tính toán lựa chọn máy nén khí phục vụ các thiết bị tự động trên giàn khoan dầu

Trong điều kiện giàn khai thác, để đảm bảo tốt các công việc khai thác, cũng nh kiểm tra chặt chẽ các công việc này, cũng nh trong môi trờng dễ cháy, nổ nh ở giàn khoan thì việc sử dụng

Lời mở đầu

Ngày nay, việc ứng dụng tự động hoá vào trong công nghiệp dầu khí, một ngành công nghiệp mũi nhọn của đất nớc đã mang lại nhiều lợi ích cho nền kinh tế quốc dân Tuy nhiên, công việc này cũng không dễ dàng, mặc dù chúng ta

đã nhập nhiều thiết bị hiện đại từ nớc ngoài, nhng còn phải

đòi hỏi một khối lợng công việc đa dạng và phức tạp Vì vậy, việc lựa chọn - vận hành - bảo dỡng - sửa chữa các thiết bị này phải thực sự thành thạo, nắm vững nguyên lý hoạt động của chúng cho phù hợp với các yêu cầu về năng lợng của từng giàn, nhằm nâng cao năng suất cũng nh tuổi thọ của chúng Trong điều kiện giàn khai thác, để đảm bảo tốt các công việc khai thác, cũng nh kiểm tra chặt chẽ các công việc này, cũng nh trong môi trờng dễ cháy, nổ nh ở giàn khoan thì việc sử dụng khí nén làm nguồn năng lợng cung cấp cho các thiết bị tự động hoá nh các van an toàn, các thiết bị đo, là có nhiều u điểm nhất…

Hiện nay, trên các giàn khoan, khai thác của mỏ Bạch Hổ

có rất nhiều trạm máy nén có thể cung cấp nguồn khí cho các thiết bị này nhng thông dụng nhất vẫn là trạm máy nén khí GA-75FF, vì nó có những u điểm vợt trội so với các loại máy khác nh: nguồn khí cung cấp đạt yêu cầu, trạm máy đợc

bố trí gọn, hoạt động hoàn toàn tự động, có hệ thống an toàn bảo vệ cao khi máy có sự cố và đặc biệt là lu lợng của máy rất ổn định, tự động điều chỉnh phù hợp theo nhu cầu

sử dụng đã đặt trớc, đảm bảo tính tiết kiệm năng lợng

Chính những đặc điểm này, cùng với việc tìm hiểu về

Với sự giúp đỡ, hớng dẫn tận tình của thầy hớng dẫn TS Nguyễn Văn Giáp cùng các thầy trong bộ môn Thiết Bị Dầu Khí và Công Trình, em đã nhận và tìm hiểu về loại thiết bị này với nội dung: ‘‘Tính toán lựa chọn máy nén khí nhằm phục vụ cho những thiết bị tự động hóa trên giàn’’ Từ đó, nghiên cứu các dạng hỏng của hệ thống van máy nén khí

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VIỆC SỬ DỤNG MÁY NẫN KHÍ PHỤC VỤ CHO NHỮNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HểA

TRấN GIÀN

1.1 Sơ đồ công nghệ của hệ thống tự động hóa

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống tự động hóa trên giàn MSP7

Nhiệm vụ của trạm nén khí (hình 1.1) là cung cấpnguồn khí sạch, khô, áp suất ổn định, để phục vụ cho hệthống đo lờng tự động hóa

- Dùng nguồn khí của trạm nén khí làm nguồn năng ợng để nuôi thiết bị đo nh đo mức dầu trong bìnhchứa 100 m3, duy trì áp suất,lợng dầu trong bình 100 m3

l-ở mức cố định, đo áp suất l-ở những điểm cần đo trên

hệ thống công nghệ;

- Dùng nguồn khí này làm nguồn khí đóng mở vanMin;

- Nhằm ổn định lu lợng cũng nh áp suất khí xuốnggiếng (công nghệ gaslift);

- ẫp nớc sinh hoạt;

- Đóng mở van cầu SDV;

- Khởi động thiết bị diezen;

- Cung cấp khí nén cho hệ thống điều khiển, hệthống bơm trám xi măng;

- Dùng nguồn khí này để bơm hóa phẩm xuốnggiếng trong quá trình khai thác gaslift

Do vậy, trạm nén GA-75 là một trạm nén khí không thểthiếu đợc ở bất kỳ giàn khoan khai thác nào, nó thực sự đóngvai trò rất quan trọng trong quá trình khai thác và vậnchuyển dầu khí

1.2 Những máy nén khí đợc sử dụng, đặc tính kỹ thuật và u nhợc điểm

hệ thống tự động hóa

a Máy nén khí cao áp KP-2T (AK 150)

Đợc sử dụng để tạo nguồn khí có áp suất cao (150KG/cm2); điều khiển hệ thống van cầu, ép vỉa, duy trì hoạt

động của các bình ổn áp, máy bơm pittông, nạp khí cho cácbình khí của động cơ diezen và các bình khí của xuồngcứu sinh

Máy nén khí KP-2T là máy nén khí pittông thẳng

đứng, 3 cấp Áp suất cửa vào là áp suất khí quyển, còn áp

suất cửa ra lớn nhất cho phép là 150 KG/cm2 với lu lợng 1,8

m3/phút

b Máy nén khí 2BM4-9/101 (của trạm máy nén khí CD9-101)

