Đồ án Nghiên cứu quy trình lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa trạm GUP-100 tại giàn MSP4_ Mỏ Bạch Hổ

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 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 biệt là nguồn tài nguyên thiên nhiên rất phong phú đa dạng cả trong đất liền và ngoài biển khơi. Với diện tích thềm lục địa khoảng 1 triệu km2 bao gồm sông Hồng, Cửu Long, Hoàng Sa và Trường Sa. Từ những năm 60 của thế kỷ XX mặc dù trong nước còn tồn tại rất nhiều khó khăn về kinh tế, khoa học kỹ thuật nhưng công tác tìm kiếm thăm dò dầu khí đã được các đoàn địa chất của tổng cục dầu khí tiến hành trên địa bàn sông Hồng ở miền Bắc và từ những năm 70 đã tiến hành nghiên cứu vùng thềm lục địa. Đến nay công tác tìm kiếm thăm dò đã được thực hiện trên 1/3 diện tích thềm lục địa và đã đạt được rất nhiều kết quả, mang lại những lợi ích lớn về mặt kinh tế, đồng thời đã khẳng định được vai trò của mình trong nền kinh tế đất nước. Sau đây chúng ta nhìn lại sơ lược lịch sử phát triển của ngành dầu khí: Ngày 27/11/1961, đoàn Địa Chất 36, trực thuộc Tổng cục Địa Chất được thành lập để thực hiện nhiệm vụ tìm kiếm, thăm dò dầu, khí tại Việt Nam. Hoạt động của đoàn địa chất 36 ngày càng lớn cho nên ngày 09/10/1969 Thủ Tướng Chính Phủ đã ra quyết định số 203/CP thành lập liên đoàn Địa Chất 36, có nhiệm vụ xây dựng, quy hoạch, và lập kế hoạch nghiên cứu tìm kiếm và thăm dò dầu mỏ, khí đốt ở trong nước. Trước đó, với tiền thân là đoàn Địa Chất 36, các hoạt động thăm dò địa chất đã đạt được một số thành tựu đáng kể, trong đó có việc tiến hành thăm dò địa chấn và khoan thử nghiệm tại miền Bắc. Một số nghiên cứu chuyên ngành khác về thạch học, trầm tích,…, cũng đã được triển khai. Quan điểm dầu khí là nguồn tài nguyên tăng dần về phía biển đã được đoàn địa chất rất quan tâm trong tương lai. Năm 1975, ngay sau ngày thống nhất đất nước, ngày 03/09/1975 tổng cục dầu mỏ và khí đốt Việt Nam được thành lập trên cơ sở liên đoàn Địa Chất 36 và một bộ phận thuộc tổng cục hóa chất, đã đánh dấu một bước phát triển mới của ngành Dầu khí . Một năm sau ngày thành lập, ngày 25/07/1976, ngành dầu khí đã phát hiện dòng khí thiên nhiên đầu tiên tại giếng khoan số 61 ở xã Đông Cơ - Tiền Hải – Thái Bình. 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. Ngày 28/11/2005, Nhà máy lọc dầu Dung Quất là nhà máy lọc dầu đầu tiên của Việt Nam được khởi công xây dựng với tổng vốn đầu tư là 2,5 tỷ USD và đã cho lô dầu đầu tiên vào tháng 3 năm 2009. Song song với việc tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu, các dự án trong lĩnh vực công nghiệp khí cũng đã được tích cực triển khai. Dòng khí đồng hành ở mỏ Bạch Hổ được đưa vào bờ đã đem lại hiệu quả cao cho nền kinh tế, đồng thời cung cấp nhiên liệu cho cho nhà máy điện đạm Phú Mỹ với một lượng lớn khí hoả lỏng LPG và condenasate cho nhu cầu nội địa. Cùng với nguồn khí đồng hành bể Cửu Long thì nguồn khí Nam Côn Sơn được đưa vào tiếp đó đã hoàn thiện cho sự hoạt động của cụm công nghiệp khí điện đạm Đông Nam Bộ. Cùng với việc đưa vào hoạt động của nhà máy khí điện đạm Cà Mau đã tạo ra sức bật mới cho nền kinh tế của đồng bằng sông Cửu Long. Trong tương lai nhiều mỏ khí mới như lô B, mỏ Sư Tử Trắng sẽ mở ra một giai đoạn đầy hứa hẹn cho nền công nghiệp khí Việt Nam. Cùng với sự phát triển trọng tâm của công nghiệp dầu khí, để khép kín và hoạt động đồng bộ của ngành, các hoạt động về dịch vụ, kỹ thuật, thương mại, tài chính, bảo