Korea Ever-Power · Rakendustehnika juhend
Uss ja ussiratas lüüsi- ja tammiventiili ajamitele
Korea jõel asuv üleujutustõrje lüüsivärav peab vastu 4 meetri kõrgusele veesambale – 40 kN hüdrostaatilist jõudu värava laiuse meetri kohta – ussülekandepaarile, mis võib operatsioonide vahel 11 kuud liikumatult seista. Kui saabub mussoonvihm ja värav peab avanema, peab ussülekandepaar esimesel käsul ületama kuude pikkuse staatilise hõõrdumise, korrosiooni ja sette kogunemise. Avamata jätmine ei ole hooldusprobleem – see on üleujutus.
Lüüsiväravad, paisuventiilid, surveventiilide ajamid ja üleujutustõrjeväravad kasutavad ussiülekandepaare, kuna ükski teine ülekandetüüp ei ühenda iselukustuvat veesurve hoidmist käsirattaga käsitsi juhtimise võimalusega. Uputamise ja üleujutusega kokkupuute protokoll liigitab ajamipaigaldised neljaks tasemeks – pritsmetsoon, vahelduv üleujutus, püsiv uputus ja rõhu all uputus – ning seob igaühe vajaliku IP-reitingu, korrosioonikaitse, tihendi tüübi ja katoodkaitse spetsifikatsiooniga. Iselukustuv hoiab väravat veesurve vastu igas asendis ilma eraldi lukustusmehhanismita. Hädaolukorras käsitsi juhtimine käsiratta abil on kohustuslik kõigi paisu- ja üleujutusväravate puhul, kuna elektrikatkestus üleujutuse ajal on kõige tõenäolisem stsenaarium, mis nõuab värava kasutamist. Korrosiooni raskusaste ulatub kergest (magevee niisutuskanal) kuni mõõduka (riimveeline suudmeala) ja raskeni (merevee rannikukaitse) – see nõuab materjali üleminekut tsingitud terasest 316L roostevaba teraseni ja dupleksroostevaba teraseni ohvrianoodikaitsega.
Miks lüüsiväravate ja tammiventiilide puhul kasutatakse ussiülekande ajameid?
Veekontrolli infrastruktuur – niisutustammid, üleujutusväravad, jõepaisud, veehoidlate väljalaskeavad ja loodete tõkked – töötavad suure pöördemomendi (raskete terasväravate liigutamine veesurve vastu), harvaesineva töö (mõned väravad töötavad ainult hooajaliste üleujutuste ajal) ja absoluutse töökindluse (rike üleujutuse ajal võib põhjustada inimelude ja vara kaotuse) kokkupuutepunktis. Ussülekandepaar vastab kõigile kolmele nõudele tänu iselukustuvale asendihoidmisele, käsitsi juhtimiseks mõeldud kõrgele üheastmelisele ülekandearvule ja mehaanilisele lihtsusele, mis peab vastu ka aastatepikkusele seisakule.
Kolm omadust teevad ussist ja ussirattast veevärava ajamite standardi igal kontinendil ja igas kliimas.
Osaliselt avatud lüüsivärav kogeb asümmeetrilist veesurvet, mis püüab seda täielikult avada või sulgeda (sõltuvalt värava geomeetriast). Iselukustuv süsteem hoiab väravat selle rõhu vastu mis tahes vahepealses asendis, võimaldades täpset voolu reguleerimist ilma eraldi hüdraulilise luku või mehaanilise riivita.
Elektrimootori rikke korral (mis on tavaline üleujutuste ajal, kui elektriinfrastruktuur on kahjustatud), saab operaator sama ussülekandepaari käsiratta abil juhtida. Suur ülekandearv (40:1 kuni 100:1) teisendab operaatori käsiratta pöördemomendi tuhandeteks njuutonmeetriteks, mis on vajalikud raske värava liigutamiseks veesurve vastu.
