ما هي حلقات الانزلاق الهيدروليكية المستخدمة؟
كما تعلمون، لقد كنت أعمل مع المعدات الدوارة منذ ما يقرب من 15 عامًا، وحلقات الانزلاق الهيدروليكية هي واحدة من تلك المكونات التي لا يتحدث عنها أحد حقًا حتى يحدث خطأ كارثي. في الشهر الماضي، هبطت رافعة في منشأة ميناء في لونج بيتش-وتبين أن حلقة الانزلاق الهيدروليكية كانت تتسرب لأسابيع، لكن المشغل استمر في إضافة السوائل. بحلول الوقت الذي استدعونا فيه، كان هناك زيت هيدروليكي في كل مكان وتم إطلاق النار على آلية الدوران بأكملها.
الأساسيات (ولكن ليس نسخة الكتاب المدرسي)
لذا فإن حلقات الانزلاق الهيدروليكية-يطلق عليها الأشخاص أحيانًا اسم الاتحادات الدوارة، أو الحلقات الهيدروليكية، أو المفاصل الهيدروليكية الدوارة، اعتمادًا على من تتحدث إليه-فهي في الأساس ما يتيح لك ضخ السائل الهيدروليكي من مصدر ثابت إلى شيء يدور. فكر في الأمر مثل... حسنًا، تشبيه سيء، لكن تخيل أنك تحاول ملء دلو بالماء أثناء دورانه على عجلة فخارية. أنت بحاجة إلى طريقة لتوصيل المياه إلى هناك دون أن تذهب إلى كل مكان.
المكان الأكثر شيوعا أرى هذه؟ الرافعات. رافعات البناء، ورافعات السفن -إلى الشاطئ، والرافعات المتنقلة، والرافعات الزاحفة-إذا كانت ترفع الأشياء الثقيلة وتدور، فمن المحتمل أن يكون هناك حلقة انزلاق هيدروليكية. ولكن هذا مجرد خدش السطح.
أين تجدهم بالفعل (وأين ينكسرون)
توربينات الرياحهم مستخدمون ضخمون لحلقات الانزلاق الهيدروليكية الآن. تحتاج أنظمة التحكم في درجة الميل إلى طاقة هيدروليكية لضبط زوايا الشفرة، ومن الواضح أن الكنة تدور مع اتجاه الريح. لقد عملت في مشروع تحديث Vestas V90 في عام 2019، وكنا نستبدل حلقات الانزلاق التي كانت مدة خدمتها أقل من 8 سنوات. قالت مواصفات OEM 20 عامًا. لماذا؟ تآكل الهواء الملحي الناتج عن المنشآت الساحلية. لا أحد يفكر في ذلك عندما يقومون بحسابات التصميم الأولية.
وتستخدمها صناعة النفط البحرية على نطاق واسع أيضًا-منصات الحفر، على وجه الخصوص. ولكن هناك شيء مثير للاهتمام: تختلف أوضاع الفشل تمامًا عن التطبيقات الأرضية-. كان لدينا منصة في خليج المكسيك حيث كانت موانع التسرب الحلقية تتعطل كل 6-8 أشهر. لقد تبين أن مزيج الحرارة (يصبح ساخنًا هناك بالقرب من أرضية الحفر) والنوع المحدد من السائل الهيدروليكي الاصطناعي الذي كانوا يستخدمونه كان يكسر أختام Viton. تم التبديل إلى أختام HNBR وانتهت المشكلة. تكلف حوالي 12 ألف دولار إضافية لكل وحدة، ولكن عندما يصل وقت التوقف عن العمل إلى 500 ألف دولار في اليوم، فأنت لا تهتم حقًا.
التطبيقات العسكرية-أنظمة الرادار وأبراج الدبابات وأنظمة المدافع البحرية. لا أستطيع أن أتحدث عن الكثير من هذه الأشياء بسبب اتفاقيات عدم الإفشاء، ولكن اسمحوا لي أن أقول أنه عندما تحتاج إلى تدوير مجموعة رادارية بوزن 5 أطنان أثناء ضخ السائل الهيدروليكي عند 3000 رطل لكل بوصة مربعة، فإن الهندسة تصبح مثيرة للاهتمام بسرعة. في بعض الأحيان تحتوي حلقات الانزلاق الخاصة بهذه التطبيقات على مسارات تدفق زائدة عن الحاجة، وهو ما يعني في الأساس أنه في حالة فشل إحدى القنوات، فستحصل على نسخة احتياطية. لقد رأيت وحدات تحتوي على ما يصل إلى 8 ممرات هيدروليكية مستقلة في مبيت واحد.
