Bergboremaskin-kopptetning: hvordan spyletetning fungerer og hvordan du velger en erstatning

Hver hydraulisk bergborer som skyller hull med vann avhenger av en liten ring av elastomer for å holde vannet der det hører hjemme. Den kopptetting plasseres der en roterende, hammrende skaftadapter går gjennom borerens frontskall, og den har én oppgave: å holde skyllingsvannet i sitt eget kammer i stedet for å la det trenge inn i borerens smurt mekanisme, eller la boreavfall bevege seg tilbake den andre veien. Denne artikkelen forklarer hvor kopp-tettningen er plassert, hvordan den klarer å tette en komponent som både roterer og blir slått tusenvis av ganger per minutt, hvordan svikt ser ut og hva som bør sjekkes før en erstatning bestilles.

Hva er en kopp-tetting i en hydraulisk bergborer?

En kopp-tetting, også kalt en spyletetting, er tettingselementet som monteres inne i frontdelen eller «vannboksen» til en bergborhamrer – altså huset som omgir skankadapteren der spylevæske tilføres borkolonnen. De fleste bergboringsprosesser bruker vann, luft eller en blanding av vann og luft for å transportere borte bergpartikler bort fra boret og kjøle det ned. Denne spylevæsken må injiseres inn i den indre boringen til skankadapteren fra en stasjonær tilførselslinje, selv om adapteren både roterer og slår under drift. Kopp-tettingen er det som holder denne forbindelsen tetthetstett.

Avhengig av produsent og borhamrermodell kan dette komponenten også listes som spyletetting, frontdelstetting eller vannbokstetting. Alle disse betegnelsene refererer til samme funksjonelle rolle: å tette en trykkbelastet spylekammer mot en skankadapter som aldri stanser bevegelse mens borhamreren er i drift.

Hvor er kopp-tettingen plassert, og hva tetter den egentlig?

Stangadapteren har et radialt hull (eller to hull, på noen modeller) som forbinder dens ytre overflate med dens indre spylekanal. Dette hullet ligger inne i en ringformet kammer som er dannet av frontens vannboks, slik at spylevæske som tilføres boksen kan trenge inn i kanalen gjennom hullet uansett rotasjonsstilling adapteren befinner seg i øyeblikket. Tetting av dette kammeret krever vanligvis minst to sett med tetninger: ett sett som tetter vannboksen mot den stasjonære frontstruktur, og et annet som tetter den mot selve stangadapteren – denne tetningen utfører den tyngre jobben, siden den må opprettholde en tetning mot en overflate som både roterer og beveger seg aksialt.

I praksis betyr dette at en bergborers kopp-tetningsanordning sjelden består av én enkelt ring. Den består vanligvis av en liten stab av tetnings- og ledebarelementer – tetninger, slitasje-busser og noen ganger et eget støv- eller tørkeelement – integrert i en vannboks som kan åpnes for vedlikehold uten å fjerne hele frontdelen.

Bilde 1 :Front Tverrsnitt av frontvannboks

Hvordan fungerer koppforseglingen mens skaftadapteren roterer og slår?

Dette er den delen av jobben som gjør at en koppforsegling skiller seg fra en vanlig statisk forsegling. Mens boreren er i drift, roterer skaftadapteren kontinuerlig (for å posisjonere boret for neste slag) og beveger seg også litt aksialt mens den absorberer og overfører hvert slag fra stempelet. Koppforseglingen må opprettholde kontinuerlig kontakt med denne bevegelige flaten i begge retninger, samtidig som den tetter mot spylevæske som kan være trykkset under betydelig overtrykk i forhold til atmosfærisk trykk.

Denne kombinasjonen – rotasjon, aksial vibrasjon og trykk, samtidig – utgjør en hardere belastning enn de fleste dynamiske forseglinger står for. Det er også grunnen til at forseglingsflaten på skaftadapteren er like viktig som selve forseglingen: eventuelle skraper, korrosjon eller skraper på denne flaten gir forseglingens leppe en ujevn flate å gli på, og slitasje tenderer å akselerere fra dette punktet av.

Hvorfor fører ekstern spøling til økt belastning på kopp-tetningen?

Stilkadaptere spyles på én av to måter. Ved intern spøling føres en vannrør gjennom sentrum av borhodet og tettes mot adapteren med én enkelt O-ring ved spissen, en forholdsvis enkel, lavbelastet tetning. Ved ekstern (front-hode) spøling føres spølevæsken inn i vannboksen rundt utsiden av adapteren i stedet, noe som generelt anses som den bedre konstruksjonen fordi den kan levere større spølevolum med mindre risiko for lekkasje eller vannhammer-skade – men nettopp denne evnen betyr at tetningene utsettes for mer kontinuerlig trykk og strømning.

