Đồ án Quy trình bảo dưỡng, sửa chữa bơm ép vỉa fmc - Q1616ab/q1620ab: Tính toán bình điều hòa

giảm tốc yêu cầu luôn đảm bảo chế độ bôi trơn tốt Dụng cụ căn chỉnh độ đảo trục Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 48 nhằm giảm ma sát, giảm độ mòn các bề mặt tiếp xúc của cặp bánh răng ăn khớp Để bảo dưỡng tốt hộp giảm tốc, ngoài việc tuân thủ các yêu cầu về bôi trơn như đã trình bày, ta cũng nên thực hiện việc kiểm tra định kỳ độ chính xác của các trục truyền dẫn, nhằm đề phòng các răng ăn khớp bị hư hỏng do va đập khi các trục truyền bị đảo. Việc kiểm tra độ đảo của trục được thực hiện như sau: dùng đồng hồ đo tì vào đầu trục và vỏ hộp giảm tốc như mô tả trên hình (Hình 3.7) - Xoay trục. Quan sát các chỉ số mà kim đồng hồ đã chỉ. Độ đảo trục được tính bằng hiệu giữa chỉ số lớn nhất và nhỏ nhất. - N ếu có đảo trục, ta căn chỉnh các ổ đỡ trục bằng cách thêm vào hoặc bớt ra các tấm đệm điều chỉnh ổ cho đến khi đạt yêu cầu, là quay bằng tay nhẹ nhàng và không có độ rơ dọc trục. Khi chế độ làm việc quá khắc nghiệt, phải thường xuyên kiểm tra các khớp nối trục. Việc kiểm tra được tiến hành như sau: - Kiểm tra việc căn tâm của cụm bơm có chính xác không? - Kiểm tra vòng làm kín và đệm lót xem có mòn hoặc hư hỏng gây rò rỉ không để thay thế; - Kiểm tra thanh truyền lực lò xo, các thân khớp nối và thay thế nếu có hư hỏng. Sau đó bôi mỡ rồi lắp ráp lại; e) Động cơ dẫn động: Sau 500 giờ hoạt động hoặc sau 3 tháng làm việc phải kiểm tra định kỳ động cơ điện. Động cơ phải luôn giữ gìn sạch sẽ, khô và thoáng khí Bề mặt trong và ngoài của động cơ không được dính bNn, dầu mỡ, nước, bụi ... Vì đó là nguyên nhân gây cản trở sự thông gió của động cơ. N ếu động cơ không được thông gió tốt sẽ nóng quá mức do không thoát được nhiệt gây hỏng hóc động cơ N guồn điện được cấp cho động cơ phải được ổn định, hệ thống tiếp địa phải thường xuyên kiểm tra, nếu đứt thì cần thay thế ngay. 3.2.3. Quy trình sửa chữa, công tác an toàn vận hành và sửa chữa. 3.2.3.1. Bảng biểu quy trình sửa chữa FMC-Q1616AB/Q1620AB. Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 49 Bảng biểu 3.5 3.2.3.2. Công tác an toàn khi vận hành và sửa chữa. Kiểm tra sơ bộ Lau sạch bụi, dầu mỡ Tháo máy thành các bộ phận Tháo các bộ phận Rửa bộ phận và chi tiết Kiểm tra phân loại chi tiết Lập bảng khuyết tật Chi tiết cần phục hồi và sửa chữa Sửa chữa chi tiết Kiểm tra chất lượng chi tiết Lắp bộ phận Thử bộ phận Sơn bộ phận Lắp toàn bộ máy Chạy thử Sơn máy Chi tiết còn sử dụng được Chi tiết mới Chi tiết bị loại bỏ Giao máy cho người sử dụng máy Cắt ngắt toàn bộ hệ thống điện ,các đường ống, hệ thống tín hiệu và treo biển báo Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 50 - Trong khi khi vận hành bơm phải thường xuyên theo dõi áp suất, không được vượt quá áp suất cho phép. Các đồng hồ áp lực phải được đặt ở chế độ bảo vệ áp suất max và min cho cả đường hút và cả đường xả - Không cho phép van an toàn làm việc ở áp suất vượt qúa giá trị quy định cho bơm và cả hệ thống và phải đặt với giá trị: P = 110% áp suất làm việc max - Không được lắp van chặn giữa bơm và van an toàn. N ếu khi khởi động van đó bị đóng dẫn đến hậu quả nghiêm trọng khi áp suất vượt quá mức - N ếu bơm nước nóng hoặc hóa phNm phải sử dụng tấm chắn hoặc bao phủ bơm: Để bảo vệ người và tài sản. - Phải sử dụng lưới chắn hoặc vỏ bọc ngoài phần chuyển động hoặc dây cua roa nhằm tránh gây thương tích nặng khi vô tình chạm phải phần quay, di động với tốc độ cao. - Khi sửa chữa: + Phải cắt nguồn điện trước khi tiến hành bảo dưỡng; + Phải xả áp suất dư trước khi bảo dưỡng các bộ phận của bơm; + Các van chặn phải đảm bảo chắc chắn là đang đóng; + Phải cực kỳ cNn thận khi dùng các chất tNy rửa để lau chùi bơm, bởi đa số các chất tNy rửa dễ cháy; + Phải tuyệt đối tuân thủ các quy tắc an toàn, không được sửa đổi các chức năng của bơm; 3.3. hững sự cố thường gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục khi sử dụng bơm FMC-Q1616AB/Q1620AB. Bảng biểu 3.6 Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 51 hững hỏng hóc guyên nhân Biện pháp khắc phục Áp suất xả thấp: - Khi phát hiện thấy áp suất của chất lỏng cửa xả quá thấp, có rò rỉ chất lỏng qua van an toàn - Kiểm tra áp kế có chính xác không - Kiểm tra việc điều chỉnh và việc bố trí các dụng cụ điều khiển áp suất, van an toàn - Điều chỉnh lại chế độ làm việc của van an toàn phù hợp với áp suất yêu cầu, sửa chữa hoặc thay thế nếu cần thiết Lưu lượng chất lỏng bơm đi thấp: - Do tốc độ bơm chậm hoặc hiệu suất thể tích giảm - Đường ống hút có không khí lọt vào hoặc bị bNn - Van không tốt - Chất lỏng rò rỉ qua bộ gioăng làm kín piston - Đế van hút hoặc xả bị mòn, rỗ, nứt gãy - Kiểm tra đồng hồ đo lưu lượng - Đo tốc độ trục khuỷu bằng tốc kế - Thay bộ gioăng mới hoặc xử lý sửa chữa. - Ta thay thế hoặc phục hồi Hiện tượng xâm thực: Hiện tượng xảy ra khi bơm thực hiện hành trình hút mà các xy lanh không chứa đầy nước, gây rung động làm hư hỏng bơm và hệ thống đường ống - Có thể do chất lỏng quá nóng - Đường ống hút bị hở, độ cao tự nâng quá cao - Van hút đóng, chất lỏng thiếu hoặc không có.v.v - Áp suất chất lỏng xả thấp hơn quy định và dòng chảy không đều, đồng thời thường xảy ra hiện tượng gõ thủy lực, cả hệ thống rung giật mạnh - Giảm nhiệt độ chất lỏng bơm - Cần dừng máy để khắc phục ngay - Làm kín đường ống hút - Hạ độ cao tự nâng - Kiểm tra van hút, nếu cần thay thế - Gỉam bớt lưu lượng đóng bớt van trên đường ra - Gỉam bớt tải thủy lực trên đường - Xiết chặt các khớp nối, tăng độ lắp kín của máy bơm Có tiếng gõ Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 52 trong bơm. - Khi bơm làm việc có những tiếng gõ ồn thất thường tiếng gõ réo, kêu, áp suất giảm -Xuất hiện tiếng va đập thủy lực - Các bu lông chân máy bị lỏng - Ty bơm và piston lỏng - Mòn hoặc rơ các ổ đỡ trục khuỷu, ổ đỡ thanh truyền, ống