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

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
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
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
1
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
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 km
2
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.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
2
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất

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.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
3

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
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.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
4
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
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 m
3
/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
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
5
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
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 m
3
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.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
6
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
Hình 1.1 Sơ đồ bố trí thiết bị khoan trên giàn khoan
1. Ắc quy 30. Sàn cho công nhân trên cao
2. Đối áp vành 31. Lỗ phụ
3. Cụm thiết bị chống phun 32. Đường dẫn bùn
4. hệ thống các thanh giằng 33. Bộ tách bùn khí
5. Tang quay phụ 34. Ty ô cao áp
6. Thanh đỡ dây cáp 35. Bơm bùn
7. Hố dưới sàn khoan 36. Đường bùn quay về
8. Cộn ống góp 37. Thùng bùn
9. Hệ thống ròng rọc cố định 38. Thanh ngang trên sàn thượng
10. Sàn trên tháp khoan 39. Giá để ống khoan

11.Cơ cấu khử khí 40. Sàn trượt ống khoan
12.Tháp khoan 41. Động cơ đầu tiên
13.Cơ cấu lọc cát và bộ kết 42. Ổn áp
14.Nhà nghỉ công nhân 43. Đối áp kích bằng thủy lực
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
7
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
15.Tời khoan 44. Lỗ để cần vuông
16.Dầm ngang 45. Hố bùn dự trữ
17.Dàn tháp khoan 46. Thùng dự trữ
18.Dây cáp khoan 47. Bàn Roto
19.Ống khoan 48. Sàn rung
20.Sàn thượng 49. Ống bơm
21.Cơ cấu nâng 50. Thang
22.Sàn phục vụ tháo lắp cần khoan 51. Ống bơm đứng
23.Thùng nhiên liệu 52. Nền khoan
24.Dây chằng 53. Đầu phun
25.Thanh nghang 54. Khóa ống
26.Dây tời 55. Ròng rọc di động
27.Cái móc 56. Thùng chứa nước
28.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.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
8
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
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;
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
9
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
- 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
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
10
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
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.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
11
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
+ 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.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
12

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
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
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
13
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
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.
Thông thường, dùng nó để tăng mômen quay của trục bị dẫn vì số vòng quay của
bộ phận máy làm việc (đọc trên trục bị dẫn) thường nhỏ hơn số vòng quay làm việc tối

thiểu của động cơ (kéo trục dẫn) rất nhiều. Khi đó, biến tốc thủy lực đóng vai trò hộp
giảm tốc.
Trên hình 2-3 trình bày biến tốc thủy lực loại đơn giản. Khác với khớp nối thủy
lực, ở biến tốc thủy lực, ngoài hai bánh công tác (bánh bơm 2 lắp trên trục dẫn 1 và bánh
tuabin 4 đặt trên trục bị dẫn 5), còn có bộ phận dẫn hướng 3 (thường gọi là bánh phản
ứng) lắp cố định với vỏ 6 của biến tốc thủy lực. Tất cả ba bánh này đều có các cánh dẫn
và đặt trong vỏ có chứa chất lỏng tạo thành buồng làm việc của biến tốc thủy lực.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
14
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
Hình 2-3. Biến tốc thủy lực
Nguyên lý làm việc của biến tốc thủy lực đã xét ở trên, chỉ khác một điều là biến
tốc thuỷ lực có bánh phản ứng để tạo khả năng biến đổi mômen quay của trục dẫn. Chất
lỏng sau khi ra khỏi bánh bơm với vận tốc lớn, đi vào bánh phản ứng. Giống như bộ
phận dẫn hướng trong bơm và tuabin, bánh phản ứng có tác dụng:
- Thay đổi hướng dòng chảy cho phù hợp với lối vào các máng dẫn bánh công tác
đặt tiếp sau nó (tránh va đập), nhờ có kết cấu biến dạng cánh dẫn hợp lý.
- Thay đổi trị số vận tốc của dòng chảy cho hợp với yêu cầu ở lối vào bánh công
tác đặt tiếp sau nó, bằng cách thay đổi điện tích mặt cắt các máng dẫn một cách thích
hợp.
Sở dĩ gọi là bánh phản ứng vì chất lỏng khi qua bánh này truyền cho nó mômen
quay, nhưng do bánh đó cố định với vỏ cho nên có tác dụng như một điểm tựa và truyền
lại cho chất lỏng mômen động lượng (gọi là mômen phản ứng).
Nếu bánh phản ứng có thể quay tự do (nghĩa là không gắn với vỏ cố định) thì
mômen quay của trục dẫn truyền cho trục bị dẫn không thay đổi. Sau đó biến tốc thủy
lực làm việc như khớp nối thủy lực.
Như vậy, dòng chất lỏng do bơm tạo nên sau khi lần lượt đi qua các máng dẫn của
bánh phản ứng và bánh tuabin, kéo tuabin quay với vận tốc góc và mômen quay thay đổi
tùy theo trị số của mômen cản tác dụng lên trục bánh tuabin.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49

