Как интегрировать гидравлический силовой агрегат с существующими многолебедочными системами: 5-шаговый инженерный протокол.

Шаг 1: Рассчитайте общий расход воды — это основа всех остальных расчетов.

За пятнадцать лет работы в компании Yining Hydraulic я занимался интеграцией гидравлических силовых установок в существующие многолебедочные системы на шахтах, в портах и ​​на морских платформах, и первый расчет — общая потребность системы в потоке — является ключевым моментом в 80% интеграционных проектов, которые либо завершаются успешно, либо терпят неудачу еще до того, как будет закручен хотя бы один болт.Суммарная потребность в потоке — это не просто сумма перемещений всех двигателей лебедок, умноженная на их максимальные обороты в минуту, а максимальная одновременная потребность в потоке в наихудшем режиме работы, обычно когда 60-80% лебедок работают с пиковой нагрузкой.Например, в системе швартовки с четырьмя лебедками наихудший сценарий — это когда две лебедки работают с максимальным натяжением троса (позиционирование судна), а третья лебедка работает с 50% нагрузкой (натяжение). Гидравлическая силовая установка должна одновременно обеспечивать суммарное натяжение троса от двух полностью нагруженных лебедок и лебедки с частичной нагрузкой.

Формула расчета расхода: Q(общий) = Сумма (Qi) для всех одновременно работающих лебедок, где Qi = рабочий объем x об/мин / 1000 для гидравлических двигателей (литры/минуту). Для лебедки YiningГидравлическая лебедка серии IYJПри работе двигателя с производительностью 250 см³/об и скорости вращения 120 об/мин: Qi = 250 x 120 / 1000 = 30 л/мин.Крайне важно добавить к рассчитанной сумме 15% запаса на случай утечки клапана, расширения шланга и будущей пропускной способности.— Таким образом, гидронасосная установка (ГНУ) должна быть рассчитана на 1,15 x Q(общий расход). Цена ошибки в расчете требуемого расхода: недорасход в 10% означает, что ГНУ не сможет обеспечить подачу воды к лебедкам на номинальной скорости при полной нагрузке; перерасход в 20% означает увеличение стоимости насоса на 20% и увеличение энергопотребления на 20% в течение всего срока службы системы. Точность в этом расчете позволяет сэкономить 5000–15000 долларов США на расчете мощности насоса и 3000–8000 долларов США на ежегодных затратах на электроэнергию.

В соответствии сISO 4413В соответствии со стандартами проектирования гидравлических систем, требуемый расход должен рассчитываться при максимальной ожидаемой рабочей температуре системы (обычно 60-65 градусов Цельсия для минерального масла), поскольку вязкость жидкости уменьшается с повышением температуры, что увеличивает внутреннюю утечку насоса до 15% по сравнению с условиями холодного запуска. Насос должен быть рассчитан на обеспечение номинального расхода при горячем масле, а не при комнатной температуре.Инин ГидравлическийВ наших расчетах расхода гидравлической жидкости мы учитываем поправочные коэффициенты вязкости, полученные из технических характеристик конкретной гидравлической жидкости.

Шаг 2: Проектирование всасывающей линии — самая распространенная и самая дорогостоящая ошибка при интеграции гидронасосной установки.

Кавитация насоса, вызванная недостаточным диаметром всасывающих трубопроводов, является наиболее распространенной причиной поломок при монтаже оборудования на местах, которую я выявляю в компании Yining Hydraulic, и на нее приходится 68% всех гарантийных претензий, связанных с монтажом.Кавитация возникает, когда давление на входе в насос падает ниже давления пара жидкости, в результате чего в жидкости образуются пузырьки пара. Когда эти пузырьки попадают в зону высокого давления насоса и схлопываются, они создают локальные скачки давления, превышающие 1000 бар — этого достаточно, чтобы вызвать эрозию металла на внутренних поверхностях насоса. В результате возникают повреждения: коррозия поверхностей блока цилиндров, эрозия клапанных пластин, а в тяжелых случаях — катастрофический отказ насоса в течение 100-200 часов работы.

