Ķīniešu ražotajos hidrauliskajos akmeņurbumos rotācijas vienība parasti tiek barota ar ūdeni no sāniem. Blīvējuma materiāla un konstrukcijas izvēle ietekmē blīvējuma darbības efektivitāti un kalpošanas ilgumu — kas savukārt ietekmē urbjmašīnas vispārējo veiktspēju.

1. Kā tiek ielādēts ūdens blīvējums un kādas ir tā prasības

Sānu padeves ūdens sistēma hidrauliskajā akmeņu urbīšanas rotācijas vienībā galvenokārt sastāv no trim daļām: ūdens apvalka (1), ūdens blīvējuma (2) un stieņa astes (3) (sk. 1. att.). Kad urbis darbojas, stieņa astes gan griežas, gan augstas frekvences režīmā pārvietojas uz priekšu un atpakaļ pa asi, pārnesot trieciena enerģiju. YYC250B hidrauliskā akmeņu urbīšanas ierīces ūdens blīvējuma darba parametri ir: stieņa rotācijas ātrums — 220 apgriezienu/min, stieņa trieciena frekvence — 60 Hz, mazgāšanas ūdens spiediens — 1 MPa, urbuma urbšanas ātrums — 110 cm/min. Šie skaitļi rāda, ka ūdens blīvējums pakļauts kombinētai berzes slodzei, ko izraisa augstas frekvences ass virziena sitieni un rotācija. Tāpēc blīvējuma materiālam jābūt šādām īpašībām:

1. Laba ūdens stabilitāte — tas nedrīkst būtībā ne pietūkt, ne sarukt ūdenī, kā arī nedrīkst šķīst, mīkstināties vai sacietēt.
2. Laba elastīgā atjaunošanās spēja — tam jāatgriežas sākotnējā stāvoklī un tam nedrīkst notikt pastāvīga deformācija.
3. Laba nodilumizturība — zems berzes koeficients.
4. Augsta mehāniskā izturība — laba stiepšanas izturība, cietība un plaisu pretestība.
5. Nereaģē ar metāldaļām — ne pielīp, ne korodē.

Pēc iespēju salīdzināšanas mēs izvēlējāmies poliuretānu kā blīvējuma materiālu. Tā molekulārā struktūra satur uretāna grupas, kas nodrošina augstu mehānisko izturību — aptuveni 1–4 reizes lielāku nekā akrilnitrila gumijai. Tā nodilumizturība ir ļoti laba — aptuveni 10–15 reizes labāka nekā dabiskajai gumijai. Tai ir arī laba eļļas izturība (vairāk nekā 5 reizes labāka nekā akrilnitrila gumijai) un tā labi veicas saistībā ar ozona un vecošanās izturību.

Jāatzīmē, ka poliuretāns ir divos galvenajos veidos ar dažādām kvalitātēm, un izvēle ietekmē blīves darbības efektivitāti. Pirmais veids ir poliesteru bāzes poliuretāns (kvalitātes, piemēram, Dongfeng-1 un JA3). Otrais veids ir poliēteru bāzes poliuretāns (kvalitātes, piemēram, JA2 un JA5). Poliesteru veida poliuretānam ir labas mehāniskās īpašības, taču tā mitrumizturība ir zema — ūdens ķīmiski reaģē ar elastomēru tīkla polārajiem grupām, iznīcinot struktūru. Jo vairāk polāro grupu ir tīklā, jo sliktāka ir mitrumizturība. Poliēteru veida poliuretānam ir mazāk polāro grupu, tāpēc tā mitrumizturība ir vairāk nekā piecreiz labāka nekā poliesteru veida poliuretānam. Tomēr, tā kā poliēteru veida poliuretāna ēteru saites uzkrāj mazāk enerģijas, tā mehāniskā izturība nav tik laba kā poliesteru veida poliuretānam. Acīmredzamais risinājums ir apvienot abu veidu priekšrocības. Maisot abus materiālus kopā un pievienojot nodilumizturīgu pildvielu, mēs iegūstam materiālu, kuram raksturīgas gan labas mehāniskās īpašības, gan laba mitrumizturība. Lai to panāktu, mēs sadarbojāmies ar gumijas izstrādājumu rūpnīcu (poliuretāna ražotāju), lai izstrādātu pielāgotu maisītu poliuretāna materiālu. Testi parādīja, ka no šī materiāla izgatavotām blīvēm ir ievērojami labāka blīvēšanas veiktspēja un kalpošanas ilgums.

2. Blīvējuma gredzena veida izvēle

Ņemot vērā rotācijas vienības ūdens blīvējumam pielikto slodzi, mēs izvēlējāmies Y veida blīvējuma gredzenus. Šim veidam ir trīs priekšrocības: (1) pašblīvējošais efekts — kad tiek pielikts spiediens, lūpas ciešāk piespiežas un labāk blīvē; (2) zems darbības pretestības spēks un gluda darbība; (3) lieliska stabilitāte, kas padara to piemērotu hidrauliskajām daļām ar ātri mainīgu spiedienu. O veida gredzeni šādos apstākļos bieži sagriežas un bojājas.