lót chốt con trượt, mòn piston, đế van, thiếu dầu bôi trơn - Lò xo van bị gãy kẹt - N ắp định vị xylanh bị lỏng - Chất lỏng không thể vào xylanh kịp thời - Thành van và đế van mòn sinh ra áp suất giảm - Kiểm tra và siết lại các chi tiết cho chặt - Tiến hành bôi trơn -Thay thế lò xo van - Sửa đường hút, thay thế gioăng - Sửa chữa thành, đế van bị mòn, thay thế nếu cần thiết Vỏ bơm quá nóng (hơn 180 0F) - Chiều quay của trục khuỷu không đúng -Thiếu dầu bôi trơn - Quá nhiều hoặc thiếu dầu bôi trơn trong hộp trục khuỷu - Dầu bôi trơn không đúng loại - Bơm làm việc quá tải - Các ổ đỡ chính quá chặt làm kẹt các con lăn - Van đầu ra bị kẹt - Tốc độ bơm chậm. - Trục khuỷu bị rơ dọc trục ổ bi côn bị hỏng, kẹt - Bạc ổ trượt biên vàtrục khuỷu bị dính hỏng - Để khắc phục ta điều chỉnh lại - Khắc phục bằng cách bổ sung dầu - Để khắc phục ta xả bớt đến mức yêu cầu, hoặc châm thêm. - Khắc phục bằng cách thay dầu mới - Giảm tải cho bơm - Ta phải điều chỉnh lại các ổ đỡ - Để khắc phục ta sửa lại - Tăng tốc để khắc phục hững hỏng hóc guyên nhân Biện pháp khắc phục Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 53 Áp suất xả dao động mạnh: - Bình ổn áp thiếu khí hoặc rách màng cao su - Cụm van hút xả đĩa van bị kẹt mòn hở - Có hiện tượng xâm thực khí bị lọt vào bơm - Ty con trượt với con trượt bị lỏng - Thành van và đế van bị rỗ nứt. - Ổ tay biên với con trượt bị lỏng.v.v. - Bổ sung khí N itơ, thay thế màng cao su mới - Tháo vật cản, thay van mới - Kiểm tra đường hút,thay gioăng mới, giảm áp suất - Kiểm tra, siết lại cho chặt, thay bạc lót mới - Thay thành đế van mới - Kiểm tra và siết kỹ, thay bạc lót Ðộng cơ không làm việc - Hiệu điện thế trong mạch quá thấp - Cáctiếp điểm bị hỏng - Đứt cáp động cơ - Xử lý phần điện do Ban điện chịu trách nhiệm - Kiểm tra chăm sóc thường xuyên hệ thống điện - Đậy cách li với muối biển, tiến hành siết lại các đầu kẹp tiếp điểm - Kiểm tra tính ổn định của điện áp và thấy cần thiết thì thay thế linh kiện mới CHƯƠG 4: Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 54 TÍ H TOÁ LỰA CHỌ BÌ H ĐIỀU HÒA CHO BƠM FMC-Q1616AB/Q1620AB 4.1. Sự cần thiết của việc sử dụng bình điều hòa. Sau khi nghiên cứu chuyển động không ổn định của chất lỏng trong quá trình làm việc của bơm piston, ta thấy rõ tính chất dao động của lưu lượng và áp suất, gây ra nhiều tác hại làm tăng tổn thất thủy lực, gây chấn động va đập thủy lực làm hỏng các bộ phận của bơm và của cả hệ thống. Trong trường hợp nhiều bơm cùng làm việc trong một hệ thống, biên độ dao động của áp suất trong hệ thống có thể tăng lên rất lớn vì cộng hưởng. N goài ra dao động của áp suất và lưu lượng của bơm có ảnh hưởng xấu đến chất lượng làm việc của hệ thống thủy lực, vì nhược điểm cơ bản này mà bơm piston có hệ số không đều về lưu lượng, không được sử dụng trong các hệ thống truyền động thủy lực hoặc hệ thống điều khiển đòi hỏi chính xác cao N hư vậy vấn đề đặt ra cho các nhà chế tạo và sử dụng là làm thế nào hạn chế đến mức thấp nhất độ dao động áp suất và lưu lượng trong quá trình bơm, từ mặt thoáng của bể hút cho đến cuối của đầu đNy. Qua biểu đồ lưu lượng của các loại bơm một piston tác dụng đơn, hai piston tác dụng kép, ba piston tác dụng đơn, năm piston tác dụng đơn, ta nhận thấy khi liên kết càng nhiều piston trong một vòng quay của máy thì sự dao động áp suất càng ít. N hưng người ta không thể tăng số piston trong một máy lên quá lớn vì như thế sẽ phải giải quyết nhiều vấn đề phức tạp về kỹ thuật như: độ bền, kích thước, giá thành.v.v. Một trong những giải pháp tối ưu hiện nay là người ta sử dụng bình điều hòa để lắp vào đầu vào và đầu ra của máy bơm piston. Sự tính toán lựa chọn chính xác loại bình điều hòa và các thông số của bình điều hòa sử dụng cho mỗi loại bơm piston là làm giảm sự dao động và áp suất đến mức thấp nhất. N ó góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng bơm piston. 4.1.1. Lưu lượng tức thời của bơm piston FMC-Q1616AB/Q1620AB. 4.1.1.1. Lưu lượng được tính theo lý thuyết của bơm. Công thức chung để xác định lưu lượng lý thuyết của bơm là: ( ) s mi Fsn Qo 3 ; 60 φ= (4.1) Trong đó: F - là diện tích tiết diện ngang piston – m2 S - khoảng chạy của piston – m N - số vòng quay của bơm – vòng/ ph I - là số lần tác dụng của bơm φ - hệ số kể tới ảnh hưởng của piston. Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 55 Đối với bơm có số lần tác dụng đơn φ = 1 và bơm có số lần tác dụng kép thì: F fF 2 2 − =φ (4.2) f - diện tích tiết diện piston – m2 4.1.1.2. Lưu lượng được tính theo thực tế của bơm. Do một số nguyên nhân: - Bộ phận lót kín của bơm và các van không thể đảm bảo tuyệt đối kín khi bơm làm việc; - Sự đóng mở chậm của các van hút và xả trong quá trình hút và xả kế tiếp nhau; - không khí lọt vào; Cho nên lưu lượng thực tế của bơm thường nhỏ hơn lưu lượng lý thuyết ( 4.1) và được xác định theo công thức: ( ) smFsniQQ oov 3;60     == φηη (4.3) Trong đó: ηv – hiệu suất thể tích. Hiệu suất thể tích này phụ thuộc vào các yếu tố sau: + Tốc độ quay: những bơm piston quay nhanh có hiệu suất thể tích lớn hơn vì không kịp tách khí ra khỏi nước khi đi qua bơm và như vậy không tạo ra các túi khí; + Chất lượng lắp ghép khi bảo dưỡng và vận hành: nếu lắp ghép tốt bảo dưỡng cNn thận thì sẽ ít rò rỉ và như vậy thể tích có hiệu suất cao hơn; + Tính chất các chất lỏng được vận chuyển: nếu chất lỏng bNn hoặc nóng sẽ làm giảm hiệu suất thể tích vì xy lanh và piston bị mòn hở và có khả năng tạo ra các túi hơi; + Cung cấp chất lỏng hoặc chất lỏng không đều cũng làm ảnh hưởng đến hiệu suất thể tích; Do đó không quy định một giá trị nhất định cho ηv. Tùy theo điều kiện có thể lấy: ηv = 0,8 ÷ 0,98 ; loại lớn ; ηv = 0,97 – 0,98 loại vừa ηv = 0,9 – 0,95; loại nhỏ ; ηv = 0,85 – 0,90 Khi xét quy luật chuyển động của piston ta thấy: Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 56 v – vận tốc