مخفض تروس كوكبي لمحرك الرافعة 414W3

تحسين مواد البناء

يتحول غلاف 414W3 من حديد مطاوع قياسي إلى سبيكة صب عالية القوة (GGG-60 أو ما يعادلها) مع مقاومة محسنة للإجهاد عند -40 درجة مئوية. يصبح الحديد المطاوع القياسي هشًا تحت -20 درجة مئوية - يتم اختبار مادة غلاف 414W3 بالصدم عند -40 درجة مئوية وفقًا لمعايير Charpy V-notch (DNV-OS-B101 أو ما يعادلها) لضمان عدم انكسارها تحت تأثير الصدمات في ظروف القطب الشمالي.

حجم وحدة التروس

يزداد حجم وحدة التروس (حجم السن) بمقدار يتراوح بين 50 و60% تقريبًا مقارنةً بالطراز 413W3. تتحمل الأسنان الأكبر حجمًا حملاً أكبر لكل سن، كما أن زيادة نصف قطر جذر السن تقاوم إجهاد الانحناء عند الأحمال الدورية العالية، وهذا ما يفسر تحقيق الطراز 414W3 لمعامل FEM M6 (مليوني دورة) مقابل M5 (مليون دورة) في الطرازات الأصغر. كما أن زيادة حجم الوحدة تؤدي إلى خفض سرعة الإدخال القصوى إلى 2500 دورة في الدقيقة، وذلك لضمان بقاء سرعة دوران محيط السن ضمن الحدود الآمنة.

فئة المحمل

تتحول محامل الإخراج إلى بكرات مخروطية ثقيلة ذات عمر افتراضي L10 محسوب عند تحميل مستمر قدره 140,000 نيوتن متر، مما يتطلب تجاويف محامل أكبر بقطر 40% تقريبًا من 413W3. وقد تم ترقية محامل الإدخال لاستيعاب الأحمال الشعاعية الأعلى الناتجة عن وحدة التروس الأكبر. صُمم نظام المحامل بالكامل ليعمل لأكثر من 30,000 ساعة عند التشغيل M6 قبل الوصول إلى حد الإجهاد الإحصائي L10.

قطر عمود الإخراج

يتحمل عمود الإخراج وزن الأسطوانة (الذي قد يصل إلى عدة أطنان)، ووزن الكابل (الذي قد يصل إلى أكثر من 5 أطنان عند طول 1000 متر)، بالإضافة إلى الحمل المعلق الذي يمثل عزم انحناء. عند عزم دوران أسطوانة يبلغ 140,000 نيوتن متر مع هذه الأحمال، يبلغ قطر العمود حوالي 200-250 ملم، مقارنةً بـ 120-150 ملم في طراز 413W3. مادة العمود هي فولاذ سبيكي معالج حراريًا، يتميز بسطح ذي صلابة مصممة لمقاومة إجهاد الالتواء والانحناء.

FEM M5 إلى M6

يُضاعف تصنيف FEM M6 عدد دورات التصميم (من مليون دورة تحميل تقريبًا إلى مليوني دورة) ويزيد من عامل شدة نطاق الحمل. عند M6، تُصمَّم التروس والمحامل والعمود للعمليات الإنتاجية الشاقة والمستمرة - من 300 إلى 500 دورة يوميًا عند حمل مُقدَّر يتراوح بين 80 و100 طن. هذه هي دورة التشغيل لرافعة إنتاج التعدين أو ونش مناولة مراسي AHTS، وليست لرافعة تُستخدم بشكل متقطع. للتواصل كوريا قوة دائمة للحصول على مواصفات طيف الحمل وعدد الدورات التفصيلية لـ M6.

مادة تشحيم من الدرجة القطبية

يصبح زيت التروس المعدني القياسي SAE 80W-90 شديد اللزوجة عند درجات حرارة أقل من -25 درجة مئوية، مما يؤدي إلى نقص التزييت في المحامل والتروس أثناء بدء التشغيل البارد. يأتي المحرك 414W3 مزودًا بزيت تروس اصطناعي بالكامل SAE 75W-90 من الدرجة القطبية، والذي يحافظ على سيولة كافية حتى -45 درجة مئوية. تبلغ نقطة انسكاب الزيت أقل من -50 درجة مئوية، ويتجاوز مؤشر اللزوجة 160، مما يضمن وصول الزيت إلى كل سن من أسنان المحامل والتروس في غضون 30 ثانية من أول دورة للعمود عند -40 درجة مئوية.

