Hidrauliskā akmeņurbuma kodolparametri: pilnīga ietekmes enerģijas, ātruma un plūsmas analīze

Katrs hidrauliskais akmeņu urbītājs tehniskajās specifikācijās uzskaita trīs skaitļus: trieciena enerģiju džoulos, trieciena frekvenci hercos un nepieciešamo eļļas plūsmu litros minūtē. Tehniskajās specifikācijās nav paskaidrots, ka šie trīs skaitļi ir saistīti ar vienu jaudas vienādojumu, tāpēc tos nevar novērtēt atsevišķi. Trieciena jauda ir vienāda ar trieciena enerģiju, reizinātu ar frekvenci: P = E × f. Šo jaudu nodrošina hidrauliskais ievads: P_in = ΔP × Q. Trieciena jaudas attiecība pret hidrauliskās ieejas jaudu ir enerģijas izmantošanas efektivitāte — un tieši šis rādītājs nosaka, cik liela daļa no jūsu transportlīdzekļa degvielas patēriņa tiek pārvērsta noderīgā akmeņu sadrumstalošanā.

Drifteri ar identiskām tehniskajām specifikācijām, bet atšķirīgu energoefektivitāti (par 8–10 procentpunktiem), praksē var darboties ļoti atšķirīgi. 180 džoulu drifteris ar 50 % efektivitāti veic tikpat lielu noderīgo triecien darbu kā 162 džoulu drifteris ar 55,5 % efektivitāti — taču pirmais patērē vairāk degvielas un rada vairāk siltuma uz katru izurbto metru. Efektivitātes rādītājs gandrīz nekad netiek norādīts tehniskajās specifikācijās. Šajā rakstā paskaidrota, kas nosaka šo rādītāju, un kā trīs galvenie parametri ir saistīti ar to.

Trieciena enerģija: kinētiskā enerģija uz stieņa galas virsmas

Udara enerģija ir definēta kā dzinēja kinētiskā enerģija brīdī, kad tas saskaras ar vārpstu: E = ½ × m × v². Dzinēja masa m ir noteikta konstrukcijas ietvaros; dzinēja ātrums v sadursmē tiek regulēts ar hidraulisko sistēmu, izmantojot spiedienu darba gaitā un dzinēja cilindra laukumu. Augstāks udara spiediens → ātrāks dzinējs → augstāka udara enerģija — taču tikai līdz tai robežai, kurā apgriešanas vārsts joprojām var pārslēgties sinhroni ar dzinēja stāvokli.

Kad perkusijas spiediens pārsniedz apgriežamā vārsta projektēto laika intervālu, sviruļa galiņš nonāk uz stieņa, pirms vārsts ir pabeidzis savu pārslēgšanos. Notiek divas lietas: priekšējā kamera vēl nav pilnībā savienota ar atgriešanu, tāpēc sviruļa galiņš bremzējas sadursmes brīdī, un priekšējā kamerā palikušais daļējais spiediens rada otru triecienu pēc sviruļa galiņa atsperšanās. Abi efekti samazina kopējo trieciena enerģiju, pat ja ieejas spiediens ir augstāks. Pētījumi par YZ45 caurulītes vārsta tipa urbītājiem mērīja enerģijas izmantošanas efektivitāti, kas sasniedza maksimumu 12,8–13,6 MPa diapazonā, kur efektivitāte pārsniedza 58,6 %. Šī spiediena diapazona virsotnē efektivitāte samazinājās — lielāka ieejas jauda, bet mazāka perkusijas izvade uz vienu ieejas vienību.

Laukā iegūtā trieciena enerģija parasti ir 10–15 % zemāka nekā laboratorijas specifikācijā norādītā vērtība. Laboratorijas testēšanā izmanto stingru, fiksētu pretudari; laukā darbinoties, rodas urbuma virknes elastība, nepilnīga urbja un klints saskare un faktiski hidrauliskie apstākļi, kas atšķiras no kalibrētā testēšanas uzstādījuma. Katalogā norādīts drifteris ar 200 J enerģiju ražošanas apstākļos pie urbja stieņa nodrošina aptuveni 170–180 J.

Trieciena frekvence: kur enerģija un ātrums ir kompromisa jautājums

Frekvence (Hz) un trieciena enerģija nav neatkarīgas, ja hidrauliskā ieejas jauda ir noteikta. Pastāvot nemainīgam piegādes spiedienam un plūsmai, augstāka frekvence nozīmē vairāk triecienu sekundē, bet mazāku enerģijas uzkrāšanos katrā triecienā (īsāks sviru gaita). Zemāka frekvence nozīmē garāku gaitu, lielāku enerģiju katrā triecienā un mazāk triecienu sekundē. Pētījumi par divreizēji amortizētiem urbšanas mehānismiem parādīja, ka, mainot amortizācijas plūsmas un barošanas spēka kombināciju, trieciena frekvenci var pārvietot no zem 30 Hz līdz virs 45 Hz — turklāt maksimālā urbšanas jauda tika sasniegta pie E×f kombinācijas, kas līdzsvaroja enerģiju katrā triecienā pret triecienu biežumu, nevis kādā no galējām vērtībām.

