Za kaj se uporabljajo hidravlični drsni obroči?
Veste, z rotacijsko opremo delam že skoraj 15 let in hidravlični drsni obroči so ena tistih komponent, o katerih nihče ne govori, dokler ne gre kaj katastrofalno narobe. Prejšnji mesec se nam je v pristanišču v Long Beachu porušil žerjav-izkazalo se je, da je hidravlični drsni obroč puščal več tednov, vendar je upravljavec samo dodajal tekočino. Ko so nas poklicali, je bilo hidravlično olje povsod in celoten rotacijski mehanizem je bil prestreljen.
Osnove (vendar ne učbeniška različica)
Torej hidravlične drsne obroče-včasih ljudje imenujejo rotacijski spoji, hidravlični vrtilci ali rotacijski hidravlični spoji, odvisno od tega, s kom se pogovarjate-v bistvu so tisto, kar vam omogoča črpanje hidravlične tekočine iz mirujočega vira v nekaj, kar se vrti. Pomislite na to kot ... v redu, slaba analogija, ampak predstavljajte si, da poskušate napolniti vedro z vodo, medtem ko se vrti na lončarskem vretenu. Potrebujete način, kako vodo spraviti tja, ne da bi šla povsod.
Kje jih najpogosteje vidim? Žerjavi. Gradbeni žerjavi, žerjavi--na obalo, mobilni žerjavi, žerjavi goseničarji-če dviguje težke stvari in se vrti, je verjetno vpleten hidravlični drsni obroč. Ampak to je samo praskanje po površini.
Kje jih dejansko najdete (in kje se zlomijo)
Vetrne turbineso zdaj veliki uporabniki hidravličnih drsnih obročev. Sistemi za nadzor naklona potrebujejo hidravlično moč za prilagajanje kotov lopatic in očitno se gondola vrti s smerjo vetra. Leta 2019 sem delal na projektu nadgradnje Vestas V90 in zamenjali smo drsne obroče, ki so imeli manj kot 8 let življenjske dobe. OEM specifikacija pravi 20 let. Zakaj? Korozija s solnim zrakom zaradi obalne instalacije. Nihče ne razmišlja o tem, ko dela začetne načrtovalske izračune.
Naftna industrija na morju jih pogosto uporablja-zlasti vrtalne ploščadi. Toda tukaj je nekaj zanimivega: načini napak so popolnoma drugačni od kopenskih-aplikacij. Imeli smo ploščad v Mehiškem zalivu, kjer so tesnila drsnih obročev odpovedala vsakih 6-8 mesecev. Izkazalo se je, da je kombinacija toplote (tam spodaj blizu vrtalnega dna postane VROČE) in posebne vrste sintetične hidravlične tekočine, ki so jo uporabljali, pokvarila tesnila iz vitona. Preklopil sem na tesnila HNBR in težava je izginila. Stane približno 12.000 $ več na enoto, a ko vaš čas izpada znaša 500.000 $ na dan, vam ni prav vseeno.
Vojaške aplikacije-radarski sistemi, tankovske kupole, mornariški topovski sistemi. Ne morem govoriti o veliko teh stvareh zaradi NDA, vendar naj povem, da ko morate zavrteti 5-tonski radarski niz, medtem ko črpate hidravlično tekočino pri 3000 PSI, postane inženiring hitro zanimiv. Drsni obroči za te aplikacije imajo včasih odvečne pretočne poti, kar v bistvu pomeni, da imate rezervno, če en kanal odpove. Videl sem enote z do 8 neodvisnimi hidravličnimi prehodi v enem ohišju.
Medicinska oprema je drugo področje, ki preseneča ljudi. CT skenerji in nekateri specializirani kirurški roboti uporabljajo hidravlične drsne obroče. Uporaba skenerja CT je še posebej zahtevna, ker potrebujete gladko vrtenje-brez vibracij, hkrati pa ohranjate natančen pretok tekočine. Skener, s katerim smo delali na UCLA Medical, je moral vzdrževati konsistenco pretoka znotraj ±2 %, medtem ko se je vrtel pri 180 RPM. Poskusite to narediti z običajnimi hidravličnimi povezavami.
Inženirski izzivi, na katere vas nihče ne opozori
Padec tlaka na drsnem obroču je ena tistih stvari, ki se na papirju zdijo nepomembne, v resničnih namestitvah pa povzročajo neskončne glavobole. Videli smo sisteme, kjer so inženirji popolnoma izračunali vse za aktuatorje in cilindre, vendar so popolnoma pozabili upoštevati padec tlaka 150 PSI na drsnem obroču. Rezultat? Počasno delovanje, pregreta črpalka, skrajšana življenjska doba komponent.
