Установки сверхвысокого давления (UHP)

Граница проведена по мощности привода: до 22 кВт включительно — аппарат высокого давления, свыше 22 кВт — установка. Аппарат поставляется как серийное изделие, установка собирается под задачу заказчика: насос, привод, водоподготовка, автоматика и рама либо контейнер подбираются под конкретную рабочую точку. Для изделий с рабочим давлением от 1000 бар применяется международное обозначение UHP — сверхвысокое давление; верхний предел линейки составляет 2800 бар.

Трубные пучки чистят струёй 500–1500 бар, для наиболее стойких коксовых и накипных отложений давление поднимают до 2500 бар. Расход определяется оснасткой: одна гибкая пика забирает 15–30 л/мин, многопиковые (мультиланцевые) системы — 250 л/мин и более. Струя нагружает трещины и поры отложения изнутри и раскалывает его, тогда как металл трубки остаётся цел. Контейнерное исполнение на 1500 бар отдаёт до 138 л/мин.

Да. Оборудование контейнерной установки скомпоновано в утеплённом 20-футовом морском контейнере с двумя независимыми автономными воздушными отопителями, а дизельный привод допускает холодный пуск до −35 °C и не требует подключения к сети предприятия. Предусмотрены два режима работы: ручной, когда оператор работает с пистолетом высокого давления, и автоматический — с поддержанием заданного постоянного давления. Там, где промышленная сеть есть, применяется электрическое исполнение на мобильной раме.

Вода подаётся через накопительный бак со встроенной водоподготовкой 50 мкм, далее проходит тонкую очистку перед насосом: финишная ступень 10 мкм для исполнения на 1500 бар и 1 мкм для исполнения на 2800 бар. Температура воды на входе — до 40 °C при непрерывной работе; кратковременно, не более часа, допускается до 60 °C. Бак дополнительно сглаживает неравномерность внешней подачи и служит аварийным запасом.

Работа без воды недопустима. Вода смазывает и охлаждает пару «плунжер — уплотнение», и при сухом ходе сменные уплотнения, сёдла и клапаны разрушаются за считаные секунды: исчезает водяная плёнка, сухое трение даёт задир и перегрев рабочих поверхностей. Поэтому бак оснащён датчиком уровня, и при падении уровня ниже минимума автоматика немедленно останавливает привод. Блокировка по сухому ходу — обязательный контур любой установки.

Поставка комплектуется шестью группами оборудования: насосная часть высокого давления (плунжерный насос, предохранительный и разрывной клапаны, два пневмоуправляемых разгрузочных клапана, манометр, бустерный насос, трубопроводы и арматура); дизель-силовой привод с муфтой, системой выпуска и жидкостным охлаждением; водоподготовка и фильтрация; топливная система с баком из нержавеющей стали; электрооборудование, автоматика и панель управления; утеплённый контейнер с отопителями и лебёдкой для съёма гидравлической части.

Персонал обучается при вводе установки в эксплуатацию: первичное обучение и шеф-монтаж входят в поставку контейнерного исполнения. Управление ведётся с электронной панели на русском языке, дополнительно предусмотрено дистанционное управление по радиоканалу. В ручном режиме, когда оператор удерживает пистолет высокого давления, программные уставки аварийной остановки задаются ниже, чем в автоматическом, — это учитывается при инструктаже смены.

Снятие лакокрасочного покрытия и продуктов коррозии до чистого металла требует давления выше 1700 бар; рабочий диапазон этой задачи — 2000–2800 бар. Струя 1500 бар покрытие снимет, но чистого металла не гарантирует. В том же классе давлений выполняются удаление гуммировки и эпоксидных покрытий, зачистка резервуаров и гидродемонтаж бетона. Удаление резины со взлётно-посадочных полос и демаркировка дорог ведутся при 1000–2500 бар.

Нет. Станочная гидроабразивная резка работает на 3800–4000 бар, и давление в ней создаёт встроенный в станок мультипликатор, а не кривошипный плунжерный насос; это выше предела линейки в 2800 бар. Установки сверхвысокого давления применяются для мобильной гидроабразивной работы, где абразив подмешивается к струе на сопле, а также для гидродемонтажа бетона и холодной резки резервуаров при 2000–2800 бар.

Трубки пучка проходят гидролансами — жёсткими или гибкими пиками длиной 5–12 м, которые прогоняются по трубкам диаметром 19–25 мм с шагом 25–32 мм. Ёмкости, реакторы и колонны моют 3D-вращающейся головкой на штанге сверху, на 360°, без входа человека внутрь. При давлении свыше 1000 бар реактивная сила на наконечнике пики достигает десятков килограммов, поэтому в машинах-манипуляторах пику ведут направляющие, не дающие ей сложиться.

