Đề tài Cấu tạo, nguyên lý làm việc, quy trình bảo dưỡng máy bơm khoan W-2215 trong khoan dầu khí

quy định thời gian, nội dung bảo dưỡng và khối lượng công việc để kịp thời 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 toàn bộ hệ thống máy bơm. Công tác này phải được tiến hành thường xuyên, có kế hoạch phòng 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 sửa 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, hàng quý như sau : Bảng 3.2 Quy trình bảo dưỡng các bộ phận Bảo dưỡng Tần suất Bộ phận Qui trình bảo dưỡng Bắt đầu vận hành máy ( 500 giờ đầu) Bộ lọc dầu bên ngoài Nam châm Làm sạch nam châm ở bộ lọc dầu bên ngoài 50 giờ một lần hoặc cho tới khi không còn cặn bẩn bám vào nam châm còn nhìn thất được trong quá trình kiểm tra Kiểm tra lưới lọc Kiểm tra các bộ phận bên trong bộ lọc khi làm sạch nam châm và làm sạch chúng khi thấy cần thiết Rửa sạch bộ lọc khi có tổn thất áp suất lớn hơn 20 psi Dầu bôi trơn Thay dầu bôi trơn cứ mỗi 250 giờ làm việc hoặc 3 tháng một lần, theo tiêu chí cái nào tới trước thì thực hiện thay Hộp số Kiểm tra độ mòn và rỗ của bánh răng trong suốt quá trình vận hành không tải ban đầu. Một vài sự sửa chữa và hiệu chỉnh là cần thiết với hộp số trong qua trình chạy thử. Những lỗ rỗ ấy phải nhỏ và không lan rộng theo đường biên rạng của răng. Chúng ko được phát triển nhanh và trở lên những lỗ rỗ to trong qua trình chạy thử. Bảo dưỡng hàng ngày Bơm Kiểm tra bơm để chắc chắn rằng các bộ phận kết nối bằng ren của bơm đã kín khít ngăn chặn sự xâm nhập của không khí làm gỉ các bộ phận. Bộ phận cơ khí Kiểm tra chỉ số của đồng hồ đo đặt trên bộ lọc dầu bên ngoài của bơm Làm sạch bộ lọc và nam châm lọc nếu áp suất khác nhau trên đồng hồ là lớn hơn 15 psi khi bơm đang vận hành Kiểm tra mức dầu của bơm vào cuối ngày làm việc, nên kiểm tra khi bơm đã ngừng hoạt động. Vỏ bọc hộp xích Kiểm tra mức dầu hang ngày cho bơm bôi trơn bộ phận xích. Mức dầu trong hộp bọc xích nên được kiểm tra khi bơm đang làm việc. Xích truyền động( cần dừng hoạt động của bơm trước khi làm căng xích) Kiểm tra xích trên bộ phận truyền động. Chú ý khi xích bị lỏng cần phải tắt bơm để đảm bảo an toàn trước khi làm căng dây xích. Chú ý độ thẳng hang của các bánh đai trong quá trình làm căng xích. Bơm phụ Bôi trơn trục chính và cần bọc cẩn thận theo hướng dẫn của nhà sản xuất Kiểm tra xi lanh và pit tông Kiểm tra điều kiện của xi lanh và pit tông. Do có một lượng nhỏ các hạt rắn chứa trong dung dịch nên cứ mỗi chu kì các hạt này lại làm mài mòn xi lanh và pittông. Tuy nhiên chúng ta không cần phải chỉ ra độ mòn của xi lanh và pit tông ngay. Sự mài mòn của xi lanh và pittông trong quá trình này là xảy ra rất chậm, quá trình này diễn ra và tổ hợp lại cho tới khi chũng ta có thể thấy được và khi đó cần phải bảo dưỡng và thay thế. Bộ phận làm mát xi lanh Kiểm tra bộ phận làm mát xi lanh và pit tông hàng ngày. Khi nước làm mát bị bẩn quá nên thay thế để đảm bảo khả năg làm mát. Làm sạch bộ phận chứa nước làm mát trước khi thay thế nước làm mát. Chú ý: Nước làm mát bẩn sẽ làm tăng độ mài mòn của xi lanh và pit tông làm giảm tuổi thọ của bơm. Cụm phân dòng bơm phun Kiểm tra vòi bơm phun trên cụm phân dòng hàng ngày. Làm sạch bộ phận này khi cần thiết để đảm bảo việc cung cấp nước làm mát cho xi lanh và pit tông đầy đủ. Cần bơm và bộ phận kẹp giữ xi lanh Kiểm tra lại xi lanh và bộ phận giữ xi lanh sau vài giờ chạy không tải để chắc chắn rằng xi lanh được cố định. Việc vặn chặt các chi tiết sẽ làm giảm sự dịch chuyển của cần pittông. Séc măng làm kín van Kiểm tra để chắc chắn séc măng kín khít sau quá trình vận hành thử. Bình điều hòa hút Kiểm tra áp suất. Cần chắc chắn điều kiện vận hành. Áp suất làm việc trông đợi là 15 psi. Bộ phận làm kín cần Bôi trơn bộ phận làm kín cần với loại dầu hộp số liti No1 trong khi bơm đang hoạt động. Bôi trơn bơm cho tới khi nhìn rõ ràng bên trong đường kính của bộ làm kín được bôi trơn đầy đủ. Chắc chắn rằng mỡ làm kín đều ở xung quanh chỗ làm kín. Bảo dưỡng nửa tháng một lần Ren của các van Di chuyển tất cả các thứ bao ngoài ren, làm sạch tất cả bùn đất và mảnh vụn trên ren của các bộ phận. Lau mỡ làm sạch ren với thiết bị làm sạch. Điều này rất quan trọng để chống lại sự mòn kẹt van Không nên dùng bộ phận nối ren bình thường vì nó không có tác dụng bảo vệ ren. Nút bao và bọc van Làm sạch và bọc nút van với cung vật liệu sử dụng bọc ngoài ren của van. Kiểm tra lớp phủ ngoài của van và làm sạch và phủ bảo vệ vai xi lanh trước khi lắp đặt. Việc đó rất cần thiết để chống lại độ nghiêng của đầu ống và cho phép kết nối chặt các bộ phận. ống lót dẫn hướng van Kiểm tra ống lót dẫn hướng của van và thay thế nếu thấy nó bị mòn quá mức vì sự mòn của ống lót là nguyên nhân gây mòn van. Van và chỗ đặt Kiểm tra van và vị trí lắp đặt để tìm sự mòn hỏng. Thay thế bộ phận mòn. Đệm làm kín trục pittông Đây là bộ làm kín ép buộc để ngăn chặn sự rò rỉ của mặt bích và cần bơm. Kiểm tra để chắc chắn rằng đệm làm kín không bị tổn hại và biến dạng. Chắc chắn việc lắp đặt đệm làm kín là đúng vị trí trong đường rãnh của trục pittông. Ốc bắt trên trục pittông Thay thế ốc nếu có tổn thất hay ăn mòn hoặc trong trường hợp chất dẻo làm kín bị mất có thể làm hại tới ren. Thay thế ốc khi đã được tháo lắp tới lần thứ 3. Bảo dưỡng hành tháng Bộ lọc Làm sạch bộ lọc Ốc và đinh tán Kiểm tra và làm sạch tất cả các ốc và đinh tán của xi lanh, kiểm tra ốc trên bộ phận hút và xả và ốc ở các bộ phận khác. Đệm làm kín Kiểm tra bộ phận cơ khí để tìm ra đệm bị rò rỉ hoặc mất khả năng làm việc. Thay thế nếu cần thiết. Bảo dưỡng định kì 6 tháng Bôi trơn bộ phận cơ khí Làm sạch dầu và cặn bẩn trên rãnh thoát và chạc chữ thập Bôi trơn với loại dầu bôi trơn hợp lí. Bôi trơn xi lanh Xi lanh cần được lắp đặt đúng vị trí và không có cản trở khi hoạt động. Bộ lọc dầu ngoài Rửa sạch nam châm Kiểm tra bên trong khi rửa các bộ phận, làm sạch nếu áp suất giảm quá 20 psi. Bảo dưỡng 12 tháng 1 lần Khe hở Kiểm tra khe hở trên tất cả bánh răng, chạc chữ thập và hộp số chính. Ghi lại dữ liệu cho những lần sửa chữa tiếp sau. Cần sửa chữa khi độ hở giữa các chi tiết lớn gấp 2 lần độ hở khi lắp đặt. Nếu