Διάφραγμα αποθηκευτήρα τρυπανιού βράχου: Αρχή λειτουργίας, σημάδια αστοχίας και πώς να επιλέξετε ανταλλακτικό

Ένα υδραυλικό τρύπανο βράχου εξαρτάται από ένα μικρό, εύκολα παραβλέψιμο εξάρτημα για να διατηρεί το σύστημα πληγμάτων του ομαλό και αποτελεσματικό: ο συσσωρευτής διάφραγμα . Όταν λειτουργεί σωστά, οι περισσότεροι χειριστές δεν το σκέφτονται ποτέ. Όταν αποτυγχάνει, η ενέργεια πλήγματος μειώνεται, οι ήχοι του τρυπανιού αλλάζουν και η παραγωγικότητα στην εγκατάσταση υφίσταται ζημιά. Αυτό το άρθρο εξηγεί πώς λειτουργούν ο συσσωρευτής και το διάφραγμά του εντός ενός υδραυλικού τρυπανιού βράχου, πώς να αναγνωρίσετε τα σημάδια αποτυχίας του διαφράγματος και τι να ελέγξετε πριν παραγγείλετε ένα ανταλλακτικό.

Τι είναι ένας Συσσωρευτής σε ένα Υδραυλικό Τρύπανο Βράχου;

Ένας συσσωρευτής είναι ένα μικρό δοχείο υψηλής πίεσης που ενσωματώνεται στο κύκλωμα πλήξης ενός υδραυλικού τρυπανιού βράχου. Μέσα στο δοχείο, μια εύκαμπτη διάφραγμα — που μερικές φορές αναφέρεται ακόμη ως «δερμάτινο κύπελλο» σε παλαιότερους καταλόγους ανταλλακτικών, μια ονομασία που προέρχεται από παλαιότερα σχέδια διαφραγμάτων — χωρίζει δύο θαλάμους: έναν γεμάτο με προεντεταμένο αέριο αζώτου και έναν άλλον που συνδέεται με το υδραυλικό κύκλωμα λαδιού του τρυπανιού. Επειδή η πλευρά του αερίου είναι ερμητικά κλειστή και προεντεταμένη πριν από την εγκατάσταση του συσσωρευτή, ενώ η πλευρά του λαδιού είναι ανοιχτή στο εργαζόμενο υδραυλικό κύκλωμα, το εξάρτημα αναφέρεται συχνά ως συσσωρευτής αζώτου ή συσσωρευτής αερίου.

Τα περισσότερα υδραυλικά τρυπάνια βράχου χρησιμοποιούν τουλάχιστον έναν συσσωρευτή στην πλευρά υψηλής πίεσης του κυκλώματος πλήξης, ενώ πολλά μοντέλα προσθέτουν ένα δεύτερο, χαμηλής πίεσης συσσωρευτή στο κύκλωμα επιστροφής ή απόσβεσης. Και οι δύο λειτουργούν με την ίδια βασική αρχή, παρόλο που οι τιμές πίεσης και οι λειτουργικές τους απαιτήσεις διαφέρουν.

Η βιβλιογραφία της υδραυλικής μηχανικής ταξινομεί συνήθως τους αποθηκευτικούς δοχεία (accumulators) σε τρεις οικογένειες: τύπου φούσκας (bag), τύπου διαφράγματος και τύπου εμβόλου. Οι δημοσιευμένες συγκρίσεις των τριών τύπων αναφέρουν ότι τα αποθηκευτικά δοχεία τύπου εμβόλου μπορούν να καλύψουν πολύ ευρύ εύρος όγκου και πίεσης, χωρίς να περιορίζονται από τον λόγο συμπίεσης ενός ελαστομερούς· ωστόσο, η μάζα του εμβόλου τους προκαλεί σημαντικά πιο αργή δυναμική απόκριση σε σύγκριση με τα αποθηκευτικά δοχεία τύπου φούσκας ή διαφράγματος, καθιστώντας τα τύπου εμβόλου ακατάλληλα για την απορρόφηση μικρών, γρήγορων παλμών χαμηλής πίεσης, παρόλο που μπορούν να λειτουργούν αποτελεσματικά όταν η λειτουργική πίεση είναι αρκετά υψηλή ώστε η αδράνεια του εμβόλου να μην είναι πλέον σημαντική. Αντιθέτως, τα αποθηκευτικά δοχεία τύπου φούσκας και διαφράγματος έχουν πολύ μικρή κινούμενη μάζα και ανταποκρίνονται γρήγορα σε γρήγορες αλλαγές πίεσης — ακριβώς τη συμπεριφορά που απαιτεί ένα κύκλωμα παλμικής δράσης (percussion circuit). Αυτός είναι ένας πρακτικός λόγος για τον οποίο τα αποθηκευτικά δοχεία για ροκ-ντριλ (rock drill) και υδραυλικά σπαστήρια (hydraulic breaker) κατασκευάζονται σχεδόν αποκλειστικά ως τύπου διαφράγματος ή φούσκας, αντί για τύπου εμβόλου.

