كيفية دمج وحدة طاقة هيدروليكية مع تكوينات الرافعات المتعددة الحالية: بروتوكول هندسي من 5 خطوات

الخطوة 1: حساب إجمالي الطلب على التدفق - الأساس الذي تعتمد عليه جميع الحسابات الأخرى

لقد قمت بدمج وحدات الطاقة الهيدروليكية في أنظمة الرافعات المتعددة الموجودة في المناجم والموانئ والمنصات البحرية على مدار خمسة عشر عامًا في شركة Yining Hydraulic، والحساب الأول - إجمالي الطلب على تدفق النظام - هو ما يحدد نجاح أو فشل 80٪ من مشاريع التكامل قبل حتى تدوير مسمار واحد.إن إجمالي الطلب على التدفق ليس مجرد مجموع إزاحات جميع محركات الرافعة مضروبة في أقصى عدد دورات في الدقيقة - إنه الحد الأقصى للطلب على التدفق في وقت واحد عند أسوأ نقطة تشغيل، وعادة ما يكون ذلك عندما تعمل 60-80٪ من الرافعات عند ذروة الحمل.في نظام تثبيت رباعي الرافعات، على سبيل المثال، أسوأ الحالات هي تشغيل رافعتين بأقصى قوة سحب للحبل (لتحديد موضع السفينة) بينما تعمل رافعة ثالثة بنصف الحمل (للشد). يجب على وحدة الطاقة الهيدروليكية (HPU) توفير التدفق الكلي للرافعتين المحملتين بالكامل بالإضافة إلى الرافعة ذات الحمل الجزئي في آن واحد.

صيغة حساب التدفق: Q(الإجمالي) = مجموع (Qi) لجميع الرافعات العاملة في وقت واحد، حيث Qi = الإزاحة × عدد الدورات في الدقيقة / 1000 للمحركات الهيدروليكية (لتر/دقيقة). بالنسبة لرافعة يينينغونش هيدروليكي من سلسلة IYJمع محرك 250 سم مكعب/دورة عند 120 دورة في الدقيقة: Qi = 250 × 120 / 1000 = 30 لتر/دقيقة.الأهم من ذلك، أضف هامشًا بنسبة 15% إلى الإجمالي المحسوب لتسرب الصمامات، وتمدد الخراطيم، والقدرة المستقبليةلذا، يجب تحديد حجم وحدة الطاقة الهيدروليكية (HPU) بناءً على 1.15 × Q (الإجمالي). تكلفة الخطأ في تقدير الطلب على التدفق: نقص بنسبة 10% يعني أن وحدة الطاقة الهيدروليكية لن تتمكن من تزويد الرافعات بالسرعة المقدرة لها تحت الحمل الكامل؛ زيادة بنسبة 20% تعني زيادة تكلفة المضخة بنسبة 20% وزيادة استهلاك الطاقة بنسبة 20% طوال عمر النظام. الدقة في هذه الحسابات توفر ما بين 5000 و15000 دولار أمريكي في تكاليف تحديد حجم المضخة، وما بين 3000 و8000 دولار أمريكي في تكاليف الطاقة السنوية.

وفقISO 4413وفقًا لمعايير تصميم الأنظمة الهيدروليكية، يجب حساب معدل التدفق المطلوب عند أقصى درجة حرارة تشغيل متوقعة للنظام (عادةً 60-65 درجة مئوية للزيت المعدني)، لأن لزوجة السائل تنخفض مع ارتفاع درجة الحرارة، مما يزيد من تسرب المضخة الداخلي بنسبة تصل إلى 15% مقارنةً بظروف بدء التشغيل البارد. يجب اختيار حجم المضخة لتوفير معدل التدفق المقنن عند تشغيل الزيت الساخن، وليس عند درجة حرارة الغرفة.يينينغ هيدروليك، تتضمن حسابات تدفق وحدة الطاقة الهيدروليكية لدينا عوامل تصحيح اللزوجة المستمدة من ورقة بيانات السائل الهيدروليكي المحدد.

