สัญญาณใดบ่งชี้ว่าวาล์วตรวจสอบของเครื่องเจาะมีข้อบกพร่อง? การวินิจฉัยอย่างรวดเร็ว

วาล์วตรวจสอบ (Check valves) หรือวาล์วแบบทางเดียว ซึ่งอนุญาตให้ของไหลผ่านได้ในทิศทางเดียวและป้องกันการไหลย้อนกลับ ถูกติดตั้งไว้ในตำแหน่งต่าง ๆ หลายจุดภายในวงจรสว่านหินไฮดรอลิก วาล์วเหล่านี้ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้น้ำมันไหลย้อนเข้าสู่วงจรก๊าซของแอคคิวมูเลเตอร์ ป้องกันไม่ให้น้ำมันในท่อคืนความดันเข้าสู่วงจรล้าง รักษาระดับความดันในวงจรระหว่างช่วงที่การตีกระทบหยุดชั่วคราว และควบคุมการไหลของน้ำมันระหว่างห้องลดแรงสั่นสะเทือน เนื่องจากวาล์วเหล่านี้ทำงานเงียบเมื่อทำงานตามปกติ จึงมักไม่ได้รับการตรวจสอบเป็นประจำ จนกว่าจะเกิดความล้มเหลวขึ้นแล้วแสดงอาการผิดปกติที่มองเห็นได้ชัดเจนในส่วนอื่นของระบบ

ความยากลำบากในการวินิจฉัยข้อบกพร่องของวาล์วควบคุมทิศทางการไหล (check valve) ในเครื่องเจาะหิน คือ อาการแสดงที่ปรากฏนั้นมีลักษณะใกล้เคียงกับความผิดปกติของชิ้นส่วนอื่นๆ แรงดันการตีกลับที่ไม่เสถียร บ่งชี้ถึงปัญหาของแอคคิวมูเลเตอร์ (accumulator) การไหลย้อนกลับเข้าสู่วงจรล้าง (backflow into the flushing circuit) ดูคล้ายกับความผิดปกติของซีลล้าง (flushing seal) และจังหวะการตีกลับที่ไม่สม่ำเสมออาจทำให้สับสนกับปัญหาของวาล์วควบคุม (control valve) บทความนี้ระบุความสัมพันธ์ระหว่างอาการเฉพาะแต่ละอย่างกับตำแหน่งของวาล์วควบคุมทิศทางการไหลที่ก่อให้เกิดอาการเหล่านั้น และอธิบายวิธีแยกแยะข้อบกพร่องของวาล์วควบคุมทิศทางการไหลออกจากชิ้นส่วนอื่นๆ ที่มีอาการแสดงร่วมกัน

ตำแหน่งของวาล์วควบคุมทิศทางการไหลในเครื่องเจาะหิน และหน้าที่การป้องกันของแต่ละตัว

วาล์วควบคุมการแยกตัวของแอคคิวมูเลเตอร์ตั้งอยู่ระหว่างแหล่งจ่ายน้ำมันความดันสูงกับพอร์ตน้ำมันของแอคคิวมูเลเตอร์ หน้าที่ของมันคือการรับประกันว่าเมื่อความดันในวงจรการตีลดลง—เช่น ขณะเปลี่ยนทิศทางของวาล์ว ขณะปิดเครื่อง หรือขณะเกิดการหยุดชั่วคราวของความดัน—น้ำมันไฮดรอลิกที่เก็บไว้ในแอคคิวมูเลเตอร์จะไม่ไหลย้อนกลับเข้าสู่สายส่งน้ำมัน หากวาล์วนี้เสียจนเปิดค้าง (หรือไม่สามารถปิดสนิทได้) แอคคิวมูเลเตอร์จะสูญเสียปริมาตรน้ำมันที่เก็บไว้ระหว่างรอบการตีแต่ละรอบ และฟังก์ชันการเรียบความดันที่มันให้แก่วงจรการตีก็จะหายไป อาการที่สังเกตได้คือความผันผวนของความดันการตีซึ่งแสดงเป็นคลื่นรูปฟันเลื่อยแบบจำเพาะ แทนที่จะคงที่