Πώς λειτουργεί η διάφραγμα του συσσωρευτή κατά την πληκτική λειτουργία;

Ο ρόλος της διαφράγματος είναι να κινείται. Καθώς η πίεση του λαδιού στο κύκλωμα πληκτικής λειτουργίας αυξάνεται κατά τον κάθε κύκλο πληκτικής λειτουργίας, το υδραυλικό υγρό ασκεί πίεση στη διάφραγμα, κάνοντάς τη να κάμπτεται προς την πλευρά του αερίου και συμπιέζοντας το αζώτιο που βρίσκεται πίσω της. Όταν η πίεση στο κύκλωμα μειωθεί εκ νέου, το συμπιεσμένο αέριο διαστέλλεται και ωθεί τη διάφραγμα προς τα πίσω, εξαναγκάζοντας το λάδι να εκτοξευθεί από τον συσσωρευτή και να εισέλθει στο κύκλωμα. Αυτή η εναλλασσόμενη κίνηση, η οποία περιγράφεται στη μηχανική βιβλιογραφία ως «ανατροπή» της διαφράγματος, ακολουθεί τη γενική σχέση του νόμου των αερίων μεταξύ πίεσης και όγκου: καθώς ο χώρος του λαδιού μεγαλώνει, ο χώρος του αερίου μικραίνει και η πίεσή του αυξάνεται, και αντίστροφα.

Πιο ακριβώς, η φόρτιση με άζωτο ακολουθεί τον πολυτροπικό νόμο των αερίων, ο οποίος χρησιμοποιείται ευρέως στη βιβλιογραφία σχεδιασμού συσσωρευτών:

p · V ^ν = p ₀· V ₀^ν = σταθερά (1)

όπου p και V είναι η πίεση και ο όγκος του αερίου σε οποιαδήποτε στιγμή, p₀ και V₀ είναι η πίεση και ο όγκος προφόρτισης, και n είναι ο πολυτροπικός δείκτης. Οι υδραυλικές μελέτες μοντελοποίησης συστημάτων με συσσωρευτές συνήθως θεωρούν τους αργούς κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης (διάρκειας μεγαλύτερης των τριών περίπου δευτερολέπτων) σχεδόν ισόθερμους, με n κοντά στο 1, και τους γρήγορους κύκλους (διάρκειας μικρότερης των τριών περίπου δευτερολέπτων) σχεδόν αδιαβατικούς, με n κοντά στο 1,4. Ο κύκλος πλήξης ενός πετροδρύμου επαναλαμβάνεται πολλές φορές ανά δευτερόλεπτο, οπότε η συμπίεση του αερίου μέσα στον συσσωρευτή του βρίσκεται ασφαλώς στο γρήγορο, αδιαβατικό πεδίο, αντί να συμπεριφέρεται ως ο αργός, ισόθερμος κύκλος που μερικές φορές υποτίθεται σε απλοποιημένες εξηγήσεις.

Αυτό σημαίνει επίσης ότι η διάφραγμα και η αέρια πλήρωσή της δεν συμπεριφέρονται ως ένα απλό στατικό ελατήριο· οι μοντελοποιήσεις της δυναμικής του αποθηκευτήρα αντιπροσωπεύουν την αέρια πλευρά ως σύστημα ελατηρίου-αποσβεστήρα, με αεριώδη δυσκαμψία και όρο απόσβεσης που εξαρτώνται και οι δύο από την πίεση λειτουργίας και τον όγκο εκείνη τη στιγμή. Σε πρακτικούς όρους, η ταχύτητα και η ακρίβεια με την οποία η διάφραγμα μπορεί να ακολουθήσει μια μεταβολή πίεσης — όχι μόνο το πόσο μπορεί να επιμηκυνθεί — καθορίζει εάν ο αποθηκευτήρας αποσβένει πραγματικά μια παλμική διαταραχή ή αργεί να την ακολουθήσει.

Επειδή το περκουσιβό εμβολο του υδραυλικού γεωτρύπανου αλλάζει κατεύθυνση με υψηλή συχνότητα — συνήθως στην τάξη των δύο χιλιάδων χτυπημάτων ανά λεπτό ή περισσότερο, ανάλογα με το μοντέλο — η διάφραγμα εξαρτώνεται με την ίδια συχνότητα για όσο χρόνο λειτουργεί το γεωτρύπανο. Αυτό αξίζει να το έχουμε κατά νου αργότερα, όταν εξετάζουμε τι πραγματικά φθείρει τη διάφραγμα.

