Tettingssystem for hydraulisk bergboremaskin: Struktur, materiale, feil og vedlikehold

Å behandle tettingssystemet til en hydraulisk bergborer som en samling enkelte O-ringar som skal bytast ut når dei lekkar, går glipp av det arkitektoniske perspektivet. Tettingssystemet i ein perkusjonsborer har ei struktur – dynamiske tetninger i perkusjonsbohra, statiske tetninger ved alle trykkbærande grensesnitt, tetninger for spylekretsen som isolerer vasskretsen frå oljekretsen, og tetninger for roterande hus som styrer smøringgrensa mellom drivmekanismen og resten av huset. Kvar sone opererer ved ulike trykk, temperaturar og glidhastigheiter. Materiala og profilane som fungerer riktig i éin sone, kan svikte raskt i ein annan.

Å forstå strukturen til tettingssystemet – kvar tetning er plassert, kva kvar enkelt tetning gjer og korleis svikt hos ho viser seg – er grunnlaget for å setje opp fornuftige vedlikehaldsintervall og gjere korrekte val av materialtype ved ny tetting.

Sone 1: Perkusjonsbohr-tetningar

Slagboringen er den mest krevende tettningsmiljøet i slagboremaskinen. Stempelen beveger seg frem og tilbake med 30–65 Hz mot en borvegg som også utgör trykkbegrensningen for de fremre og bakre slagkammerne. Stempeltetningen må opprettholde en effektiv trykkdifferanse over seg gjennom hundrevis av millioner av slyngninger, mens overflaten på borveggen, oljetemperaturen og støtbelastningene hele tiden varierer.

Standard percussjonsboringspakninger er PU (polyuretan)-forbindelser: Shore A-hardhet vanligvis 90–95, driftsområde −30 °C til +90 °C, fremragende sliteståndighet under dynamisk glidkontakt. PU fungerer godt ved kontakttrykkene i percussjonsboringer fordi dens høye strekkfasthet (vanligvis 35–55 MPa) motstår ekstruderkreftene som presser elastomere med lavere hardhet inn i spillet mellom stempel og sylinder ved trykk på 160–220 bar. Når oljetemperaturen konsekvent overstiger 80 °C – på grunn av varme fra bærende deler, omgivelsestemperatur under jorden eller manglende overholdelse av anbefalt skiftefrekvens for hydraulikkolje – øker kompresjonssattet for PU, og pakningen mister sin beregnede kontaktkraft mot borveggen før den nominelle levetiden er utløpt.

HNBR (hydrogenert nitrilbutadien-gummi) er alternativet for høyere temperaturer: kontinuerlig driftstemperatur på opptil 150 °C, utmerket motstandsevne mot varm mineralolje og ozon samt bedre varmealdringsmotstand enn PU. Kompromisset er en moderat lavere slitasjemotstand i applikasjoner med høy syklusfrekvens og glidning sammenlignet med PU med høy Shore-hardhet. I operasjoner der retur-oljetemperaturen ved drifteren regelmessig overstiger 80 °C – som kan måles med en infrarød termometer ved avløpsåpningen – bør HNBR-perkusjonssett spesifiseres. Operasjoner med normal oljetemperatur, men med høy forurensning av abrasive partikler i hydraulikkvæsken, bør fortsette å bruke PU.

Sone 2: Spyleboks-tetting

Spølleskaktenes tetninger skiller fysisk spøllevannskretsen fra hydraulikoljekretsen i frontdelen av borhodet. Spøllevann kommer inn gjennom spennhuset, strømmer ned gjennom gjennomhullet i skaftadapteren eller rundt den, avhengig av konstruksjonen, og forlater hullet samtidig som det fører med seg boreavfall. Spølleskaktenes tetninger holder tilbake vannet på borkjedens side og percussionsoljen på den andre siden.

Feil på spølleskaktenes tetninger er årsaken til den kostbarste kontaminasjonskjeden i hydraulisk boring. Når tetningen slites gjennom, trekker vannet tilbake gjennom veilembussonområdet inn i percussionsboresonen. Den emulgerede oljen som dannes har omtrent 30–40 % lavere viskositet enn ren hydraulikolje ved samme temperatur, og den fører med seg fine bergpartikler fra spøllevannet inn i spillet mellom delene i percussionskretsen. Begge effektene akselererer slitasjen i percussionsboresonen. Emulgeringen er synlig som melket eller skyet olje i utløpsprøven fra borhodet.

