Nghiên cứu máy bơm FMC. Khắc phục sự chuyển động không ổn định của chất lỏng

cơ : 200 mã lực. - Kết cấu : 447 T. - Tốc độ quay của trục : 1450 vòng / phút. - Sử dụng dòng điện xoay chiều : 3 pha. + Điện thế : 380 V. + Tần số : 50 Hz. + Cường độ dòng điện : 276 A. Ngoài ra động cơ còn được trang bị một nhiệt điện trở và hai thiết bị sưởi ấm không gian, với các thông số làm việc sau: - Dòng một pha. - Điện thế : 220 V. - Tần số : 50 Hz. Trục của động cơ điện dẫn động được nối với trục tốc độ cao của hộp giảm tốc bằng khớp nối loại 1090 T. Động cơ hoạt động dựa trên cơ sở hiện tượng cảm ứng điện từ và bằng cách sử dụng từ trường quay biến điện năng thành cơ năng. 2.2.4 Bảng điều khiển Bảng điều khiển là thiết bị dùng để vận hành tổ hợp bơm. Bảng điều khiển cho phép người vận hành thực hiện các thao tác trên nó khi khởi động hoặc ngừng bơm và nó thể hiện các chế độ làm việc tức thời của bơm. Bảng điều khiển có dạng hình hộp chữ nhật với kích thước: 1.700 x 600 x 400, trọng lượng khoảng 300 kg và chế tạo bằng thép không rỉ. Trên bảng điều khiển bố trí các công tắc, đèn báo ... để thực hiện công tác vận hành. Bên trong là các mạng điện, bộ khởi động, thiết bị biến áp, rơ le .v.v. 2.3. Nguyên lý làm việc của bơm FMC Hình 2.8: Cấu tạo cụm thủy lực 1. Xilanh 11. Vít cấy 2.Piston 12. Đai ốc 3. Cần piston 13. Mặt bích ren van hút 4. Kẹp xilanh 14. Supap van 5. Vít cấy 15. Đệm làm kín 6. Vòng chặn 16. Modul hút 7. Mặt bích ren van xả 17. Đệm 8. Nắp đậy khóa van 18. Miệng hút 9. Modul xả 19. Chốt định vị 10. Đệm chèn chữ V 20. Đệm làm kín Máy bơm FMC là dạng máy thuỷ lực thể tích, làm việc theo nguyên lý nén chất lỏng trong một thể tích kín dưới áp suất thuỷ tĩnh. Máy bơm FMC hoạt động theo nguyên lý chuyển động tịnh tiến qua lại của piston theo phương nằm ngang. Nguồn động lực lấy từ động cơ hoặc từ động cơ điện. Thông qua hộp giảm tốc, bộ truyền đai và cặp bánh răng có tỷ số truyền 4,007 qua hệ thống thanh truyền, con trượt để biến chuyển động tay quay thành chuyển động tịnh tiến của piston trong xilanh. Lúc này nước từ miệng hút (18) sẽ được đưa vào qua các cửa hút (16) của máy bơm, các cửa hút có lắp đặt các van. Nước bơm ép sẽ đi vào xilanh và đi ra qua các cửa xả (9), các van này chỉ có tác dụng một chiều. Khi piston di chuyển lên thì trong khoang của xilanh sẽ thực hiện quá trình xả, lúc này các van một chiều bắt đầu hoạt động, van xả mở và van hút đóng lại. Còn ở khoang dưới thì các van xả đóng, các van hút mở vì lúc đó ở khoang dưới thực hiện quá trình nạp hút nước. Khi piston thực hiện xong hành trình đi lên thì tiếp tục thực hiện hành trình đi xuống, lúc đó quá trình nạp và xả dung dịch lại thực hiện ngược lại, có nghĩa là khoang trên lúc này bắt đầu hút nước còn khoang dưới thì van xả mở, van hút đóng. Nước bơm ép trong xilanh được bơm ra ống dẫn và được đẩy vào giếng bơm ép. Trên ống dẫn có lắp bình điều hòa có tác dụng giảm bớt sự dao động của lưu lượng và áp suất trong quá trình bơm. 2.3 Một số hỏng hóc thường gặp Trong quá trình sử dụng bơm FMC hay gặp những dạng hỏng hóc sau: Bảng 2.1. Những hỏng hóc trong quá trình sử dụng máy bơm FMC Hiện tượng Nguyên nhân Cách khắc phục Máy bơm hoạt động nhưng không có chất lỏng trong ống cao áp. Thiếu hoặc không có chất lỏng trong bể. Van ở đường hút chưa mở. Ống hút không kín để lọt khì vào. Van an toàn bị thủng màng. Kiểm tra bổ sung đủ chất lỏng. Mở van hút. Sửa chữa ống hút Thay van an toàn. Lưu lượng bơm không đủ với tính toán. Phin lọc trong bể bị tắc. Ống cách giữa xilanh với mặt bích lắp không đúng, không trùng với lỗ van. Làm sạch phin lọc. Lắp lại ống cách. Có tiếng rít trong khung thuỷ lực. Mòn, vỡ piston Mòn xilanh. Rách vòng làm kín đế van Thay piston. Thay xilanh. Thay vòng làm kín. Có tiếng gõ trong buồng xilanh ở cuối hành trình. Ốc đầu ty bị hỏng. Ốc hãm ty với trục trung gian bị hỏng. Ốc hãm trục trung gian với con trượt bị hỏng. Xiết lại ốc đầu ty. Xiết lại ốc hãm. Xiết lại ốc. Có tiếng gõ trong van. Lò xo supáp bị gãy. Thay lò xo mới. Chất lỏng phun ra từ lỗ báo. Bộ gioăng làm kín giữa thân hộp thuỷ lực với xilanh bị hỏng. Gioăng làm kín nắp van bị hỏng hoặc lắp không đúng. Thay bộ làm kín. Thay gioăng. Chất lỏng chạy ra dọc theo ty bơm. Bộ làm kín ty bươm bị mòn. Xiết lại ốc chèn gioăng. Hoặc thay mới gioăng làm kín. Độ ổn định của áp suất đầu ra lớn. Khí nén trong bình ổn áp không đủ. Bình ổn áp bị hỏng. Kiểm tra và thay màng cao su, ép áp lực khí đủ theo yêu cầu. Bàn trượt nóng quá mức. Dầu bôi trơn không đủ hoặc dầu đã cũ. Tắc các lỗ dẫn dầu bôi trơn cho máng trượt, tấm chắn dầu không còn tác dụng. Máy bơm lắp đặt không đúng, bị nghiêng. Kiểm tra và thay dầu mới. Thông lại lỗ dẫn dầu và kiểm tra lá chắn dầu. Căn chỉnh lại máy bơm. Ổ bi nóng quá mức. Ổ bi thiếu mỡ bôi trơn. Ổ bi quá cũ, độ sai số lớn. Dây đai căng quá mức. Bơm mỡ mới. Kiểm tra lại vòng bi. Giảm độ căng dây đai. Có tiếng gõ mạnh trong xilanh. Mặt bích đầu hộp thuỷ lực ốc xiết không chặt. Xiết lại ốc. Có tiếng kêu trong phần cơ. Bánh răng truyền động bị hỏng. Vòng bi tay biên bị hỏng. Trục con trượt bị