Mõned üleujutusväravad on tööhooaegade vahel 6–11 kuud suletuna. Ussülekandepaar peab selle puhkeseisundi üle elama – vastu pidama korrosioonile, muda sissetungimisele ja staatilisele hõõrdumisele – ning üleujutuse saabudes esimesel käsul usaldusväärselt töötama. Ühtegi teist ülekandetüüpi ei testita kuude pikkuse puhkeseisundi suhtes tavapärase spetsifikatsioonina.
Uputuse ja üleujutuse ohu protokoll – paigaldustasandilt kaitsespetsifikatsioonini
Lüüsivärava ussülekandepaaride spetsifikatsiooni peamine väljakutse on veega kokkupuude – mitte ainult pritsmete või vihmaga (millega puutuvad kokku ka artiklis A09 nimetatud väravaoperaatorid), vaid ka osalise või täieliku uputamise korral normaalse töö või üleujutuse korral. Uputusprotokoll klassifitseerib ajamipaigaldisi nende veega kokkupuute järgi ja kaardistab iga taseme vajaliku kaitsega.
Kulude eskaleerumine erinevate uputustasemete vahel on dramaatiline: S1 pritsmetsa ajami ussülekande paar võib maksta 400–800 USA dollarit; S4 survestatud uputuspaar dupleksroostevabast terasest ja rõhu tasakaalustatud tihenditega võib maksta 8000–15 000 USA dollarit. Spetsifikatsioon peab vastama tegelikule paigalduse uputustasemele – ülespetsifikatsioonid raiskavad infrastruktuuri eelarvet; alaspetsifikatsioonid põhjustavad 2–5 aasta jooksul korrosioonikahjustusi asukohas, mis võib vajada sukeldujate juurdepääsu või reservuaari tühjendamist asendamiseks.
Avariiline käsitsi juhtimine – käsirattaga juhtimine voolukatkestuse ajal
Kõige tõenäolisemalt peab üleujutusvärav tööle üleujutuse ajal. Kõige tõenäolisemalt ka elektrikatkestus toimub üleujutuse ajal – kui üleujutusvesi kahjustab ülesvoolu asuvat elektriinfrastruktuuri. Seega ei ole käsitsi käivitamine haruldaste juhtumite korral varulahendus; see on värava eeldatav töörežiim kõige kriitilisematel hetkedel selle kasutusea jooksul.
Kuidas käsitsi ülekanne ussiülekandepaariga töötab. Ajamil on samale ussvõllile kaks sisendteed: elektrimootor (tavapärane töörežiim) ja sidurivabastusmehhanismiga käsiratas (käsitsi üleviimine). Kui operaator käsirattale vajutab, lahutatakse mootor sidurist ja operaator pöörab ussi otse käsiratta kaudu. Suur ussülekandearv (tavaliselt 60:1 kuni 100:1 väravaajamite puhul) mitmekordistab operaatori käsiratta pöördemomenti – operaator, kes rakendab 400 mm käsirattale 250 N jõudu (sisendjõud 100 N·m) 80:1 ussülekandepaari kaudu, annab väravavarrele 80 × 100 × 0,40 = 3200 N·m. Sellest piisab enamiku niisutus- ja üleujutusväravate liigutamiseks normaalse veesurve vastu.
Värava liikumisaeg käsitsi juhtimisel. Mootoriga 2 minutiga avatava värava puhul võib olla vaja 15–30 minutit pidevat käsiratta väntamist. Üleujutusväravate puhul, mille kiire avamine on kriitilise tähtsusega, on mõned paigaldised varustatud kaasaskantava generaatori ühendusega (mööda minnes käsitsi juhtimisest) või akutoitega mootoriga, mis on vahepealne lahendus täieliku käsitsi ja täieliku vooluvõrgu toite vahel.