مواد مانعة للتسرب في درجات الحرارة المنخفضة

تفقد موانع التسرب القياسية المصنوعة من مادة FKM (فيتون) مرونتها عند درجات حرارة أقل من -25 درجة مئوية، وقد تتشقق عند -40 درجة مئوية. يستخدم جهاز 414W3 موانع تسرب مصنوعة من مادة FFKM (بيرفلوروإيلاستومر) أو مركبات السيليكون، مصممة لتحمل درجات حرارة تصل إلى -60 درجة مئوية، مما يحافظ على ضغط التلامس بين الشفة والحلقة، ويمنع تسرب الزيت والماء في جميع درجات الحرارة القطبية. تُكلف هذه الموانع من 3 إلى 5 أضعاف تكلفة موانع التسرب القياسية المصنوعة من مادة FKM، ولكنها المواد الوحيدة التي تتحمل دورات التجمد والذوبان عند -40 درجة مئوية دون أن تتصلب أو تتسرب.

مساكن تم اختبارها بتقنية شاربي للصدمات

عند درجة حرارة -40 درجة مئوية، يتحول الحديد المطاوع القياسي من سلوك الكسر المطاوع إلى سلوك الكسر الهش - حيث ينتشر الشق الذي يتوقف في المواد الدافئة بشكل كارثي في ​​المواد الباردة. يخضع غلاف 414W3 لاختبار شاربي ذي الشق V عند درجة حرارة -40 درجة مئوية (بحد أدنى 27 جول من الطاقة الممتصة وفقًا لمعيار DNV-OS-B101 أو ما يعادله) للتحقق من عدم انكساره تحت أحمال الصدمات الناتجة عن عمليات مناولة مراسي سفن القطر والسحب (AHTS) وعمليات لف عربات التعدين. يُعد هذا الاختبار شرطًا أساسيًا للحصول على شهادة اعتماد لجميع المكونات الهيكلية في القطب الشمالي. العمليات البحرية.

إجراءات بدء التشغيل البارد

بعد التعرض المطول لدرجة حرارة -40 درجة مئوية (إيقاف تشغيل سفينة القطر والسحب القطبية الشمالية طوال الليل)، يجب تشغيل محرك 414W3 تدريجيًا: تشغيل المحرك بسرعة التباطؤ بدون حمل لمدة 5-10 دقائق لتدوير الزيت وتسخين المحامل قبل تحميله. محاولة رفع حمولة كاملة من وضع التشغيل البارد تمامًا قد تؤدي إلى عدم كفاية طبقة التشحيم عند نقاط تلامس أسنان التروس، مما يُسبب تآكلًا دقيقًا يتراكم مع كل انخفاض في درجة الحرارة. ينبغي على السفن العاملة في المياه القطبية النظر في تركيب نظام تسخين الزيت (سخان غمر كهربائي في حوض الزيت) للحفاظ على درجة حرارة علبة التروس فوق -20 درجة مئوية أثناء الإيقاف.

رافعات مناولة مراسي AHTS

سفن سحب وإمداد المراسي تقوم بنشر واستعادة المراسي وسلاسلها وأسلاك التثبيت لمنصات الحفر شبه الغاطسة ومنصات الإنتاج العائمة. يوفر محرك 414W3 بنسبة 120-200 عزم دوران الأسطوانة اللازم لسحب مجموعات سلاسل المراسي التي يتراوح وزنها بين 100 و200 طن من أعماق تتراوح بين 500 و2000 متر. يُمكّن تصنيف التشغيل في القطب الشمالي عند درجة حرارة -40 درجة مئوية سفن السحب والإمداد من العمل في بحر بارنتس وبحر بوفورت والقطب الشمالي الكندي، وهي مناطق لا يُمكن فيها اعتماد محركات الرافعات التقليدية التي تعمل عند درجة حرارة -20 درجة مئوية. محرك الدوران يحدد موضع بكرة المؤخرة و نظام الدفع بالعجلات يقوم بتشغيل آليات إيقاف سلسلة السفينة.