độ hở của chi tiết tăng lên bất thường chứng tỏ tại vị trí đó có ăn mòn cần kiểm tra kĩ và khắc phục. Với độ hở khi lắp đặt xem lại ở catalog. Chạc chữ thập Kiểm tra hệ thống bôi trơn và điều kiện của chạc chữ thập. Thay thế nếu có sự mòn hỏng hay trầy xước quá mức. Bu lông Kiểm tra độ chặt của bu lông khi lắp đặt. Kiểm tra độ an toàn của dây nịt bu lông trên toàn bộ ốc. Nếu bu lông và dây nịt bị lỏng cần tìm nguyên nhân và khắc phục chúng. Vặn chặt ốc lỏng. Thay thế dây nịt bị hỏng. Kiểm tra độ chặt của ốc chính trên bộ đỡ. Bánh răng hộp số Kiểm tra điều kiện của bánh răng chính và phụ. Giống như cách kiểm tra ở các phần trước, một vài lỗ rỗ có thể xuất hiện trong quá trình từ trong giai đoạn đầu tiên trong qua trình vận hành bơm. Ban đầu những lỗ rỗ này chỉ xuất hiện quanh răng của bánh răng. Sau đó lỗ rỗ sẽ phát triển và giăng do vậy cần phải kiểm tra và sử lí loại bỏ nguyên nhân gây nên chúng. Thay thế các bộ phận mòn hỏng qua mức. Cất chứa ( trong điều kiện không vận hành 1 tuần hoặc hơn) Bộ phận cơ khí Bỏ bộ phận che chắn trục truyền. Thoát nước và làm sạch hố gom và thùng lắng. Bôi trơn tất cả các bánh răng, làm sạch bề mặt, bôi trơn bề mặt bằng một lớp dầu chống gỉ. Thay thế bộ phận che chắn. Nâng phần đầu ra của bơm lên cao để bơm dốc về phía trục truyền. Thay thế nút của thùng đựng nước thải. Bao phủ bên ngoài khuỷu bằng lớp bao phủ giúp cho không khí lưu thông tốt ngăn ngừa lắng cặn. Bộ phận thủy lực Tháo các bộ phận van, cần pittông và xi lanh của bơm. Làm sạch các bộ phận bên trong của xi lanh, pit tông sơn phủ bộ phận này, bảo vệ van và các bộ phận bằng lớp dầu bảo vệ. Làm sạch các bộ phận của bình làm mát xi lanh bôi dầu bảo vệ . Bơm Kiểm tra bơm và hộp số 1 tháng 1 lần. Bảo vệ bề mặt bơm bằng dầu chống gỉ. Sau khi đưa máy vào làm việc từ trạng thái cất chứa trong kho Bộ phận cơ khí Dỡ bỏ các thứ bao phủ bảo vệ trục truyền. Làm sạch và kiểm tra các bộ phận. Kiểm tra hộp số để chắc chắn nó ở điều kiện tốt. Làm đầy bộ phận chứa dầu bôi trơn của bộ phận cơ khí bằng loại dầu thích hợp. Đổ dầu vào chạc chữ thập và đảm bảo đổ ngập tới bộ phận bánh răng. Bộ phận thủy lực Kiểm tra van, pittông, xi lanh và các bộ phận khác để chắc chắn chúng trong điều kiện tốt. Vặn chặt tất cả các bu lông, đai ốc, các bộ phận nối và bao một cách cẩn thận. Đổ đẩy bình bơm xi lanh với loại dầu làm mát sạch. CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN BƠM VÀ NGHIÊN CỨU SỰ MÒN HỎNG CỦA CỤM XILANH-PITTÔNG 4.1 MỘT SỐ DẠNG MÒN HỎNG CỦA CUM XILANH- PITTONG Cũng giống như tất cả các loại máy móc thiết bị khác, máy bơm khoan cũng gồm nhiều chi tiết, bộ phận ghép lại với nhau. Trải qua thời gian làm việc, chúng bị mòn hỏng dần dần, làm hiệu suất và năng suất bơm giảm, thậm chí có thể dẫn tới tình trạng bơm không thể tiếp tục làm việc được nữa, làm gián đoạn quá trình thi công. Sự mòn hỏng của bơm rất đa dạng, bao gồm sự mòn và sự hỏng: Sự mòn là sự thay đổi dần dần, có quy luật về hình dạng, kích thước, trạng thái cấu trúc của chi tiết, cũng như tính chất ban đầu của nó theo thời gian, trong những điều kiện và chế độ làm việc bình thường của bơm. Sự hỏng là sự cố xảy ra đột ngột, làm cho mối ghép, cơ cấu của máy không thể tiếp tục làm việc được nữa. Sự mòn hỏng của bơm khoan rất đa dạng, chủ yếu do các nguyên nhân sau: Do ma sát xuất hiện giữa các bề mặt có sự chuyển động tương đối với nhau, làm bề mặt tiếp xúc của các chi tiết bị mài mòn, dẫn đến giảm kích thước hình học của chi tiết, thay đổi khe hở lắp ghép ban đầu. Kích thước hình học giảm làm độ bền của chi tiết giảm, đồng thời làm tăng khe hở mối ghép, dẫn đến giảm độ kín khít gây ra va đập và tải trọng động, xuất hiện tiếng ồn khi bơm làm việc, làm giảm hiệu suất và năng suất của bơm, ... Sự mòn do ma sát là yếu tố khách quan, không thể tránh khỏi. Để hạn chế và giảm đến mức có thể thì ta phải lựa chọn chế độ ma sát thích hợp cho từng mối ghép trong bơm, đảm bảo đúng chế độ ma sát cho chúng. Do điều kiện làm việc của máy như : tải trọng, tốc độ trượt, nhiệt độ mối ghép tăng cao đột ngột. Những yếu tố này xuất hiện do chế độ vận hành máy không đúng, do điều chỉnh các thông số làm việc không phù hợp, do việc bôi trơn không đảm bảo, làm cho các chi tiết bị biến dạng, bị mỏi, dẫn đến hỏng đột ngột như : đứt, gãy, cong, kẹt, ... Sự mòn hỏng này thường không mang tính quy luật và phần lớn do ý thức trách nhiệm và trình độ kỹ thuật non kém của người sử dụng gây ra. Do ảnh hưởng của môi trường : như độ ẩm, độ bụi, chất ăn mòn, ... Do thiết kế: như vật liệu không đủ bền, kết cấu chưa hợp lý gây tập trung ứng suất, ... Do chế tạo: như phương pháp gia công, trạng thái bề mặt, độ chính xác, ... Do lắp ráp, điều chỉnh như: kiểu lắp ráp, phương pháp lắp ráp, khe hở lắp ráp, ... Những yếu tố này gây ảnh hưởng đên quá trình mòn hỏng của chi tiết, bộ phận trong máy bơm một cách đáng kể. Như vậy, do nhiều nguyên nhân khác nhau gây ra và bao giờ cũng bắt đầu từ sự mòn hỏng của các chi tiết, các mối ghép. Do vậy, việc xem xét sự mòn hỏng của bơm chính là việc nghiên cứu sự mòn hỏng của các chi tiết, các cụm chi tiết riêng biệt trong nó. Quá trình này giúp ta nắm được bản chất, nguyên nhân của các hiện tượng, để từ đó có các biện pháp hạn chế và khắc phục hư hỏng, lập được quy trình công nghệ sửa chữa một cách hợp lý, đạt được hiệu quả kinh tế cao và giúp bơm làm việc với hiệu quả cao nhất. 4.1.2 Cơ sở lý thuyết của sự mòn hỏng 4.1.2.1 Mòn tự nhiên Mòn tự nhiên là sự thay đổi kích thước của các chi tiết hoặc thay đổi khe hở của các mối ghép trong cụm so với yêu cầu kỹ thuật đã định. Mòn tự nhiên bao gồm các loại: mòn cơ học, mòn hoá học và mòn điện hoá. Mòn cơ học Đặc điểm: mòn cơ học là hiện tượng mòn xảy ra trên bề mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết chuyển động tương đối với nhau trong quá trình làm việc. - Mòn do mài: Khi mối ghép hoặc hai bề mặt chi tiết tiếp xúc nhau có sự chuyển động tương đối, dưới sự tác động của tải trọng, tại bề mặt tiếp xúc của hai chi tiết xuất hiện lực ma sát. Các nhấp nhô vốn có trên bề mặt chi tiết sẽ bị lực ma sát phá vỡ và san bằng, kết quả là bề mặt chi tiết bị mòn dần. Hình 