При строительстве трубопроводов большинство оборудования — крупногабаритные гидравлические машины. Это во многом обусловлено преимуществами гидравлического оборудования, такими как компактный привод, малый вес, простота разборки, а также прямой и мощный привод.
Преимущества применения гидропривода в оборудовании для трубопроводов
- Малый вес на единицу мощности, то есть при условии выработки той же мощности, гидрооборудование имеет небольшие габариты, небольшой вес, малую инерцию, компактную структуру и хорошие динамические характеристики.
Рассмотрим конкретный пример - гидравлический аппарат для врезки в трубопровод под давлением. Отношение силы к массе гидравлического двигателя врезного пресса примерно в 100 раз больше, чем у двигателя постоянного тока - то есть при одинаковом усилии электропривод будет весить в 100 раз больше. Если небольшой гидравлический аппарат для врезки могут установить двое рабочих, то для электрического потребовался бы подъемный кран. Кроме того, с учётом последующего ремонта или утилизации и замены, стоимость гидромотора будет ниже. - Гидравлика позволяет легко осуществлять бесступенчатое регулирование скорости, диапазон регулирования скорости широкий.
Гидромоторы позволяют регулировать скорость, главным образом, изменяя входной поток или рабочий объём двигателя. Они обеспечивают линейное, бесступенчатое и т.д. регулирование скорости с минимальными потерями мощности и энергии. - Гидравлический привод может работать в воде и под водой. Часто траншеи с трубопроводами могут оказаться заполненными водой. В таком случае электрический привод использовать нельзя по требованиям техники безопасности, а гидравлическое оборудование может легко работать в таких условиях.
Гидравлическая система регулирования скорости подразделяется на два основных подтипа: с клапанным управлением и с насосным управлением.
Система регулирования скорости с помощью клапана состоит из насоса, двигателя, предохранительного клапана и дроссельной заслонки. Скорость регулируется путем изменения расхода на входе гидромотора через дроссельный клапан, поэтому этот метод также называется дросселированием скорости.
Эта система отличается простотой конструкции и низкой стоимостью. Выходной расход гидронасоса должен превышать максимальный расход, требуемый гидромотором. Избыточный расход возвращается в бак через предохранительный клапан для поддержания стабильного давления насоса. Поскольку гидронасос работает при постоянном давлении, изменения скорости двигателя и нагрузки оказывают существенное влияние на систему. Кроме того, поскольку расход жидкости и рабочее давление через гидромотор ниже расхода и давления подачи насоса, эта система демонстрирует более низкий КПД трансмиссии на низких скоростях, чем системы с регулированием скорости с помощью насоса. Типичный КПД составляет 20-65%, а передаточное отношение R — от 5 до 100.
Система управления скоростью с насосным управлением состоит из насоса переменной производительности, гидромотора постоянной производительности и предохранительного клапана. Если используется насос переменной производительности с наклонной шайбой, регулировка угла наклонной шайбы регулирует производительность и расход насоса, тем самым изменяя скорость вращения гидромотора. Другое название данного способа - объемное регулирование скорости.
В оборудовании для вскрытия скважин под давлением давление P в трубопроводе системы увеличивается с увеличением выходного крутящего момента T гидромотора. Когда оно достигает значения, установленного на предохранительном клапане, предохранительный клапан открывается, позволяя маслу под давлением вернуться в масляный бак. Затем выходная скорость гидромотора быстро падает до нуля, а выходной крутящий момент T ограничивается определённым диапазоном, что обеспечивает защиту от перегрузки.
Если насос переменной производительности с внешним управлением заменить насосом переменной производительности постоянной мощности с обратной связью по давлению, расход будет автоматически изменяться при изменении давления (сохраняя почти гиперболическую зависимость), оставляя выходную мощность насоса практически неизменной. Такая система может автоматически регулировать скорость в соответствии с изменениями внешней нагрузки, что позволяет ей всегда работать в наилучших условиях и полностью использовать мощность бензиновых или дизельных силовых агрегатов.
Гидравлическая система управления скоростью с насосным управлением имеет лишь незначительные потери мощности в насосе, двигателе и трубопроводе и не имеет потерь на дросселирование, поэтому КПД передачи может достигать 80-90%, а передаточное отношение R=4~100.