Φωτογραφία 1: Σταυρός ‑τμήμα: Διάγραμμα Διαφράγματος ‑Τύπος Αποθηκευτήρα

Γιατί χρειάζεται ένα γεωτρύπανο αποθηκευτήρα;

Θα ήταν δυνατό να λειτουργήσει ένα κτυπητικό κύκλωμα χωρίς συσσωρευτή, αλλά η δράπανο-μηχανή δεν θα λειτουργούσε καλά ούτε θα είχε μεγάλη διάρκεια ζωής σε αυτή την περίπτωση. Ο συσσωρευτής εκτελεί τρεις κρίσιμες λειτουργίες που επηρεάζουν την πραγματική συμπεριφορά μιας δράπανο-μηχανής στο πεδίο:

• Απορροφά τις διακυμάνσεις πίεσης που δημιουργούνται κάθε φορά που το εμβολο επαφής αντιστρέφει την κατεύθυνσή του, αντί να επιτρέπει στο πλήρες κρούσμα να φτάσει στην αντλία, τους σωλήνες και το μπλοκ βαλβίδων.
• Παρέχει μια σύντομη έκρηξη επιπλέον ροής λαδιού στην κοιλότητα επαφής κατά το κλάσμα του δευτερολέπτου όπου η ζήτηση κορυφώνεται σε κάθε κύκλο — ζήτηση που η σταθερή ροή της αντλίας δεν μπορεί πάντα να καλύψει. Έρευνες σε συστήματα επαφής δράπανο-μηχανών έχουν δείξει ότι ένας σωστά επιλεγμένος συσσωρευτής βελτιώνει τη σταθερότητα αυτής της ρυθμιστικής ροής και βοηθά στη διατήρηση συνεκτικής ισχύος επαφής.
• Μειώνει τον κίνδυνο καβιτασιόν στο κύκλωμα επαφής, το οποίο διαφορετικά μπορεί να προκαλέσει διάβρωση των εξαρτημάτων και να παράγει αιχμηρές κορυφές πίεσης που εμφανίζονται ως θόρυβος και δόνηση.

Συνοπτικά, ο συσσωρευτής είναι αυτός που επιτρέπει σε ένα υδραυλικό διαμορφωτικό τρυπανικό να παρέχει ένα μεγάλο αριθμό συνεπών, πλήρους ισχύος χτυπημάτων ανά λεπτό, αντί για ένα ακανόνιστο, ανομοιόμορφο χτύπημα.

Η κλίμακα της εργασίας που εκτελεί ο συσσωρευτής γίνεται πιο σαφής με δύο τυπικούς τύπους που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση των συστημάτων κρούσης τρυπανικών: Η υδραυλική ισχύς που παρέχεται σε οποιοδήποτε υποσύστημα (κρούση, πρόωση ή απόσβεση) είναι:

P = (p · Q) / 60 (2)

όπου το P είναι η ισχύς σε χιλιοβάτ (kW), το p είναι η πίεση εισόδου του κυκλώματος σε μεγαπασκάλ (MPa) και το Q είναι η παροχή σε λίτρα ανά λεπτό. Η κινητική ενέργεια του εμβόλου κρούσης τη στιγμή που χτυπά το τρυπανικό υλικό είναι:

E _p = ½ · m · v ² (3)

όπου m είναι η μάζα του εμβόλου πλήξης και v η ταχύτητά του στο σημείο επαφής. Μια πρόσφατη μελέτη κατανάλωσης ενέργειας για υδραυλικά τρυπάνια βράχων δημιούργησε μια προσομοίωση Amesim του πλήρους κυκλώματος πλήξης, απόσβεσης και προώθησης και προσομοίωσε τον αποθηκευτικό δοχείο (accumulator) με ένα αφιερωμένο υπομοντέλο που αντιπροσωπεύει ειδικά τις δύο λειτουργίες του που περιγράφηκαν παραπάνω: την απορρόφηση των παλμών πίεσης και την παροχή επιπλέον λαδιού κατόπιν αιτήματος. Οι δοκιμές για την ανάτρηση που πραγματοποιήθηκαν στην ίδια μελέτη επιβεβαιώνουν δύο πρακτικούς συμβιβασμούς που είναι ήδη γνωστοί στους χειριστές τρυπανιών βράχων: η ανεπαρκής πίεση προώθησης (thrust) προκαλεί την απώλεια σταθερής επαφής της κεφαλής με τον βράχο, γνωστή ως «idle» ή «blank» πλήξη, ενώ η υπερβολικά υψηλή πίεση απόσβεσης/προστασίας αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο κατανέμεται η δύναμη πλήξης κατά μήκος της ράβδου του τρυπανιού. Και οι δύο επιδράσεις είναι αποτέλεσμα της ίδιας λειτουργίας διαχείρισης πίεσης που είναι σχεδιασμένο να εκτελεί το αποθηκευτικό δοχείο (accumulator).

Τι συμβαίνει όταν αποτύχει η διάφραγμα του αποθηκευτικού δοχείου (accumulator);

Η αστοχία ενός διαφράγματος καταργεί τον διαχωρισμό μεταξύ της πλευράς αζώτου και της πλευράς λαδιού του συσσωρευτή. Μόλις αυτός ο διαχωρισμός εξαφανιστεί, το αέριο αζώτου μπορεί να μεταναστεύσει στο υδραυλικό λάδι, σχηματίζοντας συμπιεστά αέρια φυσαλίδες που κινούνται στο κύκλωμα. Δεδομένου ότι το αέριο συμπιέζεται πολύ ευκολότερα από το λάδι, το κύκλωμα κρούσης δεν μπορεί πλέον να δημιουργήσει και να διατηρήσει την πίεση όπως προβλέπεται από τον σχεδιασμό του, ενώ ο συσσωρευτής δεν μπορεί πλέον να εξομαλύνει τις διακυμάνσεις που προκαλούνται από κάθε αντιστροφή εμβόλου.

