4.4.2.1. Bỡnh ổn ỏp dạng ống
Hỡnh 4.6 Bỡnh ổn ỏp dạng ống
Cấu tạo của bỡnh là: Dạng ống vỏ ngoài chế tạo bằng thộp hợp kim, phần trờn trong bỡnh chứa khụng khớ, (khớ trời) phần dưới được lắp mặt bớch để lắp rỏp với đường ống bờn trong được chia làm hai nửa: Nửa trờn là khụng khớ ỏp suất khớ mụi trường pa. Mụi chất được tiếp xỳc trực tiếp với khụng khớ trong bỡnh.
Nguyờn tắc hoạt động:
Khi hỳt: Trong hộp khụng khớ hỳt cú chõn khụng nhưng nhỏ hơn chõn khụng ở xylanh. Do đú khi bơm chất lỏng từ hộp khụng khớ chảy vào bơm và mực nước trong hộp giảm xuống nếu hộp đủ lớn so với xylanh thỡ mực nước giảm khụng đỏng kể. Và do đú ỏp suất trờn mặt thoỏng của hộp xem như khụng đổi, mà chất lỏng chảy vào hộp khụng khớ là do độ chờnh ỏp suất giữa mặt thoỏng bể và mặt thoỏng hộp khụng khớ. Hai đại lượng này là khụng đổi, do đú chất lỏng chuyển từ bể chứa đến hộp khụng khớ là ổn định, chỉ cũn từ hộp khụng khớ tới bơm là khụng ổn định
Khi đẩy: Chất lỏng được đẩy lờn hộp khụng khớ, khụng khớ trong hộp bị nộn lại. Áp suất khớ trong hộp ộp chất lỏng lờn ống đẩy. Như vậy thể tớch trong hộp cần đủ lớn để dao động khụng đỏng kể. Nhờ đú chất lỏng được ộp đều liờn tục lờn ống đẩy chỉ cũn từ bơm đến hộp khụng khớ là khụng đều.
Ưu nhược điểm của bỡnh hộp khụng khớ: Như ta đó biết hiệu qủa của bỡnh ổn ỏp của một loại bất kỳ cú thể đỏnh giỏ qua mức độ khụng ổn định của ỏp suất:( δρ ) δp = PmaxPtb−Pmin (4.7)
Trong đú: P max: Áp suất cực đại trong bỡnh ổn ỏp
Ptb: Áp suất trung bỡnh trong bỡnh ổn ỏp
Và thực chất tựy thuộc vào tớnh năng tỏc dụng của từng loại mỏy bơm và tớnh chất cụng việc mà người ta lựa chọn loại bỡnh nào cho phự hợp. Hơn nữa cũn phụ thuộc vào chất lượng sản xuất, cụng nghệ chế tạo của từng hóng sản xuất.
Mức độ khụng ổn định của ỏp suất (δΡ) trước khi nộn là tỷ lệ thuận với thể tớch dư tối đa của bơm (∆v) và ỏp suất trung bỡnh của bơm tỷ lệ nghịch vơớ tớch số PoVo (ỏp suất khớ được nạp trước và thể tớch khớ ban đầu tương ứng với po).
Cú nghĩa là: Vo Ptb Po v u Ptb v Vo o tb v p ∆ = ∆ = Ρ Ρ ∆ = . . . δ (4.8) Ở đõy: u = p0v0 = ptbvtb = pv = const.
u: được gọi là dung tớch năng lượng của bỡnh ổn ỏp. Từ đõy ta suy ra (δΡ) càng nhỏ thỡ u phải càng lớn, cú thể bằng cỏch hoặc tăng v0 hoặc tăng p0 hay là tăng p0/ptb:
Đối với bỡnh ổn ỏp dạng khụng màng (hộp khụng khớ) chỉ cú thể tăng u khi tăng v0 bởi vỡ dạng khụng màng cú p0 = pa = 1 kG/cm2 (khớ trời). Nhưng tăng v0 bị hạn chế bởi khụng thể chế tạo bỡnh to quỏ sẽ kồng kềnh và nặng nề, như vậy loại bỡnh này hiệu quả khụng cao, giảm chấn kộm. Nhưng ưu điểm của loại này là sử dụng nú rất đơn giản trong vận hành, khụng phải sửa chữa, giỏ thành hạ.