4.1. Sơ đồ biểu diễn sự mòn do mài Bảng 4.1 Các chi tiết trong sơ đồ biểu diễn sự mòn do mài STT Tên chi tết STT Tên chi tiết 1 Bề mặt chi tiết 1 3 Chất bôi chơn 2 Bề mặt chi tiết 2 4 Sản phẩm mài mòn Tốc độ mài mòn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: độ nhấp nhô bề mặt, trạng thái của bề mặt tiếp xúc, tính chất lý hoá của vật liệu chế tạo chi tiết, tải trọng tác dụng lên mối ghép, tốc độ trượt và nhiệt độ trong mối ghép. - Mòn hạt mài: Là hiện tượng phá hỏng bề mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết có sự chèn ép hạt mài. Các hạt mài (kim loại hoặc phi kim) có độ bền, độ cứng lớn hơn độ bền, độ cứng của lớp kim loại bề mặt chi tiết. Khi có sự chuyển động tương đối giữa hai chi tiết, hạt mài bị chèn ép, lúc đó nó có tác dụng như một con dao cắt, cắt đi một lớp kim loại, tạo lên nhưng vết xước, những rãnh nhỏ trên bề mặt chi tiết. Vết xước càng nhiều thì càng làm tăng độ nhấp nhô bề mặt và làm tăng khả năng bị oxi hoá, bị san phẳng do mài. Kết quả là bề mặt của chi tiết bị mòn dần. Hình 4.2 Sơ đồ biểu diễn sự mòn do chèn ép hạt mài Bảng 4.2. Các chi tiết trong sơ đồ biểu diễn sự mòn do chèn ép hạt mài STT Tên chi tết STT Tên chi tiết 1 Bề mặt chi tiết 1 3 Chất bôi chơn 2 Bề mặt chi tiết 2 4 Hạt mài Hạt mài có thể có trong chất lỏng bôi trơn, trong nhiên liệu hay từ xung quanh chỗ làm việc rơi vào vùng tiếp xúc của hai bề mặt. Tốc độ mài mòn phụ thuộc vào tính chất của hạt mài, tính chất của bề mặt tiếp xúc cũng như chế độ tải trọng. Nếu độ cứng bề mặt càng cao thì mức độ mòn càng giảm. - Mòn do gỉ: Mòn do gỉ xảy ra khi trong chất bôi trơn bề mặt tiếp xúc của hai chi tiết có lẫn nước, có khả năng oxi hoá bề mặt kim loại, làm xuất hiện trên bề mặt chi tiết một lớp oxít có độ bền thấp hơn độ bền kim loại gốc. Dưới tác dụng của tải trọng, lớp oxít bị bong ra, chi tiết bị hao mòn về kích thước. - Mòn cơ học – phân tử: Mòn xảy ra do tác động đồng thời của tải trọng và lực ma sát phân tử. Nguyên nhân do sự liên kết phân tử của từng bộ phận trên bề mặt tiếp xúc nhỏ, dưới tác dụng của áp lực riêng lớn, trên bề mặt tiếp xúc xuất hiện lực ma sát phân tử lớn, một phần của liên kết bị bong ra, dẫn đến bề mặt chi tiết bị mòn dần. Mòn hoá học - Bản chất: mòn hoá học là quá trình phá huỷ kim loại dưới tác dụng của các nguyên tố hoá học có trong môi trường khí khô hoặc dung dịch không điện ly, tạo ra trên bề mặt kim loại một lớp oxít (lớp gỉ). Lớp oxít ban đầu hình thành ở bề mặt kim loại, sau đó phát triển sâu dần vào bên trong, kéo theo sự thay đổi thành phần của kim loại và tính chất của nó. Kim loại lúc đó bị phân huỷ từng phần hoặc toàn bộ (hoà tan), hoặc sản phẩn ăn mòn có thể hình thành ở trạng thái kết tủa trên bề mặt kim loại. Đôi khi quá trình xảy ra với sự phân giải thành phần cấu trúc, thay đổi tính chất cơ lý của kim loại và phi kim, phá huỷ các mối liên kết giữa các mạng tinh thể. - Đặc điểm: Sản phẩm ăn mòn hình thành trực tiếp trên phần bề mặt, quá trình phân huỷ xảy ra tại chỗ tưởng tác giữa kim loại và môi trường ăn mòn. Ăn mòn hoá học thường xảy ra do tác động của các chất lỏng không điện phân và khí khô. Trong dung dịch điện phân: những dung dịch không điện phân phần lớn là các chất hữu cơ không dẫn điện. Sự tương tác giữa kim loại với môi trường ăn mòn, phụ thuộc vào bản chất hoá học của hợp chất hữu cơ, vào nhiệt độ và các yếu tố khác. Trong môi trường khí khô: tốc độ ăn mòn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như bản chất kim loại, thành phần hợp kim của chúng, đặc tính của môi trường khí, nhiệt độ và tính chất của sản phẩm ăn mòn, thời gian tác động của môi trường lên kim loại. Tốc độ ăn mòn sảy ra nhanh khi môi trường có nhiệt độ cao. Ăn mòn điện hoá - Bản chất: Mòn điện hoá là sự phá huỷ kim loại, xảy ra với sự tác động của các dung dịch điện phân, của khí ẩm lên kim loại và hợp kim. Quá trình ăn mòn có phát sinh dòng điện. - Đặc điểm: Ăn mòn điện hoá thường xảy ra hai quá trình đồng thời: oxy hoá và oxy hoá khử. Trong kim loại thường tồn tại những pha có thế điện cực khác nhau, ở môi trường khí ẩm hay môi trường dung dịch điện phân, những pha này tạo thành những bộ pin tế vi. Trong quá trình pin tế vi tồn tại, luôn xảy ra hiện tượng có một cực của bộ pin hoà tan vào dung dịch, điều này làm cho bề mặt kim loại của chi tiết bị mòn dần. Quá trình hoà tan kim loại còn kéo theo sự trao đổi các điện tử và i-ôn giữa kim loại với dung dịch điện phân, do đó các quá trình ăn mòn xảy ra trong dung dịch điện phân có cường độ mòn lớn. Tốc độ ăn mòn kim loại trong dung dịch điện phân phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính của dung dịch. Trong môi trường axít, môi trường kiềm và môi trường trung tính, quá trình ăn mòn thường xảy ra khác nhau. 4.1.2.2 Mòn sự cố Là hiện tượng mòn do máy thường xuyên bị quá tải, do chế độ bảo dưỡng, vận hành máy không đúng, quá trình mòn xảy ra không bình thường, độ mòn tăng nhanh gây ra những hư hỏng nghiêm trọng như: đứt, gãy, vỡ chi tiết. - Mòn sự cố thường do các nguyên nhân sau gây ra: Chế độ làm việc định mức của máy bị phá vỡ: do tải trọng tăng đột ngột, do các mối lắp ghép trong máy bị thay đổi làm sai lệch vị trí tương đối giữa các chi tiết. Chế độ bôi trơn máy bị vi phạm: thiếu dầu, tắc dầu, sử dụng các loại dầu bôi trơn không phù hợp. Chi tiết của máy khi chế tạo không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật: vật liệu không phù hợp, độ chính xác, độ bóng không đảm bảo, có khuyết tật. Chế độ lắp ráp cụm chi tiết hoặc bộ phận máy không phù hợp, không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Chế độ vận hành không đúng. Mòn sự cố phát sinh do mòn cơ học hoặc phát sinh bởi các khuyết tật chứa trong máy. Nhận xét: Máy bơm dung dịch khoan W- 2215-193 làm việc trong môi trường ngoài trời trên các giàn khoan- khai thác dầu khí ngoài biển. Vì vậy, nó chịu tác động của nắng, mưa, nước biển, hơi nước biển, ... có chứa muối nên gây ăn mòn khá mạnh cho bơm. Tuy nhiên phần bên trong của bơm chịu ăn mòm bởi các nguyên khác nhau. Đối với cụm cơ khí thì môi trường làm việc có sự ma sát mạnh giữa các cặp chi tiết như: bánh răng- bán răng, bánh