준설 작업에 적합한 유압 시스템 사양 작성 방법: 120m³/h ~ 1000m³/h 용량 범위

준설용 유압 시스템이 가장 까다로운 산업 응용 분야에 속하는 이유는 무엇일까요?

준설 유압 시스템은 지속적인 고출력 작동, 마모성 슬러리 노출, 다중 구동 장치 조정이라는 독특한 조합에 직면하는데, 이는 거의 모든 다른 산업용 유압 응용 분야를 능가합니다.일반적으로 단일 트레일링 석션 호퍼 준설선(TSHD)은 준설 펌프 구동 장치, 커터 또는 드래그헤드 구동 장치, 스윙 윈치, 스퍼드 캐리지 실린더 및 제트 워터 펌프에 분산되는 500~2,000kW의 유압 동력을 필요로 합니다. 이 모든 장치는 염수 환경에서 24시간 연중무휴로 2~4주간 연속 가동되어야 합니다.

중국 내륙 수로에서 운용되는 시간당 120m³의 유지 보수 준설선부터 동남아시아 항만 확장 프로젝트에 투입되는 시간당 1,000m³의 자본 준설 시스템에 이르기까지, 저는 15년간 준설 프로젝트용 유압 시스템을 설계해 오면서 준설 작업을 유독 까다롭게 만드는 세 가지 특징을 발견했습니다.첫째, 마모입니다.고형분 농도가 15~30%인 슬러리가 4.5m/s의 유속으로 흐르면 펌프 내부의 모든 표면에 액체 사포처럼 작용합니다. 경화 마모판과 세라믹 코팅 피스톤이 없는 일반 유압 펌프는 모래 이송 작업에서 효율이 85% 미만으로 떨어지기 전까지 800~1,200시간 정도 사용할 수 있습니다.둘째, 열 방출입니다.82%의 유압 효율로 작동하는 500kW 준설 펌프 구동 장치는 지속적으로 90kW의 열을 방출합니다. 따라서 35~45kW 용량의 오일 쿨러가 필요하며(나머지 열은 배관 및 저수조를 통해 방출됨), 공기 배출 및 냉각을 위한 체류 시간을 유지하려면 저수조 용량은 펌프 유량의 최소 3배 이상이어야 합니다.

셋째, 다중 드라이브 연동 기능입니다.준설 펌프, 절단기 및 스윙 윈치는 정확한 속도 관계를 유지하면서 동시에 작동해야 합니다. 절단기가 최대 출력을 유지하는 동안 스윙 윈치 속도가 10% 감소하면 절단기 날이 너무 깊게 맞물려 절단기 모터가 멈추고 15~30분 동안 복구 작업이 필요합니다.이를 위해서는 단순한 고정 용량 펌프 및 밸브 배열이 아니라 모든 구동 장치에 부하 감지 비례 제어가 필요합니다.보다이닝 유압 준설 시스템다중 드라이브 연동 구성용.

용량 선택 기준: 120m³/h 유지 관리부터 1000m³/h 자본 준설까지

준설 용량은 총 수력 발전량, 파이프라인 직경 및 시스템 구조를 직접적으로 결정합니다.용량 범위는 대략 2의 거듭제곱에 비례하여 증가하는데, 이는 유량이 두 배로 증가할 때마다 필요한 유압 동력이 약 3배로 증가하기 때문입니다(파이프라인 속도와 마찰 손실 사이의 세제곱 관계 때문).

제가 사용하는 용량 예측 규칙은 다음과 같습니다.유지 준설(유지 관리 수로에서 0.5~1.5m 높이로 쌓인 퇴적물 제거)에는 시간당 120~300m³의 준설량이 필요하며, 단일 디젤 엔진이 분배 기어박스를 통해 주 펌프 1개와 보조 펌프 2개를 구동합니다. 중규모 자본 준설(새로운 수로 조성 또는 기존 항구 수심 2~5m 확장)에는 시간당 300~600m³의 준설량이 필요하며, 엔진 2개를 사용하는데, 하나는 준설 펌프 전용이고 다른 하나는 절단기 및 윈치 유압 장치 전용입니다. 대규모 자본 준설(항만 분지 조성, 간척)에는 시간당 600~1,000m³ 이상의 준설량이 필요하며, 기능별 전용 펌프와 이중 냉각 회로를 갖춘 다중 엔진 분산 유압 시스템이 필요합니다.