tháo lỏng. Bạc đầu nhỏ của tay biên bị mòn quá giới hạn. Kiểm tra lại bánh răng. Kiểm tra lại vòng bi tay biên. Lắp lại trục con trượt. Kiểm tra và thay lại bạc. Bánh đai dẫn động rung lắc quá lớn. Ốc xiết nắp trên của thân bơm với thân dưới bị tháo lỏng. Ốc xiết bánh đai với trục chủ động máy bơm bị tháo lỏng. Kiểm tra và xiết lại ốc. Hao dầu quá lớn. Ốc bắt máng trượt với thân bơm bị lỏng, dầu theo đó ra ngoài. Buồng cácte máy bị nứt. Xiết lại ốc. Kiểm tra lại thân dưới máy bơm. CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG, XÂY LẮP BƠM FMC 3.1. Quy trình vận hành 3.1.1. Kiểm tra trước khi vận hành: Trước khi khởi động bơm, ta thực hiện các công tác kiểm tra sau: Kiểm tra lượng dầu bôi trơn ở hộp giảm tốc và hộp trục khuỷu của bơm. - Để kiểm tra lượng dầu bôi trơn trong hộp trục khuỷu ta quan sát vạch thủy tinh trên dụng cụ đo. Nếu vạch thủy tinh xấp xỉ 2’’ thì lượng dầu bôi trơn đảm bảo cho bơm làm việc tốt, nếu vạch thủy tinh thấp hơn 2’’ ta phải bổ sung thêm dầu. - Đối với hộp giảm tốc, ta xem mực dầu trên que thăm dầu để xác định lượng dầu bôi trơn có đủ không, nếu thiếu ta thêm dầu vào. Chú ý: Dầu bôi trơn được sử dụng là loại 30 Wt SAE. Hoặc các loại dầu khác có độ nhớt và các chỉ tiêu kỷ thuật tương đương. Kiểm tra lượng dầu bôi trơn của bơm định lượng bôi trơn piston. Kiểm tra mực nước trong bồn chứa để đảm bảo đủ nước cho bơm hoạt động. Kiểm tra hệ thống cung cấp và xử lý nước cho bồn chứa xem có đạt yêu cầu không để bơm làm việc được liên tục đạt hiệu quả bơm ép cao. Kiểm tra áp suất Nitơ trong bình ổn áp với áp suất do nhà máy chế tạo khuyến cáo 75% max áp suất làm việc của bơm. Kiểm tra quy trình lắp đặt bơm và hệ thống đường ống có đạt yêu cầu không. Kiểm tra các bu-lông, mặt bích, khớp nối .v.v. xem có kín và chắc chắn không. Nếu trong quá trình kiểm tra có phát hiện sai sót nào phải lập tức sửa chữa hoặc điều chỉnh. Kiểm tra và điều chỉnh các van trên đường ống hút và xả ở vị trí mở. Kiểm tra và điều chỉnh các công tắc, bộ khởi động và các thiết bị khác trong bảng điều khiển để chuẩn bị khởi động bơm. Kiểm tra hàng rào che chắn và bảo vệ phải chắc chắn. Kiểm tra nơi làm việc phải được gọn gàng sạch sẽ tầm nhìn rộng. Kiểm tra điện tiếp mát tiếp đất phải tốt. 3.1.2. Khởi động bơm: Sau khi kiểm tra, điều chỉnh, đảm bảo tin tưởng chắc chắn tất cả các van hút, xả van điều chỉnh lưu lượng đều mở ta thực hiện các bước sau để khởi động bơm: Kiểm tra nguồn điện ắp - tô - mát phải ở vị trí ON. Nhấn nút khởi động bơm “ PUMP START “ trên bảng điều khiển. Kiểm tra lắng nghe tiếng máy và quan sát dòng chất lỏng xả. Nếu tiếng máy êm và đều, dòng chảy ổn định ta tiếp tục cho bơm làm việc. Nếu tiếng máy không ổng định và hoặc có tiếng gõ, dòng chảy không đều hoặc không liên tục ta lập tức ngừng bơm bằng cách nhấn nút “ STOP “ trên bảng điều khiển để có biện pháp xử lý kịp thời. Trong trường hợp khẩn cấp, nhấn nút ngừng khẩn cấp “ EMERGENCY STOP BUTTON “. Hệ thống chỉ có thể làm việc lại bình thường chỉ khi nút này được đẩy về vị trí ban đầu. Khi các đèn báo động bật đỏ, ta lập tức ngừng bơm và kiểm tra đèn báo động sự cố nào sau đây: - Áp suất cửa hút thấp. - Áp suất cửa hút cao. - Áp suất ở cửa xả thấp. - Áp suất ở cửa xả cao. - Mực dầu bôi trơn trong hộp giảm tốc thấp. - Mực dầu bôi trơn trong hộp trục khuỷu thấp. - Bộ khởi động bị hư hỏng. 3.2 Quy trình bảo dưỡng 3.2.1. Vấn đề bôi trơn: Bôi trơn các cơ cấu, bộ phận, chi tiết của tổ hợp bơm là một trong những yếu tố quan trọng quyết định đến hiệu suất làm việc của bơm, làm tăng tuổi thọ cũng như hiệu quả sử dụng bơm. 3.2.1.1. Bôi trơn hộp trục khuỷu: Hộp giảm tốc dùng loại dầu bôi trơn 30 Wt SAE. sau tuần đầu tiên hoạt động phải thay dầu mới. Sau 6 tháng hoặc sau 2500 giờ làm việc, phải tháo bỏ dầu bôi trơn cũ và thay dầu mới. Hằng ngày kiểm tra lượng dầu bôi trơn trong hộp giảm tốc và bổ sung nếu cần thiết. 3.2.1.2 Bôi trơn piston: Bộ gioăng làm kín và piston phải luôn được bôi trơn để đảm bảo làm việc tốt và kéo dài tuổi thọ. Dầu bôi trơn được cung cấp từ bơm định lượng qua đường ống dẫn vào hộp gioăng để thực hiện quá trình bôi trơn bộ gioăng. Vì vậy hằng ngày ta phải kiểm tra lượng dầu bôi trơn trong bơm định lượng để bổ sung kịp thời lượng dầu tiêu hao. 3.2.1.3 Bôi trơn các bộ phận khác: - Khi thay dầu bôi trơn cho hộp giảm tốc, ta cũng tiến hành tra mỡ bôi trơn các ổ đỡ trục trong hộp giảm tốc bằng cách bơm mỡ qua các núm tra mỡ. - Khi thay dầu bôi trơn cho hộp giảm tốc, ta nên thực hiện việc tra mỡ cho các khớp nối 1090T và 1100T qua lỗ tra mỡ trên nắp bảo vệ khớp nối. 3.3.2. Cách tiến hành kiểm tra và xử lý phục vụ cho công tác bảo dưỡng: Như ta đã biết, việc bảo dưỡng đúng kỹ thuật đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc sử dụng có hiệu quả và nâng cao tuổi thọ của bơm. 3.3.2.1 Bộ gioăng làm kín piston: Khi bộ gioăng làm kín piston bị mòn hoặc hư hỏng sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của bơm cần phải thay thê, song nếu một lượng nhỏ rò rỉ thì coi là bình thường và nó giúp làm mát và bơi trơn piston. Vì vậy chúng ta phải luôn tiến