Các van của mỏ dầu phải vận hành dưới áp suất, độ rung và thời tiết khắc nghiệt. Đồng thời, thiết bị khoan và nền tảng ngoài khơi thường để lại rất ít không gian cho bộ truyền động.

Xi lanh quay thủy lực chuyển đổi áp suất chất lỏng thành chuyển động quay có kiểm soát. Đối với các van bi 1/4 vòng, van bướm và van cắm, nó có thể cung cấp chuyển động 90° cần thiết để mở hoặc đóng đường dẫn dòng chảy.

Bộ truyền động xoắn ốc đáng được cân nhắc khi không gian lắp đặt chật chội. Tuy nhiên, hoạt động van đáng tin cậy phụ thuộc vào bộ phận lắp ráp hoàn chỉnh: bộ truyền động, khớp nối, điều khiển, nguồn cung cấp thủy lực và hệ thống vận hành khẩn cấp.

Nội dung

• Xi lanh quay thủy lực mỏ dầu là gì?
• Bộ truyền động xoắn ốc hoạt động như thế nào?
• Thiết kế bộ truyền động xoay được so sánh như thế nào?
• Mô-men xoắn của van nên được kiểm tra như thế nào?
• Cần bao nhiêu dầu và lưu lượng?
• Điều gì làm cho bộ truyền động phù hợp với dịch vụ mỏ dầu?
• Các giới hạn thiết kế chính là gì?
• Cần thông tin gì cho một giải pháp tùy chỉnh?

Xi lanh quay thủy lực mỏ dầu là gì?

Xi lanh quay thủy lực là bộ truyền động góc giới hạn để quay trục đầu ra hoặc mặt bích. Được kết nối với thân van thông qua một khớp nối phù hợp, nó cung cấp mô-men xoắn cần thiết để di chuyển van giữa các vị trí vận hành của nó.

Các ứng dụng điển hình bao gồm các van 1/4 vòng trên đường dây quy trình, ống góp và các hệ thống khoan đã chọn.

Tuy nhiên, không phải mọi van mỏ dầu đều sử dụng chuyển động quay. Nhiều van cổng và van an toàn bề mặt yêu cầu bộ truyền động thẳng. Do đó, loại van và chuyển động của thân van phải được xác nhận trước khi chọn bộ truyền động.

Bộ truyền động xoắn ốc hoạt động như thế nào?

Bộ truyền động xoắn ốc sử dụng cơ cấu bên trong để chuyển đổi hành trình pít tông thành chuyển động quay.

Trong thiết kế thanh trượt xoay vòng điển hình:

1. Dầu thủy lực đi vào buồng áp suất.
2. Áp suất làm pittông chuyển động dọc theo thân bộ truyền động.
3. Các thanh spline xoắn ốc dẫn hướng các bộ phận chuyển động và làm quay trục ra.
4. Trục truyền mô-men xoắn thông qua khớp nối đến thân van.
5. Đảo ngược nguồn cung cấp áp suất sẽ đảo ngược chuyển động.

Cách bố trí này đặt sự chuyển đổi chuyển động bên trong một vỏ nhỏ gọn. Các thiết kế xoắn ốc khác sử dụng các cơ cấu bên trong khác nhau, vì vậy đặc tính đầu ra phải được kiểm tra so với mẫu đã chọn. 

So sánh bộ truyền động xoắn ốc so với bánh răng - thanh răng so với cánh quạt

Mỗi thiết kế đều mang lại những lợi ích. Lựa chọn tốt nhất phụ thuộc vào nhiệm vụ van thay vì một tuyên bố hiệu suất duy nhất.

Bộ truyền động xoắn ốc có thể phù hợp với các bộ phận lắp đặt kín, như được minh chứng bằng các mẫu thiết kế bộ truyền động van 1/4 vòng thương mại. Tuy nhiên, chúng không tự động là lựa chọn tốt nhất cho mọi van mỏ dầu.

Mô-men xoắn và số liệu vị trí được công bố thuộc về các sản phẩm cụ thể. Chúng không nên được coi là xếp hạng chung cho tất cả các xi lanh xoắn ốc.

Làm thế nào để bạn chọn Mô-men xoắn cần thiết?