Đợc sử dụng trong quá trình gọi dòng các giếng khai thác

là phơng pháp làm giảm cột áp thủy tĩnh của khối chất lỏngtrong lòng giếng Đây là loại máy nén pittông nằm ngang,dùng để nén áp suất khí quyển đến áp suất 100KG/cm2 với l-

d Máy nén khí trục vít GA75, GA22, GA30, SSP, MH75

Loại máy nén này dùng để cung cấp khí nén cho hệthống điều khiển, hệ thống bơm trám ximăng và các nhucầu khác…

cần nền móng kiên cố, không có các xupap, xecmămg vàcác chi tiết chịu lực nặng nề, dễ h hỏng Các chỉ tiêu vềnăng lợng và thể tích đều ổn định trong thời gian vậnhành lâu dài Tổn thất áp suất trong cửa hút và cửa đẩy

đều nhỏ do không có các xupap Hầu nh không có hiện ợng chịu va đập thủy lực nên có khả năng làm việc vớimôi chất hai pha có thể vận hành máy ở chế độ tự

t-động

- So sánh với máy nén ly tâm thì máy nén trục vít cócác u điểm: Không có vùng mất ổn định về thủy lực vàtrong công nghệ làm lạnh có thể làm việc với tất cả cáctác nhân lạnh khác nhau mà không cần thay đổi nhiều

về cấu tạo Tốc độ quay của máy không ảnh hởng đến

tỷ số nén của máy và có thể điều chỉnh công suất, nhờ

sự thay đổi tốc độ quay

Nh

ợc điểm

Máy nén trục vít có hiệu suất thấp hơn máy nén pittông

và nó cũng sinh nhiệt nhiều trong quá trình làm việc nên ờng phải dùng các biện pháp làm

th-nguội Đối với máy nén trục vít có dầu bôi trơn, yêu cầu kếtcấu của hệ thống phụ trợ và chế độ vận hành phức tạp hơn.Cần dùng các vật liệu làm giảm ma sát (đồng thanh) tơng

đối đắt tiền để làm bánh vít, các trục vít có độ chính xáccao, khó chế tạo, sửa chữa và có giá thành cao

1.3 Những kết quả đạt đợc, những tồn tại cần tập trung nghiên cứu và giải quyết

1.3.1 Kết quả

Trong thời gian gần đõy, trờn cỏc giàn cố định của xớ nghiệp Liờn doanhVietsovpetro, người ta đó đưa vào lắp đặt và sử dụng cỏc trạm nộn khớ hiệnđại như GA-75 (hóng Atlas-Copco), SSR MH-75 (hóng Ingersoll-Rand) Cỏctrạm này cú thể cung cấp khớ nộn trong dải ỏp suất làm việc từ 6 ữ 13KG/cm2, lưu lượng tương đối lớn (Q = 11,61 ữ 13,59 m3/phỳt, đối với trạmSSR MH-75; Q = 11,8 m3/phỳt, đối với trạm GA-75) Chỳng được trang bịthờm hệ thống xử lý làm sạch và sấy khụ khớ nờn chất lượng khớ nộn rất tốt,

đảm bảo đủ lưu lượng và chất lượng để cú thể sử dụng cho hệ thống vậnchuyển xi măng phục vụ cho quỏ trỡnh cụng nghệ khoan, cung cấp nớc chosinh hoạt và cỏc hệ thống làm mỏt cũng như cho cỏc thiết bị đo lường, hệthống điều khiển tự động, cỏc thiết bị được dẫn động bằng khớ nộn khỏc… Vỡvậy, với một trạm nộn khớ cú 2 mỏy loại này (GA-75 của hóng Atlas-Copco,hoặc SSR MH-75 của hóng Ingersoll-Rand) được lắp đặt ở Blốc-7B, cú thểthay thế cho toàn bộ cỏc trạm mỏy nộn khớ ỏp suất thấp khỏc (như ВП2-9/10;BУ-0,6/8; BУ-0,6/13; 4BУ1-5/9; Ingersoll-Rand T 30/7100… ) trờn giàn tr-

ớc đó

Hiện nay, trên các giàn khoan, giàn khai thác ở mỏ Bạch

Hổ có rất nhiều trạm máy nén có thể cung cấp nguồn khícho các thiết bị tự động hoá nhng thông dụng nhất vẫn làtrạm máy nén khí trục vít GA-75 Vì nó có những u điểm v-

ợt trội là:

- Nguồn khí cung cấp đạt yêu cầu;

- Trạm máy đợc bố trí gọn;

- Hoạt động hoàn toàn tự động;

- Có hệ thống an toàn, bảo vệ cao khi máy có sự cố;

- Đặc biệt, lu lợng khí cung cấp của máy rất ổn

định, tự động điều chỉnh phù hợp theo nhu cầu sửdụng đã đặt trớc, đảm bảo tính tiết kiệm năng lợng cao

1.3.2 Những tồn tại cần tập trung nghiên cứu giải quyết

Trong ngành công nghiệp Dầu khí, vai trò của năng lợngkhí nén đặc biệt quan trọng, nhất là đối với các giàn khoan-khai thác Dù đã nhập các thiết bị từ nớc ngoài nhng nó còn