hành kiểm tra khả năng làm kín của bộ gioăng. - Xả tất cả chất lỏng trong thân bơm. - Tháo các đai ốc lục giác giữ hộp gioăng với thân bơm. - Tháo bu-lông của khớp nối piston và nhấc khớp nối ra khỏi vị trí. - Dùng tay xoay trục khuỷu của bơm để piston được đẩy hết về phía trước, sau đó tiếp tục xoay trục khuỷu để cần piston tách ra khỏi piston và dịch chuyển về điểm chết dưới nhằm tạo khoảng trống thuận tiện cho việc tháo hộp gioăng. - Nhấc hộp gioăng và piston ra khỏi bơm và để nơi thuận tiện cho việc kiểm tra. - Tháo tất cả các thành phần của bộ gioăng làm kín piston. lau chùi sạch sẽ bộ gioăng, hộp gioăng, đai ốc điều chỉnh và piston bằng vải ngâm trong dung môi. - Tiến hành việc kiểm tra các mặt làm việc của bộ gioăng và piston, khi bị mòn hỏng dập nát thì thay mới. - Tiến hành lắp đặt lại bộ gioăng cũ hoặc bộ gioăng mới vào hộp gioăng, quy trình ngược lại. Khi lắp piston vào hộp gioăng, không được dùng búa đóng vào bề mặt nối với cần piston, vì điều này có thể làm hư hỏng bề mặt lắp khớp nối và hướng chuyển động của piston không chính xác. 3.3.2.2 Phần thân bơm: Đặc trưng cơ bản của thân bơm là các bộ van. Bơm làm việc với áp lực cao, tốc độ lớn và do ăn mòn hóa học nên các bộ van dễ dàng bị mòn hoặc hư hỏng. Việc mòn hoặc hư hỏng các bộ van rất nguy hiểm, nó gây ra hiện tượng rung động tổ hợp bơm làm hư hỏng các bộ phận chi tiết khác và giảm trầm trọng hiệu suất làm việc của bơm. Vì vậy khi sử dụng bơm FMC, công tác kiểm tra bảo dưỡng các bộ van phải được thực hiện thường xuyên là biện pháp đề phòng hữu hiệu, đảm bảo bơm làm việc tốt. Quy trình kiểm tra bảo dưỡng các bộ van được tiến hành như sau: a) Tháo nắp van. Tháo bu - lông giữ miếng chặn lò xo của bộ van xả. Khi đó tấm chặn lò xo, các lò xo và đĩa van sẽ được tháo ra. Tháo đế van bằng dụng cụ chuyên dùng, vặn đầu có ren vào đế van và cầm tay nắm giật mạnh lên nhiều lần cho đến khi đế van ra khỏi lổ côn trong thân bơm. Lặp lại bước 2 và bước 3 để tháo van hút. Nên lưu ý không để lẫn lộn các chi tiết của bộ van hút và van xả, khi rửa sạch các chi tiết bộ van. b) Bảo dưỡng van Tiến hành việc kiểm tra các bộ van và đề ra biện pháp xử lý. Để kiểm tra các bộ van ta thực hiện như sau: Xem xét kỹ các lò xo của các bộ van. Nếu lò xo có vết nứt hoặc gãy phải thay thế. Quan sát kỹ bề mặt làm việc của đĩa van với đế van xem có bị rỗ, mòn hoặc nứt gãy không. Nếu đĩa van có vết nứt hoặc gãy phải thay mới. Nếu bề mặt làm việc của đế van bị nhám hoặc rỗ, ta có thể lên kế hoạch phục hồi bề mặt bằng phương pháp mài rà. Quan sát kỹ bề mặt đế van lắp với bề mặt lỗ côn trong thân bơm xem có mòn, nứt hoặc ô van không. Nếu có một trong các sự cố trên phải thay thế đế van mới. Kiểm tra lỗ côn nơi lắp đế van. Vì vị trí của lỗ côn không thuận tiện cho việc quan sát xem xét nên phải dùng biện pháp chiếu tia Rơnghen hoặc siêu âm để phát hiện các khuyết tật. Nếu lỗ côn có vết nứt, vết xói mòn hoặc bị rỗ ta lập kế hoạch phục hồi lỗ côn nhằm đảm bảo lắp ghép với đế van đạt chất lượng cao. Sau khi hoàn tất công tác kiểm tra và xử lý các chi tiết của các bộ van, ta tiến hành lắp ráp quy trình ngược lại. 3.3.2.3 Phần cơ của bơm: Nhìn chung phần cơ của bơm ít khi bị hư hỏng các cơ cấu, chi tiết trong nó. Khi sử dụng bơm, nếu chúng ta tuân thủ các quy định về bôi trơn, không để bơm làm việc quá tải, vận hành đúng nguyên tắc.v.v. là phương pháp bảo dưỡng hữu hiệu nhất đối với phần cơ của bơm. Tuy nhiên hầu hết tất cả các thiết bị máy móc đều có ít nhiều các khuyết tật do việc thiết kế chế tạo không được hoàn hảo, do mòn mỏi cơ tính của vật liệu sau thời gian làm việc. Vì vậy chúng ta nên thực hiện công tác kiểm tra định kỳ phần cơ (hộp công tác) của bơm nhằm đảm bảo luôn hoạt động tốt và nâng cao tuổi thọ của nó. Tháo khớp nối trục khuỷu với trục hộp giảm tốc, sau đó tháo dây cu-roa dẫn động trục bơm định lượng. Tháo toàn bộ dầu bôi trơn trong hộp trục khuỷu bằng đai ốc xả dầu và đựng dầu vào thùng chứa. Tháo hộp gioăng và piston. Tháo các bu-lông và nhấc nắp đậy phía sau hộp trục khuỷu ra khỏi vị trí, tháo cả đệm lót để tránh gây hư hỏng. Tháo đầu to thanh truyền ra khỏi tay biên trục khuỷu bằng cách tháo các đai ốc và bu-lông ổ trượt ghép. Sau đó tháo bạc lót của ổ trượt ghép ra khỏi thanh truyền. Tháo mặt bịt có phớt chắn dầu ti con trượt, dùng tay đẩy thanh truyền về phía trước để di chuyển con trượt ra khỏi lỗ dẫn hướng của vỏ bơm. Dùng dụng cụ đo (thước nhớt) kiểm tra khe hở hướng kính giữa trục khuỷu và các ổ đỡ trung tâm. Nếu khe hở vượt quá 0,010’’ thì phải thay ổ đỡ mới. Tháo bu-lông giữ mặt bích ổ đũa đỡ chặn của trục khuỷu, sau đó tháo hẳn mặt bích ổ đỡ. Lúc này trục khuỷu được đỡ bằng hai ổ đỡ trung tâm sau khi ổ đũa nón cuối được tháo ra. Kéo trục khuỷu qua ổ đỡ đũa nón đã được tháo để lôi trục khuỷu ra ngoài. Khi tháo trục khuỷu nên sử dụng thiết bị nâng làm cân bằng trục khuỷu để tránh gây hư hỏng các ổ đỡ trung tâm và hư hỏng trục khuỷu. Kéo thanh truyền và bộ con trượt ra khỏi bơm để nơi thuận tiện cho việc kiểm tra và lắp ráp lại. Tháo tất cả các gioăng làm kín dầu ở mặt bịt ty cuối con