Tesnenie proti korózii pre vŕtače na horninu: trvanlivé za prísnych podmienok

Zlyhanie tesnenia v kameňovom vŕtači prevádzkovanom v agresívnom prostredí zvyčajne nezačína viditeľnou koróziou na povrchu elastoméru. Začína sa opuchnutím. Zmes tesniaceho materiálu absorbuje kvapalinu alebo paru z prostredia – kyslú banebnú vodu, emulzovanú reznú kvapalinu, hydraulický olej kontaminovaný vniknutím vody – a elastomér sa rozšíri nad povolené medzery v drážke pre tesnenie. Geometria tesniacej hrany sa deformuje. Kontaktný tlak proti stene otvoru sa posunie zo špecifikovaného tesniaceho sily na nepredvídateľné bodové zaťaženie. Po niekoľkých stovkách prevádzkových hodín začne tesnenie, ktoré vyzerá pri vizuálnej kontrole bezchybne, prepúšťať kvapalinu.

Návrh protikorózneho tesnenia rieši tento počiatočný mechanizmus nafukovania, nie následný režim poruchy. Výber elastomérového zmesového materiálu s nízkou absorpciou kvapaliny v konkrétnom prostredí – či už ide o slanú podzemnú vodu v baníckom areáli v pobrežnej oblasti, kyselinu sírovú v odtokovej vode z mediarskej prevádzky alebo vodu na umývanie s vysokým pH v cimentárskej tunelovej výstavbe – rozhoduje o tom, či bude tesnenie vydržať 200 hodín alebo 600 hodín medzi výmenami. Geometria a inštalácia sú druhoradé vo vzťahu k výberu zmesového materiálu.

Chemické základy odolnosti elastomérov voči korózii

Akrylonitril-butadiénový kaučuk (NBR) je najpoužívanejším elastomérom v hydraulických tesniacich kruhoch vzhľadom na jeho dobrú odolnosť voči minerálnym olejom a väčšine hydraulických kvapalín. Jeho slabosť spočíva v tom, že nenasýtené uhlík-uhlík dvojné väzby v butadiénovej základni sú zraniteľné voči útoku ozónu, zvýšenej teplote a určitým chemickým zlúčeninám. V baníckom prostredí s prevádzkovou teplotou pod 60 °C a čistým hydraulickým olejom sa NBR správa uspokojivo. Ak sa však do prostredia dostane kyslá voda, zvýši sa okolitá teplota alebo sa použije syntetická hydraulická kvapalina obsahujúca prísady na báze esterov, životnosť NBR sa výrazne skráti.

HNBR – hydrogenovaný akrylnitrilbutadiénový kaučuk – počas syntézy pridáva vodíkové atómy cez tieto nenasýtené väzby v reťazci, čím nahradí reaktívne dvojné väzby stabilnými jednoduchými väzbami. Nitrilové skupiny, ktoré zabezpečujú odolnosť voči olejom, sa zachovávajú; zraniteľnosť voči ozónu a teplu je výrazne znížená. HNBR udržiava užitočné elastické vlastnosti až do teploty 150 °C pri trvalom zaťažení a odoláva útoku vŕtacích kvapalín, emulgovanej olejovej zmesi a slanej vody, ktoré by štandardný NBR počas niekoľkých týždňov degradovali. Po prvom komerčnom uvádzaní na trh v roku 1984 sa stal štandardnou voľbou pre dynamické tesnenia v hydraulických systémoch v extrémnych prostrediach.

PTFE zaujíma úplne iný prístup. Jeho uhlík-fluórová kostra – s najpevnejšou väzbou v organickej chémii – je neaktívna voči takmer každej chemikálii, s ktorou sa stretáva v ťažobnom a stavebnom priemysle. Nezväčšuje sa v kyselinách, zásadách, rozpúšťadlách ani v slanej vode. Obmedzením je mechanická vlastnosť: PTFE je tuhý polymér s nízkou pružnosťou a na udržanie tesniaceho kontaktu počas opotrebovania vyžaduje pružinový poháňač alebo podporujúci prvok. Pre statické tesniace obvody, O-krúžkové sedlá v rozvádzačoch ventilov a statické rozhrania v preplachovacích boxoch prekračujú komponenty z PTFE životnosť elastomerových alternatív v chemicky agresívnych prostrediach o veľký rozdiel.