hiểm….của ngành dầu khí đã được hình thành và phát triển với doanh số hoạt động ngày càng cao trong tổng doanh thu của ngành. Thực hiện mục tiêu xây dựng ngành dầu khí quốc gia Việt Nam trở thành tập đoàn kinh tế mạnh của đất nước công tác hoàn thiện cơ chế quản lý cơ cấu tổ chức và công tác cổ phần hoá doanh nghiệp đã được triển khai có hiệu quả, do đó hoạt động sản xuất kinh doanh của các đơn vị cổ phần hoá được cải thiện rõ rệt. Hoạt động sản xuất kinh doanh của tập đoàn xác định theo hướng có hiệu quả nhất và phát triển thêm một số lĩnh vực để tận dụng thế mạnh của ngành. Là một ngành kinh tế kỹ thuật yêu cầu công nghệ cao, vốn đầu tư lớn và an toàn cao nên con người luôn là yếu tố quyết định đặc biệt trong thới kỳ hội nhập. Ý thức được điều đó tập đoàn dầu khí Việt Nam đã sớm đầu tư xây dựng và đào tạo đội ngũ công nhân kỹ thuật, đặc biệt là các cán bộ khoa học và các bộ có trình độ quản lý cao. Đến nay tập đoàn dầu khí Việt Nam đã có đội ngũ cán bộ trên 22000 người và đang đảm đương tốt công việc được giao. Chặng đường xây dựng và phát triển của ngành dầu khí Việt Nam trên 30 năm 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. 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 m3/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 dẫn khí khu vực Đông Nam Á phục vụ cho nhu cầu xuất nhập khẩu khí. Riêng tập đoàn dầu khí Việt Nam sản xuất 10÷15% tổng sản lượng điện của cả nước. - Về công nghiệp chế biến khí: Tích cực thu hút vốn đầu tư của mọi thành phần kinh tế, đặc biệt là đầu tư nước ngoài để phát triển nhanh công nghiệp chế biến khí. Kết hợp có hiệu quả giữa các công trìnhh lọc hoá dầu, chế biến khí để tạo ra sản phẩm năng lượng cần thiết phục vụ cho thị trường trong nước và làm nhiên liệu cho các ngành công nghiệp khác. - Về sự phát triển dịch vụ dầu khí: Thu hút tối đa các thành phần kinh tế tham gia phát btriển dich vụ để tăng doanh thu của dịch vụ trong tổng doanh thu của ngành. Phấn đấu đến 2010 doanh thu dịch vụ kỹ thuật dầu khí đạt 30÷35% tổng doanh thu của cả ngành và ổn định đến 2025. - Về sự phát triển khoa học và công nghệ: Tăng cường tiềm lực phát triển khoa học công nghệ, đầu tư trang thiết bị hiện đại để hiện đại hoá nhanh nghanh công nghiệp dầu khí. Xây dựng lực lượng cán bộ công nhân dầu khí mạnh cả về chất lượng để có thể điều hành các hoạt động dầu khí cả trong nước và ngoài nước. Nói chung ngành công nghiệp dầu khí Viêt Nam đang lớn mạnh và dần chuyển mình theo sự phát triển chung của nghành dầu khí toàn thế giới và đã đóng góp vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế nước nhà, đồng thời là một trong những ngành công nghiệp trọng điểm và có nhiều triển vọng trong tương lai. 1.2. Khái quát về XNLD Vietsovpetro Năm 1981, Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro thành lập và là công ty đầu tiên tiến hành thăm dò và khai thác trên thềm lục địa Việt Nam, mở ra giai đoạn về phát triển ngành dầu khí còn non trẻ. Năm 1984 Vietsovpetro phát hiện dầu khí ở mỏ Bạch Hổ. Mặc dù còn non trẻ, nhưng với tốc độ phát triển nhanh, nhưng XNLD Vietsovpetro cùng ngành công nghiệp dầu khí đã đóng một vai trò quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa nền kinh tế đất nước. Với sản lượng tăng nhanh chóng từ năm 1986, năm đầu tiên khai thác 40 ngàn tấn dầu thô đến năm 1996 là 8,8 triệu tấn, sản lượng 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 m3 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.