วาล์วควบคุมการไหลย้อนกลับในวงจรล้างทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้น้ำมันจากวงจรกระทบเข้าสู่ท่อน้ำล้างในขณะที่มีอัตราการไหลต่ำ เมื่อความดันขาออกของปั๊มน้ำล้างต่ำกว่าความดันขาคืนจากวงจรกระทบ ซึ่งเกิดขึ้นชั่วคราวระหว่างรอบการทำงานของวงจรกระทบ วาล์วควบคุมการไหลย้อนกลับจะปิดกั้นการไหลย้อนกลับที่อาจทำให้น้ำมันไฮดรอลิกปนเปื้อนเข้าสู่วงจรล้าง หากวาล์วควบคุมการไหลย้อนกลับเสียหาย จะทำให้น้ำล้างที่ไหลกลับมาปรากฏเป็นสีขุ่นหรือมีลักษณะคล้ายน้ำมัน ซึ่งมักถูกวินิจฉัยผิดว่าเป็นความเสียหายของซีลกล่องล้าง เนื่องจากอาการที่สังเกตเห็นได้ภายนอกนั้นเหมือนกัน

การออกแบบเครื่องเจาะบางรุ่นรวมวาล์วควบคุมการไหลย้อนกลับไว้ในวงจรลดแรงสั่นสะเทือน ซึ่งตั้งอยู่ระหว่างห้องลดแรงสั่นสะเทือนหลักและห้องลดแรงสั่นสะเทือนรอง วาล์วนี้ควบคุมความเร็วในการเคลื่อนที่กลับของลูกสูบลดแรงสั่นสะเทือนหลังจากดูดซับคลื่นที่ไหลย้อนกลับ หากวาล์วเสียหายและเปิดค้างไว้ วงจรลดแรงสั่นสะเทือนจะสูญเสียการควบคุมจังหวะที่แม่นยำ ส่งผลให้การดูดซับพลังงานที่ไหลย้อนกลับเกิดขึ้นอย่างไม่สม่ำเสมอ เสียงที่เกิดจากการกระทบจะเปลี่ยนไป และการสั่นสะเทือนของตัวเรือนจะเพิ่มขึ้น

อาการผิดปกติจำแนกตามตำแหน่งของวาล์วควบคุมการไหลย้อนกลับ

เสียงสั่นสะเทือน (Chattering): เสียงผิดปกติที่มักถูกตีความผิด

การสั่นสะเทือนของวาล์วควบคุมทิศทางไหลย้อนกลับ (Check valve chattering) — คือ เสียงดังแบบกระแทกหรือเคาะที่เกิดขึ้นบริเวณวาล์ว ซึ่งสอดคล้องกับความถี่ของการกระแทก (percussion frequency) หรือความถี่ย่อย (sub-harmonic) โดยเกิดจากการที่แผ่นปิดวาล์ว (valve disc) สั่นสะเทือนอย่างรวดเร็วระหว่างตำแหน่งเปิดเต็มที่กับตำแหน่งเปิดเพียงบางส่วน ในวงจรกระแทกที่ทำงานที่ความถี่ 40–60 เฮิร์ตซ์ พร้อมมีการเปลี่ยนแปลงความดันในช่วงความถี่สูง วาล์วควบคุมทิศทางไหลย้อนกลับที่มีขนาดเล็กเกินไปสำหรับอัตราการไหล หรือมีสปริงที่สูญเสียแรงกดเริ่มต้น (preload) จะเปิดและปิดหลายครั้งต่อหนึ่งรอบของการกระแทก แทนที่จะคงอยู่ในตำแหน่งเปิดอย่างสมบูรณ์ตลอดช่วงที่มีการไหล

