Гидравлические цилиндры для подъема труб: полное руководство

Роль гидроцилиндров при подъеме труб

Подъём труб представляет собой бестраншейный метод прокладки трубопровода, при котором сборные сегменты труб постепенно проталкиваются через землю от пусковой шахты к приемной шахте, в то время как трубоподъемная машина одновременно выкапывает землю в забое туннеля. Вся движущая сила, которая движет эту систему вперед, создается гидроцилиндры для подъема труб расположен внутри пусковой шахты и установлен у железобетонной упорной стенки. Эти цилиндры не являются периферийными компонентами — они являются механическим сердцем всей операции. Их выходное усилие, контроль хода, стабильность давления и устойчивость к подземной среде напрямую определяют, будет ли привод подъема труб успешным или столкнется с дорогостоящими проблемами.

В отличие от гидроцилиндров, используемых в наземном строительном оборудовании, гидроцилиндры для подъема труб должны работать в уникальном сочетании условий: высокие постоянные тяговые усилия, продолжительные непрерывные рабочие циклы, ограниченное рабочее пространство шахты и постоянное воздействие почвы, грунтовых вод и абразивных твердых частиц. Для одновременного удовлетворения всех этих требований требуются цилиндры, разработанные специально для этого применения, а не адаптированные из гидравлического оборудования общего назначения, с номинальными давлениями строительного уровня, прецизионными системами уплотнения и устойчивыми к загрязнению конструкциями, встроенными с нуля.

Производительность гидравлического цилиндра высокого давления в подземных условиях

Подъёмная сила, необходимая для проталкивания колонны сегментов труб через почву, должна преодолевать одновременно два основных сопротивления: торцевое сопротивление режущей головки трубоподъёмной машины и сопротивление трения между внешней поверхностью колонны труб и окружающим грунтом. По мере увеличения длины привода сопротивление трения накапливается по всей длине установленной трубы, и необходимое поддомкрачивающее усилие может существенно возрасти — при длинных приводах суммарные подъемные нагрузки могут достигать нескольких тысяч килоньютонов. Поэтому гидравлический цилиндр высокого давления, используемый при подъеме труб, должен быть рассчитан и сконструирован таким образом, чтобы постоянно выдерживать эти силы на протяжении всего привода без ухудшения производительности.

Рабочее давление в гидравлических системах подъема труб обычно находится в диапазоне от 250 до 400 бар (приблизительно от 3600 до 5800 фунтов на квадратный дюйм), при этом пиковые давления возникают, когда система сталкивается с более твердыми грунтовыми условиями, изменениями типа грунта или когда промежуточные станции подъема координируют тягу во время длинной поездки. Гидравлический цилиндр высокого давления, предназначенный для этих применений, включает в себя толстостенные цилиндры цилиндров, изготовленные из высокопрочных стальных сплавов, прецизионно отшлифованные поверхности отверстий для минимизации внутренних утечек и поршневые штоки высокой производительности, которые устойчивы к короблению при экстремальных сжимающих нагрузках. Способность цилиндра поддерживать номинальное давление без перепуска или падения давления — это то, что инженеры называют способностью удерживать давление — свойство, напрямую связанное с качеством уплотнения, отделкой отверстия и контролем производственных допусков.

Характеристики удержания давления особенно важны во время удержаний — периодов цикла подъема, когда продвижение приостанавливается для опускания и подсоединения нового сегмента трубы. В течение этих интервалов гидравлические цилиндры должны удерживать колонну труб в неподвижном состоянии, предотвращая любое стремление грунта оттолкнуться назад или ослабить колонну труб. Цилиндр, который позволяет давлению обходить во время этих удержаний, приведет к дрейфу колонны труб, что поставит под угрозу точность выравнивания установленного трубопровода и потенциально приведет к структурному повреждению соединений труб.

