การสั่นสะเทือนของสว่านมากเกินไป: สาเหตุและวิธีแก้ไข

ปฏิกิริยาโดยธรรมชาติในการบำรุงรักษาเมื่อเครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์เริ่มสั่นสะเทือนมากกว่าที่ควรคือการลดแรงกระแทก บางครั้งวิธีนี้สามารถแก้ปัญหาได้ แต่บ่อยครั้งกว่าจะเป็นเพียงการซ่อนอาการไว้ โดยปล่อยให้สาเหตุที่แท้จริงยังคงดำเนินต่อไป เช่น ปลอกนำทางสึกหรอ แอคคิวมูเลเตอร์หมดประสิทธิภาพ หรือภาวะเรโซแนนซ์จากสายเคเบิล ซึ่งส่งผลให้โครงสร้างตัวเรือนเสื่อมสภาพลงอย่างต่อเนื่อง และระดับการสัมผัสกับการสั่นสะเทือนของผู้ปฏิบัติงานเพิ่มสูงขึ้น การแยกแยะความแตกต่างนี้มีความสำคัญ เนื่องจากการลดพลังงานกระแทกมีต้นทุนที่แท้จริง: พลังงานต่อการกระแทกหนึ่งครั้งลดลง หมายความว่าต้องใช้จำนวนครั้งมากขึ้นต่อหนึ่งเมตร และทำให้อัตราการเจาะช้าลง หากการสั่นสะเทือนเกิดจากแหล่งกำเนิดเชิงกลที่ไม่ได้รับการแก้ไข การลดแรงกระแทกจึงเป็นเพียงการซื้อเวลาไว้ได้ชั่วคราว โดยไม่ได้แก้ไขปัญหาอื่นใดเพิ่มเติม

การสั่นสะเทือนในระบบเครื่องเจาะหินไฮดรอลิกมีลักษณะเป็นแบบหลายความถี่และหลายแหล่งกำเนิดโดยธรรมชาติ วงจรการตี (percussion circuit) สร้างความถี่พื้นฐานของการตี; คลื่นแรงดันที่สะท้อนกลับจากชุดแท่งเจาะ (drill string) จะเดินทางกลับมาถึงตัวเครื่องเจาะ (drifter body) ที่ความถี่ซึ่งขึ้นอยู่กับความยาวของแท่งเจาะและความเร็วของคลื่นเสียงในวัสดุนั้น; มอเตอร์หมุนเพิ่มความถี่ฮาร์โมนิกของตัวเองเข้าไปด้วย; และระบบยึดติด—ได้แก่ แขนยก (boom arm), คานป้อน (feed beam), และตัวลดการสั่นสะเทือน (anti-vibration isolators)—จะทำหน้าที่ขยายหรือลดทอนแต่ละองค์ประกอบของการสั่นสะเทือนนี้ ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ของความถี่เหล่านั้นกับความถี่เรโซแนนซ์ของโครงสร้าง ผู้ปฏิบัติงานที่สังเกตเห็นว่า 'เครื่องเจาะสั่นมากกว่าปกติ' นั้นกำลังสังเกตผลรวมของการสั่นสะเทือนทั้งหมดนี้ ไม่ใช่แหล่งกำเนิดใดแหล่งหนึ่งที่ระบุได้ชัดเจน

การระบุแหล่งกำเนิดก่อนดำเนินการแก้ไข

ลำดับขั้นตอนการวินิจฉัยที่ใช้งานได้จริงเริ่มต้นจากการตรวจสอบอย่างรวดเร็วที่สุด ไม่ใช่การตรวจสอบที่ซับซ้อนที่สุด ให้ตรวจสอบแรงดันก่อนชาร์จ (pre-charge) ของแอคคิวมูเลเตอร์เป็นอันดับแรก — ปล่อยแรงดันในระบบออกให้หมดก่อน จากนั้นเชื่อมต่อมาตรวัดแรงดันเพื่อชาร์จ และอ่านค่าความดันของไนโตรเจน หากค่าความดันต่ำกว่าค่าที่กำหนดมากกว่า 10% ให้ทำการชาร์จใหม่แล้วทดสอบอีกครั้งก่อนดำเนินการตรวจสอบส่วนประกอบอื่นใดๆ แอคคิวมูเลเตอร์ที่มีแรงดันต่ำจะทำให้เกิดการผันแปรของแรงดันในวงจรการตี (percussion circuit) ซึ่งส่งผลให้ลูกสูบรับโหลดอย่างไม่สม่ำเสมอ และก่อให้เกิดรูปแบบการสั่นสะเทือนแบบฟันเลื่อย (saw-tooth vibration pattern) ที่สังเกตได้ชัดเจนบริเวณตัวเรือน ปัญหานี้ยังถือเป็นสาเหตุเดียวที่พบบ่อยที่สุดของการสั่นสะเทือน และสามารถแก้ไขได้ด้วยต้นทุนต่ำที่สุด

