Cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình bảo dưỡng máy bơm khoan YHБ – 600 trong khoan dầu khí - Nâng cao hiệu suất làm việc và hiệu quả sử dụng của máy bơm YHБ – 600

n trong xilanh. Nhưng con trượt thì luôn có dầu trong khoang chứa dầu của phần truyền động bôi trơn làm mát, còn cặp ma sát xilanh–piston thì cũng luôn được làm mát bằng chính dung dịch khoan, nên hệ thống bôi trơn và làm mát ở đây chính là hệ thống bôi trơn ty bơm. Hệ thống bôi trơn ty bơm có nhiệm vụ làm mát các ty bơm, đồng thời làm giảm lực ma sát giữa các ty bơm với các gioăng cao su làm kín và làm tản nhiệt ở khu vực tập trung nhiều ma sát. Việc bôi trơn và làm mát các ty này được thực hiện bằng hệ thống bơm điện ly tâm nằm ngang có ký hiệu KM 50/32 – 125. HHình 2.20: Hệ thống bôi trơn làm mát Bảng 2.7: Các chi tiết của hệ thống bôi trơn làm mát 1. Giá máy 9. Ống xả 16. Đầu nối đực 2. Khung máy 10. Van 17. Ống nối 3. Đồng hồ đo áp suất 11. Ống dẫn 18. Ống cong 4. Ống nạp 12. Ống lọc 19. Khớp quay 5. Ống dẫn không khí 13. Ống hút 20. Êcu hãm 6. Nút xả 14. Tấm hàn 21. Đệm làm kín 7. Thước thăm dò 15. Bơm 22. Ống nối 8. Thùng chứa dung dịch bôi trơn làm mát 2.4. Nguyên lý làm việc của máy bơm YHБ-600 Máy bơm YHЬ – 600 là dạng máy thuỷ lực thể tích, làm việc theo nguyên lý nén chất lỏng trong một thể tích kín dưới áp suất thuỷ tĩnh. Máy bơm YHЬ – 600 hoạt động theo nguyên lý chuyển động tịnh tiến qua lại của piston theo phương nằm ngang. Nguồn động lực lấy từ động cơ hoặc từ động cơ điện. Thông qua hộp tốc độ, bộ truyền đai và cặp bánh răng có tỷ số truyền 123/55 qua hệ thống thanh truyền, con trượt để biến chuyển động tay quay thành chuyển động tịnh tiến của piston trong xilanh. Lúc này dung dịch từ bể chứa sẽ được đưa vào qua các cửa hút của máy bơm, các cửa hút có lắp đặt các van (6), (7), (12), (13) (hình 2.2). Dung dịch sẽ đi vào xilanh và đi ra qua các cửa xả (8), (9), (10), (11) (hình 2.2), các van này chỉ có tác dụng một chiều. Khi piston di chuyển lên thì trong khoang của xilanh sẽ thực hiện quá trình xả, lúc này các van một chiều bắt đầu hoạt động, van xả mở và van hút đóng lại. Còn ở khoang dưới thì các van xả đóng, các van hút mở vì lúc đó ở khoang dưới thực hiện quá trình nạp dung dịch. Khi piston thực hiện xong hành trình đi lên thì tiếp tục thực hiện hành trình đi xuống, lúc đó quá trình nạp và xả dung dịch lại thực hiện ngược lại, có nghĩa là khoang trên lúc này bắt đầu nạp dung dịch còn khoang dưới thì van xả mở, van hút đóng. Dung dịch trong xilanh được bơm ra ống dẫn và được đẩy vào giếng khoan. Trên ống dẫn có lắp bình điều hòa có tác dụng giảm bớt sự dao động của lưu lượng và áp suất trong quá trình bơm. Áp suất và lưu lượng của bơm được thay đổi thường xuyên phụ thuộc vào chiều sâu của giếng khoan và công nghệ khoan. Để tạo được áp suất và lưu lượng thay đổi, ta thay thế đường kính xilanh-piston cho phù hợp với đặc tính làm việc của bơm. Máy bơm YHЬ–600 có hai xilanh bố trí song song, tay quay lệch pha nhau 900. Để chất lỏng đẩy ra đều đặn, trên đường xả của máy bơm có bố trí bình khí (điều hoà) để điều chỉnh cho lưu lượng bơm đều đặn hơn, có trang bị đồng hồ đo áp suất chất lỏng trên đường bơm. Trong quá trình khoan có thể xảy ra các hiện tượng rắc rối phức tạp như tắc cần, kẹt mùn, hệ tuần hoàn bị cản trở hoặc bị đình trệ. Trường hợp bị tắc hoàn toàn, có bộ phận van an toàn bật ra để xả chất lỏng ra ngoài. Bình thường theo dõi qua đồng hồ. 2.5. Lực tác dụng trong quá trình làm việc Máy bơm YHЬ–600 là dạng máy thuỷ lực thể tích, làm việc theo nguyên lý nén chất lỏng trong một thể tích kín dưới áp suất thuỷ tĩnh. Để thực hiện được nguyên lý đó thì trong quá trình làm việc của máy bơm, chuyển động quay được truyền từ cơ cấu truyền vào hệ thống cơ khí của bơm, qua hệ thống cơ khí này biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến qua lại của piston trong xilanh. Khi piston chuyển động như vậy, nó đã chịu một lực tác dụng P qua cần piston. Lực này thay đổi tính chất tác dụng theo quá trình hút và đẩy của bơm, ứng với các lực kéo, nén. Nhưng để piston chuyển động được như vậy thì thành phần lực kéo (nén) phải thắng được các lực sau: Lực ma sát piston: Fms1 Fms1 = N1f1 = П.Dl1p1f1 (N) (2.1) D: Đường kính piston; l1: Chiều dài tiếp xúc giữa piston và xilanh; F1: Hệ số ma sát giữa piston và xilanh; p1: Áp lực trên một đơn vị diện tích bề mặt tiếp xúc giữa piston và xilanh. Lực ma sát cần piston: Fms2 Fms2 = N2f2 = П.dl2p2f2 (N) (2.2) P2: Áp lực trên một đơn vị chiều dài tiếp xúc giữa cần piston và vòng chặn; L2: Chiều dài tiếp xúc ma sát; d: Đường kính cần piston; f2: Hệ số ma sát giữa cần piston và vòng chắn. Áp lực tác dụng lên mặt đầu piston: F Gọi áp lực lớn nhất tác dụng lên mặt đầu piston là p thì ta có: F = (N) (2.3) (với buồng làm việc không chứa cần piston) F = (N) (2.4) (với buồng làm việc có chứa cần piston) Nếu không kể đến sự tác dụng của áp lực lên bề mặt piston không nén chất lỏng thì ta có: Pn = π.(+ dl2p2f2 + Dl1p1f1) (N) (2.5) Pk = π.[ + dl2p2f2 + Dl1p1f1] (N) (2.6) Ngoài ra trong quá trình làm việc bơm còn chịu tác động của hiện tượng va đập (va đập thủy lực, va đập cơ khí). Thực chất của hiện tượng va đập thủy lực chính là do sự thay đổi vận tốc của dòng chất lỏng trong quá trình bơm làm việc sinh ra lực quán tính. Lực này góp phần lớn sinh ra hiện tượng xâm thực trong máy bơm. CHƯƠNG 3 NÂNG CAO HIỆU SUẤT LÀM VIỆC CỦA MÁY BƠM YHБ-600 3.1. Khái niệm hiệu suất của máy Đánh giá mức độ tổn thất năng lượng trong quá trình trao đổi năng lượng với chất lỏng. η = ηQηTTηC (3.1) trong đó : ηC : Tổn thất do ma sát của các bộ phận cơ khí trong máy gọi là tổn thất cơ khí; ηQ : Tổn thất lưu lượng; ηTT : Tổn thất thủy lực. ηTT là tổn thất cột áp của dòng chảy qua máy. Nhưng do động năng của các phần tử chất lỏng nhỏ, tổn thất này tương đối nhỏ: ηTT = 1 3.2. Nâng cao hiệu suất làm việc của máy Thực chất nâng cao hiệu suất làm việc của máy là làm giảm mức độ tổn thất năng lượng trong quá trình trao đổi năng lượng với chất lỏng. Việc giảm tổn thất năng lượng là làm giảm các tổn thất do ma sát của các bộ phận cơ khí trong máy và giảm tổn thất lưu