Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
LỜI MỞ ĐẦU
Dầu khí là nguồn tài nguyên rất quý và quan trọng với con người, nó không chỉ là
nguồn năng lượng phục vụ cho cuộc sống mà còn là nguyên, nhiên liệu cho quá trình sản
xuất. Mặc dù vậy dầu khí lại có nguy cơ cháy nổ rất cao, môi trường làm việc khắc
nghiệt, cho nên việc đảm bảo an toàn cho sinh mạng con người cũng như máy móc, thiết
bị phải luôn ở tình trạng tốt, để sản xuất được liên tục thì việc làm cho hệ thống được an
toàn là vấn đề sống còn của cả xí nghiệp nói riêng và của toàn nghành dầu khí nói chung.
Do tính chất quan trọng và bức thiết mà xí nghiệp đã đầu tư, mua sắm các thiết bị công
nghệ tiên tiến trên thế giới để đáp ứng nhu cầu an toàn trong sản xuất dầu khí và hệ
thống thủy lực điều khiển van trên đường dập giếng loại GUP-100 là một hệ thống như
vậy. Đây là một thiết bị được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ khi thiết kế giàn khoan
và được tiếp tục mãi về sau này .
Với đặc thù nghành dầu khí như đã nói ở trên, trạm thủy lực điều khiển van trên
đường dập giếng GUP-100 tại các giàn khoan-khai thác là rất quan trọng trong hệ thống
công nghệ khai thác dầu khí, nhằm đảm bảo an toàn và hiện dại hóa quy trình vận hành
chúng. Bằng những kiến thức đã học và thực tập cùng vói sự giúp đỡ tận tình của thầy
Nguyễn Văn Thịnh, em đã chọn đề tài:
“Nghiên cứu quy trình lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa trạm GUP-
100 tại giàn MSP4_ Mỏ Bạch Hổ ”
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Thịnh và các thầy trong bộ môn Thiết
bị Dầu khí và Công trình đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, tháng 6 năm 2009
Sinh viên: Đặng Duy Bình
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
1
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DẦU KHÍ VIỆT NAM VÀ XNLD VIETSOVPETRO
1.1. Tổng quan về ngành dầu khí Việt Nam
Là một nước nằm trong khu vực Đông Nam Á, Việt Nam có nhiều thuận lợi, đặc
Trong giai đoạn từ 1977-1986, nhiều hoạt động nghiên cứu thăm dò đã được tiến
hành với các đối tác của Liên Xô và Châu Âu trong lĩnh vực dầu mỏ.
Sau 5 năm, kể từ khi phát hiện khí, dòng khí công nghiệp ở mỏ Tiền Hải đã được
khai thác để đưa vào phục vụ cho phát điện và công nghiệp địa phương tỉnh Thái Bình.
Ngày 19/06/1981, Xí nghiệp Liên doanh dầu khí Vietsovpetro được thành lập.
Những nghiên cứu và khảo sát tìm kiếm vào tháng 05/1984 đã cho thấy: Thềm lục
địa Việt Nam có khả năng khai thác dầu thương mại trên các mỏ Bạch Hổ, Rồng. Ngày
06/11/1984 hạ thủy chân đế giàn khoan dầu khí đầu tiên của Việt Nam (MSP-1) tại mỏ
Bạch Hổ và ngày 26/06/1986 đã đi vào lịch sử khai thác Việt Nam khi Xí nghiệp Liên
doanh dầu khí Vietsovpetro đã khai thác tấn dầu đầu tiên tại mỏ Bạch Hổ từ giàn MSP-1
và đã có tên trong danh sách các nước khai thác và xuất khầu dầu thô trên thế giới,
khẳng định một tương lai phát triển đầy hứa hẹn cho ngành công nghiệp dầu khí nước ta.
Kể từ ngày 26/06/1986 đến hết tháng 10/2008, ngành dầu khí đã khai thác được
trên 280 triệu tấn dầu thô và trên 45 tỷ mét khối khí, mang lại doanh thu gần 60 tỷ USD,
nộp ngân sách Nhà nước trên 36 tỷ USD, tạo dựng được nguồn vốn chủ sở hữu trên 100
nghìn tỷ đồng.
