Đề tài Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình bảo dưỡng máy bơm khoan 12–P–160 National Oil Well

làm việc bình thường của máy bơm ứng với số vòng quay không đổi và nhiệt độ làm việc nhất định phụ thuộc độ chân không của máy bơm. Q Q2 Q1 K2 K1 Kgh n2 n1 n2 >> n1 Hình 2.6 - Đường đặc tính xâm thực của máy bơm K1, K2 là điểm giới hạn phạm vi làm việc an toàn của bơm ứng với trị số áp suất chân không giới hạn. Nếu độ chân không vượt quá các trị số giới hạn thì bơm sẽ làm việc trong tình trạng bị xâm thực. Chương III: CÁC THÔNG SỐ VÀ CẤU TẠO CỦA MÁY BƠM KHOAN 12 – P – 160 NATIONAL OIL WELL 3.1-Đặc tính kỹ thuật của máy bơm 12-P-160 National oil well Máy bơm 12-p-160 National Oil Well được dẫn động bởi hai động cơ điện với tổng công suất 2000HP thông qua bộ truyền dây xích gồm 5 hàng. Động cơ dẫn động hiệu D79MBY - Dây xích gồm 135 mắt. - Bánh răng xích ở động cơ gồm 28 răng. - Bánh răng xích ở máy bơm gồm 75 răng. - Áp suất đẩy cực đại của máy bơm 351,5 at (5000 psi) -Áp suất thử đẩy của máy bơm 703 at - Chiều dài hành trình của piston 304,8 mm (12”) - Đường kính manifold xả 89mm Kích thước Chiều cao đường hút, inches (mm) 16 ½ (419) Chiều cao đường xả, inches (mm) 45 ¼ (1149) Chiều dài của bơm, inches (mm) 209 (5309) Chiều rộng 78 5⁄8 (1997) Chiều dài của trục bánh răng, inches (mm) 113 ¾ (2889) Chiều cao hộp số, inches (mm) 75 (1905) Chiều cao của cụm thủy lực, inches (mm) 62 15⁄16 (1599) Khối lượng bơm 24810 kg Đầu nối Đầu nối ống hút 10” ASA-150 lb. R.J. flange Đầu nối ống xả, chạc chữ thập 6” API-5000 lb. R.J. flange Bảng 1: Bảng liên hệ giữa đường kính xylanh với áp suất – lưu lượng của bơm Đường kính xi lanh, inches (mm) 7 ¼” (184.2) 7” (177.8) 6¾” (171.5) 6½” (165.1) 6 ¼” (158.8) 6” (152.4) 5 ¾” (146.1) 5 ½” (139.7) Áp suất lớn nhất tại cửa xả, psi (kg/cm2) 3200 (225) 3430 (241.1) 3690 (259.4) 3980 (279.8) 4305 (302.7) 4670 (328.3) 5000 (351.5) 5000 (351.5) Tốc độ của bơm, spm Công suất cơ, HP(kW) Công suất thủy lực HP(kW) Gallon/phút (lít/phút) 40 1867 1680 901 (3410) 840 (3178) 781 (2955) 724 (2741) 669 (2534) 617 (2335) 567 (2145) 618 (1962) 120 1600 (1193) 1440 (1074) 772 (2922) 720 (2724) 669 (2533) 621 (2349) 574 (2172) 529 (2002) 486 (1840) 444 (1682) 100 1333 (994) 1200 (895) 643 (2435) 600 (2270) 558 (2111) 517 (1958) 478 (1810) 441 (1668) 405 (1533) 370 (1401) 80 1067 (796) 960 (716) 515 (1948) 480 (1816) 446 (1689) 414 (1566) 383 (1448) 353 (1334) 324 (1226) 296 (1121) 60 800 (597) 720 (537) 388 (1461) 360 (1362) 335 (1267) 310 (1175) 287 (1086) 264 (1001) 243 (920) 222 (841) 40 533 (397) 480 (358) 257 (974) 240 (908) 223 (844) 207 (783) 191 (724) 176 (667) 162 (613.1) 148 (561) Lưu lượng một hành trình, gal. (lít) 6.433 (24.35) 5.997 (22.70) 5.576 (21.110) 5.171 (19.58) 4.781 (18.10) 4.406 (16.68) 4.046 (15.32) 3.702 (14.02) 3.2-Cấu tạo của bơm 12-P-160 National Oil Well Hình 3.1 :cấu tạo ngoài của máy bơm 12-P-160 National Oil Well 3.2.1- Phần Truyền Động Đây là phần dẫn động của bơm, có nhiệm vụ dẫn động và truyền công suất cho phần thủy lực làm việc. Phần cơ khí cấu tạo như hình 3.3. Hình 3.2`: Cấu tạo phần truyền động của máy 1. Vỏ máy 11. Ống khuỷu 2. Vòng bôi trơn 12. Thùng nước rửa 3. Nắp kiểm tra 13. Ống mềm 4. Tấm bôi trơn 14. Cần trung gian 5. Trục bánh răng 15. Chốt tay biên 6. Ống dẫn dầu 16. Tay biên 7. Van thông khí 17. Trục khuỷu 8. Con trượt 18. Bánh răng lớn 9. Nắp kiểm tra 19. Ống thăm dầu 10 .Bộ phận làm kín 20. Giá đỡ 3.2.1.1 Khung đỡ Khung đỡ là một kết cấu bằng gang. Khung được chế tạo có một khoang chứa dầu bôi trơn cho các hệ thống bên trong máy, hai bên thành khung có khoét các lỗ tròn để lắp ổ bi, bên trên có nắp để kiểm tra tình trạng hoạt động của phần cơ trong máy. Trong thân có lắp các ổ trượt nằm ngang. 3.2.1.2 Cụm hộp gioăng phớt Cấu tạo cụm hộp gioăng phớt như hình 3.4 Bơm 12-P-160 National Oil Well được bố trí ba hộp gioăng phớt song song với nhau và được liên kết với thân máy bơm bằng các bulông, đai ốc. Hộp gioăng phớt có dạng hình trụ. Hộp gioăng chứa đựng các gioăng làm kín nhớt giữa phần cơ và phần thủy lực. Gioăng làm kín có tác dụng không cho dầu bôi trơn trong cacte rò ra ngoài, ngoài ra nó còn giữ cho các vật lạ không lọt được vào bên trong cacte của máy. Hình 3.3: Cụm gioăng phớt 1. Hộp chứa gioăng phớt dầu 6. Thân chặn gioăng sau 2. Nắp hộp gioăng 7. Nắp đậy 3. Gioăng 8. Ống lót ren 4. Vành chặn bằng đồng 9. Kẹp ống 5. Thân chặn gioăng trước 10. Thân gioăng 3.2.1.3 - Tay biên và con trượt Tay biên và con trượt có tác dụng như là một chi tiết trung gian dùng để truyền lực và truyền chuyển động từ trục khuỷu đến piston thông qua cần piston và cần piston nối dài. Ngoài ra nó còn biến chuyển động quay của trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến qua lại của piston trong xilanh. - Tay biên: Tay biên là chi tiết liên kết trục khuỷu và con trượt. Bơm 12-p-160 có 3 tay biên đặt song song với nhau và hoạt động theo hành trình đơn. Cấu tạo đầu nhỏ cua tay biên có lỗ tròn để lắp ghép với con trượt bằng chốt. Giữa tay biên và chốt có lắp ổ bi bạc. Trên chốt có lỗ để bơm dầu bôi trơn cho ổ bi. Đầu còn lại của tay biên lắp với manivel quay của trục khuỷu bằng ổ bi lệch tâm dạng đũa một dãy, không có khe hở và được lắp chặt bằng các bulông. Con trượt Hình 3.4: Cấu tạo cụm ổ trượt 1. Con trượt 6.Bi dạng bạc 2.Định hướng trên 7.Bulông 3.Định hướng dưới 8.Tấm căn 4.Chốt (ắc) Piston 9. Cần liên kết 5.Vòng đỡ bạc 10. Đầu nhỏ tay biên Con trượt là một khối kim loại. Mặt trên và mặt dưới con trượt được lắp một tấm kim loại hình cong. Tấm kim loại này có tráng lớp babit mỏng để giảm ma sát khi trượt và chịu nhiệt độ cao. Con trượt trượt trên rãnh dẫn hướng, được bắt chặt với khung bơm bằng bulông và đai ốc. Trên máng trượt có thêm hệ thống bơm dầu bôi trơn cho con trượt. Con trượt là bộ phận liên kết giữa tay biên và cần piston, nó nhằm biến chuyển động quay của trục khuỷu thành chuyển động qua lại của piston. Con trượt di chuyển được nhờ cơ cấu tay biên và trục khuỷu - Cần piston: Cần piston gồm các thanh tròn liên kết lại với nhau, có tác dụng truyền lực và truyền chuyển động từ con trượt sang piston Cần piston được mạ một lớp cadmium để chống ăn mòn. Bên trong cần có lỗ để bơm nước vào rửa sạch hệ thống xilanh-piston. 