lượng, tức là nâng cao hiệu quả của các chi tiết trong máy và khắc phục các hiện tượng làm giảm lưu lượng của bơm. 3.2.1. Nâng cao hiệu quả cụm xilanh piston a. Xilanh - Về mặt thiết kế chế tạo, công nghệ phải chọn loại vật liệu có độ cứng vững tốt, tính mài mòn tốt và đặc biệt là ít mài mòn trong điều kiện tải trọng lớn. Do đó cụm piston-xilanh thường chế tạo bằng thép tấm cacbon nồng độ C = 2.7 đến 2.9 % . Và đặc biệt sau khi chế tạo cần bề mặt cứng để giảm độ mài mòn, do đó sau khi chế tạo xong xilanh cần được gia công áp lực, tôi, ram và được thấm cacbon hoặc hợp kim cứng. Ngoài ra trong quá trình làm việc, dung dịch khoan có chứa các chất hoá học khác nhau có thể gây ăn mòn. Chính vì vậy có thể tráng một lớp kim loại mỏng để chống ăn mòn cho xilanh. - Các biện pháp công nghệ, gia công sau khi chế tạo bao gồm: + Gia công nhiệt hoá bề mặt của xilanh: Đây là phương pháp làm tăng tính cơ lí lớp bề mặt của kim loại nhằm tăng khả năng làm việc và tuổi thọ của nó. Có nhiều phương pháp khác nhau như thấm cacbon, thấm crom, thấm silic, oxy hoá, sulphua hoá… Mỗi phương pháp đem lại sự thay đổi tính chất cơ lí cho lớp bề mặt của kim loại khác nhau. Tuy nhiên đối với tính chất và điều kiện làm việc của xilanh thì phương pháp thấm crôm được xem là hiệu quả nhất để đáp ứng yêu cầu kĩ thuật. Điều này được giải thích bởi sau khi thấm crôm bề mặt của kim loại có độ bền và độ va đập, độ bền mỏi cao và đặc biệt độ bền mòn rất lớn. Quá trình thấm crôm được thực hiện như sau: Xilanh sẽ được đặt trong hộp kín chứa bột crôm và bột trơ (tác dụng của bột trơ cho thêm vào để tránh bám dính bề mặt xilanh trong quá trình nung). Sau đó, ta nung từ 1200 đến 1600 độ C. Lớp phủ crôm được tạo thành bằng cách xông khí HCl qua hỗn hợp dạng bột nói trên. HCl tác dụng theo phản ứng: 2HCl + Cr = H2 + CrCl2 . Do ở nhiệt độ cao nên CrCl2 ở dạng hơi sẽ tác dụng với Fe trên bề mặt chi tiết theo phản ứng : 3Cr + 2 Fe = 2FeCl3 + 3Cr . Cr thoát ra trong phản ứng trên sẽ khuếch tán tạo thành lớp hợp kim Fe- Cr với nhiệt độ nung 1200 đến 1600 độ C và nung trong khoảng 20 giờ tạo được lớp crôm dày khoảng 0,04 đến 0,07 mm. Với chiều dày này, đáp ứng được yêu cầu cao trong quá trình làm việc của xilanh. + Mạ điện bề mặt của xilanh. Đây là phương pháp phủ lên xilanh một lớp kim loại mỏng dựa trên nguyên lí sự điện phân mà không làm thay đổi tính chất kim loại của xilanh nhưng sẽ tăng độ cứng, độ bóng và đặc biệt lớp mạ kim loại có khả năng chống ăn mòn hoá học cao. Xilanh được làm sạch bề mặt, sau đó được đặt vào bể chứa muối dung dịch cần mạ. Xilanh được nối với katốt (-) của dòng điện 1 chiều, cực anốt (+) được nói với kim loại mạ. Khi cho dòng điện 1 chiều chạy qua hai cực này xảy ra quá trình điện phân (trao đổi ion) và lúc này xilanh được tráng một lớp kim loại mỏng. Phương pháp này thường rất hay sử dụng trong thực tế bởi nó có những ưu điểm rất lớn mà các phương pháp khác không có được: - Dễ dàng điều chỉnh chiều dầy lớp mạ, tính chất lớp mạ bằng cách thay đổi hiệu điện thế, mật độ dòng điện, nồng độ và nhiệt độ dung dịch mạ; - Lớp mạ bám rất chắc làm kim loại cần được mạ nên mức độ bảo vệ cao; - Độ tinh khiết của kim loại cao nên độ đồng đều của lớp mạ phủ lên bề mặt kim loại là tương đối cao; - Trong quá trình mạ không có nguyên công nung nóng nên không làm thay đổi cấu trúc của xilanh và ít gây ra cong vênh. Các kim loại thường được mạ như Zn, Cr, Ni … Tuy nhiên đối với xilanh thì Cr được sử dụng nhiều hơn cả vì đáp ứng yêu cầu kĩ thuật và công nghệ. Ngoài ra sau khi thực hiện xong các giai đoạn trên cần gia công làm nhẵn bề mặt của xilanh để bề mặt xilanh có độ nhám nhỏ, mức nhấp nhô tế vi thấp khoảng Ra= 0.04đến 0.08 micromet để tăng hiệu suất làm việc cũng như tăng độ bền mỏi, độ cứng của xilanh. Các phương pháp làm nhẵn được thực hiện trên các máy vạn năng với lượng chạy dao nhỏ, tốc độ lớn (có thể làm nhẵn bằng kim cương) được thực hiện qua máy mài tinh hoặc siêu tinh. Hiện nay với sự phát triển cao của khoa học kĩ thuật phương pháp gia công tăng độ cứng bề mặt của xilanh cũng như độ bền mỏi được thực hiên bằng sử dụng các loại tia chiếu như tia lade… đạt được kết quả cao đáp ứng yêu cầu kĩ thuật tốt. b. Piston Piston, cần piston, các gioăng cũng được làm từ vật liệu cứng đảm bảo độ cứng vững cao, độ bền tốt và sau khi chế tạo cần được gia công để tăng độ cứng bề mặt giảm mài mòn cũng được thực hiện như đối với xilanh. Đặc biệt chú ý đến cần piston cũng như các cơ cấu thanh truyền phải được chế tạo sao cho có độ cứng vững cao trong quá trình làm việc với tốc độ cao tránh được hỏng hóc hoặc gãy. Gioăng cao su được lắp ở piston để làm tăng độ kín giữa piston và xilanh cũng như tăng khả năng lưu động. Do đó gioăng cao su thường được làm từ cao su tổng hợp để đảm bảo sự ổn định của bơm. Cần chú ý rằng trong dung dịch khoan có nhiều chất khác nhau có thể làm gioăng cao su mòn hỏng rất nhanh do đó nên tính toán trước để chế tạo gioăng cao su sao cho tránh được mòn, rách, mủn trong dung dịch khoan. c. Ống lót Ống lót là chi tiết thường được thay thế khi hiệu suất bơm giảm. Nguyên nhân chính là do mòn. Vì ống lót dễ chế tạo và thay thế nên lựa chọn loại ống lót có độ cứng nhỏ hơn xilanh để khi ống lót mòn xilanh bị mòn ít. Ngoài ra do cụm piston-xilanh thường được nằm ngang nên trong quá trình hoạt động qua lại của xilanh phần dưới của ống lót chịu lực lớn hơn nên dễ mòn hơn. Do đó để giảm bớt sự ô van trong cụm xilanh ta nên chế tạo phần dưới của ống lót có độ cứng hơn phần trên. 3.2.2. Nâng cao hiệu quả làm việc của cụm van Do môi trường làm việc của các van thủy lực là dòng dung dịch có vận tốc lớn và áp suất cao đồng thời chứa các hạt mài,vì vậy sự mòn hỏng của các van thủy lực là không thể tránh khỏi. Van thủy lực thường có hai dạng hỏng cơ bản của cụm van: Hỏng do mòn: Khi van làm việc thì các hạt mài trong dung dịch theo dòng chảy bắt đầu gây ra va đập, cọ xát vào bề mặt các chi tiết của van và gây ra mòn. Các hạt mài ở đây là do chính bản thân dung dịch cũng chứa các hạt rắn như các hạt làm nặng BaSO4, Fe2O3, chất kết tủa Na2CO3,... và phải kể đến các hạt rắn như thạch anh, đá, cát, nham thạch... từ dưới giếng khoan lên, do quá trình làm sạch dung dịch vẫn còn sót lại. Các hạt này có độ cứng lớn hơn rất nhiều so với kim loại chế tạo chi tiết của van. Khi các hạt mài này tiếp xúc với bề mặt chi tiết của van thì xẩy ra hai khả năng: va đập vào chi tiết và trượt trên bề mặt chi tiết. Khi các hạt trượt trên bề mặt các chi tiết và làm cho bề mặt chi tiết bị xước. Tuy nhiên, như vậy sẽ gây lên sự mòn hỏng cho các chi tiết của cụm van thủy lực làm ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của van. Ngoài ra các hạt mài còn có thể bị nhét vào giữa các bề mặt lắp ghép cứng của đế van và đĩa van khi đóng. Lúc đầu các hạt có kích thước nhỏ sau đó dến các hạt có kích thước lớn dần. Tại thời điểm các hạt mài phân vụn trong bề mặt lắp ghép cứng, thì các vị trí tiếp xúc của chi tiết với hạt mài xuất hiện các ứng suất cực đại. Ứng suất này lớn hơn nhiều so với ứng suất giới hạn cho phép của các mối ghép trong van. Sự lặp đi lặp lại nhiều lần như vậy trong quá trình làm việc của van gây ra mòn hỏng bề mặt các chi tiết của van. Khi giữa các chi tiết bị mòn tạo độ rơ thì lúc này vị trí tương đối giữa các đĩa van và mặt đế van bị mất đi, đồng thời lò xo nén đĩa van bị yếu do biến dạng mòn và các ống dẫn hướng của đĩa van bị mòn ô van đường kính trong, làm cho đĩa van làm việc không còn vuông góc với bề mặt lắp ghép của mặt đế van, dẫn đến đế van bị cong và kéo theo đệm làm kín bị rách. Lúc này van đóng không còn được kín dẫn đến quá trình mòn hỏng của van diễn ra một cách nhanh chóng. Sự mòn hỏng cùa van do trong chất lỏng có pha rắn tạo ra một số dạng hỏng ở van như sau: Mòn vảy nhỏ: là bề mặt chi tiết xuất hiện các vết rỗ nhỏ nông và thưa. Dạng mòn hỏng này ứng với cuối giai đoạn chạy mài; Mòn vảy lớn: là bề mặt chi tiết xuất hiện các vết rỗ lớn, sâu và dày. Dạng mòn hỏng này ứng với giai đoạn mài mòn; Mòn lỗ thủng (mòn toàn bộ bề mặt): là bề mặt chi tiết bị mòn thủng trầm trọng, không còn khả năng tiếp tục làm việc. Dạng mòn hỏng này ứng với giai đoạn mài mòn sự cố. Máy bơm piston thực hiện nhiệm vụ bơm dung dịch khoan, vì thế nên van thủy lực thường xuyên phải tiếp xúc với dung dịch khoan, dẫn đến hiện tượng bề mặt của van xảy ra hiện tượng ăn mòn điện hóa. Sự ăn mòn điện hóa này gây ra sự bào mòn bề mặt chi tiết của van. Cộng với áp suất dòng chảy của dung dịch tạo nên sự xói mòn bề mặt của chi tiết. Quá trình ăn mòn cứ như vậy diễn ra cho đến khi gây hỏng van. Hỏng do va đập. Hỏng do va đập cơ khí. Do trong quá trình làm việc của van thì chuyển động của van là chuyển động lên xuống theo chuyển động của dòng chất lỏng (van hút và van xả có chuyển động ngược nhau trong mỗi chu trình chuyển động của piston trong xilanh). Với chuyển động như vậy thì xảy ra hiện tượng va đập cơ khí giữa nắp van và cối van Hỏng do va đập thủy lực Va đập thủy lực là hiện tượng biến đổi áp suất đột ngột khi có sự thay đổi đột ngột của vận tốc dòng chảy. Trong quá trình làm việc của van ở máy bơm piston, khó tránh khỏi hiện tượng va đập thủy lực, nó gây ra sự mòn hỏng các chi tiết của van, gây ra tiếng ồn và giảm hiệu suất làm việc của van * Van thủy lực là loại van một chiều đóng mở để hút hoặc đẩy chất lỏng. Trong quá trình làm việc van sẽ đóng mở liên tục cộng với áp suất của chất lỏng rất cao cho nên van dễ mòn phần tiếp xúc giữa van và đế van. Do đó hiệu suất đóng mở của van cũng ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất của máy bơm. Để tăng sự linh động của van, độ kín của van, chúng ta nên lựa chọn vật liệu cho thiết bị làm kín có khả năng mút tốt và chống mài mòn cao. Ngoài ra để giảm áp lực nên van giảm mòn, thường chế tạo van dạng hình côn: P: áp lực lên van P = (N) (3.2) F: lực tác dụng lên van S: diện tích làm việc của van. Vì thế, để giảm áp lực của van khi lực tác dụng lên van là không đổi ta tăng diện tích cho van bằng cách chế tạo van dạng hình côn. 3.2.3. Nâng cao hiệu quả nhờ thiết bị bôi trơn làm mát Bôi trơn các bộ phận chi tiết là yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu quả làm việc của máy bơm cũng như tăng tuổi thọ và hiệu suất làm việc cho máy. Các bộ phận như cặp bánh răng của hộp giảm tốc, trục khuỷu, bộ gioăng làm kín và các bộ phận khác luôn được bôi trơn. Các bộ phận khác nhau sẽ được bôi trơn theo hệ thống bôi trơn khác nhau và với từng loại dầu bôi trơn khác nhau và thời gian thay dầu bôi trơn là khác nhau. Chẳng hạn hộp trục khuỷu có thể bôi trơn nhờ loại dầu Vitsa 100 của hãng Shell sau khoảng 4000 giờ làm việc thì phải thay dầu mới, hay hộp giảm tốc có thể dùng loại dầu Spiark 90 EP-2 của hãng Shell để bôi trơn . Do tính chất quan trọng của dầu bôi trơn, chúng ta phải thường xuyên kiểm tra và bổ sung lượng dầu bôi trơn, khi hết thời gian sử dụng dầu bôi trơn thì phải thay dầu bôi trơn và kiểm tra hệ thống bôi trơn. 3.2.4. Nâng cao hiệu quả làm việc của bình điều hoà Do sử dụng cơ cấu tay quay-thanh truyền trong bơm piston nên lưu lượng chỉ thị và áp suất làm viêc của bơm không đều. Do vậy để giảm mức độ không ổn định về lưu lượng và áp suất trong quá trình làm việc của bơm piston, tránh gây ra tổn thất thường sử dụng bình điều hoà để khắc phục nhược điểm này, để đạt hiệu quả làm việc cao. Bình điều hòa có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất làm việc của bơm, vì vậy nâng cao hiệu quả làm việc của bình điều hòa là rất cần thiết. Bình điều hoà sử dụng khí nén vào máy bơm trong cả quá trình hút và quá trình đẩy. a. Bình ổn điều hoà hút Trong quá trình hút của bơm, một phần chất lỏng được tích luỹ trong bình điều hoà. Nếu kích thước của bơm đủ lớn thì dao động mức chất lỏng trong bình sẽ nhỏ. Trên mặt thoáng của chất lỏng luôn có không khí và áp suất chân không. Vì thế mà chất lỏng chảy từ bể lên bình một cách liên tục và coi như dòng chảy ổn định . Việc đặt bình điều hoà hút có thể cho phép máy bơm làm việc với ưu điểm: - Tăng thêm chiều cao hút cho bơm; - Tăng số vòng quay làm việc của bơm; - Giảm được áp suất dao động của bơm trong quá trình hút; - Máy bơm khoan piston hành trình kép YHb-600 dùng trên các giàn khoan dầu khí do yêu cầu về kĩ thuật mà có thể sử dụng bình điều hoà hút hoặc không dùng bình