Hvordan udvider man levetiden for en trykakkumulator til borer? Brugs- og vedligeholdelsesråd

De fleste vedligeholdelsesprogrammer for hydrauliske stenborere har en specifik interval for udskiftning af hydraulikolie, en specifik interval for udskiftning af tætsætningssæt og næsten intet skriftligt om vedligeholdelse af akkumulatoren. Akkumulatoren kontrolleres, når noget går i stykker – især når slagenergien falder, og den karakteristiske hæse lyd indikerer, at membranen eller fortrykket er fejlet. På det tidspunkt har akkumulatoren kørt med nedsat ydelse i uger eller måneder, og andre slagkomponenter har absorberet konsekvenserne.

En hydraulisk akkumulator i en slagkreds er en trykbeholder, der udsættes for ekstreme forhold: 30–65 trykcyklusser pr. sekund under boring med toptryk på 160–220 bar på den hydrauliske side. Den beregnede levetid for en standard hydraulisk akkumulator er typisk 12 år eller et begrænset antal trykcyklusser – alt efter hvad der kommer først. For en drifter, der kører 2.000 slagtimer om året, udsættes akkumulatoren for cirka 360 millioner trykcyklusser årligt. Det er ikke en vedligeholdelsespost, som kan udskydes ubegrænset.

Forståelse af, hvad akkumulatoren faktisk gør i slagkredsen

En hydraulisk stenborer har to akkumulatorer med forskellige funktioner. Den højtryksakkumulator lagrer kvælstof, der er forladt til 50–80 bar (afhængigt af driftermodellen), og er placeret på slagtrykssiden af kredsløbet. Når stemlen begynder sin returstrøg, kan pumpen alene ikke levere den øjeblikkelige strømforbrug, der kræves til drift med høj frekvens – akkumulatoren frigiver den lagrede energi for at supplere pumpens strøm i dette kritiske øjeblik og eliminerer dermed den såkaldte 'støddel', som ellers ville få stemlen til at vende retning for tidligt.

Den lavtryksakkumulator (typisk forspændt til 4–5 bar) er placeret på retur-/buffer-siden og fungerer sammen med dæmpningssystemet til at absorbere returbølgeenergi fra stangstrengen. Begge akkumulatorer har membraner – fleksible membraner, der fysisk adskiller kvælstofgas fra hydraulikolie. Membranen er den komponent, der fejler. Gas trænger langsomt igennem nitrilgummimembranen over tid; hurtig opladning eller en overtrykhændelse kan revne den øjeblikkeligt.

De tre mekanismer, der forkorter akkumulatorens levetid

Nitrogengasdiffusion gennem membranen er uundgåelig, men kontrollerbar. Nitrilgummi (NBR)-membraner, som er den mest almindelige type, mister nitrogen gennem membranvæggen med en hastighed, der stiger med temperaturen og trykforskellen. Ved driftstemperaturer over 70 °C accelereres diffusionen. Kontrol af forspændingspresset hvert 200–300 slagtime opdager den gradvise trykforring, inden den når det niveau, der påvirker slagydelsen. Et pludseligt fald – i modsætning til et gradvist fald – indikerer lækkage i ventilstammen eller membranbrud snarere end diffusion.

Hurtig opladning er den enkelte største årsag til tidlig membranfejl i feltservice. Når kvælstof tilføres for hurtigt til en akkumulator, der er fuldstændigt afladt, køler den udvidende gas membranen så meget, at gummiet bliver sprødt. I en blæseakkumulator kan hurtig opladning også presse blæsen ned i stempelventilen ved olieporten, hvilket kan skære eller klemme den permanent. Den opladningsproces, som de største akkumulatortillverkere dokumenterer, kræver, at kvælstof tilføres langsomt – ved at let åbne cylinderventilen og fylde op over flere minutter i stedet for sekunder. De fleste installationer springer dette trin over, fordi det tager længere tid.

Drift under minimum forudtryk er den tredje mekanisme. Når en drifter kører med forudtryk i akkumulatoren under specifikationen – fordi forudtrykket aldrig er blevet kontrolleret og nitrogen er lekket ud – 'slår' membranen mod olieportens overflade ved hver trykcyklus. Den gentagne kontakt mellem membranen og porten forårsager lokal slitage og til sidst gennemboring. Rotationsborværktøjet kører stadig, men perkussionsenergien bliver stadig mere uregelmæssig, fordi akkumulatorens dæmpningsfunktion er kompromitteret.

Forudtrykspecifikationer og kontrolinterval

Førfyldningsspecifikationen måles altid, når hydrauliktrykket er fuldstændigt frakoblet fra slagkredsløbet – ikke mens drifteren er i drift. At måle akkumulatorførfyldningen under aktivt slagtryk giver en forkert aflæsning, fordi nitrogen-siden komprimeres af det tilstedeværende hydrauliktryk. Depressuriser systemet altid fuldstændigt, inden der tilsluttes påfyldnings-/måleværktøjet til akkumulatorventilens stilk.

Temperatur og dens virkning på angivet førfyldning

Nitrogentrykket varierer med temperaturen i henhold til den grundlæggende gaslov: En stigning på 10 °C i temperaturen øger nitrogentrykket med ca. 3,5 % i en akkumulator med fast volumen. En drifter, der viser korrekt førfyldningstryk ved kold kontrol ved 20 °C omgivelsestemperatur, vil vise et højere tryk på påfyldningsmanometeret, når drifteren har været i drift i flere timer og akkumulatorens skal har opvarmet sig til 60 °C. Denne højere aflæsning betyder ikke, at førfyldningen er for høj – den betyder blot, at gassen er varmere.

Den praktiske konsekvens: Registrer altid temperaturen, hvor fortrykket blev kontrolleret, sammen med trykaf læsningen. Indstil et fortrykmål, der er passende for kolde forhold, idet det vides, at det varme driftstryk vil være højere. Overtrykning baseret på en korrektionsfejl ved en kold aflæsning er en almindelig årsag til membranskade i feltet – for højt fortryk presser membranen ind mod stempelventilen ved hver afladningscyklus, præcis den samme mekanisme som ved drift uden fortryk, men i omvendt retning.

Opbevaring og længerevarende stopprocedurer

Ved opbevaringsperioder på mere end to uger er standardpraksis at frigøre den hydrauliske tryk og lade den forudindstillede nitrogentryk stå uændret. Membranen skal befinde sig i sin 'gasfyldte' position – hverken nedsænket mod olieporten eller strakt af hydraulisk tryk. Langvarig opbevaring med membranen presset mod olieporten (hydraulisk kreds under tryk, men med utilstrækkeligt nitrogentryk) fører til permanent deformation af membranens geometri og forkorter dens resterende levetid.

Før opbevaring skal akkumulatorkarret tømmes for samlede olie, hvis drifteren skal opbevares i mere end én måned – olie, der står i kontakt med membranen ved omgivende temperatur, kan medføre en vis udtørring af nitriloverfladen over længere perioder. Efter genstart efter opbevaring skal forudindstillet tryk kontrolleres, inden slagdrift påbegyndes, og driften skal foretages ved reduceret slagtryk i de første 15–20 minutter for at give membranen mulighed for gradvis at nå driftstemperaturen.