4.4.2.2. Bỡnh ổn ỏp dạng màng
Cấu tạo bỡnh ổn ỏp dạng màng là: Thõn bỡnh hỡnh cầu được chia làm hai nửa, được ngăn cỏch bởi màng cao su cú tớnh chất đàn hồi. Phớa trờn màng ngăn được nộn khớ trơ, như vậy khỏc với bỡnh dạng hộp khụng khớ là người ta nạp khớ trơ vào phớa trờn màng một ỏp suất p0 tưng ứng với ỏp suất làm việc của bơm, để nõng cao hiệu suất làm việc của bỡnh. Phớa dưới màng ngăn được tiếp xỳc với mụi chất.
Như vậy khớ trơ được nạp vào bỡnh được ngăn cỏch với mụi chất bởi màng cao su điều này rất thuận lợi cho việc tăng ỏp suất khớ po, mang lại lợi ớch cho bỡnh được tốt hơn.
Nguyờn lý hoạt động của bỡnh ổn ỏp dạng màng:
Bỡnh ổn ỏp phớa hỳt cũng tương tự như bỡnh ổn ỏp phớa đẩy, đều hoạt động theo nguyờn tắc hấp thụ năng lượng và giải phúng năng lượng, làm điều hũa dũng chảy. Do khớ trơ được nạp vào phần trờn của thể tớch bỡnh. (hỡnh: 4.8a). Trong quỏ trỡnh làm việc của hệ thống, trong hệ thống cú ỏp suất Pmax khớ trơ sẽ được nộn lại (hỡnh: 4. 8b) và được hấp thụ năng lượng. Khi trong hệ thống cú ỏp suất Pmin khớ trơ giản nở ra đẩy chất lỏng ngược lại hệ thống (hỡnh: 4. 8c).
a) b) c)
Hỡnh: 4.8 Nguyờn lý làm việc bỡnh ổn ỏp dạng màng.
Ưu, nhược điểm của loại bỡng dạng màng:
Đối với loại bỡnh của Liờn xụ mức độ giảm ỏp suất rung động (δΡ) đến 0,1; ptb = 10 ữ 12 Mpa đến giỏ trị mà tuõn thủ tỷ lệ tối ưu Po/Ptb = 0,5 – 0,6. Từ quan điểm tuổi thọ của bỡnh cao su, khi tuõn thủ tỷ lệ này thỡ cao su của bỡnh làm việc ở vựng biến dạng đàn hồi. Việc tăng ỏp suất nộn cao hơn Ptb = 12 Mpa thỡ hoạt động của cao su bị hạn chế bởi độ bền cắt của cao su, ngoài ra trong cao su của bỡnh ứng suất kộo tăng lờn, xuất hiện biến dạng khụng đàn hồi (đặc biệt khi nhiệt độ trung bỡnh cao) với việc tạo thành sau đú cỏc nếp uốn dọc theo đường sinh của bỡnh khi dừng bơm.
Do đú dẫn đến việc phỏ hỏng màng cao su. Tuy vậy đối với loại bỡnh màng cao su do cỏc hóng nổi tiếng của Mỹ như loại K và IP người ta dựng kỹ thuật cao chế
tạo được màng cao su cú chất lượng cao đảm bảo được dải ỏp suất tương đối lớn tới 25 Mpa với Po/ptb tới 0,5 – 0,75.
Túm lại tuổi thọ của màng phụ thuộc vào vựng dao động của màng trong thõn, mà vựng này theo thứ tự lại phụ thuộc vào tỷ lệ Po/Ptb.
Trong điều kiện tuõn thủ giới hạn cho phộp Po/Ptb tại nơi mà tuổi thọ của màng cao nhất thỡ hiệu quả sử dụng thể tớch bờn trong của màng khụng lớn, tối đa chỉ 45% của Vo là thể tớch nộn cú ớch.
Do đú dạng bỡnh loại này khụng hợp lý đối với quan điểm hiệu quả sử dụng thể tớch bờn trong của thõn, cỏc thớ nghiệm tại mỏ đó chỉ ra rằng tuổi thọ của màng cao su dao động trong giới hạn rộng và việc khụng tuõn thủ phạm vi hẹp của tỷ số tối ưu Po/ptb là điều cú thể xảy ra.
