Túlzott fúrórezgés: okok és csökkentési megoldások

Amikor egy fúróberendezés erősebben rezeg, mint amennyire szükség lenne, a karbantartási reflex általában a percussziós nyomás csökkentése. Néha ez megoldja a problémát. Gyakrabban azonban csak a tünetet takarja el, miközben a valódi ok – például egy kopott vezetőhüvely, egy kifogyott akkumulátor vagy egy rezonanciafeltétel – tovább rombolja a berendezés házának szerkezetét és növeli a kezelő számára káros rezgés expozícióját. Ez a különbség lényeges, mert a percussziós energia csökkentésének valós költsége van: kevesebb energia ütésenként több ütést jelent méterenként, és lassabb haladást eredményez. Ha a rezgés mechanikai eredetű volt, és ezt nem szüntették meg, akkor a percussziós nyomás csökkentése csak időt nyert, de semmi mást nem ért el.

A hidraulikus kőfúró rendszer rezgése természeténél fogva többfrekvenciás és többforrású. A ütőkör az alapütési frekvenciát generálja; a fúrószárból visszaverődő feszültséghullám a fúrófej testéhez érkezik egy, a szár hosszától és az akusztikus sebességtől függő frekvencián; a forgómotor saját harmonikus összetevőjét adja hozzá; míg a rögzítőrendszer – a kar, a táplemez és az antirezgés-izolátorok – minden egyes összetevőt erősíthet vagy csökkenthet, attól függően, hogy az milyen kapcsolatban áll a szerkezet rezonanciafrekvenciáival. Amikor egy kezelő azt észleli, hogy „a fúró jobban rezeg, mint korábban”, akkor ezen összes jelenség összegét figyeli meg, nem egyetlen, azonosítható forrást.

Forrásazonosítás a megoldás előtt

A gyakorlatias diagnosztikai sorozat a leggyorsabb ellenőrzéssel kezdődik, nem a legfejlettebbel. Először ellenőrizze az akkumulátor előtöltését – teljesen eresztse le a rendszert, csatlakoztassa a töltőmanométert, és olvassa le a nitrogénnyomást. Ha a mért érték több mint 10%-kal alacsonyabb a megadott értéknél, töltse fel újra az akkumulátort, majd ismételje meg a tesztet, mielőtt bármi mást vizsgálna. Az alacsony nyomású akkumulátor nyomásingadozást okoz a kalapácsoló körben, amely szabálytalan dugattyúterhelést és jellegzetes fűrészfog-szerű rezgési mintát eredményez a házban. Ez egyben a leggyakoribb egyedi okból származó rezgés-hiba is, és a legolcsóbb megszüntetni.

Ha az előtöltés helyes, ellenőrizze kézzel a vezető hüvely szára rezgését a rendszer leeresztett nyomása mellett. Gyakoroljon oldirányú erőt a szár elülső részén, és érezze a mozgást. A nulla érzékelhető játszás a normál állapot új vagy üzemképes vezető hüvely esetén. A 0,3 mm-nél nagyobb mozgás korai kopásra utal; a 0,4–0,5 mm-nél nagyobb mozgás elérte a cserére való határt. Egy kopott vezető hüvely 100 Hz-es rezgést okoz – a kalapácsolási frekvencia kétszeresét – az oldirányú szár-impulzusokból minden visszatérő ütésnél, valamint másodlagos csavaró gerjesztésből a forgómotoron, amikor a tengelyen kívüli szárterhelés átjut a felfogóegységen.

A négy rezgésforrás és megkülönböztetésük módja

Az akkumulátor előtöltésének elvesztése globálisan megnövekedett, kissé szabálytalan rezgést eredményez, amely mellett a manométeren periodikus nyomásingadozás figyelhető meg. A hangjelleg megváltozik: a dobolás ritmusa kissé szabálytalan lesz, nem egyenletes. A jellegzetes teszt: ha a rezgés a fúrási ciklus kezdetén súlyosabb, majd az első 3–5 másodperc után stabilizálódik, az akkumulátor részben működőképes, de az előtöltés alacsony. A teljes kisülés tünetei az első ütéstől kezdve szabálytalan dobolást eredményeznek.

A vezető hüvely kopása finom, gyors 'csattogást' eredményez, amely a alapvető ütőritmusra van ráképezve – felismerhető magasabb frekvenciájáról és arról, hogy inkább az elülső ház és a fúrószorító területén koncentrálódik, nem pedig a hátsó házban. Azok a kezelők, akik naponta ugyanazzal a fúróberendezéssel dolgoznak, gyakran úgy írják le, hogy „az elülső rész laza érzést kelt”. A diagnosztikai megerősítést a szár oldalirányú, kézzel végzett ellenállási teszte és az ütőhang jellege adja: a kopott hüvely esetében mind érzékelhető az oldalirányú játék, mind egy enyhén eltérő, kevésbé éles ütőhang hallható a dugattyú rossz ütéséből.

