BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ XW BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2011 Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo trục piston bơm dầu mỏ”. Ký hiệu: 165.11RD/HĐ-KHCN Cơ quan chủ quản: BỘ CÔNG THƯƠNG Cơ quan chủ trì đề tài: VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ Chủ nhiệm đề tài: NCVCC.TS PHAN THẠCH HỔ 9096 Hµ néi - 2011 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ XW BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2011 Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo trục piston bơm dầu mỏ”. Ký hiệu: 165.11RD/HĐ-KHCN VIỆN TRƯỞNG CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI NCVCC.TS PHAN THẠCH HỔ Hµ néi - 2011 Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ” Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 1 MỤC LỤC MỤC LỤC 1  GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 2 DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 4 LỜI NÓI ĐẦU 5 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BƠM DẦU MỎ VÀ TRỤC PISTON. 6 1.1 Tổng quan về bơm dầu mỏ: 6 1.2 Một số loại bơm dầu mỏ: 7 1.3 Tổng quan về trục piston 18 1.4 Kết luận 18 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ TRỤC PISTON BƠM DẦU MỎ 19 2.1 Tính toán các thông số trục piston bơm dầu mỏ 19 2.2 Thiết kế trục piston 29 2.3 Kết luận Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG III: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TRỤC PISTON BƠM DẦU MỎ Error! Bookmark not defined.  3.1. Phân tích chi tiết gia công Error! Bookmark not defined. 3.2. Xác định dạng sản xuất Error! Bookmark not defined. 3.3. Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi: Error! Bookmark not defined. 3.4. Kích thước phôi: Error! Bookmark not defined. 3.5. Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết Error! Bookmark not defined. 3.6. Trình tự các nguyên công để gia công các bề mặt chi tiếtError! Bookmark not defined . 3.7. Lượng dư gia công Error! Bookmark not defined. 3.8. Tính toán và tra chế độ cắt: Error! Bookmark not defined. 3.9. Kết luận Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG IV: CHẾ TẠO TRỤC PISTON, LẮP DẶT CHẠY THỬError! Bookmark not d e 4.1 Chế tạo trục piston: Error! Bookmark not defined. 4.2 Lắp đặt, chạy thử truc piston bơm dầu mỏ Error! Bookmark not defined. 4.3 Kết luận: Error! Bookmark not defined. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined. LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined.  CÁC VĂN BẢN KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI Error! Bookmark not defined.  PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined. Phụ lục 1: Bản vẽ thiết kế trục piston bơm dầu mỏ Error! Bookmark not defined. Phụ lục 2: Hợp đồng và phụ lục hợp đồng nghiên cứu khoa họcError! Bookmark not defin e Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ” Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1. Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo trục piston bơm dầu mỏ.” 2. Cơ sở pháp lý của đề tài: - Quyết định số 6878 /QĐ – BCT, ngày 29 tháng 12 năm 2010 về việc đặt hàng thực hiện các nhiệm vụ KHCN năm 2011 của Bộ Trưởng Bộ Công Thương. - Hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 165.11 RD/HĐ-KHCN ngày 26 tháng 04 năm 2011. 3. Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài: 3.1. Tính cấp thiế t: Ở trong nước, các bơm dầu trong ngành khai thác dầu mỏ chủ yếu là bơm ngoại nhập. Trong đó, một số chi tiết mau mòn chóng hỏng chưa chế tạo được với điều kiện trong nước. Khi hỏng chi tiết nào đó của bơm, chúng ta phải thay toàn bộ bơm và nhập khẩu từ nước ngoài về, điều đó gây ra tốn kém về ngoại tệ và mất nhiều thời gian ch ờ đợi. Việc nghiên cứu chế tạo trục piston bơm dầu là rất cấp thiết. Đề tài nhằm đáp ứng yêu cầu trên và đóng góp một phần nhỏ cho sự phát triển của ngành cơ khí chế tạo trong nước. 3.2. Mục tiêu của đề tài: Làm chủ việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo trục piston bơm dầu mỏ và đưa vào ứng dụng sản xuất trong nước thay th ế hàng nhập khẩu. 4. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu: 4.1. Đối tượng: - Nghiên cứu tổng quan chế độ làm việc của bơm dầu mỏ và trục piston. 4.2. Phạm vi nghiên cứu: - Tính toán thiết kế trục piston bơm dầu mỏ. - Lập quy trình công nghệ chế tạo trục piston bơm dầu mỏ. - Chế tạo 05 trục piston bơm dầu mỏ. Đưa vào XNLD dầu khí Vietsovpetro để lắp đặt ch ạy thử. Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ” Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 3 4.3. Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Thu thập, nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp tài liệu, thiết kế. - Phương pháp thực nghiệm: Nghiên cứu các điều kiện làm việc thực tế trục piston bơm dầu mỏ, lựa chọn thiết bị vật liệu phù hợp tại các cơ sở sản xuất để gia công trục đạt các yêu cầu kỹ thuật. 5. Kinh phí thực hi ện đề tài: - Tổng số: 300 triệu đồng + Từ ngân sách Nhà nước: 300 triệu đồng + Vốn tín dụng: 0 triệu đồng + Vốn tự có: 0 triệu đồng 6. Thời gian thực hiện: 12 tháng. - Bắt đầu: 01/2011 - Kết thúc: 12/2011 Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ” Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 4 DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI STT Họ và tên Học hàm, học vị, chuyên môn Cơ quan công tác 1 Nguyễn Văn Bình Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí 2 Mai Quý Sáng Thạc sỹ kỹ thuật Viện Nghiên cứu Cơ khí 3 Nguyễn Thị Sinh Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí 4 Vũ Quang Huy Thạc sỹ kỹ thuật Viện Nghiên cứu Cơ khí 5 Đỗ Thái Cường Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí 6 Nguyễn Danh Đức Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí 7 Mai Đức Thái Kỹ sư cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí 8 Đặng Trọng Liễu Kỹ sư cơ khí dầu mỏ Xí nghiệp Liên doanh dầu khí Vietsovpetro Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ” Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 5 LỜI NÓI ĐẦU Bơm dầu mỏ là một thiết bị chuyên dùng được sử dụng trong ngành công nghiệp khai thác dầu mỏ đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu chế tạo và ứng dụng rộng rãi. Ở các nước phát triển với trình độ khoa học kỹ thuật cao người ta đã chế tạo hàng loạt và đa dạng về chủng loại. Ở trong nước, bơm dầu mỏ đang sử d ụng chủ yếu là bơm ngoại nhập. Một số chi tiết mau mòn, chóng hỏng của bơm ta chưa có khả năng chế tạo mới, do đó việc thay thế còn rất khó khăn. Các thiết bị này khi thay thế cần phải nhập khẩu từ nước ngoài về hoặc khi hỏng một chi tiết nào đó thì phải thay toàn bộ bơm điều đó gây tốn kém về kinh tế, lãng phí và mất nhiề u thời gian chờ đợi, ảnh hưởng đến sản xuất. Trong bơm dầu mỏ làm việc theo hành trình kép, trục piston được dẫn động bởi động cơ qua hộp giảm tốc và thanh truyền. Trục làm việc ở điều kiện làm việc khắc nghiệt, chịu tác dụng của tải trọng lớn, đổi chiều, là chi tiết mau mòn chóng hỏng Do đó đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, ch ế tạo trục piston bơm dầu mỏ” được Viện nghiên cứu Cơ khí đề xuất và bộ công thương chấp thuận nhằm đáp ứng yêu cầu sản xuất, góp phần phát triển năng lực ngành cơ khí chế tạo trong nước đồng thời chủ động nội địa hoá thiết bị trong ngành khai thác dầu mỏ. Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ” Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BƠM DẦU MỎ VÀ TRỤC PISTON. 1.1 Tổng quan về bơm dầu mỏ: * Tình hình ứng dụng và phát triển trên thế giới: Bơm dầu mỏ là loại bơm đã được nghiên cứu, thiết kế và chế tạo ở các nước công nghiệp tiên tiến trên thế giới. Chúng được sử dụng rộng rãi ở các mỏ dầu trên đất liền và ngoài biển. Việc chế tạo phụ tùng thay thế trong đó có trục piston cho bơm đã thành ngành công nghi ệp truyền thống, lâu đời. Có những nhà máy chuyên ngành sản xuất vật liệu chế tạo máy móc gia công chuyên dụng cho từng loại phụ tùng cụ thể. Sản phẩm của các nước này có chất lượng cao, tuổi thọ cao, làm việc ổn định. Tuy nhiên giá thành cũng rất đắt, có trường hợp gấp hàng chục lần sản phẩm chế tạo trong nước. * Tình hình ứng dụng và phát