trượt, trong các mặt bích ổ đũa. Các bạc dầu này nên thay mới mặc dù chúng vẫn chưa có dấu hiệu hư hỏng. Kiểm tra các ổ đũa nón đỡ trục khuỷu: Xem ổ có mòn bề mặt các vết nứt, rỗ và độ nhám bề mặt. Nếu phát hiện có khuyết tật phải thay thế ổ mới. Nếu một trong hai ổ bị hư hỏng, ta phải thay cả ổ còn lại. Kiểm tra trục khuỷu có hư hỏng hoặc có vết trầy xước rạn nứt không? Cần phải đo độ đảo, côn, ô van của tay biên. Nếu trục khuỷu bị hư hỏng tốt nhất là nên thay mới, không phục hồi. Kiểm tra các ổ trượt trung tâm nếu có khe hở hoặc có vết trầy xước lớp babit, ta phải tháo chúng để thay thế hoặc xử lý. Tháo vít định vị ổ, dùng thiết bị chuyên dùng để tháo ổ trượt. Lắp hai ổ trược đỡ trục khuỷu bằng dụng cụ chuyên dùng. Khi lắp phải định hướng chính xác lổ định vị để tránh làm biến dạng ổ khi vặn đinh vít cố định ổ. Kiểm tra lót ổ thanh truyền có hư hỏng hoặc bị rỗ không và thay lót ổ mới nếu cần thiết. Kiểm tra con trượt, nếu nó mòn quá mức phải thay mới. Rửa sạch tất cả các bộ phận chi tiết trong dung môi và bôi lớp dầu mỏng (loại 30 Wt SAE) trước khi lắp ráp. Riêng vỏ bơm phải rửa sạch và thổi khô. Lắp ổ đũa nón vào đầu trục khuỷu nối với trục hộp giảm tốc, luộc ca-bi trong đến nhiệt độ 3000 F (148,80C) và đưa vào trục khuỷu. Dùng thiết bị ép để ép ca-bi ngoài vào mặt bích ổ. Lắp ráp thanh truyền vào con trượt và định hướng chính xác lỗ bôi trơn trên con trượt và thanh truyền. Đưa cơ cấu thanh truyền con trượt vào vị trí của chúng trên bơm, lỗ bôi trơn trên con trượt và thanh truyền phải hướng lên trên. Luồn cẩn thận trục khuỷu vào vị trí của nó, động tác này được thực hiện hết sức cẩn thận để tránh làm hư hỏng các ổ đỡ trung tâm. Chú ý: Trước khi lắp trục khuỷu đẩy tay biên vào trong càng xa càng tốt. Tiến hành lắp ổ đũa nón vào cuối trục khuỷu. Luộc nóng ca- bi trong đến 300 oF (148,80C) và ép vào trục khuỷu. Lắp các mặt bích đã có ca-bi ngoài vào vị trí . Giữa mặt bích và thân bơm có gioăng làm kín và các đệm lót căn chỉnh ổ. Kiểm tra và điều chỉnh độ rơ của các ổ đũa nón trục khuỷu bằng cách sau: - Nới lỏng các thanh truyền. - Đặt đồng hồ đo lên vỏ bơm và tì kim đồng hồ vào trục khuỷu - Điều chỉnh kim đồng hồ đến vị trí 0. - Dùng đòn bẫy trục khuỷu sao cho vừa đủ lực nâng tải trọng của trục khuỷu,theo phương đối diện với điểm tỳ kim đồng hồ - Đọc chỉ số trên đồng hồ đo. - Chỉ số nằm trong khoảng 0,02 thì đạt yêu cầu. Nếu vượt quá phải điều chỉnh các ổ đũa bằng cách thêm vào hoặc bớt ra các miếng đệm lót căn chỉnh. Lắp ráp đầy đủ các chi tiết thanh truyền con trượt ty con trượt và các bộ phận liên quan. 3.2.4 Hộp giảm tốc: Hộp giảm tốc là cơ cấu dùng để giảm số vòng quay nhờ vào cặp bánh răng ăn khớp. Vì vậy hộp giảm tốc yêu cầu luôn đảm bảo chế độ bôi trơn tốt nhằm giảm ma sát, giảm độ mòn các bề mặt tiếp xúc của cặp bánh răng ăn khớp. Hình 3.1: Kiểm tra độ đảo trục 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 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 có thể thực hiện như sau: - Dùng đồng hồ đo tì vào đầu trục và vỏ hộp giảm tốc - 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. - Nếu 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. 3.3.2.5 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 và thoáng khí. Bề mặt trong và ngoài của động cơ không được dính bẩn, dầu mỡ, nước, bụi. Vì đó là nguyên nhân gây cản trở sự thông gió của động cơ. Nếu động cơ không được thông gió tốt sẽ nóng quá mức do không thoát được nhiệt gây hỏng hóc động cơ. 3.3. Quy trình xây lắp Để bơm được lắp đặt hợp lý thì cần phải có kế hoạch trước khi vận chuyển bơm ra vị trí lắp đặt, bởi vì sẽ rất tốn kém và khó khăn khi sửa những lỗi về đường ống, lắp đặt bình điều hòa, cố định bơm sau khi đã được lắp đặt và hàn vào vị trí. Để tránh những sai sót cần phải thực hiện theo những nguyên tắc chung sau: 3.3.1. Nền móng Lắp đặt bơm: Tính mức cao của bơm là cần thiết cho sự phân bố hợp lý của dầu bôi trơn trong cụm truyền động khi bơm làm việc. Bệ đỡ tạm thời: Trọng lượng của bơm cần phải được phân bố đều lên bệ đỡ trong suốt chiều dài của bơm. Bệ đỡ cố định: Những lắp đặt cố đinh hay lâu dài cần được tính toán độ cao và độ thăng bằng. Lực từ bơm tác dụng lên nền móng phải phân bố đều suốt chiều dài của bơm. Không gì bơm xuống dầm khi lực phân bố không đều vì nó sẽ gây ra nhưng biến dạng không cần thiết. Sau khi lắp đặt cụm bơm, hộp giảm tốc và động cơ lên giá đỡ, chúng ta tiến hành căn tâm, cân bằng cụm máy trước hết ta căn tâm giữa phần bơm và hộp giảm tốc, sau đó căn chỉnh giữa phần hộp giảm tốc và động cơ. Căn chỉnh phải đảm bảo được độ chính xác cao theo sự hướng dẫn của tài liệu Bảng 3.1: Tiêu chuẩn căn tâm bơm FMC Loại Tiêu chuẩn lắp đặt Tiêu chuẩn khi chảy Khoảng cách ±10% Lệch góc (x – y) Lệch tâm – p Khoảng cách Lệch góc (x – y) Lệch tâm -p Max mm Max mm Max mm Max mm Max mm Max mm 1090T 3 0,18 0,20 7,26 0,71 0,41 1100T 5 0,20 0,25 10,9 0,84 0,51 3.3.2. Lắp đặt đường ống Xác định kích thước và vật liệu đường ống phù hợp với các yêu cầu trên, sau đó tiến hành lắp đặt đường ống lên các giá đỡ. Các giá đỡ đường ống không liên