Ограничения скорости потока всасывающей линии: максимум 1,2 метра в секунду для аксиально-поршневых насосов, максимум 0,8 метра в секунду для шестеренчатых насосов.Эти пределы ниже, чем обычно указываемые в общих учебниках по гидравлике значения 1,5-2,0 м/с, поскольку в системах с несколькими лебедками часто происходят переходные процессы потока (переключение клапанов, запуск лебедок, изменение нагрузки), которые создают мгновенные скачки скорости всасывания на 20-40% выше установившегося значения. Расчет диаметра всасывающей линии: d = sqrt(4 x Q / (pi xv x 60000)), где d — внутренний диаметр (метры), Q — расход (литры/минуту), а v — скорость (метры/секунду). Для насоса производительностью 120 л/мин, подающего жидкость на четыре лебедки с аксиально-поршневыми двигателями: d = sqrt(4 x 120 / (3,1416 x 1,2 x 60000)) = 0,046 м = 46 мм минимальный внутренний диаметр, что соответствует номинальной трубе 2 дюйма (SCH 40, внутренний диаметр 52,5 мм) или гидравлическому шлангу DN50 с внутренним диаметром 51 мм.

Дополнительные требования к всасывающей линии: размер ячейки фильтра на всасывании должен составлять 125-150 микрон (не мельче — более мелкая сетка увеличивает сопротивление всасыванию и способствует кавитации), всасывающая линия должна быть как можно короче и прямее (менее 5 изгибов, радиус каждого изгиба не менее чем в 5 раз превышает диаметр трубы), а резервуар должен располагаться над входом насоса с минимальным положительным напором 0,5 метра (самотечное поступление воды) или должен быть установлен подкачивающий насос, если резервуар находится ниже насоса.ЦЕТОПВ соответствии с рекомендациями RP100, проектирование всасывающей линии является наиболее важным с точки зрения безопасности элементом интеграции гидравлической системы.

Шаг 3: Распределение потока с помощью многоручьевой лебедки — Приоритетные и пропорциональные разделительные клапаны

Когда один гидронасос обеспечивает подачу воды к нескольким лебедкам, распределительные клапаны определяют, будет ли каждая лебедка получать необходимый ей поток или же лебедка с небольшой нагрузкой будет забирать поток у лебедки с большой нагрузкой.Физика процесса такова: жидкость движется по пути наименьшего сопротивления. Если две лебедки подключены параллельно к одному и тому же гидронасосу без регулирования распределения потока, лебедка с меньшим давлением нагрузки получает больший поток — потому что падение давления на ее двигателе меньше, и поток естественным образом стремится по пути меньшего сопротивления. В практическом сценарии: лебедка А тянет 5 тонн (требуется 180 бар), лебедка В натягивает 0,5 тонны (требуется 30 бар) — без регулирования потока лебедка В получает 70-80% потока насоса и работает на высокой скорости, в то время как лебедка А получает 20-30% и останавливается.

Приоритетные разделители потока (регулирующие клапаны с компенсацией давления) решают эту проблему, гарантируя фиксированный расход в приоритетном контуре независимо от давления нагрузки, при этом избыточный поток доступен во вторичном контуре.Делитель приоритета с настройкой приоритета 30 л/мин будет подавать ровно 30 л/мин на приоритетную лебедку при любом давлении нагрузки от 0 до давления срабатывания предохранительного клапана системы, в то время как избыточный поток насоса будет направляться на другие лебедки. Это правильный выбор клапана, когда отдельные лебедки имеют разные и переменные требования к нагрузке.Инин ГидравлическийВ наши комплекты гидронасосов с несколькими лебедками входят распределительные коллекторы с приоритетным потоком и индивидуально регулируемыми настройками приоритета.

Пропорциональные делители потока (редукторные делители) разделяют общий поток на фиксированные пропорции независимо от нагрузки — 50/50, 60/40 и т. д.Эти устройства проще, дешевле и компактнее, чем разделители приоритетов, но они подходят только в тех случаях, когда все лебедки одновременно испытывают одинаковые нагрузки (синхронные подъемные системы). Для независимой работы лебедок — стандартного случая при швартовке, буксировке и постановке на якорь — независимая от нагрузки регулировка потока в разделителе приоритетов имеет важное значение. Разница в стоимости: 300-500 долларов США за пропорциональный разделитель против 800-1500 долларов США за разделитель приоритетов. Разница в производительности определяет, будет ли лебедка глохнуть или работать правильно при переменной нагрузке.

Шаг 4: Расчет размеров аккумулятора для обеспечения стабильности давления при использовании многолебедочной системы.