Tháng 04/1990 - Tổng cục dầu khí Việt Nam được sát nhập vào Bộ công nghiệp
nặng.
Tháng 06/1990 - Tổng công ty dầu khí Việt Nam (Vietnam Oil & Gas Corporation
– Petrovietnam) được tổ chức lại trên cơ sở các đơn vị cũ của tổng cục dầu khí Việt
Nam.
Tháng 05/1992- Tổng công ty dầu khí Việt Nam, tách khỏi Bộ công nghiệp nặng,
trở thành Tổng công ty dầu khí quốc gia, với tên giao dịch quốc tế là Petrovietnam
Năm 1993, luật dầu khí được ban hành. Cũng trong năm này, Petrovietnam bắt đầu
triển khai xây dựng hệ thống thu gom và vận chuyển khí đồng hành từ mỏ Bạch Hổ vào
đất liền, phục vụ trước tiên cho Nhà máy nhiệt điện Bà Rịa – Vũng Tàu và sau này cho
Phú Mỹ.
Năm 2001, là năm đánh dấu cột mốc xuất khẩu 100 triệu tấn dầu thô.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
3
qua hết sức vẻ vang. Nhà nước đã luôn tạo điều kiện cho ngành dầu khí phát triển. Thủ
tướng chính phủ đã có quyết dịnh số 386/QĐ-TTG 09/03/2006 phê duyệt chiến lược
phát triển ngành dầu khí quốc gia Việt Nam đến năm 2015 và định hướng năm 2020.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
4
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
Vì lí do đó ngày 29/08/2006 thủ tướng đã có quyết định số 199/2006/QD-TTG thành lập
tập đoàn dầu khí quốc gia Việt Nam. Tên giao dịch quốc tế là VIETNAM OIL AND
GAS GROUP, gọi tắt là Petrovietnam, viết tắt là PVN nhằm đáp ứng đòi hỏi cấp bách và
tăng trưởng kinh tế chung của đất nước trong giai đoạn này.
Với những thuận lợi và thế mạnh sẵn có tập đoàn dầu khí Việt Nam xác định mục
tiêu như sau:
Phát triển ngành dầu khí Việt Nam trở thành ngành kinh tế kỹ thuật quan trọng
bao gồm: Tìm kiếm, thăm dò, khai thác vận chuyển chế biến, dự trữ, phân phối và dịch
vụ xuất nhập khẩu. Xây dựng tập đoàn dầu khí lớn mạnh và kinh doanh đa ngành trong
nước và quốc tế.
- Về tìm kiếm thăm dò dầu khí: Đẩy mạnh việc tìm kiếm thăm dò, gia tăng trữ
lượng có thể khai thác. Ưu tiên những vùng biển nước sâu xa bờ. Tích cực triển khai đầu
tư tìm kiềm thăm dò dầu khí ra nước ngoài.
- Về khai thác dầu khí: Khai thác và sử dụng hợp lý, hiệu quả, tiết kiệm nguồn tài
nguyên dầu khí trong nước để sử dụng lâu dài. Đồng thời tích cực mở rộng hoạt động
khai thác dầu khí ở nước ngoài để bổ xung phần thiếu hụt của khai thác trong nước.
Phấn đấu khai thác 25÷35 triệu tấn quy đổi /năm, trong đó khai thác dầu thô giữ ổn định
ở mức 18÷20 triệu tấn/năm và khai thác khí 6÷17 tỷ m
3
/năm.
- Về phát triển công nghiệp khí: Tích cực phát triển thị trường tiêu thụ trong
nước, sử dụng khí tiết kiệmhiệu quả cao thông qua sản xuất điện, phân bón, hoá chất,
phục vụ các ngành công nghiệp khai thác, giao thông vận tải tiêu dùng gia đình. Xây
dựng và vận hành an toàn hệ thống đường ống quốc gia, sẵn sàng kết nối với đường ống
khai thác tăng gấp 200 lần.
Ngoài các mỏ Bạch Hổ, Rồng và Đại Hùng đang được khai thác, kết quả tìm kiếm
thăm dò cho thêm phát hiện mỏ Hồng Ngọc, Lục Ngọc, Lan Tây, Lan Đỏ,... cùng với
các mỏ mới phát hiện sẽ đưa sản lượng khai thác trong những năm tiếp theo tăng nhanh
chóng. Nhưng trong giai đoạn hiện nay thì sản lượng dầu khai thác đã giảm.