Temperatura je tihi ubijalec. Hidravlična tekočina se segreje, ko trdo dela, in ko jo potiskate skozi tesne razmake v drsnem obroču (govorimo o 0,001" do 0,003" v večini modelov), ustvari še več toplote. Izmeril sem temperature ohišja drsnih obročev nad 180 stopinj F na bagrih, ki delajo poleti v Arizoni. Pri teh temperaturah ste ravno na robu tega, kar dolgoročno-zdrži večina hidravličnih tesnil.
Resnične-stvari, ki so pomembne
Največ težav se začne pri namestitvi. Drsni obroč mora biti pravilno poravnan z vrtljivo osjo-običajno znotraj 0,005" TIR (skupno indicirano odtekanje). Videl sem veliko namestitev, kjer ga je nekdo samo privil in ocenil, da je dober. Tri mesece kasneje se sprašujejo, zakaj pušča.
Oh, in tukaj je nekaj, česar ni v nobenem priročniku: pritrdilne vijake je treba po prvih 50-100 urah delovanja ponovno priviti. Toplotno kroženje povzroči, da se stvari umirijo. Tega nihče ne počne. Kdaj. Potem pa krivijo proizvajalca, ko začne puščati pri 2000 urah namesto pri ocenjenih 10.000.
Konfiguracija vrat je veliko bolj pomembna, kot si ljudje mislijo. Dobite lahko drsne obroče s stranskimi odprtinami, aksialnimi odprtinami ali obojim. Za uporabo žerjava običajno uporabljamo stranske odprtine na stacionarni strani in aksialne odprtine na vrtljivi strani. Toda na vetrni turbini, kjer je malo prostora? Včasih ste obtičali s tistim, kar fizično deluje, tudi če to pomeni nekaj nerodnega vodovoda.
Celotno trženje brez{0}}vzdrževanja? Ja, to je večinoma neumnost. Seveda sam drsni obroč morda ne potrebuje rednega servisa, vendar hidravlični sistem okoli njega zagotovo potrebuje. Kontaminacija je sovražnik številka ena. En košček kovine iz obrabljene črpalke, en košček gume iz propadajoče cevi in lahko razreže tesnilne površine. Postrgali smo drsne obroče, potem ko smo našli kovinske delce, ki jih komaj vidite z 10-kratno lupo.
Aplikacije, ki jih sploh še nisem omenil
Avtomatizirane proizvodne-prenosne mize, rotacijske mize za indeksiranje, vpenjala za sestavljanje. Običajno delujejo pri nižjih tlakih (800-1500 PSI), vendar veliko višjih stopnjah cikla. Videl sem drsne obroče na avtomobilskih tekočih trakovih, ki krožijo 10- do 12-krat na minuto, 24/7. Izračun pričakovane življenjske dobe za te je popolnoma drugačen od izračunov žerjava, ki se lahko zavrti vsakih nekaj minut.
Jeklarne uporabljajo hidravlične drsne obroče v stolpih lonca in v nekaterih konfiguracijah valjarn. Okolje je brutalna-vročina, vodni kamen, vibracije, udarne obremenitve. Dobavili smo drsni obroč s 4-prehodi za kupolo z neprekinjenim kolescem, ki je morala preživeti temperature do 200 stopinj F okolja in občasno pršenje vode. Ohišje iz nerjavečega jekla po meri, rotor-prevlečen s keramiko, posebna tesnila za visoke temperature. Trajal je 7 let, preden je bil potreben obnove. Stranka je bila navdušena, saj je prejšnja enota zdržala manj kot 3 leta.
Zabavna industrija-odrska oprema, vrtljive ploščadi, antene za koncerte in predstave. Zahteve so zanimive, ker potrebujete zanesljivo delovanje, vendar je delovni cikel običajno precej majhen. Izziv je bolj v tem, da embalaža-ostane majhna in lahka, hkrati pa zadosten pretok za več hidravličnih cilindrov.
Stvari, ki gredo narobe (delni seznam)
Okvara tesnila je verjetno 60 % težav, ki jih vidimo. Lahko gre za napačen izbor materiala, lahko za onesnaženje, za skoke tlaka, za nepravilno namestitev. Včasih je to samo smola.