tức thời của piston. ϖ - vận tốc góc của trục bơm r – bán kính tay biên ϕ - góc làm việc của bơm F – diện tích tiết diện của piston Hình 4.1: Quy luật chuyển động của bơm FMC-Q1616AB/Q1620AB Trong một vòng quay piston đi qua một đoạn đường là 2s và sau n vòng quay nó sẽ đi được một đoạn đường là 2sn. N hư vây vận tốc trung bình của piston là: sm snsn vtb ;3060 2 == (4.4) N ếu piston được truyền động nhờ cơ cấu thanh truyền tay quay (Hình4-1). Thì vận tốc piston sẽ liên tục biến đổi từ 0 ở các điểm chết, tới cực đại ở điểm L x S X W /2 /2 a= dv dt Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 57 giữa. Điều này ảnh hưởng chủ yếu đến sự làm việc của bơm và là nguyên nhân làm phức tạp hoạt động của bơm và hệ thống. N ếu coi rằng thanh truyền (biên) L có chiều dài rất lớn so với tay quay thì đoạn đường đi x của piston bằng hình chiếu của cung vạch ra bởi tay quay trên phương trục bơm. X = r (1 – cosϕ ) Vận tốc của piston được xác định theo công thức: ϕω sinrv = Gia tốc của piston là: ϕω sin2ra = Trong đó: ϖ – vận tốc góc rad/s Căn cứ vào trên ta vẽ được các đồ thị mô tả động học piston dạng sin và cosin (hình: 4-1) Rõ ràng ta thấy: v max = ϖ .r (4.5) Khi 2 π ϕ = 1 2 sin = π N hư vậy lưu lượng tức thời của bơm dao động theo hàm số sin và đạt gía trị cực đại. Q max khi : 2 π ϕ = Q min = o khi: ϕ = o Lưu lượng tức thời của bơm bằng tích số của vận tốc tức thời và diện tích thiết diện của piston. Qt = V.f Diện tích tiết diện của piston không thay đổi mà vận tốc biến đổi theo quy luật hàm số sin. N ên lưu lượng cũng biến đổi theo quy luật hàm số sin, ta có lưu lượng tức thời là: Qt Qt = V.f = ϖ.r. F. sinϕ ; m3 /s (4.6) Trong đó: v - vận tốc tức thời của piston ϖ - vận tốc góc của trục bơm (rad/s) r - bán kính tay biên (m) ϕ - góc làm việc của bơm F - diện tích tiết diện của piston (m2) Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 58 a)Ñoà thò cung caáp löu löôïng töùc thôøi bôm piston taùc duïng ñôn b)Ñoà thò cung caáp löu löôïng töùc thôøi bôm 4 piston taùc duïng keùp c)Ñoà thò cung caáp löu löôïng töùc thôøi bôm 5 piston taùc duïng ñôn Q O o QTB 2 c) Q Q O O o QTB 2 2 Ñaåy Huùt 2 a ) b ) QTB 120 72 Qmax Qmax Qmax Hình 4.2: Đồ thị cung cấp lưu lượng tức thời của bơm FMC-Q1616AB/Q1620AB Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 59 Sự biến đổi lưu lượng của bơm phụ thuộc vào sự biến đổi của vận tốc piston.Từ đó ta vẽ được biểu đồ lưu lượng Q=ƒ(ϕ) của bơm piston (hình 4-2). N hư vậy lưu lượng và áp suất của bơm piston biến đổi theo góc quay ϕ của tay quay (hoặc thời gian), và luôn theo một quy luật đồ thị hàm số sin. Tỷ số giữa lưu lượng lớn nhất và lưu lượng trung bình là mức độ không đều của bơm. Ký hiệu là M: tbQ Q M max= (4.7) M: là mức độ không đồng đều của lưu lượng bơm. Theo lý thuyết áp suất đầu ra lớn nhất và bé nhất cho mọi bơm piston được tính toán dựa vào công thức: - Áp suất xả lớn nhất : Pmax = ( 100 1K ) 2 P1 (4.8) - Áp suất xả nhỏ nhất: Pmin = ( K 2 100 ) 2 P1 (4.9) Trong đó: + P1: áp suất trung bình của xả + K1: lưu lượng trên mức trung bình trong một vòng quay của trục khuỷu, tính theo phần trăm ( % ). + K2: lưu lượng dưới mức trung bình trong một vòng quay của trục khuỷu, tính theo phần trăm ( % ). Với các giá trị của K1 và K2 như sau: Lưu lượng tức thời của máy bơm Bảng biểu 4.1 Loại bơm K1 K2 Một piston tác dụng đơn 320,0% 0,0% Một piston tác dụng kép 160,0% 0,0% Hai piston tác dụng kép 124,1% 78,6% Ba piston tác dụng đơn 106,2% 83,1% ăm piston tác dụng đơn 101,9% 94,8% Qua các biểu đồ lưu lượng Q = ƒ(ϕ) của bơm tác dụng đơn và kép ta thấy lưu lượng và áp suất của bơm dao động trong phạm vi lớn. Để có lưu lượngđều hơn (dao động ít hơn) người ta thường dùng bơm piston có tác dụng 4 lần(bơm 2 piston tác dụng kép), bơm piston tác dụng 3 lần, 5 lần như loại bơm FMC-Q1616AB/Q1620AB. Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 60 N ói chung số lần piston tác dụng càng lớn thì mức độ không đồng đều càng nhỏ, nhưng số lần tác dụng piston của bơm có giới hạn bởi công nghệ chế tạo, tính năng hoạt động và tính kinh tế của bơm. Để duy trì lưu lượng đều hơn các nhà sản suất đã nghiên cứu chế tạo ra bình điều hòa làm ổn định dòng chảy khắc phục được nhược điểm của loại bơm này. 4.1.2. Điều chỉnh lưu lượng của bơm. Để phù hợp với nhu cầu sử dụng về áp suất cũng như lưu lượng. Trong hệ thống bơm piston người ta đã áp dụng các biện pháp nhằm thay đổi lưu lượng của bơm như sau: 1) Thay đổi số vòng quay của trục máy bơm thông qua hộp số, hoặc thay đổi tốc độ của động cơ. 2) Điều chỉnh bằng van tiết lưu để xả môi chất từ đường xả về đường hút. 3) Thay đổi đường kính làm việc của piston, bằng các cơ cấu khác nhau, đối với bơm piston FMC, việc thay đổi là rất thuận tiện bởi chỉ việc thay đổi hộp đệm làm kín và đường kính piston cho phù hợp. 4) Thay đổi chiều dài hành trình làm việc (s) bằng cách thay đổi chiều dài làm việc của tay quay. Biện pháp này được dùng cho các bơm định lượng bằng cách sử dụng bánh lệch tâm. 5) Mắc song song nhiều bơm trong một hệ thống. 