المعدات الطبية هي مجال آخر يفاجئ الناس. تستخدم الماسحات الضوئية المقطعية وبعض الروبوتات الجراحية المتخصصة حلقات الانزلاق الهيدروليكية. يمثل تطبيق الماسح الضوئي المقطعي المحوسب تحديًا خاصًا لأنك تحتاج إلى دوران سلس وخالي من الاهتزاز- مع الحفاظ على تدفق دقيق للسوائل. كان على الماسح الضوئي الذي عملنا معه في UCLA Medical أن يحافظ على تناسق التدفق في حدود ±2% أثناء الدوران بسرعة 180 دورة في الدقيقة. حاول القيام بذلك باستخدام التوصيلات الهيدروليكية التقليدية.
التحديات الهندسية لا أحد يحذرك منها
يعد انخفاض الضغط عبر حلقة الانزلاق أحد الأشياء التي تبدو بسيطة على الورق ولكنها تسبب صداعًا لا نهاية له في التركيبات الحقيقية. لقد رأينا أنظمة حيث قام المهندسون بحساب كل شيء بشكل مثالي للمحركات والأسطوانات، لكنهم نسوا تمامًا حساب انخفاض الضغط بمقدار 150 رطل لكل بوصة مربعة عبر حلقة الانزلاق. نتيجة؟ التشغيل البطيء، المضخة المحمومة، تقصير عمر المكونات.
درجة الحرارة هي القاتل الصامت. يصبح السائل الهيدروليكي ساخنًا عندما يعمل بجد، وعندما تدفعه عبر الخلوص الضيق في حلقة الانزلاق (نحن نتحدث عن 0.001 إلى 0.003 بوصة في معظم التصميمات)، فإنه يولد المزيد من الحرارة. لقد قمت بقياس درجات حرارة مبيت الحلقة الانزلاقية التي تزيد عن 180 درجة فهرنهايت على الحفارات التي تعمل في فصول الصيف في أريزونا. في تلك درجات الحرارة، أنت على حافة ما يمكن أن تتعامل معه معظم موانع التسرب الهيدروليكية على المدى الطويل-.
أشياء-عالمية حقيقية ذات أهمية
التثبيت هو المكان الذي تبدأ فيه معظم المشاكل. يجب محاذاة حلقة الانزلاق بشكل صحيح مع محور التدوير-عادةً في حدود 0.005 بوصة TIR (إجمالي الجريان المشار إليه). لقد رأيت الكثير من التركيبات حيث قام شخص ما بتثبيتها للتو ووصفها بأنها جيدة. وبعد ثلاثة أشهر، يتساءلون عن سبب التسرب.
أوه، وهنا شيء غير موجود في أي دليل: يجب إعادة تدوير مسامير التثبيت بعد أول 50-100 ساعة من التشغيل. يؤدي التدوير الحراري إلى تسوية الأمور. لا أحد يفعل هذا. أبدًا. ثم يلومون الشركة المصنعة عندما تبدأ في التسرب بعد 2000 ساعة بدلاً من 10000 ساعة.
يعد تكوين المنفذ أمرًا أكثر أهمية مما يعتقده الناس. يمكنك الحصول على حلقات منزلقة ذات منافذ جانبية أو منافذ محورية أو كليهما. لتطبيق الرافعة، نستخدم عادة المنافذ الجانبية على الجانب الثابت والمنافذ المحورية على الجانب الدوار. ولكن على توربينات الرياح حيث المساحة ضيقة؟ في بعض الأحيان تكون عالقًا في أي شيء يعمل جسديًا، حتى لو كان ذلك يعني بعض أعمال السباكة غير الملائمة.