đòi hỏi một khối lợng công việc đa dạng và phức tạp Vì vậy,việc lựa chọn; vận hành; bảo dỡng; sửa chữa máy móc thiết

bị và đặc biệt là phải nắm vững nguyên lý hoạt động củachúng cho phù hợp với các yêu cầu về năng lợng của giàn là rấtcần thiết, để nâng cao năng suất cũng nh tuổi thọ củathiết bị đó

Trạm máy nén khí GA-75FF sau khi đợc lắp đặt và đavào sử dụng để cung cấp nguồn khí làm nguồn nuôi cho hệthống đo lờng tự động hóa của giàn thì sau một thời gianhoạt động, có thể xuất hiện những sự cố nhất định Chúng

ta cần xác định chính xác các nguyên nhân gây h hỏng, từ

đó đa ra phơng pháp khắc phục và sửa chữa phù hợp Vì

điều kiện thiết bị máy nén làm việc ở môi trờng biển, nhiệt

độ và thời tiết thay đổi theo ngày và theo mùa nên đã xảy

ra các sự cố thờng gặp sau đây:

- Nhiệt độ môi trờng giảm đột ngột, độ ẩm cao, hệthống lọc tách nhớt lọc không đợc do lợng hơi nớc có trongkhông khí, dẫn đến nớc bị giữ lại và phá hủy các thiết bị.Cần tạo cho khu vực luôn đợc sạch sẽ, có vách che khôngcho hớng gió thổi vào mùa gió chớng, đặt chế độ chênhlệch áp suất bắt đầu nạp tải và khi chạy không tải mộtkhoảng nhất định, để nhiệt độ đầu ra của khí nénluôn duy trì ở nhiệt độ cho phép khoảng 70ữ 78 oC;

- Sensor đo nhiệt độ đầu ra hay bị lỗi báo nhiệt độ,rất hay thay đổi với giá trị không ổn định;

- Đoạn ống nối mềm dẫn khí đờng ra của máy với hệthống của máy dễ bị lão hóa, vỡ Cần theo dõi để thay

đổi và có biện pháp khắc phục;

- Hàng ngày cần phải kiểm tra mức hao hụt của dầu,

sự rò rỉ và vệ sinh thiết bị;

- Lúc bắt đầu kiểm tra chạy thử lần đầu, cần kiểm tra

đúng chiều quay của động cơ theo chiều mũi tên tránhlàm h hỏng thiết bị;

- Cần theo dõi và xả condensate tại van xả bằng taytránh trờng hợp hệ thống xả tự động bị nghẹt;

- Sensor lấy tín hiệu áp suất từ bình chứa dễ bị hỏngkhi va chạm, cần theo dõi và có bảng khuyến cáo;

- Máy làm việc hoàn toàn tự động, cần có bảng khuyếncáo để phân công những ngời có trách nhiệm vận hành

và bảo dỡng máy;

- Nhiệt độ khí đầu ra quá cao là do thiết bị làm mátkhí bị hỏng, mức dầu quá thấp, bộ làm nguội dầu bị hỏnghay van nhiệt BV bị hỏng Nếu khí đầu vào có nhiệt độcao, cần theo dõi thời tiết để điều chỉnh buồng làmviệc của máy, tránh lợng khí đối lu,cần thờng xuyên theodõi mức dầu trong bình Thờng xuyên kiểm tra, bảo dỡng

và thay thế trớc khi cho máy hoạt động, để tránh các hỏnghóc khác có thể xảy ra

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MÁY NẫN KHÍ

Để thực hiện đợc việc này, đòi hỏi chúng ta phải nắmvững các thông số và các đặc tính của từng loại Từ đóphân tích, tính toán chúng và xem loại nào phù hợp nhất để

đáp ứng nhu cầu đã đặt ra, khi đó mới đạt đợc hiệu quả,năng suất cũng nh tuổi thọ của chúng lớn

Trong công tác nghiên cứu để đa ra loại máy mà tính uviệt của nó cao, phù hợp với điều kiện làm việc là một vấn

đề hết sức quan trọng mà chúng ta phải chú ý và đi sâuvào công tác tính toán để nắm vững chúng

Do các yêu cầu đặt ra cho máy nén khí, có thể nóikiểu máy nén khí trục vít có dầu bôi trơn là loại máy cónhiều u điểm nhất so với các loại máy khác cùng làm việc trêngiàn khoan- khai thác Do chuyển động tịnh tiến của pittông

đợc thay thế bằng chuyển động quay của rô to nên máy nénkhí trục vít có thể làm việc với số vòng quay cao và do vậy,

có thể giảm khối lợng, kích thớc Cũng do cấu tạo nh vậy nênmáy nén trục vít không có dao động về lu lợng Loại máy nénnày hoàn toàn cân bằng nên không cần phải có đế đặcbiệt Do không có van và xec măng nên máy nén có tuổi thọcao tin cậy khi làm việc so với máy nén pittông Đơn giản khibảo dỡng kỹ thuật và có thể làm việc ở chế độ tự động

2.1.2 Tính toán năng suất khí nén yêu cầu

Năng suất nén là lợng khí nén đợc trong một khoảng thờigian nhất định, đợc tính bởi công thức sau:

(m3/ph)

