Mocny łożysko igiełkowe do urządzenia Atlas Copco RD18U w Brazylii

Zespół górniczy Carajás firmy Vale w północnym stanie Pará napotkał problem z łożyskiem wiertarskim, który nie jest widoczny na powierzchni i nie ujawnia się, dopóki awarie łożysk nie zaczną się gromadzić przy określonej głębokości wiercenia. Złoże Carajás to zbudowana z pasów formacja żelazna (BIF), w której górne 80% zasobów stanowi miękka, kruszcząca się limonit oraz wzbogacony hematyt – łatwo poddające się wierceniu, wymagające niskiego momentu obrotowego i obciążające łożyska w granicach projektowych. Poniżej głębokości 150–200 m limonit przechodzi w twardy hematyt krzemionkowy, w którym zawartość SiO₂ rośnie z mniej niż 1% do 8–12%, a wytrzymałość na ściskanie (UCS) wzrasta od 40 MPa do ok. 160 MPa; przy tym silnie ścierny krzemionkowy materiał ściera każdą powierzchnię łożyska stykającą się z rurą wiertniczą. Wiertniki RD18U mogą pracować bezawaryjnie przez 1200 godzin w górnej, miękkiej strefie, ale w twardszej, bogatszej w krzemionkę strefie przejściowej zużywają łożysko igiełkowe już po 600 godzinach pracy – to samo wyposażenie, inna głębokość, inny czas życia łożyska.

Łożysko igiełkowe w silniku obrotowym Atlas Copco RD18U przenosi obciążenia promieniowe pochodzące od zazębienia kół zębatych, podczas gdy wał przekazuje moment obrotowy do napędu. W strefie miękkiej Carajás obciążenia promieniowe są niskie, a łożysko pracuje w chłodnych warunkach. W strefie hematytu krzemionkowego zapotrzebowanie na moment obrotowy przy obrocie wzrasta o 40–60%, ponieważ ścierająca się formacja stawia opór wobec wiertła; obciążenie promieniowe działające na łożysko rośnie proporcjonalnie, a drobne cząstki krzemionki przedostające się do obwodu smarowania trzpienia przez zużyte uszczelki płukania migrują do klatki łożyska drogą odpływową obudowy obrotowej.

W jaki sposób przejście na większą głębokość wpływa na obciążenie łożyska

Ścieżka zanieczyszczenia skracająca żywotność łożysk

Drobne cząstki krzemionki pochodzące ze strefy hematytu krzemionkowego nie docierają do łożyska igiełkowego wyłącznie przez olej hydrauliczny – ta ścieżka zanieczyszczenia jest filtrowana. Docierają one poprzez obwód odpływu korpusu obrotowego: rura odpływowa usuwająca zużyty olej smarujący wałek z korpusu przenosi również drobne cząstki ścierne, które osadziły się na powierzchni adaptera wałka i zostały ponownie wprowadzone do korpusu przez warstwę oleju smarującego. W miękkiej strefie górnej powierzchnia wałka zbiera minimalną ilość materiału ściernego, a odpływ przewodzi czysty olej. W strefie krzemionkowej wałek porusza się wzdłuż utworzenia generującego drobne, bogate w kwarc odłamki, z których niektóre przedostają się przez uszczelkę wycieraczkową do wnętrza korpusu wałka przy każdym uderzeniu zwrotnym.

Praktycznym wskaźnikiem jest kolor oleju odpływowego: czysty, bursztynowy w strefie miękkiej, stopniowo ciemniejszy z zawieszonymi drobnymi cząstkami w strefie krzemionkowej. Brazylijscy nadzorujący wiercenia, którzy wykrywają tę zmianę barwy po 200 godzinach pracy w programie wiercenia w formacjach krzemionkowych i odpowiednio skracają interwały inspekcji łożysk, przedłużają żywotność łożysk o 30–40% w porównaniu do tych, którzy pozostawiają standardowy interwał 500-godzinny bez zmian. Sprawdzenie koloru trwa 30 sekund.

Protokół inspekcji łożysk dla brazylijskich programów zależnych od głębokości

W Carajás Serra Norte i w miejscu S11D, gdzie poszczególne programy wiercenia często rozpoczynają się w strefie miękkiej i przechodzą w kierunku przejściowej warstwy krzemionkowej, zalecanym podejściem jest harmonogram inspekcji łożysk dostosowany do warstw geologicznych, a nie stały interwał czasowy wyrażony w godzinach. Gdy dziennik wiertniczy wskazuje na wejście wiertła w hematyt krzemionkowy – co można zidentyfikować na podstawie spadku szybkości przebijania i jednoczesnego wzrostu ciśnienia obrotowego przy niezmienionych ustawieniach uderzeń – interwał inspekcji łożysk powinien zostać skrócony o połowę, z 500 do 250 godzin. To pojedyncze dostosowanie, stosowane systematycznie, dopasowuje terminy konserwacji do rzeczywistego obciążenia łożysk, a nie do założeń opartych na kalendarzu, które zostały określone dla strefy miękkiej.

Wymiana łożysk igiełkowych po 250 godzinach pracy w strefie krzemionkowej kosztuje tyle samo, co po 500 godzinach; różnica polega na tym, że łożysko wymienione po 250 godzinach zachowuje sprawne geometryczne kształty klatki. Łożysko pozostawione do pracy przez 500 godzin w strefie krzemionkowej często generuje zanieczyszczenie fragmentami klatki, które w tym samym cyklu konserwacyjnym dociera do zębów wału napędowego oraz otworu tłoczka prowadzącego — przekształcając zaplanowaną wymianę łożyska w niezaplanowaną wymianę wielu komponentów. HOVOO dostarcza wytrzymałych łożysk igiełkowych typu RD18U zaprojektowanych zgodnie ze specyfikacjami producenta oryginalnego wyposażenia (OEM) dla rynku brazylijskiego, dostępnych z krótkimi czasami realizacji z dystrybucji w São Paulo. Pełne oznaczenia na stronie hovooseal.com.