4.1.3. Áp suất trong xylanh bơm khi bơm hút và khi bơm đŒy. Áp suất trong xylanh bơm biến đổi trong suốt hành trình của piston. Đó là do sự biến đổi vận tốc trong các ống dẫn cũng như trong xylanh. N ếu diện tích ống dẫn bằng diện tích piston. Thì vận tốc gia tốc của chất lỏng trong ống cũng bằng vận tốc gia tốc của piston. N ói chung các diện tích này không bằng nhau. N ên vận tốc và gia tốc trong ống dẫn sẽ gấp: J F lần vận tốc và gia tốc piston. Trong đó: J – diện tích ống dẫn. F – diện tích tiết diện piston. N hư vậy quy luật biến đổi vận tốc và gia tốc của chất lỏng trong ống cũng có dạng đồ thị hàm số sin. Vận tốc chất lỏng trong ống sẽ biến đổi: Từ 0 khi x = 0 đến J rF v ω =max Khi x = r và tới 0 khi x = 2r. Gia tốc chất lỏng biến đổi từ: J rF ah d hD t V 2ω =− Khi x = 0 đến 0 khi x = r Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 61 Và tới: J rF 2ω − khi x = 2.r. Do sự biến đổi của vận tốc chất lỏng nên áp lực vận tốc trong ống sẽ biến đổi. các lực cản thủy lực cũng thay đổi, đồng thời lực quán tính sẽ tác dụng vào cột chất lỏng, làm cho cột chất lỏng chuyển động sẽ không ổn định. N hững điều này sẽ ảnh hưởng tới áp suất chất lỏng ở phía trước piston,gây rất nhiều tác hại cho đường ống và cả hệ thống bơm. Đồng thời cũng hạn chế chiều cao hút của bơm. Muốn giảm lực quán tính và các sung dao động vô ích này người ta lắp thêm bình điều hòa cho cả đầu hút và đầu đNy của bơm. 4.1.4. Hiện tượng xâm thực trong bơm piston. Hiện tượng xâm thực trong bơm là hiện tượng xuất hiện các bọt khí trong dòng chất lỏng, do nguyên nhân giảm áp suất động tới một giá trị giới hạn nào đó. Thông thường giá trị giới hạn này là áp suất hơi bão hoà Pbh. Các bọt khí trong chất lỏng có thể xuất hịên theo hai con đường. - Chúng hình thành từ dòng chất lỏng hoá hơi cục bộ trong dòng chảy, khi áp suất hơi cục bộ ở một nơi nào đó nhỏ hơn áp suất hơi bão hoà. - Các bọt khí hoà tan trong chất lỏng (hoặc bọt từ ngoài vào do một nguyên nhân nào đó, là tác nhân đNy nhanh hơn sự xuất hịên của 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 P1 >Pbão hoà, các bọt khí này sẽ bị tan ra thành những giọt chất lỏng nhỏ hơn nhiều so với thể tích của bọt khí. N hư 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 rỗ bề mặt kim loại, phá hỏng các bộ phận làm việc của máy. Khi hiện tượng xâm thực xảy ra, dòng chảy trong máy bị gián đoạn gây lên tiếng động bất thường và máy bị rung nhiều, lưu lượng, cột áp, hiệu suất của máy bị 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. Để tránh hiện tượng xâm thực thì phải hạn chế áp suất làm việc của dòng chất lỏng không được nhỏ hơn hoặc bằng áp suất bão hoà. γγ bhPP 〉1 ( 4.10 ) Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 62 Qua các phần trên ta thấy rõ tính chất dao động của lưu lượng và áp suất, đây là đặc điểm hạn chế của máy bơm piston. Tính chất đó làm tăng tổn thất thuỷ lực gây chấn động, bơm làm việc trong hệ thống ống dài có thể sẽ xuất hiện va đập thuỷ lực, làm hỏng các bộ phận của máy bơm và hệ thống đường ống … Trong trường hợp có nhiều bơm cùng làm việc trong một hệ thống, biên độ dao động của áp suất trong hệ thống có thể tăng lên rất cao vì có cộng hưởng. Do vậy cần có biện pháp hạn chế tính chất không ổn định của dòng chảy trong bơm piston có 3 biện pháp khắc phục nhược điểm của bơm piston. - Dùng bơm tác dụng hai chiều (tác dụng kép). - Dùng bình điều hòa: + Bình điều hòa hút; + Bình điều hòa đNy; - Dùng bơm ghép. Dòng chất lỏng chảy trong bơm piston là dòng chất lỏng không ổn định, qua phân tích trên ta thấy rằng vận tốc chuyển động của piston: ( )tfv = có gia tốc:       ≥≠ 00 d d d d v t v N hư vậy khối lượng chất lỏng (m) chuyển động trong bơm sẽ chịu tác dụng của một áp lực quán tính là: t v qt d d mI −= Dấu (-) hiển thị một lực quán tính ngược chiều với gia tốc, lực này sẽ tác dụng lên dòng chảy, ảnh hưởng không tốt lên hệ thống bơm, đường ống và các hệ thống khác. Do vận tốc của piston thay đổi một cách có chu kỳ nên gia tốc t v d d cũng thay đổi một cách có chu kỳ cả về chiều và độ lớn. Do đó lực quán tính sinh ra trong bơm là một tải trọng động có chu kỳ, tác động vào các bộ phận của bơm và cả hệ thống bơm. Tải trọng động này đôi khi rất lớn. N hất là đối với các bơm lớn có hệ số không đều về lưu lượng. Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 63 Do tồn tại lực quán tính này nên trong phương trình năng lượng của dòng chảy không ổn định phải có thành phần của lực quán tính. Đó là phương trình bécnuli cho dòng không ổn định. ∫ =+Σ+++ constdst v g h g vp Z δ δ γ 1 2 2 (4.11) Thành phần: ∫ = hqtdst v g δ δ1 Liên quan tới cột quán tính gọi là cột áp quán tính. Cột áp quán tính có thể gây ra hiện tượng xâm thực và làm hư các thiết bị của bơm và hệ thống. Xét trong quá trình hút: (hình 4.3) Xét một bơm tác dụng đơn làm việc trong hệ thống: phương trình bec- nu-li cho mặt cắt a – a và b – b lấy mặt chuNn tại a – a ; z = 0 và cho rằng mặt cắt a – a đủ lớn để va ≈ 0. qth a hh g vp Zh p +Σ+++= 2 2 11 γγ (4.12) Trong đó: Pa : áp suất tại mặt thoáng bằng áp suất khí trời. Zh : chiều cao hút. P1 : áp suất ở buồng làm việc trong quy trình hút. V1 : vận tốc chất lỏng trong buồng làm việc (chính là vận tốc piston) hh∑ : tổng tổn thất cột áp trên toàn bộ chiều dài của ống hút. Ta có:       +Σ++−= qth q hh g v Zh pp 2 2 11 γγ (4.13) hqt: cột áp quán tính trên cột hút từ mặt cắt a – a đến b – b. Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 64 b b a Pa - áp suất tại mặt thoáng bằng áp suất khí trời. Zh - chiều cao hút Hình 4.3: Sơ đồ xâm thực của bơm FMC-Q1616AB/Q1620AB Qua xem xét biến đổi các phương trình trên thấy rằng: áp suất trong buồng làm việc trong quá trình hút P1 sẽ nhỏ hơn áp suất mặt thoáng nếu hqt > 0 ; P1< Pa Trong quá trình làm việc nếu P1 ≤ Pbh ; (Pbh – áp suất hơi bão hòa) sẽ sinh ra sự gián đoạn dòng chất lỏng trong bơm. N goài ra nó còn gây ra hiện tượng xâm thực trong bơm. Muốn P1 lớn thì Pa phải lớn còn Zh; g V 2 2 1 ; hh∑ ; hqt phải nhỏ. Trong thực tế Zh càng nhỏ càng tốt đối với bơm piston Zh không được quá 4 ÷ 5 m tốt nhất là Zh < 0 (mực chất lỏng cao hơn miệng hút). 4.1.5. Đường đặc tính của bơm piston. Cũng như các máy thủy lực khác, máy thủy lực thể tích nói chung và máy bơm piston FMC-Q1616AB/Q1620AB nói riêng có các đường đặc tính thể hiện đặc điểm và khả năng làm việc của máy. a Pa Zh Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 65 Đường đặc tính làm việc cơ bản của bơm piston với hai số vòng quay làm việc khác nhau n2 > n1 H = f(Q) Theo lý thuyết về máy thủy lực thể tích, cột áp không phụ thuộc vào lưu lượng. N ên đường đặc tính lý thuyết được biểu diễn theo đường ab (n1); cd (n2). N hưng thực tế là đường ag (n1); cr (n2). Do khi áp suất tăng lên thì có tổn thất về lưu lượng của bơm. Còn đường gk thì khi đó bị mất lưu lượng hoàn toàn có thể do van hút, xả bị vỡ hay van an toàn bị mở. H b d k r g n2> n1 n1 n2 O a c Q 1. Đường đặc tính biểu diễn theo lý thuyết ab(n1); cd (n2) 2. Đường đặc tính biểu diễn theo thực tế agk(n1); cr (n2) 3. H cột áp 4. Q lưu lượng 5. n2 > n1 số vòng quay Hình 4.4: Đường đặc tính của bơm FMC-Q1616AB/Q1620AB H= f(Q) 4.