لفائف إنتاج التعدين العميق

تُستخدم رافعات الإنتاج الرئيسية في المناجم ذات أعماق تتراوح بين 500 و1200 متر، حيث تقوم بتدوير عربات خام تزن من 15 إلى 25 طنًا بمعدل 300 إلى 500 دورة يوميًا - وهو مستوى FEM M6 الذي صُممت رافعة 414W3 لتحمله. ويمكن أن يصل الوزن الإجمالي للعربة والخام و1000 متر من الحبل السميك إلى 50-70 طنًا في أعمق نقطة. ويتحمل عزم دوران الأسطوانة البالغ 140,000 نيوتن متر هذا الوزن بنسبة 200-300، كما يوفر نظام الكبح الخارجي (مكابح المحرك + ثقل الموازنة + مكابح الأسطوانة) مستوى التكرار المتعدد الذي تشترطه سلطات سلامة المناجم لرافعات الإنتاج.

أنظمة التثبيت البحرية في القطب الشمالي

تُستخدم روافع التثبيت على سفن الحفر في القطب الشمالي، ووحدات الإنتاج والتخزين والتفريغ العائمة (FPSOs)، وسفن الإنشاءات المصنفة للعمل في الجليد، والتي يجب أن تحافظ على موقعها في الجليد البحري، والعواصف القطبية، ودرجات حرارة الهواء تحت الصفر لعدة أشهر متواصلة. يوفر نظام 414W3 بنسبة 80-120 قوة شد كافية لتثبيت السفينة في مواجهة قوى انجراف الجليد التي تتراوح بين 500 و2000 كيلو نيوتن، بينما يضمن تصنيفه عند -40 درجة مئوية تشغيل الرافعة بكفاءة عالية طوال فصل الشتاء القطبي الذي يمتد لستة أشهر دون انخفاض في الأداء بسبب الحرارة. كما توفر كتلة الهيكل البالغة 1250 كجم القصور الذاتي الحراري اللازم لمقاومة التغيرات السريعة في درجات الحرارة أثناء العواصف الثلجية.

لماذا لا يشتمل طراز 414W3 على فرامل ركن مدمجة؟

عند عزم دوران يبلغ 140,000 نيوتن متر، يصبح نظام الكبح بالغ الأهمية ومُصممًا خصيصًا للتطبيق بحيث لا يُمكن اعتباره خيارًا قياسيًا لعلبة التروس. تتطلب سفن القطر والسحب والسحب (AHTS) مكابح إيقاف السلسلة متعددة المراحل بالإضافة إلى نظام تثبيت هيدروليكي. تتطلب رافعات التعدين مكابح ميكانيكية وهيدروليكية ومكابح طوارئ مستقلة وفقًا للوائح السلامة في المناجم. تتطلب أنظمة الإرساء مكابح انزلاقية يتم التحكم فيها بتوتر ثابت. يختلف كل تصميم من هذه التصاميم اختلافًا جوهريًا، ولا يُمكن لأي منها أن يُلبي احتياجات تصميم مكابح داخلي واحد. يوفر المحرك 414W3 نقل عزم الدوران؛ بينما يُصمم مهندس نظام الرافعة نظام الكبح كنظام أمان مستقل مُصمم خصيصًا للتطبيق المحدد والإطار التنظيمي.

لماذا تبلغ سرعة الإدخال القصوى 2500 دورة في الدقيقة بدلاً من 3500 دورة في الدقيقة؟

وحدة التروس 414W3 أكبر بحوالي 50-60% من وحدة التروس 413W3 لتحمل زيادة عزم الدوران بمقدار 3.3 أضعاف. تُنتج التروس الأكبر حجمًا، عند نفس سرعة الدوران، سرعة محيطية أعلى نسبيًا للأسنان. يُحافظ حد 2500 دورة في الدقيقة على السرعة المحيطية للأسنان ضمن نطاق التشغيل الآمن للفولاذ السبائكي المُكربن عند حجم وحدة التروس المستخدمة في 414W3. تجاوز 2500 دورة في الدقيقة يُعرّض طبقة التشحيم لخطر التلف عند نقاط تلامس الأسنان، مما يؤدي إلى التآكل وتسارع إجهاد السطح.