كل ما يتعلق بالتسويق "للصيانة-المجانية""؟ نعم، هذا في الغالب هراء. من المؤكد أن حلقة الانزلاق نفسها قد لا تحتاج إلى صيانة منتظمة، ولكن النظام الهيدروليكي المحيط بها يحتاج بالتأكيد. التلوث هو العدو رقم واحد قطعة واحدة من المعدن من مضخة مهترئة، وقطعة واحدة من المطاط من خرطوم متدهور، ويمكن أن تخدش الأسطح المانعة للتسرب. لقد قمنا بكشط حلقات الانزلاق بعد العثور على جزيئات معدنية بالكاد يمكنك رؤيتها باستخدام العدسة المكبرة 10x.
التطبيقات التي لم أذكرها بعد
التصنيع الآلي-جداول النقل، وجداول الفهرسة الدوارة، وتركيبات التجميع. تعمل هذه عادةً عند ضغوط أقل (800-1500 رطل لكل بوصة مربعة) ولكن بمعدلات دورة أعلى بكثير. لقد رأيت حلقات انزلاقية على خطوط تجميع السيارات التي تدور من 10 إلى 12 مرة في الدقيقة، على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع. يختلف حساب العمر المتوقع لهذه الرافعات تمامًا عن الرافعة التي قد تدور مرة واحدة كل بضع دقائق.
تستخدم مصانع الصلب حلقات الانزلاق الهيدروليكية في أبراج المغرفة وفي بعض تكوينات مصانع الدرفلة. تتميز البيئة بظروف قاسية-من الحرارة والقياس والاهتزاز والصدمات. قمنا بتوفير 4-حلقة انزلاقية للممر لبرج متحرك مستمر يتحمل درجات حرارة تصل إلى 200 درجة فهرنهايت ورذاذ الماء العرضي. غلاف مخصص مقاوم للصدأ، ودوار مطلي بالسيراميك-، وأختام خاصة تتحمل درجات الحرارة العالية. استمرت 7 سنوات قبل أن تحتاج إلى إعادة بناء. شعر العميل بسعادة غامرة لأن الوحدة السابقة استمرت أقل من 3 سنوات.
صناعة الترفيه-معدات المسرح، والمنصات الدوارة، ومنصات الهواء للحفلات الموسيقية والعروض. المتطلبات مثيرة للاهتمام لأنك تحتاج إلى عملية موثوقة، ولكن دورة العمل عادة ما تكون خفيفة جدًا. ويكمن التحدي في التعبئة-والحفاظ على حجمها صغيرًا وخفيفًا مع الاستمرار في التعامل مع التدفق الكافي لأسطوانات هيدروليكية متعددة.
الأشياء التي تسوء (قائمة جزئية)
من المحتمل أن يكون فشل الختم هو 60% من المشاكل التي نراها. يمكن أن يكون هناك اختيار خاطئ للمواد، أو قد يكون هناك تلوث، أو قد يكون هناك ارتفاع في الضغط، أو يمكن أن يكون التثبيت غير صحيح. في بعض الأحيان يكون مجرد سوء الحظ.
تحدث حالات فشل المحامل أيضًا ، ولكن في كثير من الأحيان أقل. عادةً ما يكون ذلك بسبب عدم اتباع شخص ما لإرشادات سعة التحميل. فقط لأن الحلقة المنزلقة يمكنها التعامل مع 3000 رطل لكل بوصة مربعة هيدروليكيًا، لا يعني أنها تستطيع دعم حمل لحظي يبلغ 5000 رطل. تحقق من منحنيات سعة الحمولة الخاصة بالشركة المصنعة. إنهم موجودون لسبب ما.
ضرر التجويف-لقد رأيت هذا في تطبيقات التدفق العالي-حيث تصبح سرعة التدفق عالية للغاية وينخفض الضغط المحلي إلى ما دون ضغط البخار. وينتهي بك الأمر بتكوين فقاعات صغيرة وانهيارها، مما يؤدي إلى تآكل المعدن. يبدو مثل السفع الرملي من الداخل. عادة ما يكون الحل عبارة عن حلقة انزلاق أكبر أو تقليل معدل التدفق، ولا يرغب العميل في سماع أي منهما.
يعد التلوث المتبادل-بين الممرات أمرًا نادرًا ولكنه كارثي عند حدوثه. كانت هناك حلقة انزلاقية مكونة من 6-ممر في أحد تطبيقات معدات الغابات حيث فشل الختم داخليًا وسمح بتدفق الضغط العالي-إلى خط إرجاع منخفض الضغط. أدى ارتفاع الضغط الناتج إلى تفجير ثلاث أسطوانات هيدروليكية مختلفة. يوم باهظ الثمن.