Hệ thống đường ống dẫn khí đồng hành từ Bạch Hổ - Bà Rịa đã hoàn tất và đi vào
hoạt động từ cuối tháng 4 năm 1995, cung cấp hàng ngày khoảng 1 triệu m
3
khí cho nhà
máy điện chạy tuabin khí Phú Mỹ - Bà Rịa, đã góp phần tăng thêm nguồn điện ở phía
Nam tiết kiện hàng chục triệu USD do không phải mua dầu chạy máy phát điện. Cuối năm
2008 với sự cố gắng của XNLD Vietsopetro, tấn dầu thứ 80 triệu đã được khai thác lên.
Tóm lại XNLD Vietsopetro luôn đồng hành cùng sự phát triển của nghành dầu khí
nước ta, đóng góp rất nhiều thành quả cho nền kinh tế và đã tạo ra nền tảng vững chắc cho
nền công nghiệp dầu khí trong tương lai.
1.3 Các thiết bị khoan sử dụng trên giàn khoan biển.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
6
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
Hình 1.1 Sơ đồ bố trí thiết bị khoan trên giàn khoan
1. Ắc quy 30. Sàn cho công nhân trên cao
2. Đối áp vành 31. Lỗ phụ
3. Cụm thiết bị chống phun 32. Đường dẫn bùn
4. hệ thống các thanh giằng 33. Bộ tách bùn khí
5. Tang quay phụ 34. Ty ô cao áp
6. Thanh đỡ dây cáp 35. Bơm bùn
7. Hố dưới sàn khoan 36. Đường bùn quay về
8. Cộn ống góp 37. Thùng bùn
9. Hệ thống ròng rọc cố định 38. Thanh ngang trên sàn thượng
10. Sàn trên tháp khoan 39. Giá để ống khoan
- Các thiết bị động lực;
- Hệ thống máy nén khí;
- Hệ thống đối áp và điều khiển đối áp;
- Thiết bị dịch tháp;
- Hệ thống bơm trám và bể chứa dung dịch khoan;
- Hệ thống thiết bị tách cát, khí;
- Thiết bị phục vụ cho công tác cứu chữa sự cố và một số thiết bị phụ trợ khác.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
8
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ TRẠM THỦY LỰC
2.1. Vai trò và ý nghĩa của hệ thống
Trong quá trình khoan và khai thác các giếng dầu mỏ, thường tiềm ẩn nguy cơ xảy
ra hiện tượng dầu, khí, nước phun. Các hiện tượng đó có thể gây ra những hậu quả vô
cùng lớn: Phá vỡ các thiết bị lòng giếng và bề mặt, gây cháy nổ. Nghiêm trọng hơn, có
thể phá hủy cả giếng khoan, giàn khoan, gây chết người và ô nhiễm môi trường kéo dài.
Để khắc phục hiện tượng này, khi phát hiện giếng dầu có hiện tượng dầu, khí, nước
phun, người ta phải tiến hành công việc dập giếng. Dập giếng là biện pháp sử dụng máy
bơm áp suất cao để đưa nước hoặc dung dịch có tỷ trọng cao hơn nước vào giếng bị
phun trào, nhằm tạo ra cột áp cân bằng với áp suất trong vỉa của giếng để ngăn chặn sự
phun trào này.
Ở các giàn khoan-khai thác của Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro, hệ thống dập
giếng được thiết kế gồm:
- Các bể chứa dung dịch và thiết bị (các máy bơm, máy khuấy trộn, hệ thống lọc…)
chuẩn bị dung dịch;
- Các máy bơm dung dịch (BM-13, 14) của tổ hợp khoan và các máy bơm trám xi
măng (BM-8);
- Hệ thống đường ống dẫn đến các giếng khoan.;
- Các trạm thủy lực dùng để điều khiển từ xa thiết bị đối áp (của tổ hợp khoan dùng
* Cụm điều khiển, có các thiết bị:
- Các van điều khiển (van phân phối);
- Các van chặn;
- Các đồng hồ áp suất có tiếp điểm điện;
- Các đường ống thủy lực.
