phải dùng các thiết bị để vận chuyển. Một trong những phương pháp để vận chuyển được sử dụng trong ngành dầu khí là vận chuyển bằng đường ống. Ưu điểm của phương pháp là: 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 thì yêu cầu đặt ra là phải duy trì được năng lượng của 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) và phải đảm bảo lưu lượng theo đúng yêu cầu kỹ thuật, tránh tình trạng dầu khai thác lên bị ứ đọng tại các bình chứa làm ảnh hưởng tới quá trình khai thác trên các giàn. Để giải quyết vấn đề này cần phải lựa chọn máy bơm vận chuyển cho phù hợp với yêu cầu đặt ra. Hiện nay có rất nhiều loại máy bơm: bơm piston, bơm ly tâm, bơm phun tia...Trong công tác vận chuyển dầu hiện nay, người ta hay dùng bơm ly tâm bởi vì so với các máy bơm khác, máy bơm ly tâm có những công dụng sau: - Đường đặc tính của bơm có độ nghiêng đều, phù hợp với những thay đổi của mạng đường ống dẫn và điều kiện vận hành riêng biệt. - Phạm vi sử dụng lớn, năng suất cao, cụ thể: + Cột áp từ hàng chục đến hàng nghìn mét cột nước. + Lưu lượng từ 2
70.000 m
/h. + Công suất từ 1
6000 kw. + Số vòng quay của trục bơm từ 730
6000 vòng/phút. + Kết cấu gọn, làm việc chắc chắn, tin cậy cao. + Hiệu suất làm việc tương đối cao (
= 0,65
0,90). + Hiệu quả kinh tế cao. 1.3.2. Các loại bơm vận chuyển dầu đang được sử dụng tại Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro Hiện tại xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro đang khai thác trên ba mỏ: Bạch Hổ, Rồng và Đại Hùng, các mỏ này đều nằm ngoài biển khơi. Dầu khai thác từ các giàn tại các mỏ được bơm đến tàu chứa Ba Vì và Chi Lăng theo đường ống ngầm đặt dưới lòng biển. Các loại máy bơm đang được sử dụng trong Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro để bơm vận chuyển dầu gồm 8 loại: H
C 65/35-500, H
C 40-400, HK 200-120, HK 200-70, 9MPG, R360/150 GM – 3, R250/38 GM – 1 và SULZER. Tùy thuộc vào vị trí của các giàn khoan đến các trạm rót dầu và đặc điểm, lưu lượng khai thác của giếng khoan mà người ta bố trí và chọn máy bơm sao cho phù hợp với yêu cầu vận chuyển. Bảng 1.1. Đặc tính kỹ thuật của một số loại bơm vận chuyển dầu có tại xí nghiệp Vietsovpetro Các thông số kỹ thuật cơ bản  H
C 65/35-500  SULZER  HK 200-120  HK 200 – 70   Lưu lượng định mức (m
/h)  65  130  200  200   Cột áp tối ưu (m)  500  400  120  70   Công suất thủy lực của bơm (kw)  150  147     Hiệu suất bơm (%)  59  74  72  72   Số vòng quay (vòng/phút)  2950  2950  2950  2950   Độ dự trữ chống xâm thực (m)  4,2  4,1  4,8  4,8   Điện áp (v)  380  380  380  380   Công suất động cơ (kw)  160  185  100  100   Tần số dòng điện (Hz)  50  50  50  50   Dòng điện  Thay đổi  Thay đổi  Thay đổi  Thay đổi   CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BƠM LY TÂM 2.1. Khái quát chung về máy bơm ly tâm Máy bơm ly tâm là loại máy thủy lực cánh dẫn biến đổi cơ năng của động cơ dẫn động thành năng lượng để vận chuyển chất lỏng theo hệ thống ống dẫn hoặc tạo ra áp suất cần thiết trong hệ thống truyền dẫn thủy lực. 2.1.1. Sơ đồ cấu tạo máy bơm Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo máy bơm ly tâm 1. Bánh công tác 4. Bộ phận dẫn hướng ra (còn gọi là buồng xoắn ốc) 2. Trục bơm 3. Bộ phận dẫn hướng vào 5. Ống hút 6. Ống đẩy 2.1.2. Nguyên lý làm việc của máy bơm Khi máy bơm ly tâm làm việc, nhờ phần khớp nối giữa động cơ dẫn động và bơm làm bánh công tác quay. Các phần chất lỏng trong bánh công tác dưới ảnh hưởng của lực ly tâm bị dồn từ trong ra ngoài chuyển động theo các máng dẫn và đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn, đó là quá trình đẩy của bơm. Đồng thời, ở lối vào của bánh công tác tạo nên một vùng chân không và dưới tác dụng của áp suất trong bể chứa lớn hơn áp suất ở lối vào, chất lỏng ở bể hút liên tục bị đẩy vào bơm theo ống hút. Đó là quá trình hút của bơm. Quá trình hút và quá trình đẩy là hai quá trình liên tục, tao lên dòng chảy liên tục qua bơm. Bộ phận dẫn dòng chảy ra thường có dạng xoắn ốc nên còn gọi là buồng xoắn ốc. Buồng xoắn ốc của bơm dẫn chất lỏng từ bánh công tác ra ống đẩy. Nó có tác dụng điều hòa ổn định dòng chảy và biến đổi một phần động năng của dòng chảy thành áp năng cần thiết do đó làm tăng hiệu suất của máy bơm. 2.1.3. Phân loại máy bơm ly tâm a. Phân loại theo cột áp của bơm: - Bơm cột áp thấp: H < 20 m cột nước. - Bơm cột áp trung bình: H = 20
