Xi lanh thủy lực kích ống: Hướng dẫn đầy đủ

Vai trò của xi lanh thủy lực trong hoạt động kích ống

Kích ống là phương pháp lắp đặt đường ống không đào, trong đó các đoạn ống đúc sẵn được đẩy dần qua mặt đất từ trục phóng đến trục tiếp nhận, trong khi máy kích ống đồng thời đào đất ở mặt đường hầm. Toàn bộ lực đẩy đẩy hệ thống này về phía trước được tạo ra bởi kích ống xi lanh thủy lực được đặt trong trục phóng và gắn vào tường đẩy bê tông cốt thép. Những xi lanh này không phải là bộ phận ngoại vi - chúng là trái tim cơ học của toàn bộ hoạt động. Lực đầu ra, khả năng kiểm soát hành trình, độ ổn định áp suất và khả năng chống lại môi trường ngầm của chúng trực tiếp quyết định liệu việc truyền động kích ống thành công hay gặp phải các vấn đề tốn kém.

Không giống như xi lanh thủy lực được sử dụng trong các thiết bị xây dựng trên bề mặt, xi lanh thủy lực kích ống phải hoạt động trong một điều kiện kết hợp đòi hỏi khắt khe: lực đẩy duy trì cao, chu kỳ vận hành liên tục kéo dài, không gian làm việc của trục hạn chế và tiếp xúc thường xuyên với đất, nước ngầm và vật chất hạt mài mòn. Việc đáp ứng đồng thời tất cả các nhu cầu này đòi hỏi các xi lanh được thiết kế đặc biệt cho ứng dụng này — không được điều chỉnh từ thiết bị thủy lực đa năng — với mức áp suất cấp xây dựng, hệ thống bịt kín chính xác và thiết kế chống ô nhiễm được tích hợp ngay từ đầu.

Hiệu suất xi lanh thủy lực áp suất cao trong các ứng dụng lực đẩy ngầm

Lực kích cần thiết để đẩy một chuỗi các đoạn ống xuyên qua đất phải đồng thời vượt qua hai lực cản chính: lực cản bề mặt ở đầu cắt của máy kích ống và lực cản ma sát giữa bề mặt ngoài của dây ống và mặt đất xung quanh. Khi chiều dài truyền động tăng lên, lực cản ma sát tích lũy dọc theo toàn bộ chiều dài của đường ống được lắp đặt và lực kích cần thiết có thể tăng đáng kể - trong các truyền động dài, tổng tải trọng kích có thể lên tới vài nghìn kilonewton. Do đó, xi lanh thủy lực áp suất cao được sử dụng trong kích ống phải được đánh giá và chế tạo để duy trì các lực này một cách nhất quán trong suốt quá trình truyền động mà không làm giảm hiệu suất.

Áp suất vận hành trong hệ thống thủy lực kích ống thường dao động từ 250 bar đến 400 bar (khoảng 3.600 đến 5.800 PSI), với áp suất cao nhất xảy ra khi hệ thống gặp điều kiện mặt đất cứng hơn, thay đổi loại đất hoặc khi các trạm kích trung gian đang điều phối lực đẩy trên một quãng đường dài. Xi lanh thủy lực áp suất cao được thiết kế cho các ứng dụng này kết hợp với thùng xi lanh có thành dày được sản xuất từ ​​​​hợp kim thép cường độ cao, bề mặt lỗ khoan được mài giũa chính xác để giảm thiểu rò rỉ bên trong và đường kính cần piston công suất cao chống vênh dưới tải trọng nén cực lớn. Khả năng duy trì áp suất định mức của xi lanh mà không bỏ qua hoặc giảm áp suất là điều mà các kỹ sư mô tả là khả năng duy trì áp suất - một đặc tính gắn liền với chất lượng phốt, độ hoàn thiện lỗ khoan và kiểm soát dung sai sản xuất.

Hiệu suất duy trì áp suất đặc biệt quan trọng trong quá trình giữ - các khoảng thời gian trong chu kỳ kích khi quá trình nâng tạm dừng để hạ thấp và kết nối một đoạn ống mới. Trong những khoảng thời gian này, các xi lanh thủy lực phải giữ cho dây ống đứng yên trước mọi xu hướng đẩy lùi của mặt đất hoặc cột ống bị giãn. Một xi lanh cho phép bỏ qua áp suất trong quá trình giữ này sẽ cho phép dây ống bị trôi, ảnh hưởng đến độ chính xác căn chỉnh của đường ống được lắp đặt và có khả năng gây hư hỏng cấu trúc cho các mối nối ống.

Tại sao thiết kế chống bụi lại cần thiết cho độ tin cậy của xi lanh ngầm

Môi trường ngầm của trục phóng kích ống vốn không phù hợp với các bộ phận thủy lực chính xác. Khi quá trình khai quật diễn ra, các hạt đất mịn, cát, nước ngầm và mảnh vụn xây dựng liên tục hiện diện trong bầu không khí làm việc. Cần piston của xi lanh thủy lực đặc biệt dễ bị tổn thương: mỗi chu kỳ kéo dài và rút lại sẽ đưa bề mặt cần được đánh bóng ra khỏi thùng và phía sau xi lanh, và bất kỳ chất gây ô nhiễm nào có trên bề mặt cần tại thời điểm rút lại sẽ bị hút qua phớt gạt nước và vào bên trong xi lanh, nơi nó sẽ tăng tốc độ mài mòn trên các phớt động và cuối cùng ghi điểm vào bề mặt lỗ khoan.