완전한 준설 시스템 설계는 다음을 참조하십시오.이닝 유압 펌프 제품군압력 보상 및 부하 감지 옵션의 경우.

펌프 압력 및 유량 계산: 유압 동력 공식을 이용한 시스템 크기 결정

준설 유압 동력의 기본 방정식은 P = (Q × H × ρ × g) / (η_total × 3,600,000)이며, 여기서 Q는 유량(m³/h), H는 총 동적 수두(m), ρ는 슬러리 밀도(일반적으로 고형물 농도에 따라 1,100~1,300 kg/m³), g는 9.81 m/s², η_total은 유압 펌프(0.88~0.92) × 기계식 변속기(0.95~0.97) × 준설 펌프 임펠러(0.75~0.85)의 결합 효율입니다.

총 동적 수두(H)는 네 가지 구성 요소로 이루어져 있습니다.정지 양정(수면에서 배출 지점까지의 수직 거리), 파이프라인 마찰 손실(다르시-와이스바흐 방정식: h_f = f × L/D × v²/2g, 여기서 슬러리의 경우 f ≈ 0.015-0.025), 속도 수두(v²/2g, 일반적으로 0.3-0.6m로 무시할 수 있음), 배출 압력(배출관 출구 에너지를 극복하기 위해 일반적으로 1-3m)을 고려합니다. 비중 1.2 슬러리로 4.5m/s의 유속으로 DN200의 500m 파이프라인을 사용하는 경우: h_f ≈ 0.018 × 500/0.2 × 4.5²/(2×9.81) ≈ 46.5m. 정지 양정 5m + 마찰 손실 46.5m + 배출 압력 2m = 총 양정 53.5m.

실제 사례 — 시간당 500m³의 중간 크기 모래 준설:유량(Q)=500m³/h, 높이(H)=53.5m, 밀도(ρ)=1,200kg/m³, 총 효율(η_total)=0.82(유압) × 0.96(기계) × 0.80(준설 펌프) = 0.63. 출력(P) = (500 × 53.5 × 1200 × 9.81) / (0.63 × 3,600,000) = 315.4 × 10^6 / 2.268 × 10^6 ≈ 139kW (디젤 엔진 출력축 기준). 커터 구동에 30kW, 스윙 윈치에 15kW, 제트 펌프에 10kW, 제어 및 조명에 5kW를 더하면 총 설치 출력은 약 199kW입니다. 25%의 가동 여유를 고려하여 250kW 디젤 엔진을 선택합니다.

절단기 구동 유압 시스템: 다양한 토양 저항에 맞춘 모터 동력

절단기 구동용 유압 모터의 크기는 주로 토양 유형과 절단기 헤드 직경에 따라 결정됩니다.제가 15년간의 준설 프로젝트를 통해 얻은 경험을 바탕으로 개발한 커터 동력 공식은 다음과 같습니다: P_cutter = k_c × D² × v_swing × S_u. 여기서 k_c는 토양 계수(느슨한 모래의 경우 0.02-0.04, 실트/점토의 경우 0.04-0.06, 단단한 점토의 경우 0.06-0.10, 약한 암반의 경우 0.10-0.20, 견고한 암반의 경우 0.20-0.35 이상), D는 커터 직경(미터), v_swing은 스윙 속도(m/s), S_u는 비배수 전단 강도(kPa 또는 비점착성 토양의 경우 이에 상응하는 값)입니다.