الخطوة الثانية: تصميم خط السحب - الخطأ الأكثر شيوعًا والأكثر تكلفة في دمج وحدة الطاقة الهيدروليكية

يُعدّ تجويف المضخة الناتج عن خطوط السحب ذات الحجم الصغير هو الفشل الأول في التكامل الميداني الذي أشخصه في شركة Yining Hydraulic، وهو يمثل 68% من جميع مطالبات الضمان المتعلقة بالتكامل.يحدث التكهف عندما ينخفض ​​الضغط عند مدخل المضخة إلى ما دون ضغط بخار السائل، مما يؤدي إلى تكوّن فقاعات بخارية فيه. وعندما تدخل هذه الفقاعات منطقة الضغط العالي في المضخة وتنهار، فإنها تُولّد ارتفاعات حادة في الضغط تتجاوز 1000 بار، وهو ما يكفي لتآكل المعدن من الأسطح الداخلية للمضخة. وتتمثل الأضرار الناتجة في: تآكل أسطح كتلة الأسطوانات، وتآكل صفائح الصمامات، وفي الحالات الشديدة، تعطل المضخة بشكل كارثي خلال 100-200 ساعة تشغيل.

حدود سرعة خط السحب: بحد أقصى 1.2 متر/ثانية لمضخات المكبس المحورية، وبحد أقصى 0.8 متر/ثانية لمضخات التروس.هذه الحدود أقل من القيم الشائعة في كتب الهيدروليكا العامة، والتي تتراوح بين 1.5 و2.0 متر/ثانية، لأن تطبيقات الرافعات المتعددة تتضمن تغيرات متكررة في التدفق (مثل تغيير وضع الصمامات، وبدء تشغيل الرافعة، وتغيرات الحمل) مما يُحدث ارتفاعات مفاجئة في سرعة السحب بنسبة 20-40% فوق قيمة الحالة المستقرة. يُحسب قطر خط السحب باستخدام المعادلة التالية: d = √(4 × Q / (π × v × 60000))، حيث d هو القطر الداخلي (بالمتر)، وQ هو معدل التدفق (باللتر/دقيقة)، وv هي السرعة (بالمتر/ثانية). بالنسبة لمضخة 120 لتر/دقيقة تغذي أربعة رافعات بمحركات مكبس محورية: d = جذر(4 × 120 / (3.1416 × 1.2 × 60000)) = 0.046 متر = 46 مم كحد أدنى للقطر الداخلي، وهو ما يتوافق مع أنبوب اسمي 2 بوصة (SCH 40، 52.5 مم ID) أو خرطوم هيدروليكي DN50 بقطر داخلي 51 مم.

متطلبات إضافية لخط السحب: يجب أن يكون حجم شبكة مصفاة السحب 125-150 ميكرون (ليس أدق - فالشبكة الأدق تزيد من مقاومة السحب وتعزز التكهف)، ويجب أن يكون خط السحب قصيرًا ومستقيمًا قدر الإمكان (أقل من 5 انحناءات، ونصف قطر كل انحناء 5 أضعاف قطر الأنبوب على الأقل)، ويجب وضع الخزان فوق مدخل المضخة بحد أدنى من الضغط الموجب يبلغ 0.5 متر (مدخل تغذية بالجاذبية) أو يجب تحديد مضخة معززة إذا كان الخزان أسفل المضخة.سيتوبتعتبر الممارسات الموصى بها RP100، تصميم خط السحب، العنصر الأكثر أهمية من حيث السلامة في تكامل النظام الهيدروليكي.

الخطوة 3: توزيع التدفق متعدد الرافعات - صمامات تقسيم ذات أولوية مقابل صمامات تقسيم نسبية

عندما تقوم وحدة الطاقة الهيدروليكية الواحدة بتزويد عدة رافعات، فإن صمامات توزيع التدفق تحدد ما إذا كانت كل رافعة تحصل على التدفق الذي تحتاجه أو ما إذا كانت الرافعة ذات الحمل الخفيف تسرق التدفق من الرافعة ذات الحمل الثقيل.الفيزياء: يسلك السائل مسار المقاومة الأقل. إذا تم توصيل رافعتين بالتوازي بنفس وحدة الطاقة الهيدروليكية دون التحكم في توزيع التدفق، فإن الرافعة ذات ضغط الحمل الأقل تتلقى تدفقًا أكبر، لأن انخفاض الضغط عبر محركها أقل، وبالتالي ينجذب التدفق بشكل طبيعي إلى مسار المقاومة الأقل. في سيناريو عملي: الرافعة (أ) تسحب 5 أطنان (تتطلب 180 بار)، والرافعة (ب) تشد 0.5 طن (تتطلب 30 بار). بدون التحكم في التدفق، تتلقى الرافعة (ب) 70-80% من تدفق المضخة وتعمل بسرعة عالية، بينما تتلقى الرافعة (أ) 20-30% فقط وتتوقف.