(2.1)

zi: Số lợng thiết bị dùng khí thứ i

qi: Lợng tiêu thụ khí nén cho một máy thứ i

αi: Hệ số sử dụng đồng thời của thiết bị dùng khíthứ i,

α = 0,85 ữ 1 nếu chỉ có ít thiết

bị zi <10

α = 0,75ữ 0,85 nếu z = 10 ữ 30

ψ: Hệ số tăng lợng khí nén khi thiết bị dùng khí đã

bị cũ hỏng,

ψ = 1,1 ữ 1,2k: Hệ số kể đến tổn thất khí nén ở chỗ ống nối,

k = 1,2n: Số nhóm thiết bị dùng khí cùng loại ΔV: Tổn thất lợng khí nén trên đờng ống dẫnchính từ máy nén khí tới nơi sử dụng khí

ΔV= 1,5 L (m3/ph)(2.2)

Với: L: Là chiều dài đờng ống (km)

1,5 (m3/ph/km): Là tổn thất trên 1 kmchiều dài ống

Số nhóm thiết bị n = 5

- Nhóm 1: Là nhóm các van Mim (20 cái), q1= 0,1 m3/ph

- Nhóm 2: Là nhóm các van đóng- mở (10 cái), q2=0,15 m3/ph

- Nhóm 3: Là nhóm thiết bị đo thuộc bình đo (2 cái),

Cụ thể tính toán nh sau:

Nhóm 1: Các van Mim (20 cái); q1=0,1 (m3/ph)

V1= α1.ψ.k.z1.q1 + ΔV1

Chọn α = 0,8; L = 130 m= 0,13 (km)

Tính toán áp suất yêu cầu dựa vào công thức sau:

(2.3)

Với:

Ptmnk: Áp suất tính toán máy nén khí

Ptbdk: Áp suất mà thiết bị dùng khí yêu cầu, Ptbdk=

λ = 0,05 (tổn thất trên 1km đờng ống)

Đối với máy nén khí sử dụng trên giàn MSP - 7 để cungcấp cho các thiết bị tự động nh: van Min, van đóng- mở,thiết bị đo lu lợng, áp suất, nhiệt độ trên các bình đo, tách

và bình 100 m3, áp suất lớn nhất của các thiết bị vào khoảng8,5 (bar), do đó:

Nh đã nói ở trên, hiện nay trên các công trình biển của

xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro đã tồn tại hai hệ thốngkhí nén cao áp và thấp áp, nhằm mục đích cung cấp nguồnnăng lợng (khí nén) cho các thiết bị và hệ thống chính nhsau:

- Các thiết bị đo lờng, các cột mức chất lỏng cho cácbình, bể công nghệ;

- Các hệ thống điều khiển, tự động hóa nh: Các trạm

điều khiển van dập giếng (ACS, TOE…); hệ thống điềukhiển lu lợng (các van MIN); các rơle trong hệ thống bảovệ; điều khiển đóng mở các van cầu, các thiết bịchặn;

- Các thiết bị dẫn động bằng khí nén: hệ thống khởi

động cho các động cơ Diezel công suất lớn; các động cơkiểu Rô to, các máy bơm, máy mài, máy khoan, thiết bịtháo lắp bulông;

- Hệ thống vận chuyển xi măng phục vụ cho quá trìnhcông nghệ khoan;

- Các mục đích khác: làm sạch các bề mặt gia công,sửa chữa; làm vệ sinh công nghiệp; hoặc sử dụng khínén để một quy mô công nghệ nào đó, nh gọi dòngtrong khai thác; quấy trộn dung dịch khoan hoặc xi măngtrong quá trình khoan

Khí nén đợc tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng

bẩn bao gồm: bụi, độ ẩm của không khí đợc hút vào nhữngphần tử nhỏ, chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền độngcơ khí Hơn nữa, trong quá trình nén khí nhiệt độ khi néntăng lên có thể gây ra quá trình oxy hóa một số phần tửtrên Như vậy, khớ nộn bao gồm chất bẩn đú được tải đi trong những đườngống dẫn khớ sẽ gõy nờn sự ăn mũn, gỉ trong ống và trong cỏc phần tử của hệthống điều khiển Cho nờn khớ nộn được sử dụng trong kỹ thuật phải đợc xử

lý, mức độ xử lý khớ nộn tựy thuộc vào phương phỏp xử lý, từ đú xỏc địnhchất lượng của khớ nộn tương ứng cho từng trường hợp cụ thể

Tựy theo mục đớch sử dụng, cỏc yờu cầu về chất lượng của khớ nộn cú thể

cú đụi chỳt khỏc biệt Tuy nhiờn, tựu chung lại vẫn bao gồm cỏc vấn đề cơbản sau đõy:

- Đảm bảo độ sạch: Điều này đảm bảo khụng làm kẹt hoặc tắc

nghẽn cỏc phin lọc, cỏc zicler hoặc cỏc chi tiết, phần tử cú độ chớnh xỏccao của thiết bị, nhất là ở trong cỏc thiết bị kiểm tra, đo lường và ở cỏc

hệ thống điều khiển, tự động húa Để đỏnh giỏ độ sạch, người ta đưa racỏc tiờu chuẩn về độ lớn của cỏc tạp chất, theo cỏc tiờu chuẩn của Hộiđồng cỏc xớ nghiệp chõu Âu PNEUROP (European Committee ofManufacturers of Compressors, Vacuumpumps and Pneumatic tools) đề

ra, độ lớn của cỏc tạp chất trong khớ nộn khụng được vượt quỏ 70 μm

- Đảm bảo độ khô: Yờu cầu này rất quan trọng, nhất là khi khớ

nộn được sử dụng trong hệ thống vận chuyển cỏc vật liệu rời, như hệthống vận chuyển ximăng Trong cỏc hệ thống này, 99,9 % lượng hơi ẩm(gồm hơi nước, dầu bụi trơn.v.v…, gọi chung là condensate) phải đượcloại bỏ Mặt khỏc, đảm bảo độ khụ của khớ nộn làm hạn chế sự tạo thànhcỏc phase lỏng, là tỏc nhõn tạo nờn ăn mũn điện húa trong dũng lưuthụng của khớ nộn

