Đề tài Máy bơm Piston

ia tốc của nó (j). - Giá trị hP  càng nhỏ thì Hh càng lớn. * Biện pháp để tăng khả năng hút của máy bơm piston: - Tăng áp suất mặt thoáng bằng cách cho chất lỏng vào bình kín. - Giảm chiều cao hút. - Giảm các yếu tố gây tổn thất (chiều dài ống hút, van, cút nối,…). 1.12. Quá trình đẩy của máy bơm piston Ta gọi Pđ là áp suất trong xi lanh ở quá trình đẩy. Khi đó đ P  là cột áp tương ứng với Pđ và nó bằng tổng các cột áp sau: - Cột áp để chất lỏng đi qua van đẩy (H’v). - Cột áp để nâng chất lỏng lên tới chiều cao đẩy (Hđ). - Cột áp để thắng tất cả các lực cản trong ống đẩy (Hod). - Cột áp để cân bằng lực quán tính (Hqt). - Cột áp để thắng áp suất trước cửa ra của ống đẩy (Pod). 25 > n 121 nn RG Q H DB CA0 Áp dụng phương trình becnuli cho 2 mặt căt (a-a) và (b-b) như hình vẽ mục 1.8 ta có: 2 2 2 .' ( ) ( ) 1 . . 2 . đ od od v đ đ đ d p L F PF F cH H j F F g g F                 (1.40) * Nhận xét: - Áp suất Pđ có giá trị lớn nhất khi piston bắt đầu chuyển động (x = S)và nhỏ nhất khi piston ở cuối hành trình đẩy (x = 0). 1.13. Đường đặc tính của máy bơm piston 1.13.1. Đường đặc tính cơ bản H = f(Q) với hai số vòng quay làm việc khác nhau n1 và n2 (n1 > n2) Hình 1.9. Đường đặc tính lý thuyết Theo lý thuyết thì đường đặc tính lý thuyết của máy bơm là AB (n1) và CD (n2) do H và Q không phụ thuộc vào nhau. Thực tế khi áp suất tăng thì sẽ có tổn thất lưu lượng do chất lỏng rò rỉ qua bộ phận làm kín hoặc van an toàn mở để xả bớt chất lỏng về bể hút khi áp suất buồng làm việc quá cao, điều này làm cho lưu lượng thực của máy bơm bị giảm. Vì vậy đường đặc tính có đoạn AG và CR. 26 Q = f(H) N = f(H) H N, Q, 0 1.13.2. Đường đặc tính làm việc Q = f(H), N = f(H),  = f(H) ứng với n = const Hình 1.10. Đường đặc tính làm việc. - Điều chỉnh Q bằng cách thay đổi H, với n = const. - Khi H = const thì Q, N,  sẽ tỷ lệ thuận với n. 1.13.3. Đường đặc tính xâm thực của máy bơm Hiện tượng xâm thực ở máy bơm là hiện tượng xuất hiện bọt khí ở trong chất lỏng được bơm. Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng xâm thực là do sự xuất hiện các bọt khí, xảy ra khi: - Chiều cao hút quá lớn làm giảm nhiệt độ sôi. - Nhiệt độ chất lỏng quá cao. - Trong chất lỏng có khí đồng hành. - Đường ống hút quá nhỏ, quá dài làm tăng tổn thất thủy lực. Đường đặc tính xâm thực cho thấy khả năng làm việc bình thường của máy bơm ứng với số vòng quay không đổi và nhiệt độ làm việc nhất định phụ thuộc độ chân không của máy bơm. 27 Qo_ 2 _ 2 o 1(nt) 2(//) a No N1 P Qo P1 Po O P Q Hình 1.11. Đường đặc tính xâm thực của máy bơm K1, K2 là điểm giới hạn phạm vi làm việc an toàn của bơm ứng với trị số áp suất chân không giới hạn. Nếu độ chân không vượt quá các trị số giới hạn thì bơm sẽ làm việc trong tình trạng bị xâm thực. 1.14. Ghép máy bơm Trên hình vẽ 1.12 biểu diễn sự phụ thuộc giữa áp suất trong hệ tuần hoàn và lưu lượng trong quá trình