triển tại Việt Nam: Ở n ước ta, một số đơn vị như Viện Nghiên cứu Cơ khí, Viện Khoa học Thủy Lợi, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ, nhà máy bơm Hải Dương và một số cơ sở khác … đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo nhiều loại bơm và đã đưa ra ứng dụng rộng rãi trong sản xuất. Tuy nhiên bơm dầu mỏ và phụ tùng thay thế chưa có đơn vị nào nghiên cứ u, thiết kế, chế tạo. Hàng năm, nước ta còn phải nhập khẩu 100% bơm dầu mỏ và phụ tùng phục vụ cho các dàn khoan, nhà máy, xí nghiệp trong cả nước, tốn kém rất nhiều ngoại tệ. Nền kinh tế của đất nước ta trong những năm gần đây đã có những bước tiến vượt bậc với sự tăng trưởng luôn được duy trì ổn định ở mức tương đối cao. Ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam là một trong những ngành mũi nhọn của cả nước mà điển hình là XNLD dầu khí “Vietsovpetro” đóng góp một phần không nhỏ vào các thành tựu phát triển đó. Xí nghiệp liên doanh dầu khí Vietsovpetro là một đơn vị đứng đầu trong công tác tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí hiện nay. Vùng hoạt động chủ yếu là thềm lục địa phía Nam Việt Nam và đang mở rộng hợp tác sang các nước như Liên Bang Nga, Angeri, Vênêzuela, Kadắctan, … Hi ện nay xí nghiệp liên doanh dầu khí “ Vietsovpetro” đang khai thác dầu trên 3 mỏ chính là Bạch Hổ, Rồng và Đại Hùng. Ở mỏ Bạch Hổ có 11 giàn cố định Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ” Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 7 và một số giàn nhẹ và là mỏ chiếm phần lớn sản lượng sản phẩm khai thác trong liên doanh. Để phục vụ cho công tác tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu khí, đặt ra nhiệm vụ quan trọng là phải có một hệ thống trang thiết bị phù hợp với điều kiện của khu mỏ, để đem lại hiệu quả kinh tế cao. Các thiết bị máy móc phục vụ cho ngành dầu khí rất đa d ạng, trong đó máy bơm piston được sử dụng rộng rãi trong xí nghiệp đặc biệt là trong lĩnh vực khai thác. 1.2 Một số loại bơm dầu mỏ: 1.2.1. Máy bơm piston: Máy bơm piston được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Nó được sử dụng để bơm nước lã, bơm dung dịch, bơm hoá chất… và phục vụ cho nhiều mục đích khác. Chúng được dùng rấ t nhiều trong công nghiệp khai thác dầu khí hiện nay Máy bơm piston có thể tạo ra áp suất và lưu lượng không phụ thuộc vào nhau. Đây là yếu tố quan trọng để đáp ứng yêu cầu về công nghệ khai thác dầu. Cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa, lắp ráp, độ bền cao và dễ thay thế Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ” Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 8 1.2.1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc: Hình 1-1 Nguyên lý kết cấu bơm piston Cấu tạo của một máy bơm piston đơn giản bao gồm piston số 1 được chuyển động tịnh tiến trong xy lanh 2; cơ cấu tay quay thanh truyền số 3; ống hút số 4; ống đẩy số 5; van hút 6; van đẩy 7; bình điều hòa hút số 8; và bình điều hòa đẩy số 9. Nguyên lý làm việc như sau: khi piston chuyển từ trái qua phải, thể tích buồng B tăng lên, áp suất giảm, van 7 đóng lại, van 6 mở, n ước từ ống hút 4 vào buồng B qua van 6. Khi piston đi ngược lại, thể tích buồng B giảm đi, áp suất tăng lên, van 6 đóng lại, van 7 mở, nước từ buồng B qua van 7 ra buồng C và ra ống đẩy. Với tác dụng của bình điều hòa hút 8 và bình điều hòa đẩy 9 sẽ giảm được sự dao động dòng chảy trong ống hút và ống đẩy vì sự hút nước và đẩy nước được thực hiện một cách có chu kỳ. Hành trình c ủa piston là S = 2r với r là bán kính tay quay của trục khuỷu. [...]