Bắt đầu với dữ liệu mô-men xoắn của nhà sản xuất van trong điều kiện dịch vụ thực tế.

Kiểm tra:

• Mô-men xoắn tách rời: Mô-men xoắn cần thiết để bắt đầu chuyển động sau khi van đứng yên.
• Mô-men xoắn khi chạy: Mô-men xoắn cần thiết trong khi di chuyển.
• Mô-men xoắn lắp và tháo: Mô-men xoắn cần thiết ở gần vị trí đóng.
• Hiệu ứng dịch vụ: Chênh lệch áp suất, nhiệt độ, cặn bẩn, ăn mòn và thời gian giữa các lần vận hành.

Sau đó so sánh yêu cầu mô-men xoắn của van với đầu ra khả dụng của bộ truyền động trong toàn bộ hành trình, sử dụng áp suất thủy lực khả dụng tối thiểu.

Áp dụng biên độ được thống nhất với nhà cung cấp van và thông số kỹ thuật của dự án. Cũng hãy kiểm tra mô-men xoắn cho phép tối đa của thân van. Bộ truyền động quá khổ có thể làm hỏng trục, giá đỡ hoặc khớp nối nếu không hạn chế áp suất đúng cách.

Mô-men xoắn bổ sung không nên thay thế cho việc kiểm tra van bị kẹt hoặc bị hỏng.

Bộ truyền động cần bao nhiêu dầu và lưu lượng?

Để ước tính ban đầu:

Thời gian hoạt động bằng giây ≈ 60 × thể tích hành trình bằng lít ÷ lưu lượng bằng lít mỗi phút

Ví dụ: bộ truyền động yêu cầu 0,5 lít cho hành trình 90° sẽ mất khoảng 6 giây ở tốc độ 5 lít/phút.

Đây là một ước tính lý tưởng. Thời gian thực tế phụ thuộc vào hạn chế của van, tải trọng, nhiệt độ dầu, rò rỉ và áp suất khả dụng.

Thời gian mở và đóng cũng có thể khác nhau. Vì lý do này, hãy chỉ định riêng cả hai hướng và xác nhận hiệu suất thông qua thử nghiệm.

Tại sao nên xem xét Bộ truyền động thủy lực cho các van mỏ dầu?

Bộ truyền động thủy lực có thể cung cấp mô-men xoắn đáng kể trong một bộ lắp đặt nhỏ gọn. Nó cũng cho phép đặt bộ nguồn cách xa van, với ống mềm hoặc ống dẫn áp suất đến bộ truyền động.

Với các điều khiển phù hợp, hệ thống có thể hỗ trợ:

• Vận hành van từ xa.
• Tốc độ mở và đóng được kiểm soát.
• Phản hồi vị trí.
• Chuyển động khẩn cấp sử dụng năng lượng dự trữ.
• Tích hợp với bộ điều khiển điện thủy lực.

Tuy nhiên, riêng áp suất thủy lực không đảm bảo định vị ổn định, khả năng chống sốc hoặc tắt máy an toàn. Các chức năng đó phụ thuộc vào mạch và thiết kế cơ khí.

Vị trí giữ và chuyển động an toàn là khác nhau

Van có thể cần giữ nguyên vị trí sau khi mất điện, tự động đóng hoặc tự động mở. Hành động cần thiết xuất phát từ đánh giá an toàn của quy trình.

Vị trí giữ có thể sử dụng van một chiều hoạt động bằng thí điểm hoặc cách bố trí giữ phù hợp khác. Rò rỉ, thay đổi nhiệt độ và áp suất bị mắc kẹt vẫn cần được xem xét.

Chuyển động an toàn đòi hỏi nguồn năng lượng đáng tin cậy và đường dẫn điều khiển. Tùy thuộc vào thiết kế, điều này có thể liên quan đến lò xo hồi vị hoặc bộ tích lũy thủy lực.

Bộ tích lũy phải được kích thước phù hợp với hành trình yêu cầu, áp suất hoạt động tối thiểu, phạm vi nhiệt độ và công suất dự trữ. Khả năng hoàn thành hành động khẩn cấp của nó phải được xác minh.