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của bình điều hòa. Tuỳ theo các quan điểm mà người ta chia ra nhiều loại bình điều hòa khác nhau: - Phụ thuộc vào hướng chuyển động: + Bình điều hoà kín. (Chất lỏng đi qua bình điều hoà thì hướng chuyển động bị thay đổi và thay đổi các khoang chuyển động bên trong bình: đó là sự tăng giảm về thể tích của khoang khí và lỏng) + Bình điều hoà hở còn gọi là bình điều hòa chảy (chất lỏng trong bình chuyển động theo một hướng không đổi từ đầu vào đến đầu ra) Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 66 - Theo cấu tạo: + Bình điều hòa dùng ống đục lỗ; + Bình điều hoà dùng van định hướng; + Bình điều hoà dùng van tự do; - Theo vị trí lắp đặt: + Bình điều hoà cửa hút; + Bình điều hoà cửa đNy; Hình 4.5: Bình điều hòa có sử dụng ống đục lỗ Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 67 Hình 4.6: Bình điều hòa kín có van định hướng Hình 4.7: Bình điều hòa kín có dùng van tự do Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 68 Các lọai bình điều hòa được sử dụng rộng rãi trong khai thác dầu khí tại mỏ Bạch Hổ: - Bình điều hòa không màng, (hộp không khí); - Bình điều hòa dạng màng; - Bình điều hòa kiểu piston; a b c a). Bình điều hòa không màng, (hộp không khí). b). Bình điều hòa dạng màng. c). Bình điều hòa kiểu piston. Hình 4.8: Các dạng bình điều hòa 4.2.1. Bình điều hòa không màng (hộp không khí) * Cấu tạo của bình Dạng ống vỏ ngoài chế tạo bằng thép hợp kim, hình: (4.8) phần trên trong bình chứa không khí, (khí trời) phần dưới được lắp mặt bích để lắp ráp với đường ống bên trong được chia làm hai nửa: N ửa trên là không khí áp suất khí môi trường Pa. Môi chất được tiếp xúc trực tiếp với không khí trong bình. * N guyên tắc hoạt động: + Khi hút: trong hộp không khí hút có chân không nhưng nhỏ hơn chân không ở xylanh. Do đó khi bơm chất lỏng từ hộp không khí chảy vào bơm và mực nước trong hộp giảm xuống nếu hộp đủ lớn so với xylanh thì mực nước giảm không đáng kể. Và do đó áp suất trên mặt thoáng của hộp xem như Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 69 không đổi, mà chất lỏng chảy vào hộp không khí là do độ chênh áp suất giữa mặt thoáng bể và mặt thoáng hộp không khí. Hai đại lượng này là không đổi, do đó chất lỏng chuyển từ bể chứa đến hộp không khí là ổn định, chỉ còn từ hộp không khí tới bơm là không ổn định. + Khi đNy: chất lỏng được đNy lên hộp không khí, không khí trong hộp bị nén lại. Áp suất khí trong hộp ép chất lỏng lên ống đNy. N hư vậy thể tích trong hộp cần đủ lớn để dao động không đáng kể. N hờ đó chất lỏng được ép đều liên tục lên ống đNy chỉ còn từ bơm đến hộp không khí là không đều. * Ưu nhược điểm của bình điều hòa hộp không khí: N hư ta đã biết hiệu quả của bình điều hòa với một loại bất kỳ có thể đánh giá qua mức độ không ổn định của áp suất δρ ) δp = Ptb PP minmax− Trong đó: P max: áp suất cực đại P min: áp suất cực tiểu trong bình điều hòa P tb: áp suất trung bình Bình hút Bình đty Hình 4.9: guyên lý làm việc của hộp không khí Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 70 Tính ưu nhược điểm đó thực chất tùy thuộc vào tính năng tác dụng của từng loại máy bơm và tính chất công việc mà người ta lựa chọn loại bình nào cho phù hợp. Hơn nữa còn phụ thuộc vào chất lượng sản xuất, công nghệ chế tạo của từng hãng sản xuất. Mức độ không ổn định của áp suất ( Ρδ ) trước khi nén là tỷ lệ thuận với thể tích dư tối đa của bơm (∆v) và áp suất trung bình của bơm tỷ lệ nghịch vơí tích số PoVo (áp suất khí được nạp trước và thể tích khí ban đầu tương ứng với po). Có nghĩa là: Vo Ptb Po v u Ptbv Voo tbv p ∆ = ∆ = Ρ Ρ∆ = . . . δ Ở đây: u = p0v0 = ptbvtb = pv = const. U: được gọi là dung tích năng lượng của bình điều hòa. Từ đây ta suy ra ( Ρδ ) càng nhỏ thì U phải càng lớn, có thể bằng cách hoặc tăng v0 hoặc tăng p0 hay là tăng p0/ptb: Đối với bình điều hòa dạng không màng (hộp không khí) chỉ có thể tăng U khi tăng v0 bởi vì dạng không màng có p0 = pa = 1 Kg/cm 2 (khí trời). N hưng tăng v0 bị hạn chế bởi không thể chế tạo bình to quá sẽ kồng kềnh và nặng nề, như vậy loại bình này hiệu quả không cao, giảm chấn kém. N hưng ưu điểm của loại này là sử dụng nó rất đơn giản trong vận hành, không phải sửa chữa, giá thành hạ. 4.2.2. Bình điều hòa dạng màng. Hình: (2.14) * Cấu tạo bình điều hòa dạng màng là: Thân bình hình cầu được chia làm hai nửa, được ngăn cách bởi màng cao su có tính chất đàn hồi. Phía trên màng ngăn được nén khí trơ, như vậy khác với bình dạng hộp không khí là người ta nạp khí trơ vào phía trên màng một áp suất p0 tương ứng với áp suất làm việc của bơm, để nâng cao hiệu suất làm việc của bình. Phía dưới màng ngăn được tiếp xúc với môi chất. N hư vậy khí trơ được nạp vào bình được ngăn cách với môi chất bởi màng cao su điều này rất thuận lợi cho việc tăng áp suất khí Po, mang lại lợi ích cho bình được tốt hơn. * N guyên lý hoạt động của bình điều hòa dạng màng: Bình điều hòa phía hút cũng tương tự như bình điều hòa phía đNy, đều hoạt động theo nguyên tắc hấp thụ năng lượng và giải phóng năng lượng, làm điều hòa dòng chảy. Do khí trơ được nạp vào phần trên của thể tích bình. (hình 4.10a). Trong quá trình làm việc của hệ thống, trong hệ thống có áp suất Pmax khí trơ sẽ được nén lại (hình 4.10b) và được hấp thụ năng lượng. Khi trong hệ thống có áp suất Pmin khí trơ giãn nở ra đNy chất lỏng ngược lại hệ thống (hình 4.10c). Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 71 * Ưu, nhược điểm của loại bình dạng màng: Đối với loại bình của Liên xô mức độ giảm áp suất rung động ( Ρδ ) đến 0,1; ptb = 10 ÷ 12 Mpa đến giá trị mà tuân thủ tỷ lệ tối ưu Po/Ptb = 0,5 – 0,6. Từ quan điểm tuổi thọ của bình cao su, khi tuân thủ tỷ lệ này thì cao su của bình làm việc ở vùng biến dạng đàn hồi. Việc tăng áp suất nén cao hơn Ptb = 12 Mpa thì hoạt động của cao su bị hạn chế bởi độ bền cắt của cao su, ngoài ra trong cao su của bình ứng suất kéo tăng lên, xuất hiện biến dạng không đàn hồi (đặc biệt khi nhiệt độ trung bình cao) với việc tạo thành sau đó các nếp uốn dọc theo đường sinh của bình khi dừng bơm. Do đó dẫn đến việc phá hỏng màng cao su. Tuy vậy đối với loại bình màng cao su do các hãng nổi tiếng của Mỹ như loại K và IP người ta dùng kỹ thuật cao chế tạo được màng cao su có chất lượng cao đảm bảo được dải áp suất tương đối lớn tới 25 Mpa với Po/ptb tới 0,5 – 0,75. Tóm lại tuổi thọ của màng phụ thuộc vào vùng dao động của màng trong thân, mà vùng này theo thứ tự lại phụ thuộc vào tỷ lệ Po/Ptb. Trong điều kiện tuân thủ giới hạn cho phép Po/Ptb tại nơi mà tuổi thọ của màng cao nhất thì hiệu quả sử dụng thể tích bên trong của màng không lớn, tối đa chỉ 45% của Vo là thể tích nén có ích. Do đó dạng bình loại này không hợp lý đối với quan điểm hiệu quả sử dụng thể tích bên trong của thân, các thí nghiệm tại mỏ đã chỉ ra rằng tuổi thọ của màng cao su dao động trong giới hạn rộng và việc không tuân thủ phạm vi hẹp của tỷ số tối ưu Po/ptb là điều có thể xảy ra. N goài ra bề mặt rộng của màng, không thể đảm bảo độ đồng nhất của chất lượng cao su và các tính chất của nó. Khi chế tạo cao su có thể lẫn các tạp chất và đó là nơi tập trung ứng suất. N goài độ nhạy của màng tới tỷ số tối ưu Po/Ptb và hiệu quả thấp của việc sử dụng thể tích bên trong của vỏ bình điều hòa dạng màng còn có những khiếm khuyết khác, làm giảm tuổi thọ của màng, làm tăng giá thành của màng và bộ điều hòa bằng khí nén cũng như chi phí vận hành. - Khối lượng lớn giá thành cao, trang thiết bị phức tạp. - Khối lượng lao động lớn, khi chế tạo cũng như lúc lắp đặt và thay thế. - Thiếu dự trữ, khi sử dụng bình một nắp khi màng bị hỏng còn phải tắt bơm để thay thế. - Cao su của màng có bề mặt tiếp xúc rộng và bề dày mỏng bị lão hóa nhanh bởi oxy trong không khí do vậy được khuyến cáo dùng khí trơ gây trở ngại cho việc cung cấp. - Không thể bỏ qua khả năng bám dính của các vật thể nhỏ lạ (chẳng hạn mảnh đá nhỏ, nhọn, đinh.v.v.) lên bề mặt bên ngoài của màng xảy ra khi tàng trữ trong kho hoặc nơi làm việc và là nguyên nhân làm thủng màng, và theo thời gian tàng trữ chắc chắn rằng cao su sẽ bị lão hóa dần và sẽ bị nứt chân chim. Khi làm sạch dung dịch kém thì không thể loại trừ khả năng bám dính các mNu nhỏ của đất đá lên đáy của màng và làm cho màng bị hỏng. Để Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 72 tránh việc xảy ra gây nổ, trong bất kỳ điều kiện làm việc nào như: môi chất công tác, sự thay đổi thể tích đột ngột, và hơn nữa để tránh bị lão hóa cao su.v.v. N gười ta chỉ nạp vào bình khí trơ thường là khí nitơ. a 6 1 2 4 5 3 b c 4.2.3. Bình điều hòa dạng piston. * Cấu tạo, như hình (2. 13); bình được thiết kế kiểu bộ đôi piston – xy lanh, như vậy khí hoặc khí trơ được nạp bên trong xy lanh và ở phần trên piston. Do tính chất đặc trưng của cặp piston – xy lanh nên điều kiện nạp khí vào có tính an toàn cao, áp suất khí p0 tương đối cao mà ít chịu ảnh hưởng bởi oxy hóa và sức căng bề mặt. N hư vậy có thể nạp khí bình thường kinh tế hơn. 1. Thân bình điều hòa 2. Van an toàn 3. Khoang chứa i tơ 4. Màng cao su 5. Dung dich nước 6. Ống dẫn Hình 4.10: Bình điều hòa dạng màng Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 73 * N guyên tắc hoạt động vẫn là giảm xung làm ổn định dòng chảy của cả đường hút và đường đNy, nhưng lúc này môi chất và khí nén tác động lên piston, làm piston trượt trong xy lanh. Hoạt động như tính chất của một cặp piston – xy lanh. Hình 4.11: Cấu tạo nguyên lý làm việc của bình dạng piston * Ưu, nhược điểm: Bình điều hòa dạng piston là loại tối ưu nhất loại bỏ phần lớn các khiếm khuyết nêu trên (đối với loại bình hộp không khí và dạng màng). Một trong những ưu điểm chính của bình điều hòa dạng piston là áp suất cực đại của khí nén ban đầu P0 cao, mà áp suất này bị giới hạn chỉ bởi khả năng của bình điều hòa dạng màng và hộp không khí. Do ưu điểm này nên bình điều hòa dạng Piston làm việc hiệu quả hơn ở áp suất cao (lớn hơn 20Mpa). So với bình điều hòa dạng màng và dạng ống. Khi tuân thủ tỷ lệ cho phép Po/Ptb thì hoạt động của bình điều hòa dạng piston xảy ra bình thường không có va đập piston vào trụ đỡ và tuổi thọ của piston không phụ thuộc vào vị trí của nó trong xy lanh (trong giới hạn hành trình). Đó là ưu điểm của bình điều hòa dạng piston. N goài ra còn có những ưu điểm sau: Tuổi thọ cao của bộ piston xy lanh, có thể giải thích bằng các điều kiện thuận lợi của hoạt động piston trong xy lanh bình điều hòa. Do chênh Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 74 lệnh áp suất tác dụng lên xy lanh lúc hoạt động không lớn nên không có hiện tượng phồng cao su, khe hở đệm gần vùng điểm tựa của lõi piston không bị gãy do vát và không thể phá hủy vòng cao su được bởi có mặt chặn. N hư vậy đối với bộ xy lanh – piston của bình điều hòa thì sự hao mòn do bào mòn vòng đệm và thành xy lanh là đặc trưng. Độ kín của piston và tuổi thọ của nó phụ thuộc vào sức căng ban đầu của vòng đệm. Và đương nhiên tuổi thọ này rất cao. Sự tồn tại của 3 bình điều hòa có thể làm tốt hơn điều kiện khởi động bơm khi thiết lập các áp suất khác nhau: Po = 0,6 ptb; po = O,7ptb, po = O,8 ptb, có nghĩa đảm bảo đặc tính thay đổi của chúng trong dải áp suất rộng. Piston làm sạch tốt bề mặt xy lanh, khỏi dung dịch khoan khi nó nằm ở giá