4.2.3.1. Biện pháp vận hành, bảo dưỡng và chăm sóc máy
Nếu như ta đạt được sự hoàn thiện về kết cấu, công nghệ chế tạo và lắp đặt máy thì cũng chưa hẳn đã đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ của xilanh cũng như của toàn hệ thống máy bơm, mà một điều kiện cần thiết nữa là phải có biện pháp sử dụng hiệu quả, tức là phải có quá trình vận hành kỹ thuật thành thạo và một hệ thống bảo dưỡng, sửa chữa hợp lý. Như vậy tuổi thọ của chúng mới được nâng cao.
Nhiệm vụ của vận hành kỹ thuật máy bơm là đảm bảo tình trạng kỹ thuật tốt, sự làm việc không hỏng và đạt hiệu quả kinh tế cao.
Để bơm làm việc ổn định với hiệu suất cao trong quá trình làm việc thì ta cần phải chấp hành nghiêm chỉnh quy trình vận hành, bảo dưỡng như đã được trình bày trong chương 4.
4.2.3.2. Biện pháp cải thiện điều kiện làm việc
1. Xử lý pha rắn trong dung dịch
Do máy bơm khoan làm việc trong môi trường chất lỏng gồm hai pha rắn – lỏng, trong đó pha rắn là nguyên nhân chính dẫn đến sự mòn hỏng của bộ cụm xilanh – piston. Để hạn chế sự mòn hỏng này, đảm bảo dung dịch thực hiện tốt chức năng của mình thì cần phải tiến hành làm sạch dung dịch. Các thiết bị làm sạch thường sử dụng gồm: sàng rung, bộ lọc cát và mùm, máng lắng, máy tách khí. Chúng thường được bố trí theo sơ đồ nguyên lý của hệ thống tuần hoàn dung dịch như sau:
Bảng 4.4. Các chi tiết trong sơ đồ của hệ thống tuần hoàn dung dịch
STT Tên chi tiết STT Tên chi tiết
1,2 Máy bơm dung dịch 13 Máng tách khí 3,4 Bể chứ dung dịch 14 Manifold hút
5 Manifold cao áp 15 Đầu xanhích
6 Van một chiều 16 Cần chủ động
7 Vòi cao áp 17 Cần khoan
8 Máng xả 18 Cần nặng
9 Sàng rung 19 Thành giếng
10 Bể chứa chất thải 20 Choòng khoan
11 Bể chứa dung dịch sạch 21 Khoảng không vành xuyến giữa ống chống và cột cần khoan 12 Máng lọc bùn
Sàng rung
Sàng rung là thiết bị tách mùn khoan chính, nó tách mùn theo phương pháp cơ học vơi nguyên tắc làm việc là dung dịch chảy qua lưới kim loại có kích thước cho trước, những hạt lớn hơn mắt sàng sẽ bị giữ lại trên sàng rung và theo chiều nghiêng của sàng thải ra ngoài, còn dung dịch lọt qua sàng thì được sử dụng tiếp.
Sàng rung được lắp trực tiếp ở đầu máng dẫn dung dịch từ giếng khoan trở về. Sàng rung bao gồm một lưới thép không gỉ lắp trong một khung, khung này lắp trên các lò xo và khung rung động nhờ một trục lệch tâm. Trục này chuyển động nhờ động cơ điện. Khung lưới đặt nghiêng một góc nhất định về phía máng chứa mùn.
Do lưới thép rung động nên dung dịch chảy qua sẽ bị phá vỡ cấu trúc, dung dịch lọt qua mắt lưới xuống máng dẫn, mùn khoan có kích thước lớn sẽ nằm lại trên sàng rung và theo chiều dài của lưới thép ra ngoài.
Hình 4.8. Sơ đồ cấu tạo sàng dung Bảng 4.5. Các chi tiết trong sơ đồ cấu tạo sàng dung
Tên chi tiết Khung Lò xo Bộ phận rung Lưới sàng rung có nhiều loại khác nhau, thường được xác định bằng số mắt lưới trên một đơn vị chiều dài. Mắt lưới càng dày thì việc lọc mùn khoan càng tốt, tuy nhiên, lại không đảm bảo được lưu lượng. Để đảm bảo hai điều kiện này, người ta thường đưa vào sử dụng sàng rung kép nghĩa là đặt hai lưới thép song song, một lưới ở trên thưa hơn và lưới ở dưới dày hơn. Hoặc ta đặt sàng rung song song.