... làm việc của bơm cũng như trục piston, tìm hiểu các dạng hư hỏng của trục piston để phục vụ cho việc lập quy trình công nghệ chế tạo trục mới Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 18 Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ TRỤC PISTON BƠM DẦU MỎ Các thông số kỹ thuật máy bơm Y8-6MA2: - Mã hiệu bơm: Y8-6MA2 - Bơm làm việc... toán các thông số trục piston bơm dầu mỏ 2.1.1 Cơ sở lý thuyết tính toán trục piston bơm dầu mỏ Người ta tính toán lực nén và độ ổn định dọc trục đối với trục piston bơm dầu mỏ tác động đơn (một chiều) Nếu là trục tác động kép (hai chiều) còn tính toán thêm lực kéo Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 19 Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ Hình 2.1 Sơ... tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ 1.2.1.2 Phân loại bơm piston - Phân loại theo khả năng tác dụng: Ta có bơm tác dụng đơn như hình 1-1, sau mỗi hành trình đi lại của piston, chỉ một lần nước được đưa ra ống đẩy, còn bơm tác dụng kép (hình 1-2) thì sau một hành trình đi lại của piston, sẽ có hai lần nước được đưa ra ống đẩy - Phân loại theo dạng piston: Piston hình trụ, piston. .. Trong đó: - d là đường kính trục (m) - D là đường kính Piston (m) Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 20 Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ - l1 và l2 là chiều dài đệm lót piston và vòng chắn dầu (m) - µ là hệ số ma sát giữa cao su và kim loại giữa đệm lót piston và trục; µ = 0,1÷0,2 - kc là hệ số áp lực trung bình đệm lót lên trục; kc = 0,15÷0,2 Khi... tại A ∆p là độ chênh áp mà máy tạo nên; ∆pyc độ chênh áp yêu cầu do có các tổn thất và sức cản của các van Phần tổn thất thể tích do có khí trong chất lỏng Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 9 Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ Hình 1-3 Biều đồ chu trình của bơm piston + Năng suất lý thuyết của máy bơm piston: - Bơm tác dụng đơn: VLT = 60APSni,... bơm theo tính toán kỹ thuật 2.1.2 Tính toán trục piston Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 24 Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ TT KÝ I σ Ứng suất lớn nhất CHỌN σ = Pmax/f GIÁ TRỊ Đ.VỊ SỐ TL Tính toán độ bền của trục 1 CÔNG THỨC - CƠ SỞ LỰA HIỆU TÊN GỌI - Ý NGHĨA 300.000 N f Diện tích nhỏ nhất của trục Pa Pmax Tải trọng lớn nhất tác dụng lên trục. .. dài thanh truyền Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 16 Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ * Xét quá trình đẩy: Cũng trên cơ sở như ở phía cửa hút, máy bơm được chế tạo ở phía cửa đẩy 1 bình điều hòa đẩy WD (hình 1.7) Để giữ cho các lực khối lượng nhỏ, thì nó được đặt gần van đẩy Ở hành trình đẩy sẽ bắt đầu từ điểm chết dưới, piston đẩy nước vào bình... thác dầu mỏ, máy bơm có vai trò như quả tim, duy trì hoạt động của cả hệ thống Trục piston là chi tiết quan trọng truyền lực đẩy từ trục chính của bơm qua piston tới buồng làm việc Trục làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, áp lực lớn, môi trường làm việc trong dầu mỏ và nhiệt độ cao: + Áp lực đẩy nhỏ nhất của bơm (MPa): 10 + Áp lực đẩy lớn nhất của bơm (MPa): 25 + Tải trọng tính toán lên trục piston. .. hiểm của trục   Giới hạn mỏi ứng suất chu kỳ đối xứng của trục σ-1oгp ηa = σ −1orp σ a kσ D + Ψσ σ m σ-1oгp = 0,8 σ-1oc 0,542 132.000.000 Giới hạn bền mỏi nén trong chu kỳ đối xứng σ-1oc 165.000.000 Hệ số KσD 2,3 Hệ số Ψσ Pa 0,15 Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ Pa 27 Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ II Tính toán độ ổn định dọc của trục 1 Độ... đẩy cho các bơm lớn và ống dẫn dài là 1,0m/s Cho các bơm nhỏ và ống dẫn ngắn sẽ là 1,5 đến 2,0 m/s Vấn đề cơ bản ở đây là đường kính ống được xác định theo quan điểm kinh tế chung lớn nhất, nghĩa là: ∑(vốn đầu tư + chi phí sản xuất) → nhỏ nhất Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 17 Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ 1.3 Tổng quan về trục piston Trong . nghệ chế tạo trục piston bơm dầu mỏ. - Chế tạo 05 trục piston bơm dầu mỏ. Đưa vào XNLD dầu khí Vietsovpetro để lắp đặt ch ạy thử. Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ . thác dầu mỏ. Đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo trục piston bơm dầu mỏ Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 6 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BƠM DẦU MỎ VÀ TRỤC PISTON. . trục piston bơm dầu mỏ Đề tài nghiên cứu KHCN - Cấp bộ năm 2011 NCVCC.TS.Phan Thạch Hổ 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1. Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo trục piston bơm dầu mỏ. ”