Cuscinetto a rulli pesante dell'Atlas Copco RD18U in Brasile

Il complesso di Carajás di Vale nello stato settentrionale del Pará presenta un problema relativo a un cuscinetto di perforazione che non è visibile in superficie e non risulta evidente fino a quando i guasti dei cuscinetti non iniziano a concentrarsi a una specifica profondità di perforazione. Il giacimento minerario di Carajás è una formazione ferrosa a bande (BIF), nella quale il 80% superiore della riserva è costituito da limonite friabile e morbida e da ematite arricchita, facilmente perforabili, con coppia di rotazione ridotta e carichi sui cuscinetti ben al di sotto dei limiti previsti dal progetto. Al di sotto dei 150–200 metri, la limonite lascia il posto a ematite silicea dura, con contenuto di SiO₂ che passa da meno dell’1% all’8–12%, mentre la resistenza alla compressione uniassiale (UCS) aumenta da 40 MPa fino a circa 160 MPa; inoltre, la silice abrasiva agisce su ogni superficie dei cuscinetti a contatto con la colonna di perforazione. I perforatori RD18U che funzionano regolarmente per 1.200 ore nella zona superiore morbida possono consumare un cuscinetto a rulli in soli 600 ore non appena il programma di perforazione raggiunge la zona di transizione più dura e ricca di silice: lo stesso equipaggiamento, diversa profondità, diversa durata dei cuscinetti.

Il cuscinetto a rulli cilindrici nel motore di rotazione Atlas Copco RD18U sopporta i carichi radiali derivanti dall’ingranamento della trasmissione, mentre l’albero trasmette la coppia al dispositivo di azionamento. Nella zona morbida di Carajás, tali carichi radiali sono contenuti e il cuscinetto funziona a bassa temperatura. Nella zona di ematite silicea, la richiesta di coppia di rotazione aumenta del 40–60% poiché la formazione abrasiva oppone resistenza alla corona di perforazione; di conseguenza, il carico radiale sul cuscinetto aumenta proporzionalmente e le fini particelle di silice, che penetrano nel circuito di lubrificazione del gambo attraverso le guarnizioni di spurgo usurati, migrano nella gabbia del cuscinetto lungo il percorso di drenaggio della carcassa di rotazione.

Come la transizione di profondità modifica il carico sul cuscinetto

Il percorso di contaminazione che riduce la durata dei cuscinetti

Le fini particelle di silice provenienti dalla zona di ematite silicea non raggiungono il cuscinetto a rulli inclinati unicamente attraverso l’olio idraulico: tale percorso di contaminazione viene filtrato. Esse arrivano invece attraverso il circuito di drenaggio della struttura di rotazione: la tubazione di drenaggio che rimuove l’olio lubrificante usato dal corpo di supporto trasporta anche fini particelle abrasive depositatesi sulla superficie dell’adattatore dello stelo e riportate nel corpo di supporto dal film lubrificante. Nella zona superiore più tenera, la superficie dello stelo accumula una quantità minima di materiale abrasivo e il drenaggio convoglia olio pulito. Nella zona silicea, lo stelo opera contro una formazione che genera fini detriti ricchi di quarzo, alcuni dei quali riescono a superare la guarnizione raschiante ed entrare nel corpo di supporto dello stelo ad ogni colpo di ritorno della percussione.

L'indicatore pratico è il colore dell'olio di scarico: ambrato chiaro nella zona morbida, progressivamente più scuro con fini particelle in sospensione nella zona silicea. I supervisori delle perforazioni brasiliani che rilevano questo cambiamento di colore dopo 200 ore di programma in formazione silicea e riducono di conseguenza l'intervallo di ispezione dei cuscinetti estendono la vita utile dei cuscinetti del 30–40% rispetto a chi mantiene invariato l'intervallo standard di 500 ore. Il controllo del colore richiede 30 secondi.

Protocollo di ispezione dei cuscinetti per programmi brasiliani con profondità variabile

Nei siti di Carajás Serra Norte e S11D, dove i singoli programmi di perforazione iniziano spesso nella zona soffice per poi scendere nella transizione silicea, l'approccio raccomandato è un programma di ispezione dei cuscinetti adattivo alla formazione, anziché basato su intervalli fissi di ore. Quando il registro di perforazione indica che la corona sta entrando nell’ematite silicea—riconoscibile dal calo della velocità di penetrazione e contemporaneamente dall’aumento della pressione di rotazione, senza alcuna variazione delle impostazioni di percussione—l’intervallo di ispezione dei cuscinetti deve essere dimezzato, passando da 500 a 250 ore. Questo singolo aggiustamento, applicato in modo coerente, allinea i tempi di manutenzione all’effettiva esposizione dei cuscinetti, anziché basarsi su ipotesi temporali calendariali concepite per la zona soffice.

La sostituzione del cuscinetto a rulli in acciaio nella zona silicea ogni 250 ore ha lo stesso costo di quella effettuata ogni 500 ore; la differenza sta nel fatto che un cuscinetto sostituito dopo 250 ore presenta ancora integra la geometria della gabbia utilizzabile. Un cuscinetto lasciato funzionare fino a 500 ore nella zona silicea produce spesso contaminazione da frammenti della gabbia, che raggiunge l’albero di comando e il foro del pistone guida nello stesso ciclo di manutenzione, trasformando così una sostituzione programmata del cuscinetto in una sostituzione non programmata di più componenti. HOVOO fornisce cuscinetti a rulli pesanti modello RD18U, dimensionati secondo le specifiche OEM per il mercato brasiliano, disponibili con tempi di consegna brevi dal centro distributivo di San Paolo. Tutti i riferimenti completi su hovooseal.com.