Hydraulisen kallionporakoneen tiivistysjärjestelmä: rakenne, materiaalit, vioittuminen ja huolto

Käsitellä hydraulisen kallionporakoneen tiivistysjärjestelmää yksittäisten O-renkaiden kokoelmana, joita vaihdetaan vasta silloin, kun ne vuotavat, jättää kokonaan huomiotta järjestelmän arkkitehtonisen rakenteen. Iskuporakoneen tiivistysjärjestelmässä on rakenne – iskukammion dynaamiset tiivisteet, kaikkien painetta kestävien liitosten staattiset tiivisteet, pesukiertopiirin tiivisteet, jotka erottavat vesi- ja öljypiirit toisistaan, sekä pyörivän kotelo-osan tiivisteet, jotka hallinnoivat voitelurajaa voiman siirtomekanismin ja muun kotelo-osan välillä. Jokainen alue toimii eri paineissa, lämpötiloissa ja liukumisnopeuksissa. Yhdessä alueessa oikein toimivat materiaalit ja profiilit voivat epäonnistua nopeasti toisessa alueessa.

Tiivistysjärjestelmän rakenteen ymmärtäminen – eli siitä, missä tiivisteet sijaitsevat, mitä kunkin tehtävä on ja miten sen vikaantuminen ilmenee – on perusta järkevien huoltovälien määrittelylle ja oikeiden materiaalien valinnalle tiivistystyön yhteydessä.

Alue 1: Iskukammion tiivisteet

Iskupainepiirin tiivistys on vaativin tiivistystyöolosuhteissa iskuporakoneessa. Pistoni liikkuu edestakaisin taajuudella 30–65 Hz painealueen seinämän vastaan, joka toimii myös etu- ja takaiskukammioiden painerajana. Pistonitiiviste on säilytettävä tehokas paine-ero sen läpi satojen miljoonien kierrosten ajan, kun samalla iskupainepiirin pinnan laatu, öljyn lämpötila ja iskukuormitukset vaihtelevat jatkuvasti.

Standardit iskupainepesäkkeiden tiivisteet ovat PU- (polyuretaani-) yhdisteitä: Shore A -kovuus tyypillisesti 90–95, käyttölämpötila-alue −30 °C – +90 °C, erinomainen kulumisvastus dynaamisessa liukukontaktissa. PU toimii hyvin iskupainepesäkkeiden kosketuspaineissa, koska sen korkea vetolujuus (tyypillisesti 35–55 MPa) kestää puristumisvoimia, jotka pakottavat alhaisemman kovuuden elastomeerit läpikuopan väliin 160–220 bar:n paineella. Kun öljyn lämpötila ylittää jatkuvasti 80 °C:n – esimerkiksi kuljettimen lämmön, maanalaisen ympäristön lämmön tai huonon hydraulijäähdytteen vaihtotavan takia – PU:n puristumisjälki kiihtyy ja tiiviste menettää suunnitellun kosketusvoimansa pesäkkeen seinämään ennen nimellistä käyttöikäänsä.

HNBR (hydrogenoidun nitrili-butaadiini-kumia) on korkean lämpötilan vaihtoehto: jatkuva käyttölämpötila 150 °C saakka, erinomainen kestävyys kuumaan mineraaliöljyyn ja otsoonille sekä parempi kuumuusikäntymisvastus kuin PU:lla. Kompromissi on hieman alhaisempi kulutusvastus korkeataajuuisissa liukukäytöissä verrattuna kovuudeltaan korkeaan PU:un. HNBR-iskupakkaus tulisi määritellä toimintoihin, joissa paluuöljyn lämpötila iskutyökalussa ylittää säännöllisesti 80 °C — tämä voidaan mitata infrapunalämpömittarilla tyhjennysportissa. Toiminnoissa, joissa öljyn lämpötila on normaali, mutta hydraulinen neste sisältää runsaasti kuluttavia hiukkasia, tulisi käyttää PU:a.

Alue 2: Puhdistuslaatikon tiivisteet

Puhdistuslaatikon tiivisteet erottavat fyysisesti puhdistusvesipiirin hydrauliöljypiiristä porakoneen etuosassa. Puhdistusvesi tulee kiinnityskoteloista, virtaa kärkikannattimen läpi kulkevan reiän läpi tai sen ympäri riippuen suunnittelusta ja poistuu reiästä mukanaan leikkuujätteitä. Puhdistuslaatikon tiivisteet pitävät veden porakiskon puolella ja iskutilan öljyn toisella puolella.

Puhdistuslaatikon tiivisteiden vikaantuminen on kalleimman saastumisketjureaktion lähde hydraulioporauksessa. Kun tiiviste kulutuu läpi, vesi siirtyy takaisinpäin ohjauspultin alueen kautta iskutilaan. Tämän seurauksena muodostuva emulsioitu öljy on noin 30–40 % viskoosimpi kuin puhdas hydrauliöljy samassa lämpötilassa, ja se kuljettaa puhdistusveden mukanaan hienojakoisia kivijäämiä iskutilan pieneen välykseen. Molemmat ilmiöt kiihdyttävät iskutilan kulumaan. Emulsio näkyy porakoneen tyhjennysnäytteessä maidomaisena tai pilvisenä öljynä.

