Í kínverskum hydraulískum bergborhugbúðum er snúningseiningin venjulega veitt vatni frá hliðinni. Val á þéttunarefni og hönnun hefur mikil áhrif á þéttunarvirkni og líftíma — sem í svari hefur áhrif á almennt afstæða framleiðslu borhugbúðarinnar.

1. Hvernig vatnsthéttunin er álagð og hvað hún þarf

Hliðsvegssýstemið fyrir vatn á snúningseiningu hydraulískrar bergborhráðar samanstendur aðallega af þremur hlutum: vatnskápu (1), vatnsþéttun (2) og skafarhöfuði (3) (sjá mynd 1). Þegar borhráðan er í gangi snýst skafarhöfuðið og fer fram og til baka á ásnum með hárri tíðni, þar sem áhrifaskynjunin er send yfir. Vinnaupplýsingar fyrir vatnsþéttunina á hydraulískri bergborhráðunni YYC250B eru: snúningstíðni skafarhöfuðsins 220 r/min, áhrifastíðni skafarhöfuðsins 60 Hz, þrýstingur á þvottavatninu 1 MPa, borhraði 110 cm/min. Þessar tölur sýna að vatnsþéttunin er undir samsettri friðjuskerðingu sem kemur af hárra tíðni ásáhrifum og snúningi. Vegna þess verður efni þéttunarinnar að hafa eftirfarandi eiginleika:

1. Góð vatnsstöðugleiki — það ætti ekki að svellast eða minnka mikið í vatni og ætti ekki að leysast upp, mjúkna eða stífna.
2. Góð elástísk endurheimt — það ætti að endurheimt sig vel og ekki að breytast varanlega.
3. Góð slípþol — lágur friðjukoefficient.
4. Há mekanísk styrkleiki — góð tögröð, harðleiki og slitþol.
5. Engin áhrifa á járnhluti — engin klæðing, engin ruslan.

Eftir að við birtum möguleikana valdum við pólýúrétan sem þéttunarflokk. Molekúlustrúktúran inniheldur úrétangruppur sem gefa henni háan mekanískan styrkleika — um 1 til 4 sinnum hærri en nitrílrubber. Slitþolið er yfirleitt mjög gott, um 10 til 15 sinnum betra en náttúrurubber. Það hefur líka góða olíuþol (meira en 5 sinnum betra en nitrílrubber) og sýnir góða ástandshalds- og ózónþol.

Hugsa skal á því að pólýúrétan kemur í tveimur aðalgerðum með mismunandi gæðastigum og valið áhrifar á hversu vel þéttunin virkar. Fyrsta gerðin er pólýúrétan sem byggir á pólýester (gæðastig eins og Dongfeng-1 og JA3). Önnur gerðin er pólýúrétan sem byggir á pólýeðri (gæðastig eins og JA2 og JA5). Pólýestergerðin hefur góða eiginleika í máli mekanískrar styrkleika, en vatnsheldni hennar er slæm — vatn endurskilar efni við pólra hópa í elástómer-netinu og brotinn upp uppbygginguna. Meira pólra hópar í netinu þýða slæmari vatnsheldni. Pólýeðrisgerðin hefur færri pólra hópa og því er vatnsheldni hennar meira en fimm sinnum betri en pólýestergerðarinnar. Þó svo að eðrisbindingarnar í pólýeðrisgerðinni geymi minna orku, er mekanískur styrkur hennar ekki jafn góður og pólýestergerðarinnar. Augljós lausnin er að sameina styrk báðra gerðanna. Með því að blanda saman báðum gerðum og bæta við slitþolnanda fyllimassi fáum við efni sem hefur bæði góða mekanískar eiginleika og góða vatnsheldni. Til þess unnum við með rúbberrafbréði (framleiðanda pólýúrétan) til að framleiða sérsniðið blandaða pólýúrétanefni. Próf sýndu að þéttunir úr þessu efni höfðu miklu betri þéttunaraðstöndu og lengri notkunarlíftíma.

2. Val á tætnihringgerð

Miðað við álagsháttana á vatnsþéttunina á snúðeiningunni völdum við Y-gerðar tætnihringa. Þessi gerð hefur þrjá kosti: (1) sjálfþéttandi áhrif — þegar þrýstingur er beindur þurrka lipurnar sterkara og þéttar betur; (2) lág rekistöðu og jafnleit örvun; (3) góð stöðugleiki, hentug fyrir hydraulískar hluti með hratt breytilegum þrýstingi. O-gerðar hrингar hafa á tendency til að snúast og skemmast undir þessum álagsháttum.