60 m cột nước. - Bơm cột áp cao: H > 60 m cột nước. b. Phân loại theo số bánh công tác: - Bơm một cấp. - Bơm nhiều cấp. c. Phân loại theo số cửa hút: - Bơm một cửa hút. - Bơm hai cửa hút. d. Phân loại theo sự bố trí trục bơm: - Bơm trục đứng. - Bơm trục ngang. e. Phân loại theo lưu lượng: - Bơm có lưu lượng thấp. - Bơm có lưu lượng trung bình. - Bơm có lưu lượng lớn. f. Phân loại theo mục đích sử dụng (theo chất lỏng cần bơm): - Bơm nước sạch. - Bơm nước thải. - Bơm hóa chất. - Bơm dầu thô. Ngoài ra ta có thể phân loại máy bơm theo cách dẫn dòng chất lỏng ra khỏi máy bơm, theo phương pháp dẫn động máy bơm... 2.2. Các thông số cơ bản của bơm ly tâm 2.2.1. Lưu lượng Là lượng chất lỏng mà bơm vận chuyển được trong một đơn vị thời gian, có thể tính theo lưu lượng thể tích Q (l/s, m
/s, m
/h...) hay lưu lượng trọng lượng G (N/s, N/h, kG/s...). 2.2.2. Cột áp Là năng lượng mà một đơn vị trọng lượng chất lỏng nhận được từ máy bơm. Ký hiệu cột áp là H, đơn vị tính thường là mét cột chất lỏng (mét cột nước hay mét cột dầu...). 2.2.3. Công suất Có hai loại công suất là công suất thủy lực và công suất làm việc. + Công suất thủy lực: là cơ năng mà chất lỏng trao đổi với máy trong một đơn vị thời gian, ký hiệu là Ntl, công thức tính: Ntl =
=
(2.1) Trong đó:
là trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m
);
là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m
); Q là lưu lượng của bơm (m
/s); H là cột áp toàn phần của máy bơm (m). + Công suất làm việc: là công suất trên trục của máy làm việc, ký hiệu là N, công thức tính: N =
(2.2) Trong đó:
=
q.
tl.
ck (2.3)
là hiệu suất toàn phần của máy bơm (
< 1);
q là hiệu suất lưu lượng;
q =
= 0,90
0,95; (2.4)
tl là hiệu suất thủy lực;
tl =
= 0,55
0,90; (2.5)
ck là hiệu suất cơ khí;
ck = 0,80
0,85. 2.3. Phương trình làm việc của bơm ly tâm 2.3.1. Phương trình cột áp lý thuyết Dựa trên các giả thuyết: - Chất lỏng là lý tưởng. - Bánh công tác có số cánh nhiều vô hạn, mỏng vô cùng. Ứng dụng định lý cơ học về biến thiên mômen động lượng đối với dòng chất lỏng chuyển động qua bánh công tác, nhà bác học Ơle đã thành lập ra phương trình cột áp lý thuyết của bơm ly tâm, ta có: Hl
=
(2.8) Trong đó: Hl
- Cột áp lý thuyết của bơm có số cánh dẫn vô hạn. u1, u2 - Vận tốc vòng của bánh công tác ứng với bán kính vào và ra, có phương thẳng góc với phương hướng kính. c1u, c2u - Thành phần vận tốc tuyệt đối của các phần tử chất lỏng ở lối vào và ra bánh công tác chiếu lên phương của vận tốc vòng (u). Hình 2.2. Các thành phần vận tốc của tam giác vận tốc Trong các bơm ly tâm hiện đại, đa số các bánh công tác có kết cấu cửa vào hoặc bộ phận dẫn hướng vào sao cho dòng chất lỏng ở cửa vào của máng dẫn chuyển động theo hướng kính, nghĩa là
vuông góc với
,
= 90o, để cột áp của bơm có lợi nhất (c1u = 0). Tam giác vận tốc ở cửa vào là tam giác vuông: Hình 2.3. Tam giác vận tốc ở cửa vào bánh công tác Khi đó phương trình cơ bản của bơm ly tâm có dạng: Hl
=
(2.9) 2.3.2. Cột áp thực tế Trong thực tế cánh dẫn của bánh công tác có chiều dày nhất định (2
20 mm) và số cánh dẫn hữu hạn (6
12) cánh, gây lên sự phân bố vận tốc không đều trên các mặt cắt của dòng chảy, tạo ra các dòng xoáy và các dòng quẩn trong máng dẫn. Điều này thể hiện trên hình: Hình 2.4. Phân bố vận tốc trong máng dẫn Mặt khác, chất lỏng có độ nhớt do đó gây ra tổn thất trong dòng chảy. Vì vậy cột áp thực tế nhỏ hơn cột áp lý thuyết Hl
. Cột áp thực tế của bơm ly tâm H được tính theo [6]: H=
(2.10)
- Hệ số kể đến ảnh hưởng của số cánh dẫn hữu hạn đến cột áp, được gọi là hệ số cột áp; bằng lý thuyết về dòng xoáy và thực nghiệm, năm 1931 viện sĩ Prôskua đã xác định
đối với bơm ly tâm, được tính theo công thức sau:
=1-
(2.11) Z - Số cánh dẫn của bánh công tác. Với Z và
thông thường, trị số trung bình của hệ số cột áp

0,8.
- Hệ số kể đến tổn thất năng lượng của dòng chất lỏng chuyển động qua bánh công tác, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước, kết cấu của bánh công tác và bộ phận hướng dòng…, được gọi là hiệu suất cột áp của bánh công tác. Với bơm ly tâm (
= 0,7
0,9). Nếu xét ảnh