Anti-korrosionsforsegling til stenboremaskine: Holdbar under hårde forhold

Tætningsfejl i en stenboremaskine, der opererer i en aggressiv miljø, starter sjældent med synlig korrosion på elastomeroverfladen. Den starter med svulmning. Tætningsmaterialet absorberer væske eller damp fra omgivelserne – surt minedrenkvand, emulgeret skæreolie, hydraulikolie forurenet med vandindtrængen – og elastomeren udvider sig ud over den beregnede spaltebredde i tætningsrillen. Læbegeometrien forvrænges. Kontaktrykket mod bohringsvæggen ændres fra det beregnede tætningskraft til uforudsigelig punktbelastning. Inden for et par hundrede driftstimer begynder tætningen, som så ud til at være i orden ved visuel inspektion, at tillade omstrømningsflow.

Designen af anti-korrosionsforseglingen adresserer den indledende svulmemechanisme, ikke den efterfølgende fejltype. Valget af en elastomersammensætning med lav væskeabsorption i den specifikke miljøbetingelse – uanset om det er saltvandsgrundvand i en kystnær mine, svovlsyreafvand fra en kobberdrift eller høj-pH-spolingsvand i et cementtunnelprojekt – afgør, om forseglingen holder 200 timer eller 600 timer mellem udskiftninger. Geometrien og monteringen er sekundære i forhold til valget af sammensætning.

Kemi bag korrosionsbestandighed i elastomerer

Nitrilgummi (NBR) er det mest anvendte elastomer i hydrauliske tætninger på grund af dets gode modstandsdygtighed over for mineralolie og de fleste hydraulikvæsker. Dets svaghed er, at de usatte kulstof-kulstof-dobbeltbindinger i butadien-stammen er sårbare over for angreb fra ozon, forhøjet temperatur og visse kemiske stoffer. I en minedrift med temperaturer under 60 °C og ren hydraulikolie fungerer NBR tilfredsstillende. Indføres imidlertid surt vandindtrængning, forhøjet omgivelsestemperatur eller en syntetisk hydraulikvæske, der indeholder esterbaserede tilsætningsstoffer, forkortes NBR’s levetid markant.

HNBR – hydrogeniseret nitrilkautsyk – tilføjer brintatomer over disse usatte bindinger i polymerens rygrad under syntesen og erstatter de reaktive dobbeltbindinger med stabile enkeltbindinger. De nitrilgrupper, der giver oliebestandighed, bevares; følsomheden over for ozon og varme reduceres markant. HNBR bibeholder nyttige elastiske egenskaber op til 150 °C ved vedvarende temperatur og er modstandsdygtig mod angreb fra boringvæsker, emulgerede olier og saltvand, som ville nedbryde standard-NBR inden for uger. Det blev første gang kommercialiseret i 1984 og er nu standardvalget for dynamiske tætninger til krævende miljøer i hydrauliske systemer.

PTFE anvender en helt anden tilgang. Dets kulstof-fluor-backbone – med den stærkeste binding inden for organisk kemi – er inaktiv over for næsten alle kemikalier, der optræder i minedrift og byggevirksomhed. Det svulmer ikke op i syrer, baser, opløsningsmidler eller saltvand. Begrænsningen er mekanisk: PTFE er et stift polymer med lav elasticitet og kræver en fjederbelastet aktiveringsmekanisme eller en understøttende komponent for at opretholde tætningskontakt under slitage. For statiske tætningskredsløb, ventilkasse-O-ring-sæder og statiske grænseflader i spüllebokse overgår PTFE-komponenter elastomere alternativer betydeligt i levetid i kemisk aggressive miljøer.

Kategorier af hårde betingelser og tilsvarende tætningsmaterialer

Valget af tætningsmateriale til de statiske kredsløb – O-ringe i ventilblokken, akkumulatorport-tætninger, tætninger til spüllevandstilførslen – afgør ofte mere af den samlede vedligeholdelsesinterval end den dynamiske perkussionstætning. Statiske tætninger, der udsættes for aggressivt spüllevand, står inaktive mellem boringcyklusser og er dækket af den kemiske sammensætning, som spüllekredsløbet indeholder. En NBR O-ring i et spüllevandskredsløb med højt pH kan fejle på grund af kompressionsnedgang allerede inden for 100 timer efter første fugtiggørelse, selvom boremaskinen kun har kørt 20 perkussionstimer i den periode.

Identificering af fejltilstande i aggressive miljøer, inden de eskalerer

Tre mønstre indikerer en miljøbetinget angreb på tætninger snarere end normal cyklisk slitage. For det første asymmetrisk tætningsfladeafgradering: normal slitage medfører jævn kontaktfladeerosion over hele leppens omkreds. Kemisk svulm forvrænger leppens geometri asymmetrisk og giver et slitemønster, der følger retningen af maksimal svulm. For det andet usædvanlig farveændring i den returnerede hydraulikolie: en grønlig eller mælkeagtig farvetone i den hydrauliske returkreds indikerer vandemulgation, ofte forårsaget af en defekt spülkasse-tætning, der tillader vandindtrængen i slagkredsen. For det tredje gel-dannelse: nogle kemiske angreb fører til, at elastomerdelen fragmenteres og delvist opløses i hydraulikvæsken, hvilket danner en gelagtig forurening, der tilstopper filterelementer hurtigere end normalt og kan ridse de præcise spiller i ventilkassen.

Enhver af disse tegn kræver en fuldstændig inspektion af tætningssættet før det næste planlagte serviceinterval, ikke ved det. At køre med en kemisk degraderet tætning indtil det planlagte udskiftningstidspunkt giver mulighed for, at fejlen spreder sig til borens overflade, hvilket øger omfanget af reparationen fra udskiftning af tætningssæt til genpolering af boringen eller udskiftning af huset.

HOVOO anti-korrosions tætningssæt til minedrift og tunnelanvendelser

HOVOO leverer stenboringspakninger med HNBR- og PTFE-blandinger til de største driftermodeller, der anvendes i krævende miljøer. Den standardmæssige PU-pakning er velegnet til de fleste operationer i tempererede klimaer med renskylning med vand. HNBR-pakninger anbefales til operationer, hvor omgivelsestemperaturen ved borehovedet overstiger 40 °C over en længere periode, hvor surt grundvand anvendes som skyllevæske, eller hvor hydraulikolien i returkredsen har en temperatur over 80 °C. PTFE-understøtningspakninger til statiske kredsløb er tilgængelige separat til installationer i alkaliske tunnelprojekter eller kystnære operationer med indtrængen af saltvand.

At specificere den forkerte blanding i et kendt krævende miljø og derefter udskifte pakningen med dobbelt så stor hyppighed er dyrere end at bestille den korrekte blanding én gang. HOVOO’s modelspecifikke referencer, herunder blandingens betegnelse for hver drifteranvendelse, er angivet på hovooseal.com.