A fúrószál rezonanciája olyan rezgést eredményez, amely a legintenzívebb bizonyos fúrásmélységeknél jelentkezik – megjelenik és erősödik a rúdok hozzáadásával, majd a következő rúd hozzáadásakor csökkenhet vagy megváltozhat a jellege. A fizikai mechanizmus: ahogy a szál hossza nő, a rúdrendszer alaprezonancia-frekvenciája csökken a kalapácsolási frekvencia irányába. Amikor ezek egymáshoz közelednek, az előző ütésből visszaverődő feszültséghullám fázisban érkezik vissza a szárba a jelenlegi kimenő ütéssel, így nem nyelődik el, hanem megerősíti a házra ható feszültségciklust. A megoldás a kalapácsolási frekvencia beállítása a szabályozó dugó segítségével, hogy a működési pontot eltávolítsuk a rezonancia feltételtől – a kalapácsolási nyomás megváltoztatása nem szükséges.

A szabad lövés során hirtelen rezgésnövekedés következik be, amelyet egy jellegzetes hangváltozás kísér: a hang élesebb, magasabb frekvenciájú és lényegesen hangosabb lesz, amikor a fúrófej elveszíti a kőkontaktust. Ez a legmechanikusabban károsító rezgésforrás, mivel a burkolat teljes visszatérő energiát elnyeli anélkül, hogy a kőfelület bármilyen részt venne az elnyelésben. Azok az automatikus leállítási rendszerek, amelyek nyomásminta-elemzéssel 200–500 ms-on belül érzékelik a szabad lövést, a modern jumbók elsődleges védelmi mechanizmusai. Egy gránitbányában végzett mezőmérések azt mutatták, hogy a passzív rezgés-csökkentő intézkedések kombinációja (izolált fogantyú és automatikusan hangolt rezgéselnyelő) a kéz-kar rezgést 34–41 m/s²-ről körülbelül 11,6 m/s²-re csökkentette – azonban ezek az intézkedések nem helyettesítik, hanem kiegészítik a mechanikai forrás kezelését.

Rezgés-diagnosztika és megoldási referencia

Szerkezeti csökkentés: rezgéselnyelők és támaszok állapota

A fúrófej és a tápláló gerenda között elhelyezett rezgéselnyelő támaszok gumi-fém rezgéselnyelők, amelyeket úgy terveztek, hogy csökkentsék a magasfrekvenciás rezgéseket, miközben átvezetik a percussiós működéshez szükséges tengelyirányú tápláló erőt. A gumi összetétele korral, hőciklusokkal és olajszennyeződéssel együtt keményedik – egy támasz, amely sikeresen átment az első éves ellenőrzésen, három év múlva akár 40%-kal merevebb is lehet anélkül, hogy külsőleg bármilyen látható változás történne. A teszt: nyomja össze ujjal a támasz gumi részét. Az új és megfelelően működő támaszok érezhetően deformálódnak; a keményedett támaszok majdnem merevek. A merev támaszok a magasfrekvenciás rezgéseket közvetlenül vezetik tovább a kar szerkezetébe, ahelyett, hogy csökkentenék őket, ezzel növelve a karcsuklók és a csapágyak szerkezeti fáradását.

A forgókar-csukló gumibélés kopása tovább súlyosbítja a rögzítőelemek állapotának problémáját. Egy kopott gumibélés lehetővé teszi, hogy a forgókar mikro-oscillációt végezzen a kalapácsolás frekvenciáján, ami ciklikus terhelést eredményez a csavaron, és végül a csavar kopásához, szerkezeti repedések kialakulásához a hegesztési zónában, valamint az üzemeltető rezgésnek való kitettségéhez vezet a vezetőfülkében elhelyezett rögzítésen keresztül. A gumibélés hézagának ellenőrzése minden fúrószerszám-karbantartáskor – nem csupán a jumbo éves karbantartásakor – lehetővé teszi ennek a problémának a korai észlelését, mielőtt a hiba költsége egy megrepedt forgókar-hegesztés lenne ahelyett, hogy egyszerű gumibélés-csere lenne szükséges.

A tömítés állapota közvetlenül befolyásolja a rezgést: egy ütőtömítésen keresztül történő elvezetés csökkenti a dugattyúra ható hatékony nyomáskülönbséget, ami rövidebb, hiányos ütőmozgás-ciklusokhoz vezet ugyanazon manométer-beállított nyomáson. A hiányos ütőmozgások eltérő rezgésgyakoriságot eredményeznek – egy alharmonikus frekvenciát a normál ütőfrekvenciához képest –, amit a tapasztalt kezelők néha úgy írnak le, hogy a fúró „kihagy ütéseket”. A megoldás az ütőtömítés-készlet, nem a paraméterek beállítása. A HOVOO PU és HNBR anyagokból készült tömítés-készleteket szállít minden főbb drifter platformhoz. Teljes termékkatalógus a hovooseal.com oldalon.