Těsnění protikorozního kamenolomového vrtáku: odolné v náročných podmínkách

Selhání těsnění v kamenolomovém vrtáku provozovaném v agresivním prostředí zřídka začíná viditelnou korozi na povrchu elastomeru. Začíná to nafouknutím. Materiál těsnění absorbuje kapalinu nebo páru z prostředí – kyselou hornickou vodu, emulzovanou řeznou kapalinu, hydraulický olej kontaminovaný vniklou vodou – a elastomer se rozšíří přes povolenou vůli v drážce pro těsnění. Geometrie těsnicího okraje se deformuje. Kontaktní tlak proti stěně otvoru se změní z navržené těsnicí síly na nepředvídatelné bodové zatížení. Během několika set provozních hodin začne těsnění, které při vizuální kontrolu vypadalo v pořádku, propouštět proudící médium.

Návrh těsnění s ochranou proti korozi řeší tento počáteční mechanismus nafouknutí, nikoli následný režim poruchy. Výběr elastomerové směsi s nízkou absorpcí kapaliny v daném prostředí – ať už jde o slanou podzemní vodu v pobřežní dobývací jámě, sírovou kyselinu v odtoku z měděného dolu nebo vodu s vysokým pH používanou při čištění v tunelovém projektu pro výrobu cementu – rozhoduje o tom, zda těsnění vydrží 200 nebo 600 hodin mezi výměnami. Geometrie a montáž jsou vůči výběru směsi druhotné.

Chemie ležící za odolností elastomerů vůči korozi

Akrylonitril-butadiénový kaučuk (NBR) je nejvíce používaný elastomer v hydraulických těsněních díky své dobré odolnosti vůči minerálním olejům a většině hydraulických kapalin. Jeho slabou stránkou je, že nenasycené uhlíko-uhlíkové dvojné vazby v butadiénovém řetězci jsou zranitelné vůči útoku ozónu, zvýšené teplotě a určitým chemickým látkám. V podmínkách hornického prostředí s teplotou pod 60 °C a čistým hydraulickým olejem se NBR chová uspokojivě. Přítomnost kyselé vody, zvýšená okolní teplota nebo syntetická hydraulická kapalina obsahující esterové přísady však výrazně zkracují životnost NBR.

HNBR – hydrogenovaný nitrilový kaučuk – během syntézy přidává atomy vodíku k těmto nenasyceným vazbám v hlavním řetězci, čímž nahrazuje reaktivní dvojné vazby stabilními jednoduchými vazbami. Nitrilové skupiny, které zajišťují odolnost vůči olejům, jsou zachovány; citlivost vůči ozonu a teplu je výrazně snížena. HNBR uchovává užitečné elastické vlastnosti až do teploty 150 °C při trvalém zatížení a odolává útoku vrtacích kapalin, emulgujících olejů a slané vody, které by standardní NBR degradovaly během několika týdnů. Poprvé byl komerčně uveden na trh v roce 1984 a stal se výchozí volbou pro dynamická těsnění v extrémních prostředích v hydraulických systémech.

PTFE zcela odlišně přistupuje k řešení tohoto problému. Jeho uhlík-fluorová kostra – s nejsilnější vazbou v organické chemii – je téměř neúčinná vůči všem chemikáliím, které se v těžebním a stavebním průmyslu vyskytují. Nezvětšuje se v kyselinách, zásadách, rozpouštědlech ani ve slané vodě. Omezením je mechanické: PTFE je tuhý polymer s nízkou pružností a pro udržení těsnicího kontaktu během opotřebení vyžaduje pružinový napínací prvek nebo podpůrný prvek. U statických těsnicích obvodů, sedel O-kroužků v uzavíracích blokůch a statických rozhraní vypouštěcích boxů mají součásti z PTFE v chemicky agresivních prostředích výrazně delší životnost než elastomerní alternativy.

Kategorie extrémních podmínek a odpovídající těsnicí materiály

Volba materiálu těsnění pro statické obvody – O-kroužky v bloku ventilů, těsnění přípojek akumulátoru, těsnění vstupu prané vody – často určuje delší údržbový interval než dynamické těsnění pro rázové provozování. Statická těsnění vystavená agresivní prané vodě zůstávají nečinná mezi vrtacími cykly a jsou ponořena v chemii, kterou obvod prané vody přenáší. O-kroužek z NBR v obvodu vrtací vody s vysokým pH může selhat kvůli deformaci pod tlakem již během 100 hodin od prvního styku s vodou, i když vrták v tomto období pracoval pouze 20 hodin v rázovém režimu.

Rané rozpoznání poruchových režimů v agresivním prostředí, než se zhorší

Tři vzory naznačují environmentální poškození těsnění, nikoli běžné cyklické opotřebení. Za prvé asymetrické poškození těsnicí plochy: normální opotřebení způsobuje rovnoměrné erozní opotřebení těsnicí plochy po celém obvodu těsnicího okraje. Chemické nafouknutí deformuje geometrii okraje asymetricky, čímž vzniká opotřebení sledující směr největšího nafouknutí. Za druhé neobvyklá změna barvy vrácené hydraulické kapaliny: zelenavý nebo mléčný nádech ve vratné hydraulické trubce signalizuje emulzifikaci vody, často způsobenou poškozeným těsněním vyplachovací skříně, které umožňuje vniknutí vody do rázového obvodu. Za třetí tvorba gelu: některé chemické útoky způsobují částečné rozpouštění fragmentů elastomeru v hydraulické kapalině, čímž vzniká kontaminace podobná gelu, která rychleji ucpává filtrační prvky než obvykle a může poškrábat přesné vůle v bloku ventilů.

Jakýkoli z těchto příznaků vyžaduje kompletní kontrolu kompletu těsnění ještě před dalším plánovaným servisním intervalem, nikoli až v jeho rámci. Pokud je chemicky degradované těsnění provozováno až do plánovaného termínu výměny, může dojít k přesunu poruchy na povrch vnitřního průměru (bore), čímž se rozsah opravy zvýší z výměny kompletu těsnění na opětovné broušení vnitřního průměru nebo výměnu tělesa.

HOVOO protikorozní komplety těsnění pro těžební a tunelové aplikace

HOVOO dodává těsnicí sady pro kamenické vrtáky s možnostmi materiálu HNBR a PTFE pro hlavní modely drifterů používané v aplikacích v agresivním prostředí. Standardní sada z polyuretanu (PU) je vhodná pro většinu provozů za mírného podnebí s čistou vodou pro promývání. Sady z HNBR se doporučují pro provozy, kde teplota povrchu v místě vrtání překračuje 40 °C po delší dobu, kde jako promývací prostředek slouží kyselá podzemní voda nebo kde teplota hydraulického oleje v návratním okruhu přesahuje 80 °C. Sady s podporou z PTFE pro statické obvody jsou k dispozici samostatně pro instalace v tunelových projektech s alkalickým prostředím nebo pobřežních provozech s pronikáním slané vody.

Určení nesprávného materiálu v známém agresivním prostředí a následná výměna těsnicí sady dvakrát častěji je nákladnější než jednorázové objednání správného materiálu. Modelově specifické odkazy HOVOO, včetně označení materiálu pro každou aplikaci drifteru, jsou uvedeny na stránce hovooseal.com.