3.2.1.4- Trục khuỷu Cấu tạo trục khuỷu máy bơm Hình 3.5: Trục khuỷu máy bơm 1. Bulông 9. Vòng kẹp 2. Nắp ổ bi 10. Đầu lớn tay biên 3. Mặt bích 11. Ổ bi 4. Ổ bị đũa chính 12. Trục khuỷu 5. Vòng cách 13. Bánh răng lớn 6. Đai ốc 14. Vòng đệm 7. Vòng đệm 15. Chốt 8. Ống dẫn dầu 16. Chốt vít Trục khuỷu là một kết cấu phức tạp được chế tạo bằng thép hợp kim, có khả năng chịu tải lớn. Trên trục khuỷu được bố trí ba tay biên, đặt lệch nhau một góc 120 độ, cho phép các tay biên lắp lên chúng nhờ các ổ đỡ. Trên trục khuỷu có lắp bánh răng ăn khớp với bánh răng dạng chữ V ở trên trục dẫn động. Trục khuỷu được đỡ bằng hai ổ bi đũa hai dãy dạng côn, không điều chỉnh được và được lắp vào hai đầu của trục khuỷu. Ổ bi lắp trên trục khuỷu chịu được tải trọng dọc trục, đặc biệt là có khả năng chịu tải lớn và chịu được tải trọng va đập khi trục khuỷu làm việc với số vòng quay lớn. 3.2.1.5 – Trục bánh răng dẫn động Hình 3.6:Trục bánh răng dẫn động Ổ bi 5. Vòng bít Bánh răng 6. Vít 3,4.Vỏ ổ bi 7. Gioăng Trục bánh răng dẫn động được gối lên hai ổ bi đũa trên khung máy và có thể tháo được ở cả hai bên. Hai đầu trục có rãnh then để lắp các đĩa xích nhằm nhận sự truyền động thông qua bộ truyền xích. Trên trục dẫn động có lắp bánh răng dạng hình chữ V để ăn khớp với bánh răng trên trục khuỷu, truyền chuyển động quay cho trục khuỷu để cho máy bơm làm việc. 3.2.2 – Phần thủy lực Hình 3.7: Cấu tạo cụm thủy lực 1. Xilanh 11. Vít cấy 2.Piston 12. Đai ốc 3. Cần piston 13. Mặt bích ren van hút 4. Kẹp xilanh 14. Supap van 5. Vít cấy 15. Đệm làm kín 6. Vòng chặn 16. Modul hút 7. Mặt bích ren van xả 17. Đệm 8. Nắp đậy khóa van 18. Miệng hút 9. Modul xả 19. Chốt định vị 10. Đệm chèn chữ V 20. Đệm làm kín Phần thủy lực của máy bơm dùng để chuyển cơ năng của phần dẫn động thành công nén thủy lực tiêu hao trong quá trình đẩy và hút. Phần thủy lực cơ bản gồm: xilanh, piston, van, nắp van, lò xo van và các chi tiết khác để đảm bảo độ kín và độ tin cậy của máy trong quá trình làm việc 3.2.2.1 – Xilanh (hình 3.9) Xilanh (6) có dạng hình trụ, mặt trong được phủ một lớp cadmium để chống xói mòn và được mài nhẵn. Hình 3.8: Cụm xilanh – piston 1. Vòng chắn 8. Kẹp xilanh 2. Cần nối 9. Ống lót 3. Kẹp cần 10. Tấm đệm 4. Cần piston 11. Đai ốc 5. Cụm rửa xilanh 12. Chốt 6. Xilanh 13. Ống cao su 7. Piston 14. Bulông Trong buồng thủy lực có ba xilanh riêng biệt, được bắt chặt với thân bơm, nối với đường ống cao áp, manifold hút và xả bằng các bulông. Mỗi buồng xilanh liên kết với một van hút và một van xả. Cấu tạo phần xilanh riêng biệt cho phép khả năng thay thế từng chiếu một. Đường kính ngoài của xilanh có xẻ rãnh để chốt vít định vị. Đường kính trong của xilanh có nhiều kích thước khác nhau, tương ứng đường kính piston có nhiều loại khác nhau, để đảm bảo cho quá trình hút và đẩy chất lỏng theo yêu cầu công nghệ. 3.2.2.2 – Piston và cần piston (hình3.9) Bơm 12 – P – 160 National Oil Well có ba piston đặt nằm ngang, hoạt động theo chu trình đơn. - Cần piston: Cần piston có dạng hình trụ, một đầu được lắp vào piston và được cố định bằng hệ êcuren vào đầu trong. - Piston: Piston gồm có vòng bằng thép có phủ một lớp cadmium, có tác dụng vừa định hướng, vừa làm kín cho piston chuyển động thẳng qua lại trong xilanh, kế tiếp là vòng đệm bằng thép được lắp ở giữa thân dẫn hướng và vòng cao su tổng hợp ở phía trước. Khi piston làm việc vòng cao su này tỳ sát vào thành xilanh và piston để bơm làm việc ổn định, nhờ vậy trong xilanh sẽ tạo thành những vòng giảm áp và tăng áp để hút và đẩy dung dịch. 3.2.2.3 - Cụm van Máy bơm dung dịch khoan 12-P-160 sử dụng hai loại van chính là van thủy lực và van an toàn. Van thủy lực Máy bơm có 2 cụm van thủy lực là cụm van hút và cụm van xả, có nhiệm vụ để ngăn cách khoảng không giữa buồng làm việc và các đường ống hút, ống đẩy. Van thủy lực là loại van ngược chỉ cho phép dung dịch đi theo một chiều nhất định, nó có cấu tạo đơn giản với kết cấu như hình 3.9. Khi van làm việc thì nắp van (1) sẽ được đóng mở qua sự dịch chuyển của nắp van nhờ bộ phận dẫn hướng (3). Trên bộ phận dẫn hướng (3) có êcu (5) và đệm làm kín (6), đệm này có tác dụng bịt kín khoảng không giữa khoang làm việc và đường ống. Trên êcu (5) có lắp lò xo để đóng van khi áp suất trong buồng làm việc thay đổi. Van thủy lực của bơm piston thường là loại van ngược, có nghĩa là khi áp suất trong buồng làm việc thay đổi tăng hoặc giảm so với áp suất đường ống hút hoặc ống xả do sự dịch chuyển qua lại của piston trong xylanh, thì nắp van (1) sẽ đóng hoặc mở để điều chỉnh quá trình bơm. Khi nắp van (1) mở thì bộ phận dẫn hướng (3) sẽ hướng dòng chảy đi qua nó để vào khoang làm việc (nếu thực hiện quá trình hút) hoặc đi ra ngoài qua đường xả (nếu thực hiện quá trình đẩy). Một quá trình mới lại được tiếp tục. Hình 3.9: Kết cấu van thủy lực 1. Nắp van 5. Lò xo 2. Gioăng làm kín 6. Êcu 3. Trục dẫn hướng 7. Đệm kín 4. Gioăng cao su 8. Đế van Van an toàn Van an toàn được nối vào ống xả của buồng thủy lực, nó có tác dụng ngăn ngừa, bảo vệ màng cao su của bình điều hòa, cũng như bảo vệ hệ thống đường ống và các thiết bị khác khi áp suất của bơm quá lớn hoặc xảy ra sự cố. Van an toàn là van thường đóng, vì một lý do nào đó, áp suất làm việc của bơm tăng lên một cách đột ngột lớn hơn áp suất giới hạn cho phép của van an toàn, nó sẽ làm rách màng đàn hồi và một phần của dung dịch khoan sẽ được đưa trở lại cửa hút ban đầu, nhằm giảm áp suất làm việc, tránh gây hư hỏng cho các thiết bị khác. 3.2.3 Hệ thống bôi trơn, làm mát 3.2.3.1 Hệ thống bôi trơn của máy bơm 12 – P – 160 Hệ thống bôi trơn gồm có: động cơ điện, bơm, phin lọc dạng ống, phin lọc từ, các hệ thống ống dẫn bằng thép, vòi cao su liên kết, các đầu nối… - Bơm nhớt và hệ thống đường ống Dùng động cơ điện để kéo bơm nhớt, bơm này đảm bảo nguồn dòng thủy lực liên tục để làm tuần hoàn nhớt. Bơm tạo ra áp suất lớn làm lưu thông nhớt đi khắp mọi điểm tiếp xúc trong thân bơm, nó độc lập với bơm dung dịch. Khi bắt đầu khởi động bơm dung dịch thì bơm nhớt cũng làm việc. Bơm nhớt có khi khởi động trước bơm dung dịch một vài phút để bôi trơn trước cho các chi tiết trong