ما هو الحد الأقصى لانخفاض سرعة الإخراج من 25 دورة في الدقيقة (طرازات M5) إلى 12 دورة في الدقيقة (414W3)؟

يعكس حد سرعة الدوران البالغ 12 دورة في الدقيقة تصميم FEM M6 الحراري والإجهادي؛ فعند السرعات الأعلى، يتجاوز توليد الحرارة داخل مجموعة التروس قدرة التبريد بالزيت، مما يؤدي إلى انخفاض عمر إجهاد المحامل عن الحد المستهدف لتصميم M6. عند 12 دورة في الدقيقة على أسطوانة PCD بقطر 800 مم: أقصى سرعة للخط = 12 × 3.14 × 0.8 = 30.2 متر/دقيقة. بالنسبة لمناولة مراسي AHTS، تتراوح سرعات الخط النموذجية بين 5 و20 متر/دقيقة؛ أما بالنسبة لعمليات لف الإنتاج في المناجم، فتتراوح بين 10 و30 متر/دقيقة. يغطي حد 12 دورة في الدقيقة هذه النطاقات.

كم عدد المحركات التي يحتاجها طراز 414W3؟

عند نسبة 150، يبلغ عزم دوران المحرك 140,000 / 150 = 933 نيوتن متر، مما يتطلب حوالي 1,680 سم مكعب/دورة عند ضغط 350 بار من محرك واحد. لا يوفر أي محرك أحادي العمود قياسي هذه القدرة. يُمكن استخدام محول Y ثنائي المحرك (2 × 840 سم مكعب/دورة) مع أكبر محركات المكابس المحورية القياسية. أما التكوين ثلاثي المحركات (3 × 560 سم مكعب/دورة) فيستخدم أحجام محركات متوفرة بسهولة أكبر. تستخدم العديد من أنظمة الرافعات الهيدروليكية وأنظمة الرافعات التعدينية في فئة عزم الدوران هذه محركات كهربائية (حث تيار متردد أو مغناطيس دائم) مع محركات تردد متغيرة صناعية، والتي يمكنها إنتاج 933 نيوتن متر عند 2,500 دورة في الدقيقة من إطار محرك واحد، مما يجعل المحرك 414W3 خيارًا مثاليًا للتحويل إلى محرك كهربائي.

ما نوع الرافعة أو الونش المطلوب لتركيب محرك ونش بوزن 1250 كجم؟

قدرة رفع لا تقل عن 2500 كجم عند نصف قطر العمل. في سفن القطر والسحب والسحب، تتولى رافعة سطح السفينة عملية التركيب. في أبراج أعمدة المناجم، يتم عادةً تركيب رافعة عربة علوية مخصصة أثناء الإنشاء لتسهيل الوصول إلى رافعة الرفع للصيانة. يتطلب جهاز 414W3 إطار رفع مصمم خصيصًا ليتناسب مع هندسة الهيكل - لا تقم بلف الرافعات حول عمود الإخراج أو شفة المحرك. للتواصل كوريا قوة دائمة للحصول على رسم إطار الرفع وخطة التجهيز الخاصة بهندسة التركيب الخاصة بك.

ما هو حجم الزيت الذي يحتاجه محرك 414W3 وكيف تؤثر درجة حرارة القطب الشمالي على فترة تغيير الزيت؟

حوالي ٢٥-٣٥ لترًا. استخدم حصريًا زيت تروس اصطناعي بالكامل من نوع SAE 75W-90 عالي الضغط، مُصمم للعمل في المناطق القطبية. يُجرى التغيير الأول بعد ٢٥٠ ساعة تشغيل. تُجرى التغييرات اللاحقة كل ١٥٠٠ ساعة في البيئات العادية، أو كل ١٠٠٠ ساعة في العمليات القطبية. في البيئات الباردة، يتكثف البخار داخل الهيكل أثناء دورات التشغيل والإيقاف، مما يُلوث الزيت بالماء. يُنصح بأخذ عينات من الزيت كل ٥٠٠ ساعة مع التركيز على محتوى الماء (الهدف أقل من ٢٠٠ جزء في المليون) واللزوجة (يجب ألا تقل عن مواصفات ISO VG الخاصة بالشركة المصنعة للزيت). بالنسبة للسفن القطبية التي تتوقف عن العمل ليلًا عند درجة حرارة -٤٠ درجة مئوية، يُنصح باستخدام سخان دوران زيت مستمر للحفاظ على درجة حرارة حوض الزيت أعلى من -١٠ درجة مئوية أثناء وضع الاستعداد.

