A hidraulikus szikafúró tömítőrendszere: felépítés, anyagok, hibák és karbantartás

A hidraulikus kőfúró tömítőrendszerének olyan egyedi O-gyűrűk gyűjteményeként való kezelése, amelyeket akkor cserélnek ki, amikor szivárognak, elmulasztja az építészeti szempontot. A percussiós fúrófej tömítőrendszere struktúrával rendelkezik – dinamikus tömítések a percussiós furatban, statikus tömítések minden nyomástartó felületen, öblítőkör tömítések, amelyek elválasztják a vízkört az olajkörtől, valamint forgóház tömítések, amelyek kezelik a kenés határvonalát a hajtómű és a ház többi része között. Mindegyik zóna különböző nyomáson, hőmérsékleten és csúszási sebességen működik. Azok a vegyületek és profilok, amelyek egy zónában megfelelően működnek, másik zónában gyorsan meghibásodhatnak.

A tömítőrendszer szerkezetének megértése – mely tömítések hol helyezkednek el, milyen funkciót látnak el, és hogyan mutatkozik meg a meghibásodásuk – az alapja annak, hogy értelmes karbantartási időközöket állítsunk be, illetve helyes anyagválasztást végezzünk a tömítések újratelepítésekor.

1. zóna: Percussiós furat tömítései

A kalapácsoló furat a legigényesebb tömítési környezet a kalapácsos fúróban. A dugattyú 30–65 Hz-es frekvencián ingadozik egy olyan furatfal ellen, amely egyben a front- és hátsó kalapácsoló kamrák nyomáshatára is. A dugattyútömítésnek több százmillió cikluson keresztül hatékony nyomáskülönbséget kell fenntartania maga előtt, miközben a furat felülete, az olaj hőmérséklete és az ütőterhelések folyamatosan változnak.

A szokásos ütőfurat-tömítések PU (poliuretán) anyagból készülnek: a Shore A keménységük általában 90–95, működési hőmérséklet-tartományuk −30 °C és +90 °C között van, kiváló kopásállósággal rendelkeznek dinamikus csúszó érintkezés mellett. A PU jól viselkedik az ütőfuratokban uralkodó érintkezési nyomások mellett, mivel magas szakítószilárdsága (általában 35–55 MPa) ellenáll az extrúziós erőknek, amelyek alacsonyabb keménységű elasztomerek esetében a 160–220 bar nyomáson a hézagba nyomják a tömítést. Amikor az olaj hőmérséklete folyamatosan meghaladja a 80 °C-ot – például a hordozó hőjéből, az alagsorban uralkodó környezeti hőből vagy a hidraulikus olaj cseréjére vonatkozó előírások be nem tartásából – a PU összenyomódási maradandósága gyorsul, és a tömítés elveszíti a furatfalhoz szükséges tervezett érintkezési erőt a névleges szervizélettartama lejárta előtt.

Az HNBR (hidrogénezett nitril-butadién-gumi) a magas hőmérsékletre optimalizált alternatíva: folyamatos üzemelési hőmérsékleti határa 150 °C-ig terjed, kiváló ellenállása a forró ásványolajjal és az ózonnal szemben, valamint jobb hőöregedés-állósága a PU-hoz képest. A kompromisszum a PU-hoz képest enyhén alacsonyabb kopásállóság nagy ciklusszámú csúszó alkalmazásokban. Olyan műveleteknél, ahol a fúrófej visszatérő olajának hőmérséklete rendszeresen meghaladja a 80 °C-ot – amelyet infravörös hőmérővel a lefolyónál mérhetünk –, HNBR ütőkészleteket kell megadni. Olyan műveleteknél, ahol az olaj hőmérséklete normális, de a hidraulikafolyadékban erős a kopó részecskeszennyeződés, a PU marad a megfelelő választás.

2. zóna: Mosódoboz tömítések

A fúrási vízkör és a hidraulikus olajkör fizikai elválasztását a fúrófej elején a fúrási doboz tömítései biztosítják. A fúrási víz a fogóházon keresztül jut be, majd a száradapteren átvezető furaton vagy annak körül – a konstrukciótól függően – lefelé áramlik, és a fúrási víz a forgácsokat magával ragadva hagyja el a furatot. A fúrási doboz tömítései ezt a vizet a fúrószáron tartják vissza, míg a másik oldalon a percussiós olajat zárják le.

A fúrási doboz tömítéseinek meghibásodása a hidraulikus fúrásban a legköltségesebb szennyeződés-láncreakció forrása. Amikor a tömítés elkopik, a víz visszafelé áramlik a vezetőbush területén keresztül a percussiós furatba. Az így keletkező emulgeált olaj viszkozitása kb. 30–40%-kal alacsonyabb, mint a tiszta hidraulikus olajé ugyanazon a hőmérsékleten, és finom kőzetdarabkákat is magával sodor a fúrási vízből a percussiós körben lévő hézagokba. Mindkét hatás gyorsítja a percussiós furat kopását. Az emulgeálódás a fúrófej lefolyó mintájában tejfelszerű vagy felhős olajként látható.