- Đảm bảo khoảng nhiệt độ làm việc thích hợp: Thụng thường, khoảng nhiệt độ làm việc thớch hợp nhất của khớ nộn

khụng được chờnh lệch quỏ 3 ữ 50C so với nhiệt độ mụi trường làm việccủa hệ thống và thiết bị Sự chờnh lệch quỏ lớn sẽ gõy nờn sự gión nởnhiệt khỏc nhau trong cỏc hệ thống, thiết bị, cỏc cụm chi tiết, tạo ra sựnứt vỡ, biến dạng, hư hỏng…

- Đảm bảo khoảng áp suất làm việc thích hợp: Mỗi hệ

thống hoặc thiết bị đều cú những yờu cầu về khoảng ỏp suất khớ nộn làmviệc khỏc nhau, để giải quyết vấn đề này, người ta thường sử dụng cỏc

bộ van giảm ỏp (hoặc tăng ỏp) phự hợp

- Đảm bảo độ nhớt động thích hợp: Đối với từng hệ thống,

nhất là với hệ thống điều khiển tự động hoặc truyền động khớ nộn và thiết

bị, sẽ cú những yờu cầu cụ thể về độ nhớt động học cần thiết của khớ nộn,

để giảm ma sỏt, sự ăn mũn và gỉ sột của chỳng Để giải quyết vấn đề này,người ta thường sử dụng dầu bụi trơn, bổ sung vào dũng khớ nộn thụngqua cỏc bộ van tra dầu, hoạt động theo nguyờn lý tra dầu Ventury

Trong những yờu cầu về chất lượng khớ đó nờu trờn, quan trọng nhất làviệc đảm bảo độ sạch, độ khụ của khớ nộn

2.3 Lựa chọn mỏy nộn khớ

Theo kết quả trên với áp suất tính đợc là 8,878 (KG/cm2)

so sánh với áp suất lớn nhất của máy nén khí GA - 75 là 9,945(KG/cm2); năng suất tính đợc 11,37 (m3/ph) so sánh với năngsuất của máy 11,5 (m3/ph) thì việc lựa chọn máy nén khínày là phù hợp với yêu cầu của giàn MSP - 7

- Số răng trục chính Z1 = 12

- Số răng trục phụ Z2 = 18

Hai thông số của số răng trục chính và trục phụ nh vậy

một vòng quay sẽ nhỏ, dẫn đến lu lợng máy thấp Và có một

điều quan trọng là số răng trục chính và trục phụ khôngbằng nhau nh thế sẽ dẫn đến hiệu suất tốt hơn

Số vòng quay (n): Đây là loại máy nén trục vít một cấp

có dầu bôi trơn và áp suất đầu ra của máy này vào khoảng10,2 (KG/cm2), ở chế độ làm việc định mức là 8,364(KG/cm2) Vì thế, để đáp ứng áp suất và lu lợng đòi hỏi nhấtthiết phải chọn số vòng quay cho máy là n = 2975(vòng/phút)

Để phục vụ cho trạm máy nén GA-75 và để đảm bảo lulợng của máy đã đề ra (Q = 11,5 (m3/phút) = 0,192 (m3/s))thì nhà thiết kế đã chọn loại động cơ để dẫn động chomáy nén GA -75 là loại động động cơ điện 3 pha có hiệuABB kiểu M2ASMC có hiệu điện thế U = 250 (V), cờng độdòng điện I = 40A với tần số f = 50 Hz và công suấtvào máy là N= 89,8 kW

Nhiệt độ của máy nén mà nhà thiết kế đã đặt ra T=

400C

Bảng 2.1 Chỉ tiêu la chọn máy nén khí

Bảng 2.2 So sánh giữa các loại máy nén khí

Căn cứ vào V, P vừa tìm đợc ở trên và kết hợp với bảng2.1, bảng 2.2 thì ta lựa chon máy nén khí trục vít mà cụthể là máy nén trục vít GA-75 Lựa chọn máy nén khí GA-75thì năng suất nén khí của máy là 11,5 (m3/ph)

Nh vậy, Vtính toán < Vthực tế nên lựa chọn máy nén khí GA -75 làphù hợp với thực tế giàn MSP - 7 này

Ngoài ra, máy nén khí GA -75 còn đợc sử dụng để épnớc dùng để sinh hoạt, nhng do việc sử dụng không thờngxuyên nên không đợc đa vào phần tính toán này (thông th-ờng 2 ngày đợc bơm 1 lần; mỗi lần bơm khoảng 4 -5 giờ;phải sử dụng hai máy kể cả máy dự phòng thì mới đảm bảo

lu lợng và áp suất)