kết với giá đỡ bơm và nên dùng các khớp nối đàn hồi để giảm hiện tượng rung động đường ống. 3.3.2.1. Lắp đặt đường ống hút Đường ống sử dụng trong trường hợp tự hút phải ngắn nhất có thể, và không có chỗ uốn cong. Đường kính lớn hơn hoặc bằng đường kính đường nạp của bơm và phải lớn hơn nếu ống dài hơn 6 ft. Trong trường hợp nạp ta phai dùng 1 bơm khác để nạp. Đường ống trong trường hợp này có thể có chổ uốn cong nếu chỗ uốn đó cần thiết 3.3.2.2. Lắp đặt đường ống xả Khảo sát mặt bằng để xác định tuyến đường ống xả và xác định kích cỡ của đường ống bằng việc tính toán khả năng giảm áp trên mỗi feet của đường ống . Lựa chọn tải trọng đường ống để chịu được áp suất yêu cầu, việc lựa chọn và ghi rõ các thông số đánh giá khả năng làm việc của đường ống lên bề mặt ngoài của nó. Lắp đường ống xả vào bơm và cố định vững chắc đường ống lên các giá đỡ. Lắp áp kế trên đường ống xả, áp kế cho phép đánh giá áp suất đang làm việc của bơm nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều chỉnh chế độ làm việc và bảo vệ bơm. Lắp van an toàn trên đường xả ngay sát phần thủy lực của bơm để đảm bảo quá trình làm việc liên tục và an toàn. Lắp bình điều hòa trên đường ống xả càng gần bơm càng tốt, nó cho phép giảm sự giao động của dòng chất lỏng khi ra khỏi bơm để dòng chảy được ổn định và liên tục. 3.3.3. Lắp đặt van Van trên đường ống hút: Luôn sử dụng những van có thể mở hoàn toàn như van cửa hay van bướm. Van an toàn: Nên lắp đặt một van an toàn giữa đường hút của bơm và đường xả của bơm nạp. Áp suất làm việc của van là khoảng 70 psi. Van an toàn này có tác dụng ngăn ngừa sự phá hủy bơm nạp và bình điều hòa hút trong trường hợp áp suất của ống hút tăng lên cao. Lắp van xả nước tại điểm thấp nhất trên đường ống hút, van này có tác dụng xả toàn bộ chất lỏng trong đường ống khi cần sửa chữa hoặc nhiệt độ hạ thấp có thể làm đông đặc chất lỏng Lắp van chặn trên đường ống hút gần bể chứa chất lỏng van này mở khi có sức nâng do hút và nó cho phép luôn duy trì chất lỏng trong đường ống hạn chế việc mồi nước khi khởi động, lắp phin lọc ở đầu vào của đường ống để loại bỏ các cặn bẩn có thể gây hư hỏng bơm và ảnh hưởng đến bơm CHƯƠNG 4 KHẮC PHỤC SỰ CHUYỂN ĐỘNG KHÔNG ỔN ĐỊNH CỦA CHẤT LỎNG 4.1. Độ không ổn định lưu lượng Hình 4.1: Sơ đồ hoạt động của bơm piston Lưu lượng của máy bơm piston được xác định theo công thức: Q = F.C = Fωrsinα (4.1) Trong đó: F : Tiết diện piston C : Vận tốc chuyển động của piston trong xilanh r : Bán kính tay quay ω : Vận tốc góc của tay quay Q > 0 : Quá trình đẩy Q < 0 : Quá trình hút. Ta thấy lưu lượng tức thời của bơm dao động theo hàm số hình sin và đạt giá trị cực đại (Qmax) khi α=k; cực tiểu (Qmin) khi α =k2π ( k = 1,2…) Tốc độ chuyển động của chất lỏng ở ống hút (Vh) và ống đẩy (Vđ) cũng tuân theo quy luật của piston (V): (4.2) (4.3) Trong đó : Fd và Fh là tiết diện của ống đẩy và ống hút Qua đó ta thấy các máy bơm khác nhau có mức độ ổn định lưu lượng Q khác nhau: Ta xét đồ thị lưu lượng của từng loại bơm. 4.1.1. Bơm tác dụng đơn Giả sử khi α = 0 là bắt đầu quá trình đẩy Hình 4.2: Đồ thị lưu lương của bơm một xilanh tác dụng đơn + Khi α= 0 ÷ thì Q tăng dần và đạt max khi α= + Khi α= thì Q giảm dần và bằng 0 khi α= + Khi α= thì Q thực hiện quá trình hút Gọi m là hệ số không đồng đều về lưu lượng: (4.4) Ta biết : Qmax = F.r.ω = F.r. (4.5) QTb = (4.6) Thay (4.5) và (4.6) vào (4.4) ta được: m = = 3,14 4.1.2. Bơm tác dụng kép 4.1.2.1. Bơm 1 xi lanh tác dụng kép Do ảnh hưởng của cần piston nên lưu lượng của 2 buồng làm việc sẽ khác nhau nên hệ số không đồng đều về lưu lượng m > 1,57 4.1.2.2. Hai xi lanh tác dụng đơn: Trục khuỷu đặt lệch nhau 1 góc 180º Hình 4.3: Đồ thị lưu lượng của bơm hai xilanh tác dụng đơn Khi xilanh thứ nhất thực hiện quá trình đẩy thì xi lanh thứ 2 thực hiện quá trình hút và ngược lại. Hệ số không đồng đều về lưu lượng m được tính như sau. 4.1.3. Bơm tác dụng ba Gồm 3 bơm tác dụng đơn, tay quay đặt lệch nhau 1 góc 120º Hình 4.4: Đồ thị lưu lượng của bơm 3 xilanh tác dụng đơn Ở những phần mà 2 xi lanh cùng bước đẩy thì ta phải dùng phương pháp cộng đồ thị để tìm Q tổng cộng trên ống đẩy. Cuối cùng ta được đồ thị của Q tổng cộng có 6 lần đạt giá trị max sau mỗi vòng quay của trục khuỷu. Lưu lượng trung bình của bơm tác dụng ba bằng 3 lần bơm tác dụng đơn. Như vậy : Hệ số không đồng đều về lưu lượng 4.1.4. Bơm tác dụng bốn Hình 4.5: Đồ thị lưu lượng của bơm bốn xilanh tác dụng đơn Sau mỗi vòng quay của trục khuỷu, bơm 4 lần đạt giá trị Qmax. Lưu lượng lớn nhất của bơm Lưu lượng trung bình của bơm QTb =4.F.r. Vậy ta có hệ số không đồng đều về lưu lượng m: Đối với máy bơm 2 xi lanh tác dụng kép, do ảnh hưởng của cần piston do đó m > 1,11 4.1.5. Bơm tác dụng năm Hình 4.5 Đồ thị lưu lượng của bơm piston năm tác dụng đơn Gồm 5 piston tác dụng đơn, tay quay đặt lệch nhau 1 góc 72º Ở những phần mà 2 xi lanh cùng bước đẩy thì ta phải dùng phương pháp cộng đồ thị để tìm Q tổng cộng trên ống đẩy. Cuối cùng ta được đồ thị của Q tổng cộng có 10 lần đạt giá trị max sau mỗi vòng quay của trục khuỷu. Lưu lượng trung bình của bơm tác dụng ba bằng 3 lần bơm tác dụng đơn. Như vậy : Hệ số không đồng đều về lưu lượng m = π/10 = 0,314 4.2. Yêu cầu 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. Ngoài 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. 