Почему пыленепроницаемая конструкция важна для надежности подземных баллонов

Подземная среда пусковой шахты для подъема труб по своей природе враждебна прецизионным гидравлическим компонентам. В ходе земляных работ в рабочей атмосфере постоянно присутствуют мелкие частицы грунта, песок, грунтовые воды, строительный мусор. Шток поршня гидравлического цилиндра особенно уязвим: каждый цикл выдвижения и втягивания выводит полированную поверхность штока из цилиндра и обратно, а любые загрязнения, присутствующие на поверхности штока в момент втягивания, будут вытягиваться мимо грязесъемного уплотнения во внутреннюю часть цилиндра, где они ускоряют износ динамических уплотнений и, в конечном итоге, забивают поверхность отверстия.

Специально разработанный пыленепроницаемый гидравлический цилиндр устраняет этот риск благодаря многоступенчатой ​​системе предотвращения загрязнения. Самый внешний защитный слой представляет собой прочное грязесъемное уплотнение, также называемое скребковым уплотнением, установленное на сальнике штока и предназначенное для физического удаления крупных загрязнений с поверхности штока при каждом ходе втягивания. За ним находится вторичное уплотнение штока, которое обеспечивает первичную границу гидравлического давления, теперь защищенное от загрязнений, которые уже были удалены на этапе очистки. В сложных условиях подъема труб некоторые конструкции цилиндров включают дополнительное лабиринтное пылезащитное кольцо или войлочное кольцо между грязесъемником и основным уплотнением, создавая несколько последовательных барьеров против проникновения твердых частиц.

Сама поверхность стержня также является решающим фактором пыленепроницаемости. Твердое хромирование или керамическое композитное покрытие, нанесенное на шток поршня, обеспечивает гладкую и твердую поверхность, которая противостоит прилипанию частиц и позволяет грязесъемнику и уплотнениям штока эффективно функционировать. Более мягкая или шероховатая поверхность стержня позволит абразивным частицам внедряться в металл, создавая локальное шлифовальное действие, которое быстро разрушает уплотнения независимо от их качества. Сочетание обработки поверхности штока и многослойного уплотнения на сальнике придает правильно подобранному пыленепроницаемому гидроцилиндру устойчивость к загрязненной подземной среде.

Основные технические характеристики гидроцилиндров для подъема труб

При выборе гидроцилиндров для подъема труб для конкретного проекта инженеры должны оценить несколько взаимозависимых технических параметров. В таблице ниже представлены основные категории спецификаций и их практическое значение:

Эксплуатационная стабильность и синхронизация в многоцилиндровых подъемных системах

В большинстве установок для подъема труб в пусковой шахте используется не один, а несколько гидроцилиндров для подъема труб, расположенных симметрично вокруг упорного кольца — обычно два, четыре или шесть цилиндров, в зависимости от диаметра трубы и требуемой тяговой мощности. Чтобы колонна труб продвигалась по прямой линии без вращения или смещения в местах соединений, все цилиндры в группе должны выдвигаться синхронно, прилагая равную силу и продвигаясь с одинаковой скоростью. Несбалансированная тяга в группе цилиндров создаст эксцентричную нагрузку на соединения труб и может вызвать угловое отклонение в выравнивании трубопровода — дорогостоящую проблему, устранение которой происходит в середине движения.

Эксплуатационная стабильность в многоцилиндровых конфигурациях зависит как от конструкции гидравлического контура, так и от механической прочности отдельных цилиндров. Пропорциональные клапаны регулирования расхода или системы активной синхронизации в гидравлическом контуре управляют распределением потока между цилиндрами в реальном времени, компенсируя незначительные различия в трении или нагрузке. На уровне цилиндра жесткие производственные допуски на диаметр отверстия и трение уплотнения гарантируют, что каждый цилиндр последовательно реагирует на одно и то же входное давление — требование, которое требует точности производства, а не просто адекватных номинальных значений давления.