máy bơm dung dịch. Khi dòng nhớt tuần hoàn trở về bể nó đi qua một phin lọc từ. - Phin lọc từ: Phin lọc từ có tác dụng thu gom những hạt thép do mòn, vỡ, gãy sinh ra trong quá trình tiếp xúc. Những hạt thép đó lẫn vào trong dầu bôi trơn khi chảy qua phin lọc sẽ bị hút dính lại ở phin lọc. - Phin Nhớt: Phin nhớt có tác dụng hướng các phần tử cứng, gãy từ các chi tiết trong bơm văng ra. Nếu trong nhớt có lẫn nước, axit hydrocacbur quá nhiều thì phải tách ra hoặc là thay nhớt. Khi phin nhớt chứa đầy chất bẩn trong nó thì phải tháo ra làm sạch phin và thông van của phin lọc. - Bên trong bơm Hệ thống bôi trơn bên trong là một tập hợp các máng, ống để phân chia nhớt đến các điểm tiếp xúc. Nhớt sau khi đi qua phin lọc chảy vào khung dẫn của bơm phía dưới cacte và vào ống cung cấp. Ống cung cấp sẽ chia dòng, dãy, một phần vào rãnh của chữ thập, phần còn lại theo các máng dẫn gần trục lên trên trong khung dẫn, chảy vào máng phân chia theo các ống và túi đến các phần của buồng dẫn. Túi ở đầu cuối máng phân phối cho phép dầu nhớt chảy đến các vòng bi của trục. Các ống trong máng phân phối dẫn dầu đến các ổ bi, đến máng dầu của tay biên và chữ thập, ở trên đó dầu sẽ dẫn vào các ổ bi của đầu chữ thập. 3.2.3.2 Hệ thống rửa, làm mát xilanh – Piston (hình 3.11) Hình 3.10 : Hệ thống rửa xilanh - piston 1. Cụm máy bơm rửa 8. Đai ốc 15. Giá máy 2. Khung giá máy 9. Đầu bulông 16. Ống nối 3. Tấm chắn 10. Vòng đệm 17. Ống khuỷu 4. Tấm đệm 11. Khớp nối 18. Chạc ống chữ thập 5. Then 12. Đai ốc 19. Bộ phận nối ống 6. Mặt bích 13. Động cơ điện 20. Đồng hồ đo áp 7. Vòng làm kín 14. Ống cao su Hệ thống rửa xilanh – piston là một hệ thống khép kín, dùng để rửa sạch bụi, các phần tử còn lại và bám vào thành xilanh và piston; Hệ thống rửa này ngoai chức năng làm sạch xilanh – piston còn làm mát xilanh và piston trong quá trình làm việc; Hệ thống rửa xilanh – piston được sử dụng bằng bơm ly tâm. Bơm ly tâm có đường kính ống xả 1 inch và đường kính ống hút 1,5 inch, công suất là 3 mã lực. Bơm này độc lặp với bơm dung dịch; Khi bể chứa đầy cặn thì vặn nút xả bên dưới để xả cặn, sau đó thay nước mới. Chương IV: QUY TRÌNH VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG,THÁO LẮP MÁY BƠM 12-P-160 NATIONAL OIL WELL 4.1. Quy trình vận hành 4. 1.1. Chạy thử bơm: Việc chạy thử bơm sau khi sửa chữa, lắp ráp là một việc hết sức quan trọng và bắt buộc. Qua việc chạy thử này, ta có thể đánh giá một cách chính xác chất lượng công việc sửa chữa và lắp ráp, khẳng định độ tin cậy làm việc của bơm trước khi đưa vào hoạt động. Trong sửa chữa, việc chạy thử máy có những đặc điểm riêng, bởi trong máy có nhiều loại chi tiết khác nhau: chi tiết mới, chi tiết được gia công sửa chữa lại, chi tiết đã qua sử dụng vẫn còn dùng được,… Như vậy có nghĩa là, có những mối ghép trong cơ cấu máy việc chạy thử là chạy rà, nhằm san phẳng những nhấp nhô ban đầu, tăng diện tích tiếp xúc bề mặt, giảm áp lực đơn vị trong mối ghép, đảm bảo độ ổn định làm việc lâu dài của mối ghép, tăng tuổi thọ của bơm. Nhưng cũng có những mối ghép việc chạy thử chỉ là để kiểm tra hiệu chỉnh lại khe hở và các thông số kỹ thuật. Khi tiến hành chạy thử máy bơm ta cần thực hiện những bước sau: - Kiểm tra các bộ phận của bơm một lần cuối, xem xét các mối ghép ren đã xiết đủ chặt chưa, tra dầu mỡ cho các mối ghép có sự chuyển động tương đối giữa các bề mặt chi tiết bơm (tại những vị trí có lỗ tra dầu hoặc vú mỡ). - Kiểm tra, dọn dẹp các dụng cụ lắp ráp, các ốc vít, các mảnh vụn sắt thép có xung quanh máy, không để chúng trên thành máy, trên các vị trí có thể vướng, rơi vào các bộ phận máy đang chuyển động. - Đóng điện chạy thử và xả trực tiếp chất lỏng ra ngoài, không đưa vào hệ thống ống dẫn. Kiểm tra áp suất và lưu lượng làm việc của bơm. - Đặt tay lên các thân ổ xem có hiện tượng rung, nóng không. Nếu rung cần vặn chặt các ốc lắp thân ổ với bệ máy. Nếu nóng cần xem xét chế độ bôi trơn, xem các vị trí tương quan của ổ có bị sai lệch không, nếu sai lệch đường tâm thì cần phải điều chỉnh lại. - Lắng nghe xem bơm chạy có xuất hiện tiếng ồn không, nếu có thì cần tìm nơi phát ra tiếng ồn và xử lý. Riêng đối với cụm xylanh - piston mới hoặc đã sửa chữa thì khi tiến hành chạy thử sẽ đạt được hai mục đích: - Làm mòn bề mặt trên các đỉnh độ nhám và ở các phần mà ở đó có sai số công nghệ ban đầu, có các khuyết tật do lắp ghép và biến dạng nhiệt. - Huỷ hoại độ nhám ban đầu của bề mặt và tạo ra độ nhám mới có các thông số và hướng xác định cho mỗi bề mặt ma sát khi chúng làm việc trong chế độ sử dụng lâu dài. 4. 1.2. Quy trình vận hành: 1. Khởi động bơm dầu bôi trơn trước 5 phút, nếu máy bơm dung dịch có hệ thống bơm dầu. 2. Nếu bơm dầu bôi trơn có lắp bơm bôi trơn đồng bộ thì phải kiểm tra lượng nhớt ở bể của bi đầu chữ thập. 3. Kiểm tra nhiệt độ nhớt ở cacte. Không cho bơm nhớt hoạt động khi nhiệt độ của nhớt thấp hơn hay cao hơn nhiệt độ giới hạn cho phép. 4. Khởi động máy bơm rửa, nếu máy bơm dung dịch có trang bị. 5. Mở van hút, mở các van ở bể. 6. Cho máy bơm chạy chậm để kiểm tra xem lượng dung dịch nạp vào như thế nào. 7. Mở van đường xả. - Kiểm tra bơm nhớt xem chắc chắn co nhớt. - Kiểm tra bơm rửa xem có nước rửa không. - Kiểm tra các bể chứa dung dịch. - Kiểm tra sự rò rỉ. Kiểm tra áp suất hút. - Kiểm tra nhiệt độ nhớt. - Kiểm tra độ ổn định của đường hút và xả. - Kiểm tra các lò xo van, gudông, đai ốc. 8. Trước khi kiểm tra tình trạng kỹ thuật và sửa chữa thiết bị công nghệ, hệ cơ, thợ máy cần phải gọi người đến cắt điện nguồn. Khi ngắt điện phải có bảng thông báo ở nơi đóng ngắt. 9. Các cơ cấu máy móc có thể làm việc chỉ khi nào những người không liên quan trực tiếp đến việc bảo dưỡng máy đã ra khỏi khu vực nguy hiểm. 10. Khi cần thiết tiến hành công việc sửa chữa trên các đường ống dẫn có áp suất, người sửa chữa cần phải đóng van và giảm áp suất trong ống đến bằng áp suất khí quyển. 