Kura blīvējumu materiāla veida izvēle ir vispiemērotākā akmeņurbīšanai? PU/HNBR/PTFE salīdzinājums

Jautājums par to, kurš blīvējuma materiāls ir vispiemērotākais, ir nomācošs, bet precīzs atbilde: tas ir atkarīgs no tā, kuru atteices veidu jūs cenšaties novērst. PU (poliuretāns) zaudē savas īpašības termiskās kompresijas rezultātā virs 90 °C. HNBR (hidrogenēts nitrila gumija) zaudē savas īpašības virsmas nodiluma dēļ vides ar augstu daļiņu koncentrāciju. PTFE (politetrafluoroetilēns) zaudē savas īpašības eks­trūzijas rezultātā cilindra spraugās, ja dinamiskās lietošanas apstākļos tas nav pareizi nostiprināts. Katram materiālam ir dominējošs atteices veids, un pareizā izvēle ir tā, kura dominējošais atteices veids ir mazāk varbūtīgs jūsu konkrētajos ekspluatācijas apstākļos.

Tas izklausās pēc materiālzinātnes problēmas. Praksē tas ir vietnes apstākļu novērtējums ar trim ievadlielumiem: darba temperatūra, šķidruma ķīmiskais sastāvs un dinamiskā slodzes cikla biežums. Ja pareizi noteikt šos trīs ievadlielumus, materiāla izvēle seko loģiski. Ja tie ir nepareizi noteikti vai ja lieto universālu 'standarta PU komplektu' lietojumam, kuram nepieciešams HNBR, tad blīve neiztur tāpat kā PU blīves, kad tās pārkarsējas: pakāpeniski un klusējot, bez ārējas noplūdes līdz brīdim, kad kompresijas deformācija ir pilnībā notikusi un caurplūde jau mēnešiem ir pieaugusi.

PU: Standarta dinamiskā blīve un tās temperatūras augšējā robeža

Poliuretāns ir galvenais materiāls sitiena pistona blīvēm, vadības apvalka blīvēm un dinamiskajām izskalošanas kastītes blīvēm hidrauliskajos akmeņurbumu urbīšos. Iemesli ir praktiski: PU ļoti labi pretojas nodilumam, tai ir augsta stiepšanas izturība dinamiskas slodzes apstākļos un laba elastība, lai saglabātu blīvēšanas kontaktu cikliskām sitiena frekvencēm 30–60 Hz. Tas iztur minerālo hidraulisko eļļu bez būtiska pietūkuma un ir izmēru stabils temperatūru diapazonā, kas tipisks virsmas un mērenās klimata zemzemes darbībām.

Robeža ir termiska. Ilgstošās temperatūrās virs 90–95 °C PU piedzīvo paātrinātu kompresijas deformāciju — elastomērs zaudē savu elastīgo atjaunošanos, un blīvējuma lūpa pastāvīgi pielāgojas caurules rievas izmēriem, neatgriežoties uz sava paredzētā blīvēšanas kontakta profila. Blīvējums vizuāli izskatās neskarits; vienkārši tas vairs nedarbojas kā ar spriegojumu darbinošs blīvēšanas elements. Sitiena kamerā sākas ārpusei neuzmanāma šķērsošana, pirms parādās jebkāds redzams ārējs noplūdes pazīmes.

Dziļās raktuvju darbības, kurās temperatūra ir augsta — gaisa temperatūra darba vietā pārsniedz 35 °C, hidrauliskās sistēmas atgaitas eļļas temperatūra pārsniedz 75 °C, — regulāri pārsniedz poliuretāna (PU) temperatūras robežas ilgstošas nepārtrauktas udensstrūklas darbības laikā. Tas pats var notikt arī virszemes darbībās tropu klimatā bez pietiekamas eļļas dzesēšanas. Šajās vides apstākļos PU izmantošana nav ekonomiski nepareiza tāpēc, ka tā ir lēta; tā ir nepareiza tāpēc, ka tās ekspluatācijas intervāls, pēc kura tā izdodas, ir neprediktīvs, un bojāti blīvējumi udensstrūklas ķēdē nerada acīmredzamu brīdinājumu.

HNBR: Augstas temperatūras un ķīmiskās izturības uzlabojums

Hidrogenēts nitrila gumijas (HNBR) materiāls novērš PU temperatūras vājumu, piesātinot nitrila polimēra neizsaturētos oglekļa-oglekļa dubultsaites ar ūdeņradi. Rezultātā iegūtais polimērs saglabā nitrila eļļas izturību — polārie C≡N grupi, kas novērš pietūkumu minerāleļļās, paliek nemainīgi — vienlaikus saturētā polimēra pamatne nodrošina izturību pret termisko degradāciju un ķīmisko iedarbību no ozona, agresīvas ūdens ķīmijas un esteru bāzes hidrauliskajām eļļām.