Korea jõehaldusamet testis mussoonvihmade-eelse iga-aastase ülevaatuse käigus 22 üleujutusvärava ajamit käsitsi juhtimiseks. Kõik 22 väravat olid eelmisest mussoonhooajast saadik 8–10 kuud suletud olnud. Tulemus: 22-st ajamist 4 ei reageerinud käsirattale – ussülekandepaar oli kinni kiilunud. Juurdlus näitas, et talviste külmumis-sulamistsüklite ajal oli vesi IP66-reitinguga korpusesse tunginud läbi halvenenud huuletihendite (jää paisumine kahjustas tihendi huuleserva). Korpuse sees oli määre emulgeerunud ja terasest ussil oli tekkinud pronksrattaga kokkupuutepunktis pinnakorrosioon. Kinnikiilumine ei olnud katastroofiline rike – õli sisseimbumine ja käsitsi kiigutamine vabastasid kõik 4 paari 2 tunni jooksul. Kuid 2-tunnine viivitus üleujutusvärava puhul tegeliku üleujutuse ajal oleks vastuvõetamatu. Parandusmeede: uuendage kõik 22 ajamit IP66-lt IP67-le (sukeldumisekindlad tihendid S2 vahelduva üleujutuse taseme jaoks – sobivad ajamitele, mis puutuvad kokku igal aastal üleujutusega) ja rakendage kord kvartalis käsiratta pöörlemise treeningprogrammi (4 täispööret mõlemas suunas), et vältida korrosiooni teket puhkeperioodidel. Harjutusprogramm ei maksa osade kaupa ja võtab 15 minutit värava kohta kvartalis – 22 väravat × 15 min × 4 kvartalit = 22 töötundi aastas, et tagada 22 värava üleujutusvalmidus. Õppetund: vee-infrastruktuuri puhkeseisundis olevaid ussiülekandepaare tuleb regulaarselt treenida, et vältida korrosiooni teket – väravat hoidev iselukustuv omadus takistab ka käsitsi vabastamist, kui kontaktpinnad pikema staatilise perioodi jooksul kokku nakkuvad.
Korrosioonikindlus – magevesi, riimveeline suudmeala ja merevesi
Korrosioonikiirus: 0,02–0,05 mm/aastas süsinikterasel.
Uss: Kuumtsingitud või 304 roostevaba teras.
Ratas: Fosforpronks CuSn12Ni (standard – magevees tsingikao ohtu ei ole).
Elu: 20–30 aastat S1/S2 kokkupuutel.
Korrosioonikiirus: 0,1–0,3 mm/aastas süsinikterasel.
Uss: 316L roostevaba teras (molübdeenisisaldus on kloriidipõlemiskindel).
Ratas: Alumiiniumpronks CuAl10Fe5Ni5 (kloriidvees ei detsintsifikatsiooni).
Elu: 15–25 aastat katoodkaitsega.
Korrosioonikiirus: 0,3–1,0 mm/aastas süsinikterasel.
Uss: 2205 dupleksroostevaba teras või Monel 400.
Ratas: Nikkel-alumiiniumpronks NAB (MIL-spetsifikatsiooniga meresulam).
Elu: 15-20 aastat muljetava vooluga katoodkaitsesüsteemiga.
Kolm lüüsi- ja tammiventiili ussiülekande paari korpust
Juhtum 1 – Korea niisutustamm: 3 m laiune lüüs, S1 pritsmetsoon, käsitsi juhtimine
Korea põllumajandusvee majandamise amet määras kindlaks riisipõlde varustava niisutustammi kuue ussülekande paarid. Värava laius: 3 meetrit. Värava kõrgus: 2,5 meetrit. Veesurve maksimaalsel veehoidlal: 3,2 meetrit. Hüdrostaatiline jõud väravale: 3,0 × 2,5 × 0,5 × 9810 × 3,2 = 117 720 N. Värava varre tõukejõud: ligikaudu 85 000 N (koos hõõrdumisega). Ajami väljundpöördemoment varremutril: 4200 N·m. Ussülekande paar: ühekäiguline, moodul 6, tsentrite vahe 160 mm, ülekanne 60:1. Mootor: 2,2 kW kolmefaasiline. Käsitsi juhtimine: 500 mm käsiratas (sisendpöördemoment 125 N·m 250 N käejõu korral, väljund 125 × 60 × 0,42 = 3150 N·m – piisav normaalse veesurve jaoks, kuid maksimaalse veesurve korral marginaalne). Sukeldumistase: S1 (ajam paigaldatud tammi harjale, maksimaalsest veetasemest kõrgemale). Materjal: kuumtsingitud uss, fosforpronksist ratas. Tihend: IP66, topelthuul. Värv: ISO 12944 C3 (mahe maapiirkonna atmosfäär). Ajami ussülekande paari maksumus: 580 USD. Kvartaalne treeningprogramm: 4 pööret mõlemas suunas puhkeseisundis liimimise vältimiseks. Kasutusiga: 25 aastat.