Máng lắng
Đây là thiết bị dùng để tách bớt phần chất rắn trong dung dịch đã lọt qua sàng rung. Dung dịch chảy qua máng lắng với tốc độ chậm tạo điều kiện cho mùn khoan dễ lắng đọng xuống đáy máng.
Máng lắng có chiều rộng từ (600 ÷ 700) mm, chiều sâu (400 ÷ 600) mm, và chiều dài (400 ÷500) mm. Để phá huỷ cấu trúc dung dịch, tạo điều kiện cho mùn khoan dễ lắng, ta làm các vách ngăn đặt trong máng cách nhau từ (40 ÷ 60) mm. Các vách ngăn đặt cách đáy hoặc nhô cao trên thành máng từ (200 ÷ 300) mm hoặc đặt sát đáy và thấp dưới thành máng (200 ÷ 300) mm, đặt xen kẽ nhau. Trên đường máng đặt xen kẽ các hố lắng sâu, đặt xen kẽ nhau. Trên đường máng đặt xen kẽ các hố lắng sâu.
Hình 4.9. Sơ đồ cấu tạo máng lắng Bảng 4.6. Các chi tiết sơ đồ cấu tạo máng lắng
STT Tên chi tiết STT Tên chi tiết
1 Máy bơm 3 Hồ lắng
2 Máng lắng 4 Bể chứa
Dung dịch bẩn đi qua máng lắng theo các đường gấp khúc làm tốc độ bị chậm lại, các hạt mùn có trọng lượng lớn bị lắng xuống. Khi tới tấm chắn, do tiết diện của máng bị hẹp lại, tốc độ chảy của dung dịch bị tăng lên, đập mạnh vào tấm chắn làm
cho cấu trúc của dung dịch bị yếu đi, mùn khoan tách ra và sẽ lắng xuống đáy máng.
Bộ lọc cát, mùn
Tất cả các loại mùn khoan qua lưới sàng rung có kích thước lớn hơn 74μm, được gọi là mùn.
Nếu để cát và mùn lẫn vào dung dịch sẽ làm giảm tính chất của dung dịch, làm giảm tiến độ khoan, đồng thời làm hao mòn và giảm tuổi thọ của cụm xilanh – piston cũng như của máy bơm. Vì vậy, yêu cầu đặt ra là phải tách cát và mùn nhằm hạn chế các tác hại của chúng.
Thiết bị dùng để làm sạch dung dịch có hiệu quả và phổ biến nhất hiện nay là máy xoáy lốc thuỷ lực, có cấu tạo như sau :
Hình 4.10. Sơ đồ cấu tạo bộ lọc cát, mùn Bảng 4.7. Các chi tiết sơ đồ cấu tạo bộ lọc cát, mùn
STT Tên chi tiết STT Tên chi tiết
1 Đường vào của dung dịch bẩn 4 Đường xa của dung dịch sạch
2 Thành máy xoáy thuỷ lực 5 Lỗ làm hẹp 3 Đường ra của cặn
Nguyên lý hoạt động như sau:
Dung dịch từ lỗ khoan chảy lên được bơm vào ống 1 tiếp tuyến với thành máy xoáy lốc thuỷ lực 2. Ở phần cuối của ống, người ta lắp thêm tấn kim loại 5 làm tiết diện ống kim loại 1 hẹp lại và tốc độ dòng chảy tắng lên, dẫn đến dung dịch khi đi vào thành máy xoáy lốc thuỷ lực sẽ chuyển động xoáy ốc. Do tác dụng của lực ly
tâm, các phần tử nhẹ hơn sẽ văng ra xa tâm, tiếp giáp với thành nón của máy và chuyển dịch xuống dưới, chảy ra ngoài qua lỗ thoát van 3. Dung dịch sạch xoáy ngược lên theo ống dẫn 4 và đến bể chứa.
Máy xoáy lốc thuỷ lực làm việc bình thường cần có áp suất (0,2 ÷ 0,5) MN/m2 tương đương (2 ÷ 5) kg/cm2. Và nó có thể lọc được những hạt mùn có kích thước nhỏ hơn 0,1 mm.