모터는 또한 절단기가 예상치 못한 단단한 층에 부딪혀 순간적으로 회전을 멈출 때 발생하는 스톨 토크를 처리해야 합니다.저는 정격 토크의 2.0~2.5배에 달하는 정지 용량을 갖춘 커터 모터와 최대 연속 압력의 110%로 설정된 크로스 포트 릴리프 밸브를 지정합니다. 이를 통해 커터는 기계적 손상 없이 안전하게 정지할 수 있으며, 이후 작업자는 회전 방향을 잠시 반대로 전환한 후 다시 작동시킬 수 있습니다.이닝 유압 피스톤 모터준설 커터 구동 장치에 필요한 높은 정지 ​​토크 특성을 제공합니다.

호스 및 파이프라인 크기 선정: 생산 속도를 저하시키는 압력 손실 방지

준설 유압 시스템 설계에서 파이프라인 직경은 시스템 압력(따라서 연료 소비량)과 생산 속도(슬러리 속도를 통해) 모두에 영향을 미치기 때문에 가장 중요한 결정 사항입니다.파이프라인 크기가 작으면 연료 손실이 발생합니다. 직경이 10%만 작아져도 마찰 손실이 약 46% 증가합니다(수두 손실 ∝ 1/D^5). 반대로 파이프라인 크기가 너무 크면 초기 투자 비용이 증가하고 고형물 침전을 방지하기 위해 더 높은 유속이 필요합니다.

슬러리 이송의 임계 속도임계 유속은 고형물을 현탁 상태로 유지하는 최소 유속입니다. 모래 입자(d50 = 0.2mm)의 경우 임계 유속 V_crit는 약 3.5~4.0m/s입니다. 미사(d50 = 0.02mm)의 경우 V_crit는 약 2.5~3.0m/s입니다. V_crit 미만에서는 고형물이 파이프 바닥에 침전되기 시작하여 유효 단면적이 점차 감소하고 결국 파이프라인이 막히게 됩니다. 파이프라인이 막히면 역펌핑을 통해 뚫어야 하므로 2~6시간의 생산 손실이 발생합니다.

500m 길이의 DN200 파이프라인에서 4.5m/s 유속으로 흐르는 동안 발생하는 마찰 손실 계산:ΔP = f × (L/D) × (ρ×v²/2). f=0.018(슬러리 마찰 계수, 고체 상호작용으로 인해 물보다 15-20% 높음), L=500m, D=0.2m, ρ=1,200 kg/m³, v=4.5 m/s일 때: ΔP = 0.018 × 2,500 × (1,200×20.25/2) = 45 × 12,150 = 546,750 Pa ≈ 5.5 bar의 마찰 손실. 정적 양정(비중 1.2에서 5m)에 대한 2 bar와 피팅/밸브에 대한 1 bar를 더하면 펌프의 토출 압력은 8.5 bar가 됩니다.이 수치는 준설 펌프 구동력과 유압 모터 선택을 결정하는 요소입니다.방문하다이닝 유압식 준설 시스템 구성미리 계산된 파이프라인 손실표의 경우.

시스템 구성: 준설 작업에서 개방형 루프 vs 폐쇄형 루프

준설 유압 시스템 설계에서 가장 기본적인 구조적 결정은 개방형 루프 방식과 폐쇄형 루프 방식 중 하나를 선택하는 것이며, 정답은 기능에 따라 달라집니다.

개방형 순환 방식 (펌프가 저장소에서 유체를 끌어올리고, 유체가 냉각을 위해 다시 저장소로 돌아옴):커터 구동 장치에 선호되는 이유는 커터가 간헐적으로 작동하기 때문입니다(선회 중에는 사이클 시간의 40~60% 동안 작동하고, 재배치 중에는 자유 회전). 이는 저수조가 열 부하를 완충할 수 있도록 해줍니다. 또한 전진/후진 및 속도 조절을 위한 방향 제어 밸브를 사용하는 스윙 윈치에도 선호됩니다. 개방형 루프의 장점으로는 간단한 여과(전체 유량 리턴 필터가 마모 입자가 펌프에 도달하기 전에 걸러냄), 쉬운 냉각(리턴 유체가 열교환기를 통과함), 그리고 낮은 비용(표준 방향 밸브 사용) 등이 있습니다.