11. Khi mở hoặc dừng máy bơm, thợ máy cần phải kiểm tra sự mở và đóng của các van liên quan. Nghiêm cấm mở máy trong khi đang đóng các van ở đường nén. Trên đường xả của máy bơm phải có áp kế. Nếu thiếu áp kế hoặc áp kế đó bị hỏng thì phải đình chỉ sự làm việc của máy. 12. Trong thời gian làm việc của máy bơm thì thợ máy cần phải: - Theo dõi chỉ số áp kế trên đường xả. - Kiểm tra độ nóng của vòng bi máy, máy bơm, nghe sự làm việc của các phần động. - Kiểm tra sự vững chắc của các chỗ nối. Độ tin cậy của hệ thống điện. 13. Trong thời gian máy bơm làm việc tuyệt đối không được sửa chữa bất cứ một chi tiết gì, kể cả việc xiết chặt các đai ốc. 14. Không cho phép máy bơm làm việc khi máy bơm và các bộ phận chuyển động rung qua mức bình thường. 15. Máy bơm đang trong quá trình làm việc phải dừng lại nếu: - Sự cố của máy bơm, trong trường hợp vỡ đường ống dẫn, bị chảy ở chỗ nối mặt bích. - Sự cố ở động cơ dẫn động. - Máy rung quá mức cho phép. - Xuất hiện tiếng động lạ ở trong máy bơm. - Hệ thống bơm trơn bị hỏng đột xuất. - Bị chảy dung dịch qua các vòng đệm. - Đồng hồ đo áp đầu ra mất tính năng. - Bơm bị mất lưu lượng. 4.1.3 Các biểu hiện thường gặp khi vận hành máy bơm Hiện tượng Nguyên nhân Biện pháp khắc phục Khi bơm làm việc không chyển dung dich, áp suất không tăng lên. -Dung dịch không đủ -Van hút bị đóng -Xylanh không có dung dịch -Đường hút bị hở -Chiều cao hút quá lớn -Van an toàn bị hỏng -Khí xâm thực vào khoang bơm. -Chộn thêm dung dịch -Mở van hút,kiểm tra -Giảm chiều cao hút -Thay van an toàn -Kiểm tra các đệm làm kín xylanh, ty piston, đường ống hút, bộ phận lọc khí. Lưu lượng bơm nhỏ, khônng phù hợp với tính toán -Van lắp sai -Tắc phiến lọc -Lắp ống lót xylanh chưa đúng, phương pháp không trùng với lỗ van -Lắp lại van -Làm sạch phiến lọc -Kiểm tra và lắp lại ống lót. Có tiếng rít trong bộ phận thủy lực Xylanh, piston đã bị mòn -Tháo xylanh, piston ra kiểm tra và tiến hành đo lại đường kính trong của xylanh, nếu tăng 1mm trở lên hoặc có vết xước với độ sâu từ 1mm trở lên thì phải thay đổi. Piston mòn thì ta cũng tiến hành thay mới. Có tiếng rít ở trên đệm làm kín với ty bơm và dung dịch rò rỉ theo đường này. -Đệm làm kín và ty bơm bị mòn -Lỏng ốc siết. -Thay đệm làm kín và ty bơm khi đường kính ty bị mòn giảm đi hơn 1,5mm hoặc các vết xước lớn hơn 2mm. -Siết chặt lại ốc đến khi hết rò rỉ thì thôi. Có tiếng gõ trong hộp thủy lực khi piston hoạt động -Mối ghép giữa piston và ty piston bị hỏng -Xylanh không được siết chặt -Mối ghép giữa ty piston và ty trung gian bị hỏng -Kẹp chặt piston lên ty nhờ thiết bị gá ép hoặc siết chặt đai ốc -Siết chặt lại xylanh -Siết chặt đai ốc hãm. Tiếng gõ trong xylanh ở vị trí van -Lò xo của van bị yếu hoặc bị gãy -Bơm bị hiệng tượng xâm thực quá nhiều -Thay lò xo mới -Kiểm tra lại bộ phận làm kín đường hút. Hiện tượng dung dịch rò ra từ rãnh trên nắp van. Gioăng làm kín giữa nắp van và thân van bị hỏng Thay thế bộ gioăng mới Áp suất trên đường xả giảm mạnh -Áp suất ban đầu trong bình ổn áp chưa đạt yêu cầu -Màng cao su bị rách -Tăng áp cho bình ổn áp -Thay thế màng cao su mới. Máng trượt và con trượt bị nóng quá mức -Dầu bôi trơn kém, độ nhớt của dầu quá lớn -Tắc các lỗ bôi trơn -Máy bơm lắp đặt bị nghiêng -Thay dầu bôi trơn -Thông lại các lỗ -Điều chỉnh lại máy cho cân bằng. Có tiếng gõ trong phần dẫn động -Răng ăn khớp bị gãy -Mối ghép giữa tay biên và ty trung gian bị hỏng hoặc bị mòn -Hàng ốc kẹp của nắp cácte máy vào thân bơm bị lỏng -Kiểm tra bánh răng qua nắp thăm dò,nếu bánh răng đã bị gãy cần thay thế bánh răng mới. -Lắp bạc lót vào giữa tay biên và ty trung gian hoặc thay mới -Vặn lại ốc cho chặt. Các ổ bi bị nóng -Dầu bôi trơn không đủ -Ổ bi bị bó bẩn -Thêm dầu bôi trơn -Rửa sạch, lau chùi ổ 4.1.4 An toàn khi vận hành máy bơm: Trong quá trình làm việc có thể xảy ra những sự cố dẫn đến những tai nạn không lường trước được, gây thiệt hại cả về kinh tế lẫn vật chất, làm chậm tiến độ thi công công trình, … Chính vì vậy, an toàn lao động là một vấn đề rất quan trọng đối với con người cũng như thiết bị máy móc. Để bơm làm việc được tốt và đảm bảo an toàn, nhất thiết phải tuân thủ các nguyên tắc sau đây: 1. Trước khi khởi động máy bơm cần kiểm tra: - Không để các vật không cần thiết ở phần dẫn động của bơm. - Kiểm tra rào chắn bảo vệ của bơm. - Kiểm tra đồng hồ áp lực, van an toàn. - Kiểm tra khí nén và áp suất khí nén trong bình ổn áp. - Không cho người không có liên quan ở gần máy bơm. 2. Khi hành trình của máy bơm đạt mức bình thường, phải đóng ngay van khởi động, đồng thời theo dõi chỉ số trên áp kế và điều chỉnh không cho áp suất tăng vượt quá giới hạn làm việc cho phép. 3. Máy bơm cần được lắp thiết bị bảo hiểm và hệ thống báo động. 4. Khi máy bơm đang làm việc, đặc biệt nghiêm cấm tiến hành các công việc sửa chữa. 5. Khi phát hiện máy bơm có các khuyết tật sau đây thì không cho máy bơm tiếp tục làm việc: - Xuất hiện vết nứt ở các bộ phận như: bánh đai, bình điều hoà, van,… - Các rãnh then, vít cấy bị hỏng. - Không có tấm chắn bảo vệ bộ phận dẫn động. - Đệm làm kín xi lanh bị hỏng khi dung dịch rò rỉ qua lỗ báo hiệu A. - Xói mòn đường kính mặt trong của xi lanh lớn hơn 1,5mm so với đường kính danh nghĩa. - Ty bơm bị cong và có các vết nứt, gãy, sứt. - Có vết nứt, mẻ ở các mối hàn thân máy và các bộ phận khác. 6. Khi xảy ra cháy nổ, phải báo ngay cho trung tâm an toàn, cần nhanh chóng cứu chữa người và các thiết bị liên quan. Đồng thời, ngừng hoạt động máy bơm ngay lập tức. 7. Trong quá trình vận hành, cần ghi chép những biểu hiện của bơm vào sổ trực để theo dõi. 8. Chỉ rời máy khi đã bàn giao ca xong. Lưu ý, phải báo cho thợ máy đổi ca về tình trạng hư hỏng, sai phạm, chế độ làm việc của bơm… 4.2. Quy trình bảo dưỡng, chăm sóc máy Máy bơm khoan 12-P-160 là một tổng thể các chi tiết ghép lại với nhau. Sau một thời gian làm việc, trong bơm sẽ xuất hiện một số hư hỏng với các thiết bị, bộ phận do nhiều nguyên nhân như: bôi trơn kém, lắp ráp không đúng kỹ thuật, tải trọng động sinh ra quá lớn… dẫn đến hiệu suất làm việc của toàn hệ thống giảm. Để ngăn ngừa hiện tượng này, giúp bơm làm việc có hiệu quả hơn, chống lại được các hư hỏng có thể xảy ra cho các chi tiết, bộ phận máy thì chúng ta phải có biện pháp bảo dưỡng và chăm sóc toàn bộ hệ thống máy bơm theo một lịch trình nào đó. Sự hỏng hóc trong hệ thống máy bơm thường là sự hỏng hóc dây chuyền: nếu một chi tiết bị hư hỏng mà không sửa chữa, thay thế kịp thời thì sẽ phá hủy và gây hư hỏng cho các chi tiết, bộ phận khác, làm gián đoạn hoạt động của hệ thống, tăng khối lượng sửa chữa. Vì vậy, công tác bảo dưỡng và chăm sóc máy bơm là một nhiệm vụ rất quan trọng và cần thiết, nó quyết định thời gian làm việc và hiệu quả làm việc của toàn hệ thống. 