Критерии выбора спецификации цилиндра для конкретного проекта

Выбор подходящих гидроцилиндров для подъема труб для проекта требует систематической оценки конкретной площадки и условий эксплуатации. Следующие факторы должны определять процесс спецификации:

• Длина привода и диаметр трубы: Более длинные приводы и трубы большего диаметра создают более высокое общее сопротивление трению, поэтому требуются цилиндры с большим диаметром отверстия, более высокими номинальными рабочими давлениями и более надежными характеристиками удержания давления для поддержания тяги на протяжении всего привода.
• Состояние грунта: Связные глинистые грунты, зернистые пески, гравий и смешанные грунты имеют разные характеристики трения и сопротивления поверхности. В сыпучих или смешанных грунтах, где проникновение загрязнений наиболее сильное, особенно важно использовать пыленепроницаемый гидроцилиндр с улучшенным многоступенчатым уплотнением.
• Наличие подземных вод: В условиях насыщенного грунта цилиндры и их внешние поверхности будут подвергаться постоянному воздействию влаги. Коррозионностойкая обработка штока и защищенная конструкция торцевой крышки необходимы для предотвращения повреждения уплотнений, вызванного коррозией, во время длительных поездок.
• Соответствие длины хода: Ход цилиндра должен соответствовать стандартной длине устанавливаемых отрезков трубы. Слишком короткий ход требует дополнительных промежуточных ходов и изменения положения, что замедляет привод и увеличивает сложность эксплуатации.
• Совместимость с промежуточной домкратной станцией: Для перевозок на большие расстояния, требующих промежуточных подъемных станций (IJS), расположенных внутри самой колонны труб, цилиндры IJS должны быть достаточно компактными, чтобы помещаться в кольцевом пространстве трубы, сохраняя при этом необходимые характеристики силы тяги — задача проектирования, которая требует тесной координации между инженером гидравлической системы и производителем машины для подъема труб.

Методы технического обслуживания, обеспечивающие безопасность работы баллонов под землей

Даже самые надежные гидроцилиндры для подъема труб требуют структурированного технического обслуживания, чтобы обеспечить надежную работу на протяжении всего привода. Подземная эксплуатационная среда делает упреждающее техническое обслуживание более важным, чем для наземного оборудования: проблемы, возникающие под землей, гораздо сложнее и дороже устранить в середине пути, чем на поверхности.

• Ежедневный осмотр стержня: Перед каждым подъемом визуально проверяйте поверхность штока поршня на наличие задиров, точечной коррозии, коррозии или налипших частиц. Любой дефект поверхности штока будет экспоненциально ускорять износ уплотнения; стержни с видимыми повреждениями следует оценить непосредственно перед продолжением движения.
• Контроль качества гидравлической жидкости: Загрязненная гидравлическая жидкость является основной причиной износа внутренних уплотнений и компонентов в системах гидроцилиндров высокого давления. Регулярный отбор проб жидкости и анализ количества частиц позволяют контролировать уровни загрязнения в соответствии с целевыми показателями чистоты ISO, а фильтры следует заменять вовремя, а не работать до отказа.
• Проверка состояния уплотнений: Следите за любой внешней утечкой через сальник штока — даже небольшое выделение гидравлической жидкости является надежным ранним индикатором того, что шток или вторичное уплотнение повреждены. Решение проблемы с уплотнением во время запланированного интервала опускания трубы гораздо менее разрушительно, чем незапланированная остановка в середине хода.
• Осмотр и ремонт после поездки: После каждой завершенной поездки цилиндры следует полностью выдвигать, очищать и проверять на предмет износа перед повторным использованием. Уплотнения следует заменять в качестве профилактической меры через регулярные промежутки времени независимо от внешнего состояния, учитывая серьезность подземных условий эксплуатации.

Правильно подобранные и обслуживаемые гидроцилиндры для подъема труб, сочетающие в себе тягу специально созданного гидроцилиндра высокого давления с устойчивостью к загрязнению полностью спроектированной пыленепроницаемой конструкции гидроцилиндра, обеспечивают эксплуатационную надежность, точность центровки и долговечность эксплуатации, которые требуются современному строительству подземных трубопроводов.