Các hệ thống an toàn thương mại sử dụng cơ cấu hồi chuyển bằng lò xo hoặc bộ tích lũy để đưa van đến vị trí an toàn được xác định.

Môi trường mỏ dầu yêu cầu bảo vệ gì?

Hoạt động ngoài trời và ngoài khơi có thể khiến bộ truyền động tiếp xúc với muối, bụi, độ rung và sự thay đổi nhiệt độ lớn.

Việc lựa chọn vật liệu, lớp phủ, ống buộc và con dấu phải phù hợp với các điều kiện này. Việc lựa chọn niêm phong cũng phải tính đến chất lỏng thủy lực và nhiệt độ hoạt động.

Sự phù hợp của khu vực nguy hiểm đòi hỏi phải xem xét toàn bộ gói, bao gồm ống điện từ, công tắc, cảm biến và các nguồn đánh lửa tiềm ẩn. Một mình khả năng chống thấm tốt không thể thiết lập chống cháy nổ.

Tương tự như vậy, bộ truyền động phù hợp để lắp đặt trên boong không tự động phù hợp để sử dụng dưới nước. Dịch vụ dưới đáy biển yêu cầu kiểm tra áp suất bên ngoài, bù áp suất, đầu nối và bất kỳ giao diện ghi đè ROV nào.

Hệ thống có thể hoạt động kém hiệu quả ở đâu?

Hiệu suất có thể không đạt yêu cầu khi bộ truyền động được chọn chỉ bằng mô-men xoắn danh nghĩa.

Các vấn đề thường gặp bao gồm áp suất cấp không đủ, áp suất hồi lưu quá lớn, căn chỉnh khớp nối kém, dầu bị nhiễm bẩn và các phớt không phù hợp.

Các giới hạn khác đòi hỏi sự chú ý đặc biệt:

• Rung động: Việc giảm chấn thủy lực tự nó không ngăn cản chuyển động van không mong muốn.
• Độ chính xác hành trình: Định vị trục chính xác không chứng minh rằng các con dấu van chính xác.
• Đóng nhanh: Đệm giảm chấn của bộ truyền động giúp giảm tác động cơ học, nhưng sự tăng đột biến của đường ống đòi hỏi phải xem xét quy trình riêng.
• Hoạt động khẩn cấp: Van giữ không thể cung cấp năng lượng cần thiết để hoàn tất hành trình dừng máy.

Do đó, thời gian đóng phải được thiết lập dựa trên cả yêu cầu tắt máy và hành vi quá độ của đường ống.

Bạn nên cung cấp những gì để đánh giá bộ truyền động tùy chỉnh?

Để có một cuộc thảo luận kỹ thuật hữu ích, hãy cung cấp:

• Loại van, kích thước, cấp áp suất và điều kiện quy trình.
• Yêu cầu mô-men xoắn trên hành trình hoạt động.
• Mô-men xoắn thân cây tối đa cho phép.
• Thời gian di chuyển và mở/đóng cần thiết.
• Áp suất thủy lực tối thiểu và tối đa.
• Bản vẽ lắp, kích thước khớp nối và giới hạn không gian.
• Yêu cầu về nhiệt độ, ăn mòn, độ rung và khu vực nguy hiểm.
• Phản hồi bắt buộc khi mất nguồn hoặc nguồn cung cấp thủy lực.
• Yêu cầu về phản hồi, ghi đè, kiểm tra và thử nghiệm.

Thảo luận về Dự án Van Mỏ Dầu của bạn với Shellppon

Bộ truyền động xoắn ốc nhỏ gọn có thể là lựa chọn ứng viên sáng giá cho các van mỏ dầu 1/4 vòng. Lựa chọn cuối cùng nên tuân theo dữ liệu mô-men xoắn đã xác minh, giới hạn lắp đặt và phản ứng khẩn cấp được xác định rõ ràng.

Thủy lực Shellppon cung cấp dịch vụ sản xuất và OEM/ODM xi lanh thủy lực. Để thảo luận về việc lựa chọn linh kiện hoặc dự án tùy chỉnh, liên hệ với Shellppon về dữ liệu van, bản vẽ và yêu cầu vận hành của bạn.