4.2.1. Vấn đề bôi trơn Là một trong những vấn đề hết sức quan trọng, nó có tác dụng giảm lực ma sát, giảm hao mòn, làm mát chi tiết, bảo vệ chi tiết khỏi han rỉ, liên tục làm sạch chi tiết đảm bảo tính khít giữa các chi tiết,… làm tăng hiệu suất làm việc và độ bền cho máy bơm. Để nâng cao khả năng bôi trơn thì bơm không những cần phải được bôi trơn đầy đủ, thường xuyên mà nó còn phải được bôi trơn đúng chủng loại chất bôi trơn quy định. Có ba loại chất bôi trơn thường được sử dụng là: dầu bôi trơn, mỡ bôi trơn và chất rắn bôi trơn. Ngoài ra, với một số thiết bị đơn giản người ta có thể sử dụng cả không khí để bôi trơn. Mỗi chất bôi trơn đều có tính chất hóa lý và đặc điểm khác nhau. Tùy vào chế độ làm việc của mối ghép, chi tiết mà ta chọn chất bôi trơn phù hợp để đảm bảo quá trình bôi trơn được tốt nhất. Lưu ý nên chọn chất bôi trơn có độ nhớt bé mà vẫn đảm bảo được màng bôi trơn mỏng trên các bề mặt tiếp xúc, lớp màng này phải bền vững để cho tất cả các điểm tiếp xúc làm việc êm trong suốt quá trình chuyển động. Bôi trơn hệ thống máy bơm tức là ta phải bôi trơn toàn bộ các cụm chi tiết quan trọng, có chuyển động ma sát tương đối với nhau như cơ cấu tay quay-thanh truyền, hộp giảm tốc, bộ gioăng làm kín, cụm xylanh-piston…trong đó cụm xylanh-piston thì được bôi trơn bằng chính dung dịch khoan. Trong quá trình làm việc bình thường của bơm thì sau 4000h bơm làm việc ta phải thay dầu mới. Hàng ngày nên kiểm tra lượng dầu bôi trơn trong hộp dầu bôi trơn của cơ cấu thông qua dụng cụ đo. Mực dầu bôi trơn khoảng 2’’ trên vạch thủy tinh thì đạt, còn thấp hơn thì phải bổ sung. Nếu lượng dầu này lớn hơn 2’’ sẽ gây ra ứng suất dư lên bạc làm kín, làm biến dạng bạc dầu. 4.2.2. Vấn đề bảo dưỡng máy bơm Bảo dưỡng kỹ thuật là tập hợp các biện pháp nhằm chống lại sự mòn hỏng của các chi tiết, nhằm đảm bảo khả năng làm việc của bơm. Quá trình bảo dưỡng phải quy định thời gian, nội dung bảo dưỡng và khối lượng công việc để kịp kiểm tra, điều chỉnh, sửa chữa hoặc thay thế các chi tiết, bộ phận không còn khả năng làm việc, nhằm tránh gây ảnh hưởng đến các chi tiết, bộ phận khác cũng như đến toàn bộ hệ thống bơm. Công tác này phải được tiến hành thường xuyên, có kế hoạch phong ngừa trước khi các chi tiết hết độ mài mòn giới hạn cho phép. Nếu các chi tiết được bảo dưỡng đúng kỹ thuật, đúng thời gian thì sẽ giảm được khối lượng công việc sử chữa, tăng khả năng làm việc cũng như tuổi thọ của chúng, đặc biệt làm giảm bớt các sự cố không tốt xảy ra trong quá trình làm việc với toàn bộ hệ thống máy bơm. Để đảm bảo khả năng làm việc của từng chi tiết, bộ phận cũng như của toàn bộ hệ thống thì ta phải có lịch trình bảo dưỡng hàng ngày, hàng tháng và hàng quý như sau: Công tác bảo dưỡng hàng ngày Kiểm tra lượng dầu bôi trơn. Kiểm tra nhiệt độ dầu bôi trơn. Kiểm tra phin lọc. Kiểm tra áp suất hút. Kiểm tra áp suất xả. Bôi trơn các ổ bi trong bộ truyền động bánh răng. Kiểm tra bình điều hòa. Kiểm tra hệ thống làm mát cần piston. Kiểm tra lại các gioăng làm kín xem có rò rỉ không. Kiểm tra bộ gioăng phớt của cần piston và thanh nối con trượt. Kiểm tra sự sạch sẽ ở khu vực làm việc. Kiểm tra lại bulong và đai ốc. Công tác bảo dưỡng hàng tháng. Kiểm tra lại toàn bộ bulong và đai ốc của phần thủy lực Kiểm tra độ mài mòn của cần piston. Kiểm tra độ mài mòn của xylanh-piston. Kiểm tra các cối van, van và lò xo. Công tác bảo dưỡnd 6 tháng một lần: Kiểm tra khe hở cụm con trượt. Kiểm tra khe hở ở các ổ bi trong bộ truyền bánh răng. Kiểm tra trục bánh răng. Kiểm tra lại khung máy. Kiểm tra lại xích Kiểm tra đai ốc của các mặt bích hút-xả. 4.3 Quy trình xây lắp Để bơm được lắp đặt hợp lý thì cần phải có kế hoạch trước khi vận chuyển bơm ra vị trí lắp đặt, bởi vì sẽ rất tốn kém và khó khăn khi sửa những lỗi về đường ống, lắp đặt bình điều hòa, cố định bơm sau khi đã được lắp đặt và hàn vào vị trí. Để tránh những sai sót cần phải thực hiện theo những nguyên tắc chung sau a) Nền móng Lắp đặt bơm: Tính mức cao của bơm là cần thiết cho sự phân bố hợp lý của dầu bôi trơn trong cụm truyền động khi bơm làm việc. Bệ đỡ tạm thời: Trọng lượng của bơm cần phải được phân bố đều lên bệ đỡ trong suốt chiều dài của bơm. Bệ đỡ cố định: Những lắp đặt cố đinh hay lâu dài cần được tính toán độ cao và độ thăng bằng. Lực từ bơm tác dụng lên nền móng phải phân bố đều suốt chiều dài của bơm. Không gì bơm xuống dầm khi lực phân bố không đều vì nó sẽ gây ra nhưng biến dạng không cần thiết. b) Lắp đặt đường ống hút - Lắp đặt bình điều hòa hút: Bình điều hòa hút luôn được lắp trực tiếp vào cụm ống hút qua bằng các bích nối được thiết kế sẵn - Bố trí đường hút (hình 4.1): Do bơm 12 – P – 160 National Oil Well được trang bị bình điều hòa hút thích hợp, nên nó có thể tự hút trong nhiều trường hợp. Tuy nhiên, trong một số trường hợp bơm cần được nạp. Hệ thống ống hút được thiết kế cho cả hai trường nạp và hút tự nhiên. Đường ống sử dụng trong trường hợp tự hút phải ngắn nhất có thể, và không có chỗ uốn cong. Đường kính lớn hơn hoặc bằng đường kính đường nạp của bơm và phải lớn hơn nếu ống dài hơn 6 feet. Trong trường hợp nạp ta phai dùng 1 bơm khác để nạp. Đường ống trong trường hợp này có thể có chổ uốn cong nếu chỗ uốn đó cần thiết. Theo hình 4.1: Khi hút tự nhiên: - Van (A) đóng - Van (B) mở - Mở van (C) thích hợp để nối tới bể chứa dung dịch khoan - Vận hành bơm và kiểm tra vị trí màng ngăn của bình điều hòa hút, và điều chỉnh tới vị trí làm việc yêu cầu. Hình 4.1 Sơ đồ lắp đặt hệ thống đường hút Khi đường hút được nạp bằng bơm khác: - Van (B) đóng - Van (A) mở - Mở van (C) phù hợp để nối tơi bể chứa dung dịch khoan - Vận hành bơm và kiểm tra vị trí màng ngăn của bình điều hòa hút, và điều chỉnh tới vị trí làm việc yêu cầu. - Van trên đường ống hút: Luôn sử dụng những van có thể mở hoàn toàn như van cửa hay van bướm. Không bao giờ sử dụng van hạn chế dòng chảy như van chặn vì nó sẽ giảm hiệu suất của bơm. - Van an toàn: Nên lắp đặt một van an toàn giữa đường hút của bơm