パイプジャッキング油圧シリンダー: フルガイド

パイプ推進作業における油圧シリンダーの役割

パイプ推進工 は、プレハブパイプセグメントを発射立坑から受入立坑まで地中に徐々に押し込み、同時にパイプ推進機がトンネル切羽の地盤を掘削する非開削パイプライン敷設工法です。このシステムを前進させる推進力全体は、 パイプジャッキング油圧シリンダー 発射シャフト内に配置され、鉄筋コンクリートのスラスト壁に取り付けられています。これらのシリンダーは周辺コンポーネントではなく、動作全体の機械の心臓部です。出力、ストローク制御、圧力の安定性、地下環境への耐性が、パイプ推進ドライブが成功するか、コストのかかる問題に遭遇するかに直接影響します。

地上の建設機械で使用される油圧シリンダーとは異なり、パイプジャッキ油圧シリンダーは、高い持続推力、長時間の連続運転サイクル、限られたシャフトの作業スペース、土壌、地下水、および研磨性粒子状物質への継続的な曝露など、独特の厳しい条件の組み合わせの下で機能する必要があります。これらすべての要求を同時に満たすには、建設グレードの圧力定格、高精度のシール システム、および一から組み込まれた耐汚染性設計を備えた、汎用油圧機器を流用したものではなく、この用途向けに特別に設計されたシリンダーが必要です。

地中推力用途における高圧油圧シリンダの性能

一連のパイプセグメントを土壌に押し込むために必要な推進力は、2 つの主要な抵抗、つまりパイプ推進機のカッティングヘッドでの面抵抗と、パイプストリングの外面と周囲の地面の間の摩擦抵抗を同時に克服する必要があります。ドライブの長さが増加すると、設置されたパイプの全長に沿って摩擦抵抗が蓄積し、必要なジャッキ力が大幅に増加する可能性があります。長いドライブでは、ジャッキの合計荷重が数千キロニュートンに達することがあります。したがって、パイプジャッキで使用される高圧油圧シリンダーは、性能を低下させることなく駆動全体を通じてこれらの力を一貫して維持できるように定格および構造が定められている必要があります。

パイプジャッキ油圧システムの動作圧力は通常 250 bar ～ 400 bar (約 3,600 ～ 5,800 PSI) の範囲で、ピーク圧力はシステムがより硬い地盤条件に遭遇したとき、土壌の種類が変化したとき、または中間ジャッキステーションが長距離ドライブにわたって推力を調整しているときに発生します。これらの用途向けに設計された高圧油圧シリンダには、高張力鋼合金で製造された厚肉シリンダ バレル、内部漏れを最小限に抑えるために精密に研磨されたボア表面、極度の圧縮荷重下での座屈に耐える大容量ピストン ロッド直径が組み込まれています。バイパスや圧力降下なしに定格圧力を維持するシリンダーの能力は、エンジニアが圧力保持能力と表現するものであり、この特性はシールの品質、ボアの仕上げ、および製造公差の管理に直接結びついています。

圧力保持性能は、ホールド中、つまりジャッキ サイクル中、新しいパイプ セグメントを降ろして接続するために前進を一時停止する期間中に特に重要です。これらの間隔の間、油圧シリンダは、地面が押し戻そうとする傾向やパイプ柱が弛緩しようとする傾向に抗して、パイプストリングを静止状態に保持しなければなりません。これらのホールド中に圧力をバイパスできるシリンダーは、パイプストリングのドリフトを可能にし、設置されたパイプラインの位置合わせ精度を損ない、パイプジョイントに構造的損傷を引き起こす可能性があります。

埋設シリンダの信頼性に防塵設計が重要な理由

パイプジャッキ発射シャフトの地下環境は、本質的に精密な油圧コンポーネントには敵対的です。掘削が進むにつれて、微細な土粒子、砂、地下水、建設残骸が常に作業雰囲気中に存在します。油圧シリンダのピストン ロッドは特に脆弱です。伸縮サイクルのたびに研磨されたロッド表面がシリンダ バレルから出たり戻ったりするため、収縮の瞬間にロッド表面に存在する汚染物質がワイパー シールを通過してシリンダ内部に引き込まれ、そこでダイナミック シールの摩耗が促進され、最終的にはボア表面に傷がつきます。

専用に設計された防塵油圧シリンダーは、多段階の汚染排除システムを通じてこのリスクに対処します。最外側の保護層は、ロッドグランドに取り付けられた頑丈なワイパーシール (スクレーパーシールとも呼ばれる) で、後退ストロークごとにロッド表面から大量の汚染物質を物理的に除去するように設計されています。この背後には、一次油圧境界を提供する二次ロッド シールがあり、ワイパー段階ですでに除去された汚染物質から保護されています。要求の厳しいパイプジャッキ用途では、一部のシリンダー設計では、ワイパーと主シールの間に追加のラビリンスダストリングまたはフェルトリングを組み込んで、粒子の侵入に対する複数の連続したバリアを作成します。

ロッド表面自体も防塵性能を左右する重要な要素です。ピストンロッドに施された硬質クロムメッキまたはセラミック複合コーティングは、粒子の付着を防ぐ滑らかで硬い表面を提供し、ワイパーとロッドのシールが効果的に機能することを可能にします。ロッドの表面が柔らかくなったり粗くなったりすると、研磨粒子が金属に埋め込まれ、局所的な研磨作用が生じ、シールの品質に関係なくシールが急速に破壊されます。ロッドの表面処理とグランドの多層シールの組み合わせにより、適切に指定された防塵油圧シリンダに汚染された地下環境に対する耐性が与えられます。

