ชุดซีลสำหรับเครื่องเจาะหิน: ทนแรงดันสูง ป้องกันการรั่วซึมได้อย่างสมบูรณ์ และใช้งานได้กับทุกรุ่น

เครื่องเจาะหินไม่แจ้งเตือนเมื่อซีลเริ่มเสื่อมสภาพ พลังงานการตีด้วยแรงกระแทกจะลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป การใช้น้ำมันหล่อลื่นเพิ่มขึ้นเล็กน้อย และเครื่องเจาะยังสามารถทำงานได้ต่อไป—แต่ช้าลงเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ต่อกะ เมื่อผู้ปฏิบัติงานสังเกตเห็นว่าประสิทธิภาพลดลงแล้ว ความเสียหายของซีลมักจะลุกลามเข้าไปยังห้องแรงกระแทกเองแล้ว ส่งผลให้สิ่งที่เริ่มต้นจากการเปลี่ยนซีลเพียงชุดเดียวกลายเป็นการซ่อมบำรุงดริฟเตอร์แบบครบวงจร

รูปแบบดังกล่าวเกิดขึ้นในสถานที่ทำงานทั่วโลก และเกิดขึ้นด้วยเหตุผลเพียงหนึ่งประการเท่านั้น คือ ชุดซีลถูกมองว่าเป็นวัสดุสิ้นเปลืองชนิดหนึ่งที่ไม่สำคัญ มากกว่าที่จะถูกพิจารณาว่าเป็นชิ้นส่วนสำหรับการบำรุงรักษาที่ต้องแม่นยำสูง บทความนี้จะกล่าวถึงส่วนประกอบทั้งหมดที่มีอยู่ในชุดซีลเครื่องเจาะหินแบบสมบูรณ์ วิธีที่สภาวะการใช้งานกำหนดช่วงเวลาในการเปลี่ยนซีล และเหตุใดการเลือกวัสดุจึงมีความสำคัญมากกว่าที่ผู้ซื้อส่วนใหญ่คาดไว้ภายใต้แรงดัน 160–220 บาร์

ภายในชุดซีลแบบสมบูรณ์มีอะไรบ้าง—และเหตุใดแต่ละส่วนประกอบจึงมีบทบาทสำคัญ

ชุดซีลสว่านหินแบบครบชุดไม่ใช่เพียงถุงที่บรรจุแหวนโอ (O-rings) เท่านั้น ห้องตีด้วยแรงกระแทก (percussion chamber) ทำงานควบคู่กันสองวงจรไฮดรอลิกแยกจากกัน: วงจรตีด้วยแรงกระแทกความดันสูง ซึ่งขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ของลูกสูบ และวงจรน้ำล้าง (flushing water circuit) ซึ่งทำหน้าที่รักษาความสะอาดของรูเจาะให้ปลอดโปร่ง แต่ละวงจรจำเป็นต้องมีชิ้นส่วนซีลเฉพาะของตนเอง และชิ้นส่วนเหล่านี้สึกหรอในอัตราที่ต่างกัน ขึ้นอยู่กับคุณภาพของน้ำ ความหยาบของชั้นหินที่เจาะ และความหนืดของน้ำมัน

ซีลลูกสูบตีด้วยแรงกระแทกต้องรับภาระแบบไซคลิกสูงสุด โดยต้องรับแรงดันไฮดรอลิกเต็มรูปแบบในทุกความถี่ของการตี ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ที่ 30–60 เฮิร์ตซ์ (Hz) ขณะที่เครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์ (drifter) กำลังทำงาน ขณะที่ซีลกล่องล้าง (flushing box seals) ต้องรับแรงดันต่ำกว่า (6–25 บาร์ ขึ้นอยู่กับรุ่น) แต่ต้องสัมผัสกับน้ำที่ปนเปื้อนซึ่งมีอนุภาคหินละเอียดซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนพื้นผิวของวัสดุยางสังเคราะห์ (elastomer) ซีลปลอกนำทาง (guide sleeve seals) และแหวนเช็ด (wiper rings) ต้องรับการเคลื่อนที่แบบข้าง (lateral movement) ของตัวแปลงปลายแท่งเจาะ (shank adapter) ขณะเกิดการกระทบ จึงต้องรับเศษโลหะและฝุ่นทรายจากสภาพแวดล้อมขณะเจาะ