và đường xả của bơm nạp. Áp suất làm việc của van là khoảng 70 psi. Van an toàn này có tác dụng ngăn ngừa sự phá hủy bơm nạp và bình điều hòa hút trong trường hợp áp suất của ống hút tăng lên cao. c) Lắp đặt đường xả (hình 4.2) Sơ đồ lắp đặt đường xả được thể hiện qua hình dưới: Hình 4.2: Sơ đồ đường xả Van an toàn áp suất: Van an toàn phải được lắp ở đầu của ống và chắc chắn rằng nó là van đầu tiên trong hệ thống đường ống. Bình điều hòa hút: Luôn sử dụng bình điều hòa trong đường xả của mỗi bơm để ngăn ngừa hiện tượng dao động trong dung dịch. Chương V: TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN BÌNH ĐIỀU HÒA CHO BƠM 12 – P – 160 NATIONAL OIL WELL 5.1 – Sự không ổn định lưu lượng trong bơm piston và các phương pháp điểu chỉnh 5.1.1 – Độ không ổn định lưu lượng Hình 5.1: Sơ đồ hoạt động của bơm piston Lưu lượng của máy bơm piston được xác định theo công thức: Q = F.C = Fωrsinα (5.1) Trong đó: F : Tiết diện piston C : Vận tốc chuyển động của piston trong xilanh r : Bán kính tay quay ω : Vận tốc góc của tay quay Q > 0 : Quá trình đẩy Q < 0 : Quá trình hút. Ta thấy lưu lượng tức thời của bơm dao động theo hàm số hình sin và đạt giá trị cực đại (Qmax) khi α=k; cực tiểu (Qmin) khi α =k2π ( k = 1,2…) Tốc độ chuyển động của chất lỏng ở ống hút (Vh) và ống đẩy (Vđ) cũng tuân theo quy luật của piston (V): (5.2) (5.3) Trong đó : Fd và Fh là tiết diện của ống đẩy và ống hút Qua đó ta thấy các máy bơm khác nhau có mức độ ổn định lưu lượng Q khác nhau: Ta xét đồ thị lưu lượng của từng loại bơm. 5.1.1.1 Bơm tác dụng đơn: Giả sử khi α = 0 là bắt đầu quá trình đẩy Hình 5.2: Đồ thị lưu lương của bơm một xilanh tác dụng đơn + Khi α= 0 ÷ thì Q tăng dần và đạt max khi α= + Khi α= thì Q giảm dần và bằng 0 khi α= + Khi α= thì Q thực hiện quá trình hút Gọi m là hệ số không đồng đều về lưu lượng: (5.4) Ta biết : Qmax = F.r.ω = F.r. (5.5) QTb = (5.6) Thay (6.5) và (6.6) vào (6.4) ta được: m = = 3,14 5.1.1.2 Bơm tác dụng kép a) Hai xi lanh tác dụng đơn: Trục khuỷu đặt lệch nhau 1 góc 180º Hình 5.3: Đồ thị lưu lượng của bơm hai xilanh tác dụng đơn Khi xilanh thứ nhất thực hiện quá trình đẩy thì xi lanh thứ 2 thực hiện quá trình hút và ngược lại. Hệ số không đồng đều về lưu lượng m được tính như sau. b) Bơm 1 xi lanh tác dụng kép Do ảnh hưởng của cần piston nên lưu lượng của 2 buồng làm việc sẽ khác nhau nên hệ số không đồng đều về lưu lượng m > 1,57 5.1.1.3 Bơm tác dụng ba Gồm 3 bơm tác dụng đơn, tay quay đặt lệch nhau 1 góc 120º Hình 5.4: Đồ thị lưu lượng của bơm 3 xilanh tác dụng đơn Ở những phần mà 2 xi lanh cùng bước đẩy thì ta phải dùng phương pháp cộng đồ thị để tìm Q tổng cộng trên ống đẩy. Cuối cùng ta được đồ thị của Q tổng cộng có 6 lần đạt giá trị max sau mỗi vòng quay của trục khuỷu. Lưu lượng trung bình của bơm tác dụng ba bằng 3 lần bơm tác dụng đơn. Như vậy : Hệ số không đồng đều về lưu lượng 5.1.1.4 - Bơm tác dụng bốn Hình 5.5: Đồ thị lưu lượng của bơm bốn xilanh tác dụng đơn Sau mỗi vòng quay của trục khuỷu, bơm 4 lần đạt giá trị Qmax. Lưu lượng lớn nhất của bơm Lưu lượng trung bình của bơm Vậy ta có hệ số không đồng đều về lưu lượng m: Đối với máy bơm 2 xi lanh tác dụng kép, do ảnh hưởng của cần piston do đó m > 1,11 5.1.2 Khắc phục sự chuyển động không ổn định của chất lỏng trong bơm piston Trong quá trình làm việc, sự dao động về lưu lượng và áp suất gây ra nhiều tác hại, làm tổn thất thủy lựu, gây chấn động Nếu bơm làm việc trong hệ thống dài, có thể xuất hiện va đập thủy lực, làm hỏng các bộ phận chính của bơm Nếu có nhiều bơm cùng làm việc trong một hệ thống, biên độ dao động của áp suất có thể tăng lên rất lớn do hiện tượng cộng hưởng Vì bơm piston có hệ số không đồng đều về lưu lượng lớn nên không được dùng trong các hệ thống truyền động thủy lực hoặc hệ thống điều khiển đòi hỏi độ chính xác cao Để hạn chế sự không ổn định của dòng chảy trong bơm piston, có các biện pháp sau: Dùng bơm tác dụng hai chiều Ghép nhiều xylang Dùng bình điều hòa: 5.2 Nguyên lý làm việc của bình điều hòa 5.2.1 Nguyên lý làm việc của bình điều hòa đẩy Hình 5.6: Nguyên lý làm việc của bình điều hòa đẩy 1.Xylanh; 2.Đường ống hút; 3.Đường ống xả; 4.Van 1 chiều; 5.Bình điều hòa Khi thực hiện quá trình hút, áp suất của chất lỏng trong bình giảm đi. Không khí giản ra và đẩy phần chất lỏng dư ra ngoài Trong các bình điều hòa, ở phần trên chứa không khí, phần dưới chứa chất lỏng bơm. Ta gọi: + Áp suất không khí là : Pa + Áp suất của chất lỏng là: Pb Khi mà áp suất của chất lỏng lớn hơn áp suất của không khí thì không khí trong bình bị nén lại, phần chất lỏng dư được tích lũy lại trong bình. Đồ thị lưu lượng trên ống đẩy được biểu diễn như hình dưới Hình 5.7 : Đồ thị lưu lượng trên đường ống đẩy 5.2.2 Nguyên lý làm việc của bình điều hòa hút Hình 5.8: Nguyên lý làm việc của bình điều hòa hút 1. Xylanh; 2.Bình điều hòa hút; 3.Đường xả; 4.Đường hút Trong quá trình hút, áp suất khí trong bình giảm, do đó thể tích không khí trong bình tăng lên. Khi piston thực hiện quá trình đẩy thì thể tích không khí trong bình giảm, do đó vẫn có dòng chảy từ bể chứa đến bình điều hòa, còn từ bình điều hòa đến bơm thì không có dòng chảy Nhận xét : Bình điều hòa đặt càng sát bơm thì càng có lợi Khi lắp bình điều hòa có thể tăng thêm được chiều cao hút, giảm được dao động trong quá trình hút Nếu chiều cao hút nhỏ, không cần dùng bình điều hòa hút, còn bình điều hòa đẩy thì dùng trong mọi trường hợp 5.3 -Phân loại bình điều hòa Tùy theo các tiêu chí khác nhau mà người ta chi ra các loại bình điều hòa - Phụ thuộc vào hướng chuyển động: + Bình điều hòa kín (chất lỏng đi qua bình điều hòa thì hướng chuyển động bị thay đổi và thay đổi các khoang chuyển động bên trong bình: đó là sự tăng giảm về thể tích của khoang khí và lỏng) + Bình điều hòa hở, hay còn gọi là bình ổn áp chảy (chất lỏng trong bình chuyển động theo một hướng không đổi từ đầu vào đến đầu ra) Theo cấu tạo: + Bình điều hòa dùng ống đục lỗ + Bình điều hòa dùng van định hướng + Bình điều hòa dùng van tự do Theo vị trí lắp đặt: + Bình điều hòa cửa hút + Bình điều hòa cửa đẩy. 5.4 Tính toán lựa chọn bình điều hòa cho bơm 12 – P – 160. Tính toán bình điều hòa là đi xác định thể tích không khí trong bình dựa trên giá trị lớn nhất của mức độ không ổn định áp suất. Trong quá trình làm việc, áp suất và thể tích không khí trong bình luôn thay đổi. Ta gọi: + Pmax, Ptb, Pmin, là áp suất lớn nhất, trung bình và nhỏ nhất của không khí trong bình. + Vmax, Vtb, Vmin là thế tích lớn nhất, trung bình và nhỏ nhất của không khí trong bình Gọi δ là hệ số biểu thị mức độ không ổn định của áp suất, được xác định theo công thức: (5.7 ) Trong đó: (5.8 ) Tương tự: (5. 