パイプジャッキング油圧シリンダーの主な技術仕様

特定のプロジェクト用にパイプジャッキング用油圧シリンダーを選択する場合、エンジニアは相互に依存するいくつかの技術パラメータを評価する必要があります。以下の表は、主要な仕様カテゴリとその実際的な重要性をまとめたものです。

マルチシリンダージャッキシステムの動作の安定性と同期

発射シャフト内のほとんどのパイプジャッキングセットアップでは、スラストリングの周囲に対称的に配置された複数のパイプジャッキング油圧シリンダーが 1 つではなく、パイプの直径と必要な推力容量に応じて、通常は 2 つ、4 つ、または 6 つのシリンダーを使用します。パイプストリングが回転や接合部での位置ずれを起こすことなく直線的に進むには、配列内のすべてのシリンダーが同期して伸び、等しい力を加えて同じ速度で進む必要があります。シリンダー グループ全体の推力のバランスが崩れると、パイプの接合部に偏心荷重がかかり、パイプラインのアライメントに角度のずれが生じる可能性があります。これは、駆動中に修正するとコストがかかる問題です。

マルチシリンダー構成における動作の安定性は、油圧回路の設計と個々のシリンダーの機械的一貫性の両方に依存します。油圧回路内の比例流量制御バルブまたはアクティブ同期システムは、シリンダー間の流量配分をリアルタイムで管理し、摩擦や負荷のわずかな違いを補償します。シリンダーレベルでは、ボア径とシールの摩擦に関する厳しい製造公差により、各シリンダーが同じ圧力入力に一貫して応答することが保証されます。これは、適切な圧力定格だけでなく、精密な製造を要求する要件です。

プロジェクト固有のシリンダー仕様の選択基準

プロジェクトに適切なパイプジャッキング油圧シリンダーを選択するには、特定の現場と運用条件を体系的に評価する必要があります。仕様プロセスの指針となるのは次の要素です。

• ドライブの長さとパイプの直径: ドライブが長くなり、パイプ直径が大きくなると、総摩擦抵抗が大きくなり、ドライブ全体で推力を維持するには、より大きなボア径、より高い動作圧力定格、およびより堅牢な圧力保持性能を備えたシリンダーが必要になります。
• 地面の状態: 粘着性の粘土質の土壌、粒状の砂、砂利、混合面の状態では、それぞれ異なる摩擦抵抗と面抵抗特性が生じます。汚染物質の侵入が最も深刻な粒状土壌または混合土壌では、強化された多段シールを備えた防塵油圧シリンダを指定することが特に重要です。
• 地下水の存在: 地面が飽和した状態では、シリンダーとその外表面は継続的に湿気にさらされます。長時間の駆動中に腐食によるシールの損傷を防ぐには、耐食性のロッド処理と保護されたエンドキャップの設計が不可欠です。
• ストローク長の一致: シリンダのストロークは、取り付けるパイプセグメントの標準長さと一致させる必要があります。ストロークが短すぎると追加の中間ストロークと位置変更が必要になり、ドライブが遅くなり操作が複雑になります。
• 中間ジャッキステーションの互換性: パイプストリング自体内に中間ジャッキステーション (IJS) を配置する必要がある長距離ドライブの場合、IJS シリンダは、必要な推力仕様を満たしながら、パイプアニュラス内に適合するのに十分コンパクトである必要があります。これは、油圧システムエンジニアとパイプジャッキマシンメーカーの間の緊密な調整を必要とする設計上の課題です。

地下でシリンダーの性能を守るメンテナンス方法

最も堅牢に指定されたパイプジャッキング油圧シリンダーであっても、ドライブ全体にわたって信頼性の高いパフォーマンスを提供するには、体系的なメンテナンス手順が必要です。地下の動作環境では、地上の機器よりも事前のメンテナンスが重要になります。地下で発生する問題は、地上で発生する場合よりも走行中に解決するのがはるかに難しく、費用がかかります。

• ロッドの毎日の検査: 各ジャッキ作業の前に、ピストンロッドの表面に傷、穴あき、腐食、または粒子の付着がないか目視検査してください。ロッドの表面に欠陥があると、シールの摩耗が急激に加速します。目に見える損傷があるロッドは、ドライブを続行する直前に評価する必要があります。
• 作動油の品質監視: 汚染された作動油は、高圧油圧シリンダ システムの内部シールとコンポーネントの摩耗の主な原因です。定期的な液体サンプリングと粒子数分析により、ISO の清浄度目標に照らして汚染レベルを監視できるため、フィルターは故障することなく定期的に交換する必要があります。
• シール状態のチェック: ロッドグランドの外部漏れを監視します。たとえ少量の作動油の滲みであっても、ロッドまたは二次シールが損傷していることを示す信頼性の高い初期指標です。計画されたパイプ降下間隔中にシールの問題に対処することは、行程の途中で計画外に停止するよりもはるかに混乱が少なくなります。
• 走行後の検査と再調整: ドライブが完了するたびに、再展開する前にシリンダーを完全に伸ばし、洗浄し、磨耗を検査する必要があります。地下の使用環境の厳しさを考慮すると、見かけの状態に関係なく、予防措置としてシールを定期的に交換する必要があります。

適切に指定および保守されたパイプジャッキング油圧シリンダーは、専用の高圧油圧シリンダーの推力能力と、完全に設計された防塵油圧シリンダー設計の耐汚染性を組み合わせたもので、現代の地下パイプライン建設に求められる動作信頼性、調整精度、耐用年数を実現します。