حقائق التكلفة
يمكن أن تكلف حلقة انزلاق المرور الأساسية الواحدة- لخدمة 3000 رطل لكل بوصة مربعة ما بين 800 إلى 2000 دولار اعتمادًا على حجم التجويف والميزات. وحدات متعددة الممرات للتطبيقات المعقدة؟ لقد رأيت عروض أسعار تزيد عن 25000 دولار للوحدات المتخصصة. تصميمات مخصصة بمواد غريبة؟ السماء هي الحد.
ولكن هذا هو الأمر-فعادةً ما تمثل الحلقة الانزلاقية نفسها جزءًا صغيرًا من إجمالي تكلفة النظام. قد تكلف الرافعة 2 مليون دولار. ربما تكون حلقة الانزلاق الهيدروليكية 5000 دولار. ولكن إذا فشلت حلقة الانزلاق هذه، فمن الممكن أن تحصل على 50 دولارًا،000+ من تكاليف التوقف. ولهذا السبب نوصي دائمًا بالاحتفاظ بنسخة احتياطية في متناول اليد للتطبيقات المهمة، على الرغم من أن معظم العملاء لا يريدون سماع ذلك.
ما أقوله للناس عندما يحددون نظامًا جديدًا
قم بمطابقة سعة التدفق مع متطلباتك الفعلية، وليس فقط سعة المضخة. لقد رأيت عددًا كبيرًا جدًا من حلقات الانزلاق كبيرة الحجم حيث يكون معدل التدفق الفعلي نصف ما يمكن أن تتعامل معه حلقة الانزلاق. ينتهي بك الأمر بسرعات منخفضة ومشكلات ركود محتملة.
فكر في إمكانية الخدمة. هل يمكنك بالفعل استبدال حلقة الانزلاق دون تفكيك الجهاز بأكمله؟ لقد عملت على التركيبات حيث يتطلب تغيير حلقة الانزلاق تفكيك الرافعة لمدة 3 أيام. ليست مثالية.
مسائل الختم البيئي. إذا كنت في بيئة متربة، فإن التحكم في التلوث أمر بالغ الأهمية. تحتاج البيئات البحرية إلى مواد مقاومة للتآكل-. تحتاج درجات الحرارة القصوى إلى اهتمام خاص بمواد الختم والتراخيص.
ويرجى تحديد السائل الهيدروليكي الصحيح. تصمم الشركة المصنعة لحلقة الانزلاق خصائص معينة للسوائل-اللزوجة والمواد المضافة والمخزون الأساسي. إن استخدام سوائل بديلة عشوائية أمر يثير المتاعب.
المستقبل (ربما)
هناك أعمال تطوير جارية على-أنظمة الاقتران المغناطيسي التي لا تلامس والتي من المحتمل أن تحل محل حلقات الانزلاق الهيدروليكية في بعض التطبيقات. والفكرة هي استخدام محرك مغناطيسي لضخ السوائل من خلال نظام مغلق دون أي أختام دوارة. مفهوم مثير للاهتمام، لكنني لم أره يعمل بشكل جيد فوق حوالي 1500 رطل لكل بوصة مربعة حتى الآن. سنرى.
تعمل بعض الشركات المصنعة على تطوير مجموعات أجهزة استشعار متكاملة تعمل على مراقبة سلامة الحلقة الانزلاقية-درجة الحرارة والضغط والاهتزاز. الصيانة التنبؤية بدلاً من الإصلاح التفاعلي. من المنطقي من الناحية النظرية. ومن الناحية العملية، لا يرغب معظم العملاء في دفع قسط الإصدار الذكي عندما يكون الإصدار الأساسي بنصف السعر.
والحقيقة هي أن حلقات الانزلاق الهيدروليكية هي تقنية ناضجة تعمل بشكل جيد عند تطبيقها بشكل صحيح. ولن تختفي في أي وقت قريب، على الرغم مما قد يدعيه بعض الأشخاص في الصناعة بشأن المستقبل "-الكهربائي بالكامل". لا تزال المكونات الهيدروليكية توفر مزايا من حيث كثافة الطاقة والموثوقية التي يصعب مطابقتها مع المحركات الكهربائية، خاصة في البيئات القاسية.