Kết luận: Các kết quả trên đã làm rõ đợc giá trị tính toán

của các thông số và khi kiểm nghiệm lại với các giá trị thựccủa máy thì đã đạt yêu cầu mà phần tính toán các thông số

pháp tính toán này, có thể áp dụng cho việc tính toán vàkiểm nghiệm trên thực tế một giàn khai thác bất kỳ để chọnloại máy nén phù hợp

CHƯƠNG 3 CẤU TẠO VÀ NGUYấN Lí LÀM VIỆC CỦA MÁY

NẫN KHÍ TRỤC VÍT GA-75

3.1 Sơ đồ cấu tạo

3.1.1 Giới thiệu chung

Trạm máy nén khí GA của hãng Atlas Copco là loại máydạng trục vít, một cấp, tác dụng đơn có dầu bôi trơn và đợcdẫn động bằng động cơ điện Loại máy có ký hiệu GA-55,GA-75 và GA-90C là dạng đợc làm mát bằng không khí, cònloại máy có ký hiệu GA-55W, GA-75W và GA-90CW đợc làm

mát bằng nớc

Loại máy nén khí GA-FF ( Full feature) với đầy đủ tính năng

kỹ thuật, đợc trang bị thiết bị làm khô khí, cùng lắp đặtchung trong khoang thân vỏ

Trạm nén khí GA đợc lắp đặt trong khoang thân vỏcách âm và cách nhiệt chắc chắn Máy nén khí đợc điềukhiển bởi bộ điều khiển kiểu Elektronikon của hãng AtlasCopco Bộ điều khiển điện từ máy đợc lắp vào cánh cửamặt trớc, giúp làm giảm sự tiêu hao năng lợng điện, cho phépngời điều khiển dễ dàng lập trình và theo dõi, kiểm soát sựvận hành của máy nén khí Mặt trớc bảng điều khiển có nútkhởi động, nút tắt và nút dừng máy khẩn cấp, mặt sau cóchứa bộ khởi động mo tơ Ngoài ra, máy nén khí còn đợctrang bị thêm một hệ thống xả condensate (chất lỏng ngng

tụ trong quá trình làm mát khí nén) tự động

E1: Module điều khiển 6: Phín lọc khí

S3: Nút dừng khẩn cấp 7: Nút bịt lỗ rót dầubôi trơn

1: Quạt làm mát 8: Bình gom khínén

2: Động cơ điện 9: Cơ cấu hiển thịmức dầu bôi trơn

3: Buồng điện 10: Các phín lọc dầubôi trơn

4: Động cơ điện dẫn động 11: Bộ phận làm mátbằng khí

5: Bộ phận tách dầu

Hình 3.3 Mặt trớc của máy GA-75

5: Quạt làm mát 13: Động cơ điệndẫn động

6: Bộ phận làm mát bằng dầu bôi trơn 14: Đờng xảcondensate

7: Các phín lọc dầu bôi trơn 15: Đờng xảcondensate bằng tay

8: Van nạp/ ngắt tải 16: Bẫy táchcondensate

Hình 3.4 Mặt sau của máy nén khí GA-75

3020: Máy nén khí 4020: Bánh răng chủ động 4025: Bánh răng bị động

5120: Gioăng phớt 5045: Then 5050:Đệm

5105: Chốt định vị 5030; 5070; 5115: Mặt chặn 5025: Gioăng tròn

có ổ đỡ chính để đỡ các rô to ở phía hút và đậy lắp các ổ

đỡ chặn

Trong phần dới của thân máy, ở đầu bên kia của cặptrục (rô to) là cửa đẩy đợc lắp van ngợc (CV) Còn ở giữathân máy đợc nối với van chặn dầu (Vs) và hệ thống cungcấp dầu Ngoài ra, nó còn đợc nối với một đờng ống dẫn dầuphụ để cung cấp dầu bôi trơn cho máy nén khí khi máy chạy

ở chế độ không tải

Mặt trên của thân máy đợc thông với khoang hút và nốivới van hút Nó đợc đúc bằng gang nên kết cấu bền, chắcchắn ít phải sửa chữa và phù hợp với thiết bị áp lực Thânmáy đợc gắn trên giá đỡ và dới đế giá đỡ có các lỗ để bắt bulông nền

Giá đỡ, các bulông có đủ độ bền chắc để cho phépmáy dịch chuyển bằng cách dùng các kích vít theo trục và bộphận nằm ngang của nó

3.1.1.2 Rôto

Trục rôto chủ động nhận chuyển động quay tròn từ

động cơ điện thông qua hộp tốc độ và truyền chuyển

động cho rô to bị động nhờ sự ăn khớp giữa chúng Rôtogồm các phần: thân rôto, trục và phần nối

Cụm rôto bao gồm tất cả các thiết bị quay lắp đặt trênrôto (hình 3.7) ngoại trừ khớp nối Thân rôto có dạng rãnh vít

và đợc bố trí ở phần giữa của trục (giữa hai đầu ngõngtrục)