15
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
Tính chất tự động thay đổi vô cấp vận tốc góc của trục bị dẫn tùy theo phụ tải tác
dụng lên trục đó cùng hàng loạt ưu điểm khác (truyền chuyển động êm, hạn chế dao
động xoắn và va đập, dễ tự động hóa .v.v…) làm việc theo truyền động thủy động ngày
càng được dùng nhiều trong kỹ thuật.
2.3.2.2. Các thông số và phương trình cơ bản của truyền động thủy động
a) Các thông số cơ bản
Ngoài các thông số cơ bản chung của máy thủy lực, trong truyền động thủy động,
còn có một thông số thường dùng dưới đây:
-Công suất làm việc trên trục dẫn (tức trục bánh bơm) của truyền động thủy động
là:

PB
B
B
QH
N
ηη
γ
=
(2-1)
Trong đó:
Q - Lượng chất lỏng chảy từ bánh bơm vào bánh tuabin
H
B
- Cột áp do bánh bơm tạo ra;
η
B
- Hiệu suất của bánh bơm;

η
P
- Hiệu suất của bánh phản ứng (trong khớp nối thủy lực, không có đại lượng
nào);
γ - Trọng lượng riêng của chất lỏng làm việc;
- Công suất làm việc trên trục bị dẫn (tức trục bánh tuabin) là:
N
T
= γQH
B
η
T
(2-2)
Trong đó: η
r
- Hiệu suất của bánh tuabin
Thay trị số của H
B
trong (2-1) vào (2-2), ta có:
N
T
= η
B
η
T
η
P
N
B
Nếu gọi η = η

B
η
T
η
P
là hiệu suất toàn phần truyền động thủy động thì ta có.
η =
B
T
N
N
Ở đây ta vẫn có hệ thức η = η
Q
η
Q
η
C
như đã biết ở trên.
- Tỷ số truyền I của truyền động thủy động là tỷ số giữa số vòng quay bánh tuabin
(trục bị dẫn) với số vòng quay bánh bơm (trục dẫn)
i =
R
T
n
n
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
16
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
- Hệ số biến tốc K (hoặc hệ số biến đổi mômen) của biến tốc thủy lực là tỉ số giữa
mômen quay tác dụng lên trục bánh tuabin với mômen tác dụng lên trục bánh bơm.

K =
B
T
M
M
(2-4)
Do
N = Mω = M
30
n
π
Nên
K =
B
T
B
r
N
N
M
M
=
.
T
B
n
n
=
i
η

tức η = Ki
b) Các phương trình cơ bản của truyền động thủy động
Ứng dụng các phương trình cơ bản của máy thuỷ lực cánh dẫn, để nghiên cứu
truyền động của chất lỏng trong truyền động thủy động, ta có các phương trình sau:
-Phương trình mômen
Từ phương trình mômen (2-4), ta có thể viết (xem hình 2-4).
Đối với bánh bơm:
M
B
=
2
1
pQ (C
2u
D
2
– C
1u
D
1
) (2-5)
Đối với bánh tuabin:
M
T
=
2
1
pQ (C
4u
D

4
– C
3u
D
3
) (2-6)
Đối với bánh phản ứng:
M
P
=
2
1
pQ (C
6u
D
6
– C
5u
D
5
) (2-7)
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
17
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
Hình 2-4. Máy thủy lực cánh dẫn
Trong truyền động thủy động, công thức định nghĩa tỉ số truyền thường ngược với
công thức tính giáo trình chi tiết máy và một số giáo trình khác