9 ) Ta đi tìm sự liên quan giữa δ và V Ta coi quá trình thay đổi áp suất trong bình là đẳng nhiệt. Theo định luật Bôilơ-mariot ta có: Pmax . Vmin = Pmin . Vmax = Ptb . Vtb (5.10) (5.11) Áp suất trung bình của khí trong bình là: (5.12) Thay giá trị của (5.11) và (5.12) vào (5.7) ta được (5.13) Ở đây - Chính là thể tích của chất lỏng được tích lại trong bình Như vậy mức độ không ổn định về áp suất δ cũng đặc trưng cho sự thay đổi thể tích trong bình. Bây giờ ta xác định : Để đơn giản ta xét cho trường hợp của máy bơm tác dụng đơn 1 xylanh. Hình 5.9. Sơ đồ lưu lượng trung bình ứng với góc quay Lưu lượng trung bình ứng với góc quay . Phần diện tích bdc là lưu lượng dư, khi đó phân tố thể tích chất lỏng đi vào bình là: dQ – Lưu lượng sau thời gian dt. dQ = F.r.ω.sinφ dt mà dt =dφ/ω => dQ = F.r.sinωdω Mặt khác: Q = F.C ; C = (C- Tốc độ của chất lỏng; S - Chiều dài hành trình; n – Tốc độ quay của trục khuỷu) Nên (5.14) Toàn bộ lượng chất lỏng tích vào bình sẽ là: Từ điều kiện dΔ=0 ta có: φ1 = 0,323 (rad) φ2 = 2,817 (rad) Thay giới hạn tích phân và ta thu được: ΔV=1,1F.r = 0,55 F.S (vì S = 2r) (5.15) Tương tự ta có thể xác định được: Với máy bơm 1 xylanh tác dụng kép : ΔV=0,21 F.S Với máy bơm 2 xylanh tác dụng kép: ΔV=0,042 F.S Với máy bơm 3 xylanh tác dụng đơn: ΔV=0,09 F.S Nếu ta chọn δ = 0,025 (chuyển động của chất lỏng trong bình có độ ổn đinh max) thì ta xác định được lượng khí cần nạp vào bình cho các loại bơm khác nhau: Từ có thể xác định được thể tích chứa khí của bình: - Cho máy bơm tác dụng đơn - cho máy bơm tác dụng kép - cho máy bơm tác dụng ba - cho máy bơm tác dụng bốn (Các giá trị trên đều đúng cho bình điều hòa hút và đẩy) - Thể tích của bình điều hòa được xác định theo công thức: , () (5.16) - Áp suất lớn nhất trong bình điều hòa: Áp suất trung bình ở bình điều hòa được xác định khi chất lỏng chuyển động ổn định. Căn cứ vào áp suất này ta xác định được các kích thước chủ yếu của bình điều hòa. Ở thời điểm khởi động bơm, chất lỏng trong ống đẩy tăng vận tốc lên nhiều lần, do đó xuất hiện lực quán tính dẫn tới nâng cao áp suất của bình điều hòa, áp suất này sẽ càng lớn nếu ống dẫn càng dài, đường kính càng nhỏ, và năng suất của bơm tăng càng nhanh ( nghĩa là gia tốc càng lớn). Giả sử áp suất trong bình điều hòa chưa làm việc là và thể tích không khí tương ứng trong bình là V0 thì khi khởi động bơm áp suất trong bình có giá trị. Ký hiệu =kp là hệ số nâng áp ở trong bình điều hòa và được tính theo công thức: (5.17) Trong đó: ld : chiều dài ống dẫn sau bình điều hòa, m Fod : diện tích tiết diện đẩy : Khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m Q: Lưu lượng bơm, m/s. V0: Thể tích không khí bình, m - Bình điều hòa và dao động chất lỏng: Muốn chất lỏng chuyển động hoàn toàn đồng đều, kích thước của bình phải lớn vô hạn. Nhưng kích thước bình điều hòa hữu hạn nên áp suất dao động xung quanh giá trị trung bình. Điều này dẫn đến đổi vận tốc trong ống dẫn đẩy và làm xuất hiện lực quán tính không lớn, nếu không trùng với sự tăng của áp suất trong bơm thì áp suất trong bình không thể cao quá giới hạn cho phép. Nhưng nếu nó trùng thì tổng biên độ dao động có thể đạt giá trị rất lớn. Nguy hiểm nhất là khi các biên độ dao động cực đại trùng nhau. Tần số dao động cột chất lỏng (số dao động trong 1s) là: Tần số dao động của chất lỏng trong bơm: Ký hiệu: là tiêu chuẩn để xác định thời điểm cộng hưởng của dao động. Muốn tránh cộng hưởng phải thỏa mãn điều kiện: (5.18) Trong đó: là giá trị tới hạn của (nghĩa là giá trị gây ra cộng hưởng). Đối với bơm tác dụng đơn thì: ; với bơm tác dụng kép thì ; với bơm tác dụng ba thì ; với bơm tác dụng bốn thì . Nếu quan hệ với (5.18) không thỏa mãn thì phải tăng kích thước của bình điều hòa để giảm giá trị gây ra cộng hưởng. Áp dụng tính bình điều hòa đẩy cho máy bơm 12 – P – 160 National Oil Well Với thể tích khí làm việc: Vtb=3,6.F.S - dành cho bơm tác dụng ba; đường kính xylanh lớn nhất có thể sử dụng là 184,2(mm) và hành trình S=304,8mm, =0,029()=29(lít) Thay vào công thức (5.16) ta tính được thể tích của bình: Vb= 1,5Vtb=1,5 . 29 = 43,5 (lít). Áp suất làm việc lớn nhất của bơm là 5000 Psi (351,5 at). Đối chiếu với bảng 2 ta sẽ tìm được bình điều hòa thích hợp. Bảng 2: Thông số của các loại bình điều hòa của hãng Hydril Số hiệu của bình Sức chứa, Gallon (lít) Áp suất làm việc (Psi) Kích thước Khối lượng, (pound) Chiều rộng (inch) Chiều cao của bình (inch) Chiều cao tổng thể của bình (inch) K10 – 275 10 (37,85) 275 23,00 23,75 31,10 440 K10 – 1440 10 (37,85) 1440 23,00 23,75 31,10 440 K10 – 3000 10 (37,85) 3000 23,00 23,75 31,10 950 K10 – 5000 10 (37,85) 5000 23,00 23,75 31,10 950 K20 – 1440 20 (75,7) 1440 25,10 26,70 34,10 825 K20 – 3000 20 (75,7) 3000 28,50 28,15 35,53 2145 K20 – 5000 20 (75,7) 5000 28,50 28,15 35,53 2145 K20 – 7000 20 (75,7) 7000 30,50 29,50 37,60 3150 K80 – 275 80 (302,8) 275 38,29 37,31 44,69 2575 K80 – 720 80 (302,8) 720 38,29 37,31 44,69 2575 K80 – 1440 80 (302,8) 1440 38,29 37,31 44,69 2575 K80 – 2000 80 (302,8) 2000 41,50 38,82 46,20 3150 K80 – 3000 80 (302,8) 3000 41,50 38,82 46,20 3150 K80 – 3705 80 (302,8) 3705 41,50 38,82 46,20 3150 Từ bảng trên ta thấy bình điều hòa K20 – 5000 là phù hợp nhất. 5.5 Bình điều hòa K20-5000 Hình5.10: Cấu tạo bình điều hòa K20-5000 1. Thân bình 11.Gioăng 2.Nắp đậy 12.Van nạp 3.Nắp van 13.Đai ốc làm kín 4.Màng ngăn 14.Đai ốc 5.Mặt đế 15.Bulông 6.Gioăng làm kín 16.Bulông 7.Đĩa cân bằng 17.Bulông 8.Lõi kim loại 18.Đồng hồ đo áp suất 9.Bulông 19.Chi tiết chèn 10.