răng- trục, trục- ổ, ... Trong quá trình làm việc do chịu ma sát nên các chi tiết này nóng lên, làm cho cơ –lý- hoá học của vật liệu chế tạo chi tiết sẽ bị thay đổi, nên khả năng làm việc của chúng sẽ thay đổi theo, dẫn đến hiệu suất làm việc của bơm giảm nhanh chóng. Do vậy, người ta sử dụng một số loại dầu bôi trơn chuyên dụng để giảm lực ma sát, giảm hao mòn, làm mát chi tiết, liên tục làm sạch chi tiết, bảo vệ các chi tiết khỏi han gỉ và đảm bảo tính kín khít giữa các chi tiết. Nhưng trong mỗi loại dầu bôi trơn được sử dụng này, người ta cũng thường xuyên thêm vào một số phụ gia với nồng độ từ (0,01 ÷ 0,5)% để nâng cao tính chất bôi trơn riêng biệt cho sản phẩm. Vì vậy, sau một thời gian làm việc thì chất lượng dầu bôi trơn sẽ giảm do một số yếu tố nào đó, nên sẽ dẫn đến hình thành các cặn bẩn nguy hại, một số nhũ bền cao, ... cũng sẽ gây mòn hỏng các chi tiết bôi trơn, làm giảm khả năng làm việc của toàn hệ thống. Đối với các chi tiết trong phần thuỷ lực của bơm, đặc biệt là chi tiết quan trọng như cụm xilanh – pittong và một số cụm khác thì ngoài sự mòn hỏng do ma sát, chất bôi trơn như trên, thì trong quá trình làm việc chúng tiếp xúc trực tiếp với dung dịch khoan nên sẽ chịu thêm sự mòn do dung dịch khoan này gây ra nữa, bởi dung dịch khoan chứa các tác nhân gây mài mòn và ăn mòn như: Các phần tử cứng vụn có trọng lượng riêng tương đối lớn, được người ta cho vào làm chất gia trọng của dung dịch khoan như: Fe3O4, CaCO3, Fe2O3, ... Các loại bột mài, các hạt nham thạch và khoáng chất bị nghiền nát do choòng khoan từ đáy lỗ khoan lên bề mặt như: SiO2, Bazan, CaCO3, ... có độ cứng rất cao. Các hạt sét, cát có trong thành phần khởi đầu của dung dịch từ việc pha chế sét lộ thiên hoặc bê tông chộn. Mặc dù, dung dịch khoan sau quá trình tuần hoàn bơm rửa giếng đã được sử lý, gia công và làm sạch bằng máy khuấy thuỷ lực, số lượng bọt và chất cứng nguy hại đã giảm đi, nhưng quá trình làm sạch chúng hoàn toàn là không thể, nên những hạt, phần cứng, ... có thành phần kích cỡ nhỏ hơn 160µm vẫn tiếp tục tăng và tồn tại trong dung dịch khoan, điều này dẫn đến việc gây mòn do ma sát cho các chi tiết trong cụm thuỷ lực đặc biệt là cụm xilanh – pittong. Không những thế, sự có mặt của những hoá chất có sẵn trong dung dịch cũng như các hoá chất cho vào trong quá trình gia công, làm sạch dung dịch, dưới điều kiện áp suất và nhiệt độ cao của máy bơm trong quá trình làm việc, chúng sẽ tác dụng hoá – lý với kim loại ở bề mặt chi tiết và gây ra ăn mòn hoá học cho chúng, làm ảnh hưởng đến năng suất và hiệu quả của máy bơm. Như vậy, do bơm phải trải qua một quá trình làm việc lâu dài dưới tác dụng của tải trọng, của ma sát và các nguyên nhân khác như: nhiệt độ, độ ẩm, độ bịu, ... nên sự mòn hỏng cho máy bơm là yếu tố không thế tránh khỏi. Do khuôn khổ đồ án đặt ra, sau đây e xin trình bày sự mòn hỏng của cụm xilanh – pittong. 4.1.3 Các dạng mòn hỏng của cụm xilanh- pittong Đối với cụm xilanh – pittong thì sự hỏng hóc rất đa dạng, mỗi dạng đều có nguyên nhân riêng. Qua việc phân tích quá trình làm việc của bơm dung dịch khoan W2215-193, ta thấy cụm xilanh – pittong có các dạng mòn hỏng chính sau: hỏng do mòn, hỏng do va đập và hỏng do khuyết tật chế tạo. 4.1.3.1Hỏng do mòn Đây là dạng hỏng hay gặp nhất đối với cụm xilanh – pittong của máy bơm khoan W2215-193. Sự mòn là sự thay đổi dần dần, có tính quy luật về hình dạng, kích thước, trạng thái cấu trúc của chi tiết, cũng như tính chất ban đầu của nó theo thời gian trong điều kiện làm việc bình thường của máy. Để đánh giá về sự mòn hỏng của chi tiết, người ta đưa ra khái niệm về độ mòn cho phép và độ mòn giới hạn: Độ mòn cho phép là hiệu số giữa kích thước danh nghĩa và kích thước cho phép. Trong đó, kích thước danh nghĩa là kích thước ghi trên bản vẽ, kích thước cho phép là kích thước nằm trong miền dung sai quy định ghi trên bản vẽ. Độ mòn giới hạn là hiệu số giữa kích thước danh nghĩa và kích thước giới hạn. Trong đó, kích thước giới hạn là kích thước mà khi chi tiết đạt đến, nó sẽ bị loại bở và không được sử dụng nữa. Khi chi tiết bị mòn, nếu giá trị mòn của chúng vượt quá độ mòn giới hạn thì chúng được coi là hỏng. Đối với xilanh Xilanh chủ yếu bị mòn theo chiều dài hành trình làm việc, cường độ mòn theo chiều dài thường không đều, làm mặt trụ của xilanh trở thành mặt côn. Bề mặt lỗ của xilanh bị mòn cơ học và mài mòn phân tử tạo nên các vết xước, bị mòn hoá học tạo nên các vũng rỗ do lớp gỉ bong ra. Theo chiều dài làm việc các vết này có độ rộng và độ sau khác nhau, tức làm cho xilanh mòn không đều. Xilanh mòn nên hình dáng bị thay đổi, phía dưới bề mặt trong xilanh có phần bị mòn nhiều hơn, xilanh sẽ bị ôvan. Phía trên điểm chết trên (ĐCT) và phía dưới điển chết dưới (ĐCD) của xilanh bị mòn ít hơn phần giữa ĐCT và ĐCD. Tại vị trí lắp đặt các van hút và van xả, xy lanh bị mòn nhiều nhất. Hình 4.3 Sự mòn của xilanh Bảng 4.3. Các chi tiết trong hình 4.3 STT Tên chi tiết STT Tên chi tiết a Xilanh khi chưa bị mòn 1 Mặt trong của xi lanh khi chưa mòn b Xilanh đã bị mòn 2 Mặt trong của xilanh khi bị mòn Bề mặt ngoài của xilanh cũng thường xuyên xuất hiện các lớp oxít, các vết rỗ nông, nên bề mặt ngoài của xilanh cũng bị mòn. Đối với pittong Hình 4.4 Sự mòn vòng cao su của pittong Trên bề mặt pittong tiếp xúc với bề mặt trong của xilanh thì chủ yếu xuất hiện các vết xước không đều nhau dọc theo chiều dài, đồng thời quá trình chuyển động của pittong trong xilanh sẽ làm mòn mép biên của pittong. Mặt pittong trực tiếp nén chất lỏng cũng thấy xuất hiện chủ yếu các vết rỗ dày, độ rộng và sâu khá lớn. Đai ốc siết hai đầu pittong bị giảm kích thước. Lỗ pittong cũng có biểu hiện của sự mòn, sự mòn này biểu hiện ở sự giảm độ khít giữa lỗ pittong và cần pittong. Lỗ pittong có các lớp oxít, phía mép ngoài của nó bị mòn nhiều hơn. Vòng cao su làm kín bị rỗ, xước và mòn, ở một số pittong có thời gian làm việc lâu dài, vòng cao su còn bị rách. Nguyên nhân sự mòn hỏng cụm xilanh – pittong: Sự mài mòn cụm xilanh – pittong thường gây lên hư hỏng khi độ mòn vượt quá giới hạn cho phép. Sự mòn hỏng của chúng chủ yếu do các nguyên nhân sau: Do sự xuất hiện của