Το πρακτικό αποτέλεσμα είναι μια διάτρηση που επιτυγχάνει με μικρότερη δύναμη, μικρότερη συνέπεια ή και τα δύο. Ορισμένοι τεχνικοί περιγράφουν την αλλαγή στον ήχο ως μετάβαση της διάτρησης από έναν ευκρινή, οξύ ήχο σε έναν πιο αμυδρό, βραχνό. Οι μετρήσεις πίεσης επιβεβαιώνουν συνήθως αυτό ως μείωση της πίεσης κρούσης και ταυτόχρονη αύξηση των διακυμάνσεων του μανόμετρου. Σε πιο σοβαρές περιπτώσεις, το ίδιο γεγονός υπερπίεσης που κατέστρεψε το διάφραγμα μπορεί επίσης να τεντώσει το κέλυφος ή το τερματικό καπάκι του αποθηκευτή, οπότε η αποτυχία του διαφράγματος αποτελεί λογικό κίνητρο για επιθεώρηση ολόκληρης της συναρμολόγησης του αποθηκευτή, όχι μόνο του ίδιου του διαφράγματος.

Πώς μπορείτε να καταλάβετε αν το διάφραγμα της διάτρησης πέτρας έχει αποτύχει;

Η αποτυχία του διαφράγματος σπάνια εμφανίζεται με ένα μόνο προφανές σύμπτωμα· συνήθως εμφανίζεται ως συνδυασμός των παρακάτω:

• Μια αλλαγή στον ήχο της διάτρησης, από ευκρινή σε αμυδρό ή βραχνό.
• Μια μείωση της πίεσης κρούσης ή της ενέργειας κρούσης σε σύγκριση με την κανονική ένδειξη της μηχανής.
• Μια βελόνα μανομέτρου που ταλαντεύεται ή κουνιέται αντί να παραμένει σταθερή κατά τη λειτουργία.
• Εμφανής δόνηση στη γραμμή υψηλής πίεσης λαδιού, η οποία δεν υπήρχε προηγουμένως.
• Ένας ακουμουλατέρ που δεν διατηρεί την προεφόρτιση αζώτου του όταν ελέγχεται με βαθμονομημένο μανόμετρο.

Ο παρακάτω πίνακας αποτελεί ένα αρχικό σημείο για τη σύνδεση ενός συμπτώματος με μια πιθανή αιτία και μια λογική επόμενη ελέγξιμη ενέργεια.

Κανένα από αυτά τα συμπτώματα δεν επιβεβαιώνει από μόνο του μια αποτυχημένη διάφραγμα· ένας έλεγχος πίεσης αερίου με καλιβραρισμένο σετ φόρτισης είναι αυτός που πραγματικά σας λέει εάν ο συσσωρευτής έχει χάσει το φορτίο του, κάτι που αποτελεί τον ταχύτερο τρόπο να διαχωριστεί ένα πρόβλημα συσσωρευτή από ένα πρόβλημα αντλίας, βαλβίδας ή σφραγίδας σε άλλο σημείο του τρυπανιού.

Η μη αποσβεννύμενη παλμοειδής κίνηση, αν αφεθεί ανεξέλεγκτη για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα, αυξάνει επίσης τον κίνδυνο καβιτατσιόν σε άλλα σημεία του κυκλώματος: οπουδήποτε η τοπική πίεση πέσει στιγμιαία κάτω από την τάση ατμοποίησης του υδραυλικού λαδιού, δημιουργούνται φυσαλίδες ατμού και στη συνέχεια καταρρέουν βίαια καθώς η πίεση επανορθώνεται, προκαλώντας σταδιακή διάβρωση των γειτονικών μεταλλικών επιφανειών. Πρόσφατες έρευνες σε υδραυλικά εξαρτήματα για το φαινόμενο της καβιτατσιόν σε βαλβίδες ελέγχου πίεσης ενισχύουν τον λόγο για τον οποίο η διατήρηση της απόσβεσης της παλμοειδούς κίνησης είναι σημαντική πέρα από την ίδια τη διάφραγμα· η καβιτατσιόν και η σχετική διαβρωτική ζημιά οφείλονται ακριβώς στο είδος της αιφνίδιας, επαναλαμβανόμενης διακύμανσης πίεσης που ο συσσωρευτής προορίζεται να αποτρέψει να φτάσει στο υπόλοιπο κύκλωμα.