=
danb
dan
iu
n
i
trong đó:
Q - Lưu lượng của chất lỏng làm việc trong truyền động thủy động;
c
1u
, c
2u
, c
3u
, c
5u
, c
6u
, c
7u
- Hình chiếu của vận tốc tuyệt đối trên phương của vận tốc
vòng tại các mặt cắt tương ứng của các bánh.
D
1

, D
2
, …, D
6
- Đường kính tại điểm giữa các mặt cắt tương ứng của các bánh.
Ta chú ý rằng trong bánh bơm, mô men động của dòng chất lỏng được tăng lên, do
đó M
B
> 0. Trong bánh tuabin, mômen động lượng đó giảm đi, do đó Mr < 0. Còn trong
bánh phản ứng, mômen M
p
có thể dương hoặc âm tuỳ hướng tác dụng của nó trùng với
hướng tác dụng của nhóm mômen bánh bơm M
B
hoặc ngược lại.
Cộng đại số phương tình mômen các bánh, ta có:
M
B
+ M
r
+ M
p
=
( )
556633441122
..
2
1
DcDcDcDcDcDcpQ
uuuuuu

−+−+−
(2-8)
Trong truyền động thuỷ động, muốn có hiệu suất cao, các bánh bố trí rất sát nhau
nên dòng chảy tuần hoàn khép kín giữa chúng. Do đó, ta có thể coi như trong khe hở
giữa các bánh của truyền động thuỷ động, không có sự thay đổi mômen động lượng. Khi
đó, phương trình chuyển động của chất lỏng trong đó có dạng:
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
18
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
c
4u
D = const.
Vì vậy ta có thể viết :
c
1u
D
1
= c
6u
D
6
; c
2u
D
2
= c
3u
D
3
; c

4u
D
4
= c
5u
D
5
Thay các biểu thức này vào phương trình (2-8) ta có phương trình mô men ở mọi
chế độ làm vệc của truyền động thủy động:
M
B
+ M
t
+ M
p

= 0
Nghĩa là tổng đại số các mômen quay của các bánh trong truyền động thuỷ động
bằng không.
- Phương trình công suất và cột áp.
Ở chế độ làm việc ổn định, bánh bơm của truyền động thuỷ động liên tục cung cấp
cho dòng chất lỏng làm việc công suất N
p
. Phần lớn của công suất đó truyền cho trục bị
dẫn qua bánh tuabin, gọi là N
t
. Phần công suất còn lại N
w
= N
B

– N
t
dùng để khắc phục
sức cản do sự chuyển động của chất lỏng trong buồng làm việc của truyền động thủy
động.
Như vậy, ở mọi chế độ làm việc ổn định, khi bánh phản ứng là cố định, phương
trình cân bằng năng lượng (công suất) có thể viết dưới dạng.
N
B
= N
T
+ N
w
(2 -9)
trong đó :
N
B
= γQH
B
là công suất thuỷ lực do bánh bơm cung cấp cho dòng chất lỏng.
N
r
= γ QH
r
là công suất thuỷ lực do bánh tuabin nhận được của dòng chất lỏng.
Nếu bỏ qua tổn thất lưu lượng do rò rỉ qua khe hở giữa các bánh (thực tế lượng này
rất nhỏ) và thay trị số của công suất vào phương trình (2-9), ta có:
γQH
B
= γQH

r
+ γQh
w

Đơn giản phương trình trên, ta được phương trình cân bằng cột áp
H
B
= H
r

+ h
w
(2-10)
Nghĩa là hiệu số cột áp của bánh bơm và bánh tua bin hoàn toàn đúng để khắc phục
tổn thất thuỷ lực trong buồng làm việc của truyền động thuỷ động.
Trong (2 -10) h
w
= h
B
+ h
p
là tổng tổn thất thuỷ lực (cột áp) trong các bánh bơm, tuabin
và bánh phản ứng. Tổn thất này gồm có:
- Tổn thất do ma sát ở bề mặt các máng dẫn (phụ thuộc vào kích thước và biên
dạng máng dẫn, vận tốc dòng chảy, độ nhớt chất lỏng và độ nhám bề mặt thành máng
dẫn).
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
19
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
- Tổn thất do sự thay đổi đột ngột hướng chuyển động của dòng chảy, nhất là ở lối