พลังงานที่สูญเสียไปจากการสั่นสะเทือน (chattering) นั้นมีจริง: ทุกครั้งที่วาล์วปิดไม่สนิทจะก่อให้เกิดแรงดันชั่วคราวเล็กน้อย ซึ่งเพิ่มระดับเสียงรบกวนจากไฮดรอลิกในวงจรการตี (percussion circuit) ขึ้นอีก ในวงจรที่ทำงานอยู่แล้วที่ความดันมากกว่า 200 บาร์ แรงดันชั่วคราวเหล่านี้จะลดความแม่นยำของการจับเวลาการเคลื่อนที่ของลูกสูบ อาการที่พบนั้นมีลักษณะเฉพาะ—การสั่นสะเทือน (chattering) ได้ยินเป็นเสียงรองที่มีความถี่สูงกว่า เคลื่อนตัวแยกออกจากเสียงหลักของการตี และเกิดขึ้นเฉพาะบริเวณวาล์วตรวจสอบ (check valve) แทนที่จะมาจากกระบอกสูบการตี (percussion cylinder)

การสั่นสะเทือน (chattering) บางครั้งเกิดจากสิ่งสกปรกปนเข้ามา มากกว่าการสึกหรอของวาล์ว อนุภาคหนึ่งชิ้นที่ติดค้างอยู่บนแผ่นปิดของวาล์วตรวจสอบจะทำให้การปิดไม่สมบูรณ์ และการปิดแบบไม่สนิทนี้จะก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนภายใต้สภาวะการเปลี่ยนแปลงแรงดันซ้ำๆ การทำความสะอาดบริเวณที่นั่งของวาล์วจะช่วยแก้ไขปัญหาการสั่นสะเทือนที่เกิดจากสิ่งสกปรกได้; หากอาการกลับมาอีกภายในไม่กี่ร้อยชั่วโมงของการใช้งาน แสดงว่าแรงกดเริ่มต้น (spring preload) ของสปริงลดลงจนหมด และจำเป็นต้องเปลี่ยนชิ้นส่วนใหม่

การไหลย้อนกลับโดยไม่มีการรั่วไหลที่มองเห็นได้: ข้อบกพร่องภายใน

วาล์วควบคุมทิศทางแบบหนึ่งทาง (check valve) ที่มีการไหลย้อนกลับผ่านที่นั่ง (seat) ที่สึกหรอ ไม่จำเป็นต้องรั่วออกภายนอก—การไหลย้อนกลับจะยังคงอยู่ภายในวงจรเท่านั้น ผลกระทบขึ้นอยู่กับวาล์วควบคุมทิศทางแบบหนึ่งทางตัวใดที่เสียหาย ตัวอย่างเช่น การไหลย้อนกลับของวาล์วควบคุมทิศทางแบบหนึ่งทางสำหรับแยกแอคคิวมูเลเตอร์ (accumulator isolation check valve) จะทำให้ความดันไฮดรอลิกลดลงระหว่างรอบการตี (percussion cycles) เร็วกว่าที่ควรจะเป็น ส่งผลให้การตีมีความสม่ำเสมอน้อยลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเวลาแต่ละรอบเพิ่มขึ้น หรือในช่วงหยุดพักสั้น ๆ เพื่อปรับตำแหน่งใหม่ ซึ่งในขณะนั้นวงจรการตีไม่ได้รับการจ่ายแรงดันอย่างต่อเนื่อง

การทดสอบวินิจฉัยการไหลย้อนกลับภายในในวาล์วตรวจสอบนั้นทำได้ง่าย: ปิดระบบขับเคลื่อนไฮดรอลิก แยกวงจรด้านต้นทางของวาล์วตรวจสอบออก และสังเกตว่าความดันด้านปลายน้ำสามารถคงค่าไว้ได้เป็นเวลา 2–3 นาทีหรือไม่ โดยใช้มาตรวัดความดันต่อที่พอร์ตด้านปลายน้ำ ถ้าความดันในวงจรลดลงจาก 180 บาร์ เป็น 140 บาร์ ภายใน 2 นาที แสดงว่าอาจมีปัญหาการไหลย้อนกลับภายในวาล์วตรวจสอบ หรือมีการรั่วของกระบอกสูบภายใน — ให้แยกแยะโดยสังเกตอัตราการลดลงของความดันว่าคงที่หรือไม่ (กรณีวาล์วตรวจสอบ: อัตราการไหลย้อนกลับคงที่) หรือลดลงอย่างช้าลง (กรณีรั่วภายใน: ความต่างของความดันเป็นตัวขับการไหล ดังนั้นอัตราการไหลจะช้าลงเมื่อความดันเริ่มเท่ากัน)