điều hoà hút. Do đó sẽ không đi tìm hiểu tính toán bình điều hoà hút. b. Bình điều hoà đẩy Trong quá trình đẩy một phần lưu lượng của máy bơm được tích luỹ trong bình mực chất lỏng dâng nên sẽ nén khối khí trong bình, tạo nên áp suất lớn. Khi van đẩy đóng nhờ áp suất của khối khí trong khoang trên bị nén trong bình nên chất lỏng liên tiếp được đẩy ra ống đẩy, vì vậy lưu lượng và áp suất của bình điều hoà giảm đi và dòng chảy ổn định hơn. Bình điều hoà đẩy có tác dụng làm giảm lực quán tính trong ống đẩy của bơm piston, lực quán tính chỉ còn xuất hiện trên một đoạn ngắn từ bơm tới bình điều hoà. Để bình ổn áp làm việc có hiệu quả phải thường xuyên bổ sung một lượng không khí nhất định trong bình. Thông thường khí nén này bằng Nitơ được nạp trước trong bình và được xác định theo áp suất làm việc của máy bơm . Tính toán bình điều hoà thực chất là đi xác định thể tích khí trong bình. Trong quá trình làm việc thể tích và áp suất không khí trong bình luôn thay đổi 3.2.5. Khắc phục hiện tượng xâm thực a.Hiện tượng xâm thực Định nghĩa: Là hiện tượng xuất hiện các bọt khí hơi trong dòng chất lỏng do nguyên nhân giảm áp tới một giá trị giới hạn nào đó. Thông thường giá trị này là áp suất hơi bão hoà. Các bọt khí trong chất lỏng có thể theo hai con đường: - Chúng được hình thành từ dòng chất lỏng hóa hơi cục bộ trong dòng chảy khi áp suất hơi cục bộ ở một nơi nào đó nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa; - Các bọt khí hòa tan trong chất lỏng (hoặc lọt từ ngoài vào do một nguyên nhân nào đó) là tác nhân đẩy nhanh hơn sự xuất hiện các bọt khí xâm thực. Sau khi các bọt khí xuất hiện chúng sẽ bị dòng chất lỏng cuốn vào những vùng có áp suất P > Pbh, các bọt khí này sẽ bị tan ra thành những giọt chất lỏng nhỏ hơn nhiều so với thể tích của bọt khí. Như vậy trong dòng chảy sẽ hình thành các khoảng trống cục bộ thu hút các phần tử chất lỏng xung quanh nó với tốc độ rất lớn làm cho áp suất tại đó đột ngột tăng lên rất cao, áp suất cục bộ rất lớn làm nổ bề mặt kim loại, phá hủy các bộ phận làm việc của máy. Khi xảy ra hiện tượng xâm thực, dòng chảy trong máy bị gián đoạn gây nên tiếng động bất thường làm máy bị rung nhiều, lưu lượng, cột áp, hiệu suất của máy bị suy giảm nghiêm trọng. Hiện tượng xâm thực thường xảy ra ở các bộ phận của máy có áp suất nhỏ, nhiệt độ cao, nhất là ở những nơi chất lỏng có vận tốc, áp suất thay đổi đột ngột, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất làm việc của động cơ. Để động cơ làm việc đạt hiệu quả cao ta cần chú ý khắc phục hiện tượng xâm thực. b. Một số biện pháp chống hiện tượng xâm thực b1. Xét trong quá trình hút Hình 3.1: Quá trình hút Viết phương trình Becnulli cho mặt cắt a-a và b-b lấy mặt chuẩn tại a-a đủ lớn để Va ≈ 0: = Zh + + + ∑hh + hqt (3.3) trong đó: Pa : áp suất tại mặt thoáng bằng áp suất khí trời; Zh : Chiều cao hút; Px1: áp suất ở buồng làm việc trong quá trình hút; Vxl : Vận tốc chất lỏng trong buồng làm việc (hay vận tốc piston); ∑hh: Tổng tổn thất cột áp trên toàn bộ chiều dài của ông hút; hqt : Cột áp quán tính trên ống hút. = - ( Zh + + ∑hh + hqt ) (3.4) Mà (Zh, , ∑hh ) ≥ 0 vì thế cho nên áp suất buồng làm việc trong quá trình hút là Px1, nếu hqt > 0 thì Px1 sẽ nhỏ hơn áp suất ở mặt thoáng (Px1 < Pa ). Trong quá trình làm việc, để tránh hiện tượng gián đoạn dòng chất lỏng trong bơm, chất lỏng có thể tách rời khỏi piston, làm giảm lưu lượng của bơm và hiện tượng xâm thực của bơm thì: Px1 ≥ Pbh (trong đó Pbh : áp suất hơi bão hoà) Để có Px1 lớn thì Zh; ; ∑hh; hqt phải nhỏ. Ta xét một vài biện pháp sau: Xét Zh: đối với bơm piston Zh ≤ 4÷5 (m) Tốt nhất là có Zh < 0 tức là mực chất lỏng cao hơn miệng hút. Giảm tổn thất trên ống hút và giảm vận tốc piston. + ∑hh = + hvh + Tn (3.5) = + hvh + + hvh : Tổn thất van hút; ξ: Hệ tổn thất cục bộ; λ : Hệ số tổn thất đường ống. - Giảm tổn thất cục bộ trên đường hút và chọn ống hút ngắn nhất. - Vận tốc piston càng lớn, cột áp tổn thất càng lớn. - Ta chọn ống hút ngắn, có đường kính lớn, số vòng quay n không được lớn quá n = 100 ÷ 200 (vòng/phút). hqt = (3.6) Qua phân tích trên ta thấy rằng áp suất trong quá trình hút của bơm (Pxl) nhỏ nhất khi piston bắt đầu chuyển động hút từ B2 (X = 0) và lớn nhất khi piston đến B1 (X = S). Do đó, điều kiện làm việc bình thường của bơm không có hiện tượng xâm thực trong quá trình hút là: x=0 ≥ (3.7) Δh: Cột áp dự trữ khi có xâm thực => - ≥ + Δh (3.8) b2.Xét trong quá trình đẩy Ta có: + = Zh + + + + hqtd (3.9) Trong đó: Zb = 0; Ze= Zđ: Độ cao đẩy; PC, VC : Áp suất và vận tốc dòng chảy tại nơi cần cung cấp; Px2, Vx2: Áp suất và vận tốc tại điểm đang xét trong quá trình đẩy; Tđ: Hệ tổn thất tương đương của ống đẩy xác định tưong tự như ống hút; Hvđ : Tổn thất năng lượng tại van đẩy; ξ : Hệ tổn thất cục bộ; λ : Hệ số tổn thất đưòng ống; Σhđ : Tổn thất trên đường ống đẩy. = hvd + Td (3.10) Td = + Vì vận tốc của chất lỏng tại đoạn đường ống có chiều dài li, đường kính di tiết diện fi . Vi = Vx2 (3.11) hqtd = Lđ : Chiều dài tương đương ống đẩy và ống hút. Ld = = + [+ hvd + (Td – l)+] (3.12) Ta thấy: Px2 đạt min khi x =0; Px2 đạt max khi x =S (tức quá trình bắt đầu đẩy). = + (Σd + hvd + hq + hqt(max)) (3.13) Khi hqt(max) = lớn nhất thì trong buồng công tác của bơm có xuất hiện chân không (< 10,3mH2O) và xẩy ra hiện tượng xâm thực: < Do đó, điều kiện đảm bảo bơm piston làm việc bình thường không xẩy ra hiện tượng xâm thực là: ≥ ( + Δh) (3.14) Đối với bơm piston truyền dẫn tay quay: + (Zd + hvd - ω2R) ≥ + Δh (3.15) Vậy ta có một số biện pháp chống xâm thực như sau: - Giảm chiều dài ống đẩy (nên giảm các đoạn nằm ngang của ống đẩy); - Tăng diện tích mặt ống đẩy, biện pháp này đơn giản và có hiệu quả tốt; - Giảm diện tích mặt piston F, bán kính quay R và số vòng quay làm việc n; Công thức tính số vòng quay lớn nhất trong quá trình hút và đẩy là: Thay ω= л.n/30, trong điều kiện xâm thực ta được: n2maxR = – Δh – Zh – hvh (3.16) nmax(1) = (3.17) Tương tự trên ta tính được số vòng quay giới hạn cho phép của bơm trong quá trình đẩy. nmax(2) = (3.18) Ta phải có: [n] = nmax(1),(2) Với bơm nước thường [n] = 100÷200 (vòng/phút) *Kết luận: Để khắc phục hiện tượng xâm thực trong bơm piston ta cần chú ý các điểm quan trọng sau: - Giảm tổn thất trên đường hút; - Giảm tổn thất cục bộ trên toàn đường hút; - Chọn ống hút ngắn nhất; - Giảm chiều dài ống đẩy; - Tăng diện tích mặt ống đẩy; - Giảm diện tích mặt piston, bán kính quay và số vòng quay làm việc; - Giảm vận tốc của piston. 