khoan (biểu diễn qua đường Oa). Hình 1.12. Đặc tính khi ghép máy bơm Q Q2 Q1 K2 K1 Kgh n2 n1 n2 >> n1 28 Giả sử trong quá trình khoan, chúng ta cần một lưu lượng là Qo, khi đó áp suất và công suất thủy lực tương ứng sẽ phải là Po và No. Nhưng tại thời điểm làm việc, chỉ có máy bơm có N1 nào đó, giả sử là N1 = 2 oN . Như vậy, để có thể đạt được giá trị công suất No thì ta phải tiến hành kết hợp làm việc những máy bơm có N1. 1. Ghép nối tiếp hai máy bơm Khi tiến hành ghép nối tiếp hai máy bơm, mỗi máy bơm sẽ có lưu lượng là Qo và áp suất là 2 oP . Khi đó sự làm việc của mỗi máy bơm sẽ được xác định tại điểm 1 trên đường N1. Tuy nhiên, khi cho hai máy bơm ghép nối tiếp nhau làm việc, nếu một máy bị sự cố không hoạt động được thì lưu lượng của máy kia không đổi nhưng máy bơm chỉ có áp suất bằng một nửa áp suất yêu cầu cho nên máy bơm không làm việc bình thường được. Để khắc phục hiện tượng trên ta cần lắp thêm máy bơm đỡ trên ống hút của máy bơm piston (có thể lắp máy bơm ly tâm). 2. Ghép song song hai máy bơm Khi tiến hành ghép song song hai máy bơm, mỗi máy bơm sẽ có lưu lượng là 2 oQ và áp suất là Po. Khi đó sự làm việc của mỗi máy bơm sẽ được xác định tại điểm 2 trên đường N1. Khi một máy bơm gặp sự cố mà không hoạt động được thì lưu lượng sẽ giảm đi một nửa, còn áp suất sẽ giảm đi 4 lần (điểm P1). Khi đó quá trình khoan không đảm bảo nhưng sẽ không xảy ra hiện tượng phức tạp gì đối với máy bơm. 1.15. Điều chỉnh lưu lượng của máy bơm piston Ta có công thức: 29 . . . 60 i F S nQ  Từ công thức trên ta thấy để thay đổi giá trị lưu lượng Q, ta có thể thực hiện những phương pháp sau: - Thay đổi số cặp piston-xi lanh (i): số cặp piston – xi lanh tỷ lệ thuận với lưu lượng của máy bơm, có thể tăng thêm 1 hay 2 cặp tùy theo thiết kế của máy bơm đang sử dụng. - Thay đổi cặp piston – xi lanh: phương pháp này chính là thay đổi đường kính cặp piston – xi lanh (thay đổi tiết diện F của piston). Mỗi máy bơm đều được thiết kế sao cho phù hợp một vài bộ piston – xi lanh (trong công tác khoan dầu khí thường có từ 6 đến 12 bộ) với đường kính cặp piston – xi lanh thay đổi trong khoảng d = 1012 mm. - Tăng chiều dài hành trình piston (S), phương pháp này thực hiện trong quá trình thiết kế máy bơm cho tổ hợp hay nhiệm vụ nhất định. Trong công tác khoan tại khoan trường, phương pháp này không sử dụng được. - Thay đổi tỷ trọng của chất lỏng cần bơm: khi tỷ trọng chất lỏng giảm thì lưu lượng của máy bơm sẽ tăng lên và ngược lại. * Chú ý: Máy bơm dung dịch khoan là bộ phận quan trọng nhất trong quá trình tuần hoàn dung dịch khoan. Máy bơm cần cung cấp lưu lượng dung dịch cần thiết trong quá trình khoan. Lưu lượng của máy bơm khoan được lựa chọn dựa vào các thông số tiêu chuẩn sau: - Vận tốc nâng dung dịch khoan trong khoảng không vành xuyến giữa giếng khoan và cột cần khoan; - Rửa sạch dụng cụ khoan; - Thời gian tối đa để nâng hạt mùn