แหวนโอ (O-rings) ที่อยู่ในบล็อกวาล์วและวงจรแอคคิวมูเลเตอร์เป็นส่วนประกอบที่เสร็จสมบูรณ์ของชุดอุปกรณ์นี้ แหวนโอเหล่านี้เสื่อมสภาพแตกต่างจากซีลแบบไดนามิก—โดยทั่วไปเกิดจากการยุบตัวภายใต้แรงกด (compression set) ตามระยะเวลา มากกว่าการสึกหรอจากแรงขัดถู—but แหวนโอที่ถูกบีบหรือแข็งตัวในวงจรควบคุมจะเปลี่ยนความดันย้อนกลับ (back-pressure) ซึ่งส่งผลให้จังหวะการตี (percussion timing) ผิดเพี้ยน และลดพลังงานการตี (blow energy) แม้ว่าซีลหลักสำหรับการตีจะยังคงอยู่ในสภาพสมบูรณ์ก็ตาม

วัสดุซีล: PU, HNBR และ PTFE สำหรับการใช้งานในเครื่องเจาะหิน

ทางเลือกที่เหมาะสมระหว่าง PU กับ HNBR ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในการทำงาน โดยในเหมืองลึกที่อุณหภูมิบริเวณหน้าตัด (face temperature) ของสภาพแวดล้อมสูงกว่า 40°C และน้ำมันไฮดรอลิกไหลกลับที่อุณหภูมิ 80°C หรือสูงกว่า ซีลชนิด HNBR ในวงจรกระทบ (percussion circuit) จะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าซีล PU อย่างชัดเจน แต่ในงานพื้นผิวดินที่มีสภาพอากาศอบอุ่นและมีระบบระบายความร้อนน้ำมันที่ดี ความแตกต่างด้านต้นทุนโดยทั่วไปไม่คุ้มค่าพอที่จะเปลี่ยนมาใช้ซีลชนิด HNBR

ความดัน การหมุนเวียน และเวลาที่ควรเปลี่ยน—ไม่ใช่เมื่อเครื่องเจาะหยุดทำงาน

อายุการใช้งานของซีลในสว่านเจาะหินขึ้นอยู่กับตัวแปรสามประการ ได้แก่ ระดับความดัน ความถี่ของการทำงานซ้ำ และการปนเปื้อน ที่ความดันกระทบ 180 บาร์ และความถี่ 45 เฮิร์ตซ์ ซีลของลูกสูบหลักจะผ่านรอบการเปลี่ยนแปลงความดันประมาณ 162,000 รอบต่อชั่วโมง ตลอดช่วงเวลาการบำรุงรักษา 500 ชั่วโมง จึงมีจำนวนรอบรวมทั้งสิ้น 81 ล้านรอบ — ซึ่งเพียงพอที่จะทำให้วัสดุอีลาสโตเมอร์ใดๆ เกิดภาวะเหนื่อยล้า (fatigue) หากไม่ได้ระบุคุณสมบัติให้เหมาะสมกับการใช้งานนี้

ช่วงเวลาที่เหมาะสมสำหรับการเปลี่ยนซีลควรกำหนดตามจำนวนชั่วโมงที่เครื่องทำงานแบบกระทบ (percussion hours) ไม่ใช่ตามระยะเวลาทางปฏิทิน ตัวอย่างเช่น ดริฟเตอร์ที่ทำงานหนึ่งกะ 8 ชั่วโมงต่อวัน จะทำให้ซีลเสื่อมสภาพในอัตราที่ต่างจากเครื่องเดียวกันที่ทำงานแบบอัตโนมัติเป็นเวลาสามกะต่อวัน ผู้ผลิตส่วนใหญ่แนะนำให้ตรวจสอบซีลหลักครั้งแรกหลังจากใช้งานแบบกระทบครบ 500 ชั่วโมง แต่ในกรณีที่เจาะในชั้นดินที่มีความท้าทายสูง หรือในสภาวะอุณหภูมิสูง ช่วงเวลาที่เหมาะสมมากกว่าคือ 300–400 ชั่วโมง ก่อนที่ซีลในห้องกระทบจะเริ่มแสดงอาการการยุบตัวอย่างถาวร (compression set) อย่างชัดเจน

การรอให้เกิดการรั่วของน้ำมันภายนอกที่มองเห็นได้ก่อนจึงจะเปลี่ยนชุดซีล หมายความว่าซีลนั้นได้ล้มเหลวในการใช้งานไปแล้ว—สิ่งสกปรกจากวงจรล้างไหลเข้าสู่ห้องกระทบ (percussion chamber) แล้ว และพื้นผิวด้านในของกระบอกสูบ (piston bore surface) อาจต้องได้รับการตรวจสอบหรือซ่อมแซมก่อนที่ซีลใหม่จะสามารถติดตั้งได้อย่างเหมาะสม