Tudi okvare ležajev se dogajajo, čeprav manj pogosto. Ponavadi zato, ker nekdo ni upošteval smernic glede nosilnosti. Samo zato, ker lahko drsni obroč hidravlično prenese 3000 PSI, še ne pomeni, da lahko podpira momentno obremenitev 5000 lb. Preverite krivulje nosilnosti proizvajalca. Obstajajo z razlogom.
Poškodbe zaradi kavitacije-To sem opazil pri-aplikacijah z visokim pretokom, kjer je hitrost pretoka previsoka in lokalni tlak pade pod parni tlak. Na koncu nastanejo drobni mehurčki, ki se sesedejo, kar razjeda kovino. Zveni kot peskanje od znotraj. Rešitev je običajno večji drsni obroč ali zmanjšanje pretoka, nič od tega pa ni tisto, kar stranka želi slišati.
Navzkrižna-kontaminacija med prehodi je redka, a katastrofalna, ko se zgodi. Imel je drsni obroč s 6-prehodi na aplikaciji gozdarske opreme, kjer je tesnilo odpovedalo v notranjosti in omogočilo, da je pretok pod visokim{4}}tlakom uhajal v nizkotlačni povratni vod. Nastala tlačna konica je raznesla tri različne hidravlične cilindre. Drag dan.
Realnost stroškov
Osnovni drsni obroč z 1-prehodom za 3000 PSI storitev lahko stane 800–2000 USD, odvisno od velikosti izvrtine in lastnosti. Večprehodne enote za kompleksne aplikacije? Videl sem ponudbe nad 25.000 $ za specializirane enote. Oblikovanje po meri z eksotičnimi materiali? Nebo je meja.
Toda tukaj je nekaj, -da je drsni obroč sam običajno le majhen del skupnih stroškov sistema. Žerjav lahko stane 2 milijona dolarjev. Hidravlični drsni obroč je morda 5000 $. Toda če ta drsni obroč odpove, lahko pričakujete 50 $000+ stroškov izpadov. Zato vedno priporočamo, da imate pri roki rezervnega za kritične aplikacije, čeprav večina strank tega noče slišati.
Kaj povem ljudem, ko določajo nov sistem
Zmogljivost pretoka prilagodite svojim dejanskim zahtevam, ne le zmogljivosti črpalke. Videl sem preveč prevelikih drsnih obročev, pri katerih je dejanski pretok polovica tistega, kar drsni obroč zmore. Na koncu imate nizke hitrosti in morebitne težave s stagnacijo.
Razmislite o uporabnosti. Ali lahko dejansko zamenjate drsni obroč, ne da bi razstavili celoten stroj? Delal sem na inštalacijah, kjer menjava drsnega obroča zahteva 3-dnevno demontažo žerjava. Ni idealno.
Tesnjenje okolja je pomembno. Če ste v prašnem okolju, je nadzor kontaminacije ključnega pomena. Morsko okolje potrebuje materiale,-odporne proti koroziji. Ekstremne temperature zahtevajo posebno pozornost pri tesnilnih materialih in razdaljah.
In prosim, navedite pravilno hidravlično tekočino. Proizvajalec drsnih obročev načrtuje določene lastnosti tekočine-viskoznost, dodatke, osnovno maso. Uporaba naključnih nadomestnih tekočin povzroča težave.
Prihodnost (morda)
Poteka razvoj brez{0}}kontaktnih magnetnih spojnih sistemov, ki bi lahko v nekaterih aplikacijah nadomestili hidravlične drsne obroče. Ideja je uporaba magnetnega pogona za črpanje tekočine skozi zaprt sistem brez kakršnih koli vrtljivih tesnil. Zanimiv koncept, vendar še nisem videl, da bi deloval precej nad približno 1500 PSI. Bomo videli.
Nekateri proizvajalci delajo na paketih integriranih senzorjev, ki spremljajo zdravje drsnih obročev-temperaturo, tlak in vibracije. Napovedno vzdrževanje namesto reaktivnega popravila. V teoriji je smiselno. V praksi večina kupcev ne želi plačati premije za pametno različico, čeprav je osnovna različica polovico cenejša.
V resnici so hidravlični drsni obroči zrela tehnologija, ki deluje dobro, če je pravilno uporabljena. Ne bodo kmalu izginili, kljub temu, kar nekateri ljudje v industriji morda trdijo o »povsem-električni« prihodnosti. Hidravlika še vedno ponuja prednosti v gostoti moči in zanesljivosti, ki jih je težko primerjati z električnimi aktuatorji, zlasti v težkih okoljih.