หากการชาร์จล่วงหน้าถูกต้อง ให้ตรวจสอบความสั่นสะเทือนของส่วนก้านของปลอกนำทางด้วยมือขณะที่ระบบอยู่ในสภาวะไม่มีแรงดัน ใช้แรงด้านข้างที่ส่วนหน้าของก้านและสังเกตการเคลื่อนไหว สถานะปกติของปลอกนำทางใหม่หรือปลอกนำทางที่ยังใช้งานได้ดีคือไม่มีการเคลื่อนไหวใดๆ ที่รับรู้ได้เลย การเคลื่อนไหวเกิน 0.3 มม. บ่งชี้ถึงการสึกหรอในระยะแรก ส่วนการเคลื่อนไหวเกิน 0.4–0.5 มม. หมายความว่าถึงขีดจำกัดที่ต้องเปลี่ยนปลอกนำทางแล้ว ปลอกนำทางที่สึกหรอจะก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนที่ความถี่ 100 เฮิร์ตซ์ ซึ่งเป็นสองเท่าของความถี่การตี (percussion frequency) อันเนื่องมาจากแรงด้านข้างที่กระทำต่อก้านในแต่ละจังหวะกลับ รวมทั้งการกระตุ้นแบบบิด (torsional excitation) ระดับที่สองที่มอเตอร์หมุน เกิดขึ้นเมื่อแรงจากก้านที่ไม่อยู่บนแกนกลางถ่ายโอนผ่านชุดหัวจับ (chuck assembly)

แหล่งกำเนิดการสั่นสะเทือนทั้งสี่แบบ และวิธีแยกแยะแต่ละแบบ

การสูญเสียการชาร์จล่วงหน้าของแอคคิวมูเลเตอร์ก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนที่เพิ่มขึ้นทั่วทั้งระบบอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งมีลักษณะไม่สม่ำเสมอค่อนข้างหนึ่ง และสามารถสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงของความดันแบบเป็นจังหวะได้บนมาตรวัด เสียงที่เกิดขึ้นมีลักษณะเปลี่ยนไป: เสียงกระทบ (percussion) จะมีจังหวะไม่สม่ำเสมอมากกว่าเดิม แทนที่จะเป็นจังหวะสม่ำเสมอ การทดสอบที่โดดเด่นคือ หากการสั่นสะเทือนรุนแรงขึ้นในช่วงเริ่มต้นของรอบการเจาะ และค่อยๆ คงที่หลังจากผ่านไป 3–5 วินาทีแรก แสดงว่าแอคคิวมูเลเตอร์ยังทำงานได้บางส่วน แต่แรงดันชาร์จล่วงหน้ายังต่ำ อาการของการปล่อยประจุหมด (full discharge) จะทำให้เกิดเสียงกระทบที่ไม่สม่ำเสมอตั้งแต่ครั้งแรกที่กระแทก

การสึกหรอของปลอกนำทางทำให้เกิดเสียงสั่นสะเทือนแบบละเอียดและเร็ว ('chatter') ที่ทับซ้อนอยู่บนจังหวะการตีพื้นฐาน — สามารถระบุได้จากความถี่ที่สูงกว่า และการกระจุกตัวของเสียงบริเวณฝั่งหน้าของตัวเรือนและบริเวณหัวจับ มากกว่าบริเวณตัวเรือนด้านหลัง ผู้ปฏิบัติงานที่ใช้งานเครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์รุ่นเดียวกันทุกวันมักอธิบายอาการนี้ว่า 'ส่วนหน้ารู้สึกหลวม' การวินิจฉัยยืนยันได้จากการทดสอบแรงกดข้างด้วยมือที่ส่วนก้าน (shank) ร่วมกับลักษณะเสียงการตี: ปลอกที่สึกหรอจะทำให้เกิดทั้งการเคลื่อนไหวข้าง (lateral play) ที่สัมผัสได้ และเสียงการตีที่แตกต่างออกไปเล็กน้อย คือ เสียงไม่ชัดเจนหรือคมชัดน้อยลง เนื่องจากการกระทบผิดตำแหน่งของลูกสูบ