ความเข้ากันได้ข้ามรุ่น: ชุดซีลแบบหนึ่งไม่สามารถใช้ได้กับทุกรุ่น

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดในการจัดซื้อซีลสำหรับกองยานพาหนะที่ประกอบด้วยแบรนด์หลากหลายคือ การสั่งซื้อโดยพิจารณาเพียงเส้นผ่านศูนย์กลางของกระบอกสูบ (bore diameter) เท่านั้น แม้ชุดซีลจะมีขนาดที่ตรงกับเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน (inner diameter) อย่างถูกต้อง แต่ก็อาจยังใช้รูปทรงของขอบซีล (lip geometry) ที่ไม่เหมาะสม ความแข็งของวัสดุ (durometer) ที่ไม่ตรงตามข้อกำหนด หรือการจัดเรียงแหวนรองรับ (backup ring arrangement) ที่ไม่สอดคล้องกับรุ่นเฉพาะที่จะติดตั้ง ทั้งรุ่น COP ของ Epiroc รุ่น HL/RD ของ Sandvik และรุ่นของ Furukawa ต่างมีรูปทรงของกล่องล้าง (flushing box geometry) และลักษณะแรงดันในวงจรกระทบ (percussion circuit pressure profile) ที่แตกต่างกัน ดังนั้น ซีลจึงไม่สามารถใช้แทนกันได้ แม้ขนาดของกระบอกสูบจะใกล้เคียงกันก็ตาม

HOVOO ผลิตชุดซีลสำหรับสว่านหินที่จับคู่กับรุ่นของดริฟเตอร์เฉพาะ ไม่ใช่เพียงแค่ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของรูเจาะเท่านั้น ชุดซีลมีการกำหนดมิติตามข้อกำหนดของผู้ผลิตต้นฉบับ (OEM) โดยใช้วัสดุโพลีเมอร์ยูรีเทน (PU) หรือยางไฮโดรเจนเนตเต็ดไนไตรล์บิวทาไดอีน (HNBR) ซึ่งเลือกตามสภาวะการใช้งานทั่วไปของแต่ละรุ่น รายการอ้างอิงแบบเต็มครอบคลุมแบรนด์ต่างๆ เช่น Epiroc/Atlas Copco, Sandvik, Furukawa, Montabert และอื่นๆ สามารถดูได้ที่ hovooseal.com เมื่อสั่งซื้อสำหรับกองยานพาหนะที่มีหลายรุ่น การระบุรุ่นของดริฟเตอร์เป็นวิธีเดียวที่เชื่อถือได้

การติดตั้ง: ขั้นตอนที่กำหนดว่าชุดซีลใหม่จะมีอายุการใช้งานนานเพียงใด

แม้ชุดซีลที่เลือกใช้ได้อย่างเหมาะสมจะติดตั้งผิดวิธี ก็จะล้มเหลวภายในไม่กี่ร้อยชั่วโมงแรก ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดสองประการในการติดตั้ง ได้แก่ (1) การบิดซีลแบบไดนามิกขณะประกอบ ซึ่งทำให้เกิดรอยสึกหรอแบบเกลียวแทนที่จะเป็นพื้นผิวสัมผัสที่สม่ำเสมอ และ (2) การวางตำแหน่งแหวนรองรับผิดด้านในกรณีของซีลที่มีรูปทรงไม่สมมาตร ทั้งสองกรณีนี้เมื่อปรากฏอาการล้มเหลว มักดูเหมือนข้อบกพร่องของวัสดุ แต่แท้จริงแล้วเกิดจากความผิดพลาดในการจัดการ

การล้างรูกระทบด้วยน้ำมันไฮดรอลิกที่สะอาดก่อนติดตั้งซีลใหม่จะช่วยขจัดเศษโลหะขนาดเล็กที่เกิดจากการสึกหรอในรอบก่อนหน้าออกทั้งหมด เศษโลหะเหล่านี้มีความแข็งกว่าสารอีลาสโตเมอร์ชนิดใหม่ และหากปล่อยให้คงอยู่ภายใน จะก่อให้เกิดการสึกกร่อนทันทีในช่วงกะแรกของการใช้งาน การดำเนินการนี้ใช้เวลาเพียงสิบนาที แต่สามารถประหยัดค่าใช้จ่ายในการซื้อชุดซีลชุดที่สองได้