การปนเปื้อนเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้วาล์วตรวจสอบเสียหาย

ความล้มเหลวของวาล์วควบคุมทิศทางการไหล (check valve) ส่วนใหญ่ในสว่านหินไฮดรอลิกเกิดจากสิ่งสกปรกแบบอนุภาคที่ปนอยู่ในน้ำมันไฮดรอลิก อนุภาคขนาด 50 ไมครอนสามารถติดค้างอยู่บนที่นั่งของวาล์วควบคุมทิศทางการไหลด้วยแรงที่เพียงพอจะยึดให้แผ่นวาล์วเปิดค้างไว้ฝืนแรงดันของสปริงที่ทำหน้าที่ปิดวาล์ว จึงทำให้เกิดการไหลย้อนกลับอย่างต่อเนื่องจนกว่าอนุภาคนั้นจะหลุดออก (ทำให้เกิดข้อบกพร่องแบบเป็นช่วงๆ) หรืออนุภาคนั้นขีดข่วนพื้นผิวของที่นั่งวาล์ว (ทำให้เกิดทางไหลย้อนกลับถาวร แม้หลังจากทำความสะอาดแล้วก็ตาม)

การป้องกันนั้นเหมือนกับชิ้นส่วนไฮดรอลิกแบบความแม่นยำอื่นๆ ทั้งหมดในวงจรกระทบ: รหัสความสะอาดตามมาตรฐาน ISO 16/14/11 หรือดีกว่านั้น แต่วาล์วควบคุมทิศทาง (check valves) มีความเปราะบางเป็นพิเศษ เนื่องจากติดตั้งอยู่บริเวณจุดเปลี่ยนผ่านของวงจร ซึ่งเป็นตำแหน่งที่ความเร็วของน้ำมันเปลี่ยนแปลง—และจุดเปลี่ยนผ่านเหล่านี้คือบริเวณที่มีการสะสมของอนุภาคสูงที่สุด ตัวกรองที่ออกแบบให้สามารถกรองแบบสัมบูรณ์ (absolute filtration) ได้ที่ขนาด 10 ไมครอน ซึ่งติดตั้งไว้ก่อนวงจรกระทบ จะช่วยปกป้องชิ้นส่วนทั้งหมดที่อยู่ด้านปลายน้ำ รวมถึงวาล์วควบคุมทิศทางด้วย การใช้งานตัวกรองที่เลยกำหนดเวลาในการเปลี่ยนแล้ว คือวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดวิธีเดียวในการลดอายุการใช้งานของวาล์วควบคุมทิศทาง

เมื่อเปลี่ยนวาล์วควบคุมการไหลกลับ (check valve) หลังจากได้รับความเสียหายจากการปนเปื้อน ให้ล้างวงจรที่เชื่อมต่อออกก่อนติดตั้งวาล์วตัวใหม่ อนุภาคที่มีขนาดใหญ่เกินกว่าจะผ่านวาล์วตัวที่เสียหายไปแล้วนั้น ขณะนี้อยู่สะสมอยู่ในท่อน้ำเข้า (upstream line) และจะถูกส่งผ่านไปยังวาล์วตัวใหม่ในรอบแรกของการสร้างแรงดัน HOVOO จัดจำหน่ายชุดซีลสำหรับโมเดลเครื่องเจาะแบบดริฟเตอร์ (drifter) ทุกรุ่นหลัก — การบำรุงรักษาซีลและโอริงของวาล์วควบคุมการไหลกลับตามช่วงเวลาเดียวกัน จะช่วยลดจำนวนครั้งที่ต้องแทรกแซงเข้าไปในวงจรโดยรวม รวมทั้งลดความเสี่ยงจากการปนเปื้อนที่เกิดขึ้นต่อแต่ละเหตุการณ์การบริการ รายละเอียดแบบจำลองทั้งหมดอยู่ที่ hovooseal.com