No kāda materiāla izgatavo akmeņurbuma kausa blīvi? Poliuretāna un FKM skaidrojums

Akmeņurbuma kausa blīve ir neparasta uzdevuma elastomēra detaļai: tai jāaptur mazgāšanas ūdens, vienlaikus berzoties pret vārpstas adapteru, kas griežas un sit vienlaikus, bieži vien tūkstošiem stundu pirms nomainīšanas. Materiāls, no kura tā izgatavota, tieši ietekmē tās izturību šajā kustības, spiediena un ūdens iedarbības kombinācijā. Šajā rakstā aplūko visbiežāk izmantotos materiālus akmeņurbuma kausveida blīvējumiem, iemeslus, kāpēc tie izvēlēti šim konkrētajam uzdevumam, un to, ko tas nozīmē to darbības īpašībām ekspluatācijā.

No kā izgatavots akmeņurbuma kausveida blīvējums?

Akmeņurbuma kausveida blīvējumi visbiežāk izgatavoti no poliuretāna (PU) vai fluoroelastomēra (FKM), nevis no universālā akrilnitrila kauchuka (NBR), ko izmanto daudziem citiem hidrauliskajiem blīvējumiem uz tās pašas mašīnas. Atkarībā no ražotāja vienu un to pašu komponentu var saukt par kausveida blīvējumu, mazgāšanas blīvējumu vai priekšējās galvas blīvējumu, taču visi šie nosaukumi attiecas uz blīvējuma elementu, kas novietots ap vārpstas adapteru ūdens kastē.

Kāpēc kausa blīves materiāls ir svarīgāks, nekā šķiet?

Vairumā hidraulisko blīvēm akmeņurbumā jāiztur tikai eļļa, temperatūra un spiediens. Kausa blīvei jāiztur viss iepriekšminētais, kā arī pats ūdens — saldais, minerālizētais vai daudzās raktuvēs un akmenkalnās viegli sāļainais vai skābais ūdens, turklāt nepārtraukta virsmas, pret kuru tā blīvē, rotācija un smalkās abrazīvās akmeņu drupas, kas neizbēgami nonāk iztīrīšanas sistēmā. Materiāls, kas nav piemērots pat vienai no šīm apstākļu grupām, ātri parāda savu nepiemērotību: pietūkums vai mīkstināšanās ūdens absorbcijas dēļ, paātrināta nodilums dēļ zemas abrazīvās izturības vai saīsināts ekspluatācijas laiks dēļ ķīmiskās ietekmes, ko rada konkrētā vietējā ūdens ķīmiskā sastāvs.

Attēls1: Kausa blīves komplekta šķērsgriezums

Kas ir poliuretāns (PU) un kāpēc tas bieži tiek izmantots kausa blīvēm?

Polietilēnurētāns parasti nav parasts vulkanizēts gumijas materiāls, bet gan liekts vai formēts elastomērisks polimērs, kura pamatā ir urētāna saites, un tā izcilākā īpašība ir augsta nodiluma un plīsumu izturība salīdzinājumā ar lielāko daļu gumijas kompozītu. Šī īpašība precīzi atbilst tam, ko patiesībā prasa krāna blīvējums: tas ne tikai aizkavē ūdens izplūdi, bet to dara spiežoties pret nepārtraukti kustīgu, reizēm smiltainu virsmu, un mazās akmeņu daļiņas, kas neizbēgami nonāk blīvējuma zonā, darbojas kā lēna abrazīva viela.

PU krāna blīvējumi parasti ir izdevīgs standarta risinājums tīram vai mēreni minerālizētam izskalošanas ūdenim parastās apkārtējās un ekspluatācijas temperatūrās. To galvenais ierobežojums ir zemāka nepārtrauktas lietošanas temperatūras robeža salīdzinājumā ar FKM un nedaudz samazināta elastība ļoti aukstos apstākļos, kurām nozīme dažādās vietās var būt atšķirīga.

Foto2 ：Formēta polietilēnurētāna (PU) krāna blīvējuma lūpu profils

Kas ir FKM un kad to izvēlas priekšroku polietilēnurētānam?

FKM (fluoroelastomērs) piedāvā plašāku ķīmisko izturību nekā poliuretāns, tostarp labāku izturību pret agresīvu vai ķīmiski apstrādātu skalošanas ūdeni, kā arī augstāku nepārtrauktas lietošanas temperatūras robežu. Tur, kur skalošanas ūdens ir skābs, satur ķīmiskus piedevus vai urbuma urbšanas laikā temperatūra ilgstoši paliek augsta, parasti izvēlas FKM, jo tas ir izturīgāks materiāls.