تعمل مقسمات التدفق ذات الأولوية (صمامات التحكم في التدفق المعوضة للضغط) على حل هذه المشكلة من خلال ضمان معدل تدفق ثابت لدائرة الأولوية بغض النظر عن ضغط الحمل، مع توفر تدفق زائد للدائرة الثانوية.يُوفر مُقسّم الأولوية، المُعدّ على ضبط الأولوية على 30 لترًا/دقيقة، 30 لترًا/دقيقة بالضبط إلى الرافعة ذات الأولوية عند أي ضغط تحميل، بدءًا من الصفر وحتى ضغط تخفيف الضغط في النظام، بينما يذهب تدفق المضخة الزائد إلى الرافعات الأخرى. يُعد هذا الخيار الأمثل للصمامات عندما يكون لكل رافعة متطلبات تحميل مختلفة ومتغيرة.يينينغ هيدروليكتتضمن حزم HPU متعددة الرافعات لدينا مشعبات تقسيم التدفق ذات الأولوية مع إعدادات أولوية قابلة للتعديل بشكل فردي.

تقوم مقسمات التدفق النسبي (مقسمات من نوع التروس) بتقسيم التدفق الكلي إلى نسب ثابتة بغض النظر عن الحمل - 50/50، 60/40، إلخ.تُعدّ هذه الأنواع أبسط وأرخص وأكثر إحكامًا من مُقسّمات الأولوية، لكنها مناسبة فقط عندما تتعرض جميع الرافعات لأحمال متشابهة في آنٍ واحد (تطبيقات الرفع المتزامن). أما في حالة التشغيل المستقل للرافعات - وهو الوضع القياسي في عمليات الإرساء والقطر والتثبيت - فإنّ التحكم في التدفق المستقل عن الحمل في مُقسّم الأولوية يُعدّ أمرًا بالغ الأهمية. يبلغ فرق التكلفة 300-500 دولار أمريكي لمُقسّم تناسبي مقابل 800-1500 دولار أمريكي لمُقسّم أولوية. ويُحدّد فرق الأداء ما إذا كانت الرافعة ستتوقف عن العمل أو ستعمل بشكل صحيح تحت الحمل المتغير.

الخطوة 4: تحديد حجم المُراكم لتحقيق استقرار الضغط في الرافعات المتعددة

يؤدي المُجمِّع في وحدة الطاقة الهيدروليكية متعددة الرافعات ثلاث وظائف: تثبيت الضغط (امتصاص ارتفاعات الضغط عند تحول صمامات اتجاه الرافعة المتعددة في وقت واحد)، وتكميل التدفق (توفير تدفق فوري لتسريع الرافعة قبل أن تتمكن المضخة من الاستجابة)، وتخزين الطاقة في حالات الطوارئ (توفير طاقة مخزنة كافية لدورة خفض واحدة يتم التحكم فيها في حالة فشل المضخة).تحديد حجم المُجمِّع بشكل صحيح لجميع الوظائف الثلاث: حجم الغاز (V0) = 1 لتر لكل 10 لتر/دقيقة من تدفق المضخة المُجمَّع للتطبيقات العامة، ويزداد إلى 1 لتر لكل 7 لتر/دقيقة للتطبيقات البحرية حيث تُؤدي تقلبات الحمل الناتجة عن الأمواج إلى حدوث تغيرات ضغط عالية التردد.

بالنسبة لوحدة طاقة هيدروليكية بقدرة 120 لتر/دقيقة: V0 = 12 لترًا (عامة) أو 17 لترًا (بحرية). يجب أن يكون ضغط الشحن المسبق (P0) 70% من الحد الأدنى لضغط تشغيل النظام (P1). بالنسبة لنظام يعمل بين 180 بار (تحت الحمل) و100 بار (أدنى ضغط أثناء تباطؤ الرافعة): P0 = 0.7 × 100 = 70 بار (شحن مسبق بالنيتروجين). نوع المُراكم: مُراكم غشائية لتطبيقات زيادة التدفق (استجابة سريعة، 25-50 مللي ثانية)، مُراكم مكبسية لتخزين الطاقة بكميات كبيرة (استجابة أبطأ، 100-200 مللي ثانية، ولكنها متوفرة بأحجام أكبر).يينينغ هيدروليك، تتضمن حزم HPU الخاصة بنا حسابات حجم المراكم التي تم التحقق منها مقابل ملف تعريف الضغط العابر للتكوين المحدد.