Φωτογραφία 2: Φωτογραφία ενός κατεστραμμένου και αποτυχημένου διαφράγματος

Τι προκαλεί πρόωρη αστοχία του διαφράγματος;

Το διάφραγμα είναι ένα εξάρτημα φθοράς και τελικά θα φτάσει στο τέλος της χρήσιμης ζωής του λόγω συνηθισμένης κόπωσης, καθώς εξαρτάται από υψηλή συχνότητα κάμψης για όσο χρόνο λειτουργεί η δράπανο.

• Λανθασμένη προεφόρτιση με αζώτιο, είτε προς τα πάνω είτε προς τα κάτω. Ένα υπερφορτωμένο αποθηκευτικό δοχείο περιορίζει τη φυσιολογική κίνηση του διαφράγματος και μπορεί να εγκλωβίσει μικρές ποσότητες λαδιού εναντίον του περιβλήματος, συγκεντρώνοντας την τάση στην επιφάνεια του διαφράγματος. Ένα υποφορτωμένο ή πλήρως εκφορτωμένο αποθηκευτικό δοχείο επιτρέπει στο διάφραγμα να «χτυπά» επανειλημμένα στο σώμα του και μεταφέρει μεγαλύτερο μέρος της αιφνίδιας πίεσης απευθείας στο ίδιο το περίβλημα.
• Υδραυλικό λάδι που είναι μολυσμένο, οξειδωμένο ή έχει χρησιμοποιηθεί πολύ πέραν του καθορισμένου χρονικού διαστήματος συντήρησής του, γεγονός που μπορεί να επιτεθεί στο ελαστομερές ή να μεταφέρει απαιτητικά σωματίδια που επιταχύνουν τη φθορά.
• Συνεχής υψηλή θερμοκρασία λαδιού λόγω ψυγείου μικρότερου των απαιτήσεων, φραγμένου ραδιατέρ ή κύκλου λειτουργίας που υπερβαίνει την ονομαστική ισχύ της μηχανής, γεγονός που μαλακώνει σταδιακά τις περισσότερες ελαστομερείς συνθέσεις.
• Φυσική ζημιά που προκαλείται κατά την εγκατάσταση, όπως συμπίεση, στρέψη ή υπερβολική τάνυση της διαφράγματος κατά την τοποθέτησή της.

Οι περισσότερες από αυτές τις αιτίες είναι αποφεύξιμες με τακτικούς ελέγχους προφόρτισης και τη συνηθισμένη συντήρηση του υδραυλικού συστήματος, η οποία είναι συνήθως πολύ φθηνότερη από την επανάληψη αποτυχίας της διαφράγματος.

Πώς σχετίζεται η πίεση προφόρτισης με αζώτο με τη διάρκεια ζωής της διαφράγματος;

Η πίεση προφόρτισης καθορίζει την αρχική θέση ηρεμίας της διαφράγματος πριν ακόμη ενεργοποιηθεί η δράπανο, και αυτή η θέση ηρεμίας καθορίζει το βαθμό που η διάφραγμα πρέπει να ελαστικοποιηθεί κατά τον κάθε κύκλο λειτουργίας. Όταν ρυθμιστεί σωστά, σύμφωνα με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή της μηχανής, η διάφραγμα κινείται σε ένα ελεγχόμενο και επαναλαμβανόμενο εύρος που το υλικό έχει σχεδιαστεί να αντέχει.

Αν ρυθμιστεί σε πολύ υψηλή τιμή, η διάφραγμα βρίσκεται κοντά στο άκρο του κελύφους προς την πλευρά του λαδιού πριν από την έναρξη λειτουργίας του δράπανου, αφήνοντας ελάχιστο χώρο για την απορρόφηση του εισερχόμενου όγκου λαδιού· αυτή η κατάσταση έχει συνδεθεί με τον εγκλωβισμό υδραυλικού λαδιού σε μικρές κοιλότητες μεταξύ της διαφράγματος και της βάσης του αποθηκευτήρα, γεγονός που αυξάνει την τοπική τάση σε αυτό το σημείο και μπορεί να οδηγήσει σε ρωγμές.

Αν ρυθμιστεί σε πολύ χαμηλή τιμή ή εάν ο αποθηκευτήρας είναι πλήρως εκφορτωμένος, η διάφραγμα πρέπει να διανύσει μεγαλύτερη απόσταση και μπορεί να «πατήσει» στο κέλυφος κατά τη διάρκεια κάθε κύκλου, μεταφέροντας την κρούση που θα έπρεπε να απορροφήσει ο αποθηκευτήρας στο περίβλημα και, με την πάροδο του χρόνου, σε ολόκληρο το κύκλωμα κρούσης.