Tomēr šim materiālam ir arī trūkumi — augstākas izmaksas un dažos maisījumos nedaudz zemāka nodiluma izturība salīdzinājumā ar labu PU maisījumu. Tāpēc abus materiālus bieži vien izmanto kā alternatīvas vienam un tam pašam kausveida blīves novietojumam daudzās akmeņurbju modelēs, nevis vienu vienkārši aizvieto ar otru: pareizā izvēle atkarīga no konkrētās vietas ūdens ķīmiskā sastāva un temperatūras, nevis no universālas abu materiālu novērtējuma.

Attēls3: Sānu ‑ar ‑sānu vizuāla salīdzinājuma attēls ar FKM un PU kausveida blīvju paraugiem

Kāpēc neizmantot standarta NBR, kā citās hidrauliskajās blīvēs?

NBR ir standarta materiāls daudziem hidrauliskajiem blīvējumiem tieši tāpēc, ka tas labi iztur minerālo hidraulisko eļļu, taču šī izturība neattiecas uz ilgstošu ūdens iedarbību vai arī uz to abrazīvo slodzi, kuru piedzīvo kausa veida blīvējums. NBR sakausējumi ilgstošas ūdens iedarbības rezultātā vairāk pietūkst un parasti nodrošina mazāku abrazīvās nodiluma izturību salīdzinājumā ar PU tādos smiltīgos, daudz daļiņu saturošos apstākļos, kādi bieži novērojami skalošanas ūdenī. Tāpēc NBR reti tiek norādīts kausa veida blīvējuma pozīcijai, pat ja tas joprojām paliek standarta izvēle urbjmašīnas eļļas puses blīvējumiem, tostarp akumulatoram. diapazons .

Vērts atzīmēt, ka NBR pat nav visizturīgākais gumijas veids tīras ūdens ietekmē; daudzfaktoru izturības pārbaudes gumijas blīvēm ūdensapgādes un kanalizācijas cauruļvados ir parādījušas, ka EPDM un silikona gumija (SR) parasti labāk iztur ilgstošu ūdens kontaktu un termiski oksidatīvo vecošanos nekā NBR vai HNBR. Minētajās pārbaudēs temperatūras paaugstināšana līdz 70 °C izraisīja HNBR un NBR kompresijas deformāciju pārsniedzot 15 % un to atgriezeniskumu zem 85 %, kamēr EPDM un silikons testa vidē, kas līdzinās notekūdeņiem, rādīja daudz mazāku deformācijas pieaugumu. Iemesls, kāpēc EPDM un silikons joprojām netiek izmantoti akmeņurbuma urbjmašīnu kausa blīvēm, nav ūdens izturība, bet gan eļļas saderība: abas gumijas ļoti stipri pietūkst minerāleļļā, un kausa blīve atrodas pietiekami tuvu urbjmašīnas eļļotajam mehānismam, tāpēc eļļas saderība ir reāla prasība, nevis maladzīmīgs gadījums. Tas noderīgi atgādina, ka materiāls, kurš “labākais” izolētā veidā, nav vienmēr piemērotākais materiāls, kad ņem vērā visas faktiskās ietekmes, kurām detaļa tiks pakļauta.

Kā šie materiāli salīdzināmi viens ar otru?

Tabulā zemāk ir apkopoti iepriekš minētie vispārīgie kompromisi. Precīzs sniegums ir atkarīgs no konkrētās savienojuma formulējuma, ko izmanto konkrēts ražotājs.

Attēls 4: PU un FKM aizvietojošo kausu blīvējumu fiziskā parauga salīdzinājums

Kā ūdens ķīmiskais sastāvs (salds, sāļš vai skābs) ietekmē materiāla izvēli?

Izplūdes ūdens kvalitāte atkarībā no vietas var atšķirties ļoti daudz. Parastā karjerā izmantojamais saldais virszemes ūdens ir salīdzinoši mīksts vidējs gan PU, gan FKM izmantošanai. Sāļais ūdens, ko bieži sastop piekrastes vai sausās reģionos, kur gruntsgabals ir bagātināts ar minerāliem, paātrina stieņa adaptera blīvēšanas virsmas koroziju un var samazināt blīvējuma materiāla kalpošanas laiku, ja tas ir tikai robežvērtībā noturīgs pret šo iedarbību. Skābais vai ķīmiski apstrādātais ūdens, ko reizēm sastop raktuvju ūdens izvadīšanas vai noteiktu tehnoloģisko procesu vidēs, acīmredzami vairāk veicina FKM plašāko ķīmisko noturību salīdzinājumā ar standarta PU.