4.3. Các biện pháp khắc phục sự chuyển động không ổn định 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 đẩy. 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. Nhưng 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..Ngoài ra người ta có thể dùng bình điều hòa, dùng bơm tác dụng hai chiều. 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 và các thông số của bình ổn áp sử dụng cho mỗi loại bơm piston là làm giảm sự dao động và áp suất đến mức thấp nhất. Nó góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng bơm piston. Để 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… người ta chỉ nạp vào bình khí trơ, thường là khí nitơ. Việc tính toán và xác định giá trị của áp suất khí nạp vào trong bình phải đảm bảo cho hiệu suất làm việc của bình là lớn nhất. Trong điều kiện bình thường, áp suất khí nạp được xác định theo áp suất làm việc bé nhất của hệ thống, nhưng có thể cũng phụ thuộc vào (chịu ảnh hưởng) các thông số khác của hệ thống. Và sau hết, theo yêu cầu của nhà sản xuất. 4.4. Sử dụng bình điều hòa 4.4.1. Phân loại bình điều hòa Tùy theo các tiêu chí khác nhau mà người ta chi ra các loại bình điều hòa - Phụ thuộc vào hướng chuyển động: + Bình điều hòa kín (chất lỏng đi qua bình điều hòa thì hướng chuyển động bị thay đổi và thay đổi các khoang chuyển động bên trong bình: đó là sự tăng giảm về thể tích của khoang khí và lỏng) + Bình điều hòa hở, hay còn gọi là bình ổn áp chảy (chất lỏng trong bình chuyển động theo một hướng không đổi từ đầu vào đến đầu ra) Theo cấu tạo: + Bình điều hòa dùng ống đục lỗ + Bình điều hòa dùng van định hướng + Bình điều hòa dùng van tự do Theo vị trí lắp đặt: + Bình điều hòa cửa hút + Bình điều hòa cửa đẩy. - Theo nguyên lý làm việc của bình ổn áp: + Bình ổn áp không màng (dạng ống) + Bình ổn áp dạng màng + Bình ổn áp dạng piston 4.4.2. Đặc điểm, cấu tạo, nguyên lý làm việc của bình ổn áp 4.4.2.1. Bình ổn áp dạng ống Hình 4.6 Bình ổn áp dạng ống Cấu tạo của bình là: Dạng ống vỏ ngoài chế tạo bằng thép hợp kim, 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: Nửa trên là không khí áp suất khí môi trường pa. Môi chất được tiếp xúc trực tiếp với không khí trong bình. Nguyên 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 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 đẩy: Chất lỏng được đẩy lên hộp không khí, không khí trong hộp bị nén lại. Áp suất khí trong hộp ép chất lỏng lên ống đẩy. Như vậy thể tích trong hộp cần đủ lớn để dao động không đáng kể. Nhờ đó chất lỏng được ép đều liên tục lên ống đẩy chỉ còn từ bơm đến hộp không khí là không đều. Ưu nhược điểm của bình hộp không khí: Như ta đã biết hiệu qủa của bình ổn áp của một loại bất kỳ có thể đánh giá qua mức độ không ổn định của áp suất:( dr ) dp = (4.7) Trong đó: P max: Áp suất cực đại trong bình ổn áp P min: Áp suất cực tiểu trong bình ổn áp Ptb: Áp suất trung bình trong bình ổn áp Và 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 () 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: (4.8) Ở đây: u = p0v0 = ptbvtb = pv = const. u: được gọi là dung tích năng lượng của bình ổn áp. Từ đây ta suy ra () 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 ổn áp dạng không màng (hộp không khí) chỉ có thể tăng u khi tăng v0 bởi vì dạng không màng có p0 = pa = 1 kG/cm2 (khí trời). Nhưng 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. Nhưng ưu điểm của loại này là sử dụng nó rất đơn giản trong vận hành, không phải sửa chữa, giá thành hạ. 4.4.2.2. Bình ổn áp dạng màng Hình 4.7 bình ổn áp dạng màng Cấu tạo bình ổn áp 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 tưng 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. Như 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. Nguyên lý hoạt động của bình ổn áp dạng màng: Bình ổn áp phía hút cũng tương tự như bình ổn áp phía đẩy, 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: 4.8a). Trong quá trình làm việc của hệ thống, trong hệ thống có áp suất Pmax khí trơ sẽ được nén lại (hình: 4. 8b) và được hấp thụ năng lượng. Khi trong hệ thống có áp suất Pmin khí trơ giản nở ra đẩy chất lỏng ngược lại hệ thống (hình: 4. 