3. Hvernig tætnin virkar

Y-gerðarhringslæsir loka aðallega með sjálf-læsandi áhrifum vanganna. Mynd 2 sýnir dreifingu snertingarráks Y-gerðarhrings sem er settur í vatnskálauguna. Þegar enginn rökkr er á, er einungis litill snertingarrákur mynduður af deformingu vangspissarinnar (mynd 2b). Þegar innri rökkur er beiddur, segir Pascals lög að í lokuðu kerfi fái hver punktur sem er í snertingu við vægið normala kraft jafn háan og innri rökkurinn. Þetta valdar því að botninn á læsingu verði samþrúttur áskennt og vangarnir samþrúttir hringlaga. Snertingarsvæði vanganna við skálkann eykst og snertingarrákurinn eykst líka (mynd 2c). Þegar innri rökkurinn hækkar enn frekar breytast dreifingin og stærðin á rökkinu enn meira (mynd 2d), sem ýtir vöngunum enn sterkara á ásinn – þetta er „sjálf-læsandi áhrifin“. Það er ástæðan fyrir því að Y-gerðarhringurinn er vel hentugur fyrir þessa vatnslæsingu.

4. Hvernig lögun vanganna áhrifar lásunar og notkunartíma

Dreifingin á snertidrucki er náið tengd lögun vanganna. Lykillinn að góðri þéttun í vangþéttunarringi er dreifingin á snertidrucki á þéttunarsnertisbandinu og hámarksdrukkið á vangspitsskornum. Mynd 3a ber saman þéttunaráhrif Y-gerðar ringa með og án skurðs á fremsta vanginum. Ringurinn með skurð hefur áberandi drukkspik á þéttunarsnertisbandinu, sem best uppfyllir kröfur um framleiðslu vangþéttunarringa. Með því að velja réttan horn við fremsta vanginn (θ) má mæta miklu minnkun á lek: þegar θ > 30° er lekurinn aðeins helmingur þess sem hann er við θ = 0°. Mynd 3b ber saman þéttunaráhrif með og án skurðs á aftasta vanginum (hæl). Ólíkt fremsta vanginum myndar skurður á hælinum annan drukkspik undir starfsþrýstingi, sem hindrar vatn frá að renna aftur og eykur lek. Án skurðs á hælinum er enginn annar drukkspikur til staðar og þéttunin virkar betur.

5. Hvernig hönnunarmatvísindin áhrifa þéttun og notkunartíma

Vel hönnuð þéttunarringur gerir efnið kleift að nýta allan áhrifavægi sinn. Fyrir Y-gerðar ringinn er hlutfallið milli mælingar l og mælingar h einn af mikilvægustu þáttum fyrir árangur og notkunartíma (sjá mynd 4). Í raunverulegum notkunarmyndum, þegar hlutfallið l/h = 1, getur ringurinn halda lágu lek í lengri tímabil. Til bestu þéttunar ætti því gildi l/h að vera viðhaldað við 1.

Auk þess mun opnun á vörpunarlöppunni slita eftir því sem þéttunarringurinn hefur verið í notkun í ákveðin tímabil. Ef löppan getur ekki kompensert fyrir slit þessa, mun lekur byrja. Vöruþykkt löppunnar b ætti að velja út frá mekanískum eiginleikum efnisins og þvermál skafans. Markmiðið er að tryggja að löppan hafi næga stífleika en samt sé flóðleg og geti kompensert fyrir slit.

6. Uppsetning þéttunarlöppuhrings

Ef þéttunarringurinn er ekki meðhöndlaður varlega við uppsetningu getur hann verið rissaður eða deyftur, sem áhrifar gæði og gæti gert hann ónotanlegan. Eftirfarandi punktar verða að vera virkilega athugaðir:

• Hlutinn þar sem þéttunarringurinn er settur (vatnsskýfurnar) ætti að hafa 15° til 30° skáskurð á endaflötinum til að koma í veg fyrir að ringurinn verði rífinn þegar hann er skotheldur inn frá endanum.
• Allar holur sem ringurinn þarf að fara í gegnum ættu einnig að hafa 15° til 30° skáskurð.
• Smjör eða starfsolía ætti að beita á uppsetningarsvæðið áður en uppsetning hefst til að minnka uppsetningarkraftinn.
• Forðast þarf of mikla strekkun á ringnum við uppsetningu, því það getur valdið varanlegri plástíkdeformingu.

Í samantekt, er val á réttri þéttunarmateriali, notkun á vel hönnuðu hönnun og varúð við uppsetningu lykillinn að bæta þéttunarafköstum og þjónustutíma í snúðaeiningum hydraulískra bergborhugla. Í raunveruleikanum hefur nálgunin sem lýst er hér gefið góða niðurstöðu — lekki hefur minnkað og þjónustutími hefur aukist markvert.