Come gestire una bussola di guida usurata? Sostituzione e regolazione

Una bussola di guida usurata è uno di quei guasti che si manifesta attraverso una serie di altri problemi prima che venga individuata la causa radice. L'adattatore del gambo inizia a fratturarsi alla radice del filetto: gli ingegneri incolpano il produttore dell'adattatore. La velocità di penetrazione diminuisce sulla roccia dura—gli operatori presumono che sia necessario regolare la pressione di avanzamento. Il suono della percussione diventa irregolare—il personale di manutenzione modifica la precarica dell'accumulatore. Tutti e tre i sintomi possono avere un'unica origine: una bussola di guida usurata oltre la tolleranza di gioco specificata, che consente all'adattatore del gambo di oscillare lateralmente durante il ciclo di percussione.

La bussola di guida è posizionata nella parte anteriore del corpo del perforatore e mantiene l’adattatore dello stelo allineato assialmente con il foro del pistone. Quando il gioco tra il diametro interno della bussola e il diametro esterno dello stelo supera la tolleranza di progetto, lo stelo può deviare fuori asse tra un colpo e l’altro. Tale deviazione genera sollecitazioni flettenti sullo stelo esattamente nel punto in cui esso è già soggetto al massimo carico torsionale e d’urto: la radice della filettatura. La frattura ne consegue in modo prevedibile.

Ciò che la bussola di guida effettivamente compie sotto carico

Durante la percussione, il pistone colpisce la faccia terminale dello stelo con un’energia pari a diverse centinaia di joule alla frequenza di 30–65 Hz. L’onda di sollecitazione si propaga dallo stelo verso la barra di perforazione e quindi sulla roccia. Contemporaneamente, il motore di rotazione applica una coppia allo stelo tramite le scanalature. Il compito della bussola di guida è quello di limitare i movimenti laterali dello stelo, consentendo al contempo un libero movimento assiale e rotazionale: ciò richiede un gioco radiale stretto, senza alcuna restrizione assiale.

In una nuova installazione, il gioco tra gambo e manicotto è tipicamente compreso tra 0,05 e 0,15 mm, a seconda del modello di drifter. A tale gioco, la deformazione laterale del gambo durante la percussione è trascurabile: il gambo si muove assialmente e rimane allineato sull’asse. Quando l’usura aumenta tale gioco a 0,3–0,5 mm o più, il gambo può deformarsi di 0,2–0,4 mm fuori asse ad ogni corsa di ritorno. A 50 Hz, ciò corrisponde a 3.000 cicli di deformazione al minuto concentrati alla radice della filettatura, esattamente dove iniziano le fessurazioni da fatica.

Riconoscere l’usura prima che si verifichi la frattura

L’indicatore più precoce è un cambiamento nel suono della percussione: da un colpo secco e regolare a uno leggermente più ovattato e meno uniforme. Questo cambiamento avviene perché il pistone non colpisce più perpendicolarmente la faccia del gambo; il disallineamento causato dall’usura del manicotto guida sposta leggermente il punto di contatto fuori centro, modificando la propagazione dell’onda di sollecitazione. La maggior parte degli operatori non coglie questo segnale acustico perché è graduale.

Un controllo precoce più affidabile è un test manuale di oscillazione radiale sull'adattatore del gambo. Con il dispositivo di spinta depressurizzato e il gambo in posizione, applicare manualmente una forza laterale sulla parte anteriore del gambo e verificare la presenza di gioco. I nuovi manicotti di guida presentano essenzialmente zero movimento percepibile. Un manicotto che si avvicina al limite di sostituzione consente un movimento di 0,3–0,5 mm chiaramente rilevabile anche senza strumenti. Oltre tale valore, l’aderenza diventa così allentata che le vibrazioni durante la perforazione producono un’oscillazione visibile del gambo.

Anche i danni ai filetti sull'adattatore del gambo indicano lo stato del manicotto di guida. L’usura uniforme del filetto su tutta la circonferenza è normale. Un’usura asimmetrica concentrata su un solo lato del filetto — dove il gambo entra in contatto con la spalla della barra con maggiore intensità su quel lato a causa della deformazione — indica che l’usura del manicotto di guida ha già causato un’allineamento errato.

Intervallo di ispezione e criteri di sostituzione

La bussola di guida deve essere ispezionata ad ogni sostituzione della guarnizione a percussione—tipicamente ogni 400–500 ore. In formazioni altamente abrasive o quando l’acqua di spurgo riporta particelle fini di roccia nell’area del mandrino anteriore, ridurre tale intervallo a 300 ore. La bussola si usura più rapidamente quando l’acqua di spurgo contaminata scorre continuamente attraverso l’interfaccia stelo-bussola.

Procedura di sostituzione: ottenere il giusto grado di aderenza

La sostituzione della bussola di guida è meccanicamente semplice, ma richiede attenzione per quanto riguarda l’aderenza. La nuova bussola deve essere pressata nel foro della carcassa anteriore fino alla profondità di seduta completa: una bussola non completamente seduta lascia un interstizio d’aria che consente alla parte centrale (shank) di deformarsi nella sezione non supportata tra la faccia della bussola e la spalla della carcassa. Le bussole montate a pressione richiedono tipicamente una forza di installazione compresa tra 5 e 15 kN; se la bussola entra facilmente a mano, il foro della carcassa è usurato oltre i limiti specificati e la carcassa deve essere sottoposta a ispezione.

Dopo l'installazione, verificare che il diametro interno del nuovo manicotto corrisponda al diametro esterno dell'adattatore per gambo entro il gioco specificato. Misurare entrambi con un comparatore a fori e un micrometro se il marchio o la specifica del manicotto sono diversi rispetto all'installazione precedente. Un manicotto nominalmente corretto proveniente da un produttore diverso potrebbe essere stato lavorato con una tolleranza leggermente diversa, risultando troppo stretto (causando il bloccaggio del gambo durante la rotazione) oppure troppo largo (riproducendo il problema di gioco che ha determinato la sostituzione).

Il collegamento della guarnizione: perché l'usura del manicotto di guida influisce sulle guarnizioni a percussione

Un eccessivo movimento laterale dello stelo causato da una boccola di guida usurata provoca danni secondari alle guarnizioni anteriori di percussione. Le guarnizioni tergicristallo e le guarnizioni della boccola di guida del circuito di percussione sono progettate per mantenere il contatto con la faccia dello stelo sotto carico assiale. Quando lo stelo si deflette lateralmente durante la fase di percussione, tali guarnizioni subiscono un carico fuori asse: il labbro della guarnizione entra in contatto con lo stelo secondo un angolo, concentrando l'usura su un solo lato del labbro. Il risultato è un'usura asimmetrica della superficie di tenuta che provoca perdite di bypass prima che la guarnizione abbia raggiunto la sua intera vita utile prevista.

I siti che riscontrano guasti delle guarnizioni a percussione dopo 200–250 ore, mentre l'intervallo nominale è di 400–500 ore, dovrebbero verificare il gioco della bussola di guida prima di attribuire il problema alla qualità della guarnizione. HOVOO fornisce guarnizioni per bussole di guida e kit di guarnizioni anteriori per i principali modelli di perforatrici, nonché kit a percussione: specificare entrambi contemporaneamente per la sostituzione semplifica l’intervallo di manutenzione ed evita l’errore comune di sostituire le guarnizioni a percussione lasciando in posizione una bussola di guida usurata. Riferimenti ai modelli su hovooseal.com.