การสั่นสะเทือนจากความถี่เรโซแนนซ์ของชุดแท่งเจาะเกิดขึ้นอย่างรุนแรงที่สุดที่ความลึกหลุมเฉพาะจุด—ปรากฏและทวีความรุนแรงขึ้นเมื่อมีการต่อแท่งเพิ่มเข้าไป แล้วอาจลดลงหรือเปลี่ยนลักษณะของการสั่นสะเทือนเมื่อต่อแท่งเพิ่มอีกครั้ง กลไกทางกายภาพคือ เมื่อความยาวของชุดแท่งเพิ่มขึ้น ความถี่เรโซแนนซ์พื้นฐานของระบบแท่งจะลดลงเข้าใกล้ความถี่การตีแบบเป็นจังหวะ (percussion frequency) ยิ่งความถี่ทั้งสองเข้าใกล้กันมากเท่าใด คลื่นความเครียดที่สะท้อนกลับมาจากแรงตีครั้งก่อนหน้าก็จะเดินทางกลับมาถึงส่วนเชื่อมต่อ (shank) พร้อมกับแรงตีครั้งปัจจุบันพอดี ส่งผลให้วัฏจักรความเครียดที่กระทำต่อโครงสร้าง (housing) เพิ่มขึ้นแทนที่จะถูกดูดซับไว้ วิธีแก้ไขคือ การปรับความถี่การตีแบบเป็นจังหวะผ่านปลั๊กควบคุม (regulating plug) เพื่อเลื่อนจุดการทำงานให้ห่างออกจากเงื่อนไขเรโซแนนซ์—ไม่ใช่การเปลี่ยนความดันการตีแบบเป็นจังหวะ

การยิงแบบเปล่าจะทำให้เกิดการสั่นสะเทือนเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลัน พร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของเสียงที่ชัดเจนเมื่อหัวเจาะสูญเสียการสัมผัสกับหิน — เสียงจะแหลมขึ้น ความถี่สูงขึ้น และดังขึ้นอย่างมาก นี่คือแหล่งที่มาของการสั่นสะเทือนที่ก่อให้เกิดความเสียหายทางกลมากที่สุด เนื่องจากตัวเรือนต้องรับพลังงานที่สะท้อนกลับทั้งหมด โดยไม่มีพื้นผิวหินดูดซับพลังงานส่วนใดเลย ระบบหยุดอัตโนมัติที่ตรวจจับการยิงแบบเปล่าภายใน 200–500 มิลลิวินาที ผ่านการวิเคราะห์รูปแบบแรงดัน เป็นมาตรการป้องกันหลักบนเครื่องเจาะแบบจัมโบ้ในปัจจุบัน การวัดภาคสนามที่สถานที่ทำเหมืองหินแกรนิตแห่งหนึ่งแสดงให้เห็นว่า มาตรการลดการสั่นสะเทือนแบบพาสซีฟที่ใช้ร่วมกัน (ด้ามจับแบบแยกสั่นสะเทือนบวกกับตัวดูดซับการสั่นสะเทือนแบบปรับค่าอัตโนมัติ) สามารถลดการสั่นสะเทือนที่ส่งผ่านมือและแขนจาก 34–41 เมตร/วินาที² ลงเหลือประมาณ 11.6 เมตร/วินาที² — แต่มาตรการเหล่านี้ทำงานร่วมกันกับการแก้ไขแหล่งกำเนิดเชิงกล ไม่ใช่เป็นทางเลือกแทนการจัดการกับแหล่งกำเนิดเชิงกลนั้น