3. Kā darbojas blīvējums

Y veida gredzena blīvējumi galvenokārt blīvē ar savu lūpu pašblīvējošo darbību. 2. attēlā parādīta Y veida gredzena kontaktspiediena sadalījuma shēma, kad tas ievietots ūdens apvalka rievā. Bez spiediena lūpu galu deformācija rada tikai nelielu kontaktspiedienu (2b. attēls). Kad tiek pielikts iekšējais spiediens, Paskāla likums norāda, ka slēgtā sistēmā katrs šķidrumam saskarē esošais punkts saņem normālo spēku, kas vienāds ar iekšējo spiedienu. Tas izraisa blīvējuma gredzena apakšdaļas assvirziena kompresiju un lūpu riņķveida kompresiju. Lūpu saskares platība ar vārpstu palielinās, kā arī palielinās kontaktspiediens (2c. attēls). Kad iekšējais spiediens turpina pieaugt, spiediena sadalījums un lielums mainās vēl vairāk (2d. attēls), lūpas tiek vēl ciešāk piespiestas pie vārpstas — tas ir "pašblīvējošais efekts". Tāpēc Y veida gredzens ir piemērots šai ūdens blīvējuma lietojumprogrammai.

4. Kā lūpu forma ietekmē blīvēšanu un kalpošanas laiku

Kontakta spiediena izvietojums cieši saistīts ar lūpu formu. Galvenais lipveida gredzena hermētiskuma panākšanai ir spiediena izvietojums hermētiskajā kontaktjoslā un maksimālais spiediens lūpu galā. Attēlā 3a salīdzināts Y veida gredzena hermētiskums ar un bez uzgriezuma priekšējā lūpā. Gredzenam ar uzgriezumu hermētiskajā kontaktjoslā ir skaidrs spiediena maksimums, kas vislabāk atbilst lipveida blīvējuma veiktspējas prasībām. Izvēloties piemērotu priekšējās lūpas leņķi θ, noplūdi var ievērojami samazināt — pie θ > 30° noplūde ir tikai puse no tās, kas ir pie θ = 0°. Attēlā 3b salīdzināts hermētiskums ar un bez uzgriezuma aizmugurējā lūpā (papēža). Atšķirībā no priekšējās lūpas uzgriezums papēža daļā darba spiediena ietekmē rada otru spiediena maksimumu, kas kavē ūdens atplūšanu un palielina noplūdi. Bez papēža uzgriezuma otra spiediena maksimuma nav, un blīvējums darbojas labāk.

5. Kā dizaina parametri ietekmē hermētiskumu un kalpošanas laiku

Labi izstrādāts blīvējuma gredzens ļauj materiālam darboties tā pilnā potenciālā. Y veida gredzenam viens no svarīgākajiem faktoriem, kas ietekmē tā darbību un kalpošanas laiku, ir attiecība starp izmēru l un izmēru h (skatīt 4. attēlu). Praktiskā lietošanā, kad attiecība l/h = 1, gredzens ilgāku laiku var uzturēt zemu noplūdi. Tāpēc, lai nodrošinātu optimālu blīvēšanu, attiecībai l/h jāpaliek 1.

Turklāt pēc tam, kad blīvējums ir darbojies noteiktu laiku, tā lūpu atvere nodilst. Ja lūpa nevar kompensēt šo nodilumu, sāksies noplūde. Lūpas sienas biezums b jāizvēlas, pamatojoties uz materiāla mehāniskajām īpašībām un kāta diametru. Mērķis ir nodrošināt, ka lūpai ir pietiekama stingrība, taču tā vienlaikus spēj liekties un kompensēt nodilumu.

6. Lip Blīvējuma gredzena uzstādīšana

Ja blīvējuma gredzenu uzstādīšanas laikā neapstrādā rūpīgi, tas var tikt ievainots vai deformēts, kas ietekmē kvalitāti un var padarīt to neizmantojamu. Jāievēro šādi punkti:

• Daļai, kurā ievieto blīvējuma gredzenu (ūdens apvalks), jābūt 15°–30° slīpumam uz galaplašuma, lai novērstu gredzena ievilkšanu, kad to ievieto no gala.
• Arī jebkurai caurumei, kuru gredzenam jāiziet cauri, jābūt 15°–30° slīpumam.
• Pirms montāžas uzstādīšanas zonā jāuzklāj smērviela vai darba eļļa, lai samazinātu montāžas spēku.
• Montāžas laikā jāizvairās no pārmērīgas gredzena izstiepšanas, jo tas var izraisīt pastāvīgu plastisku deformāciju.

Kopsavilkumā: pareizā blīvējuma materiāla izvēle, racionāla konstrukcija un uzmanība montāžas laikā ir galvenie faktori, kas uzlabo blīvēšanas veiktspēju un kalpošanas ilgumu hidrauliskajos akmeņurbšanas rotācijas blokos. Praksē šeit aprakstītā pieeja ir devusi labus rezultātus — noplūde ir samazinājusies, bet kalpošanas ilgums ievērojami palielinājies.