Augstas frekvences dizains (50–80 Hz, tipiskā trieciena enerģija 30–80 J) efektīvi urbja mīkstus līdz vidēji cietiem akmeņiem, jo katrs trieciens ieduras pieļaujamā dziļumā, un frekvence nodrošina urbuma progresēšanas ātrumu. Standarta frekvences dizains (30–45 Hz, 80–300 J) efektīvi urbja cietus akmeņus, jo katram triecienam jāpārsniedz akmeņa plaisu veidošanās slieksnis, lai tas būtu produktīvs — cietās veidojumu UCS vērtībām virs 150 MPa frekvences palielināšana bez trieciena enerģijas palielināšanas rada triecienus, kuru enerģija ir zemāka par sliekšņa vērtību, tādējādi radot siltumu un nodilumu, bet neveicinot urbuma progresēšanu.

Eļļas plūsma: Ķēdes maksimālā vērtība

Eļļas plūsmas Q vērtība nosaka augšējo robežu trieciena jaudai, ko var iegūt no hidrauliskās shēmas: P_available = ΔP × Q. Drifteris, kam nepieciešamas 140 L/min pie 180 bar, bet kas saņem tikai 110 L/min no transportlīdzekļa, darbojas ar P_available = 180 × (110/1000) = 19,8 kW vietā par paredzētajām 180 × (140/1000) = 25,2 kW — tas ir 78,6 % no tā nominālās trieciena jaudas. Šis trūkums nav redzams trieciena spiediena mērītājā (kurš rāda shēmas spiedienu, nevis piegādāto jaudu), nav redzams operatoram (urbuma dziļuma sajūta 'parasta' mīkstā veidojumā), un tas kļūst redzams tikai tad, kad salīdzina faktisko urbuma dziļumu uz maiņu ar paredzēto ātrumu.

Akumulators kompensē neatbilstību starp sūkņa piegādes ātrumu un driftera momentāno plūsmas patēriņu maksimālās trieciena cikla laikā. Kad akumulatora priekšpiespiegums atbilst specifikācijai — augstspiediena akumulatoram 80–90 bar — gāzes spilvens uzkrāj eļļu zema patēriņa fāzēs un to atbrīvo maksimālās slodzes laikā trieciena cikla jaudas stadijā, tādējādi izlīdzinot spiedienu kontūrā. Pārāk zems akumulatora spiediens neļauj efektīvi uzkrāt vai atbrīvot eļļu; trieciena kontūrā rodas spiediena svārstības zobu formas („ciršanas”) vietojā stabila darba spiediena, kā rezultātā gan trieciena biežuma stabilitāte, gan enerģija katrā triecienā samazinās.

Galveno parametru atsauces tabula

Kāpēc efektivitāte ir tas, ko jums patiesībā vajadzētu iegādāties

Salīdzinot divus triecienurīkus iegādes lēmuma pieņemšanai, trieciena efektivitātes attiecība pret patērēto ieejas jaudu sniedz vairāk informācijas par ekspluatācijas izmaksām nekā vienīgi trieciena enerģijas vērtība. Triecienurīks ar 56 % efektivitāti patērē 25,2 kW, lai nodrošinātu 14,1 kW trieciena darba. Triecienurīks ar 47 % efektivitāti patērē 25,2 kW, lai nodrošinātu 11,8 kW — tāda pati degvielas patēriņa apjoms, bet 19 % mazāk noderīga trieciena darba. Ražošanas raktuvē ar 2000 trieciena stundām gadā šī 19 % atšķirība noderīgajā darbā kumulējas caur urbšanas stieņu izmaksām, degvielas izmaksām un dienas ražošanas mērķiem (metros dienā).

Blīvējuma stāvoklis ir visbiežākais neuzraudzītais efektivitātes zuduma iemesls. Percusijas blīvējums, kas ļauj izlaidīt 8 % no paredzētā spiediena starpības, samazina efektīvo ΔP par 8 %, tādējādi proporcionāli samazinot E un proporcionāli samazinot efektivitāti. Manometrs rāda „normālu” vērtību, jo tas mēra kontūras spiedienu, nevis blīvējuma stāvokli. Regulāra eļļas paraugu ņemšana daļiņu skaita noteikšanai un atgrieztās eļļas temperatūras uzraudzība ļauj novērst šo degradāciju pirms tā kļūst redzama penetrācijas ātruma tendencē. HOVOO piedāvā percusijas blīvējumu komplektus no PU un HNBR visām lielākajām drifteru platformām. Pilnas modeļu atsauces vietnē hovooseal.com.