3.2.6. Khắc phục hiện tượng xói mòn trong thân bơm và ổ cối xupap a. Hiện tượng Hiện tượng xói mòn do thủy lực xảy ra do ma sát giữa chất lỏng thủy lực với kim loại (đường ống, van, thân bơm, cối xupap...) Do chất lỏng thủy lực khi chuyển động với vận tốc cao và áp suất lớn, các phân tử nước chuyển động trên bề mặt kim loại, tạo ra các lực lớn tác dụng vào các hạt kim loại. Cấu trúc của các hạt kim loại liên kết với nhau nhưng không ngăn cản được lực này nên bị tách ra khỏi kim loại. Quá trình này xảy ra liên tục làm cho bề mặt kim loại mòn dần đi. Như ta đã biết trong thủy lực học, nếu trên cùng một đường ống thì lưu lượng tỉ lệ nghịch với áp suất. Điều đó có nghĩa nếu thông số của bơm không đổi thì áp suất P và lưu lượng Q khi qua ống có đường kính là D. Nếu tăng D lên thì Q tăng và áp suất P giảm xuống và ngược lại. Còn tốc độ dòng chảy phụ thuộc vào tiết diện mặt cắt của dòng chảy. Và qua đây ta cũng đề cập đến vấn đề sự phá hủy của dòng chảy thủy lực khi trên đường ống bị rò rỉ. Dòng chảy của phần này rất lớn và phá hủy rất nhanh. D2 V2 D1 V1 Ta có : D1V1 = D2V2 V2 = Vì vậy lưu lượng Q là không đổi cho nên: Q = V1 = V2 (3.19) Lợi dụng vào tính chất này mà người ta chế tạo súng phun và thiết bị cắt kim loại bằng dòng thủy lực. b. Khắc phục và thay thế Phần thủy lực của bơm giữa cối xupap và thân được lắp đặt với nhau như sau: Hình 3.2: Thân bơm và ổ cối xupáp Ổ cối xupap được lắp ráp với thân bơm theo góc côn α. Bề mặt côn này khi lắp ráp phải nhẵn, độ nhẵn giữa 2 bề mặt phải đảm bảo để 2 bề mặt tiếp xúc với nhau hoàn toàn. Trong quá trình làm việc cũng như là trong quá trình gia công không được chính xác và lắp ráp không sạch sẽ làm rỗ thân bơm... Nó gây ra giữa ổ cối xupap và thân bơm khe hở nhỏ, mặc dù khe hở nhỏ này không làm tổn thất về áp suất bơm. Trong quá trình bơm với áp suất lớn và tốc độ dòng chảy lớn dòng thủy lực chạy qua khe hở này với vận tốc rất lớn làm phá hủy kim loại. Khi bơm đẩy thì cối xupap xả phải xả và ở trên của xupap hút. Phần bị phá hủy xói mòn chủ yếu là các góc, các cạnh và các vật cản chuyển động của dòng chảy. Vì khi dòng chảy đi qua đây nó sẽ phá hủy phần nào yếu nhất trước và từ đó phá dần ra. Việc xói mòn thân bơm và ổ cối xupap này gây ra hậu quả rất nghiêm trọng vì việc sửa chữa và thay thế tốn rất nhiều công sức và tiền của. Chính vì thế chúng ta đưa ra biện pháp khắc phục hiện tượng này bằng cách thay các thiết bị rẻ tiền để thay thế cho các thiết bị đắt tiền. Trên phần côn lắp ghép của ổ cối, để xupap được chế tạo hàng loạt, các nhà máy khi chế tạo đã tiện đi một lớp tạo ra chiều dày của rãnh là 1 đường kính bằng gioăng cao su. Hình 3.3 : Gioăng cao su Để khi lắp gioăng cao su không bật ra thì: Thông thường người ta chọn gioăng tùy thuộc vào loại có sẵn và hay chọn Ф gioăng = 8÷10 mm là tốt nhất. Vì gioăng cao su này mềm và dễ bị phá hủy hơn kim loại và khi lắp ráp vào nếu bị phá hủy trước sẽ làm giảm áp suất và mất tác dụng của cối xupap này. Khi phát hiện ra hiện tượng này cũng như phát hiện ra cối xupap có làm việc bị hư hỏng thì phải dễ dàng thấy được. Nếu thấy được ta chỉ việc tháo ra và thay gioăng mới vào là xong. Giá thành của gioăng này nhỏ hơn nhiều lần so với giá thành của cối xupap như là thân bơm. Công việc thay thế rất nhanh chóng và đơn giản, và hiện tại phương pháp này vẫn được áp dụng trên nhiều giàn khoan. CHƯƠNG 4 CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG CỦA BƠM PISTON YHБ-600 4.1. Biện pháp về quy trình vận hành Biện pháp này đảm bảo cho bơm hoạt động bình thường trong quá trình làm việc. Bởi vì xilanh - piston là hai chi tiết quan trọng nhất trong máy bơm piston, mọi biểu hiện không bình thường trong quá trình làm việc có thể dẫn đến hỏng hóc các bộ phận của bơm đều ảnh hưởng đến cụm xilanh - piston và dẫn đến các nguyên nhân gây ra hỏng hóc của cụm. Do đó, để bơm làm việc bình thường trong quá trình vận hành ta phải thực hiện các công việc sau: - Kiểm tra lượng dung dịch trong bơm sao cho trong suốt quá trình làm việc bơm không bị khí xâm thực vào; - Kiểm tra nhớt bôi trơn và các bộ phận của máy xem có đảm bảo yêu cầu kỹ thuật; - Cần giữ nhiệt độ và áp suất ổn định trong suốt quá trình làm việc của bơm; - Trong khi bơm làm việc không được tiến hành bất cứ một công việc nào. Ngoại trừ việc siết chặt các đệm làm kín đai ốc, nắp van; - Tiến hành kiểm tra định kỳ van an toàn ít nhất là một lần sau 10 giờ làm việc để ngừa các chất lắng đọng trên các bề mặt van an toàn và trên các đường ống hút; - Kiểm tra thường xuyên các mối ghép có liên kết ren của bulông, đai ốc. Đặc biệt chú ý đến các liên kết ren chịu tải của hộp thủy lực vì mối ghép này dù chỉ hơi lỏng cũng dẫn đến sự phá hủy các liên kết ren làm mòn bề mặt lắp ráp và đệm làm kín; - Không cho phép bơm làm việc lâu dài ở áp suất vượt quá các chỉ số trong tính năng kỹ thuật. Cho phép tăng công suất nhưng không quá 10% trong thời gian 5 phút. Tất cả các chi tiết của hộp thủy lực chịu áp suất làm việc là 25MPa chịu áp suất thử là 37,5 MPa trong thời gian 5 phút; - Hướng quay của trục chủ động phải đúng với hướng quay đã được chỉ ra trên khung máy (theo chiều kim đồng hồ); - Phải rửa sạch dung dịch ở hộp thủy lực khi bơm ngừng hoạt động trong thời gian dài để tránh hiện tượng lắng đọng các hạt sét và hạt mài trong hộp thủy lực nhằm ngăn ngừa quá trình ăn mòn. Những chú ý khi vận hành máy bơm Trong quá trình máy bơm làm việc thường xẩy ra một số biểu hiện của sự hỏng hóc. Để đảm bảo quá trình bơm làm việc không bị gián đoạn ta cần tìm hiểu, xác định nguyên nhân của hiện tượng đó để có biện pháp khắc phục kịp thời. Các biểu hiện thường gặp khi vận hành máy bơm: Bảng 4.1 : Những biểu hiện hỏng hóc thường gặp và cách khắc phục Biểu hiện hỏng hóc Nguyên nhân Biện pháp khắc phục Khi bơm làm việc không chuyền