Cụm điều khiển có tác dụng phân phối dòng dầu thủy lực đi điều khiển đóng mở
thiết bị từ xa theo ý muốn.
* Các ống dẫn thủy lực: Các đường ống thủy lực có tác dụng truyền dẫn năng
lượng thủy lực đi xa ( Từ cụm nguồn qua cụm phân phối đến cơ cấu chấp hành)
* Cơ cấu chấp hành:
Là các cụm xi lanh lực tác dụng hai chiều của thiết bị đối áp và van thủy lực trên hệ
thống đường dập giếng.
Để có thể đi sâu tìm hiểu kết cấu, nguyên lý làm việc, ứng dụng thực tiễn của các
trạm thủy lực và nhận biết được ưu, nhược điểm của chúng nhằm khắc phục và nâng cao
hiệu quả sử dụng, chúng ta cần phải nắm vững các vấn đề cơ bản trong lý thuyết truyền
động và điều khiển thủy lực sau đây.
2.3. Truyền động thủy lực
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
10
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
2.3.1. Khái quát
Muốn truyền cơ năng từ bộ phận dẫn động đến bộ phận làm việc của các máy,
ngoài cách dùng các loại truyền động cơ khí, điện, khí nén, trong vài chục năm gần đây,
người ta còn dùng nhiều loại truyền động mới là truyền động thủy lực. Truyền động thủy
lực dùng môi trường chất lỏng làm khâu trung gian để truyền cơ năng. Nó xuất hiện do
yêu cầu truyền công suất lớn với đặc điểm êm, ổn định và dễ tự động hóa … mà các loại
truyền động khác chưa đáp ứng được. Thực ra, mỗi loại truyền động nên trên đều có các
ưu, nhược điềm riêng, tùy theo yêu cầu làm việc của từng loại máy sử dụng cho thích
hợp.
Dựa theo nguyên lý làm việc, truyền động thủy lực được phân biệt một cách tương
Do truyền động thủy lực có nhiều ưu điểm như đã nêu trên, nên càng ngày càng
được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Nhưng do nó có một số nhược
điểm nên trong nhiều máy ngày nay, người ta thường dùng các loại truyền động liên hợp
như truyền động thủy- cơ, điện- thủy- cơ, thủy- khí- cơ v.v…Ở nước ta, hiện nay trong
nhiều máy công cụ, máy nông nghiệp, máy vận chuyển, máy xây dựng, khai thác mỏ, địa
chất v.v… đã có nhiều bộ phận dùng truyền động thủy lực. Trong một tương lai không
xa, để đuổi kịp trình độ kỹ thuật hiện đại trên thế giới, truyền đồng thủy lực càng được
dùng nhiều trong các máy và hệ thống điều khiển tự động dây chuyền sản xuất.
2.3.2. Truyền động thủy động
2.3.2.1. Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc của truyền động thủy động
Truyền động thủy động là một thiết bị tổ hợp, trong đó chù yếu có hai máy thủy lực
cánh dẫn: bơm ly tâm và tuabin thủy lực.
Truyền động thủy động ra đời từ đầu thế kỷ thứ 20, xuất phát từ việc tìm phương
pháp truyền công suất lớn với vận tốc cao của các động cơ đến chân vịt tàu thủy. Nhưng
nó mới được nghiên cứu kỹ và sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khoảng vài
chục năm gân đây, nhất là trong ngành chế tạo máy vận chuyển (ôtô, máy kéo, xe tăng,
tàu thủy, tàu hỏa).
Trên hình 2-1 biểu diễn nguyên lý truyền động thủy động đầu tiên để truyền và
biến đổi mômen quay. Động cơ 1 kéo bơm ly tâm 2 quay, bơm hút chất lỏng trong thùng
chứa 9 lên, qua ông hút vào 10, đẩy lên ống nối 3, qua bộ phận dẫn hướng 5 vào tuabin
7, làm bánh công tác của tuabin quay, kéo theo chân vịt 6 quay. Chất lỏng chảy qua
tuabin trở về thùng chứa qua ống hút ra 8. Với sơ đồ đó, ta thấy ngay hiệu suất chung
của tổ hợp máy thấp, không thể vượt quá 70% (vì hiệu suất riêng của bơm, tuabin và các
ống nối, mỗi bộ phận đạt khoảng 85%). Mặt khác, máy cồng kềnh, nặng và đắt tiền.