De fleste moderne hydrauliske bergborhoder bruker ekstern, front-hode spøling av denne grunnen. Kompromisset er at kopp-tetningen i denne front-hode-konstruksjonen utfører fulltid, trykkbelastet, dynamisk tetningsarbeid i stedet for den forholdsvis enkle oppgaven til en statisk spiss-tetning, noe som delvis forklarer hvorfor spøletetninger behandles som et vanlig slitasjedel i stedet for en «monter-og-glem»-komponent.

Strømmen som går inn i den kammeret oppfører seg som strøm gjennom en innsnevring, en sammenheng som er vel etablert i utskyllesirkulært design for dynamiske tetninger generelt:

Q = 0,0019159 · C · d² · (Δp / ρ)¹⁄² (1)

der Q er spylstrømmen, C er en strømningskoeffisient, d er den effektive diameteren til strømningsbanen, Δp er trykkfallet over den, og ρ er tettheten til spylevæsken. Den praktiske konklusjonen er at spylstrømmen styres av trykkforskjellen over vannboksen, ikke av trykket alene: offentlig veiledning om spyling av dynamiske tetninger i industrielle roterende anlegg anbefaler å holde spylesiden bare litt over trykket i den tettede kammeret, typisk 0,05–0,2 MPa høyere, og å holde væskehastigheten gjennom eventuelle innsnevringer lav nok for å unngå erosjon ved påvirkning, vanligvis under 3–5 m/s der væsken inneholder faste partikler. Vann til spyling av bergborere er sjelden helt rent, så både en for aggressiv trykkforskjell og en for smal strømningsbane kan akselerere slitasje akkurat der koppeltetningen prøver å beskytte.

Hva skjer når koppeltetningen i en bergborer svikter?

Når en kopp-tettning mister sin tettingskant eller begynner å lekke forbi en slitt kontaktoverflate, kan spylevæske vandre fra vannboksen inn i borhoggens rotasjons- og slagmekanisme, der den blandes med eller fortrenger smøremidlet. Vannforurensning i hydraulisk olje eller smøremidler akselererer korrosjon av interne komponenter, svekker oljens smøreegenskaper og kan føre til raskere slitasje langt utover selve frontdelen.

Feilen kan også gå den andre veien: en tettning som har mistet grep på skaftadapteren kan la borslurryen lekke utover rundt adapteren i stedet for ned gjennom borehullet, noe som vises som synlig lekkasje ved maskinens front og en reduksjon i spylestrømmen som faktisk når borkronen – noe som reduserer hvor effektivt bruddstykker fjernes fra hullet.

Bilde 2: Slitte kopp-tettning og skaftadapter

Hvordan kan du vite om kopp-tettningen i din bergbor er feilaktig?

En sviktende kopp-tettning viser seg vanligvis som en kombinasjon av følgende:

• Synlig vann eller spølefluid som lekker fra frontdelens hodeområde under drift.
• Melkeaktig eller forfarget utseende i bors hydrauliske eller smørende olje, som indikerer vannforurensning.
• Redusert spølestrøm eller -trykk til borkronen, selv om pumpen og spølerøret fungerer normalt.
• Raskere enn normal korrosjon eller pitting synlig på skaftadapteren der den går gjennom frontdelen.
• Økt slitasje eller skraper på vannboksens lagerstøtter ved neste demontering.

Tabellen nedenfor knytter disse symptomene til sannsynlige årsaker og en fornuftig første sjekk.

Fordi vannforurensning og mekanisk slitasje kan gi overlappende symptomer, gir åpning av frontkappen og inspeksjon av tetningen, dens sete og adapterens tetningsflate en mer pålitelig konklusjon enn å dømme utelukkende ut fra ett enkelt symptom.

Foto 3: Slitasje på skankadapterens tetningsflate

Hva forårsaker for tidlig slitasje på kopp-tetningen?

Flere faktorer forkorter uavhengig av hverandre levetiden til en kopp-tetning, og de forsterker ofte hverandre:

• Slipende partikler i spylevannet eller i de tilbakevendende bruddstykkene, som virker som et slipesubstrat mot tetningsleppen og adapterflaten.
• Korrosivt eller mineralisert (inkludert saltvann) spylevann, som er vanlig på mange gruver og kystområder, og som etter hvert fører til pitting og ruhet på adapterens tetningsflate.
• Å drive boreren tørr eller med utilstrekkelig spyledtrykk, noe som kan føre til at tetningen blir for varm mot adapteren i stedet for å gli på en tynn væskefilm.
• Radiell spil i skaftadapteren forårsaket av slitt støtteskum, som tvinger tetningen til å arbeide mot en overflate som svinger i stedet for å rotere jevnt.
• En uforenlig tetningsmateriale i forhold til vannets kjemi eller temperatur på stedet, beskrevet mer detaljert i en egen materialsammenligning.