Hình 1.1 Sơ đồ bố trí thiết bị khoan trên giàn khoan Ắc quy 30. Sàn cho công nhân trên cao Đối áp vành 31. Lỗ phụ Cụm thiết bị chống phun 32. Đường dẫn bùn hệ thống các thanh giằng 33. Bộ tách bùn khí Tang quay phụ 34. Ty ô cao áp Thanh đỡ dây cáp 35. Bơm bùn Hố dưới sàn khoan 36. Đường bùn quay về Cộn ống góp 37. Thùng bùn Hệ thống ròng rọc cố định 38. Thanh ngang trên sàn thượng Sàn trên tháp khoan 39. Giá để ống khoan Cơ cấu khử khí 40. Sàn trượt ống khoan Tháp khoan 41. Động cơ đầu tiên Cơ cấu lọc cát và bộ kết 42. Ổn áp Nhà nghỉ công nhân 43. Đối áp kích bằng thủy lực Tời khoan 44. Lỗ để cần vuông Dầm ngang 45. Hố bùn dự trữ Dàn tháp khoan 46. Thùng dự trữ Dây cáp khoan 47. Bàn Roto Ống khoan 48. Sàn rung Sàn thượng 49. Ống bơm Cơ cấu nâng 50. Thang Sàn phục vụ tháo lắp cần khoan 51. Ống bơm đứng Thùng nhiên liệu 52. Nền khoan Dây chằng 53. Đầu phun Thanh nghang 54. Khóa ống Dây tời 55. Ròng rọc di động Cái móc 56. Thùng chứa nước Cần chủ lực 57. Mặt sàn thượng Ngoài các thiết bị có tên trên sơ đồ thì còn có các thiết bị khác như: - Các thiết bị đáy: chóp xoay, kim cương, PDC, TSP; - Bộ khoan cụ: cần nặng, cần khoan, ống định hướng, cột ống chống; - Thiết bị nâng thả: tháp khoan, hệ thống nâng thả, tời khoan; - Các loại cột ống chống; - Hệ thống quay: bàn roto, cần chủ đạo, đầu xoay thủy lự và đầu quay di động (topdriver); - Hệ thống tuần hoàn dung dịch: máy bơm khoan, các thiết bị trên đường ống cao áp, các thiết bị điều chế và làm sạch dung dịch; - 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. 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 cho các giếng đang trong quá trình khoan) và các van thủy lực trên hệ thống đường dập giếng (BM-1,2) dùng cho các giếng đang trong quá trình khai thác; - Các thiết bị đối áp và van thủy lực trên hệ thống đường dập giếng có thể đóng mở bằng tay ( loại van thủy lực kiểu cũ, của Liên-xô , hiện ít sử dụng, chỉ có thể mở bằng tay ) . Nhưng việc điều khiển bằng tay chỉ khi hệ thống điều khiển thủy lực bị tê liệt hoàn toàn. Sở dĩ phải sử dụng hệ thống điều khiên thủy lực từ xa vì khi xuất hiện sự phun trào, khu vực gần giếng là khu vực rất nguy hiểm không cho phép con người tiếp cận. 2.2. Tổng quan về các trạm thủy lực điều khiển van tại các giàn khoan biển Trạm thủy lực điều khiển thiết bị đối áp và các van dập giếng lắp đặt trên các Giàn khoan-khai thác thuộc Xí nghiệp liên doanh Vietsopetro có 3 loại: - Trạm ГУП -100 Бр do Liên xô sản xuất; - Trạm СН6У-76/2 do Ru-ma-ni sản xuất; - Trạm GUP-100 do Hội Cơ học thuộc LHKHSX NHIỆT-THỦY-KHÍ-ĐỘNG Hà Nội thiết kế và lắp đặt. (Sau đây xin gọi tắt là trạm do Việt nam sản xuất). Ba loại trạm này do 3 nước khác nhau sản xuất nhưng có nguyên lý hoạt động và kết cấu tương đối giống nhau. Bao gồm các bộ phận sau * Cụm nguồn, có các thiết bị sau: - Thùng chứa dầu thủy lực; - Bơm bánh răng truyền động bằng động cơ điện; - Bơm tay nối song song với bơm điện để đề phòng khi bơm điện không thể hoạt động được; - Bình tích năng thủy lực; - Các van chặn, van một chiều, van an toàn và van tuần hoàn; - Đồng hồ áp suất có tiếp điểm điện. Cụm nguồn là nơi tích trữ và cung cấp nguồn năng lượng thủy lực cho hệ thống điều khiển van. * 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 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 đối thành: Truyền động thủy động và Truyền động thủy tĩnh (thường gọi là truyền động thủy lực thể tích). Chúng có đặc điểm