vào các bánh (khi đó có thể xảy ra hiện tượng tách dòng, tạo thành xoáy và va đập).
- Tổn thất do sự thay đổi vận tốc dòng chảy (chủ yếu ở phần thu hẹp mặt cắt dòng
chảy trong các máng dẫn).
Khi truyền động thuỷ động làm việc, tổn thất năng lượng đơn vị h
w
của chất lỏng
biến thành nhiệt. Đó là nhược điểm cơ bản của truyền động thuỷ động. Vì vậy, để khắc
phục hiện tượng nhiệt độ làm việc tăng lên quá cao, chất lỏng có thể bị phân hủy và tự
bốc cháy, trong nhiều trường hợp, người ta phải chú ý vấn đề thoát nhiệt và làm nguội
chất lỏng. Tuy nhiên ở các kết cấu hiện nay, tổn thất năng lượng h
w
đã được giảm đến
mức là hiệu suất của khớp nối thuỷ lực đạt tới trị số 98% và trong biến tốc thuỷ lực đạt
90%. Ở chuyển động liên hợp thuỷ - cơ gồm biến tốc thủy lực và cơ cấu vi sai hành tinh,
hiệu suất chung đạt trị số 95%.
2.3.3. Truyền động thủy tĩnh
2.3.3.1. Khái quát
Khác với truyền động Thủy động, truyền động Thủy tĩnh (truyền động thuỷ lực thể
tích) chủ yếu dựa vào tính chất không nén được của chất lỏng đề truyền áp năng, nhờ đó
có thể truyền động được xa mà ít tổn thất năng lượng. Để tạo ra áp năng lớn, nâng cao
công suất truyền, trong truyền động thuỷ lực thế tích, người ta dùng các máy thủy lực thể
tích (bơm và động cơ thuỷ lực thể tích).
Hệ thống truyền động thuỷ lực thể tích có ba phần:
+ Bơm (nguồn năng lượng);
+ Động cơ thủy lực;
+ Phần biến đổi và điều chỉnh.
Trong phần đầu, cơ năng dẫn động (của động cơ điện chẳng hạn) được biến thành
áp năng của chất lỏng. Ở phần thứ hai, áp năng của chất lỏng được biến thành cơ năng
của động cơ thuỷ lực làm chuyển động bộ phận chấp hành. Phần biến đổi và điều chỉnh
có nhiệm vụ điều chỉnh và điều khiển năng lượng dòng chất lỏng phù hợp với yêu cầu

của động cơ thuỷ lực.
Nhờ truyền động thuỷ lực thể tích, chúng ta có thể tạo ra được nhiều dạng chuyển
động của bộ phận chấp hành với quy luật tuỳ ý (chuyển động quay, chuyển động tịnh
tiến v.v..).
Dựa vào dạng chuyển động của động cơ thuỷ lực (bộ phận chấp hành) có thể chia
truyền động thuỷ lực thể tích thành các loại có chuyển động tịnh tiến, có chuyển động
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
20
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
quay tròn và có chuyển động tuỳ động (chuyển động theo dõi). Đó là những dạng
chuyển động phổ biến trong các máy công cụ, trong hệ thống lái máy bay, hệ thống
phanh hay nâng ben của ô tô, trong các hệ thống tự động của các máy khác. Mặt khác do
ưu điểm của nó, như đã trình bày, đặc biệt là độ nhậy, độ chính xác cao trong việc điều
chỉnh, tính ổn định cao trong chuyển động của bộ phận chấp hành, điều khiển rất nhẹ
nhàng và làm việc an toàn … Nên nó được dùng ngày càng nhiều trong các máy hiện đại
của các ngành công nghiệp khác nhau.
Tuy vậy, truyền động thuỷ lực thể tích cũng có những nhược điểm sau:
+ Do áp suất làm việc của hệ thống rất cao nên khó làm kín các buồng làm việc,
yêu cầu gia công các chi tiết có độ chính xác rất cao nên giá thành đắt;
+ Yêu cầu rất cao về chất lỏng làm việc (phải sạch, không ăn mòn, bôi trơn tốt, độ
nhớt ổn định khi nhiệt độ thay đổi…).
Trong chương này chủ yếu chúng ta nghiên cứu loại truyền động thủy lực có
chuyển động tịnh tiến và quay, còn loại có chuyển động tuỳ động chỉ giới thiệu sơ lược.
2.3.3.2. Ngyên lý hoạt động của truyền động thủy lực thể tích có chuyển động tịnh
tiến và chuyển động quay
a) Truyền động thuỷ lực thể tích có chuyền động tịnh tiến
Để hiểu nguyên lý hoạt động của loại này, chúng ta xét một sơ đồ đơn giản nhất
của nó (hình 2– 5). Như đã nói trên, nó gồm ba phần: phần thứ nhất là bơm Piston 1:
phần thứ hai là xilanh lực 6 (động cơ thuỷ lực); phần thứ ba gồm hai van một chiều 2 và
3, cơ cấu phân phối 5. Nhờ dẫn động cơ khí, piston của bơm 1 có chuyển động tịnh tiến