Juhtum 2 – Jaapani taifuuni üleujutusvärav: 6 m lai, S2 vahelduv üleujutus, akutoitel
Jaapani prefektuuri üleujutuste ohjeldamise amet määras kindlaks ussülekandepaarid neljale üleujutusväravale taifuunile kalduvas rannikulinnas asuval jõel. Värava laius: 6 meetrit. Maksimaalne veesurve taifuunilaine ajal: 5,5 meetrit. Väravavarre tõukejõud: 220 000 N. Ajami väljundpöördemoment: 12 800 N·m. Ajami alus oli 1,2 meetrit üle normaalse veetaseme, kuid taifuunilaine ajal (S2 – vahelduv üleujutus, vee all olemise kestus 6–24 tundi sündmuse kohta, 2–4 sündmust aastas) vee all. Ussülekandepaar: ühe käivitusega, moodul 8, tsentrite vahe 200 mm, suhe 80:1. Materjal: 316L roostevaba teras, alumiiniumpronks CuAl10Fe5Ni5 ratas (riimvesi – jõesuue, loodete mõju). Tihend: IP67, PTFE huul ja labürint. Värv: ISO 12944 C4-H (rannikuala). Katoodkaitse: korpuse välisküljele poltidega kinnitatud tsingi ohvrianoodid (vahetatakse iga 5 aasta järel). Käsitsi juhtimine: 600 mm käsiratas. Lisaks: 48 V akutoitel töötav mootoriajam avariirežiimiks voolukatkestuse ajal – täislaetud akuga 3 täielikku avamis-sulgemistsüklit. Hind ussülekande paari kohta: 3200 USD. Aku varusüsteem: 4500 USD värava kohta. Sirvi ussikäigu ajam üleujutusväravate ja veetaristu rakenduste valikud.
Juhtum 3 – Vietnami Mekongi delta lüüsi: 2 m lai, S2 loodete mereveeline, kuludega piiratud
Vietnami provintsi veeamet määras kindlaks ussülekandepaarid 12 väikesele lüüsiväravale, mis kontrollivad soolase vee sissetungi Mekongi delta põllumajanduskanalitesse. Värava laius: 2 meetrit. Veesammas: 1,8 meetrit (loodete diferentsiaal). Värava varre tõukejõud: 28 000 N. Ajami väljundmoment: 1400 N·m. Sukeldumine: S2 (loodete ajal kaks korda päevas 2–4 tunniks vee alla). Riimvesi (soolsus 5–15 osa tuhande kohta) nõudis korrosioonikindlaid materjale, kuid provintsi eelarve piiras spetsifikatsiooni. Ussülekandepaar: ühe käivitusega, moodul 5, tsentrite vahe 125 mm, suhe 50:1. Materjal: 304 roostevabast terasest uss (vähem korrosioonikindel kui 316L, kuid piisav mõõduka soolsuse korral ja oluliselt odavam), fosforpronksist ratas (sobib riimvee jaoks sellel soolsustasemel – tsingikao oht on madal alla 15 ppt). Tihend: IP67, EPDM-huul labürindi abil. Katoodkaitse: tsingi ohvrianoodid (vahetatakse igal aastal riimvees lahustuva suure kiiruse tõttu). Käsitsi juhtimine: 400 mm käsiratas. Maksumus paari kohta: 720 USD. Eluiga: 15 aastat koos iga-aastase anoodivahetusega (18 USD anoodikomplekti kohta). Aastane kontroll: käsiratta treening (kvartalis), tihendite seisukord (aastas), anoodi kulu (aastas). Ussülekandesüsteemi 15-aastane hoolduskulu värava kohta: ligikaudu 540 USD (anoodid + tööjõud) – ligikaudu 75 protsenti paari algmaksumusest.