đỡ dưới trong thời gian dừng bơm.Vì vậy tránh việc dính và đông kết piston lên bề mặt của ống lót. Về mặt tự do của ống lót (không bị che bởi piston) được bôi đều bằng một lớp chất lỏng làm kín, và taọ điều kiện thuận lợi cho ma sát của bộ piston – xy lanh. N hờ sự hiện hữu của chất lỏng làm kín lên piston, nên nó không tiếp xúc với oxy của không khí và như vậy đã loại trừ được oxy hóa cao su do oxy gây nên. Do vậy để nạp bình điều hòa ta có thể thay khí N 2 đắt tiền bằng không khí để làm khí nén. Các bình điều hòa khí nén dạng piston cũng có một số khiếm khuyết tuy nhiên không thể hạ thấp các ưu điểm của chúng. - Tồn tại ma sát giữa piston và xy lanh, sinh ra sự mài mòn, giảm độ kín của vòng đệm. Do đó có thể hở và giảm thể tích của không khí v0. - Khi tỷ lệ cho phép Po/Ptb vượt ra khỏi giới hạn, thì có thể có va đập của piston vào nắp trên do hành trình của piston không dài (s = 400mm). Do vậy giới hạn cho phép Po/Ptb tương đối hẹp, mặc dù nó lớn hơn giới hạn cho phép của các bình điều hòa dạng khác. Ảnh hưởng các khiếm khuyết trên có giảm bớt đáng kể bởi các biện pháp mang tính đặc trưng cấu taọ và công nghệ đó là: - Chọn chất bôi trơn thích hợp để làm giảm ma sát và mài mòn, sử dụng piston đặc chủng có độ kín kỹ thuật cao. - Sử dụng bộ chống rung an toàn, nâng cao trình độ tay nghề.v.v. - Với điều kiện sử dụng trong bình điều hòa xy lanh có hành trình dài và lưu tâm tới việc giảm thể tích chết tối thiểu thực hiện không khó về mặt kỹ thuật, thì có thể thu được phạm vi điều chỉnh Po rộng 0,3 Ptb < Po < 0,8 Ptb. 4.3. Tính toán và chọn lựa bình điều hòa cho bơm FMC-Q1616AB/Q1620AB. Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của từng loại bình điều hòa như trên, ta nhận thấy bình điều hòa dạng không màng (hộp không khí) tuy chế tạo đơn giản, giá thành rẻ nhưng hiệu quả giảm chấn không cao. Đối với bình điều hòa dạng piston thì hiệu quả giảm chấn cao nhưng cấu tạo phức tạp, giá thành cao. Và đặc biệt không phù hợp cho những bơm ép nước Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 75 biển (vì nhanh bị đóng cặn và kẹt). Vì vậy giải pháp chọn bình điều hòa dạng màng là phù hợp. Trong phần tính toán chọn lựa bình điều hòa dạng màng phù hợp cho bơm FMC ta bỏ qua việc tính toán sức bền của vật liệu vỏ bình và các chi tiết lắp ráp khác. Tuy nhiên yêu cầu đặt ra đối với tất cả các loại bình trước khi sử dụng cần phải được kiểm tra tính hoàn hảo và các thông số phù hợp. 4.3.1. Xác định các thông số tính chọn bình điều hòa. a) Tính toán lưu lượng bơm theo lý thuyết: Ta có công thức tính lưu lượng của bơm là: 231 7854.0 2LD Q = (4.14) Trong đó: Q: lưu lượng bơm (Gal/vòng). 1Gal = 3,78 (l) D: đường kính piston (inch) L: hành trình piston (inch) N : số buồng chứa trên một vòng quay,với bơm 5 piston tác dụng đơn thì N = 5 Áp dụng: Ta tính lưu lượng Q của bơm piston FMC có 5 piston, N = 5; đường kính D = 2”; hành trình L = 4” Ta có: vgGalQ /2720.0 231 5427854.0 2 ≈ ××× = b) Tính toán lưu lượng bơm theo biểu đồ thực nghiệm. Theo tài liệu hướng dẫn vận hành (operation & maintenance manual) bơm FMC. Xét biểu đồ ứng dụng cho bơm 5 piston tác dụng đơn (mục 3.6.2.). từ biểu đồ này ta xác định được giao điểm của đường thẳng đứng (đường kính piston chọn đường kính 2”). Và đường nghiêng (hành trình piston chọn đường 4”). Giao điểm của hai đường này có tọa độ chỉ ra trên trục lưu lượng là 0,27 Gal/vg. 4.3.2. Tính chọn bình điều hòa. a) Theo biểu đồ thực nghiệm. Trên cơ sở tính toán được lưu lượng bơm Q = 0,27 gal/vg tra trong biểu đồ mục 3.6.3 (bảng – 2 Dampener sizing chart – single asting quintuplex pumps). Từ cột lưu lượng bơm chọn điểm Q = 0,27 dóng thẳng song song với trục hoành. Chọn đường phần trăm (đường nghiêng) giả sử ta chọn đường 85% (từ 85% đến 90% là bình thường – theo chỉ dẫn trong mục 2.1 sách hướng dẫn vận hành bơm FMC). Từ giao điểm của hai đường trên ta Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 76 dóng thẳng xuống trục nằm ngang ta tìm được một lựa chọn với bình điều hòa 1 gallon với mức áp suất nạp trước khoảng từ 20% ÷ 30%. Theo biểu đồ mục 3.6.4 (bảng – 3 IP – 1 Dampener) từ cột đường thẳng đứng chỉ lưu lượng, xác định điểm Q = 0,27 Gal/vg dóng thẳng song song với đường nằm ngang sẽ cắt đường % (đã chọn là 85% ) tại một điểm. Từ điểm này dóng thẳng đứng sẽ cắt đường phần trăm áp suất nạp trước. Tọa độ của điểm này ta có được khoảng 25% áp suất nạp trước. Tra mục 4.1.2; bảng – 4( 3600 psi & 6000 psi ) ta chọn được bình có thông số sau: - Thể loại: IP – 1 – 3600 - Màng chắn: Cao su N - Mặt bích đấu nối: 3” 1500 AN SI – RF. Đây là loại bình có áp lực cực đại nạp trước được khuyến cáo ở mức 1500 psi. N hư vậy tỷ lệ giữa áp suất cực đại nạp trước được khuyến cáo với áp suất làm việc trung bình của bơm là: 5,0 3000 1500 = hay 50% max. So sánh với mức áp suất nạp trước của bình (trong phần tính toán chọn lựa bình) là 25% ta thấy sự lựa chọn trên là hợp lý. b) Tính toán các thông số khác. Ta đã có các thông số sau: - Áp lực xả trung bình: p1 = 3000 psi - Thể tích bình điều hòa: VD = 1 gallon = 229 in3 - Thể tích từng piston chiếm chỗ: Vc = LD × 4 2 π = "4 4 2 × D π =12,56 in3. Trên cơ sở lựa chọn áp lực làm việc trunh bình p1 = 3000 psi ta xác định áp suất làm việc cực đại và cực tiểu của bơm khi không có bình điều hòa: 1 2 1 max 100 P k P ×      = (4.15) 1 2 2 min 100 P k P ×      = (4.16) Với bơm FMC tra bảng ta có: k1 = 101,9%; k2 = 94,8% thay vào công thức trên ta có: psiP 31203000 100 9,101 2 max =×     = psiPmix 26973000100 8,94 2 =×     = Dao động áp lực khi không có bình điều hòa. Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 77 psiPPPw 42326973120minmax0/ =−=−=∆ (1) N goài ra với các thông số khác ta tính theo các công thức: 32 PPPw −=∆ (4.17) n V V PP       = 2 1 12 (4.18) n V V PP       = 3 1 12 (4.19) 1 1 . P PV V CD= (4.20) CV K VV       − −= 100 1001 12 (4.21) CV K VV       − += 100 100 2 13 (4.22) Trong đó: ∆Pw : dao động áp suất khi có bình điều hòa (psi). P1: áp suất đNy trung bình (psi). P2: áp suất khí lớn nhất (psi). P3: áp suất khí nhỏ nhất (psi). V1: thể tích khí trong bình điều hòa ở áp lực trung bình(inch) 3. V2: thể tích khí trong bình điều hòa khi áp lực max (inch) 3. V3: thể tích khí trong bình điều hòa khi áp lực min (inch) 3. N = 1,3 với khí N i tơ. PC: áp lực khí được nạp trước (psi) VD: thể tích bình điều hòa (inch)3. VC: thể tích từng xylanh mà piston chiếm chỗ (inch)3. K1 = % tỷ lệ lưu lượng trên mức trung bình trong một vòng quay trục khuỷu. K2 = % tỷ lệ lưu lượng dưới mức trung bình trong một vòng quay trục khuỷu. Với các giá trị của K1 và K2 được tính như : ( bảng biểu 2.1) Pc = 25% Pmin với Pmin = 2697 psi là áp suất nhỏ nhất ở cửa xả khi không có bình điều hòa. Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 78 N hư vậy: Pc = 25% × 2697 = 673 psi P1 = 3000 psi VD = 1 gallon = 229 in3 Vc = 12,56 in3 Thay vào công thức trên ta có: - Thể tích khí trong bình điều hòa ở áp suất làm việc trung bình. 3 1 1 513000 673229 in P PV V CD = × = × = - Thể tích khí trong bình điều hòa ở áp suất max. 31 12 76,5056,12100 1009,101 51 100 100 inV K VV c =× − −=× − −= - Thể tích khí trong bình điều hòa ở áp suất min. 32 13 56,5156,051100 100 inV K VV c =+=× − += - Áp lực khí ở áp suất min. psi V V PP n 48,2957 563,51 51 3000 3,1 3 1 13 =      ×=      ×= Với khí nitơ n = 1,3 - Áp lực khí ở áp suất max: psi V V PP n 45,3018 76,50 51 3000 3,1 2 1 12 =      ×=      ×= Theo công thức minmax PPPw −=∆ = P2 - P3 (4.23) - Dao động áp lực khi có bình điều hòa. psiPPPw 6148,295745,3018minmax ≈−=−=∆ (2) - Dao động áp lực khi không có bình điều hòa. psiPPPw 42326973120minmax0/ =−=−=∆ (1) ** hư vậy sử dụng bình điều hòa dao động áp lực trong máy bơm đã giảm đi gần 7 lần. Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 79 C. KẾT LUẬ Trong công tác khai thác dầu khí tại xí nghiệp liên doanh Vietsopetro, các loại bơm ép vỉa đang là thiết bị hỗ trợ cho khai thác tăng sản lượng dầu rất hiệu quả, là thiết bị không thể thiếu được một khi các giếng dầu của xí nghiệp liên doanh Vietsopetro, áp lực tự phun ngày một giảm. Hiện nay các bơm ép vỉa đang hoạt động với công suất rất cao. Việc sử dụng liên tục năng suất máy không tránh khỏi máy bị mòn mỏi, hệ thống bị xâm thực mạnh gây ra sự cố hỏng hóc thường xuyên. Để quá trình hoạt động vận hành được liên tục, ngày càng đạt kết quả cao và đáp ứng kịp thời nhu cầu công việc. Việc tìm ra các dạng hỏng và nguyên nhân gây ra các dạng hỏng trong các bộ phận của máy bơm, để từ đó đưa ra được các biện pháp phòng ngừa, khắc phục là công việc hết sức quan trọng. Chính vì những nguyên lý do trên, Em đưa ra ý tưởng chọn đề tài này, nhằm tìm hiểu sâu tính năng của thiết bị và đưa nó vào công tác hoạt động sản xuất thực tế. Đề tài này được làm 4 chương, đề tài đó là: “QUY TRÌH BẢO DƯỠG, SỬA CHỮA BƠM ÉP VỈA FMC- Q1616AB/Q1620AB. TÍH TOÁ BÌH ĐIỀU HÒA” CHƯƠG 1: Tổng quan về việc sử dụng bơm ép vỉa FMC-Q1616AB/Q1620AB trong công tác ép nước duy trì áp suất vỉa. CHƯƠG 2: Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy bơm ép vỉa FMC-Q1616AB/Q1620AB CHƯƠG 3: Quy trình vận hành & bảo dưỡng sửa chữa bơm FMC-Q1616AB/Q1620AB CHƯƠG 4: Tính toán lựa chọn bình ổn áp Trên đây là nội dung đồ án, nó được hoàn chỉnh dựa trên cơ sở số liệu chung của tổ hợp máy bơm FMC-Q1616AB/Q1620AB do công ty FMC Technologies chế tạo. Sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu nguyên lý hoạt động của bơm, đặc biệt là nguyên nhân hỏng hóc và biện pháp khắc phục các bộ phận của Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 80 máy bơm, để từ đó lập quy trình bảo dưỡng, định kỳ ,đột xuất nhằm tăng cường hiệu quả cho máy phát huy công suất tối đa. Đồng thời cũng mang lại cho Em những kiến thức rất bổ ích cho người kỹ sư thiết bị dầu khí. Do trình độ và thời gian có hạn, bước đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tài liệu chuyên nghành về tiếng việt và tiếng anh còn hạn chế, mặc dù bản thân đã cố gắng tìm hiểu, nhưng cũng không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ dẫn, cho ý kiến bở sung của các thầy và các bạn đồng nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy N guyễn Văn Giáp, các thầy trong bộ môn thiết bị dầu khí và công trình thuộc khoa dầu khí, cùng toàn thể các bạn đồng nghiệp đã tạo điều kiện tốt để Em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này. Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 81 D. CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Giáo trình máy bơm thủy lực. Giáo viên trường kỹ thuật nghiệp vụ liên doanh dầu khí Vietsovpetro soạn thảo (lưu hành nội bộ). [2]. Giáo trình máy thủy khí. Trường đại học Mỏ Địa Chất do TS . N guyễn Đức Sướng và TS. Vũ N am N gạn soạn thảo (Hà N ội – 2004) [4]. Tài liệu kỹ thuật chế tạo theo hợp đồng của bơm ( đặt hàng năm 1995) FMC-Q1616AB/Q1620AB,do công ty FMC Technologies chế tạo. Tài liệu hướng dẫn sử dụng máy bơm ADEN A. Hydril Dampener Data [5]. Xử lý vùng cận đáy giếng khai thác dầu, khí và giếng bơm ép nước. XN LDDK “VIETSOVPETRO”( báo cáo năm 2001) [6]. CNm nang thiết kế kỹ thuật: + Do: viện sĩ viện hàn lâm khoa học,kỹ thuật USSR – м. Я. левицково + N hà xuất bản kỹ thuật: киев1975Xuất bản lần thứ 2 có bổ sung [7]. Công nghệ bơm FMC-Q1616AB/Q1620AB, hướng dẫn vận hành và bảo dưỡng bơm 5 piston bơm FMC-Q1616AB/Q1620AB ( www. FMC Technologies.com) năm 2009 E. CÁC ĐƠ VN ĐO LƯỜG ĐƯỢC SỬ DỤG 1Mpa = 145.0377 psi 1Gallon = 231 in3 ( cubic inch) 1Gallon/hour = 3.785412 liter/hour Đồ án tốt nghiệp TBDK & CT – K49 GVHD : guyễn Văn Giáp SVTH: Mai Văn Đức 82 Hình 4.12: Cán bộ công nhân viên X XLKS&SC thuộc liên doanh dầu khí vietsovpetro đang làm việc trên biển ……………………………….********…………………………………..