1: Cánh quạt 2: Thân Rô to

Hình 3.7 Hình dạng rô to máy nén

Ngoài ra, ngõng trục còn đợc tôi cao tần để đảm bảo

độ cứng và khả năng chịu mài mòn cao.Các ống lót trục đợclàm bằng vật liệu chống ăn mòn và đợc tôi cứng thành lớp bảo

vệ chống ăn mòn và đợc bịt kín để ngăn sự rò rỉ giữa trục

và ống lót Các ống lót trục khi thay thế đợc tháo mở màkhông dùng đến máy

Rôto của máy nén đủ độ cứng vững để không xảy ra

sự biến dạng trong quá trình làm việc dẫn tới sự tiếp xúcgiữa thân rô to và thân máy

3.1.1.3 Hộp tốc độ

Hộp tốc độ (hình 3.8) có chức năng nhận truyền động

từ động cơ điện sang máy nén

3050: Hép b¸nh r¨ng 5115: Chi tiÕt h·m 5110: Ổ bi

3105: Bé phËn b¶o vÖ 5120: Vµnh lµm kÝn 5055: Bul«ng (6 c¹nh)

5050: Gio¨ng 5135: §Öm 5105: Bul«ng (6 c¹nh)

5065: Ổ bi 5140: VÝt mò 5050: §Öm c¸ch

5070: N¾p chôp 5025: §Öm 2020: B¸nh r¨ng

5075: Bul«ng (6 c¹nh) 5020: B¹c 5100: §Öm lµm kÝn

5095: Chèt

5090: Chốt núm vú 5040: Bạc 5045: Then

Hình 3.8 Sơ đồ cấu tạo hộp tốc độ

Bánh răng chủ động (2025) đợc chế tạo liền trục, trụcnày đợc lắp trên hai ổ bi (5065) và (5110) Giữa ổ bi và trục

đợc cách bằng nắp chụp (5070) và phần ngoài cùng ổ biphía gắn với máy nén có doăng làm kín (5060)

Đầu trục phía lắp với động cơ đợc phay rãnh then và

đ-ợc lắp với ổ bi (5110), vành làm kín (5120), đệm (5135) vàngoài cùng là chi tiết hãm (5115)

Trục chủ động của roto đợc lắp với đệm (5025), bạc(5020), nắp chụp (5030), bạc (5040) và bánh răng (2020) nhờthen (5045) và phần ngoài cùng có đệm cách (5050) đợc bắtchặt vào trục bánh răng nhờ bulông 6 cạnh (5055)

Động cơ truyền chuyển động cho trục chủ động củahộp tốc độ khi đó trục roto quay nhờ sự ăn khớp giữa bánhrăng chủ động (2025) và bánh răng bị động (2020)

3.1.1.4 Động cơ dẫn động

Động cơ dẫn động (hình 3.9) đợc lắp đặt trên bệ đỡ

Động cơ và bệ đỡ đợc lắp các đệm chống rung Máy nénkhí đợc dẫn động bằng động cơ điện xoay chiều 3 pha

điện áp 238 - 400 V, công suất 75 kW Động cơ đợc lắp đặtvới khung sàn nhờ bu lông thông qua đệm cao su chống rung

và các vành đệm chống tự tháo

3035: Chốt trục 1035: Đệm làm kín

1040:Đệm chống rung

Hình 3.9 Sơ đồ lắp đặt động cơ dẫn động trên bệ đỡ

- Trục trung gian hình trụ, ở giữa có đờng kính nhỏhơn hai mặt trụ đầu, hai mặt trụ đầu có dạng thenhoa;

- Phần nửa khớp nối thứ hai lắp trên trục chủ động củahộp giảm tốc bằng then và nó đợc lắp với trục trung gianbằng then hoa

3.1.1.5 Hệ thống dầu

Hệ thống dầu có ảnh hởng rất lớn đến sự hoạt động củamáy nén, ngoài việc cung cấp dầu cho máy nén trong quátrình hoạt động của máy nó còn có nhiệm vụ bôi trơn, làmmát các chi tiết trong máy nh rôto, ổ trợt

Dầu sử dụng cho máy nén phải đúng loại, đúng nhiệt

độ, áp suất và phải đủ lu lợng

Hỗn hợp khí, dầu từ máy nén theo đờng ống tới bìnhchứa khí và tách dầu (AR), tại đây phần lớn dầu đợc tách rakhỏi hỗn hợp dầu khí

Hỗn hợp dầu khí với áp suất lớn đi vào bình theo phơngtiếp tuyến và đập vào phần tử tách dầu (OS) Lúc này xảy ra

quá trình tách dầu và khí, khí ra khỏi bình tách tới két làmmát, còn phần dầu tập hợp xuống phía dới của bình tách dầukhí (AR) và phần này giống nh một bể chứa dầu nhỏ.

Hệ thống dầu có một van dự phòng (BV), khi nhiệt độdầu thấp hơn 40 0C thì van (BV) sẽ đóng đờng dầu cấp từkét làm mát (Co) về máy nén (E) và lúc này áp lực khí nén sẽ

đẩy dầu từ bình tách (AR) qua van (BV), qua phin lọc (OF)rồi theo đờng ống qua van ngắt dầu (Vs) vào máy nén (E) vàcác điểm bôi trơn của nó Két làm mát dầu (Co) lúc này ở vịtrí dự phòng

Khi nhiệt độ dầu trong bình (AR) tăng lên quá 550C thìvan (BV) sẽ đóng, dầu khí từ bình (AR) sẽ qua két làm mát,qua phin lọc, qua van ngắt dầu vào máy nén (E) Van ngắtdầu (Vs) dùng để ngăn ngừa phần máy nén khỏi bị ngập dầukhi máy nén dừng, van đợc mở bởi các tác động của áp suất

ra khi máy nén đợc khởi động

3.2.2.6 Hệ thống làm mát

Hệ thống làm mát (hình 3.10) gồm két làm mát với haikhoang riêng biệt, một khoang làm mát dầu, một khoang làmmát khí và quạt gió Hai khoang trên có thể đợc chế tạo riêngbiệt hoặc đợc liên kết (bằng phơng pháp hàn nhôm) lại thành

một khối.