dung dịch, áp suất không tăng lên - Không đủ dung dịch. - Van hút bị đóng - Xilanh khôngcó dung dịch - Đường hút bị hở - Van an toàn bị hỏng - Khí xâm thực vào khoang bơm - Tiếp thêm dung dịch + Mở van hút. + Kiểm tra bộ làm kín đường ống hút + Thay van an toàn. - Kiểm tra các đệm làm kín xilanh, ty piston, đường ống hút, bộ phận lọc khí Lưu lượng bơm nhỏ không phù hợp với tính toán - Van nắp sai - Tắc phiến lọc - Lắp ống lót giữa xi lanh và nắp xi lanh không 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 - Có thể mòn piston, xi lanh, xói mòn mặt côn đế van, hoặc rách vòng làm kín đế van. - Tháo xi lanh, piston ra sửa chữa hoặc thay mới (nếu mòn quá 1mm, có vết xước sâu 1mm) - Thay vòng làm kín đế van Có tiếng rít ở đệm làm kín với ty bơm và dung dịch rò rỉ theo đường này - Đệm làm kín và ty bơm bị mòn - Lỏng ốc xiết - Thay đệm làm kín và ty bơm (khi ty có đường kính bị mòn đi hơn 1,5mm hoặc các vết xước > 2mm) - Xiết lại ốc đến khi hết rò rỉ thi thôi Có tiếng gõ trong hộp thủy lực khi piston hoạt động - Mối ghép giữa piston và ty piston bị lỏng - Xi lanh xiết chưa chặt - Mối ghép giữa ty piston và ty trung gian bị lỏng - Kẹp chặt Piston lên ty nhờ thiết bị gá ép hoặc xiết chặt đai ốc - Xiết chặt lại xi lanh. - Xiết chặt đai ốc hãm Tiếng gõ trong xi lanh ở vị trí van - Lò xo của van bị yếu hoặc bị gẫy. - Bơm bị xâm thực quá nhiều - Thay hoặc lắp lại lò xo. - Kiểm tra lại toàn bộ phận làm kín đường hút Dung dịch bị chảy ra lỗ báo hiệu A trong xi lanh của hộp thủy lực Bộ phận làm kín giữa xi lanh và thân bơm bị lỏng hoặc không chăt. Xiết chặt lại, nếu vẫn rò rỉ thì phải thay bộ làm kín mới Hiện tượng dung dịch rò ra từ rãnh trên lắp van . Gioăng làm kín giữa nắp van và thân bơm bị hỏng Thay thế bộ gioăng mới Áp suất trên đường xả dao động mạnh - Áp suất tan dầu trong bình ổn áp không có hoặc không đủ - Màng cao su bị rách - Tăng áp suất bình ổn áp - Thay mới Bàn trượt nóng quá mức - Dầu bôi trơn kém, tắc các lỗ bôi trơn. - Độ nhớt của dầu quá lớn - Máy bơm lắp đặt bị nghiêng - Thay dầu bôi trơn . - Thông lại các lỗ - Kiểm tra lại bơm - Cấp lại máy cho cân Lượng dung dịch bôi trơn làm mát trục piston giảm - Chất bôi trơn , làm mát thiếu - Bơm quay ngược - Bơm làm việc không đảm bảo thông số - Bồn dầu quá bẩn - Cho thêm dung dịch vào - Đổi chiều quay - Kiểm tra lại bơm - Thay dầu mới Có tiếng gõ trong phần dẫn động - Răng ăn khớp bị gẫy hoặc lắp ghép giữa tay biên và ty trung gian bị hỏng hoặc mòn - Hàng ốc kẹp của nắp cacte máy vào thân bị nới lỏng - Kiểm tra ben qua lắp thăm dò nếu bị găng, thay - Lắp bạc lót vào giữa tay biên và ty trung gian - Vặn lại ốc cho chặt. Các ổ bi bị nóng - Dầu bôi trơn thiếu - Ổ bi bị bó và bẩn - Thêm dầu bôi trơn. - Rửa, lau chùi ổ. 4.2.Các biện pháp cải thiện điều kiện làm việc 4.2.1.Xử lý pha rắn trong dung dịch Do máy bơm piston làm việc trong môi trường chất lỏng gồm hai pha rắn- lỏng, pha rắn là nguyên nhân chính dẫn đến sự mòn hỏng của máy đặc biệt là cụm xi lanh-piston. Để hạn chế sự mòn hỏng này cần phải có các thiết bị làm sạch dung dịch. 1. Sàng rung Sàng rung là thiết bị tách mùn khoan chính. Sàng rung được lắp trực tiếp ở đầu máng dẫn dung dịch từ giếng khoan trở về. Sàng rung bao gồm một lưới thép không gỉ lắp trong một khung. Khung này lắp trên các lò xo và khung rung động nhờ một trục lệch tâm chuyển động nhờ động cơ điện. Khung lưới đặt nghiêng một góc nhất định về phía máng chứa mùn. Do lưới thép rung động nên dung dịch chảy qua sẽ bị phá vỡ cấu trúc. Dung dịch lọt qua mắt lưới xuống máng dẫn, mùn khoan có kích thước lớn sẽ nằm lại trên sàng rung và theo chiều của lưới thép ra ngoài. Lưới sàng rung có nhiều loài khác nhau, thường được xác định bằng số mắt lưới trên một đơn vị chiều dài. Mắt lưới càng dày thì việc lọc mùn khoan càng tốt, tuy nhiên lại không đảm bảo được lưu lượng. Để đảm bảo được hai điều kiện này người ta thường đưa vào sử dụng sàng rung kép, nghĩa là đặt hai lưới thép song song, một lưới ở trên thưa hơn và lưới dưới dày hơn. Hoặc người ta đặt sàng rung song song. 2. Máng lắng Đây là thiết bị dùng để tách bớt phần chất rắn trong dung dịch đã lọt qua sàng rung. Máng lắng có chiều rộng từ 600÷700 (mm), sâu 400÷600 (mm) và dài 40÷50 (cm). Để phá hủy cấu trúc dung dịch, tạo điều kiện cho mùn khoan dễ lắng, người ta làm các vách ngăn đặt trong máng cách nhau từ 4÷6 cm. Các vách ngăn đặt cách đáy hoặc nhô cao trên thành máng từ 20÷30 cm hoặc đặt sát đáy và thấp dưới thành máng 20÷30 cm, đặt xen kẽ nhau. Trên đường máng đặt xen kẽ các hố lắng sâu. 3. Máy tách khí Dùng để xử lý dung dịch khi bị lẫn khí tránh nguy cơ phun trào, hỏa hoạn, đồng thời giảm lượng khí có lẫn trong dung dịch đi vào bơm gây nên hiện tượng xâm thực làm hỏng hóc các bộ phận của bơm đặc biệt là hệ thống thủy lực, làm giảm hiệu suất làm việc của bơm. Máy tách khí có nhiều loại khác nhau nhưng đều làm việc theo nguyên lý: phá vỡ cấu trúc dung dịch bằng cách trải mỏng dung dịch lên các tấm ngăn trong thùng kín, phía trên tạo chân không để cho khí tách ra khỏi dung dịch. 4. Bộ lọc cát, mùn. Tất cả các loại mùn khoan qua lưới rung có kích thước lớn hơn 74μm được gọi là cát và nhỏ hơn 74μm được gọi là mùn. Nếu để cát và mùn lẫn vào dung dịch thì sẽ làm hao mòn các chi tiết của máy bơm và làm giảm tuổi thọ của choòng khoan. Vì vậy phải tách cát và mùn ra. Để làm được việc đó người ta dùng thùng xoáy thủy lực: Hình 4.1: Sơ đồ cấu tạo Thùng xoáy thủy lực 1.Đường vào; 2. Thành máy xoáy thủy lực; 3. Đường ra của cặn; 4. Đường ra của dung dịch sạch; 5. Lỗ làm hẹp Đây là thiết bị dùng để làm sạch dung dịch có hiệu quả nhất. - Nguyên lý hoạt động: Dung dịch từ lỗ khoan chảy ra được bơm vào ống (1) tiếp tuyến với thành máy xoáy lốc thủy lực (2). Do tác dụng của lực ly tâm, các phần tử nhẹ hơn sẽ văng ra xa tâm, tiếp giáp với thành nón của máy và chuyển dịch xuống dưới, chảy ra ngoài lỗ (3) của van điều chỉnh lỗ. Dung dịch nhẹ sẽ chảy xoáy ở tâm của máy qua lỗ (4) chảy vào hố chứa. Lỗ (5) được làm hẹp sẽ tăng tốc độ dòng chảy vào máy. Máy lốc thủy lực làm việc bình thường cần có áp suất 0,2÷0,5 MN/m2 (2÷5 kg/cm2). Tất cả các thiết bị được bố trí theo sơ đồ nguyên lý của hệ thống tuần hoàn dung dịch. Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuần hoàn dung dịch Bảng 4.2 : Hệ thống tuần hoàn dung dịch 1-2. Máy bơm dung dịch 9.Sàng rung 15. Quang treo 3-4. Bể chứa dung dịch 10.Bể chứa chất thải 16. Cần chủ động 5. Manifold cao áp 11.Bể chứa dung dịch sạch 17. Cần khoan 6. Van một chiều 12. Máy lọc bùn 18. Cần nặng 7.Vòi cao áp 13. Máy tách khí 19. Thành giếng 8.Máng xả 14. Manifold hút 20. Choòng khoan 21. Khoảng trống giữa ống chống và cần khoan 4.2.2. Khắc phục hiện tượng xâm thực - Giảm lượng khí có trong dung dịch sau khi thanh lọc vào bơm là ít nhất. Đây là yếu tố rất quan trọng nó quyết định lớn đến hiệu suất làm việc của bơm như đã nêu ở trên. Nếu lượng khí này còn lớn nó sẽ tăng dần khi vào trong buồng làm việc, tạo ra các bọt khí và gây ra hiện tượng xâm thực. Để giảm lượng khí này: + Sử dụng thiết bị tách lọc khí sao cho lượng khí lẫn trong dung dịch còn lại trước khi vào bơm là ít nhất + Thường xuyên kiểm tra hiện tượng rò rỉ chất lỏng qua đường ống hút, đệm làm kín. - Đảm bảo áp suất, nhiệt độ trong quá trình bơm không vượt quá giới hạn cho phép, nhiệt độ hay áp suất của chất lỏng (dung dịch) có ảnh hướng rất lớn đến hiện tượng xâm thực vì khi nhiệt độ tăng làm cho áp suất giảm tới giá trị nhỏ hơn, áp suất hơi bão hòa sẽ gây ra hiện tượng xâm thực. Tương tự vậy, trong bơm piston luôn có sự dao động áp suất, lưu lượng của dòng chất lỏng. Để khắc phục hiện tượng dao động này nhằm hạn chế sự xuất hiện của hiện tượng xâm thực, có 3 biện pháp: + Dùng bình điều hòa; + Dùng bơm tác dụng hai chiều; + Dùng bơm ghép: dùng bơm có từ 3 xi lanh trở lên hoặc dùng các bơm piston có chuyển động quay: bơm rôto hướng trục, bơm rôto hướng kính. - Hạn chế nguyên nhân gây ra hiện tượng xâm thực do lực quán tính của dòng chất lỏng bằng cách lắp đặt bơm sao cho có chiều dài ống hút, ống đẩy hợp lý: + Giảm chiều dài ống đẩy (giảm các đoạn nằm ngang của ống đẩy), tăng diện tích mặt ống đẩy, giảm diện tích măt piston, tăng số vòng quay. + Quá trình hút: qua tính toán người ta quy định: -> Đường kính ống hút tối thiểu Ф ≥ 200mm. -> Chiều cao ống là: + 1,5m đối với xilanh có đường kính trong là 200mm ; + 2,2m đối với xilanh có đường kính trong là 130mm. 4.3. Các biện pháp về quy trình bảo dưỡng, lắp ráp Trong quá trình sản xuất, các máy móc, thiết bị nói chung, máy bơm nói riêng đều có thời hạn bảo dưỡng định kỳ. Trong quá trình bảo dưỡng có thể phải tiến hành sửa chữa nhỏ, sửa chữa vừa, sửa chữa lớn. Khi tiến hành bảo dưỡng thì trước hết ta phải tháo rời từng bộ phận chi tiết của máy, làm sạch chúng. Sau đó quan sát, đánh giá tình trạng sử dụng của các chi tiết. 4.3.1. Vệ sinh trước khi lắp ráp Các chi tiết trước khi lắp ráp cần được lau chùi sạch sẽ, không được lẫn bụi, bẩn, tạp chất và phải được bố trí theo từng nhóm chi tiết, thiết bị để dễ dàng cho thao tác lắp đặt. Chi tiết được bôi trơn một lớp dầu nhớt mỏng (mác dầu: K19) 4.3.2. Trình tự lắp ráp Trình tự lắp ráp cần được tiến hành theo một thứ tự hợp lý, ngược lại với quá trình tháo dỡ. Cụ thể như sau: Phần thủy lực - Lắp các cối van và ép chặt cho tới khi cối van không thể xuống được nữa; - Lắp cụm van gồm các chi tiết: Bạc dẫn hướng, ty dẫn hướng, lò xo, nắp van, đai ốc, kẹp nắp van; - Lắp nắp chặn van, siết vít chặn trên nắp chặn van; - Lắp ống xa nhích và lắp bộ gioăng làm kín và siết chặt các đai ốc; - Lắp xi lanh đồng thời lắp bộ làm kín ngoài xi lanh; - Lắp bạc đỡ đầu xi lanh; - Lắp bạc chặn và đai ốc nén phớt xa nhích. Riêng thân máy xong, cuối cùng sẽ lắp phần bịt đầu xi lanh. Tiếp theo đó là tiến hành lắp đặt phần dẫn động, hệ thông bôi trơn ty bơm, cụm bình ổn áp, van an toàn. Van - Lắp ráp các van có bề mặt không bị rỗ, nứt hay xói mòn; - Độ bóng bề mặt côn trong và mặt ngoài của cối van là 0,63(MK); - Yêu cầu tiếp xúc bề mặt ngoài của cối van và mặt lỗ của hộp thủy lực phải lớn hơn hoặc bằng 80% và phải phân bố đều trên toàn bộ bề mặt; - Cối van và nắp van cao su khi nắp có độ kín đạt yêu cầu kĩ thuật; - Lắp lò xo với độ cứng sao cho nó phải có độ nén để nắp van vào mặt cối van nhằm đảm bảo độ kín và duy trì áp lực của bơm; - Phải lắp nắp chặn van với gioăng cao su làm kín đảm bảo yêu cầu kĩ thuật (gioăng không bị rách, đảm bảo tính đàn hồi...). 4.3.3. Những chú ý trong quá trình tháo lắp - Bề mặt côn của đế van, piston, trục piston cần phải tiếp xúc với chi tiết không ít hơn 70% bề mặt côn của mình; - Bề mặt dẫn hướng con trượt phải trơn bóng và không có vết xước. Bề mặt tiếp xúc giữa máng dẫn hướng và con trượt phải có độ hở nằm trong giới hạn 0,2÷0,5mm; - Khe hở giữa mút đầu nhỏ tay biên và mặt mút con trượt ở cả hai bên không nhỏ hơn 1mm; - Khe hở dọc trục ở ổ bi côn tập chung về một bên cần nằm trong khoảng 0,3÷0,4mm; - Mặt đế van khi ép vào, cần phải nổi lên trên bề mặt của hộp thủy lực khoảng 6÷12mm; - Vết tiếp xúc của bánh răng ăn khớp không nhỏ hơn 5% chiều dày và 60% chiều cao; - Khe hở mặt bên của cặp bánh răng ăn khớp cần nằm trong khoảng 0,4÷0,9mm; - Độ đảo côn mặt đầu hướng kính của puly máy bơm cho phép không vượt quá 0,3mm; - Tất cả các mối ghép trên phải đảm bảo được kẹp siết chặt và đều không được cong, vênh và biến dạng các chi tiết liên kết; - Ở máy bơm lắp ghép hoàn chỉnh cần phải đảm bảo độ kín khít ở tất cả các mối lắp phớt và đệm làm kín. 4.3.4. Kiểm tra lần cuối - Kiểm tra tính đồng bộ và đầy đủ các chi tiết; - Kiểm tra siết chặt lại các mối ghép ren nếu còn lỏng; - Kiểm tra bộ truyền động của máy bơm bằng cách quay puly xem làm việc có nhẹ nhàng không và có bị kẹt không; - Kiểm tra dầu bôi trơn ở cacte xem đã đủ chưa; - Kiểm tra các gioăng làm kín xem có rò rỉ không. 