التفاصيل المتعلقة بتركيب المُراكم والتي يغفل عنها 90% من الفنيين الميدانيين: يجب أن يكون صمام الغاز قابلاً للوصول إليه باستخدام مجموعة شحن النيتروجين أثناء تركيب المُراكم وتشغيل وحدة الطاقة الهيدروليكية.إذا تم دفن صمام الغاز خلف جدار حاوية HPU أو توجيهه لأسفل، فلن يتم فحص ضغط الشحن المسبق على الفترة الموصى بها وهي 6 أشهر، وسيفقد المُراكم وظيفة تثبيت الضغط في غضون 12-18 شهرًا حيث ينتشر النيتروجين ببطء عبر الغشاء (معدل الفقد النموذجي: 1-3٪ شهريًا).

الخطوة الخامسة: تشغيل النظام والتحقق منه - بروتوكول الاختبار لمدة 8 ساعات الذي يمنع حدوث الأعطال في السنة الأولى

لا يكتمل دمج وحدة الطاقة الهيدروليكية إلا بعد أن يجتاز النظام بروتوكول تشغيل منظم يتحقق من صحة كل افتراضات التصميم تحت الحمل.في شركة يينينغ هيدروليك، يتضمن بروتوكول تشغيل وحدة الطاقة الهيدروليكية متعددة الرافعات لدينا ما يلي: (1) اختبار الدوران بدون حمل - تشغيل جميع الرافعات بأقصى سرعة مع أقل حمل لمدة ساعتين، مع مراقبة ارتفاع درجة حرارة السائل، وانخفاض ضغط المرشح، وتدفق تصريف علبة المضخة؛ (2) اختبار حمل الرافعة الواحدة - تشغيل كل رافعة على حدة عند 100% من الحمل المقنن لمدة 30 دقيقة، والتحقق من أن المضخة تحافظ على التدفق المقنن وأن تدفق تصريف علبة المحرك لا يتجاوز حد الشركة المصنعة (3-5% من تدفق المضخة للمضخة السليمة، ويرتفع إلى 10-15% للمضخة البالية)؛ (3) اختبار الحمل المتزامن للرافعات المتعددة - تشغيل أسوأ مجموعة من الرافعات عند الحمل المقنن لمدة 60 دقيقة؛ (4) اختبار التوقف الطارئ والاستعادة - التحقق من أن المُراكم يوفر طاقة مخزنة كافية لدورة خفض واحدة مُتحكم بها لجميع الرافعات المتصلة بعد إيقاف تشغيل المضخة.

تتضمن قائمة التحقق من التشغيل 43 نقطة قياس، ولكن هناك ثلاث نقاط حاسمة: درجة حرارة تصريف علبة المضخة (يجب ألا تتجاوز 80 درجة مئوية)، وانخفاض ضغط المرشح (يجب ألا يتجاوز 0.8 بار على العنصر النظيف)، والتحقق من تدفق الرافعة الفردية (باستخدام مقياس تدفق على خط ضغط كل رافعة - يجب أن يكون التدفق المقاس في حدود +/-5٪ من تدفق التصميم).وفقيقابلبيانات موثوقية معدات التعدين، الأنظمة التي تجتاز بروتوكول تشغيل منظم لمدة 8 ساعات لديها أعطال أقل بنسبة 63٪ في السنة الأولى مقارنة بالأنظمة التي تم تشغيلها بتحقق أساسي.

دراسة حالة: دمج وحدة الطاقة الهيدروليكية من شركة يينينغ في نظام ربط رباعي الرافعات في ميناء صيني

في عام 2024، تعاقدت شركة يينينغ هيدروليك لاستبدال نظام الرافعات الكهربائية القديم في ميناء رئيسي في نينغبو بوحدة طاقة هيدروليكية مركزية تُشغّل أربع رافعات ربط. كان النظام الحالي يتألف من أربع رافعات كهربائية مستقلة، وبلغت تكاليف صيانتها 45,000 دولار أمريكي سنويًا، وكانت الرافعات غير قادرة على العمل بأكثر من 60% من دورة التشغيل بسبب القيود الحرارية. أما النظام الجديد، فيتكون من محرك كهربائي واحد بقدرة 200 كيلوواط يُشغّل مضخة مكبس محورية متغيرة الإزاحة.سلسلة يينينغ I3V) بسعة 160 لتر/دقيقة، وأربعة صمامات تقسيم تدفق ذات أولوية، كل منها مضبوط على 35 لتر/دقيقة، ومجمع غشائي سعة 20 لترًا مشحون مسبقًا إلى 70 بار، وخط سحب DN50 مع مصفاة 150 ميكرون.