Ngoài ra bề mặt rộng của màng, khụng thể đảm bảo độ đồng nhất của chất lượng cao su và cỏc tớnh chất của nú. Khi chế tạo cao su cú thể lẫn cỏc tạp chất và đú 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 tớch bờn trong của vỏ bỡnh ổn ỏp dạng màng cũn cú những khiếm khuyết khỏc, làm giảm tuổi thọ của màng, làm tăng giỏ thành của màng và bộ ổn ỏp bằng khớ nộn cũng như chi phớ vận hành.
Khối lượng lớn giỏ thành cao, trang thiết bị phức tạp.
Khối lượng lao động lớn, khi chế tạo cũng như lỳc lắp đặt và thay thế.
Thiếu dự trữ, khi sử dụng bỡnh một nắp khi màng bị hỏng cũn phải tắt bơm để thay thế.
Cao su của màng cú bề mặt tiếp xỳc rộng và bề dày mỏng bị lóo húa nhanh bởi oxy trong khụng khớ do vậy được khuyến cỏo dựng khớ trơ gõy trở ngại cho việc cung cấp.
Khụng thể bỏ qua khả năng bỏm dớnh của cỏc vật thể nhỏ lạ (chẳng hạn mảnh đỏ nhỏ, nhọn, đinh.v.v.) lờn bề mặt bờn ngoài của màng xảy ra khi tàng trữ trong kho hoặc nơi làm việc và là nguyờn nhõn làm thủng màng, và theo thời gian tàng trữ chắc chắn rằng cao su sẽ bị lóo húa dần và sẽ bị nứt chõn chim. Khi làm sạch dung dịch kộm thỡ khụng thể loại trừ khả năng bỏm dớnh cỏc mẩu nhỏ của đất đỏ lờn đỏy của màng và làm cho màng bị hỏng. Để trỏnh việc xảy ra gõy nổ, trong bất kỳ điều kiện làm việc nào như: mụi chất cụng tỏc, sự thay đổi thể tớch đột ngột, và hơn nữa để trỏnh bị lóo húa cao su.v.v. Người ta chỉ nạp vào bỡnh khớ trơ thường là khớ nitơ
Hỡnh 4.9 Bỡnh ổn ỏp dạng piston
b) Bỡnh ổn ỏp dạng piston.
Cấu tạo, như hỡnh: (4.9) bỡnh được thiết kế kiểu bộ đụi piston - xylanh, như vậy khớ hoặc khớ trơ được nạp bờn trong xylanh và ở phần trờn piston. Do tớnh chất đặc trưng của cặp piston - xylanh nờn điều kiện nạp khớ vào cú tớnh an toàn cao, ỏp suất khớ p0 tương đối cao mà ớt chịu ảnh hưởng bởi oxy húa và sức căng bề mặt. Như vậy cú thể nạp khớ bỡnh thường kinh tế hơn.
Nguyờn tắc hoạt động vẫn là giảm xung làm ổn định dũng chảy của cả đường hỳt và đường đẩy, nhưng lỳc này mụi chất và khớ nộn tỏc động lờn piston, làm piston trượt trong xylanh. Hoạt động như tớnh chất của một cặp piston - xylanh.
Ưu, nhược điểm: Bỡnh ổn ỏp dạng piston là loại tối ưu nhất loại bỏ phần lớn cỏc khiếm khuyết nờu trờn (đối với loại bỡnh hộp khụng khớ và dạng màng).
Một trong những ưu điểm chớnh của bỡnh ổn ỏp dạng piston là ỏp suất cực đại của khớ nộn ban đầu Po cao, mà ỏp suất này bị giới hạn chỉ bởi khả năng của bỡnh ổn ỏp dạng màng và hộp khụng khớ. Do ưu điểm này nờn bỡnh ổn ỏp dạng Piston làm việc hiệu quả hơn ở ỏp suất cao (lớn hơn 20MPa). So với bỡnh ổn ỏp dạng màng và dạng ống.