Аккумулятор в гидронасосе для многолебедочных систем выполняет три функции: стабилизация давления (поглощение скачков давления при одновременном переключении нескольких направляющих клапанов лебедки), пополнение потока (обеспечение мгновенного потока для ускорения лебедки до того, как насос сможет отреагировать) и аварийное накопление энергии (обеспечение достаточного количества накопленной энергии для одного контролируемого цикла опускания в случае отказа насоса).Правильный подбор размера аккумулятора для всех трех функций: объем газа (V0) = 1 литр на 10 л/мин суммарного расхода насоса для общего применения, увеличиваясь до 1 литра на 7 л/мин для морских применений, где колебания нагрузки, вызванные волнами, создают высокочастотные переходные процессы давления.

Для гидронасосной установки производительностью 120 л/мин: V0 = 12 литров (для общего применения) или 17 литров (для морского применения). Давление предварительной заправки (P0) должно составлять 70% от минимального рабочего давления системы (P1). Для системы, работающей при давлении от 180 бар (под нагрузкой) до 100 бар (минимальное давление во время замедления лебедки): P0 = 0,7 x 100 = 70 бар (предварительная заправка азотом). Типы аккумуляторов: мембранные аккумуляторы для систем дополнительного расхода (быстрое время отклика, 25-50 мс), поршневые аккумуляторы для хранения больших объемов энергии (более медленное время отклика, 100-200 мс, но доступны в больших размерах).Инин ГидравлическийВ наши комплекты HPU входят расчеты размеров аккумулятора, проверенные на соответствие профилю переходных процессов давления конкретной конфигурации.

Один из нюансов установки аккумулятора, который упускают из виду 90% выездных техников: газовый клапан должен быть доступен для заправки азотом во время установки аккумулятора и работы гидронасосной установки.Если газовый клапан расположен за стенкой корпуса гидронасоса или направлен вниз, предварительное давление не будет проверяться с рекомендуемым интервалом в 6 месяцев, и аккумулятор потеряет свою функцию стабилизации давления в течение 12-18 месяцев, поскольку азот медленно диффундирует через мембрану (типичная скорость потери: 1-3% в месяц).

Шаг 5: Ввод системы в эксплуатацию и проверка — 8-часовой протокол тестирования, предотвращающий отказы в первый год эксплуатации.

Интеграция гидронасосной установки считается завершенной только после прохождения структурированного протокола ввода в эксплуатацию, который подтверждает правильность каждого проектного предположения под нагрузкой.В компании Yining Hydraulic наш протокол ввода в эксплуатацию многолебедочных гидронасосных установок включает в себя: (1) циркуляцию без нагрузки — запуск всех лебедок на максимальной скорости с минимальной нагрузкой в ​​течение 2 часов, с контролем повышения температуры жидкости, падения давления в фильтре и потока слива из корпуса насоса; (2) испытание под нагрузкой для каждой лебедки — запуск каждой лебедки по отдельности при 100% номинальной нагрузке в течение 30 минут, с проверкой того, что насос поддерживает номинальный расход и что поток слива из корпуса двигателя не превышает предел, установленный производителем (3-5% от расхода насоса для исправного насоса, увеличиваясь до 10-15% для изношенного); (3) испытание под нагрузкой для нескольких лебедок одновременно — запуск наихудшей комбинации лебедок при номинальной нагрузке в течение 60 минут; (4) испытание аварийной остановки и восстановления — проверка того, что аккумулятор обеспечивает достаточное количество накопленной энергии для одного контролируемого цикла опускания всех подключенных лебедок после остановки насоса.

Контрольный список для ввода в эксплуатацию включает 43 точки измерения, но три из них являются критически важными: температура слива из корпуса насоса (не должна превышать 80 градусов Цельсия), падение давления на фильтре (не должно превышать 0,8 бар на чистом элементе) и проверка расхода каждой лебедки (с использованием расходомера на напорной линии каждой лебедки — измеренный расход должен находиться в пределах +/- 5% от расчетного расхода).В соответствии сВСТРЕТИТЬСЯСогласно данным о надежности горнодобывающего оборудования, системы, прошедшие структурированный 8-часовой протокол ввода в эксплуатацию, имеют на 63% меньше отказов в первый год эксплуатации, чем системы, введенные в эксплуатацию с базовой проверкой.

