Vilka är tecknen på fel i en kolvventil för borrning? Snabb diagnostik

Kontrollventiler – enkelriktningventiler som tillåter flöde i en enda riktning och förhindrar återflöde – sitter på flera positioner i kretsen för en hydraulisk bergborrmaskin. De skyddar ackumulatorgas-kretsen mot föroreningar från oljeåterflöde, förhindrar att olja i returledningen pressuriserar spolningskretsen, bibehåller kretstrycket under korta avbrott i slagverkan och styr oljeflödet mellan dämpkamrarna. Eftersom de fungerar tyst när de fungerar korrekt undersöks de sällan förrän ett fel redan har gett upphov till en synlig symtom någon annanstans.

Svårigheten med att diagnostisera fel på kontrollventiler i en bergborrmaskin är att symtomen liknar andra komponentfel mycket nära. Ojämn slagtryck pekar mot ackumulatorn. Återströmning till spolningskretsen ser ut som ett fel på spolningsringen. Oregelbunden slagtid kan förväxlas med ett problem med styrventilen. Den här artikeln kartlägger de specifika symtomen till de platser där kontrollventilerna sitter och orsakar dem, och förklarar hur man skiljer ett fel på kontrollventilen från andra komponenter som delar samma symtomområde.

Placering av kontrollventiler i en bergborrmaskin och vad varje kontrollventil skyddar

Kontrollventilen för ackumulatorisolering sitter mellan högtrycksoleffekten och ackumulatorns oljeanslutning. Dess uppgift är att säkerställa att den hydrauliska oljan som lagras i ackumulatorn inte återflödar till försörjningsledningen när trycket i slagkretsen sjunker – exempelvis vid ventilomställning, vid avstängning eller vid kortvariga tryckavbrott. Om denna ventil går sönder i öppen ställning (eller inte stängs fullständigt) förlorar ackumulatorn sin lagrade volym mellan slagcyklerna, och dess jämnande funktion för slagkretsen försvinner. Symtomet är trycksvängningar i slagkretsen med en karakteristisk sågtandformad våg istället for ett stabilt värde.

Kontrollventilen i spolningskretsen förhindrar att olja från slagkretsen kommer in i spolvattensledningen vid lågflödesförhållanden. När spolvattenspumpens uttryckspress är lägre än slagreturtrycket – vilket sker tillfälligt under slagcykling – blockerar kontrollventilen återströmning som annars skulle förorena spolningskretsen med hydraulolja. En defekt kontrollventil här ger upphov till en grumlig eller oljig färg i spolvattens retur och identifieras ofta felaktigt som ett fel på spolboxens tätning, eftersom båda felen ger samma synliga symtom.

Vissa driftersystem har en kontrollventil i dämpningskretsen mellan den primära och sekundära dämpningskammaren. Denna ventil styr hur snabbt dämpningskolven återvänder efter att ha absorberat en återvåg. Om ventilen går sönder i öppen ställning förlorar dämpningskretsen sin reglerade tidsstyrning och absorptionen av återenergin blir oregelbunden – slagljudet förändras och vibrationerna i höljet ökar.

Felfenomen efter kontrollventilens placering

Vibrerande ljud: Det ljudfel som felaktigt tolkas

Klappande kontrollventil – ett skramlande eller knackande ljud från ventilområdet vid slagfrekvensen eller en subharmonisk frekvens – orsakas av att ventilskenan oscillerar snabbt mellan öppen och delvis stängd position. I en slagkrets som kör vid 40–60 Hz med högfrekventa trycksvängningar kommer en kontrollventil som är marginellt för liten för flödeshastigheten, eller som har en fjäder som förlorat sin förspännning, att öppna och stänga flera gånger per slagcykel i stället för att förbli rent öppen under flödesfasen.

Den energi som går förlorad vid det här klirrandet är verklig: varje delvis stängning skapar en liten trycktopp som bidrar till det hydrauliska brusgolvet i slagkretsen. I en krets som redan kör vid 200+ bar försvagar dessa toppar precisionen i kolvens tidsstyrning. Diagnosen är karakteristisk – klirrande är hörbart som ett sekundärt, högre frekvensljud som är åtskilt från det huvudsakliga slagljudet, och det är lokaliseras till kontrollventilområdet snarare än att ha sitt ursprung i slagcylindern.

Klirrande orsakas ibland av föroreningar snarare än av slitage på ventilen. En partikel som sitter fast i kontrollventilens skiva förhindrar fullständig stängning, och den delvisa tätningen klirrar under tryckcykling. Att rengöra ventilsätet löser klirrande som orsakas av föroreningar; om det återkommer inom några hundratal drifttimmar har fjäderns förspänning gått förlorad och utbyte krävs.

Återflöde utan synlig läcka: Det interna felet

En backventil som släpper igenom återströmning genom en sliten säte läcker inte nödvändigtvis utåt—återströmningen förblir inom kretsen. Konsekvensen beror på vilken backventil som felar. Återströmning genom ackumulatorns isoleringsbackventil gör att hydraultrycket avtar snabbare mellan slagcyklerna än det borde—slaget blir mindre konsekvent, särskilt märkbart som ökad cykeltid eller under korta pauser vid ompositionering när slagkretsen inte aktivt förses med tryck.

Diagnostisk test för intern återströmning i en backventil är enkelt: stäng av hydraulikdriften, isolera kretsen uppströms för backventilen och observera om trycket nedströms håller i 2–3 minuter med hjälp av en manometer ansluten till nedströmsanslutningen. En krets som sjunker från 180 bar till 140 bar på 2 minuter har antingen ett problem med återströmning i backventilen eller en intern cylinderläcka – skilj dem åt genom att övervaka om tryckfallet är konstant (backventil: konstant återströmningshastighet) eller avtar (intern läcka: differentiellt tryck driver flödet, så hastigheten minskar när trycken utjämnas).

Föroreningar som den främsta orsaken till backventilens fel

De flesta fel på backventiler i hydrauliska bergborrmaskiner orsakas av partikelkontaminering i hydrauloljan. En partikel på 50 mikrometer kan fastna i sätesytan på en backventil med tillräcklig kraft för att hålla ventilen öppen mot dess stängningsfjäder. Ventilen tillåter då kontinuerlig återströmning tills partikeln antingen lossnar (vilket ger ett intermittenterande fel) eller skaver på sätesytan (vilket skapar en permanent återströmningsväg även efter rengöring).

Förebyggandet är detsamma som för alla andra precisionshydrauliska komponenter i slagkretsen: ISO-renhetskod 16/14/11 eller bättre. Men backventiler är särskilt känslomässiga eftersom de är placerade vid övergångar i kretsen där oljehastigheten förändras – just dessa övergångar är där partikelackumuleringen är högst. Ett filter med en nominell filtreringsgrad på 10 mikrometer, placerat stromupåt i förhållande till slagkretsen, skyddar alla komponenter nedströms, inklusive backventilerna. Att använda ett filter som har överskridit sitt utbytesintervall är det mest effektiva sättet att förkorta backventilens livslängd.

När en backventil byts ut efter skador orsakade av föroreningar bör den anslutande kretsen spolas innan den nya ventilen installeras. Partiklar som var för stora för att passera den trasiga ventilen ligger nu kvar i ledningen uppströms och kommer att nå den nya ventilen vid den första tryckcykeln. HOVOO levererar tätningsset för alla större driftmodeller – att underhålla tätningsringar och O-ringar till backventiler med samma intervall minskar det totala antalet ingrepp i kretsen samt risken för föroreningar per servicehändelse. Fullständiga modellbeteckningar finns på hovooseal.com.