A PTFE-háttérrel ellátott statikus tömítések előnyösek a lemosó doboz felületén, mivel a PTFE kémiai szempontból inaktív mind a ásványi hidraulikaolajjal, mind a lemosó vízzel, függetlenül annak pH-értékétől vagy ásványtartalmától. A PTFE alacsony súrlódása itt kevésbé lényeges, mint a kémiai kompatibilitása, amely különösen fontos lehet agresszív, földalatti környezetekben, ahol a folyadékhatár rendkívül heterogén lehet.

3. zóna: Statikus felületi tömítések (O-gyűrűk és tömítések)

Minden nyomás alatt álló csatlakozás – a fúrótest szakaszai között (előház a hengerhez, henger a hátsó házhoz), az akkumulátor csatlakozófelületein, valamint a szeleptömb rögzítési felületein – szabványos méretű horpadásba helyezett O-gyűrűkkel van tömítve. Ezek statikus tömítések: a két felület nem mozog egymáshoz képest üzem közben.

Az NBR (nitril-butadién-gumi) a sztátikus tömítések szabványos anyaga ásványi hidraulikus olajkörökben. Hőmérséklet-tartománya −40 °C és +120 °C között van, ami megfelel a legtöbb ütőkör működési feltételeinek. A sztátikus NBR-gyűrűk fő meghibásodási módja kőfúrókban nem a hőmérséklet okozta degradáció, hanem a hosszú ideig tartó nagynyomású terhelés és a több műszakon át tartó hőmérséklet-ingadozás kombinációjából eredő nyomásállóság-csökkenés. Egy olyan O-gyűrű, amelyet 200 bar nyomáson 500 órán keresztül összenyomtak a hornyába, kevesebb maradék rugalmas visszaállító képességgel rendelkezik, mint egy új gyűrű; amikor a csatlakozást szétszerelik és újraösszeszerelik, a laposra nyomott O-gyűrű esetleg nem zárja le újra a csatlakozást cserélés nélkül.

Szokásos eljárás: minden O-gyűrűt ki kell cserélni minden teljes ütőkészlet-csere alkalmával. Az O-gyűrűk költsége elhanyagolható a szétszerelés utáni szivárgás költségéhez képest, és az O-gyűrűk úgyis benne vannak a készletben.

Tömítési zóna – referencia: szerkezet, anyag és ellenőrzési/kicserélési indító ok

Gyakori hibaminták és az általuk feltárt okok

Korai ütőgyűrű-hiba – 200 ütőóra alatt – majdnem mindig olyan gyökéroka jelzése, amely nem a gyűrű minőségére vezethető vissza. A három leggyakoribb ok: korábbi fémrészecskés szennyeződés miatti furatkarcolás, amelyet a új készlet felszerelése előtt nem távolítottak el; a vezető hüvely hézagának 0,4 mm-nél nagyobb értéke, ami tengelyen kívüli szárterhelést okoz, és ezáltal aszimmetrikusan koncentrálja a gyűrűperem kopását; vagy az olaj hőmérsékletének állandóan 80 °C feletti értéke, amely gyorsítja a PU anyag nyomás alatti deformációját (kompressziós deformáció). A megfelelő gyökéroka azonosításához a furat felületének vizsgálata (karcolások keresése), a szár rezgésének mérése és az olaj hőmérsékletének rögzítése szükséges – nem elegendő csupán egy újabb készlet felszerelése.

A lefolyódoboz tömítésének meghibásodása 300 órán belül általában a lefolyóvíz agresszív kémiai összetételére utal, nem pedig a normál kopásra. A magas ásványtartalmú vagy savas pH-értékű bányavíz gyorsabban támadja a nitril-alapú lefolyótömítéseket, mint a tiszta víz. A PTFE-háttérrel ellátott készletek szélesebb vízkémiai tartományt bírnak el, és ezért az alagsori műveletekhez megfelelő választás, ahol ismertek a vízminőségi problémák.

HOVOO tömítési készletek: Az anyag típusának illesztése a zónához

Egy teljes drifter tömítéskészlet tartalmazza a percussiós furat tömítéseket, a mosódoboz tömítéseket, a vezető hüvely tömítéseket, az akkumulátor O-gyűrűket és a szeleptömb kapcsolódási tömítéseket. Még egyetlen zóna esetében is helytelen anyagmeghatározás kiválasztása szelektív, korai meghibásodáshoz vezethet, amelyet tévesen a teljes készlet minőségének hiányosságaként diagnosztizálnak, nem pedig anyagválasztási eltérés miatt. A HOVOO minden fő drifter márkához – Epiroc COP, Sandvik HL/RD, Furukawa HD/HF, Montabert – modellspecifikus készleteket szállít, amelyekben a tömítőanyag-kiválasztás lehetőségei közé tartozik a szokásos poliuretán (PU), a hidrogénezett nitril-gumi (HNBR) és a PTFE-meghúzott mosó változat. Zónánkénti anyagválasztási útmutatás áll rendelkezésre olyan üzemek számára, ahol magasabb hőmérséklet vagy agresszív vízkémia jellemző. További információk a hovooseal.com weboldalon.