Sau đó, người ta đã có ý nghĩ ghép bánh bơm và bánh tuabin đặt rất gần nhau trong
một vỏ chung (cụm 4 trên hình 2-1), bỏ cả ống dẫn, mối nối và các bộ phận phụ. Trên cơ
sở đó, thực hiện hai kết cấu truyền động thủy động khác nhau rõ rệt, đó là khớp nối thủy
lực và biến tốc thủy lực.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
12
thiểu của động cơ (kéo trục dẫn) rất nhiều. Khi đó, biến tốc thủy lực đóng vai trò hộp
giảm tốc.
Trên hình 2-3 trình bày biến tốc thủy lực loại đơn giản. Khác với khớp nối thủy
lực, ở biến tốc thủy lực, ngoài hai bánh công tác (bánh bơm 2 lắp trên trục dẫn 1 và bánh
tuabin 4 đặt trên trục bị dẫn 5), còn có bộ phận dẫn hướng 3 (thường gọi là bánh phản
ứng) lắp cố định với vỏ 6 của biến tốc thủy lực. Tất cả ba bánh này đều có các cánh dẫn
và đặt trong vỏ có chứa chất lỏng tạo thành buồng làm việc của biến tốc thủy lực.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
14
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
Hình 2-3. Biến tốc thủy lực
Nguyên lý làm việc của biến tốc thủy lực đã xét ở trên, chỉ khác một điều là biến
tốc thuỷ lực có bánh phản ứng để tạo khả năng biến đổi mômen quay của trục dẫn. Chất
lỏng sau khi ra khỏi bánh bơm với vận tốc lớn, đi vào bánh phản ứng. Giống như bộ
phận dẫn hướng trong bơm và tuabin, bánh phản ứng có tác dụng:
- Thay đổi hướng dòng chảy cho phù hợp với lối vào các máng dẫn bánh công tác
đặt tiếp sau nó (tránh va đập), nhờ có kết cấu biến dạng cánh dẫn hợp lý.
- Thay đổi trị số vận tốc của dòng chảy cho hợp với yêu cầu ở lối vào bánh công
tác đặt tiếp sau nó, bằng cách thay đổi điện tích mặt cắt các máng dẫn một cách thích
hợp.
Sở dĩ gọi là bánh phản ứng vì chất lỏng khi qua bánh này truyền cho nó mômen
quay, nhưng do bánh đó cố định với vỏ cho nên có tác dụng như một điểm tựa và truyền
lại cho chất lỏng mômen động lượng (gọi là mômen phản ứng).
Nếu bánh phản ứng có thể quay tự do (nghĩa là không gắn với vỏ cố định) thì
mômen quay của trục dẫn truyền cho trục bị dẫn không thay đổi. Sau đó biến tốc thủy
lực làm việc như khớp nối thủy lực.
Như vậy, dòng chất lỏng do bơm tạo nên sau khi lần lượt đi qua các máng dẫn của
bánh phản ứng và bánh tuabin, kéo tuabin quay với vận tốc góc và mômen quay thay đổi
tùy theo trị số của mômen cản tác dụng lên trục bánh tuabin.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
η
P
- Hiệu suất của bánh phản ứng (trong khớp nối thủy lực, không có đại lượng
nào);
γ - Trọng lượng riêng của chất lỏng làm việc;
- Công suất làm việc trên trục bị dẫn (tức trục bánh tuabin) là:
N
T
= γQH
B
η
T
(2-2)
Trong đó: η
r
- Hiệu suất của bánh tuabin
Thay trị số của H
B
trong (2-1) vào (2-2), ta có:
N
T
= η
B
η
T
η
P
N
B
Nếu gọi η = η
K =
B
T
M
M
(2-4)
Do
N = Mω = M
30
n
π
Nên
K =
B
T
B
r
N
N
M
M
=
.