النتائج بعد 18 شهرًا من التشغيل: انخفضت تكاليف الصيانة إلى 12000 دولار أمريكي سنويًا (انخفاض بنسبة 73٪)، وأصبحت جميع الرافعات الأربع قادرة على العمل بشكل مستمر بنسبة 100٪، وانخفض استهلاك الطاقة بنسبة 22٪(تقلل المضخة ذات الإزاحة المتغيرة التدفق عندما تكون الرافعات في وضع الخمول). تم معالجة مشكلة العطل في نقطة واحدة باستخدام محرك ومضخة كهربائية احتياطية على نفس الدائرة الهيدروليكية، مع صمام تحويل يدوي - بلغت تكلفة النظام الاحتياطي 8500 دولار أمريكي لضمان عدم وجود أي خطر للعطل في نقطة واحدة.أصبح هذا التكامل - وحدة الطاقة الهيدروليكية المركزية مع أربع دوائر ونش مقسمة حسب الأولوية - التصميم المرجعي القياسي لشركة Yining Hydraulic لتطبيقات الموانئ البحرية متعددة الونشات.

قائمة التحقق من المشتريات: 7 بنود يجب التحقق منها قبل قبول عرض أسعار دمج وحدة المعالجة المركزية

بعد خمسة عشر عامًا من العمل الميداني في مجال تكامل الأنظمة الهيدروليكية في شركة يينينغ هيدروليك، أوصي كل فريق مشتريات بالتحقق من هذه العناصر السبعة قبل قبول عرض أسعار تكامل وحدات الطاقة الهيدروليكية: (1) قطر خط السحب - اطلب القطر المحسوب، وليس مجرد حجم منفذ قياسي، وتأكد من أن سرعة السحب أقل من 1.2 متر/ثانية؛ (2) صمامات توزيع التدفق - تأكد من تحديد مقسمات الأولوية (وليس المقسمات النسبية) لأنظمة الرافعات المتعددة ذات التشغيل المستقل، وتأكد من أن إعدادات التدفق تتطابق مع إزاحة محرك كل رافعة على حدة؛ (3) حجم غاز المُراكم ومواصفات الشحن المسبق - تأكد من أن المُراكم ليس صغير الحجم، حيث أن هذا هو الإجراء الأكثر شيوعًا لخفض التكاليف في عروض أسعار وحدات الطاقة الهيدروليكية؛ (4) حجم المبادل الحراري - يجب أن يكون حجم مُبرد الزيت مناسبًا لـ 25-30% من إجمالي طاقة الإدخال (الحمل الحراري لنظام هيدروليكي يعمل بشكل مستمر)، وليس 10-15% التي تحددها العديد من عروض الأسعار. (5) مواصفات الترشيح - مرشح خط الإرجاع بحد أدنى 10 ميكرون مطلق (بيتا 10 ≥ 200)، مع مرشح خط الضغط بحد أدنى 5 ميكرون للأنظمة التي يتم التحكم فيها بواسطة صمامات مؤازرة أو نسبية؛ (6) حجم الخزان - بحد أدنى 3 أضعاف تدفق المضخة في الدقيقة (360 لترًا لمضخة 120 لتر/دقيقة) لتوفير وقت كافٍ لإطلاق الهواء وترسيب الملوثات؛ (7) بروتوكول التشغيل - يجب على المورد تضمين بروتوكول تشغيل مكتوب من 4 مراحل في عرض الأسعار، وعدم ترك التشغيل كبند عام "التشغيل مشمول".

At يينينغ هيدروليك، نقوم بتضمين جميع نقاط التحقق السبع في كل عرض أسعار لتكامل وحدة المعالجة المركزية كملحق قياسي - لقد تعلمنا منذ زمن بعيد أن المواصفات الهندسية الشفافة تخلق نتائج أفضل للمشروع من الهوامش المخفية.للحصول على إرشادات إضافية حول شراء الأنظمة الهيدروليكية، راجع مقالاتنا حولاختيار الرافعة الهيدروليكيةومواصفات المضخة لتطبيقات التشغيل المستمر.

المراجع الخارجية: أنظمة هيدروليكية ISO 4413 · CETOP RP100 · لقاء مع خبراء استخراج البيانات · قواعد DNV · جمعية مهندسي السيارات الدولية · ISO 5001 · حساب تكلفة دورة حياة CIPS