Đai ốc làm kín Bảng 3: các thông số cơ bản của bình điều hào K20-5000 Sức chứa Áp suất làm việc Đường kính Chiều cao tổng cộng Đường kính tiêu chuẩn cửa vào Khối lượng Gall Lít psi At Inch cm Inch Cm inch Cm Pound Kg 20 75.7 5000 351,5 8,50 72,4 35,72 90,7 2 5 2145 973 5.6 Lắp đặt bình điều hòa K20-5000 Bình điều hòa K20 – 5000 Hydril nên được lắp theo phương thẳng đứng (như hình 5.11). Bình điều hòa đẩy nên được lắp gần cửa xả của bơm nhất có thể. Bộ phận kết nối của bình điều hòa với đường xả của bơm là bích đối tiếp. Hình 5.11 Bình điều hòa được lắp theo phương thẳng đứng 5.6.1 Lăp đặt Hình 5.12: Lắp đặt bình điều hòa 5.Mặt đế; 6.Gioăng làm kín; 20.Vít cấy; 21.Bích nối Lắp đặt các vít cấy (20) vào mặt đế của bình điều hòa. Định vị bình điều hòa trên gioăng khí (6) và bích nối (21) sao cho khoảng không giữa mặt đế (5) và bích nối (21) cân bằng Lắp đai ốc (đã được tra dầu) vào mỗi vít cấy (6) và vặn các đai ốc từng vòng một, cho đến khi bình điều hòa được cố định vào vị trí. Phải đảm bảo khoảng cách giữa mặt đế và bích nối là đều nhau. Vặn chắc các bulông với một mômen phù hợp (980 – 1080 N.m) 5.6.2 Nạp khí (chỉ nạp khí nitơ) Bình làm việc có đúng với hiệu suất thiết kế hay không là do áp suất khí nạp quyết định. Thông thường, áp suất nạp được xác định dựa vào áp suất làm việc của hệ thống. Khí được nạp theo các bước sau: Tháo nắp van Trước khi nạp phải đảm bảo chắc chắn rằng, các đai ốc bulông, đai ốc ở van nạp và đai ốc ở đồng hồ đo được vặn chắc chắn. Để nạp khí, ta dùng một ống nạp, một đầu của ống nối với bình chứa khí nitơ, còn đầu còn lại nối với van nạp của bình điều hòa. Mở van điều chỉnh trên bình đến khi đồng hồ ở bộ điều chỉnh trên bình khí chỉ áp suất cần nạp Từ từ mở van nạp trên bình điều hòa. Cho phép áp suất trong bình điều hòa tăng đến khi đồng hồ đo áp suất trên bình điều hòa chỉ áp suất đã được yêu cầu. Đóng van nạp trên bình và vặn chắc lại. Sau đó đóng van điều chỉnh trên bình khí, rỡ bỏ ống nạp và lắp nắp van lại. - Trong các điều kiện thông thường, áp suất nạp bằng 50 – 70 % áp suất trung bình của đường xả (không vượt quá 5000 PSI). - Xác định chỗ rò rỉ: Bôi dung dịch dùng để phát hiện rò rỉ lên tất cả các điểm nối( xung quanh van, đồng hồ đo áp suất, nắp, bulông….). Quan sát cẩn thận các điểm sủi bọt (nhiều khả năng là do rò rỉ khí). Nếu có vị trí rò rỉ, kiểm tra các điểm nối còn lỏng và vặn chắc lại. - Kiểm tra lại áp suất bình sau khi hoàn tất các bước trên 90 phút. 5.7 Quy trình tháo lắp bình điều hòa K20 – 5000 5.7.1 Quy trình tháo 1. Tắt bơm và xả áp suất trong bình điều hòa; 2. Tháo nắp van; 3. Mở van nạp và xả tất cả áp suất đã được nạp; Cảnh báo: áp suất trong bình phải bằng 0 psi trước khi tháo van xả, đồng hồ đo áp suất và nới lỏng nắp đậy hay các bulông bích. 4. Tháo van nạp và đồng hồ đo khỏi nắp bình; 5. Nới lỏng tất cả các đai ốc ở nắp đậy (không tháo hoàn toàn). Đảm bảo rằng nắp đậy không bị đẩy ngược lên (Để chắc chắn là áp suất được xả ra hoàn toàn). Hình 5.12: Bình điều hòa K20 – 5000 6. Sau khi áp suất được xả hoàn toàn ra khỏi bình ta tiễn hành tháo các đai ốc ra khỏi bulông. 7. Tháo nắp đậy. 8. Tháo bộ ổn định màng ngăn và màng ngăn. 9. Nếu cần tháo mặt đế để thay thế hoặc kiểm tra, ta làm theo các bước sau. - Lắp nắp bình rồi nắp van và sử dụng nắp van như là quang treo; - Tháo tất cả các bích và bulông ở phần bích nối; - Tháo bình điều hòa ra khỏi bích nối. Đặt các bulông và van làm kín bên cạnh và bảo vệ để sử dụng khi lắp lại bình; - Làm sạch mặt đế; - Tháo các vít dùng để giữ mặt đế, đặt chúng sang bên cạnh và bảo vệ; - Tháo mặt đế ra khỏi bình, tháo gioăng làm kín, kiểm tra xem còn dùng được không. Nếu có thể dùng lại thì đặt chúng sang một bên và sử dụng lại khi lắp đặt, thay thế nếu đã bị hỏng; - Kiểm tra độ mòn ở mặt đế. 6.7.2 Quy trình lắp Tất cả các bộ phận như nắp bình, thân bình, mặt đế cần phải được làm sạch cẩn thận trước khi lắp lại. Lắp đặt gioăng làm kín ở mặt đế: Đặt gioăng làm kín vào rãnh Lắp mặt đế: Chèn mặt đế vào trong thân bình, lắp các bulong (vặn các bulong đều nhau cho đến khi mặt đế khít vào với thân bình), siết chặt bulong với momen khoảng 980 – 1080 N.m Lắp đặt túi màng ngăn Quét một lớm mỏng dầu bôi trơn thông thường lên màng ngăn để hỗ trợ trong quá trình lắp đặt. Kéo cổ của túi màng ngăn trong khi đẩy túi màng ngăn vào vị trí. Cố định túi màng ngăn trong cổ của bình. Lắp đặt lắp bình Lắp nắp bình, bulong, và các đai ốc. Vặn các đai ốc bằng tay vài vòng đẻ cho nắp nằm vững chắc trên bình. Vặn chặt các đai ốc với lực mômen phù hợp (3430 – 3570 N.m). Lắp van nạp Vặn ngược lại đai ốc làm kín trên van, và cho van vào lỗ (đã được tiện ren trong) ở trên bình. Vặn với mômen 27 7 N.m Nếu mặt của van chưa nằm ở hướng phù hợp ta làm theo các bước sau: +) Tiếp tục vặn nếu chưa tới ½ vòng nữa thì tới vị trí yêu cầu. +) Nếu hơn ½ vòng nữa mới tới vị trí yêu cầu, ta xoáy ngược van lại tới hướng được yêu cầu. +) Sau khi van đã ở đúng vị trí, ta siết chặt đai ốc làm kín với mômen 277 N.m Lắp đặt đồng hồ đo áp suất: Ta lắp tương tự như van nạp. KẾT LUẬN Trên đây là nội dung của đồ án được hoàn chỉnh, em đã dựa trên cơ sở số liệu chung của tổ hợp máy bơm dung dịch khoan nói chung và có xét đến đặc tính riêng của máy bơm dung dịch 12-P-160 của hãng National Oil Well. Sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu nguyên lý hoạt động cũng như cấu tạo của thiết bị khoan nói chung và máy bơm dung dịch nói riêng, đồ án đã giúp em những kiến thức rất quan trọng, nó sẽ làm nền tảng cho em học hỏi thêm những kiến thức bổ ích sau này. Vì thời gian và khả năng có hạn nên không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự chỉ dẫn của các thầy cô và bạn bè. Trước khi kết thúc bản đồ án này, một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Lê Đức Vinh và toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn đã tạo điều kiện cho em hoàn thành bản đồ án này. Hà Nội, Ngày 2 tháng 6 năm 2010 Sinh viên thực hiện Đinh Văn Phúc TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Văn Giáp: “Thiết bị khoan”, Trường ĐH Mỏ - Địa Chất. [2]. Nguyễn Thanh: “Máy thủy lực”, Trường ĐH Mỏ - Địa Chất. [3]. Vũ Đình Hiền, Phạm Quang Hiệu: “Cơ sở khoan”, Trường ĐH Mỏ - Địa Chất. [4]. Nguyễn Đức Sướng, Vũ Nam Ngạn: “Máy thủy khí”, Trường ĐH Mỏ - Địa Chất. [5]. Igor J. Karassik, Joseph P. Messina, Paul Cooper, Charles C. Heald: “Pump hand book”, The McGraw-Hill Companies, Inc