T
B
n
n
=
i
η
4
– C
3u
D
3
) (2-6)
Đối với bánh phản ứng:
M
P
=
2
1
pQ (C
6u
D
6
– C
5u
D
5
) (2-7)
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
17
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
Hình 2-4. Máy thủy lực cánh dẫn
Trong truyền động thủy động, công thức định nghĩa tỉ số truyền thường ngược với
công thức tính giáo trình chi tiết máy và một số giáo trình khác
, D
2
, …, D
6
- Đường kính tại điểm giữa các mặt cắt tương ứng của các bánh.
Ta chú ý rằng trong bánh bơm, mô men động của dòng chất lỏng được tăng lên, do
đó M
B
> 0. Trong bánh tuabin, mômen động lượng đó giảm đi, do đó Mr < 0. Còn trong
bánh phản ứng, mômen M
p
có thể dương hoặc âm tuỳ hướng tác dụng của nó trùng với
hướng tác dụng của nhóm mômen bánh bơm M
B
hoặc ngược lại.
Cộng đại số phương tình mômen các bánh, ta có:
M
B
+ M
r
+ M
p
=
( )
556633441122
..
2
1
DcDcDcDcDcDcpQ
uuuuuu
4u
D
4
= c
5u
D
5
Thay các biểu thức này vào phương trình (2-8) ta có phương trình mô men ở mọi
chế độ làm vệc của truyền động thủy động:
M
B
+ M
t
+ M
p
= 0
Nghĩa là tổng đại số các mômen quay của các bánh trong truyền động thuỷ động
bằng không.
- Phương trình công suất và cột áp.
Ở chế độ làm việc ổn định, bánh bơm của truyền động thuỷ động liên tục cung cấp
cho dòng chất lỏng làm việc công suất N
p
. Phần lớn của công suất đó truyền cho trục bị
dẫn qua bánh tuabin, gọi là N
t
. Phần công suất còn lại N
w
= N
B
r
+ γQh
w
Đơn giản phương trình trên, ta được phương trình cân bằng cột áp
H
B
= H
r
+ h
w
(2-10)
Nghĩa là hiệu số cột áp của bánh bơm và bánh tua bin hoàn toàn đúng để khắc phục
tổn thất thuỷ lực trong buồng làm việc của truyền động thuỷ động.
Trong (2 -10) h
w
= h
B
+ h
p
là tổng tổn thất thuỷ lực (cột áp) trong các bánh bơm, tuabin
và bánh phản ứng. Tổn thất này gồm có:
- Tổn thất do ma sát ở bề mặt các máng dẫn (phụ thuộc vào kích thước và biên
dạng máng dẫn, vận tốc dòng chảy, độ nhớt chất lỏng và độ nhám bề mặt thành máng
dẫn).
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
19
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
- Tổn thất do sự thay đổi đột ngột hướng chuyển động của dòng chảy, nhất là ở lối
của động cơ thuỷ lực.
Nhờ truyền động thuỷ lực thể tích, chúng ta có thể tạo ra được nhiều dạng chuyển
động của bộ phận chấp hành với quy luật tuỳ ý (chuyển động quay, chuyển động tịnh
tiến v.v..).
Dựa vào dạng chuyển động của động cơ thuỷ lực (bộ phận chấp hành) có thể chia
truyền động thuỷ lực thể tích thành các loại có chuyển động tịnh tiến, có chuyển động
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
20
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
quay tròn và có chuyển động tuỳ động (chuyển động theo dõi). Đó là những dạng
chuyển động phổ biến trong các máy công cụ, trong hệ thống lái máy bay, hệ thống
phanh hay nâng ben của ô tô, trong các hệ thống tự động của các máy khác. Mặt khác do
ưu điểm của nó, như đã trình bày, đặc biệt là độ nhậy, độ chính xác cao trong việc điều
chỉnh, tính ổn định cao trong chuyển động của bộ phận chấp hành, điều khiển rất nhẹ
nhàng và làm việc an toàn … Nên nó được dùng ngày càng nhiều trong các máy hiện đại
của các ngành công nghiệp khác nhau.
Tuy vậy, truyền động thuỷ lực thể tích cũng có những nhược điểm sau:
+ Do áp suất làm việc của hệ thống rất cao nên khó làm kín các buồng làm việc,
yêu cầu gia công các chi tiết có độ chính xác rất cao nên giá thành đắt;
+ Yêu cầu rất cao về chất lỏng làm việc (phải sạch, không ăn mòn, bôi trơn tốt, độ
nhớt ổn định khi nhiệt độ thay đổi…).