Tāpēc, kad izmantošanas vietās mainās skalošanas ūdens kvalitāte, viena un tā pati akmeņurbuma urbja modelis var lietot dažādus kausveida blīvējumu materiālus dažādās darba vietās; parasti svarīgāk ir pielāgot blīvējumu faktiskajai ūdens kvalitātei nekā izmantot to materiālu, kas sākotnēji bija pievienots mašīnai.

Kā rotējošā un svārstošā kustība ietekmē nodiluma ilgumu?

Atšķirībā no statiskas O-rings , kausveida blīvējums nepārtraukti pārvietojas attiecībā pret vārpstas adapteru: tas nepārtraukti rotē un katrā trieciena ciklā nedaudz pārvietojas ass virzienā. Šī kustība nozīmē, ka blīvējuma nodiluma ilgums lielā mērā ir atkarīgs no tā, vai starp lūpu un adaptera virsmu saglabājas plāns smērvielas ūdens (vai ūdens-gaisa maisījuma) kārtiņa. Ja šī kārtiņa sabrūk — piemēram, dēļ nepietiekamas skalošanas spiediena, piesārņojuma vai rievota adaptera virsmas — blīvējums darbojas gandrīz bez mitruma pret metālu, un gan abrazija, gan siltuma uzkrāšanās strauji palielinās neatkarīgi no tā, no kura materiāla tas ir veidots.

Tas ir viena no iemesliem, kēpēļ cup blīvējuma nodiluma ilgums nav tikai materiāla jautājums: savienotās virsmas stāvoklis un izskalošanas spiediena stabilitāte abas ietekmē pat vispiemērotākā blīvējuma materiāla faktisko kalpošanas ilgumu.

Kā temperatūra ietekmē cup blīvējuma materiāla veiktspēju?

Cup blīvējuma temperatūras iedarbība parasti ir mīkstāka nekā eļļas puses blīvējumam, piemēram, akumulatora membrānai, jo izskalošanas ūdens, plūstot, noņem siltumu no priekšējās galvas zonas. Tomēr urbjmašīnas, kas darbojas augstā ekspluatācijas režīmā karstos klimatos vai ar samazinātu izskalošanas plūsmu, var piedzīvot paaugstinātu temperatūru blīvējuma novietojumā. PU zemāka nepārtrauktas lietošanas temperatūras robeža padara to jutīgāku šim faktoram nekā FKM, un tāpēc ilgstoša augstas temperatūras ekspluatācija ir viens no biežākajiem iemesliem, kādēļ norāda FKM, pat ja vienīgi ūdens ķīmiskais sastāvs to nepieprasa.

Otrā galējā situācijā ļoti zemas apkārtējās vides temperatūras var nedaudz sacietēt abus materiālus, tomēr PU parasti saglabā lietojamu elastīgumu plašākā praktiskā diapazonā nekā FKM reitingotā diapazona aukstākajā galā.

Kā noteikt pareizo materiālu savām vietnes darba apstākļiem?

Tā kā krustveida blīvējuma materiāla izvēle ir atkarīga no vietnes specifiskajiem faktoriem — ūdens ķīmiskā sastāva, abrazīvās vielas saturā, apkārtējās un ekspluatācijas temperatūrā un darba ciklā — uzticamākais risinājums ir aprakstīt šos apstākļus tam piegādātājam, kurš nodrošina aizvietošanas daļu, nevis pieņemt, ka oriģinālais materiāls automātiski ir vispiemērotākais. Blīvējums, kas konkrētā vietnē pārāk ātri nolietojas, dažreiz labāk tiek novērsts, mainot materiālu, nevis vienkārši atkārtojot to pašu aizvietošanu.

Ja ir pieejami reģistri vai detaļu katalogs, parasti tie norāda sākotnēji uzstādīto materiālu; ja tie nav pieejami, piegādātājs, kurš pazīst akmeņurbuma urbja modeli, parasti var apstiprināt standarta specifikāciju un sniegt ieteikumus par to, vai objekta ūdens apstākļi attaisno cita materiāla izvēli.

Attēls 5: Blīvējuma un ūdens pārbaude materiāla izvēlei

1. Hu X. „Kompresijas atsvaidzināšana un gumijas blīvējumu materiālu izturība ēku ūdensapgādei un notekūdeņiem daudzfaktoru kopīgas ietekmes apstākļos.“ Fly Ash Comprehensive Utilization, 2026, (04): 155–161.
2. Zhou B., Zhao Y., Zhang H., Liu F., Zhu W. „Urbšanas šķidruma ietekmes uz mehāniskā blīvējuma darbību analīze.“ Mehāniskās un elektrotehniskās inženierzinātnes tehnoloģijas, 2023, 52(05): 269–272.