lên, xuống. Khi Piston đó di chuyển lên, chất lỏng từ thùng chứa 4 được hút qua van 3
vào xilanh của bơm. Khi piston di chuyển xuống, van 3 bị đóng lại, chất lỏng từ xilanh
của bơm 1 bị đẩy qua van 2 qua cơ cấu phân phối 5 vào khoang dưới hoặc trên của
xilanh lực 6. Nếu cơ cấu phân phối 5 ở vị trí như hình vẽ thì chất lỏng sẽ bị đẩy vào
khoang trên của xilanh lực 6. Dưới áp lực cao của chất lỏng trong khoang trên của
xilanh lực, piston bị đẩy xuống dưới. Muốn đảo chiều chuyển động của piston, chỉ cần
xoay vị trí cơ cấu phân phối một góc 90
0
.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
21
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
Hình 2-5. Nguyên lý truyền động thủy lực thể tích
có chuyển động tịnh tiến
Như vậy trong hệ thống truyền động thuỷ lực trên (hình 2-5), cơ năng của piston
trong bơm được biến thành áp năng của chất lỏng. Sau đó, trong xilanh lực (động cơ
thuỷ lực) áp năng của chất lỏng lại được biến thành cơ năng đẩy piston di chuyển.
Nếu coi chất lỏng là tuyệt đối không nén được và bỏ qua sự rò rỉ của chất lỏng
trong hệ thống thì lượng chất lỏng được bơm đẩy ra bằng lượng chất lỏng vào xilanh
lực:
x
B
F
B
= x
Đ
F
Đ
( 2-11)

trong đó:
x
B
và x
Đ
- Đoạn di chuyển của piston trong bơm và xilanh lực;
F
B
và F
Đ
- Diện tích mặt làm việc của piston trong bơm và xilanh lực.
Vận tốc của piston trong bơm và trong xilanh lực là:

dt
dx
v
=
Lưu lượng chất lỏng do bơm chuyển đi:
Q
B
= v
B
F
B
(2-12)
và lưu lượng chất lỏng nạp vào xilanh lực:
Q
Đ
= v
Đ

.F
Đ
trong đó:
v
B
- Vận tốc di chuyển của piston trong bơm;
v
Đ
- Vận tốc di chuyển của piston trong xilanh lực.
Với giả thiết lưu lượng rò rỉ bằng không, do đó ta có:
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
22
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
Q
B
= Q
Đ

DD
F
Q
F
Q
v
BD
==
(2-13)
Nếu bỏ qua tổn thất cốt áp trong hệ thống thì áp suất do bơm tạo ra bằng áp suất
trong khoang làm việc của xilanh lực, Vì:

B
B
F
p
ϑ
=
(2-14)
trong đó:
p – Áp suất trong xilanh của bơm;
ϑ
B
- Lực đặt lên piston của bơm.
nên ứng lực do piston của xilanh lực tạo ra là:
ϑ
Đ
= p.F
Đ
Công suất của bơm :
N
B
= ϑ
B
.V
B
(2-15)
Phối hợp các biểu thức (2 -11), (2 -12), (2-13), (2 -14), (2 -15) chúng ta có:
N
B
= p.Q
B