Trong chương này chủ yếu chúng ta nghiên cứu loại truyền động thủy lực có
chuyển động tịnh tiến và quay, còn loại có chuyển động tuỳ động chỉ giới thiệu sơ lược.
2.3.3.2. Ngyên lý hoạt động của truyền động thủy lực thể tích có chuyển động tịnh
tiến và chuyển động quay
a) Truyền động thuỷ lực thể tích có chuyền động tịnh tiến
Để hiểu nguyên lý hoạt động của loại này, chúng ta xét một sơ đồ đơn giản nhất
của nó (hình 2– 5). Như đã nói trên, nó gồm ba phần: phần thứ nhất là bơm Piston 1:
phần thứ hai là xilanh lực 6 (động cơ thuỷ lực); phần thứ ba gồm hai van một chiều 2 và
3, cơ cấu phân phối 5. Nhờ dẫn động cơ khí, piston của bơm 1 có chuyển động tịnh tiến
trong đó:
x
B
và x
Đ
- Đoạn di chuyển của piston trong bơm và xilanh lực;
F
B
và F
Đ
- Diện tích mặt làm việc của piston trong bơm và xilanh lực.
Vận tốc của piston trong bơm và trong xilanh lực là:
dt
dx
v
=
Lưu lượng chất lỏng do bơm chuyển đi:
Q
B
= v
B
F
B
(2-12)
và lưu lượng chất lỏng nạp vào xilanh lực:
Q
Đ
= v
Đ
B
B
F
p
ϑ
=
(2-14)
trong đó:
p – Áp suất trong xilanh của bơm;
ϑ
B
- Lực đặt lên piston của bơm.
nên ứng lực do piston của xilanh lực tạo ra là:
ϑ
Đ
= p.F
Đ
Công suất của bơm :
N
B
= ϑ
B
.V
B
(2-15)
Phối hợp các biểu thức (2 -11), (2 -12), (2-13), (2 -14), (2 -15) chúng ta có:
N
B
= p.Q
B
n
B
- Số vòng quay của bơm trong một đơn vị thời gian.
Tương tự trường hợp trên, ta có vận tốc của piston trong xilanh lực là:
v
Đ
= q
B
.
D
D
D
B
F
Q
F
n
=
(2-19)
còn công suất của bơm trong trường hợp này là:
N
B
= p.Q
B
= p.q
B.
n
B
(2-20)
b) Truyền động thuỷ lực thể tích có chuyển động quay
thì mômen quay rôto của động cơ thủy lực
tạo ra là:
D
D
D
n
N
M
π
2
=
(2-23)
Ta biết
N
Đ
=
π
2
.
D
qp
(2-24)
c) Nhận xét chung
+ Qua các quan hệ (2 -13), (2 -19), (2 -22), chúng ta thấy trong trường hợp chất
lỏng làm việc không bị rò rỉ vận tốc của động cơ thuỷ lực phụ thuộc vào lưu lượng của
bơm và động cơ thủy lực. Nếu thay đổi một trong hai yếu tố đó thì có thể thay đổi được
vận tốc của động cơ với thủy lực.
Thực tế không thể tránh khỏi sự rò rỉ nên lưu lượng vào động cơ thuỷ lực nhỏ hơn
Qua đó ta thấy vận tốc của động cơ thuỷ lực trong thực tế không phải chỉ phụ thuộc
vào lưu lượng của bơm mà còn phụ thuộc áp suất làm việc của hệ thống.
Mặc dù lưu lượng bơm không đổi, nhưng nếu áp suất trong hệ thống càng tăng thì
vận tốc của động cơ thuỷ lực càng giảm. Nếu áp suất trong hệ thống tăng cho đến khi
lưu lượng rò rỉ bằng lưu lượng của bơm thì vận tốc của động cơ thủy lực bằng không.
Trường hợp này xảy ra khi động cơ thuỷ lực bị quá tải. Khi đó chất lỏng trong hệ thống
bị tháo hoàn toàn về thùng chứa qua van an toàn và những khe hở trong hệ thống.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
25
Copyright: Tài liệu đại học ©