Ρεξρόθ A4VSG Αξιακή αντλία μετατόπισης με έμβολο σε υδραυλικά συστήματα TBM: Καινοτόμες λύσεις εφαρμογής

1. εισαγωγή: Βασικές απαιτήσεις των υδραυλικών συστημάτων TBM

Στην σύγχρονη κατασκευή σήραγγας, οι μηχανές τύπου τρυπάνι (TBM) χρησιμεύουν ως κρίσιμος εξοπλισμός, των οποίων η απόδοση καθορίζει άμεσα την αποτελεσματικότητα και την ποιότητα του έργου.λειτουργεί ως η "καρδιά" ενός TBM, τροφοδοτεί τις βασικές λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένης της ώθησης, της κίνησης του κοπτήρα και της ανέγερσης τμήματος.Οι αντλίες με μεταβλητή μετατόπιση με άξονα έμβολο της σειράς Rexroth A4VSG έχουν γίνει η προτιμώμενη πηγή υδραυλικής ενέργειας για τους παγκόσμιους κατασκευαστές TBM λόγω των εξαιρετικών επιδόσεων και της αξιοπιστίας τους.

Από την ανάπτυξη της στα μέσα του 20ου αιώνα, η τεχνολογία αντλίας με έμβολο με άξονα έχει γίνει ένα αναντικατάστατο βασικό συστατικό σε υδραυλικά συστήματα υψηλής πίεσης.Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές αντλίες κιβωτίων και αντλίες φτερών, οι αντλίες με μεταβλητή μετατόπιση με έμβολο με άξονα προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως υψηλή πίεση εργασίας, χωρητική απόδοσηκαι ευρύ φάσμα ρύθμισης ροής, καθιστώντας τους ιδιαίτερα κατάλληλους για απαιτητικές εφαρμογές TBM.

2Τεχνικά χαρακτηριστικά των αντλιών με μεταβλητή μετατόπιση με άξονα έμβολο Rexroth A4VSG

2.1 Καινοτόμο σχέδιο

Η σειρά Rexroth A4VSG διαθέτει σχεδιασμό μετατόπισης μεταβλητού έμβολος αξονικού τύπου swashplate που επιτυγχάνει ρυθμισμό μετατόπισης χωρίς βήματα αλλάζοντας τη γωνία του swashplate.Αυτό το σχέδιο επιτρέπει στην αντλία να ρυθμίζει αυτόματα την ροή εξόδου σύμφωνα με τις απαιτήσεις του συστήματος, διατηρώντας σταθερή ταχύτητα περιστροφήςΓια εξοπλισμούς όπως τα TBM με πολύ μεταβλητά φορτία,Αυτό το χαρακτηριστικό των αξονικών αντλιών μετατόπισης με εμβολοφόρο μετατόπιση βελτιώνει σημαντικά την απόδοση χρήσης ενέργειας.

2.2 Βασικές παραμέτρους απόδοσης

· Περιοχή λειτουργικής πίεσης: Μέγιστο 400 bar, συνεχής λειτουργία σε 350 bar, που πληροί τις υδραυλικές απαιτήσεις υψηλής πίεσης των ΜΜΕ

· Πεδίο μετατόπισης: 28-1000 ml/rpm, που καλύπτει τις απαιτήσεις ισχύος για διάφορες προδιαγραφές TBM

· Ογκομετρική απόδοση: Μέχρι 98%, ελαχιστοποιώντας την απώλεια ενέργειας

· Έλεγχος θορύβουΟ βελτιστοποιημένος σχεδιασμός του έμβολο και του παπουτσιού διατηρεί τον λειτουργικό θόρυβο κάτω από 80 dB

2.3 Σχεδιασμός βελτίωσης της αξιοπιστίας

Για την αντιμετώπιση της ανάγκης για συνεχή λειτουργία σε TBM, η αξιωματική αντλία έμβολο A4VSG ενσωματώνει πολλαπλές τεχνολογίες βελτίωσης της αξιοπιστίας:

· Υψηλής αντοχής οζώδης θήκη χυτοσίδηρου με εξαιρετική αντοχή σε κρούσεις και δονήσεις

· Σκληρά χρωματισμένα έμβολο και ειδικά επεξεργασμένη διάτρηση κυλίνδρου για ανώτερη αντοχή στην φθορά

· Βελτιωμένη διάταξη ρουλεμάν για παράταση της ζωής

· Ενσωματωμένες διεπαφές αισθητήρων θερμοκρασίας και πίεσης για την παρακολούθηση της κατάστασης