คู่มือการวินิจฉัยและการแก้ไขปัญหาการสั่นสะเทือน

การลดการสั่นสะเทือนเชิงโครงสร้าง: ตัวกันสั่นสะเทือนและสภาพของยางรองรับ

ยางรองกันการสั่นสะเทือนที่ติดตั้งระหว่างเครื่องเจาะแบบกระทุ้น (drifter) กับคานจ่ายแรง (feed beam) เป็นตัวกันสั่นสะเทือนแบบยาง-โลหะ ซึ่งออกแบบมาเพื่อลดการสั่นสะเทือนความถี่สูง ขณะเดียวกันก็ส่งผ่านแรงจ่ายแกน (axial feed force) ที่จำเป็นสำหรับการกระทุ้น (percussion) อย่างมีประสิทธิภาพ สารประกอบยางจะแข็งตัวขึ้นตามอายุการใช้งาน วงจรความร้อน และการปนเปื้อนด้วยน้ำมัน — ยางรองที่ผ่านการตรวจสอบในปีแรกอาจมีความแข็งเพิ่มขึ้นถึง 40% ภายในสามปีต่อมา โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงภายนอกที่สังเกตเห็นได้ วิธีทดสอบ: บีบส่วนยางของแต่ละยางรองด้วยแรงนิ้วหัวแม่มือ ยางรองใหม่หรือยางที่ยังใช้งานได้ดีจะยุบตัวลงอย่างชัดเจน ในขณะที่ยางที่แข็งตัวแล้วจะรู้สึกแข็งแกร่งเกือบเท่ากับวัสดุแข็ง ยางรองที่แข็งเกินไปจะส่งผ่านการสั่นสะเทือนความถี่สูงโดยตรงไปยังโครงสร้างแขนยก (boom arm) แทนที่จะลดทอนมันลง ส่งผลให้เกิดความล้าของโครงสร้างบริเวณข้อต่อหมุนของแขนยก (boom pivot joints) และปลอกแบริ่ง (bushings)

การสึกหรอของบูชข้อต่อแขนยก (Boom joint bushing) ทำให้ปัญหาเกี่ยวกับสภาพของจุดยึดแย่ลง บูชที่สึกหรอจะทำให้แขนยกเกิดการสั่นสะเทือนเล็กน้อย (micro-oscillate) ที่ความถี่ของการตีกระทบ ส่งผลให้เกิดแรงโหลดแบบเป็นจังหวะต่อหมุดยึด ซึ่งในที่สุดจะนำไปสู่การสึกหรอของหมุดยึด การแตกร้าวเชิงโครงสร้างบริเวณรอยเชื่อม และการสัมผัสกับการสั่นสะเทือนของผู้ปฏิบัติงานผ่านจุดยึดห้องควบคุม ดังนั้น ควรตรวจสอบระยะห่างของบูชทุกครั้งที่ให้บริการเครื่องเจาะ (drifter service) — ไม่ใช่เพียงแค่ในการบำรุงรักษาประจำปีของเครื่องเจาะแบบจัมโบ้ (jumbo's annual service) เท่านั้น — เพื่อตรวจจับปัญหานี้ก่อนที่ค่าใช้จ่ายจากการล้มเหลวจะกลายเป็นค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมรอยเชื่อมแขนยกที่แตกร้าว แทนที่จะเป็นเพียงแค่ค่าเปลี่ยนบูช

สภาพของซีลส่งผลโดยตรงต่อการสั่นสะเทือน: ซีลแบบเคาะที่มีการรั่วไหล (bypass) จะทำให้ความต่างของแรงดันที่กระทำต่อลูกสูบลดลง ส่งผลให้เกิดรอบการเคลื่อนที่ของลูกสูบที่สั้นและไม่สมบูรณ์ แม้จะตั้งค่าแรงดันบนมาตรวัดไว้เท่าเดิม จังหวะการเคลื่อนที่ที่ไม่สมบูรณ์นี้จะก่อให้เกิดความถี่ของการสั่นสะเทือนที่ต่างออกไป ซึ่งเป็นความถี่ย่อย (sub-harmonic) ของความถี่การเคาะปกติ ผู้ปฏิบัติงานที่มีประสบการณ์มักอธิบายปรากฏการณ์นี้ว่า 'เครื่องเจาะข้ามจังหวะ' (missing beats) วิธีแก้ไขที่เหมาะสมคือการเปลี่ยนชุดซีลแบบเคาะ ไม่ใช่การปรับพารามิเตอร์ HOVOO จัดจำหน่ายชุดซีลสำหรับแพลตฟอร์มดริฟเตอร์หลักทั้งหมดในวัสดุ PU และ HNBR รายละเอียดสินค้าทั้งหมดอยู่ที่ hovooseal.com