các hạt mài, các hạt mài là các kim loại hoặc phi kim có độ bền, độ cứng lớn hơn độ bền, độ cứng của lớp kim loại bề mặt xilanh – pittong. Chúng xuất hiện do hai nguyên nhân cơ bản sau: Các hạt mài có sẵn trên bề mặt chi tiết: do lỗi của quá trình gia công chi tiết lần cuối, như dùng phương pháp mài tinh lần cuối, sau khi gia công còn có hạt mài cứng găm trên bề mặt làm việc của xilanh. Các hạt mài có trong dung dịch khoan: trong bơm khoan YHБ – 600, không dùng dầu bôi trơn để bôi trơn cụm xilanh – pittong, mà người ta dùng luôn dung dịch khoan để bôi trơn, làm mát. Khi bơm làm việc, dung dịch khoan vừa là chất lỏng làm việc, vừa đóng vai trò bôi trơn, làm mát bộ truyền xilanh – pittong. Nhưng trong dung dịch khoan có các chất rắn như các hạt nặng BaSO4, Fe2O3, ... các hạt rắn từ dưới đáy giếng khoan đi lên do quá trình làm sạch dung dịch còn sót lại như thạch anh, đá, cát, ... Trong quá trình làm việc, các hạt mài này bị pittong đẩy chuyển động theo, và giống như một dao cắt, nó cắt đi một lớp kim loại trên bề mặt làm việc của cụm xilanh – pittong gây lên xước và làm cụm xilanh – pittong bị mòn nhanh. Các chất hoá học có khả năng ăn mòn chứa trong dung dịch khoan tạo ra các lớp oxít trên bề mặt kim loai của chúng. Các vết xước trên bề mặt kim loại là chỗ rất thuận tiện để các chất hoá học đọng lại và hình thành nên các lớp oxít. Khi pittong chuyển động, nó sẽ cuốn đi các lớp oxít này và để lại trên bề mặt xilanh các vết rỗ. Các vết này ngày càng phát triển nhanh hơn do sự chuyển động liên tục của pittong trong xilanh để tạo ra lưu lượng và áp suất yêu cầu, đồng thời dưới sự tác động của nhiệt độ và áp suất làm việc sẽ làm cho cụm xilanh – pittong mòn rất nhanh. Do lực ma sát giữa xilanh và pittong: Fms = N.f (4.1) Hình 4.5 Ảnh hưởng của thành phần lực N đến độ mòn của xilanh Thành phần lực N này gây ra chèn ép hạt mài, làm tốc độ mài mòn bộ truyền xilanh – pittong tăng nhanh. Trong bơm W2215-193, ba xilanh đặt nằm ngang nên khi pittong chuyển động, thành phần lực N có thể được coi là trọng lượng bản thân pittong, nó sẽ tạo ra áp lực lên thành xilanh, đặc biệt là phía dưới của xilanh. Do đó, phía dưới của xilanh bị mòn nhiều hơn, nên xilanh bị ôvan. Riêng ở phần trên của chết trên và phần dưới của điểm chết dưới, do không có sự tác dụng của lực ma sát giữa xilanh và pittong nên chúng bị mòn rất ít. Ngoài ra, sự tác động tức thời giữa các phần tử của bề mặt tiếp xúc với thành phần xilanh – pittong sẽ làm xuất hiện các lực nén cục bộ, sinh ra ma sát sẽ làm cặp xilanh – pittong bị mỏi nên sẽ gây ra mòn. Tại chỗ lắp van có độ mòn lớn nhất là do sự tác động của dòng chảy dao động có chứa các hạt rắn, đồng thời đây cũng là chỗ chịu tác động của dòng chảy có nhiệt độ và áp suất lớn nhất. Do sự tác động của áp lực dòng chảy lên bề mặt cụm xilanh – pittong, đồng thời dung dịch lại luôn luôn thay đổi ra vào liên tục cũng sẽ làm quá trình mài mòn bộ truyền này diễn ra nhanh hơn. Do sự hỏng của đệm làm kín ngoài xilanh – pittong hoặc các đệm làm kín này được xiết chưa chặt, nên dung dịch khoan có thể chảy qua và đọng lại trên bề mặt ngoài của xilanh – pittong. Từ đó, chúng sẽ hình thành các lớp gỉ (lớp oxi hoá) làm mòn dần bề mặt ngoài của xilanh. 4.1.3.2 Hỏng do va đập Sự hỏng của cụm xilanh – pittong chủ yếu là do sự mòn chi tiết. Nhưng bên cạnh đó, trong quá trình bơm làm việc, vì một lý do nào đó, nó cũng sẽ gây ra một số va đập tương đối mạnh và cũng sẽ dẫn đến làm hỏng cụm này. Thông thường, có hai dạng va đập thường gặp đối với cụm xilanh – pittong khi bơm làm việc là: va đập thuỷ lực và va đập cơ khí. Va đập thuỷ lực Va đập thuỷ lực là hiện tượng biến đổi áp suất đột ngột khi có sự thay đổi đột ngột của vận tốc dòng chảy. Khi xảy ra hiện tượng va đập thuỷ lực, bề mặt pittong và xilanh sẽ xuất hiện các vết rỗ rộng và sâu. Các vết này phát triển nhanh, làm cho bề mặt của xilanh – pittong bị mòn rất mạnh, dẫn đến khe hở lắp ghép thay đổi và trong khoang thuỷ lực sẽ xuất hiện tiếng kêu. Hiện này xảy ra thường do các nguyên nhân sau: - Hiện tượng xâm thực Đây là hiện tượng rất hay xảy ra với các máy thuỷ lực nói chung và máy thuỷ lực thể tích nói riêng. Nó là hiện tượng xuất hiện các bọt khí trong dòng chất lỏng do nguyên nhân giảm áp suất động tới một giá trị tới hạn nào đó, thường giá trị tới hạn này là áp suất hơi bão hoà. Trong máy bơm pittong thì hiện tượng này xảy ra là do: Tốc độ dòng chảy ở cửa vào quá cao, làm áp suất chất lỏng giảm mạnh, khi áp suất đó nhỏ hơn áp suất hơi bão hoà của chất lỏng thì xảy ra hiện tượng xâm thực. Lựa chọn, tính toán đường kính và chiều dài ống hút không hợp lý, làm tăng tổn thất trên đường ống hút. Nhiệt độ của chất lỏng bơm thay đổi khi nhiệt độ của chất lỏng tăng, dẫn đến giảm áp và gây ra hiện tượng xâm thực. Khí lọt vào trong xilanh qua hệ thống làm kín hoặc khí lẫn trong dung dịch quá lớn, chưa được lọc một cách triệt để. Khi trong bơm xuất hiện các bọt khí thì chúng sẽ tập trung lại và chiếm chỗ dòng chảy, dẫn đến xuất hiện các khoảng trống cục bộ và làm diện tích dòng chảy giảm, nên các chất lỏng xung quanh xô đến với vận tốc cực lớn, làm cho áp suất tại đó tăng đột ngột, hình thành lên một áp lực lớn tác động vào bề mặt xilanh. Ban đầu sẽ tạo ra các vết nứt nhỏ trên bề mặt, sau đó phát triển lên thành các lỗ hổng (các vết rỗ) trong xilanh. Khi các lỗ hổng được hình thành, phần chất lỏng ít nhiều cũng sẽ bị trộn lẫn của hơi, xâm nhập vào các lỗ hổng này và gây ra hiện tượng va đập trong các vết rỗ, làm cho các vết này phát triển rất nhanh và làm thủng xilanh. Nếu bề mặt chi tiết không phẳng, nó sẽ hấp thụ phần lớn năng lượng nên sẽ bị phá hỏng nhanh do hiện tượng xâm thực nhanh hơn so với bề mặt xilanh phẳng. Đường đặc tính xâm thực cho thấy khả năng 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. Hình 4.6 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. - Sự tác động của lực quán tính Như đã nói ở trên, dòng dung dịch trong bơm pittong là dòng không ổn định, vận tốc chuyển động của dòng chảy chất lỏng trong bơm phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của pittong, nó là hàm thay đổi theo thời gian: v = f(t) Nếu dung dịch khoan có khối lượng m chuyển động trong bơm sẽ chịu tác dụng của lực quán tính: Rqt = -a.m. (dấu (-) của Rqt biểu thị lực quán tính ngược chiều với gia tốc). Nếu vận tốc v tăng thì lực quán tính Rqt tác dụng ngược chiều dòng chảy, ngược lại, nếu vận tốc v giảm thì lực quán tính Rqt tác dụng cùng chiều dòng chảy. Lực quán tính này sẽ tác dụng lên dòng chảy, gây ảnh hưởng không tốt đến hệ thống bơm, cụm xilanh – pittong, đường ống và các hệ thống khác. Đồng thời, do vận tốc v của pittong thay đổi một cách có chu kỳ, nên gia tốc cũng thay đổi một cách có chu kỳ cả về chiều và độ lớn. Vì vậy, lực quán tính sinh ra trong bơm là một tải trọng động có chu kỳ, tác động vào các bộ phận của bơm và hệ thống. Tải trọng động này đôi khi rất lớn, nhất là đối với những bơm có hệ số không đồng đều về lưu lượng. Do có sự tồn tại của lực quán tính này, nên trong phương trình chuyển động của dòng chảy không ổn định có thành phần của lực quán tính. Đó là phương trình Becnuli cho dòng chảy không ổn định: (4.2) Thành phần hqt =, với s là diện tích của mặt cắt ống dẫn, liên quan đến lực quán tính, được gọi là cột áp quán tính. Cột áp quán tính có thể gây ra xâm thực cho máy bơm và dẫn tới làm mòn hỏng cụm xilanh – pittong. Va đập cơ khí Dạng hỏng này chủ yếu là do khâu lắp ráp bơm như: Lắp ráp các xilanh có khuyết tật: han, gỉ, rỗ, ... Mối ghép giữa ty pittong và pittong bị hỏng. Các bộ phận đệm làm kín lắp chưa đúng hoặc lắp chưa chặt. Do đó, khi bơm làm việc có thể xảy ra các hiện tượng: Chất khí từ ngoài lọt vào khoang thuỷ lực. Chất lỏng bơm chảy qua đệm làm kín và đọng lại ở bề mặt ngoài của xilanh, lỗ pittong. Áp suất buồng làm việc giảm. Khi xảy ra các hiện tượng đó làm cho cụm xilanh – pittong bị hỏng rất nhanh, bơm làm việc có tiếng kêu lớn, sau đó dẫn đến sự phá huỷ các chi tiết trong khoang thuỷ lực, cụ thể là cụm xilanh – pittong, rồi đến các bộ phận của bơm. 4.1.3.3 Hỏng do khuyết tật chế tạo Các khuyết tật chế tạo có thể xảy ra là: Kết cấu chi tiết không hợp lý, không phù hợp với yêu cầu kỹ thuật. Bề mặt xilanh có các vết rỗ, nứt. Việc áp dụng phương pháp gia công lần cuối bề mặt xilanh không đảm bảo, trên bề mặt xilanh còn găm các hạt mài. Lớp cao su của pittong không đảm bảo điều kiện độ bền, độ cứng, khả năng chịu nhiệt, chịu áp suất cao và chịu dầu. Lỗ pittong bị rỗ, độ côn của lỗ không đảm bảo. Khi máy bơm làm việc thì pittong chuyển động tịnh tiến trong xilanh, làm xuất hiện lực mat sát giữa hai bề mặt tiếp xúc, tạo ra áp lực riêng trên bề mặt tiếp xúc giữa xilanh và pittong rất lớn, cộng với sự tác động của các hạt mài, chất oxi hoá làm cho các nhấp nhô (vết xước, vết rỗ) trên bề mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết nhanh chóng bị cuốn đi cùng với các lớp oxít, dẫn đến bộ truyền xilanh – pittong bị mòn rất nhanh. Do đó, khe hở lắp ghép giữa chúng tăng, sinh ra lực động học lớn, dẫn đến sự cố làm mòn cụm này cũng như các bộ phận khác và làm ảnh hưởng đến sự làm việc của hệ thống bơm. 4.2 MỘT SỐ BIỆN PHÁP NÂNG CAO TUỔI THỌ CỦA CỤM XILANH- PITTONG Như đã phân tích ở trên, bộ truyền xilanh – pittong là một trong các chi tiết hay hỏng nhất của máy bơm dung dịch khoan W2215-193. Nguyên nhân chính dẫn đến sự hỏng của bộ truyền xilanh – pittong là do lực ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc, do sự tác dụng của các pha rắn và các chất ăn mòn hoá học có trong dung dịch khoan, do hiện tượng xâm thực. Ngoài ra còn có các nguyên nhân khác như do chế tạo, lắp đặt kiểm tra, … Do vậy, vấn đề đặt ra là phải có các biện pháp để hạn chế sự ảnh hưởng của các nguyên nhân trên đến tuổi thọ của cụm xilanh – pittong cũng như của toàn hệ thống. 4.2.1 Biện pháp thiết kế Khi sử dụng biện pháp thiết kế thì cần tính đến những chi phí, không những để chế tạo máy mà còn để thực hiện công tác bảo dưỡng và sửa chữa được dễ dàng, thuận tiện. Công việc đầu tiên là ta phải chọn và kết hợp các vật liệu chế tạo đúng đắn, hợp lý nhất, đáp ứng được điều kiện làm việc như đã thiết kế, nhằm nâng cao khả năng sử dụng, kéo dài tuổi thọ và năng suất làm việc của toàn hệ thống. Khi thiết kế cụm xilanh – pittong ta phải chọn vật liệu có độ bền cao, độ cứng tốt, tính chống mòn cao. Vì vậy, xilanh thường được chế tạo từ thép cácbon với nồng độ C = (2,7 ÷ 2,9)%. Riêng đối với pittong thì trong quá trình làm việc, nó luôn phải tỳ sát vào thành xilanh, do đó bề mặt ngoài của pittong (làm từ kim loại cứng) phải lắp một gioăng cao su tổng hợp để đảm bảo sự ổn định trong quá trình làm việc của bơm. Ngoài ra, trong quá trình làm việc, do sự làm việc liên tục của xilanh – pittong nhằm tạo ra áp lực và lưu lượng yêu cầu nên làm nhiệt độ tại các chi tiết trong nó sẽ tăng lên, gây biến dạng nhiệt không đều theo chiều dài và chiều dày. Nhưng biến dạng nhiệt này sẽ làm thay đổi hình dạng, tính chất cơ lý của chúng, dẫn đến giảm tuổi thọ và độ tin cậy của nó, cũng như của toàn hệ thống. Vì vậy, trong quá trình thiết kế ta phải có các biện pháp để giảm biến dạng nhiệt này như : loại trừ sự nung nóng bơm bằng các tia mặt trời trực tiếp, đưa ra ngoài bơm hoặc làm mất các nguồn sinh nhiệt, sử dụng không khí để làm nguội động cơ dẫn động bơm, ... 4.2.2 Biện pháp công nghệ Sử dụng biện pháp công nghệ gia công nhằm tăng độ cứng bề mặt, độ chống gỉ, độ bền mỏi, độ bền mòn, độ bền va đập và đặc biệt nâng cao tuổi thọ của chúng. 