Η τεχνική βιβλιογραφία για τον σχεδιασμό αποθηκευτήρων εκφράζει αυτά τα δύο όρια με τον λόγο συμπίεσης, δηλαδή τον λόγο της μέγιστης λειτουργικής πίεσης προς την προ-φόρτισης πίεση:

k = p _{μέγιστο} \/ P ₀ (4)

Οι δημοσιευμένες μέθοδοι υπολογισμού διαστάσεων για συσσωρευτές με διάφραγμα και με φούσκα ορίζουν συνήθως αυτόν τον λόγο πολύ χαμηλότερα από το αποτελεσματικά απεριόριστο εύρος των συσσωρευτών με εμβολοφόρο σύστημα — οι τυπικές τιμές που αναφέρονται στη βιβλιογραφία είναι μέγιστος λόγος συμπίεσης της τάξης του 10:1 για συσσωρευτές με διάφραγμα και περίπου 4:1 για συσσωρευτές με φούσκα. Το κατώτερο όριο του εύρους εργασίας διατηρείται πάνω από την προεφόρτιση κατά παρόμοιο περιθώριο:

p _{ελάχιστο} 1,1 · p ₀ (5)

ώστε το διάφραγμα να μην πιέζεται ποτέ πλήρως εναντίον του τοιχώματος του κελύφους στο κατώτερο σημείο της διαδρομής του. Ένας συσσωρευτής για διαμετρικό τρυπάνισμα που έχει εκτραπεί εκτός οποιουδήποτε από αυτά τα όρια — λειτουργώντας πολύ κοντά στον ονομαστικό λόγο συμπίεσής του στο ανώτερο άκρο ή πολύ κοντά στην πλήρη εκκένωση στο κατώτερο άκρο — λειτουργεί στην ίδια υπερφορτωμένη περιοχή που η βιβλιογραφία σχετίζει με ρωγμές και μειωμένο χρόνο ζωής, πολύ πριν από το διάφραγμα να εμφανίσει ορατή ρήξη.

Η θερμοκρασία προσθέτει μια δεύτερη μεταβλητή που είναι εύκολο να συγχέεται με διαρροή. Σε σταθερό όγκο, η πίεση του αζώτου ακολουθεί μια απευθείας σχέση με την απόλυτη θερμοκρασία του, οπότε μια προ-φόρτιση που έχει ρυθμιστεί σε μια ζεστή μέρα θα δείξει μετρήσιμα χαμηλότερη τιμή αφού ο συσσωρευτής έχει ψυχθεί, χωρίς να έχει διαφύγει πραγματικά κανένα αέριο:

p₀′ = p₀ · (T _{ελάχιστο} \/ T ₀) (6)

όπου p₀ και T₀ είναι η πίεση προφόρτισης και η θερμοκρασία κατά τη φόρτιση, ενώ p₀′ είναι η ισοδύναμη πίεση σε κάποια άλλη θερμοκρασία Tmin. Το δημοσιευμένο έργο για τον υπολογισμό του μεγέθους του αποθηκευτήρα, που βασίζεται σε αυτήν τη σχέση, συνιστά να ελέγχεται η πίεση προφόρτισης σε σχέση με τη θερμοκρασία κατά τη στιγμή του ελέγχου, χρησιμοποιώντας τον αναφορικό πίνακα του κατασκευαστή, αντί να υποτίθεται ότι κάθε μείωση σε σχέση με την ονομαστική τιμή σημαίνει αναγκαστικά απώλεια αερίου. Ως πρακτικό παράδειγμα της συνήθους τιμής προφόρτισης σε σχέση με τη λειτουργική πίεση, ένα δημοσιευμένο σχέδιο για ένα διαφορετικό υδραυλικό σύστημα επαναληπτικής κίνησης, που βασίζεται σε αποθηκευτήρα τύπου διαφράγματος, καθορίζει μια προφόρτιση με άζωτο περίπου 70 % της ονομαστικής λειτουργικής πίεσης της αντλίας — ένα ποσοστό που συμφωνεί ευρέως με το γενικό εύρος 60–90 % που αναφέρεται στις κατευθυντήριες γραμμές για υδραυλικούς αποθηκευτήρες, και αποτελεί λογικό έλεγχο εγκυρότητας κατά την αξιολόγηση της τιμής που καθορίζει ο κατασκευαστής του ροκ-ντριλ.

Επειδή η σωστή τιμή προφόρτισης διαφέρει ανάλογα με το μοντέλο και τον κατασκευαστή του δράπανου βράχου, πρέπει πάντα να λαμβάνεται από την εγχειρίδια υπηρεσίας της μηχανής και όχι να εκτιμάται. Οι αποθηκευτικοί σωλήνες αζώτου είναι δοχεία υπό πίεση: η φόρτιση ή απόφορτιση ενός τέτοιου σωλήνα απαιτεί το κατάλληλο σετ φόρτισης, ενώ το κύκλωμα πρέπει να είναι πλήρως εκτονωμένο πριν από οποιαδήποτε αποσυναρμολόγηση.