Kategórie extrémnych podmienok a zodpovedajúce materiály pre tesnenia

Voľba materiálu tesniaceho kruhového krúžku (O-krúžku) pre statické obvody – O-krúžky v bloku ventilov, tesnenia prípojok akumulátorov, tesnenia vstupov na prípadné oplachovanie vodou – často určuje celkový interval údržby viac ako dynamické tesnenie pri rázovej činnosti. Statické tesnenia vystavené agresívnej oplachovej vode počas prestávok medzi vŕtaním sú neaktívne a sú ponorené v chemickom prostredí, ktoré oplachový okruh prenáša. O-krúžok z NBR v tunelovej vode s vysokým pH môže zlyhať v dôsledku kompresného deformovania už po 100 hodinách prvého zmáčania, aj keď vrták v tomto období pracoval len 20 hodín v režime rázovej činnosti.

Rané rozpoznávanie porúch spôsobených agresívnym prostredím, kým sa nezhoršia

Tri vzory naznačujú environmentálny útok na tesnenia, nie normálne cyklické opotrebovanie. Prvým je asymetrické poškodenie tesniacej plochy: normálne opotrebovanie spôsobuje rovnomerné erózne opotrebovanie kontaktnej plochy po celom obvode tesniaceho okraja. Chemické zväčšenie deformuje geometriu okraja asymetricky, čím vzniká opotrebovací vzor, ktorý sleduje smer maximálneho zväčšenia. Druhým je nezvyčajná zmena farby vráteného hydraulického oleja: zelenkastý alebo mliečny nádych v návratnom hydraulickom okruhu indikuje emulziu vody, často spôsobenú poškodeným tesnením vyplachovacej skrinky, ktoré umožňuje vniknutie vody do úderového okruhu. Tretím je tvorba gélu: niektoré postupnosti chemického útoku spôsobujú čiastočné rozpustenie fragmentov elastoméru v hydraulickom kvapalnom prostredí, čím vzniká kontaminácia podobná gélu, ktorá upcháva filtračné prvky rýchlejšie ako bežne a môže poškriabať presné medzery v bloku ventilov.

Ak sa objaví ktorýkoľvek z týchto príznakov, je potrebné pred nasledujúcim plánovaným servisným intervalom vykonať komplexnú kontrolu kompletného tesniaceho súpravy – nie až počas tohto intervalu. Prevádzka chemicky degradovanej tesniacej manžety až do plánovaného výmeny umožňuje rozšírenie poruchy na povrch vnútorného otvoru (bore), čím sa rozsah opravy zmení z výmeny tesniacej súpravy na opätovné broušenie otvoru alebo výmenu skrinky.

HOVOO protikorózne tesniace súpravy pre ťažobné a tunelové aplikácie

HOVOO dodáva komplety tesniacich prstencov pre kladivové vŕtačky s možnosťou použitia zmesí HNBR a PTFE pre hlavné modely drifterov používané v agresívnych prostrediach. Štandardný PU komplet je vhodný pre väčšinu operácií v miernom klíme s čistou vodou na vypláchnutie. Komplety z HNBR sa odporúčajú pre operácie, pri ktorých teplota povrchu vrtáka prekračuje 40 °C v trvalom režime, ak sa na vypláchnutie používa kyslá podzemná voda alebo ak teplota hydraulického oleja v návratnom okruhu presahuje 80 °C. Komplety s podložkami z PTFE pre statické obvody sú dostupné samostatne pre inštalácie v tuneloch s alkalickým prostredím alebo v pobrežných oblastiach s infiltráciou slanej vody.

Určenie nesprávneho materiálu v známom agresívnom prostredí a následná výmena tesniaceho kompletu s dvojnásobnou frekvenciou je drahšia ako jednorazové objednanie správneho materiálu. Modelovo špecifické odkazy HOVOO, vrátane označenia materiálu pre každú aplikáciu driftera, sú uvedené na webovej stránke hovooseal.com.