4.2.2.1 Gia công nhiệt hoá bề mặt làm việc của xilanh Đây là phương pháp bão hoà lớp bề mặt của xilanh nhằm tăng cơ lý của lớp kim loại bề mặt so với lõi, tức là làm tăng khả năng làm việc và nâng cao tuổi thọ của nó. Có nhiều phương pháp gia công nhiệt hoá bề mặt làm việc của bộ truyền như thấm cácbon, thấm nitơ, thấm crôm, thấm silíc, oxy hoá, phốtphát hoá, sulphua hoá, ... Mỗi phương pháp đều đem lại sự thay đổi tính cơ lý khác nhau cho lớp kim loại bề mặt, nhưng đối với xilanh trong cụm thuỷ lực của máy bơm W2215-193 thì phương pháp thấm crôm được sử dụng nhiều và hiệu quả nhất, bởi bề mặt của nó sau khi thấm crôm sẽ có độ bền va đập, độ bền mỏi cao và độ bền mòn sẽ cao. 4.2.2.2 Mạ điện bề mặt làm việc của xilanh Quá trình mạ điện bề mặt làm việc của xilanh sẽ phủ một lớp kim loại mỏng dựa trên nguyên lý sự điện phân, mà không làm thay đổi tính chất kim loại của xilanh nhưng sẽ làm tăng thêm độ cứng, độ mài mòn và độ bóng cho nó. 4.2.2.3 Làm nhẵn bề mặt làm việc của xilanh bằng kim cương Đây là một trong các phương pháp công nghệ để nâng cao tuổi thọ của xilanh cũng như hệ thống bơm, biện pháp này chỉ được sử dụng cho xilanh sau khi nó đã được phủ crôm lớp bề mặt. Sự làm nhẵn bằng kim cương được tiến hành trên máy vạn năng hoặc máy chuyên dùng có lượng chạy dao S = (0,02 ÷ 0,08) mm/vòng và vận tốc trượt v ≤ 50 m/phút. Sự làm nhẵn bóng bề mặt bằng kim cương sẽ đảm bảo bề mặt làm việc của xilanh trong cụm thuỷ lực có độ nhám nhỏ Ra = (0,02 ÷ 0,16) μm, đồng thời biện pháp này cũng làm tăng độ cứng và độ bền mỏi lên gấp nhiều lần so với các phương pháp gia công tinh khác như mài tinh hoặc mài siêu tinh. 4.2.2.4 Gia công bề mặt làm việc của xilanh bằng tia lade Đây là phương pháp tôi đặc biệt nhằm nâng cao độ bền mỏi, độ cứng, khả năng chịu tải của xilanh trong cụm thuỷ lực. Khi tia lade đi qua bề mặt kim loại bị nung rất nhanh ở nhiệt độ cao, do sự truyền nhiệt ở bên trong nên bề mặt này sẽ nguội ngay khi tia lade dịch đi chỗ khác. 4.2.3 Biện pháp sử dụng 4.2.3.1 Biện pháp vận hành, bảo dưỡng và chăm sóc máy Nếu như ta đạt được sự hoàn thiện về kết cấu, công nghệ chế tạo và lắp đặt máy thì cũng chưa hẳn đã đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ của xilanh cũng như của toàn hệ thống máy bơm, mà một điều kiện cần thiết nữa là phải có biện pháp sử dụng hiệu quả, tức là phải có quá trình vận hành kỹ thuật thành thạo và một hệ thống bảo dưỡng, sửa chữa hợp lý. Như vậy tuổi thọ của chúng mới được nâng cao. Nhiệm vụ của vận hành kỹ thuật máy bơm là đảm bảo tình trạng kỹ thuật tốt, sự làm việc không hỏng và đạt hiệu quả kinh tế cao. Để bơm làm việc ổn định với hiệu suất cao trong quá trình làm việc thì ta cần phải chấp hành nghiêm chỉnh quy trình vận hành, bảo dưỡng như đã được trình bày trong chương 4. 4.2.3.2 Biện pháp cải thiện điều kiện làm việc Xử lý pha rắn trong dung dịch Do máy bơm khoan làm việc trong môi trường chất lỏng gồm hai pha rắn – lỏng, trong đó pha rắn là nguyên nhân chính dẫn đến sự mòn hỏng của bộ cụm xilanh – pittong. Để hạn chế sự mòn hỏng này, đảm bảo dung dịch thực hiện tốt chức năng của mình thì cần phải tiến hành làm sạch dung dịch. Các thiết bị làm sạch thường sử dụng gồm: sàng rung, bộ lọc cát và mùm, máng lắng, máy tách khí. Khắc phục hiện tượng xâm thực: Giảm lượng khí có trong dung dịch sau khi thanh lọc vào bơm sao cho ít nhất là một yếu tố rất quan trọng, nó quyết định lớn đến hiệu suất làm việc của bơm. Nếu lượng khí này còn lớn, nó sẽ tăng dần khi đi vào trong buồng làm việc, tạo ra các bọt khí và gây ra hiện tượng xâm thực. Để nhận biết hiện tượng xâm thực của máy bơm, ta có thể dựa vào các dấu hiệu sau: Dòng chảy tỏng máy bị gián đoạn. Gây lên tiếng động lớn và máy bị rung nhiều. Lưu lượng, cột áp và hiệu suất của máy bị giảm đột ngột. Các biện pháp khắc phục hiện tượng xâm thực: Giảm tổn thất trên đường ống hút. Chọn ống hút ngắn nhất. Giảm chiều dài ống đẩy. Đường kính ống hút tối thiểu là 200 mm. Chiều cao ống hút là 1,5m đối với xylanh có đường kính trong 200 mm, là 2,2 m đối với xylanh có đường kính trong 130 mm. 4.3 MỘT SỐ BIỆN PHÁP PHỤC HỒI KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA CỤM XILANH- PITTONG Cụm xilanh – pittong trong máy bơm dung dịch khoan là cụm chi tiết có tính lắp lẫn rất cao, được sản xuất theo từng bộ ứng với các yêu cầu về lưu lượng, áp suất khác nhau trong quá trình khoan. Trong xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro thường thì khi xilanh – pittong bị hỏng người ta sẽ thay mới. Tuy nhiên đối với trường hợp nhằm đảm bảo tiến độ sản xuất hoặc độ mòn của chi tiết chưa vượt quá giới hạn cho phép, việc phục hồi lại khả năng làm việc của các chi tiết này vẫn được áp dụng. 4.3.1 Xác định hiện tượng, tình trạng, mức độ hư hỏng của chi tiết Sau khi tháo cụm xilanh – pittong ra và quan sát thấy: Bề mặt của xilanh bị xước, rỗ, đường kính trong và ngoài của xilanh bị thay đổi, lỗ xilanh bị ôvan. Hai mặt đầu pittong bị rỗ, thủng. Bề mặt tiếp xúc với xilanh bị xước, kích thước giảm, rách vòng cao su làm kín của pittong, khe hở lắp ghép giữa pittong và ty pittong tăng. Nguyên nhân chính là do các hạt rắn và các chất ăn mòn hoá học có chứa trong dung dịch khoan, đồng thời cũng do hiện tượng xâm thực và do va đập, quá trình lắp ráp, bảo dưỡng, … Dựa vào kích thước chế tạo của chi tiết và kích thước hiện tại của chi tiết, ta có thể đánh giá được mức độ và khả năng làm việc còn lại của chi tiết, để có biện pháp xử lý (còn dùng được, phải sửa hay loại bỏ). Chi tiết còn dùng được là chi tiết chưa mòn hoặc độ mòn rất nhỏ nằm trong giới hạn cho phép, không ảnh hưởng đến yêu cầu kỹ thuật của mối ghép và tình trạng làm việc của máy. Chi tiết không dùng được là những chi tiết đã mòn quá giới hạn cho phép, không đảm bảo yêu cầu của mối ghép, không có khả năng sửa chữa phục hồi, hoặc những chi tiết có thể phục hồi được nhưng giá thành sửa chữa lớn hơn giá mua mới. Chi tiết mòn còn sửa chữa được để phục hồi khả năng làm việc của nó là chi tiết có độ mòn đạt đến giới hạn, có thể sửa chữa để dùng lại, giá thành sửa chữa không cao. Đối với bộ truyền xilanh – pittong, người ta chủ yếu đi vào sửa chữa, phục hồi khả năng làm việc xilanh, còn với pittong thì thường được thay bằng chi tiết mới. 4.3.2 Lựa chọn phương pháp phục hồi Quá trình sửa chữa phục hồi xilanh là việc đắp kim loại vào chỗ xilanh bị mòn và gia công lại bề mặt của nó đến khi đạt được kích thước tiêu chuẩn hoặc tiện đi để đạt cấp đường kính lớn hơn. Để phục hồi xilanh bị mòn thì ta sử dụng hai phương pháp sau: Bổ xung kim loại vào vị trí mòn nhờ vật bổ sung (bằng phương pháp hàn, phun kim loại, mạ kim loại, đắp vật liệu polyme, gia công hoá học) hoặc nhờ vật liệu chi tiết (biến dạng dẻo). Loại trừ hệ thống mòn cũ và sử dụng kích thước sửa chữa. Nhưng sử dụng phương pháp nào thì nó cũng phải thoả mãn các yêu cầu sau: Phục hồi khả năng làm việc của xilanh, không gây hư hỏng