8c). Hình: 4.8 Nguyên lý làm việc bình ổn áp dạng màng. Ưu, nhược điểm của loại bìng dạng màng: Đối với loại bình của Liên xô mức độ giảm áp suất rung động () 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. Ngoài 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. Ngoài độ nhạy của màng tới tỷ số tới ưu Po/Ptb và hiệu quả thấp của việc sử dụng thể tích bên trong của vỏ bình ổn áp dạng màng còn có những khiếm khuyết khác, làm giảm tuổi thọ của màng, làm tăng giá thành của màng và bộ ổn áp 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 mẩu nhỏ của đất đá lên đáy của màng và làm cho màng bị hỏng. Để 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. Người ta chỉ nạp vào bình khí trơ thường là khí nitơ 4.4.2.3 Bình ổn áp dạng piston Hình 4.9 Bình ổn áp dạng piston b) Bình ổn áp dạng piston. Cấu tạo, như hình: (4.9) bình được thiết kế kiểu bộ đôi piston - xylanh, như vậy khí hoặc khí trơ được nạp bên trong xylanh và ở phần trên piston. Do tính chất đặc trưng của cặp piston - xylanh 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. Như vậy có thể nạp khí bình thường kinh tế hơn. Nguyên tắc hoạt động vẫn là giảm xung làm ổn định dòng chảy của cả đường hút và đường đẩy, nhưng lúc này môi chất và khí nén tác động lên piston, làm piston trượt trong xylanh. Hoạt động như tính chất của một cặp piston - xylanh. Ưu, nhược điểm: Bình ổn áp 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 ổn áp dạng piston là áp suất cực đại của khí nén ban đầu Po cao, mà áp suất này bị giới hạn chỉ bởi khả năng của bình ổn áp dạng màng và hộp không khí. Do ưu điểm này nên bình ổn áp dạng Piston làm việc hiệu quả hơn ở áp suất cao (lớn hơn 20MPa). So với bình ổn áp dạng màng và dạng ống. Khi tuân thủ tỷ lệ cho phép Po/Ptb thì hoạt động của bình ổn áp 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 xylanh (trong giới hạn hành trình). Đó là ưu điểm của bình ổn áp dạng piston. Ngoài ra còn có những ưu điểm sau: - Tuổi thọ cao của bộ piston xylanh, có thể giải thích bằng các điều kiện thuận lợi của hoạt động piston trong xy lanh bình ổn áp. Do chênh 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. Như vậy đối với bộ xylanh – piston của bình ổn áp 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 ổn áp 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. - Nhờ sự hiện hữu của chất lỏng làm kín, lên piston nên nó không tiếp xúc vơí oxy của không khí và như vậy đã loại trừ được oxy hóa cao su do oxy gây nên. Do vậy để nạp bình ổn áp ta có thể thay khí N2 đắt tiền bằng không khí để làm khí nén. Các bình ổn áp 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 hơ 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 lại lớn hơn giới hạn cho phép của các bình ổn áp 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 ổn áp 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. 4.4.2. Tính toán bình điều hòa cho bơm FMC Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của từng loại bình ổn áp như trên, ta nhận thấy bình ổn áp dạng không màng (hộp không khí) tuy chế tạo đơn giản, giá thành rẻ nhưng hiệu quả giảm chấn không cao. Đối với bình ổn áp dạng piston thì hiệu quả giảm chấn cao nhưng cấu tạo phức tạp, giá thành cao.v.v. Và đặc biệt không phù hợp cho những bơm ép nước biển (vì nhanh bị đóng cặn và kẹt). Vì vậy giải pháp chọn bình ổn áp dạng màng là phù hợp. Trong phần tính toán chọn lựa bình ổn áp 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. 4.4.2.1. Xác định thông số cần thiết a) Tính toán lưu lượng bơm theo lý thuyết: Ta có công thức tính lưu lượng của bơm là: (4.9) Q : lưu lượng bơm (Gal/vòng) D : đường kính piston (inch) L : hành trình piston (inch) N : số buồng chứa trên một vòng quay Với bơm năm piston tác dụng đơn N = 5 Áp dụng: ta tính lưu lượng Q của bơm piston FMC có năm piston, N = 5; đường kính D = 2”; hành trình L = 4” 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. 4.4.2.2. Tính chọn bình điều hòa 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 làm dịu mong muốn (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 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 % làm dịu mong muốn 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 & 6000 psi pressurc) ta chọn được bình có thông số sau: - model: IP – 1 – 3600 - diaphragm: Buna N - Flan cennection: 3” 1500 ANSI – RF. Đây là loại bình có áp lực cực đại nạp trước được khuyến cáo ở mức 1500 psi. Như vậy tỷ lệ giữa áp suất cực đại nạp trước được khuyến cáo với áp suất làm việc trung bình của bơm là: 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. Tính toán các thông số khác. Ta đã có các thông số sau: - Áp lực xả trung bình: p1 = 3000 psi - Thể tích bình ổn áp: vd = 1 gallon = 229 inch3 - Thể tích từng piston chiếm chỗ: vc = =12,56 inch3 (4.10) 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 ổn áp: (4.11) (4.12) Với bơm FMC tra bảng ta có: k1 = 101,9%; k2 = 94,8% thay vào công thức trên ta có: Dao động áp lực khi không có bình ổn áp. (4.13) Ngoài ra với các thông số khác ta tính theo các công thức: (4.14) (4.15) (4.16) (4.17) (4.18) (4.19) Trong đó: DPw: dao động áp suất khi có bình ổn áp (psi). P1 : áp suất đẩy trung bình (psi). P2 : áp suất khí lớn nhất (psi). P3 : áp suất khí nhỏ nhất (psi). V1 : thể tích khí trong bình ở áp lực trung bình(inch)3. V2 : thể tích khí trong bình ổn áp khi áp lực max (inch)3. V3 : thể tích khí trong bình ổn áp khi áp lực min (inch)3. n = 1,3 với khí Ni tơ. PC : áp lực khí được nạp trước (psi) VD : thể tích bình ổn áp (inch)3. VC : thể tích từng xylanh mà piston chiếm chỗ (inch)3. K1 là % tỷ lệ lưu lượng trên mức trung bình trong một vòng quay trục khuỷu. K2 là % tỷ lệ lưu lượng dưới mức trung bình trong một vòng quay trục khuỷu. *Giá trị của K1 và K2 là: Bảng 