Statisk tetninger med PTFE-bakgrunn foretrekkes ved spylboksenes grensesnitt, fordi PTFE er kjemisk inaktiv både mot mineralhydraulikkvæske og spylvann, uavhengig av pH-verdi eller mineralinnhold. Lav friksjon hos PTFE er her mindre relevant enn dets kjemiske kompatibilitet over det som kan være en svært blandet væskesgrense i aggressive underjordiske miljøer.

Sone 3: Statisk grensesnitttetning (O-ring og pakninger)

Alle trykkbelastede ledd mellom drifters kroppseksjoner – frontdeksel til sylinder, sylinder til bakre deksel, akkumulatorportflater og monteringsflater for ventilkloss – er tetnet med O-ring i standardisert sporform. Dette er statiske tetninger: de to flatene beveger seg ikke i forhold til hverandre under drift.

NBR (nitrilbutadien-gummi) er standardmaterialet for statiske tetninger i hydraulikkoljekretser basert på mineralolje. Temperaturområde: −40 °C til +120 °C, noe som er tilstrekkelig for de fleste driftsforhold i slagkretser. Den vanligste feilmodusen for statiske NBR-ringtetninger i bergborer er ikke temperaturrelatert nedbrytning – det er kompresjonssett fra langvarig høytrykkspåvirkning kombinert med termisk syklisering over flere skift. En O-ring som har vært komprimert mot sporens vegg ved 200 bar i 500 timer har mindre gjenværende elastisk gjenoppretting enn en ny; når forbindelsen demonteres og monteres på nytt, kan den flattede O-ring ikke nødvendigvis tette på nytt uten utskifting.

Standardpraksis: erstatt alle O-ringer ved hver full utskifting av slagsettet. Kostnaden for O-ringene er ubetydelig i forhold til kostnaden for en etterfølgende lekkasje etter montering, og O-ringene er allerede inkludert i settet.

Referanse for tetningsområde: Struktur, materiale og inspeksjonstrigger

Vanlige feilmønstre og hva de avslører

Tidlig svikt av slagdempingspakning — under 200 slagtimer — indikerer nesten alltid en grunnårsak som ligger utenfor pakningens kvalitet. De tre vanligste årsakene er: skraper i borhullet forårsaket av tidligere metallpartikkelkontaminering som ikke ble fjernet før det nye settet ble montert; spillet mellom veilederskuffen og stangen overstiger 0,4 mm, noe som fører til skjev belastning på stangens skaft og dermed asymmetrisk slitasje på pakningens leppe; eller oljetemperatur som konsekvent overstiger 80 °C, noe som akselererer kompresjonssetting av polyuretan (PU). Å identifisere hvilken grunnårsak som gjelder krever inspeksjon av borhullets overflate (skraper), måling av skaftens svingning og logging av oljetemperaturen — ikke bare montering av et nytt sett.

Lekkasje i spyleboksforseglingen etter mindre enn 300 timer skyldes vanligvis aggressiv kjemi i spylevannet, ikke normal slitasje. Gruvedrevet vann med høyt mineralinnhold eller sur pH angriper nitrilbaserte spyleforseglinger raskere enn rent vann gjør. Sett med PTFE-tilslag tåler et bredere spekter av vannkjemi og er det riktige valget for underjordiske operasjoner der vannkvalitetsproblemer er kjent.

HOVOO-forseglingssett: Tilpassing av forseglingsmateriale til sonen

Et komplett driftertettkitt inneholder slagboretetninger, spylbokstetninger, veilederskiftetetninger, akkumulatortettringer og ventilklossgrensesnitttetninger. Å angi feil forbindelse for bare én sone fører til selektiv tidlig svikt som feilaktig kan diagnostiseres som dårlig kvalitet på hele kittet, i stedet for å være en feil i valg av materiale. HOVOO leverer modellspesifikke kit for alle de største driftermerkene – Epiroc COP, Sandvik HL/RD, Furukawa HD/HF og Montabert – med valg av forbindelser i standard PU, HNBR og PTFE-baserte spylvarianter. Veiledning for valg av forbindelse per sone er tilgjengelig for driftsforhold med høyere temperatur eller aggressiv vannkjemi. Referanser på hovooseal.com.