Xi lanh thủy lực chống bụi được thiết kế có mục đích giải quyết rủi ro này thông qua hệ thống loại trừ ô nhiễm nhiều giai đoạn. Lớp bảo vệ ngoài cùng là một phớt gạt nước hạng nặng - còn được gọi là phớt gạt - được gắn ở tuyến thanh truyền và được thiết kế để loại bỏ vật lý các chất gây ô nhiễm lớn khỏi bề mặt thanh truyền trong mỗi hành trình rút dao. Đằng sau nó là một vòng đệm thanh thứ cấp cung cấp ranh giới áp suất thủy lực chính, hiện được bảo vệ khỏi ô nhiễm đã được loại bỏ ở giai đoạn gạt nước. Trong các ứng dụng kích ống đòi hỏi khắt khe, một số thiết kế xi lanh kết hợp thêm một vòng bụi dạng mê cung hoặc vòng nỉ giữa cần gạt nước và vòng bịt chính, tạo ra nhiều rào cản tuần tự chống lại sự xâm nhập của các hạt.

Bản thân bề mặt thanh cũng là một yếu tố quan trọng trong hiệu suất chống bụi. Lớp mạ crom cứng hoặc lớp phủ composite gốm được áp dụng cho cần piston mang lại bề mặt cứng, mịn, chống lại sự bám dính của các hạt và cho phép vòng đệm gạt nước và cần gạt hoạt động hiệu quả. Bề mặt thanh mềm hơn hoặc cứng hơn sẽ cho phép các hạt mài mòn bám vào kim loại, tạo ra tác động mài cục bộ phá hủy các vòng đệm nhanh chóng bất kể chất lượng của chúng như thế nào. Sự kết hợp giữa xử lý bề mặt trên thanh và bịt kín nhiều lớp ở vòng đệm là yếu tố mang lại cho xi lanh thủy lực chống bụi được chỉ định phù hợp khả năng chống lại môi trường ngầm bị ô nhiễm.

Thông số kỹ thuật chính của xi lanh thủy lực kích ống

Khi lựa chọn xi lanh thủy lực kích ống cho một dự án cụ thể, các kỹ sư phải đánh giá một số thông số kỹ thuật phụ thuộc lẫn nhau. Bảng dưới đây phác thảo các loại thông số kỹ thuật chính và ý nghĩa thực tế của chúng:

Tính ổn định và đồng bộ hóa trong vận hành trong hệ thống kích đa xi lanh

Hầu hết các thiết lập kích ống trong trục phóng không chỉ sử dụng một mà nhiều xi lanh thủy lực kích ống được bố trí đối xứng xung quanh vòng lực đẩy - thường là hai, bốn hoặc sáu xi lanh, tùy thuộc vào đường kính ống và công suất lực đẩy yêu cầu. Để chuỗi ống tiến lên theo đường thẳng mà không bị quay hoặc lệch tại các khớp nối thì tất cả các trụ trong dãy phải kéo dài đồng bộ, tác dụng một lực bằng nhau và tiến lên với tốc độ như nhau. Lực đẩy mất cân bằng trên nhóm xi lanh sẽ tạo ra tải lệch tâm lên các mối nối ống và có thể gây ra sai lệch góc trong đường ống thẳng hàng - một vấn đề tốn kém để khắc phục khi truyền động giữa.

Độ ổn định vận hành trong cấu hình nhiều xi-lanh phụ thuộc vào cả thiết kế mạch thủy lực và tính nhất quán cơ học của từng xi-lanh. Van điều khiển lưu lượng theo tỷ lệ hoặc hệ thống đồng bộ hóa tích cực trong mạch thủy lực quản lý việc phân phối lưu lượng giữa các xi lanh trong thời gian thực, bù đắp cho những khác biệt nhỏ về ma sát hoặc tải trọng. Ở cấp độ xi lanh, dung sai chế tạo chặt chẽ về đường kính lỗ khoan và ma sát vòng đệm đảm bảo rằng mỗi xi lanh phản ứng nhất quán với cùng một áp suất đầu vào - một yêu cầu đòi hỏi chế tạo chính xác chứ không chỉ ở mức áp suất phù hợp.