gì thêm. Đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và chỉ tiêu kỹ thuật của xilanh. Phù hợp với trang thiết bị gia công của cơ sở hiện có. Đáp ứng kịp thời yêu cầu thời gian của sản xuất. Đạt được thời gian phục hồi lâu nhất. Đảm bảo hiệu quả kinh tế cao (giá thành sửa chữa nhỏ hơn giá thành mua chi tiết mới). Để sửa chữa phục hồi lại khả năng làm việc của xilanh thì ta phải áp dụng các biện pháp sau: Với bề mặt trong của xilanh: để phục hồi lại khả năng làm việc của bề mặt này thì hiệu quả nhất là áp dụng phương pháp mạ Crôm vào vị trí ăn mòn để chống ăn mòn, tăng độ cứng, độ chịu mài mòn. Sau đó, gia công lại bằng phương pháp tiện tinh. Với bề mặt ngoài của xilanh: đây là bề mặt ít bị mòn hỏng nhất của xilanh. Để sửa chữa phục hồi lại khả năng làm việc của bề mặt này thì ta có thể sử dụng một trong ba phương pháp là mạ, hàn đắp, phun kim loại. 4.3.4 Các biện pháp sửa chữa 4.3.4.1 Mạ kim loại vào bề mặt của xilanh Phương pháp mạ nhằm phục hồi lại kích thước hình học ban đầu của các chi tiết trong cụm xilanh – pittong, để đảm bảo các tính năng kỹ thuật của nó trong quá trình làm việc. Ta sử dụng phương pháp mạ Crôm vào bề mặt trong và ngoài của xilanh. 4.3.4.2 Hàn đắp bề mặt ngoài của xilanh bằng phương pháp hàn đắp dao động Hàn là một trong những phương pháp sửa chữa chi tiết phổ biến nhất, nó gồm ba dạng sau: Hàn nối: áp dụng đối với các chi tiết gãy, vỡ hoặc sửa chữa thay thế các thanh trong hệ thống khung, giá, dầm, giàn, bệ máy. Hàn đắp: bổ xung thêm một lượng kim loại cần thiết cho các chỗ mòn, sứt, nứt của chi tiết, hoặc đắp thêm kim loại khi cân bằng chi tiết chuyển động quay. Hàn lấp: lấp kín các lỗ, các khe rãnh của chi tiết, để tăng thêm tiết diện chịu lực khi phải gia công các lỗ hoặc rãnh trên vị trí khác nhau của chi tiết. 4.3.4.3 Phục hồi bề mặt ngoài của xilanh bằng phương pháp phun kim loại Đặc điểm và nguyên lý của phương pháp phun kim loại - Đặc điểm: Phun kim loại là quá trình phân chia kim loại nóng chảy thành những hạt nhỏ bởi luồng khí nén và phủ lên lớp bề mặt đã chuẩn bị sạch của xilanh cần phun. Các hạt kim loại do khí nén tách ra có kích thước rất nhỏ, có thể trong khoảng (3 ÷ 300) μm. Lớp kim loại có chiều dày từ (0,3 ÷ 10) mm hoặc cao hơn nữa. Sự liên kết giữa kim loại phun và kim loại chế tạo xilanh là do lực cơ học, các hạt kim loại bám vào bề mặt xilanh nhờ sức căng bề mặt của giọt kim loại lỏng và do sự có ngót của kim loại khi nguội. Lớp kim loại phun có cấu trúc hạt không đồng nhất về kích thước, hình dáng và thành phần, nó phụ thuộc vào điều kiện tách nhỏ hạt và tính chất lý hoá của kim loại phun. Bề mặt ngoài của xilanh sau khi được sửa chữa mòn bằng phương pháp phun kim loại sẽ có độ cứng và độ chống mòn cao, làm tăng khả năng làm việc của nó. 4.4 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN BƠM Các thông số của giếng khoan mà bơm cần chọn để phục vụ cho giếng Bảng 4.4 Bảng thông số chế độ khoan Khoảng chiều sâu (m) Tải trọng đáy G (tấn) Lưu lượng bơm Q (l/s) Tốc độ quay n (v/p) 85250 510 4050 6080 250550 48 5053 8090 550814 36 4546 8090 814900 1014 4448 6080 9002100 1620 3840 90120 21002700 1820 3637 80110 27003210 1820 3536 80110 32103300 1820 3435 80110 33004210 1517 2223 7090 42104490 1012 1418 6070 44904680 1314 1016 5560 Bảng 4.5 Thông số dung dịch dùng cho giếng khoan Khoảng theo thân giếng (m) (G/cm) 85250 1,03 250909 1,10 9092250 1,12 22503304 1,16 33043694 1,62 36944214 1,73 42144680 1,06 Dựa vào bảng thông số chế độ khoan trên ta tính toán lựa chọn bơm cho quá trình khoan . Ta tính toán chọn bơm khoan cho giếng trên ta tính toán cho hai khoảng khoan từ 33043694 và 36944214 Công suất thủy lực của bơm cần có cho khoảng khoan từ 33043694 Ntl =γ.Q.H =1,62.3694. 90=538585 (w) = 538,585 kw Công suất động cơ cần cung cấp Nđc = với ŋ = 0,67÷0,85 với ŋ trong khoảng này ta có thể tính công suất động cơ với ŋ =0,75 vậy nên Nđc = 718113 (w) =718,113 kw Công suất thủy lực của bơm cần có cho khoảng khoan từ 36944214 : Ntl =γ.Q.H =1,73.4214. 90=656119 (w) = 656,119 kw =891,46 Hp Công suất động cơ cần cung cấp Nđc = với ŋ = 0,67÷0,85 với ŋ trong khoảng này ta có thể tính công suất động cơ với ŋ =0,75 vậy nên Nđc = 874826 (w) =874,826 kw =1188Hp Dựa vào kết quả tính toán công suất cần cho giếng ta lấy công suất cần thiết lớn nhất cho quá trình khoan để chọn bơm. Dựa vào thông số của các loại bơm sau: Bơm YHБ – 600 Công suất máy bơm: 600KW Công suất thủy lực: 475KW- 645HP Bơm W- 2215 Công suất 1641KW- 2200HP Bơm NOV/14- P- 220 2200 HP Dựa vào công suất cần thiết và một số thông số của bơm ta chọn máy bơm YHБ – 600 dùng để khoan giếng này. Bơm 1625- DE 3000HP có công suất bơm là 3000 HP. Dựa vào tính toán công suất giành cho giếng là 1188 HP ta chọn bơm W 2215 để bơm cho giếng này. Vì theo tính toán công suất cần để bơm là 1188 HP, tuy nhiên trong những điều kiện phức tạp của quá trình khoan, chúng ta cần một công suất lớn hơn, để giải quyết sự cố như phun trào, cứu kẹt nên ta chọn bơm W-2215. KẾT LUẬN Trong công tác khoan dầu khí ở Xí nghiệp Liên doanh Dầu khí Vietsopertro, loại máy bơm dung dịch khoan W- 2215 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 W- 2215, 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 Vietsopetro 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 hướng dẫn: T.S Nguyễn Văn Giáp, 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 Vietsopertro đã giúp đỡ em rất nhiều trong thời gian thực hiện đồ án. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Máy thuỷ lực thể tích- Hoàng Thị Bích Ngọc. 2. Quy trình công nghệ sửa chữa máy bơm piston- Xí nghiệp sửa chữa cơ điện. 3. Công nghệ sửa chữa máy và thiết bị mỏ- Vũ Thế Sự. 4. Thuỷ lực và máy thuỷ lực Tập I , Tập II- Đinh Ngọc Ái (chủ biên) . 5. Bơm, Quạt, Máy nén khí- Nguyễn Văn May- Nhà xuất bản khoa học và kỹ thật Hà Nội 1997. 6. Bơm, máy nén, quạt trong công nghiệp- Nguyễn Minh Tuyển- Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 1985. 7. Kỹ thuật công nghệ cơ khí- PGS-TS Lê Văn Tiến- 1993. 8. Công nghệ chế tạo máy Tập 1 , Tập 2- Đặng Vũ Dao- Lê Văn Tiến- Nguyễn Đắc Lộc- Nguyễn Đức Năm- Nguyễn Thế Đạt- 1986.