4.1 Tỷ lệ lưu lượng tác dụng trên mức trung bình trong một vòng quay trục khuỷu Loại bơm K1 K2 Một piston tác dụng đơn Một piston tác dụng kép Hai piston tác dụng kép Ba piston tác dụng đơn Năm piston tác dụng đơn 320% 160% 124.1% 106.2% 101.9% 0% 0% 78.6% 83.1% 94.8% * Pc = 25% Pmin với Pmin = 2697 psi là áp suất nhỏ nhất ở cửa xả khi không có bình ổn áp. Như vậy: Pc = 25% 2697 = 673 psi * P1 = 3000 psi * vD = 1 gallon = 229 inch3 * vc = 12,56 inch3 Thay vào công thức trên ta có: - Thể tích khí trong bình ổn áp ở áp suất làm việc trung bình. inch3 - Thể tích khí trong bình ổn áp ở áp suất max. inch3 - Thể tích khí trong bình ổn áp ở áp suất min. inch3 - Áp lực khí ở áp suất min. Với khí nitơ n = 1,3 - Áp lực khí ở áp suất max. - Dao động áp lực khi có bình ổn áp. KẾT LUẬN Trong các thiết bị đang được sử dụng trên các giàn khoan cố định tại Xí Nghiệp Liên Doanh Dầu Khí Vietsovpetro thì máy bơm piston vẫn đóng vai trò hết sức quan trọng. Máy bơm piston FMC cũng không ngoại lệ bởi hiệu quả mà nó mang lại là vô cùng to lớn. Trong thời gian thực hiện đề tài bản thân em đã cố gắng và nỗ lực hết mình, đem hết khả năng và kiến thức đã học được trong thời gian thực tập tại Xí Nghiệp Liên Doanh Dầu Khí Vietsovpetro và trong thời gian học tập tại trường Đại học Mỏ – Địa chất. Em đã học được rất nhiều kiến thức và hiểu sâu về máy bơm piston nhằm không ngừng nâng cao kiến thức về máy bơm piston nói chung và bơm FMC Q1616AB nói riêng. Tuy nhiên gói gọn trong đồ án khoảng 80 trang nên em không thể đề cập cụ thể đến từng chi tiết mà chỉ nghiên cứu tổng quan nhất về máy bơm piston FMC. Ngoài ra trong thời gian thu thập tài liệu còn hạn chế, hơn nữa kinh nghiệm thực tế về máy bơm FMC còn chưa nhiều nên trong đồ án của em không thể tránh được những sai sót. Vì vậy em rất mong được sự giúp đóng góp ý kiến của các thầy các cô và các bạn trong lớp để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của nha trường, khoa Dầu khí, bộ môn Thiết Bị Dầu Khí và Công Trình, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Giáp cùng các cán bộ Xí Nghiệp Liên Doanh Dầu Khí VietsovPetro và các bạn trong lớp đã cũng cấp tài liệu và giúp đỡ em hoàn thiện đồ án này. Hà Nội, tháng 05 năm 2011. Nguyễn Đức Truyền TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Lê Văn Khanh, Đề tài nâng bậc,Vũng Tàu [2]. Mai Cao Lân (2009) giáo trình xử lý vùng cận đáy giếng khai thác dầu khí và giếng khoan bơm ép nước.Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Mình [3]. Vũ Nam Ngạn(2008) giáo trình máy thủy lực.Trường Đại học Mỏ-Địa chất [4].Xí nghiệp liên doanh dầu khí VIETSOVPETRO Operation & maintenance manual MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN STT SỐ BẢNG HIỆU TÊN BẢNG TRANG 1 Bảng 1.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với nước bơm ép ở mỏ Bạch Hổ 2 2 Bảng 1.2 Tính chất hóa lý của nguồn nước bơm ép 9 3 Bảng 1.3 Phương pháp xử lý nước bơm ép 13 4 Bảng 2.1 Những hỏng hóc trong quá trình sử dụng máy bơm khoan 35 5 Bảng 3.1 Tiêu chuẩn căn tâm bơm FMC 45 6 Bảng 4.1 Tỷ lệ lưu lượng tác dụng trên mức trung bình trong một vòng quay trục khuỷu 61 B¶ng quy ®æi vµ c¸c ®¬n vÞ sö dông trong ®å ¸n 1at = 98066,5 Pa 1 Pa = 1N/m2 1 Mpa = 106 Pa 1 bar = 1 KG/cm2 = 1at 1 Gal = 3,78 lit = 229 inch3 1 inch = 2,54 cm 1 m = 100 cm = 1000 mm 1 psi = 0,069 bar 1 ft = 0,305 m 1 hp = 0,736 kw DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN STT SỐ HÌNH VẼ TÊN HÌNH VẼ TRANG 1 Hình 1.1 Sơ đồ phân bố các giếng bơm ép bên ngoài vùng vỉa chứa dầu 4 2 Hình 1.2 Sơ đồ bơm ép bên trong vùng vỉa chứa dầu 5 3 Hình 1.3 Sơ đồ phân bố giến trong quá trình bơm ép nước lên trên toàn bộ bề mặt diện tích vỉa dầu 6 4 Hình 1.4 Sơ đồ bơm ép và duy trì áp suất vỉa trên giàn MSP7 8 5 Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống xử lý nước bơm ép trên các giàn cố định ở mỏ Bạch Hổ 11 6 Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo của máy bơm piston tác dụng đơn 15 7 Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo máy bơm piston tác dụng kép 16 8 Hình 2.3 Sơ đồ tính toán cột áp của bơm 17 9 Hình 2.4 Đường đặc tính của bơm piston 20 10 Hình 2.5 Đường đặc tính phụ thuộc giữa Q, N và η với H 21 11 Hình 2.6 Đường đặc tính xâm thực của máy bơm 22 12 Hình 2.7 Sơ đồ cấu tạo mặt cắt dọc của bơm FMC 23 13 Hình 2.8 Cấu tạo cụm thủy lực 25 14 Hình 2.9 Cụm xilanh – piston 26 15 Hình 2.10 Bộ làm kín ty piston 26 16 Hình 2.11 Bộ làm kín ty trung gian 28 17 Hình 2.12 Trục khuỷu máy bơm 29 18 Hình 2.13 Cấu tạo của kết cấu con trượt 30 19 Hình 2.14 Hộp giảm tốc đơn 31 20 Hình 3.1 Kiểm tra độ đảo trục 44 21 Hình 4.1 Sơ đồ hoạt động của bơm piston 47 22 Hình 4.2 Đồ thị lưu lương của bơm một xilanh tác dụng đơn 48 23 Hình 4.3 Đồ thị lưu lượng của bơm hai xilanh tác dụng đơn 49 24 Hình 4.4 Đồ thị lưu lượng của bơm 3 xilanh tác dụng đơn 49 25 Hình 4.5 Đồ thị lưu lượng của bơm piston năm tác dụng đơn 50 26 Hình 4.6 Bình ổn áp dạng ống 52 27 Hình 4.7 Bình ổn áp dạng màng 54 28 Hình 4.8 Nguyên lý làm việc bình ổn áp dạng màng 55 29 Hình 4.9 Bình ổn áp dạng piston 56