Khi tuõn thủ tỷ lệ cho phộp Po/Ptb thỡ hoạt động của bỡnh ổn ỏp dạng piston xảy ra bỡnh thường khụng cú va đập piston vào trụ đỡ và tuổi thọ của piston khụng phụ thuộc vào vị trớ của nú trong xylanh (trong giới hạn hành trỡnh).
Đú là ưu điểm của bỡnh ổn ỏp dạng piston. Ngoài ra cũn cú những ưu điểm sau: - Tuổi thọ cao của bộ piston xylanh, cú thể giải thớch bằng cỏc điều kiện thuận lợi của hoạt động piston trong xy lanh bỡnh ổn ỏp. Do chờnh lệnh ỏp suất tỏc dụng lờn xy lanh lỳc hoạt động khụng lớn nờn khụng cú hiện tượng phồng cao su, khe hở đệm gần vựng điểm tựa của lừi piston khụng bị góy do vỏt và khụng thể phỏ hủy vũng cao su
được bởi cú mặt chặn. Như vậy đối với bộ xylanh – piston của bỡnh ổn ỏp thỡ sự hao mũn do bào mũn vũng đệm và thành xy lanh là đặc trưng. Độ kớn của piston và tuổi thọ của nú phụ thuộc vào sức căng ban đầu của vũng đệm. Và đương nhiờn tuổi thọ này rất cao.
- Sự tồn tại của 3 bỡnh ổn ỏp cú thể làm tốt hơn điều kiện khởi động bơm khi thiết lập cỏc ỏp suất khỏc nhau: Po = 0,6 ptb; po = O,7ptb, po = O,8 ptb, cú nghĩa đảm bảo đặc tớnh thay đổi của chỳng trong dải ỏp suất rộng.
- Piston làm sạch tốt bề mặt xy lanh, khỏi dung dịch khoan khi nú nằm ở giỏ đỡ dưới trong thời gian dừng bơm.Vỡ vậy trỏnh việc dớnh và đụng kết piston lờn bề mặt của ống lút. Về mặt tự do của ống lút (khụng bị che bởi piston) được bụi đều bằng một lớp chất lỏng làm kớn, và taọ điều kiện thuận lợi cho ma sỏt của bộ piston - xy lanh.
- Nhờ sự hiện hữu của chất lỏng làm kớn, lờn piston nờn nú khụng tiếp xỳc vơớ oxy của khụng khớ và như vậy đó loại trừ được oxy húa cao su do oxy gõy nờn. Do vậy để nạp bỡnh ổn ỏp ta cú thể thay khớ N2 đắt tiền bằng khụng khớ để làm khớ nộn.
Cỏc bỡnh ổn ỏp khớ nộn dạng piston cũng cú một số khiếm khuyết tuy nhiờn khụng thể hạ thấp cỏc ưu điểm của chỳng.
Tồn tại ma sỏt giữa piston và xy lanh – sinh ra sự mài mũn – giảm độ kớn của vũng đệm. Do đú cú thể hơ và giảm thể tớch của khụng khớ v0.
Khi tỷ lệ cho phộp Po/Ptb vượt ra khỏi giới hạn, thỡ cú thể cú va đập của piston vào nắp trờn do hành trỡnh của piston khụng dài (s = 400mm). Do vậy giới hạn cho phộp Po/Ptb tương đối hẹp, mặc dự lại lớn hơn giới hạn cho phộp của cỏc bỡnh ổn ỏp dạng khỏc.
Ảnh hưởng cỏc khiếm khuyết trờn cú giảm bớt đỏng kể bởi cỏc biện phỏp mang tớnh đặc trưng cấu taọ và cụng nghệ đú là:
Chọn chất bụi trơn thớch hợp để làm giảm ma sỏt và mài mũn, sử dụng piston đặc chủng cú độ kớn kỹ thuật cao. Sử dụng bộ chống rung an toàn, nõng cao trỡnh độ tay nghề.v.v.
Với điều kiện sử dụng trong bỡnh ổn ỏp xy lanh cú hành trỡnh dài và lưu tõm tới việc giảm thể tớch chết tối thiểu thực hiện khụng khú về mặt kỹ thuật, thỡ cú thể thu được phạm vi điều chỉnh Po rộng 0,3 Ptb < Po < 0,8 Ptb.