3Αρχιτεκτονική υδραυλικού συστήματος TBM και τοποθέτηση εφαρμογών A4VSG

3.1 Τυπική σύνθεση υδραυλικού συστήματος TBM

Τα σύγχρονα υδραυλικά συστήματα TBM συνήθως αποτελούνται από τα ακόλουθα υποσυστήματα:

· Κεντρικό σύστημα ώθησης: Παρέχει προωθητική ισχύ

· Σύστημα κίνησης της κεφαλής κοπής: τροφοδοτεί τον περιστρεφόμενο τροχό κοπής

· Σύστημα εγκατάστασης τμημάτων: Ελέγχει με ακρίβεια τους χειριστές εγκατάστασης τμημάτων

· Βοηθητικά συστήματα: Περιλαμβάνει τη διάταξη, τη μεταφορά λάσπης και άλλες λειτουργίες υποστήριξης

Μεταξύ αυτών των υποσυστημάτων, οι αντλίες με μεταβλητή μετατόπιση με άξονα έμβολο εξυπηρετούν κυρίως τα κύρια συστήματα ώθησης και τα συστήματα κίνησης κοπτήρα που έχουν τις υψηλότερες απαιτήσεις ισχύος.

3.2 Τυπικές λύσεις διαμόρφωσης A4VSG για ΜΜΕ

Οι λύσεις διαμόρφωσης για τις αξονικές αντλίες έμβολο A4VSG ποικίλλουν ανάλογα με τη διάμετρο του TBM και τις γεωλογικές συνθήκες:

- Δεν ξέρω.Λύσιμο TBM μικρής/μεσαίας διαμέτρου (κάτω των φ6m)- Επενδύσεις

· Κεντρικό σύστημα ώθησης: 2 × A4VSG 250 άξονες αντλίες έμβολο με έλεγχο αισθητήρα φορτίου

· Δυνατότητα κινητήρα κόπτη: 1 × A4VSG 500 άξια αντλία έμβολο με σταθερό έλεγχο ισχύος

· Συνολική ισχύς: Περίπου 500-800 kW

- Δεν ξέρω.Λύσιμο TBM μεγάλης διαμέτρου (πάνω από φ6m)- Επενδύσεις

· Κύριο σύστημα ώθησης: 4×A4VSG 355 άξονες αντλίες έμβολο με ζώνη ελέγχου πίεσης

· Δυναμική κινητήρα κόφτη: 2 × A4VSG 750 άξονες αντλίες έμβολο με μεταβλητή συχνότητα + σταθερή ισχύς σύνθετος ελέγχου

· Συνολική ισχύς: 1200-2000 kW

4Βασικά Τεχνικά Πλεονεκτήματα των Α4VSG Αξονικών Αντλιών Πίστων σε ΤΜ

4.1 Ακριβής έλεγχος της δύναμης ώθησης

Η προώθηση του TBM απαιτεί ρύθμιση σε πραγματικό χρόνο της δύναμης ώθησης και της ταχύτητας σύμφωνα με τις γεωλογικές συνθήκες.Οι άξονες αντλίες έμβολο A4VSG που είναι εξοπλισμένες με ηλεκτρονικό έλεγχο αναλογικότητας (HD control) ή έλεγχο αισθητήρα φορτίου (DA control) επιτρέπουν:

· Ακριβότητα ταχύτητας προώθησης έως 0,1 mm/s

· Ανεξάρτητη ρύθμιση πίεσης για ομάδες πολλαπλών κυλίνδρων

· Αυτόματη διόρθωση της απόκλισης για τη διατήρηση της ακρίβειας του άξονα σήραγγας

4.2 Αποτελεσματική αντιστοίχιση ισχύος

Τα παραδοσιακά συστήματα αντλιών σταθερού εκτόξευσης σπαταλούν σημαντική ενέργεια κατά τη λειτουργία του TBM με χαμηλό φορτίο.Οι αντλίες με μεταβλητή μετατόπιση με άξονα έμβολο A4VSG επιτυγχάνουν μέσω ελέγχου σταθερής ισχύος ή ελέγχου αισθητήρα φορτίου:

· Πάνω από 30% εξοικονόμηση ενέργειας

· Μειωμένη αύξηση της θερμοκρασίας του υδραυλικού ελαίου, παράταση της διάρκειας ζωής του υγρού

· Μειωμένο φορτίο του συστήματος ψύξης

4.3 Προσαρμοστικότητα σε περίπλοκη γεωλογία

Για διαφορετικές γεωλογικές συνθήκες (μαλακό έδαφος, χαλίκι, βράχος κλπ.), οι άξονες αντλίες έμβολο A4VSG μπορούν να ρυθμίζουν γρήγορα τις παραμέτρους λειτουργίας:

· Διάταξη μαλακού εδάφους: χαμηλή πίεση, υψηλή ροή

· Δυνατό στρώμα πετρώματος: Υψηλή πίεση, χαμηλή ροή

· Μεικτό στρώμα: αυτόματη αλλαγή λειτουργίας

5Τεχνολογία ευφυούς ελέγχου για το A4VSGΆξονες αντλίες έμβολο

5.1 Ενσωμάτωση ηλεκτρονικού συστήματος ελέγχου

Οι σύγχρονες άξονες αντλίες έμβολο A4VSG μπορούν να ενσωματώσουν πολλαπλές επιλογές ηλεκτρονικού ελέγχου:

· Αναλογικός έλεγχος σόλενοειδών: Επιτρέπει ακριβή ρύθμιση της μετατόπισης

· Διασύνδεση CAN bus: Σύνδεση με το κύριο σύστημα ελέγχου TBM

· Διασύνδεση παρακολούθησης κατάστασης: Επιστροφή σε πραγματικό χρόνο των παραμέτρων λειτουργίας της αντλίας

5.2 Ευφυείς λειτουργίες διάγνωσης σφαλμάτων

Με την παρακολούθηση των βασικών παραμέτρων των αξονικών αντλιών έμβολο, μπορούν να επιτευχθούν έγκαιρες προειδοποιήσεις για βλάβη:

· Οι αισθητήρες δονήσεων ανιχνεύουν την κατάσταση του ρουλεμάν

· Η ανάλυση παλμών πίεσης προσδιορίζει την φθορά του έμβολο

· Η παρακολούθηση της θερμοκρασίας προβλέπει τη διάρκεια ζωής των φώκιων

5.3 Εφαρμογή της τεχνολογίας ψηφιακών δίδυμων

Η σύγκριση των δεδομένων λειτουργίας της αξιωτικής αντλίας έμβολο A4VSG με ψηφιακά μοντέλα επιτρέπει:

· Πρόβλεψη τάσης υποβάθμισης των επιδόσεων

· Αξιολόγηση της επιβίωσης

· Ορθολογικός προσδιορισμός του χρόνου συντήρησης

6Τυπικές εφαρμογές μηχανικής

6.1 Υπόθεση 1: Σχέδιο σήραγγας αστικού μετρό

Παράμετροι του έργου:

· Διαμέτρου TBM: 6,28 m

· μήκος της σήραγγας: 3,2 χλμ.

· Γεωλογικές συνθήκες: εναλλασσόμενα στρώματα μαλακού εδάφους και χαλίκι

Διαμόρφωση υδραυλικού συστήματος:

· Κύρια ώθηση: 3×A4VSG 355 άξονες αντλίες έμβολο

· Δυναμική προώθησης κόπτη: 2 × A4VSG 500 άξονες αντλίες έμβολο

Αποτελέσματα της λειτουργίας:

· Μέσος όρος προκαταβολής 12 m/ημέρα

· Μηδενικές βλάβες υδραυλικού συστήματος

· 28% εξοικονόμηση ενέργειας σε σύγκριση με τα συμβατικά συστήματα

6.2 Υπόθεση 2: Σχέδιο σήραγγας διέλευσης ποταμού

Προκλήσεις του έργου:

· Υψηλή πίεση νερού (0,6 MPa)

· Τυνηλίωση μεγάλων αποστάσεων (5,8 χλμ.)

· Σύνθετη γεωλογία (μαλακό έδαφος, ζώνες σπασμάτων πετρώματος)

Λύση:

· Επαναχρηστική σχεδίαση με χρήση αξιακών αντλιών έμβολο A4VSG

· Ευφυής διαμόρφωση συστήματος αντιστάθμισης πίεσης

· Εφαρμογή της παρακολούθησης της κατάστασης εξ αποστάσεως

Αποτελέσματα του έργου:

· Καθορίζει μηνιαίο ρεκόρ προόδου 456 μέτρων

· Η αξιοπιστία του υδραυλικού συστήματος έφτασε το 99,98%

· Έλαβε το βραβείο τεχνολογικής καινοτομίας του ιδιοκτήτη

7Οδηγός συντήρησης και αντιμετώπισης προβλημάτων

7.1 Σημεία συνήθους συντήρησης

Για τη διασφάλιση βέλτιστης απόδοσης της αξιωτικής αντλίας έμβολο A4VSG σε εφαρμογές TBM:

· Ελέγξτε την καθαρότητα του υγρού κάθε 500 ώρες (ISO 4406 18/16/13)

· Ελέγξτε το φίλτρο αναρρόφησης της αντλίας κάθε 1000 ώρες

· Δοκιμή της χωρητικότητας της αντλίας κάθε 2000 ώρες

· Ελέγξτε τακτικά την ευθυγράμμιση της ζεύξης και τις δονήσεις του αγωγού

7.2 Κοινή αντιμετώπιση προβλημάτων

- Δεν ξέρω.Θέμα 1: Ανεπαρκής ροή παραγωγής- Δεν ξέρω.
Πιθανές αιτίες:

· Εναρμόνιση του μηχανισμού προσαρμογής

· Ανεπαρκής πίεση ελέγχου

· Φθορά του έμβολο

Λύσεις:

· Ελέγξτε την πίεση του κυκλώματος ελέγχου

· Δοκιμάστε την ελευθερία κίνησης της σπαθιάς

· Μέτρηση της καθαρής θέσης του έμβολο/κωδικού κυλίνδρου

- Δεν ξέρω.Θέμα 2: Ανώμαλος θόρυβος- Δεν ξέρω.
Πιθανές αιτίες:

· Καβιτάση λόγω ανεπαρκούς αναρρόφησης

· Βλάβη που προκαλείται

· Φθορά παπουτσιών με έμβολο

Λύσεις:

· Ελέγξτε το φίλτρο αναρρόφησης

· Το φάσμα των δονήσεων του ελεγκτή

· Αποσυναρμολόγηση για την εξέταση κρίσιμων ζευγαριών τριβής

8. Μελλοντικές τάσεις ανάπτυξης και Τεχνολογικές προοπτικές

8.1 Κατευθύνσεις ανάπτυξης της τεχνολογίας των άξονων αντλιών με έμβολο

· Υψηλότερες ονομαστικές πιέσειςΣτόχος: 450 bar συνεχής λειτουργία

· Ευφυές προσαρμοστικό έλεγχο: Αυτομάθηση βελτιστοποίησης παραμέτρων με βάση τις συνθήκες λειτουργίας

· Εφαρμογές νέων υλικών: Κεραμικά έμβολο, έλκηθρα από σύνθετα υλικά κ.λπ.

· Περισσότερα συμπαγή σχέδια: 30% μεγαλύτερη πυκνότητα ισχύος

8.2 Καινοτομίες υδραυλικού συστήματος TBM

· Συστήματα υβριδικής ενέργειας: Συνδυασμένη άξονα αντλίας έμβολο και ηλεκτρική κίνηση κυλίνδρου

· Τεχνολογία ανάκτησης ενέργειας: Χρήση A4VSG σε λειτουργία κινητήρα για την ανάκτηση ενέργειας πέδησης

· Συμπληρωματικά ηλεκτροϋδραυλικά συστήματα: Εξάλειψη της πιλοτικής υδραυλικής με πλήρη ηλεκτρονικό έλεγχο

9Συμπεράσματα

Η αντλία με μεταβλητή μετατόπιση με άξονα έμβολο Rexroth A4VSG έχει γίνει το βασικό στοιχείο ισχύος στα σύγχρονα υδραυλικά συστήματα TBM λόγω της υψηλής απόδοσης πίεσης, του ευφυούς ελέγχου,και αξιόπιστη αντοχήΜέσω βελτιστοποιημένου σχεδιασμού και εφαρμογών έξυπνης τεχνολογίας ελέγχου,Το A4VSG όχι μόνο πληροί τις αυστηρές απαιτήσεις λειτουργίας του TBM, αλλά επιδεικνύει επίσης εξαιρετικές επιδόσεις στην εξοικονόμηση ενέργειας και την έξυπνη συντήρηση..

Καθώς η κατασκευή τούνελ προχωρά προς βαθύτερα, μακρύτερα και πιο γεωλογικά περίπλοκα έργα,Η τεχνολογία αντλιών με έμβολο θα συνεχίσει να καινοτομεί για να παρέχει στους TBM πιο ισχυρές και έξυπνες λύσεις ισχύοςΩς παγκόσμιος ηγέτης στην υδραυλική τεχνολογία, η Rexroth παραμένει αφοσιωμένη στην προώθηση της ανάπτυξης άξονων αντλιών, οδηγώντας τα υδραυλικά συστήματα TBM προς μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα, ευφυΐα,και περιβαλλοντική βιωσιμότητα.