làm việc, phạm vi sử dụng khác nhau. Có thể nêu chung các ưu điểm của truyền động thủy lực là: + Dễ thực hiện việc điều chỉnh vô cấp và tự động điều chỉnh vận tốc chuyển động của bộ phận làm việc trong các máy, ngay cả khi máy đang làm việc; + Truyền động công suất làm việc lớn; + Cho phép đảo chiều chuyển động bộ phận làm việc của máy dễ dàng; + Có thể đảm bảo cho máy làm việc ổn định, không phụ thuộc vào sự thay đổi của tải trọng ngoài; + Kết cấu gọn, nhẹ, có quán tính nhỏ do trọng lượng trên một đơn vị công suất truyền động nhỏ; + Do chất lỏng làm việc trong truyền động thủy lực chủ yếu là dầu khoáng nên dễ có điều kiện bôi trơn tốt các chi tiết; + Truyền chuyển động êm, hầu như không có tiếng ồn; + Có thể đề phòng sự cố khi máy quá tải. Tuy nhiên, truyền động thủy lực cũng có những nhược điểm hạn chế phạm vi sử dụng nó như: + Vận tốc truyền động bị hạn chế vì phải đề phòng hiện tượng va đập thủy lực, tổn thất cột áp, tổn thất công suất lớn và xâm thực. + Khó làm kín các bộ phận làm việc, chất lỏng làm việc dễ bị rò rỉ hoặc không khí bên ngoài dễ lọt vào, làm giảm hiệu suất và tính chất làm việc ổn định của truyền động. Muốn khắc phục được điểm này, cần có các kết cấu phức tạp và chế tạo khó khăn. + Yêu cầu đối với chất lỏng làm việc thường phức tạp: độ nhớt phải thích hợp (để tránh rò rỉ hoặc tổn thất năng lượng nhiều) và ít thay đổi khi nhiệt độ, áp suất thay đổi; hệ số chịu nén nhỏ, ổn định và bền vững về tính chất hóa-1ý, khó bị ôxy hóa, khó cháy, ít hòa tan khí và hơi nước, không ăn mòn kim loại, không độc v.v… Dầu khoáng dùng trong truyền động thủy lực dễ cháy nên phải chú ý đến việc làm nguội máy. 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. Khớp nối thủy lực: Khớp nối thủy lực là kết cấu đơn giản nhất của truyền động thủy động. Cũng như các loại khớp nối khác, nó dụng đề truyền mômen quay từ trực dẫn đến trục bị dẫn mà không thay đổi trị số mômen độ. Chỉ khác ở đây nó dùng môi trường chất lỏng làm khâu trung gian để truyền cơ năng thực hiện việc nối “mềm” các trục.
Hình 2-1. Nguyên lý truyền động thủy động và kết cấu biến tốc thủy lực. Trên hình 2-2a trình bày kết cấu của nó, gồm bánh bơm 1 lắp cố định trên trục dẫn 5 nối liền với động cơ, bánh tuabin 2 lắp trên trục bị dẫn 4. Vỏ 3 của khớp nối lắp với bánh bơm và tạo thành buồng làm việc chứa chất lỏng. Hai trục dẫn và bị dẫn tách rời nhau. Công suất được truyền từ trục dẫn tới trục bị dẫn nhờ sự trao đổi năng lượng giữa hệ thống cánh dẫn với chất lỏng làm việc.
Hình 2-2. Kết cấu của truyền động thủy động Khi động cơ làm việc, bánh bơm quay và truyền cơ năng cho chất lỏng. Dưới tác dụng của lực ly tâm, chất lỏng truyền động dọc theo cánh dẫn từ tâm ra ngoài bánh bơm với vận tốc tăng dần. Sau đó chất lỏng truyền sang bánh tuabin, khi qua các máng dẫn thì truyền cơ năng cho bánh đó, làm cho nó quay cùng chiều với bánh bơm. Do đó, mômen quay được truyền đi dẫn chất lỏng sau khi ra khỏi bánh tua bin lại trở về bánh bơm và lặp lại quá trình chuyển động như trên một cách tuần hoàn giữa hai bánh công tác. Như vậy, mỗi phần tử chất lỏng trong khớp nối thủy lực thực hiện đồng thời hai chuyển động: vừa quay vòng tuần hoàn theo phương từ bánh bơm 1 đến bánh tuabin 2, vừa quay quanh trục với khớp nối làm cho chuyển động tổng hợp của phân tử chất lỏng theo vòng xoắn ốc. * Biến tốc thủy lực: Khi cần biến đổi mômen quay giữa hai trục dẫn và bị dẫn thì người ta dùng biến tốc thủy lực.