Overflatekvaliteten til skaftadapteren selv krever spesiell oppmerksomhet her, siden generell slitasjeteknikk knytter materielforbruk direkte til overflatehårdhet gjennom en sammenheng av den generelle formen:

W = K / Hn (2)

der W er slitasjevolum, H er overflatehårdheten til den mer slitesterke komponenten, K er en konstant som er knyttet til materialekombinasjonen og kontaktforkjellene, og n er en slitasjeindeks som vanligvis ligger mellom 1 og 2. Forskning på varmebehandling av materiale til bergborestangens bakre ende bekrefter den praktiske siden av denne sammenhengen: herdetemperaturer som øker overflatehårdheten på en målbar måte forbedrer også slitasjemotstanden, mens for lav eller for høy temperatur etter herding etterlater restspenninger eller en grovere kornstruktur som svekker slitasjemotstanden. Relevansen for en koppaksel er direkte — korrosjonsgraving på adapterens tetningsflate utgjør funksjonelt et lokalt tap av denne herdede laget, så en korrodert adapter kan akselerere akseletslitasje selv om selve akselen er i god stand og riktig montert.

Hvordan påvirker slitasje på stangadapter og bussing levetiden til koppakselen?

Kopptetningen fungerer ikke isolert fra resten av frontdekselet. Stilkadapteren støttes vanligvis av slitasjebusser som holder den i rett posisjon inne i vannboksen; når disse busserne slites, får adapteren mer radial bevegelse under rotasjon og hamring. Den ekstra radiale bevegelsen overføres direkte til kopptetningen, som nå må bøyes og settes på nytt mot en overflate som følger en svakende bane i stedet for en ren, konsentrisk bane.

Dette er en vanlig grunn til at en «ny» kopptetning svikter raskt igjen etter utskifting: hvis busser og adapterens tetningsflate ikke inspiseres og – der det er nødvendig – utskiftes eller bearbeides samtidig, utsettes den nye tetningen umiddelbart for samme unormale belastning som slitasje på den gamle.

Hvordan velger du riktig erstatningskopptetning?

Når svikt er bekreftet og frontdekselet er åpent for inspeksjon, avgjør tre ting hvilken erstatningskopptetning som er riktig:

• Nøyaktig dimensjonell og profilmessig overensstemmelse med OEM-delen. Geometrien til tetningen i vannboksen, leppens utforming og sporens dimensjoner er spesifikke for hver bergboringsmaskinmodell og kan vanligvis ikke byttes ut mellom ulike merker.
• Et materiale som passer til plassens skyllingsvann og temperatur. Kopp-tetninger angis vanligvis i polyuretan eller FKM, avhengig av slitasje, vannkjemien og temperaturen – en forskjell som beskrives grundig i en tilhørende artikkel om kopp-tetningsmaterialer.
• Bekreftelse på at tetningsflaten på skaftadapteren og vannboks-bussingene er innenfor toleransen, siden en korrekt valgt tetning som monteres mot en slitt eller skåret adapter ikke oppnår sin forventede levetid.

Foto4 ：Sammenligning av materialer for erstatningskopp-tetninger

Hvor kan du kjøpe en pålitelig erstatningskopp-tetning?

Siden kopp-tetningenes dimensjoner og leppens profil er spesifikke for hver bergboringsmaskinmodell, avhenger innkjøp av å finne en leverandør som kan matche nøyaktig delnummer for din maskin, snarere enn en generisk beskrivelse som «kopp-tetning».

Nanjing Hovoo Machinery Technology Co., Ltd, en kinesisk produsent av tetninger som ble etablert i 2013, produserer PU-, gummi- og PTFE-tetningskomponenter for hydrauliske bergboremaskiner og hydrauliske bruddere, med tverrhenvisning til store merker som Atlas Copco/ Epiroc , Furukawa, Montabert, Sandvik og Tamrock, blant andre, og oppgir at de tilbyr gratis teknisk støtte for å bekrefte riktig delnummer, mål og materialekvalitet for en gitt bergboremaskinmodell før en bestilling er lagt inn.

Hvis du er usikker på hvilken kopp-tetting din maskin trenger, er det mest pålitelige måten å sikre en tetning som faktisk passer og varer lenge å gi leverandøren modellnummeret til bergboremaskinen, delnummeret til frontdekselet eller vannboksen samt en bemerkning om kvaliteten på spylevannet på stedet ditt (freskvann, saltvann eller slibende vann), slik at leverandøren kan sammenligne med OEM-spesifikasjoner.

Foto 5: Pakket kopp-tettingssett for bergboremaskin

1. Zhou B., Zhao Y., Zhang H., Liu F., Zhu W. «Analyse av effekten av spyling på ytelsen til mekaniske tetninger.» Mechanical & Electrical Engineering Technology, 2023, 52(05): 269–272.
2. Han Z. «Analyse av effekten av ulike varmebehandlingsparametere på hardheten og slitasjemotstanden til bergborestanghoder.» Zhejiang Pulanka Drilling Tools Co., Ltd., teknisk rapport, 2026.
3. Zhang H., Liu X., Wang J., Sun M. «Strukturell design- og bevegelsessimuleringsforskning på et nytt type sammensatt roterende slagborverktøy.» Journal of Mechanical Strength, 2017, 39(2): 392–396.