رافعة سحب المرساة الرئيسية على سفينة قطر وسحب بحرية (AHTS) بقوة سحب 250 طنًا تعمل في بحر بارنتس. الرافعة من طراز 414W3 بنسبة 180، مزودة بثلاثة محركات كهربائية (3 × 450 كيلوواط تيار متردد حثي). كانت درجة حرارة التشغيل -40 درجة مئوية شرطًا أساسيًا لا يقبل المساومة، حيث تعمل السفينة من نوفمبر إلى أبريل في ظروف تصل فيها درجات الحرارة عادةً إلى -35 درجة مئوية. أكملت الرافعة 414W3 موسمها القطبي الأول دون أي مشكلة في بدء التشغيل البارد. نحافظ على درجة حرارة حوض الزيت فوق -15 درجة مئوية باستخدام سخان الغمر الكهربائي أثناء التوقف. استعادة سلسلة المرساة من عمق 1200 متر بسرعة 15 مترًا/دقيقة كانت سلسة ومتحكم بها، واستقرت درجة حرارة الزيت عند 62 درجة مئوية في درجة حرارة محيطة -28 درجة مئوية. اجتازت السفينة فحص DNV الخاص بتجهيزها لفصل الشتاء بنجاح.

رافعة خام إنتاجية في منجم ذهب بعمق 950 مترًا، من طراز 414W3 بنسبة تروس 250، مزودة بمحركين كهربائيين بقدرة 600 كيلوواط لكل منهما. تقوم الرافعة بتدوير عربات خام وزن كل منها 20 طنًا بمعدل 350 دورة يوميًا - تم تأكيد تصنيف FEM M6 من خلال بيانات عداد الدورات. بعد 11 شهرًا (حوالي 5800 ساعة)، أظهر تحليل الزيت عدم وجود أي مؤشرات على تلف المحامل، وكان اتجاه الاهتزاز مستقرًا. كان تصنيف M6 هو العامل المحدد للمواصفات - حيث اشترطت هيئة سلامة المنجم علبة تروس مصممة خصيصًا لأعمال الرفع الإنتاجية، وليس محرك رافعة يعمل خارج فئة التشغيل المقدرة له. وقد لبت شهادة 414W3 M6 هذا الشرط بشكل مباشر. يتحمل الهيكل الذي يزن 1250 كجم بيئة المنجم (درجة حرارة محيطة 40 درجة مئوية على عمق 950 مترًا، بالإضافة إلى الحرارة الإشعاعية من جسم الخام) مع ثبات درجة حرارة الزيت عند 72 درجة مئوية - ضمن حد +85 درجة مئوية مع هامش أمان.

ونش تثبيت على سفينة حفر مصنفة للعمل في الجليد، طراز 414W3 بنسبة 100، في وضع التثبيت ذي الشد الثابت. حافظت السفينة على موقعها طوال ثلاثة أشهر من العمليات الشتوية في بحر كارا، حيث تجاوزت قوى انجراف الجليد على حبال التثبيت 1000 كيلو نيوتن. تعامل الونش 414W3 مع تقلبات الشد الديناميكية دون أي خلل في ضوضاء التروس أو ارتفاع في درجة حرارة الزيت. يُعدّ هذا الونش، الحائز على أربع نجوم، درسًا في التشغيل التجريبي: فقد أدى التشغيل البارد الأول عند درجة حرارة -38 درجة مئوية (قبل تشغيل سخان الزيت) إلى ارتفاع مفاجئ في ضغط دائرة المحرك، وذلك بسبب لزوجة الزيت الباردة التي تسببت في ضغط عكسي مفرط عبر موانع تسرب علبة التروس. بعد تشغيل سخان الزيت، كانت جميع عمليات التشغيل البارد اللاحقة سلسة. يمكن تحسين وثائق المنتج بإضافة تحذير واضح مفاده أن عمليات التشغيل البارد في القطب الشمالي دون تسخين مسبق للزيت قد تُنتج ضغوطًا في النظام تتجاوز حدود التشغيل العادية - وقد ورد هذا التحذير في دليل التركيب، ولكن ليس في الصفحة الأولى التي سيراها مهندس السفينة أثناء التشغيل التجريبي.