PTFE-takaiset staattiset tiivisteet ovat suositeltavia puhalluslaatikon liitoksessa, koska PTFE on kemiallisesti inertti sekä mineraaliseen hydraulikkaan öljyyn että puhallusvesiin riippumatta niiden pH-arvosta tai mineraalipitoisuudesta. PTFE:n alhainen kitka ei ole tässä yhteydessä yhtä tärkeä kuin sen kemiallinen yhteensopivuus, joka on välttämätöntä erittäin sekoittuneen nesterajan rajalla agressiivisissa maanalaisissa olosuhteissa.

Alue 3: Staattiset liitoskohdatiivisteet (O-renkaat ja tiivistepadat)

Kaikki painetta kestävät liitokset iskunvaimentimen rungon osien välillä – etupäätykotelo sylinteriin, sylinteri takapäätykoteloon, akkumulaattoriliitäntäpinnat ja venttiililohkon kiinnityspinnat – tiivistetään standardoidun urageometrian O-renkailla. Nämä ovat staattisia tiivisteitä: kaksi pintaa eivät liiku suhteessa toisiinsa käytön aikana.

NBR (nitrili-butadieeni-kumi) on standardiseoitu materiaali staattisille tiivistekielille mineraalipohjaisten hydrauliikkojen öljypiireissä. Lämpötila-alue −40 °C–+120 °C, mikä riittää useimpiin iskupiirien käyttöolosuhteisiin. Staattisten NBR-O-rengasten pääasiallinen vioittumismuoto kivinäppäyksissä ei ole lämpötilan aiheuttamaa hajoamista, vaan puristusmuodonmuutos pitkäaikaisen korkeapaineisen kuormituksen ja useiden työvuorojen aikana tapahtuvan lämpötilan vaihtelun yhdistelmästä johtuen. O-rengas, joka on ollut puristettuna uransa seinään 200 barin paineella 500 tuntia, ei palautu niin hyvin elastisesti kuin uusi; kun liitos puretaan ja kokoonpanaan uudelleen, litistynyt O-rengas saattaa jäädä tiivistämättä ilman vaihtoa.

Tavallinen käytäntö: vaihda kaikki O-renkaat jokaisen täyden iskukokoonpanon vaihdossa. O-renkaiden hinta on merkityksetön verrattuna mahdollisen vuodon korjauskustannuksiin kokoonpanon jälkeen, ja O-renkaat ovat kuitenkin jo mukana kokoonpanossa.

Tiivistysalueen viite: rakenne, materiaali ja tarkastus-/vaihtovirtaus

Yleisimmät vikakuviot ja niiden kertomat asiat

Varhainen iskunesteen tiivisteen vikaantuminen — alle 200 iskutunnissa — viittaa lähes aina syyhyn, joka ei liity tiivisteen laatuun. Kolme yleisintä syytä: edellisen metallihiukkasten saastumisen aiheuttama putken pinnan naarmuuntuminen, jota ei poistettu ennen uuden varustekokonaisuuden asennusta; ohjauspäällikön välys yli 0,4 mm, mikä aiheuttaa akselin ulkopuolisen varren kuormituksen ja keskittää tiivisteen suun kulumista epäsymmetrisesti; tai öljyn lämpötila, joka on jatkuvasti yli 80 °C, mikä nopeuttaa polyuretaanin puristusmuodonmuutosta. Oikean juurisyytä voidaan tunnistaa ainoastaan tarkastelemalla putken pintaa (naarmut), mittaamalla varren heilahdusta ja kirjaamalla öljyn lämpötilaa — ei pelkästään asentamalla toinen varustekokonaisuus.

Pesukoteloa tiivistävän tiivisteen hajoaminen alle 300 tunnissa heijastaa yleensä kovaa pesuveden kemiallista koostumusta pikemminkin kuin normaalia kulumista. Korkean mineraalipitoisuuden tai happamapH:n omaava kaivosvesi hyökkää nitrilipohjaisten pesutiivisteiden kimppuun nopeammin kuin puhdas vesi. PTFE-takaiset tiivistekomplekit kestävät laajempaa veden kemiallista koostumusta ja ne ovat asianmukainen valinta maanalaisiin toimiin, joissa tiedetään olevan vedenlaatuprobleemia.

HOVOO-tiivistekomplekit: yhdistetään tiivistemateriaali käyttöalueeseen

Täydellinen drifterin tiivistyskitti sisältää iskupainepohjan tiivistykset, puhdistuslaatikon tiivistykset, ohjauspäällysteen tiivistykset, akkumulaattorin O-renkaat ja venttiililohkon liitostietiivistykset. Vaikka vain yhden alueen vääriä materiaaleja valittaisiinkin, se voi aiheuttaa valikoivaa varhaista vikaa, joka voidaan virheellisesti diagnosoida koko kitin huonona laadulla eikä materiaalivalinnan epäyhteensopivuutena. HOVOO tarjoaa mallikohtaisia kkittejä kaikkiin suurimpiin drifterimerkkeihin—Epiroc COP, Sandvik HL/RD, Furukawa HD/HF ja Montabert—sekä standardipolyuretaanin (PU), vetyä sisältävän nitrili-kumiin (HNBR) ja PTFE-pohjaisten puhdistusvarianttien vaihtoehdoilla. Alueittainen materiaali-ohjeistus on saatavilla toimintoihin, joissa esiintyy korkeampia lämpötiloja tai aggressiivista veden kemiallista koostumusta. Viitteet osoitteessa hovooseal.com.