4.3.5. Căn chỉnh đồng tâm Sau khi lắp ráp máy bơm, động cơ điện lên gá, để đảm bảo máy bơm hoạt động tốt ta phải căn chỉnh theo chiều ngang và dọc trục. Trục chủ động của máy bơm và trục động cơ phải nằm song song với nhau, các rãnh lắp dây đai nằm trên các đường thẳng song song và vuông góc với trục động cơ. Các dây đai không được căng hoặc lỏng quá mức. Căn chỉnh theo phương thẳng đứng bằng cách kê các tấm căn. 4.4. Biện pháp an toàn khi vận hành máy bơm dung dịch khoan Trong quá trình làm việc có thể gây ra các sự cố gây nên những tai nạn không thể lường trước được. Chính vì vậy các biện pháp an toàn là rất quan trọng đối với con người cũng như máy móc thiết bị. Để máy bơm làm việc tốt và an toàn nhất thiết phải tuân thủ theo các nguyên tắc sau: - Trước khi máy bơm khởi động cần phải 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. - Khi hành trình của máy bơm đạt mức bình thường cần thiết phải đóng ngay van khởi động, đồng thời theo dõi chỉ số áp kế. Không cho phép áp suất tăng vượt quá giới hạn làm việc; - Máy bơm cần lắp thiết bị bảo hiểm và hệ thống báo động; - Khi máy bơm hoạt động không được tiến hành bất cứ công việc sửa chữa nào; - Khi phát hiện máy có các khuyết tật sau thì cấm máy bơm tiếp tục làm việc: + Vết nứt ở các bộ phận như: Bánh đai, bình điều hòa, van an toàn; + Các rãnh then, vít cấy bị hỏng; + Không có tấm chắn bảo vệ bộ phận dẫn động; + Đệm làm kín của xi lanh bị hỏng khi dung dịch rò rỉ qua lỗ báo hiệu; + Xói mòn mặt trong của xi lanh theo đường kính > 1,5mm so với đường kính danh nghĩa; + Ty bị cong và có vết nứt, xước; + Nắp xilanh và bu lông có vết nứt, gãy sứt; + Có vết nứt, mẻ ở các bộ phận của máy có mối hàn. - Khi xảy ra cháy nổ cần phải báo ngay cho trung tâm an toàn và cần nhanh chóng cứu chữa những người và thiết bị liên quan. Ngừng máy bơm không hoạt động ngay lập tức; - Trong quá trình vận hành, cần ghi chép những biểu hiện của bơm vào sổ trực để theo dõi; - Chỉ rời máy khi bàn giao ca xong. KẾT LUẬN Trong công tác khoan dầu khí ở Xí nghiệp Liên doanh Dầu khí Vietsovpetro, loại máy bơm dung dịch khoan YHБ – 600 vẫn được sử dụng chủ yếu và có hiệu quả tại các giàn cố định. Trong quá trình sử dụng, các cụm thiết bị, các chi tiết trong bơm hay bị mòn hỏng. Để quá trình sản xuất được liên tục, hiệu quả thì việc tìm ra các dạng hỏng và nguyên nhân gây hỏng là rất cần thiết. Đề tài này em đã trình bày một cách tổng quan về cấu tạo, đặc điểm và một số dạng mòn hỏng của máy bơm dung dịch khoan YHБ – 600, đồng thời cũng trình bày các biện pháp khắc phục để đảm bảo độ bền và hiệu quả sử dụng của bơm. Sau thời gian thực tập ở Vietsovpetro và thực hiện đề tài này, em đã củng cố thêm những kiến thức đã học cũng như bước đầu làm quen được với những kiến thức về thực tế sản xuất. Đây là bước đầu quan trọng cho việc định hướng và phát triển khả năng nghiên cứu khoa học trong tương lai. Qua đây, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: ThS Nguyễn Thế Vinh, các thầy giáo bộ môn Thiết Bị Dầu Khí, Bộ môn Khoan – khai thai thác và các bộ môn thuộc Xí nghiệp Liên doanh Dầu khí Vietsovpetro đã giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian thực hiện đồ án. Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2010 Sinh viên Bùi Ngọc Quyền TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. TS Nguyễn Văn Giáp: “Thiết bị khoan thăm dò”, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, năm 2002. [2]. TS Trần Đình Kiên: “Dung dịch khoan và vữa trám”, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, năm 2002. [3]. Vũ Thế Sự: “Công nghệ sửa chữa máy và thiết bị mỏ”, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, năm 2008. [4]. PGS-TS Lê Văn Tiến “Kỹ thuật công nghệ cơ khí”, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, năm 1993. [5]. GVC Trần Văn Bản: “Thiết bị khoan – khai thác dầu khí”. [6]. ThS Trần Ngọc Minh: Bài giảng “Máy thuỷ khí”. [7]. Ts.Lê Xuân Hòa – ThS.Nguyễn Thị Bích Ngọc: “Lý thuyết và thực hành bơm - quạt máy nén”, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ STT SỐ HÌNH VẼ TÊN HÌNH VẼ TRANG 1 Hình 1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bơm tác dụng đơn 5 2 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc bơm piston tác dụng kép 8 3 Hình 1.3 Sơ đồ tính toán cột áp 8 4 Hình 1.4 Sơ đồ dao động lưu lượng của bơm piston tác dụng đơn 12 5 Hình 1.5 Sơ đồ dao động lưu lượng của bơm tác dụng kép 12 6 Hình 1.6 Sơ đồ dao động lưu lượng của bơm piston tác dụng 3 lần và 4 lần 12 7 Hình 1.7 Đường đặc tính lý thuyết của bơm piston 14 8 Hình 1.8 Đường đặc tính làm việc của máy bơm piston 15 9 Hình 1.9 Đường đặc tính làm việc của máy bơm piston xâm thực 15 10 Hình 1.10 Đường đặc tính ghép bơm piston 16 11 Hình 2.1 (a,b)_Sơ đồ tổng thể máy bơm YhБ-600 21÷22 12 Hình 2.2 Sơ đồ truyền động của máy 22 13 Hình 2.3 Cấu tạo cụm thủy lực 23 14 Hình 2.4 Cấu tạo cụm xilanh- piston 26 15 Hình 2.5 Cấu tạo piston 27 16 Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo bình điều hoà 28 17 Hình 2.7 Biểu đồ xác nhận áp suất gas ban đầu trong bình điều hòa 29 18 Hỉnh 2.8 Bộ làm kín ty piston 30 19 Hình 2.9 Bộ làm kín ty trung gian 31 20 Hình 2.10 Kết cấu van thuỷ lực 32 21 Hình 2.11 Cấu tạo van an toàn 33 22 Hình 2.12 Cấu tạo phần dẫn động của máy bơm YHБ-600 34 23 Hình 2.13 Bánh đà 35 24 Hình 2.14 Sơ đồ truyền động bánh răng 36 25 Hình 2.15 Cấu tạo trục biên 38 26 Hình 2.16 Cấu tạo tay biên 38 27 Hình 2.17 Cấu tạo bánh lệch tâm 39 28 Hình 2.18 Cơ cấu truyền động của bơm piston 39 29 Hình 2.19 Cấu tạo của kết cấu con trượt 40 30 Hình 2.20 Hệ thống bôi trơn làm mát 41 31 Hình 3.1 Quá trình hút 52 32 Hình 3.2 Thân bơm và cối xupáp 57 33 Hình 3.3 Gioăng cao su 58 34 Hình 4.1 Sơ đồ cấu tạo Thùng xoáy thủy lực 63 35 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tuần hoàn dung dịch 64 DANH MỤC BẢNG BIỂU STT SỐ BẢNG TÊN BẢNG TRANG 1 Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật ứng với từng loại đường kính xilanh 20÷21 1 Bảng 2.2 Các chi tiết cấu tạo cụm thủy lực 23÷24 2 Bảng 2.3 Các chi tiết cụm xilanh - piston 26 3 Bảng 2.4 Các chi tiết cấu tạo bình điều hòa 28 4 Bảng 2.5 Các chi tiết phần dẫn động của máy YHБ-600 35 5 Bảng 2.6 Các chi tiết bộ truyền động bánh răng 37 6 Bảng 2.7 Các chi tiết của hệ thống bôi trơn làm mát 42 7 Bảng 4.1 Những biểu hiện hỏng hóc thường gặp và cách khắc phục 60÷61 8 Bảng 4.2 Hệ thống tuần hoàn dung dịch 64 BẢNG QUY ĐỔI CÁC ĐƠN VỊ 1 inch ('') = 25,4 mm 1 N/m2 = 10-5 bar = 1,02.10-5 kG/cm2 = 750.10-5 mmHg T°K = (273 + t) °C T°F = (1,8.t + 32) °C 1at = 98066,5 Pa 1 bar = 1,02 KG/cm2 = 1 at