Плунжерный насос не самовсасывающий, и всасывающая линия работает под избыточным давлением: в контейнерных установках бустерный центробежный насос подаёт воду на вход с давлением 2,5–5,5 бар. При разрежении давление в камере опускается ниже давления насыщенных паров воды (около 0,023 бар абс. при 20 °C), вода вскипает, и схлопывание пузырьков выбивает материал сёдел, тарелок клапанов и торцов плунжеров. Линию выполняют короткой и широкой.

Финишная ступень тем тоньше, чем выше давление: на 1500 бар фильтрация двухступенчатая, 50 → 10 мкм, на 2800 бар — трёхступенчатая, 50 → 5 → 1 мкм, с манометрами визуального контроля засорения на каждой ступени. Наибольший вред наносят частицы 20–150 мкм: они затягиваются в контакт плунжера с уплотнением и работают резцом. Тонкая ступень закладывается с запасом производительности 3–5 крат.

Объёмный КПД падает из-за сжимаемости воды, а не из-за утечек. Вода сжимается на 4,0% при 1000 бар, 5,6% при 1500, 7,1% при 2000 и 9,1% при 2800 бар: в начале хода нагнетания плунжер сначала дожимает жидкость в камере и мёртвом объёме и лишь затем начинает подавать. При отношении мёртвого объёма к рабочему 0,3–0,5 объёмный КПД на 2800 бар составляет 0,82–0,85, поэтому геометрическая подача — верхняя граница.

Принудительная смазка под давлением введена из-за высоких нагрузок на подшипники и крейцкопфы при сверхвысоком давлении, а не ради низких оборотов. Коленвал контейнерных машин работает на 425–500 об/мин — выше порога, ниже которого штатное разбрызгивание уже не создаёт масляного тумана. Насос установки выполняется со встроенным редуктором; соединение с дизельным приводом прямое, через муфту, и понижение частоты вращения целиком выполняет редуктор.

Защита эшелонирована: электронные уставки, затем многоразовый предохранительный клапан, затем одноразовый разрывной клапан с мембраной. У исполнения на 1500 бар аварийная остановка настроена на 1000 бар в ручном режиме и 1500 бар в автоматическом, разрывной клапан — на 2000 бар. У исполнения на 2800 бар — 2150 и 2850 бар, разрывной клапан 3500 бар. Дополнительно два пневмоуправляемых клапана полностью сбрасывают давление магистрали.

До 1500 бар плунжеры выполняются цельнокерамическими, выше применяются специальные сплавы и покрытия. Уплотнение неподвижно закреплено в корпусе гидравлической части, плунжер скользит сквозь него и стенок камеры не касается, поэтому изнашивается сменный комплект уплотнений, а не цилиндр. Износ растёт от средней скорости плунжера примерно квадратично; ориентир для непрерывной работы — 0,8–1,2 м/с, стандартный режим — 1,2–1,5 м/с.

Подбор начинается с пары «расход — давление». Мощность на валу насоса в киловаттах равна расходу в литрах в минуту, умноженному на давление в барах и делённому на 510; делитель учитывает КПД насоса около 85%. Например, 63 л/мин при 2800 бар — это примерно 346 кВт. При фиксированной мощности произведение расхода на давление постоянно, поэтому одна механическая база с плунжером Ø30 даёт 1500 бар, а с Ø22 — 2800 бар при силе на плунжере около 106 кН.

Расходные элементы — комплекты уплотнений плунжеров, клапаны, плунжеры, разрывной клапан и фильтрующие картриджи. В поставку исполнения на 1500 бар входит эксплуатационный запас расходных материалов на насос (кроме фильтров), дополнительно плунжер, разрывной клапан и 50 картриджей 10 мкм. Для исполнения на 2800 бар — два комплекта уплотнений, комплект клапанов, плунжер, разрывной клапан и по 25 картриджей на каждую тонкую ступень. Съём гидравлической части выполняется штатной электрической лебёдкой.

Степень подготовки поверхности после водоструйной обработки обозначается Wa 1, Wa 2 и Wa 2½ по ISO 8501-4. Обозначения Sa относятся к абразивоструйной очистке по ISO 8501-1 и к водоструйной работе неприменимы — смешивать эти шкалы в спецификации некорректно. Порогом водоструйной обработки принято считать 700 бар, ниже — водная очистка. Вода сама по себе профиль поверхности не создаёт: она удаляет покрытие и продукты коррозии, а шероховатость задаётся абразивом.