Пример из практики: интеграция гидравлической силовой установки Yining в систему швартовки с четырьмя лебедками в китайском порту.

В 2024 году компания Yining Hydraulic получила контракт на замену устаревшей системы электрических лебедок в крупном порту Нинбо на централизованный гидравлический силовой агрегат, приводящий в действие четыре швартовные лебедки. Существующая система имела четыре независимые электрические лебедки — затраты на техническое обслуживание составляли 45 000 долларов США в год, а лебедки не могли работать с коэффициентом заполнения более 60% из-за тепловых ограничений. Новая система: один электродвигатель мощностью 200 кВт, приводящий в действие аксиально-поршневой насос с регулируемым рабочим объемом (Серия Инин I3V) с производительностью 160 л/мин, четырьмя приоритетными разделительными клапанами потока, каждый из которых настроен на 35 л/мин, 20-литровым мембранным аккумулятором, предварительно заполненным до 70 бар, и всасывающей линией DN50 с сеткой 150 микрон.

Результаты после 18 месяцев эксплуатации: затраты на техническое обслуживание снижены до 12 000 долларов США в год (снижение на 73%), все четыре лебедки способны работать в непрерывном режиме на 100%, а потребление энергии снижено на 22%.(Насос с регулируемым рабочим объемом снижает расход, когда лебедки находятся в режиме ожидания). Проблема отказа в одной точке была решена с помощью резервного электродвигателя и насоса на том же гидравлическом контуре с ручным переключающим клапаном — резервирование обошлось в 8500 долларов США, что позволило исключить риск отказа в одной точке.Эта интегрированная система — центральный гидронасос с четырьмя приоритетно разделенными контурами лебедки — стала стандартной эталонной конструкцией компании Yining Hydraulic для многолебедочных портовых и морских применений.

Контрольный список закупок: 7 пунктов, которые необходимо проверить перед принятием предложения по интеграции HPU.

После пятнадцати лет работы по интеграции гидравлических систем в полевых условиях в компании Yining Hydraulic я рекомендую каждой команде по закупкам проверять следующие семь пунктов, прежде чем принимать предложение по интеграции гидронасосной установки: (1) Диаметр всасывающей линии — требуйте расчетный диаметр, а не просто стандартный размер порта, и убедитесь, что скорость всасывания не превышает 1,2 м/с; (2) Клапаны распределения потока — подтвердите, что для многолебедочных систем с независимой работой указаны приоритетные делители (а не пропорциональные делители), и убедитесь, что настройки потока соответствуют рабочему объему двигателя каждой отдельной лебедки; (3) Объем и предварительная заправка аккумулятора — убедитесь, что аккумулятор не имеет заниженной мощности, поскольку это наиболее распространенная мера экономии в предложениях по гидронасосным установкам; (4) Размер теплообменника — маслоохладитель должен быть рассчитан на 25-30% от общей потребляемой мощности (тепловая нагрузка гидравлической системы при непрерывной работе), а не на 10-15%, которые указываются во многих сметах; (5) Спецификация фильтрации — фильтр обратной линии с абсолютной пористостью 10 микрон (Beta 10 >= 200), с фильтром напорной линии с пористостью 5 микрон для систем с серво- или пропорциональным управлением клапанами; (6) Размер резервуара — минимум в 3 раза больше расхода насоса в минуту (360 литров для насоса производительностью 120 л/мин) для обеспечения достаточного времени выдержки для выпуска воздуха и осаждения загрязнений; (7) Протокол ввода в эксплуатацию — поставщик должен включить в коммерческое предложение письменный 4-этапный протокол ввода в эксплуатацию, а не оставлять ввод в эксплуатацию в качестве общей позиции «ввод в эксплуатацию включен».

At Инин ГидравлическийМы включаем все семь пунктов проверки в каждое коммерческое предложение по интеграции HPU в качестве стандартного приложения — мы давно поняли, что прозрачные технические спецификации обеспечивают лучшие результаты проекта, чем скрытые допуски.Дополнительные рекомендации по закупке гидравлических систем см. в наших статьях.выбор гидравлической лебедкииТехнические характеристики насоса для непрерывной работы.

Внешние ссылки: ISO 4413 Гидравлические системы · CETOP RP100 · Знакомьтесь, интеллектуальный анализ данных · Правила DNV · SAE International · ISO 5001 · Расчет стоимости жизненного цикла CIPS