폐쇄 루프(충전 펌프가 있는 밀폐형 펌프-모터 회로):준설 펌프 구동 시스템은 설계점에서 교대 근무당 4~12시간 동안 연속 작동하는 경우에 적합합니다. 폐쇄형 루프 시스템의 장점은 다음과 같습니다. 효율이 5~8% 향상되고(방향 밸브 손실 없음), 저수조 용량이 작으며(개방형 루프의 3배에 비해 회로 용량이 1.5배에 불과함), 밸브 스로틀링 대신 펌프 스와시플레이트 각도를 통해 정밀한 속도 제어가 가능합니다.효율 차이는 상당합니다. 500kW 연속 운전 시 7% 효율 향상은 35kW의 열 방출 감소, 시간당 약 15리터의 디젤 소비량 감소, 산업용 디젤 가격 기준으로 시간당 약 4.50달러의 연료비 절감으로 이어집니다.

제가 일반적으로 사용하는 300~600m³/h 준설선의 구성은 다음과 같습니다.준설 펌프 구동용 폐쇄 루프(단일 가변 용량 축 피스톤 펌프, 250-500cm³/rev, 350bar 연속 작동), 커터 구동용 개방 루프(비례 방향 제어 기능이 있는 고정 용량 펌프, 최대 150bar), 스윙 윈치용 개방 루프(부하 감지 가변 펌프, 220bar), 그리고 분사수 및 보조 기능을 위한 전용 기어 펌프가 있습니다.이닝 유압 펌프 카탈로그모든 용량 범위에 대해 개방형 및 폐쇄형 루프 구성을 제공합니다.

사례 참조: 일반적인 500m³/h 트레일링 석션 호퍼 준설선 구성

500m³/h TSHD는 가장 일반적인 준설 시스템 구성이며 유압 시스템 사양에 대한 유용한 참고 자료 역할을 합니다.2024년에 동남아시아 항만 운영사를 위해 완료한 프로젝트를 기반으로 한 실제 시스템 구성은 다음과 같습니다.

전원:650kW 출력의 디젤 엔진 하나가 1,800rpm으로 회전하며, 3개의 PTO 패드가 있는 분할기 기어박스를 구동합니다.준설 펌프 구동 방식(폐쇄 루프):450kW 가변 용량 축 피스톤 펌프(350bar에서 500cm³/rv)가 고정 용량 유압 모터(2,500cm³/rv, 280bar 연속 작동)를 구동하며, 이 유압 모터는 준설 펌프 임펠러 축에 직접 연결되어 있습니다. 펌프 회전 속도는 0~350rpm이며, 총 양정 45m에서 중간 모래의 슬러리 생산량은 450~550m³/h입니다.커터 구동(개방 루프):55kW 가변 용량 펌프(160cm³/rev, 250bar)가 3.5:1 유성 기어박스를 통해 500cm³/rev 피스톤 모터를 구동합니다. 커터 회전 속도는 0~35rpm이며 최대 토크는 15,000Nm입니다.스윙 윈치(개방형 루프, 부하 감지식):75kW 가변 펌프가 안전장치가 있는 다중 디스크 브레이크가 장착된 315cm³/rev 모터 두 대에 동력을 공급하여 0~25m/min 속도에서 80kN의 인장력을 생성합니다.

냉각:120kW 열 방출 용량의 쉘앤튜브 열교환기, 해수 냉각 방식, 이중 여과기를 사용하여 청소를 위한 가동 중단 없이 연속 운전 가능. 저수조: 2,500리터, 60미크론 전유량 리턴 필터 및 10미크론 키드니 루프 정화 회로 포함.제어 시스템:CANbus J1939 네트워크 컨트롤러는 펌프 압력, 모터 속도, 온도 및 유량계와 밀도계 입력값을 기반으로 계산된 생산량을 표시하는 조작자용 터치스크린을 갖추고 있습니다.Yining Hydraulic에 문의하세요.귀사의 준설 프로젝트 사양에 맞춘 완벽한 시스템 제안서를 제공해 드립니다.