Tiêu chí lựa chọn cho đặc điểm kỹ thuật xi lanh dành riêng cho dự án

Việc chọn đúng xi lanh thủy lực kích ống cho một dự án đòi hỏi phải đánh giá một cách có hệ thống địa điểm cụ thể và các điều kiện vận hành. Các yếu tố sau đây sẽ hướng dẫn quá trình đặc tả:

• Chiều dài ổ đĩa và đường kính ống: Truyền động dài hơn và đường kính ống lớn hơn tạo ra tổng lực cản ma sát cao hơn, đòi hỏi xi lanh có đường kính lỗ khoan lớn hơn, xếp hạng áp suất vận hành cao hơn và hiệu suất duy trì áp suất mạnh mẽ hơn để duy trì lực đẩy trong suốt truyền động.
• Điều kiện mặt bằng: Các loại đất sét dính, cát hạt, sỏi và các điều kiện bề mặt hỗn hợp đều có các đặc tính ma sát và sức cản bề mặt khác nhau. Trong đất dạng hạt hoặc hỗn hợp, nơi mà chất gây ô nhiễm xâm nhập nghiêm trọng nhất, việc chỉ định xi lanh thủy lực chống bụi có khả năng bịt kín nhiều giai đoạn nâng cao là đặc biệt quan trọng.
• Sự hiện diện của nước ngầm: Trong điều kiện mặt đất bão hòa, hình trụ và bề mặt bên ngoài của chúng sẽ tiếp xúc với độ ẩm liên tục. Việc xử lý thanh chống ăn mòn và thiết kế nắp cuối được bảo vệ là rất cần thiết để ngăn ngừa hư hỏng vòng đệm do ăn mòn gây ra trong quá trình truyền động kéo dài.
• Kết hợp độ dài hành trình: Hành trình xi lanh phải phù hợp với chiều dài tiêu chuẩn của các đoạn ống được lắp đặt. Hành trình quá ngắn đòi hỏi phải có thêm hành trình trung gian và định vị lại, làm chậm bộ truyền động và tăng độ phức tạp khi vận hành.
• Khả năng tương thích của trạm kích trung gian: Đối với các bộ truyền động đường dài yêu cầu trạm kích trung gian (IJS) được đặt trong chính chuỗi ống, xi lanh IJS phải đủ nhỏ gọn để vừa với vành khuyên ống trong khi vẫn đáp ứng các thông số lực đẩy cần thiết — một thách thức thiết kế đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa kỹ sư hệ thống thủy lực và nhà sản xuất máy kích ống.

Thực hành bảo trì bảo vệ hiệu suất xi lanh dưới lòng đất

Ngay cả các xi lanh thủy lực kích ống được chỉ định chắc chắn nhất cũng yêu cầu thực hành bảo trì có cấu trúc để mang lại hiệu suất đáng tin cậy trên toàn bộ bộ truyền động. Môi trường vận hành dưới lòng đất khiến cho việc bảo trì chủ động trở nên quan trọng hơn so với thiết bị trên mặt đất - các vấn đề phát sinh dưới lòng đất khó khắc phục hơn và tốn kém hơn nhiều so với trên bề mặt.

• Kiểm tra thanh hàng ngày: Trước mỗi phiên kích, hãy kiểm tra trực quan bề mặt cần piston để phát hiện các vết khía, rỗ, ăn mòn hoặc các hạt bám dính. Bất kỳ khiếm khuyết bề mặt nào trên thanh sẽ làm tăng tốc độ mài mòn của phốt theo cấp số nhân; các thanh có vết hư hỏng rõ ràng phải được đánh giá ngay trước khi tiếp tục truyền động.
• Giám sát chất lượng dầu thủy lực: Chất lỏng thủy lực bị nhiễm bẩn là nguyên nhân hàng đầu gây mòn phớt bên trong và các bộ phận trong hệ thống xi lanh thủy lực áp suất cao. Việc lấy mẫu chất lỏng và phân tích số lượng hạt thường xuyên cho phép giám sát mức độ ô nhiễm theo mục tiêu về độ sạch của ISO và các bộ lọc phải được thay thế đúng lịch thay vì chạy đến mức hỏng hóc.
• Kiểm tra tình trạng con dấu: Theo dõi bất kỳ sự rò rỉ bên ngoài nào tại đệm thanh truyền - ngay cả một lượng nhỏ chất lỏng thủy lực chảy ra cũng là dấu hiệu sớm đáng tin cậy cho thấy thanh truyền hoặc vòng đệm thứ cấp đã bị tổn hại. Việc giải quyết vấn đề bịt kín trong khoảng thời gian hạ đường ống theo lịch trình sẽ ít gây gián đoạn hơn nhiều so với việc dừng đột ngột giữa hành trình.
• Kiểm tra và phục hồi sau lái xe: Sau mỗi lần truyền động hoàn thành, các xi lanh phải được mở rộng hoàn toàn, làm sạch và kiểm tra độ mòn trước khi triển khai lại. Các vòng đệm nên được thay thế như một biện pháp phòng ngừa định kỳ bất kể tình trạng rõ ràng như thế nào, tùy theo mức độ nghiêm trọng của môi trường vận hành dưới lòng đất.

Xi lanh thủy lực kích ống được chỉ định và bảo trì đúng cách — kết hợp khả năng đẩy của xi lanh thủy lực áp suất cao được chế tạo có mục đích với khả năng chống ô nhiễm của thiết kế xi lanh thủy lực chống bụi được thiết kế hoàn chỉnh — mang lại độ tin cậy vận hành, độ chính xác căn chỉnh và tuổi thọ sử dụng mà việc xây dựng đường ống ngầm hiện đại đòi hỏi.