Φωτογραφία 3: Λειτουργία φόρτισης με άζωτο για αποθηκευτικό σωλήνα

Τι πρέπει να ελέγξετε πριν αντικαταστήσετε το διάφραγμα;

Πριν παραγγείλετε ένα νέο διάφραγμα, είναι χρήσιμο να επιβεβαιώσετε τη βλάβη και να αποκλείσετε άλλες πιθανές αιτίες που προκαλούν τα ίδια συμπτώματα:

1. Ελέγξτε την πίεση κρούσης σε σχέση με τις προδιαγραφές της μηχανής, και στη συνέχεια ελέγξτε την προφόρτιση αζώτου του αποθηκευτικού σωλήνα με βαθμονομημένο μανόμετρο, καθώς μια χαμηλή ή μηδενική ένδειξη αποτελεί την πιο σαφή επιβεβαίωση προβλήματος διαφράγματος.
2. Προσδιορίστε το ακριβές μοντέλο του τρυπανιού βράχου και τον αριθμό εξαρτήματος του συσσωρευτή. Οι διαστάσεις και οι μορφές της διαφράγματος δεν είναι ανταλλάξιμες μεταξύ διαφορετικών μαρκών ή ακόμα και μεταξύ διαφορετικών γενεών μοντέλων του ίδιου κατασκευαστή, ενώ η ορολογία ποικίλλει επίσης· το ίδιο εξάρτημα μπορεί να ονομάζεται διάφραγμα, μεμβράνη ή δερμάτινη κούπα, ανάλογα με τον κατάλογο εξαρτημάτων.
3. Ελέγξτε το περίβλημα του συσσωρευτή, τη βαλβίδα αερίου και τις επιφάνειες στεγανοποίησης για ζημιά πέραν του ίδιου του διαφράγματος, καθώς ένα περίβλημα που έχει υποστεί υπερβολική τάση ενδέχεται επίσης να χρειάζεται επισκευή.
4. Βεβαιωθείτε ότι το υδραυλικό λάδι είναι καθαρό και συμμορφώνεται με τις προδιαγραφές της μηχανής. Ένα καινούργιο διάφραγμα που εγκαθίσταται σε μολυσμένο λάδι θα πιθανόν αποτύχει εκ νέου σε παρόμοιο χρονικό διάστημα.
5. Ακολουθήστε τη σειρά αποσυναρμολόγησης, τις τιμές ροπής και τα μέτρα ασφαλείας που καθορίζει ο κατασκευαστής (OEM) για το συγκεκριμένο μοντέλο τρυπανιού βράχου, αντί για μια γενική διαδικασία, καθώς αυτές οι λεπτομέρειες είναι ειδικές για κάθε μοντέλο.

Πώς Επιλέγετε το Κατάλληλο Διάφραγμα Αντικατάστασης;

Με την επιβεβαίωση της ριζικής αιτίας και την ταυτοποίηση του σωστού εξαρτήματος, η υπόλοιπη απόφαση είναι ποιο διάφραγμα αντικατάστασης θα εγκατασταθεί. Τρεις παράγοντες έχουν τη μεγαλύτερη σημασία:

• Ακριβής αντιστοιχία διαστάσεων. Η εξωτερική διάμετρος, η εσωτερική διάμετρος, το πάχος και το συνολικό προφίλ πρέπει να ταιριάζουν με το αρχικό εξάρτημα· ένα διάφραγμα που είναι κοντά, αλλά όχι ακριβές, μπορεί να επηρεάσει τη μετατόπισή του και τη σφράγισή του εντός του αποθηκευτικού δοχείου.
• Υλικό κατάλληλο για τις συνθήκες λειτουργίας του τρυπανιού. Τα τρυπάνια βράχου τα διαφράγματα κατασκευάζονται συνήθως από ενώσεις NBR, HNBR ή πολυουρεθάνης, με διαφορετικούς συμβιβασμούς ως προς την αντοχή στη θερμότητα, την ευελιξία σε χαμηλές θερμοκρασίες και την αντίσταση στη φθορά· η κατάλληλη επιλογή εξαρτάται από το κλίμα, τον κύκλο λειτουργίας και την καθαρότητα του υδραυλικού λαδιού, θέμα τόσο εκτεταμένο ώστε να αξίζει μια δική του λεπτομερή σύγκριση.
• Απόδειξη από τον προμηθευτή. Ένας προμηθευτής που μπορεί να επιβεβαιώσει τις διαστάσεις και το υλικό του διαφράγματος σε σχέση με τον αρχικό αριθμό εξαρτήματος OEM, αντί να το ταιριάζει απλώς με μια γενική περιγραφή, προσφέρει μεγαλύτερη εμπιστοσύνη ότι το εξάρτημα θα λειτουργήσει όπως αναμένεται.

Ως κανόνας απόφασης: μια ακριβής αντιστοίχιση με τον αριθμό εξαρτήματος OEM της μηχανής σας, από έναν προμηθευτή που μπορεί να επιβεβαιώσει τόσο τις διαστάσεις όσο και το υλικό, αποτελεί πιο ασφαλή επιλογή από ένα διάφραγμα με γενική περιγραφή «καθολικής εφαρμογής».