lên mặt; - Dạng dòng chảy trong khoảng không; 30 3 1 4 2 H v1 d v f1 v1 d1 - Ổn định thành giếng khoan; - Khoan bằng động cơ đáy. Áp lực đẩy của máy bơm liên quan trực tiếp đến tổn thất áp suất trong hệ thống tuần hoàn dung dịch, tổn thất với các vòi phun dụng cụ phá đá, với sự sụt áp động cơ đáy, với lưu lượng và các tính chất vật lí của dung dịch. 1.16. Sự làm việc của van trong máy bơm piston và tính toán van 1.16.1. Cấu tạo van (van hút và van đẩy tương tự nhau) Hình 1.13. Cấu tạo van 1. Đĩa van 2. Đế van 3. Lò xo 4.Thành buồng làm việc V1: vận tốc qua đế van; F1: diện tích thoát của đế van; L: chu vi đĩa van; H: chiều cao nâng của đĩa van; V: tốc độ qua khe hở van; 31  : hệ số dòng chảy khi chất lỏng chuyển động trong khe hở van. 1.16.2. Tính toán van Trong máy bơm piston, van hút và van đẩy có cấu tạo tương tự như nhau và dùng để ngăn cách các buồng làm việc của máy bơm với ống hút và ống đẩy. Van tự mở dưới áp suất chất lỏng, lò xo lúc này sẽ bị nén và đĩa van tự mở. Van đóng lại nhờ trọng lượng của đĩa van và sức nâng của lò xo. Do dòng chảy của chất lỏng là đều và liên tục nên ta có: 1 1. .v f F c (1.41) Khi van nâng tới độ cao H thì chất lỏng khối lượng chất lỏng do piston đẩy ra và đi qua khe hở van là: . . . . . . . .sin . . . . F c v L H F c F rH v L v L          (1.42) Khi 2    thì Hmax = . . . . F r v L   Công tác thiết kế van gồm các việc sau: - Xác định đường kính lỗ van. - Đường kính đĩa van. - Chiều cao nâng lớn nhất. - Kích thước lò xo. - Thiết kế cấu tạo và tính toán bền các phần tử của van. Điều kiện để tính toán thiết kế van: Là van phải làm việc êm và không có tiếng gõ đập khi đóng van. Sự phát ra tiếng gõ đập có liên quan mật thiết đến tốc độ khi đĩa van hạ xuống đế. Muốn không sinh ra tiếng 32 gõ đập thì theo Kykoleb sự phụ thuộc giữa Hmax và số vòng quay của trcuj khuỷu cửa bơm sẽ là: max. (800 1000)n H   Khi đã xác định được Hmax thì ta sẽ xác định được chu vi đĩa van L: max . . . . F rL v H    (1.43) Tốc độ chất lỏng qua khe hở van được xác định dựa vào loại chất lỏng và chiều cao hút của máy bơm: - Đối với máy bơm piston có công suất nhỏ thì v = 6 – 8 m/s. - Đối với máy bơm piston có công suất lơn thì v = 12 – 14 m/s. Giá trị Hmin được lấy phụ thuộc vào kích thước hạt mùn lớn nhất, thường thì chọn Hmin  2,5 mm. Khi đã biết L thì ta sẽ tính được đường kính đĩa van từ công thức: Ld   Khi chất lỏng đi qua van có chênh áp, và tốc độ v liên quan đến H theo công thức sau: 2. .v g H (1.44) Giá trị H trong công thức trên còn phải đủ lớn để thắng trọng lượng đế van (G) và sức căng của lò xo khi mở van (R): . G RH f    (1.45) Từ đó ta có được: 2 2 . . . . 2 G R vv g R f G f g        (1.46) Ta sẽ có Rmax tương ứng với vmax. Khi đóng van thì sức căng của lò xo sẽ là Ro với: 33 max 1 1( ). 2 3o R R  Căn cứ vào Rmax, Ro, và các thong số d1, số vòng lò xo I, ta sẽ chọn được lò xo cho van của máy bơm.