Korduma kippuvad küsimused
K: Kuidas vältida uinunud lüüsivärava ussiülekande paari kinnikiilumist?
Rakendage kvartalipõhist treeningprogrammi: pöörake käsiratast 4 täispööret igas suunas (avage ja seejärel sulgege), et purustada hammaste kokkupuutepindadel korrosiooni teke. Pärast iga treeningprogrammi kandke ligipääsetavale ussi keermele õhuke kiht haardumisvastast segu (tsingipõhine magevee jaoks, niklipõhine riimvee/merevee jaoks). Väravate puhul, mida ei saa haardumisvastaselt töödelda (püsivalt vee all S3/S4), lisage algsele määrdeainele merekvaliteediga haardumisvastast segu ja suurendage katoodkaitse voolutihedust, et summutada haardumist põhjustavat elektrokeemilist korrosiooni. Treeningprogramm on kõige tõhusam ennetav hooldusmeede veevärava ussiülekandepaaridele – ja see maksab ainult tööaega.
K: Millise pöördemomendi tekitab käsiratta käsitsi ümberlülitamine?
T_väljund = F_käsi × R_ratas × i × η. Tüüpilise paigalduse korral: F_käsi = 250 N (ühe käega pidev pingutus), R_ratas = 0,25 m (500 mm läbimõõduga ratas), i = 80 (ussiülekande ülekanne), η = 0,40 (ühekäigulise ussipaari efektiivsus sõidusuunas). T_väljund = 250 × 0,25 × 80 × 0,40 = 2000 N·m. Kahe inimese käsiratta puhul (ratta raadiuse pikendamine või kaasaskantava käepideme pikenduse kasutamine) korrutage jõu suhtega. Enamik niisutusväravaid vajab varre juures 1500–5000 N·m – see on saavutatav standardse käsirattaga. Suured üleujutusväravad, mis vajavad üle 10 000 N·m, võivad vajada kaasaskantavat käigukasti kordistit (2:1 kuni 5:1 käsitsi juhitav reduktor käsiratta ja ussivõlli vahel) või akutoitel töötavat mootorit, et praktiliselt käsitsi juhtida mõistliku aja jooksul.
K: Kui kaua pikendab katoodkaitse ussiülekandepaari kasutusiga?
Nõuetekohaselt hooldatud katoodkaitse (ohverdusanoodid või survevool) peatab tõhusalt elektrokeemilise korrosiooni – pikendades ussülekandepaari eluiga 5–10 aastalt (kaitsmata kujul riim-/merevees) 15–25 aastani. Kaitse toimib ainult seni, kuni anoodides on materjali alles (ohverdusvool) või toiteallikas töötab (sissejuhatusvool). Riimvees olevad tsink-ohverdusanoodid kestavad enne väljavahetamist tavaliselt 3–5 aastat; merevees 2–3 aastat. Anoodide vahetamise aastane maksumus (15–50 USD anoodikomplekti kohta) on tühine võrreldes ussülekandepaari vahetamise maksumusega (700–15 000 USD, olenevalt sukeldamise tasemest ja materjalist). Katoodkaitse on veealuste veevärgi ussülekandepaaride puhul kõige suurema investeeringutasuvusega hooldusinvesteering.
K: Kas lüüsivärava ussülekandepaar saab värava kiiremaks liikumiseks kasutada mitme käivitusega ussi?