Οι αναφορές σχεδιασμού συσσωρευτών αναφέρουν μία ελαφρώς ευρύτερη παλέτα υλικών σε σύγκριση με τις τρεις ενώσεις που συζητούνται συχνότερα για τα τρυπάνια βράχων: εκτός από το NBR, το HNBR και το πολυουρεθάνιο, ορισμένες δημοσιευμένες κατευθυντήριες γραμμές για συσσωρευτές αναφέρουν επίσης το βουτυλοκαουτσούκ (IIR) και το επιχλωρυδρίνη καουτσούκ (ECO) ως επιλογές διαφράγματος για συγκεκριμένους συνδυασμούς θερμοκρασίας και υγρού. Στην πράξη, η καταπληκτική πλειοψηφία των διαφραγμάτων για τρυπάνια βράχων και υδραυλικά σπαστήρια καθορίζεται σε NBR, HNBR ή πολυουρεθάνιο, αλλά η ευρύτερη λίστα υπενθυμίζει ότι η επιλογή του υλικού καθορίζεται τελικά από το συγκεκριμένο υγρό και το εύρος θερμοκρασιών που αντιμετωπίζετε, όχι από μία σταθερή σύντομη λίστα.

Φωτογραφία 4: Σύγκριση Διαφόρων ‑Διαφράγματα Αντικατάστασης Υλικού

Πού μπορείτε να βρείτε ένα αξιόπιστο διάφραγμα αντικατάστασης;

Μόλις γνωρίζετε τον ακριβή αριθμό εξαρτήματος και την προδιαγραφή υλικού που χρειάζεστε, η αναζήτηση μετατρέπεται σε θέμα εύρεσης ενός προμηθευτή που μπορεί να το προσφέρει αξιόπιστα και να εξηγήσει την αντιστοιχία, αντί να αναγράφει απλώς μία τιμή.

Η Nanjing Hovoo Machinery Technology Co., Ltd, μια κινεζική εταιρεία κατασκευής σφραγίδων ιδρυθείσα το 2013, παράγει στοιχεία σφράγισης από PU, καουτσούκ και PTFE, συμπεριλαμβανομένων διαφραγμάτων αποθηκευτικών δοχείων για διατρητικά μηχανήματα και υδραυλικά σπαστήρια, τα οποία αντιστοιχούν σε κύριες μάρκες όπως η Atlas Copco/ Epiroc , Furukawa, Montabert, Sandvik και Tamrock, μεταξύ άλλων. Πέρα από τα ίδια τα εξαρτήματα, η Hovoo δηλώνει ότι προσφέρει δωρεάν τεχνική υποστήριξη για να βοηθήσει στην επιβεβαίωση του σωστού αριθμού εξαρτήματος, των διαστάσεων και της κατηγορίας υλικού για ένα συγκεκριμένο μοντέλο διατρητικού μηχανήματος πριν από την υποβολή παραγγελίας.

Εάν δεν είστε σίγουροι ποιο διάφραγμα χρειάζεται η μηχανή σας, η παροχή του μοντέλου του διατρητικού μηχανήματος, του υπάρχοντος αριθμού εξαρτήματος του αποθηκευτικού δοχείου και μιας σύντομης περιγραφής των συνηθισμένων συνθηκών λειτουργίας (κλίμα, κύκλος λειτουργίας, καθαρότητα του λαδιού) σε έναν προμηθευτή που μπορεί να ελέγξει τα στοιχεία έναντι των προδιαγραφών του κατασκευαστή είναι ο πιο αξιόπιστος τρόπος για να αποφύγετε την παραγγελία του λανθασμένου εξαρτήματος για δεύτερη φορά.

1. Zhang S., Chen J., He L. «Μέθοδος υπολογισμού του αποθηκευτικού δοχείου ανάρτησης βάσει των οριακών συνθηκών λειτουργίας». Hydraulics Pneumatics & Seals, 2019(04): 19–25.
2. Chang S., Ma W., Ye M., Zhang J., Li Y., Ma Y. «Έρευνα για την πρόβλεψη κατανάλωσης ενέργειας υδραυλικών δρεπανοφόρων μηχανημάτων βάσει δεδομένων και ενισχυτικής διόρθωσης». Engineering Mechanics, δημοσιεύθηκε ηλεκτρονικά πριν από την εκτύπωση, 2026.
3. Liu Y. «Έρευνα για τον έλεγχο της πίεσης και την αποτελεσματικότητα της έγχυσης σε σύστημα έγχυσης με αποθηκευτικό δοχείο». Διπλωματική εργασία, Xi’an University of Technology, 2022.
4. Shu Q. «Ανάλυση παλμικής ροής και σχεδιασμός συστήματος απόσβεσης ταλαντώσεων για επαναλαμβανόμενη υδραυλική μεμβρανική αντλία». Chinese pump engineering journal, 2014(5): 45–49.
5. Liang J., Yan L., Tang S., et al. «Επίδραση της σκόνης StronWi TNK στην απόδοση της μεμβρανικής ελαστομερούς σύνθεσης σε αποθηκευτικό δοχείο ενέργειας». China Rubber Industry, 2024, 71(8): 599–603.
6. Li M. «Έρευνα για τον μηχανισμό της καβίτωσης και την πρόβλεψη της διάβρωσης από καβίτωση σε υδραυλικές βαλβίδες πλακέτας.» Διδακτορική διατριβή, Πανεπιστήμιο Yanshan, 2025.