Máy tách khí
Dùng để xử lý dung dịch khi bị lẫn khí, tránh nguy cơ phun trào, hoả hoạn, đồng thời giảm lượng khí có lẫn trong dung dịch đi vào máy bơm gây nên hiện tượng xâm thực làm hỏng hóc các bộ phận của bơm, đặc biệt là hệ thống thuỷ lực, làm giảm hiệu suất làm việc của bơm.
Máy tách khí có nhiều loại khác nhau nhưng đều làm việc theo nguyên lý: Phá vỡ cấu trúc dung dịch bằng cách trải mỏng dung dịch lên các tấm ngăn trong thùng kín, phía trên tạo chân không để cho khí tách ra khỏi dung dịch.
Hình 4.11. Sơ đồ cấu tạo máy tách khí Khắc phục hiện tượng xâm thực
Giảm lượng khí có trong dung dịch sau khi thanh lọc vào bơm sao cho ít nhất là một yếu tố rất quan trọng, nó quyết định lớn đến hiệu suất làm việc của bơm. Nếu lượng khí này còn lớn, nó sẽ tăng dần khi đi vào trong buồng làm việc, tạo ra các bọt khí và gây ra hiện tượng xâm thực.
Để nhận biết hiện tượng xâm thực của máy bơm, ta có thể dựa vào các dấu hiệu sau:
Dòng chảy tỏng máy bị gián đoạn.
Gây lên tiếng động lớn và máy bị rung nhiều.
Lưu lượng, cột áp và hiệu suất của máy bị giảm đột ngột. Các biện pháp khắc phục hiện tượng xâm thực:
Giảm tổn thất trên đường ống hút. Chọn ống hút ngắn nhất.
Giảm chiều dài ống đẩy.
Tăng diện tích mặt piston, bán kính quay và số vòng quay làm việc. Giảm vận tốc của piston.
Nghĩa là để khắc phục hiện tượng xâm thực thì ta phải hạn chế áp suất làm việc của chất lỏng không được nhỏ hơn hoặc bằng áp suất hơi bão hoà bằng cách thực hiện các biện pháp như: giảm lượng khí trong dung dịch, giảm sự không ổn định của dòng chất lỏng trong quá trình làm việc và giảm va đập thuỷ lực do lực quán tính gây ra.
Để giảm lượng khí trên ta phải làm các công việc sau:
Sử dụng thiết bị tách lọc khí sao cho lượng khí lẫn trong dung dịch còn lại trước khi vào bơm là ít nhất.
Thường xuyên kiểm tra hiện tượng rò rỉ chất lỏng qua đường ống hút, đệm làm kín.
Đảm bảo áp suất và nhiệt độ trong quá trình bơm không vượt quá giới hạn cho phép.
Nhiệt độ hay áp suất của chất lỏng (dung dịch khoan) có ảnh hưởng rất lớn đến hiện tượng xâm thực vì khi nhiệt độ tăng làm cho áp suất giảm tới giá trị nhỏ hơn áp suất hơi bão hoà sẽ gây ra hiện tượng xâm thực.
Đặc biệt, như tôi đã trình bày ở trên, trong bơm piston luôn có sự dao động áp suất, lưu lượng của dòng chất lỏng. Để khắc phục hiện tượng dao động này nhằm hạn chế sự xuất hiện của hiện tượng xâm thực, ta có thể dùng các biện pháp sau :
Dùng bình điều hoà
Dùng bơm tác dụng hai chiều.
Dùng bơm ghép: dùng bơm có từ 3 xylanh trở lên hoặc dùng các bơm piston có chuyển động quay: bơm rôto hướng trục, bơm rôto hướng kính.
Để hạn chế nguyên nhân gây ra hiện tượng xâm thực do lực quán tính của dòng chất lỏng bằng cách lắp đặt bơm sao cho có chiều cao ống hút, ống đẩy hợp lý:
Giảm chiều dài ống đẩy (giảm các đoạn nằm ngang của ống đảy), tăng diện tích mặt cắt ống đẩy, giảm diện tích mặt piston, tăng số vòng quay.
Quá trình hút: qua tính toán người ta quy định: Đường kính ống hút tối thiểu là 200 mm.
Chiều cao ống hút là 1,5m đối với xylanh có đường kính trong 200 mm, là 2,2 m đối với xylanh có đường kính trong 130 mm.