(2-16)
N
Đ
= p.Q
B
(2-17)
và N
B
= N
Đ
Hình 2-6. Sơ đồ truyền động thủy lực thể tích có chuyển động tịnh tiến dung
loại máy bơm khác
Trong truyền động này, chúng ta cũng có thể dùng bơm loại khác, ví dụ bơm rôto
(xem sơ đồ hình 2-6). Đề phòng cho hệ thống truyền động thuỷ lực an toàn khi bị quá
tải, trong phần thứ ba có đặt van an toàn 2.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
23
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
Trong trường hợp này, lưu lượng của bơm là:
Q
B
= q
B
.n
B
(2-18)
trong đó:
q
B
–Lưu lượng riêng của bơm ;

n
B
- Số vòng quay của bơm trong một đơn vị thời gian.
Tương tự trường hợp trên, ta có vận tốc của piston trong xilanh lực là:
v
Đ
= q
B
.
D
D
D
B
F
Q
F
n
=
(2-19)
còn công suất của bơm trong trường hợp này là:
N
B
= p.Q
B
= p.q
B.
n
B
(2-20)
b) Truyền động thuỷ lực thể tích có chuyển động quay

Khác với trường hợp trên, để tạo ra chuyển động quay của bộ phận chấp hành,
trong truyền động thuỷ lực thể tích loại này (hình 2-7), người ta dùng động cơ thuỷ lực
rôto 4 (hoặc động cơ piston rôto).
Trong trường hợp này lưu lượng tiêu thụ của động cơ thủy lực rôto là:
Q
D
= q
D
.n
D
(2-21)
Hình 2-7. Sơ đồ truyền động thuỷ lực thể tích có chuyển động quay
q
D
– Lưu lượng riêng của động cơ thủy lực. Vì vậy vận tốc quay của động cơ thuỷ
lực là:

D
B
BD
q
q
nn
=
(2-22)
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
24
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa Chất
Nếu công suất của động thuỷ lực là N
Đ

thì mômen quay rôto của động cơ thủy lực
tạo ra là:

D
D
D
n
N
M
π
2
=
(2-23)
Ta biết
N
Đ
=
π
2
.
D
qp
(2-24)

c) Nhận xét chung
+ Qua các quan hệ (2 -13), (2 -19), (2 -22), chúng ta thấy trong trường hợp chất
lỏng làm việc không bị rò rỉ vận tốc của động cơ thuỷ lực phụ thuộc vào lưu lượng của
bơm và động cơ thủy lực. Nếu thay đổi một trong hai yếu tố đó thì có thể thay đổi được
vận tốc của động cơ với thủy lực.
Thực tế không thể tránh khỏi sự rò rỉ nên lưu lượng vào động cơ thuỷ lực nhỏ hơn

lưu lượng do bơm tạo ra. Giả sử tổn thất lưu lượng là ∆Q thì lưu lượng vào động cơ thuỷ
lực sẽ là:
Q
Đ
= Q
B
- ∆Q
Ta biết rằng tổn thất lưu lượng tỉ lệ với áp suất của chất lỏng trong hệ thống, tức là:
∆Q = kp
do đó:
Q
Đ
= Q
B
– kp (2-25)
trong đó:
k - Hệ số rò rỉ
Nếu động cơ thuỷ lực là xilanh lực thì vận tốc của piston là:

p
F
k
F
Q
v
DD
B
D
−=
(2-26)

Qua đó ta thấy vận tốc của động cơ thuỷ lực trong thực tế không phải chỉ phụ thuộc
vào lưu lượng của bơm mà còn phụ thuộc áp suất làm việc của hệ thống.
Mặc dù lưu lượng bơm không đổi, nhưng nếu áp suất trong hệ thống càng tăng thì
vận tốc của động cơ thuỷ lực càng giảm. Nếu áp suất trong hệ thống tăng cho đến khi
lưu lượng rò rỉ bằng lưu lượng của bơm thì vận tốc của động cơ thủy lực bằng không.
Trường hợp này xảy ra khi động cơ thuỷ lực bị quá tải. Khi đó chất lỏng trong hệ thống
bị tháo hoàn toàn về thùng chứa qua van an toàn và những khe hở trong hệ thống.
Đặng Duy Bình Lớp thiết bị dầu khí K49
25