1100: Bộ tách lọc khí nén 1030:Bulông

1020: Đờng ống 3020: Khoanglàm mát dầu

1025: Gioăng cao su 3031:Khoang làm mát khí

Hình 3.10 Sơ đồ cấu tạo hệ thống làm mát Nguyên lý hoạt động:

Két làm mát dầu bôi trơn dùng để hạ nhiệt độ xuống dới

400C Két làm mát có cấu tạo gồm hai phần lồng nhau:

+ Phần bên trong là các ống tỏa nhiệt chứa dầu bôitrơn;

+ Phần bên ngoài là bộ khuếch tán để đảm bảocho luồng khí làm mát thổi đến toàn bộ các ống tỏanhiệt

Luồng khí thổi làm mát đợc cấp từ quạt gió thổi qua cácống tỏa nhiệt và lấy nhiệt từ các ống này để làm mát dầutrong các ống Khi khí bị nén, các phần tử gia tăng sự cọ sátvới nhau và làm nhiệt độ khí tăng lên, sự tăng nhiệt độ này

sẽ làm nóng các bộ phận của máy nén Để ngăn chặn hiện ợng này thì máy nén sẽ đợc làm mát bằng khí và dầu

t-3.1.1.7 Thiết bị sấy khí

1: Bộ phận trao đổi nhiệt khí- khí

2: Bộ phận trao đổi nhiệt khí- chất làm lạnh3: Bộ phận kết tủa

4: Van thoát nớc ngng tụ5: Máy nén của bộ phận làm lạnh6: Bình ngng tụ

7: Rơ le điều chỉnh nhiệt độ8: Van điều chỉnh lu lợng chất làm lạnh

bộ, dòng khí nén của bộ phận trao đổi nhiệt khí- chất làmlạnh, quá trình làm lạnh sẽ đợc thực hiện bằng cách cho dòngkhí chuyển động đảo chiều trong những ống dẫn, nhiệt độhóa sơng tại đây là 1ữ 5 0C cho các phần tử chất lỏng (hơi n-

ớc, dầu bôi trơn) gọi là condensate Nh vậy, lợng hơi nớc trongdòng khí nén sẽ đợc ngng tụ

Dầu, nớc, chất bẩn sau khi đợc tách ra khỏi dòng khí nén

sẽ đợc đa ra ngoài qua van thoát nớc ngng tụ tự động (4).Dòng khí nén đợc làm sạch và còn lạnh sẽ đợc đa đến bộphận trao đổi nhiệt (1) để nâng nhiệt độ lên khoảng 6ữ 8

0C trớc khi đa vào sử dụng

Chu kỳ của chất làm lạnh đợc thực hiện bằng máy nén

để phát chất làm lạnh nhanh (5) Sau khi chất làm lạnh đợcnén qua máy nén, nhiệt độ sẽ tăng lên, bình ngng tụ (6) sẽ

có tác dụng làm nguội chất làm lạnh đó bằng quạt gió Van

điều chỉnh lu lợng (8) và rơ le điều chỉnh nhiệt độ (7) cónhiệm vụ điều chỉnh dòng lu lợng chất làm lạnh hoạt độngtrong khí có tải, không tải và hơi quá nhiệt

Bộ phận làm khô khí nén thờng dùng là loại ID-230 dohãng Atlas Copco cung cấp Chúng thực chất là một loại máylạnh sử dụng chất làm lạnh loại R-134 hoặc R-404

Bên dới ống lọc và bộ lọc là bộ phận đỡ chúng và bộ phận này

đợc đặt trên bệ đỡ (3), bệ đỡ (3) đợc gắn trên bệ đỡ (10)bằng bulông và bệ đỡ (10) này đợc gắn với thiết bị dẫn khí(cụm van không tải)

Phần trên của bộ lọc đợc nối với một đầu của ống khuỷu(5) bằng vòng kẹp (4) Đầu còn lại của ống khuỷu đợc nối vớicửa vào của thiết bị dẫn khí bằng vòng kẹp (9), trên ốngkhuỷu có gắn đồng hồ đo nhiệt độ (6)

1: Bộ lọc khí 6: Đồng hồ đo nhiệt độ 2: Ống lọc 9: Vòng kẹp

3.1.1.9 Phin lọc dầu (OF)

Trớc khi cấp trở lại cho máy nén, phin lọc dầu có nhiệm

vụ lọc sạch các tạp chất có trong dầu Phin lọc dầu của máynén GA -75 là loại phin đôi, nó có thể lọc tạp chất có đờngkính đến 25 μm

3.1.1.10 Bình tách dầu (AR)

Bình tách dầu (AR) đợc chế tạo với nhiệm vụ lọc táchdầu và khí ra khỏi nhau theo các dòng khác nhau đi ra ngoài(tách 2 pha)