Hur förlänger man livslängden för borrningsackumulatorn? Användnings- och underhållstips

De flesta underhållsprogram för hydrauliska bergborrare har ett specifikt intervall för byte av hydraulolja, ett specifikt intervall för utbyte av tätningssats och nästan ingenting dokumenterat angivet för underhåll av ackumulatorn. Ackumulatorn kontrolleras först när något går sönder – särskilt när slagenergin minskar och den karakteristiska hesa ljudet indikerar att membranet eller förspänningen har misslyckats. Då har ackumulatorn varit i försämrat tillfälle i veckor eller månader, och andra slagkomponenter har absorberat konsekvenserna.

En hydraulisk ackumulator i en slagkrets är en tryckbehållare som utsätts för extrema förhållanden: 30–65 tryckcykler per sekund under borrning, med topptryck på 160–220 bar på den hydrauliska sidan. Den konstruktionsmässiga livslängden för en standardhydraulisk ackumulator är vanligtvis 12 år eller ett begränsat antal tryckcykler, beroende på vilket som inträffar först. För en driftare som används 2 000 slagtimmar per år genomgår ackumulatorn cirka 360 miljoner tryckcykler årligen. Det är inte en underhållsartikel som kan skjutas upp obegränsat.

Förstå vad ackumulatorn faktiskt gör i slagkretsen

En hydraulisk bergborrmaskin har två ackumulatorer med olika funktioner. Den högtrycksackumulatorn lagrar kvävgas förspänd till 50–80 bar (beroende på driftermodell) och sitter på slagtryckssidan i kretsen. När kolven börjar sin returstroke kan pumpen ensam inte leverera den momentana flödesmängd som krävs för drift vid hög frekvens – ackumulatorn släpper ut den lagrade energin för att komplettera pumpens flöde i detta kritiska ögonblick, vilket eliminerar den så kallade "stötfåran" som annars skulle orsaka att kolven vänder om för tidigt.

Den lågtrycksackumulatorn (vanligtvis förladdad till 4–5 bar) sitter på retur-/buffertsidan och fungerar tillsammans med dämpningssystemet för att absorbera energi från returvågen i stångsträngen. Båda ackumulatorerna har membran – flexibla membran som fysiskt separerar kvävgasen från hydrauloljan. Membranet är den komponent som går sönder. Gas tränger långsamt igenom nitrilgummimembranet över tid; snabb laddning eller en övertryckshändelse kan få det att spricka omedelbart.

De tre mekanismerna som förkortar ackumulatorns livslängd

Kvävgasgenomträngning genom membranet är oundviklig men kontrollerbar. Nitrilgummi (NBR)-membran, den vanligaste typen, förlorar kvävgas genom membranväggen med en hastighet som ökar med temperaturen och tryckskillnaden. Vid driftstemperaturer över 70 °C ökar genomsickringen. Att kontrollera förspänntrycket vart 200–300 slagtimme upptäcker den gradvisa tryckförlusten innan den når en nivå som påverkar slagprestandan. En plötslig minskning – snarare än en gradvis – indikerar läckage i ventilaxeln eller membranbristning snarare än genomsickring.

Snabbuppladdning är den största enskilda orsaken till tidig membranfel vid fältservice. När kvävgas tillförs för snabbt till en ackumulator som är fullständigt urladdad, kyler den expanderande gasen membranet så mycket att gumman blir spröd. Vid en blåsackackumulator kan snabbuppladdning även tvinga ner blåsacken i poppetventilen vid oljeanslutningen, vilket kan skära eller klämma den permanent. Laddningsproceduren som dokumenterats av stora ackumulatortillverkare kräver att kvävgas tillförs långsamt – genom att öppna cylinderventilen lite och fylla på under flera minuter istället för sekunder. De flesta anläggningar hoppar över detta steg eftersom det tar längre tid.

Drift under minimiförspännning är den tredje mekanismen. När en driftare kör med förspänntryck i ackumulatorn under specifikationen – eftersom förspännningen aldrig har kontrollerats och kvävgas har läckt ut – 'slår' membranet ihop mot oljeportens yta vid varje tryckcykel. Den upprepade kontakten mellan membranet och porten orsakar lokal slitage och till slut punktering. Bergborren fungerar fortfarande, men slagenergin blir alltmer oregelbunden eftersom ackumulatorns dämpfunktion är nedsatt.

Förspännspecifikationer och kontrollintervall

Förspännningsspecifikationen mäts alltid med fullt avlastat hydraultryck i slagkretsen – inte medan driftaren är i drift. Att mäta förspännningen i ackumulatorn mot ett pågående slagtryck ger en felaktig avläsning eftersom kvävesidan komprimeras av det nuvarande hydraultrycket. Avlasta alltid systemet fullständigt innan du ansluter fyllnings-/mätverktyget till ackumulatorventilens axel.

Temperatur och dess inverkan på angiven förspännning

Kvävetrycket varierar med temperaturen enligt den grundläggande gaslagen: en temperaturhöjning med 10 °C ökar kvävetrycket med ca 3,5 % i en ackumulator med fast volym. En driftare som visar korrekt förspännningstryck vid kallkontroll vid 20 °C omgivningstemperatur kommer att visa ett högre värde på fyllningsmätaren när driftaren har varit i drift i flera timmar och ackumulatorhöljet har uppvärmts till 60 °C. Detta högre värde betyder inte att förspännningen är för hög – det betyder att gasen är varmare.

Den praktiska konsekvensen: Registrera alltid temperaturen vid vilken förtrycket kontrollerades tillsammans med tryckavläsningen. Ställ in ett förtrycksmål som är lämpligt för kalla förhållanden, med vetskap om att det varma drifttrycket kommer att vara högre. Övertryckning baserat på en korrigering av ett kallt avläsningsfel är en vanlig orsak till membranskada i fältet – för högt förtryck pressar membranet mot stötklappen vid varje urladdningscykel, exakt samma mekanism som vid drift utan förtryck, men i omvänd riktning.

Förvaring och långvarig frånkoppling

För lagringsperioder som överstiger två veckor är det standardpraxis att avlasta hydraultrycket och lämna kvävgasförbelastningen oförändrad. Membranet bör befinna sig i sin position 'gas full' – varken nedsänkt mot oljeporten eller sträckt av hydraultryck. Långvarig lagring med membranet tryckt mot oljeporten (hydraulkretsen under tryck men kvävgasen uttömd) deformar membranets geometri permanent och förkortar dess återstående livslängd.

Innan lagring ska ackumulatorns skal tömmas på uppsamlad olja om borraren kommer att lagras i mer än en månad – olja som står i kontakt med membranet vid rumstemperatur orsakar någon härdning av den nitrilbaserade ytan under långvarig lagring. Efter återstart efter lagring ska förbelastningstrycket verifieras innan slagverkan påbörjas, och borraren ska köras vid reducerat slagtryck under de första 15–20 minuterna för att tillåta att membranet gradvis återgår till drifttemperaturen.