HNBR saglabā noderīgas hermētizācijas īpašības līdz 150 °C ilgstoši — par 60 °C augstāk nekā PU. Karstās raktuvju vides apstākļos šis starpības lielums tieši pārtulkojas garākos un prognozējamākos ekspluatācijas intervālos. Dzīļu zelta raktuvē, kur atgaitas eļļas temperatūra pastāvīgi sasniedz 95 °C, HNBR blīves perkusijas shēmā iztur 40–70 % ilgāk nekā PU blīves. Tas nav nenozīmīgs uzlabojums; 5000 stundu aprīkojuma kalpošanas laikā tas nozīmē starpību starp 12 un 8 blīvju komplektu maiņām vienā vienībā.

HNBR arī labāk iztur skābo raktuvju notekūdeņu un sāļo gruntssūkni nekā PU. Varša un zelta ieguves darbībās, kur veidošanās ūdens ir skābs (pH 4–5), PU pamatne tiek uzbrukta ūdeņraža jonu koncentrācijai tādā veidā, kā to pretojas HNBR piesātinātais polimērs. Simptoms ir paātrināta PU blīvju virsmas mikroplaisāšanās — mikroplaisājumi, kas paplašinās iekšēji un rada aizbīdīšanās plūsmas ceļus — kamēr tajā pašā shēmā HNBR blīves parāda normālus nodiluma raksturus.

PTFE: Ķīmiski inerts, bet mehāniski prasa

Politetrafluoroetilēns—PTFE—pieder citai kategorijai nekā PU un HNBR. Tā oglekļa—fluora pamatstruktūra ir praktiski ķīmiski neaktīva; tas nepietūkst skābēs, bāzēs, šķīdinātājos vai jebkurā no agresīvajām šķidrām vielām, kas sastopamas rūdzu ieguves procesā. Tam ir ļoti zems berzes koeficients, tāpēc tam nepieciešams mazāk smērvielas nekā elastomēru blīvējumiem, un tas saglabā savas īpašības plašā temperatūru diapazonā.

Mehāniskā realitāte ir tāda, ka PTFE ļoti zemu elastību. Tas nesakrīt ar cauruma ģeometriju tāpat kā elastomērs—tam nepieciešams spirālveida enerģijas avots vai atbalsta elements, lai uzturētu blīvēšanas kontaktu, kamēr virsma nodilst. Dinamiskās trieciena lietošanas gadījumā vienkāršs PTFE blīvējums bez atbalsta gredzena trieciena cikliskā spiediena svārstību ietekmē (160–220 bar) izspiežas starp pista un caurumu atstarpi. Izspiestais materiāls sabrūk stundu laikā.

PTFE piemērotā loma akmeņurbja blīvējumu komplektā ir statiskajos kontūros: O-formas gredzeni akumulatora atverē, dzesēšanas ūdens ieejas sēdekļa blīvējumi, vārstu bloka statiskās savienojuma vietas. Ātrgaitas hidrauliskā akmeņsagraužamā iekārtā, kas tika testēta boksīta raktuvē, HNBR elastomēra pistona blīvējumi izgāja no ierindas sakarā ar piesārņojumu un augstu temperatūru. To aizstāšana ar pašenerģētiskiem PTFE korpusa blīvējumiem novērsa biežo nomaiņas ciklu — jo šim konkrētajam ātrgaitas, piesārņotajam ekspluatācijas apstākļiem PTFE nodrošina lielāku nodilumizturību un ķīmisko inerces pakāpi nekā tā zemākā elastība. Tas ir konkrēts pielietojums; tas neattiecas vispārināti uz visiem dinamiskajiem trieciena blīvējumiem.

Materiālu salīdzinājums pēc akmeņurbja kontūras un ekspluatācijas apstākļiem

Pareiza izvēle bez laboratorijas

Vairumā vietu nav pieejami naftas analīžu vai raktuvju ūdens ķīmiskās sastāva dati brīdī, kad pasūta blīvju komplektu. Trīs laukā novērojami rādītāji ļauj veikt uzticamu izvēli bez oficiāliem testiem. Pirmais: kāda ir hidrauliskās eļļas atgriešanās temperatūra? Izmantojiet infrasarkano termometru atgriešanas caurulē pēc 30 minūšu udensurbšanas. Ja temperatūra regulāri pārsniedz 80 °C, tad udensurbšanas sistēmai jāizmanto HNBR. Otrais: kā izskatās raktuvju ūdens urbšanas vietā? Zaļgana vai oranža nokrāsa norāda uz minerālskābju klātbūtni; HNBR jāizmanto mazgāšanas blīvēm. Trešais: vai iepriekšējie PU komplekti ir bijuši agrīni bojāti ar virsmas mikrorievojumiem vai kompresijas deformāciju, nevis ar abrazīvo nodilumu? Ja jā, tad bojājuma cēlonis ir temperatūra vai ķīmiskā vide, nevis mehāniskā ietekme — jāmaina materiāla veids.

HOVOO piegādā akmeņurbuma hermētizācijas komplektus no PU un HNBR visiem lielākajiem drifter modeļiem, kā arī statiskās hermētizācijas opcijas ar PTFE-sastāvu ķīmiski agresīvām lietojumprogrammām. Komplekta atsauce ietver materiāla apzīmējumu, tāpēc pasūtījumi ir precīzi, nevis tiek izmantots viens standarta risinājums pēc noklusējuma. Pilnas modeļu un materiālu atsauces vietnē hovooseal.com.