Mitme käivitusega ussülekanne tagaks kiirema värava liikumise (suurem väljundkiirus sama mootori kiiruse juures), kuid kaotaks iselukustuva funktsiooni – veesurve ajaks värava mootori seiskumisel tagasi või tagasi. Kuna iselukustuva asendi hoidmine on peamine põhjus ussülekandepaari kasutamiseks värava ajamites, siis mitme käivitusega konfiguratsioone ei kasutata. Kiirem värava liikumine saavutatakse mootori kiiruse suurendamise teel (kasutades 4-pooluselist mootorit 6-pooluselise asemel või lisades sagedusmuunduri kiiruse võimenduse), mitte ussi geomeetriat muutes. Iselukustuv piirang tähendab, et kõik lüüsivärava ussülekandepaarid on ühe käivitusega – see on universaalne reegel, millel pole vee-infrastruktuuri standardites kogu maailmas erandeid.
K: Millist määrdeainet tuleks kasutada sukeldatud lüüsivärava ussiülekande paaris?
S1 ja S2 paigaldiste puhul (pritsmekindel ja vahelduv uputamine): merekvaliteediga liitiumkompleksmääre korrosiooni inhibiitori paketiga, NLGI 2. Määrige igal aastal määrdenipli kaudu. S3 ja S4 paigaldiste puhul (püsiv ja rõhu all uputamine): korpus on õliga täidetud, mitte määritud – õli pakub vee all olevatele pindadele paremat korrosioonikaitset ja võimaldab rõhu ühtlustamist ilma õhupiludeta, mis määrivad tihendilehti. Õli spetsifikatsioon on ISO VG 460 või 680 sünteetiline PAG korrosiooni- ja kulumisvastaste lisandite pakettidega, mis on kontrollitud konkreetse veekeemia jaoks (magevesi, riimvesi või merevesi). Õlivahetus toimub veetustatud hooldusakende ajal (tavaliselt iga 5–10 aasta järel reservuaari väravate puhul, igal aastal loodete väravate puhul).
Lüüsi- ja paisuventiili ussülekandepaarid töötavad keskkonnamõjude spektri äärmises otsas – pritsmetsa niisutusväravatest kuni püsivalt vee alla veetud reservuaaride väljavoolude ja survestatud hüdroenergia survetorudeni. Üleujutus- ja veesuhtlusprotokoll liigitab paigaldised neljaks tasemeks ja seob igaühe IP-reitingu, korrosioonikaitse, tihendi tüübi ja katoodkaitsega, mis määravad nii esialgse maksumuse kui ka mitmekümneaastase kasutusea. Käsiratta abil avariiline käsitsijuhtimine ei ole mugavusfunktsioon – see on eeldatav töörežiim üleujutuste ajal, mil elektriinfrastruktuur tõenäoliselt rikki läheb. Puhkeoleku haldamine kord kvartalis käsiratta treenimise abil hoiab ära korrosiooni tekkimise, mis muudab funktsionaalse ussülekandepaari halvimal võimalikul hetkel kinni kiilunud mehhanismiks. Vee-infrastruktuuri operaatorite jaoks on ussülekandepaar värava ajami mehaaniline süda – ja selle spetsifikatsioon, kaitse ja hooldus määravad, kas värav avaneb üleujutuse saabudes.
Vee-infrastruktuuri asutuste ja väravaajamite tootjate jaoks klassifitseerib meie inseneribüroo uputustaseme ning soovitab materjali, tihendi ja katoodkaitse paketi. Standardkataloog vastupidavad ussiülekandekomplektid katta väravaajamite suurused vahemikus 100 kuni 250 mm keskpunktide vahekaugusega, kasutades S1 kuni S3 kaitsepakette. Esitage lüüsivärava ajami spetsifikatsioon koos värava mõõtmete, veesamba, veetüübi ja paigalduse uputustasemega.
Kas lüüsiväravate või paisventiilide ussülekandepaare on vaja täpsustada?
Saatke meile värava mõõtmed, veesammas, veetüüp (magevesi, riimvesi, merevesi), paigalduse uputustase ja kas on vaja käsitsijuhtimist või akutoidet. Me liigitame uputusprotokolli ja soovitame materjali, tihendi ja katoodkaitse paketi.
Toimetaja: Cxm
