Nguyên Nhân & Giải Pháp Cho Hiện Tượng Khoan Đá Có Lực Tác Động Yếu, Sửa Chữa Nhanh

Khi một máy khoan đá thủy lực mất lực tác động, bộ phận đầu tiên thường bị tháo ra và thay thế tại hầu hết các công trường là bơm thủy lực. Tuy nhiên, đây thường là quyết định sai lầm. Bơm tạo ra lưu lượng, chứ không tạo ra áp suất—áp suất trong một hệ thống thủy lực chính là sức cản đối với dòng chảy, và một sự cố thực sự ở bơm thường biểu hiện bằng lưu lượng không đủ ở tốc độ định mức, chứ không chỉ đơn thuần là năng lượng đập thấp. Việc thay thế một bơm vẫn còn hoạt động tốt sẽ làm lãng phí cả ca làm việc và để nguyên trạng sự cố thực tế chưa được khắc phục.

Lực tác động thấp trong máy khoan đá thủy lực là một biểu hiện, không phải là một sự cố. Sự cố gần như luôn luôn thuộc một trong bốn nguyên nhân sau: áp suất nạp ban đầu của bình tích năng nằm ngoài thông số kỹ thuật, áp suất đặt cho mạch đập thấp hơn giá trị định mức của máy khoan, rò rỉ qua van bypass do gioăng piston đập bị mòn, hoặc van điều khiển bị tắc một phần làm giảm lưu lượng dầu đến xi-lanh tác động. Mỗi nguyên nhân trên đều gây ra biểu hiện bề ngoài tương tự — tiếng máy khoan nghe trầm hơn, tốc độ xuyên giảm, kim đồng hồ áp suất dao động — nhưng chúng đòi hỏi các bước chẩn đoán và biện pháp khắc phục khác nhau.

Sự cố 1: Áp suất nạp ban đầu của bình tích năng nằm ngoài thông số kỹ thuật

Bình tích áp áp suất cao trong mạch va đập lưu trữ năng lượng thủy lực và giải phóng năng lượng này ngay tại thời điểm piston đổi chiều, bù đắp khoảng chênh lệch giữa lưu lượng cung cấp từ bơm và nhu cầu tức thời của mạch. Khi áp suất nạp ban đầu bằng nitơ giảm—do màng ngăn bị lão hóa hoặc khí thấm dần qua màng—bình tích áp sẽ không còn khả năng hấp thụ đỉnh áp suất xuất hiện khi piston đổi chiều. Hệ quả là piston chịu một cú va đập thứ cấp: nó đổi chiều quá sớm, hành trình ngược trở lại quá ngắn và năng lượng va đập trên mỗi lần gõ giảm rõ rệt so với giá trị định mức.

Chỉ báo chẩn đoán rất đặc trưng: âm thanh gõ đục và không đều, kèm theo hiện tượng dao động của kim đồng hồ đo áp suất. Sách hướng dẫn COP1838 mô tả hiện tượng này là âm thanh thay đổi từ rõ ràng sang khàn đặc — một mô tả chính xác về âm thanh do sai lệch thời điểm va chạm thứ cấp gây ra. Các giá trị áp suất va chạm khoảng 14 MPa kết hợp với hiện tượng rung kim đồng hồ và chuyển động mạnh của đường ống dầu là những dấu hiệu đặc trưng của sự cố bộ tích năng (accumulator) trên mẫu máy này. Việc kiểm tra và điều chỉnh lại áp suất nạp ban đầu bằng khí nitơ chỉ mất khoảng 15 phút nếu sử dụng đúng dụng cụ nạp; trong khi việc thay thế màng ngăn (diaphragm) mất khoảng hai giờ.

Tuyệt đối không vận hành máy khoan xoay (drifter) khi nghi ngờ có sự cố ở bộ tích năng (accumulator). Việc vận hành khi không có khí hoặc áp suất nạp ban đầu không đủ sẽ làm toàn bộ áp suất dầu thủy lực cực đại tập trung lên vỏ bộ tích năng, có thể gây nứt vỡ vỏ — một hư hỏng tốn kém hơn nhiều so với việc thay thế màng ngăn (diaphragm).

Sự cố 2: Áp suất mạch va chạm được thiết lập thấp hơn giá trị định mức

Mỗi máy khoan xoay có một áp suất va đập định mức — tức là áp suất thủy lực tại đó piston va đập tạo ra năng lượng va đập được quy định. Van xả trong mạch va đập giới hạn áp suất tối đa; nếu van này được điều chỉnh quá thấp hoặc bị trôi do lò xo mỏi hoặc bị nhiễm bẩn, piston sẽ không bao giờ đạt được áp suất cần thiết để tạo ra năng lượng va đập định mức.

Lỗi này gây ra sự suy giảm từ từ và đối xứng về công suất va đập, thay vì kiểu biến đổi thất thường như ở lỗi bình tích năng. Độ xuyên sâu giảm đều đặn trên tất cả các vị trí lỗ khoan, chứ không chỉ thỉnh thoảng. Cách khắc phục rất đơn giản: đo áp suất va đập thực tế tại cổng kiểm tra (hầu hết các mẫu máy khoan xoay đều được trang bị cổng này), so sánh với giá trị định mức trong tài liệu bảo trì, sau đó điều chỉnh hoặc thay thế van xả. Các van xả bị nhiễm bẩn và kẹt ở trạng thái mở một phần là hiện tượng phổ biến sau khi khoảng thời gian thay dầu thủy lực bị kéo dài — các hạt nhiễm bẩn bám vào đĩa van (poppet) và ngăn cản việc đóng hoàn toàn.

Lỗi 3: Rò rỉ qua phớt piston đập

Phớt piston đập bị mòn cho phép dầu thủy lực đi vòng qua mặt piston trong hành trình truyền lực. Dầu lọt qua phớt góp phần tạo áp suất trong mạch hồi dầu thay vì đẩy piston về phía thân dụng cụ—lực hiệu dụng tác dụng lên piston giảm tương ứng với thể tích dầu đi vòng. Khác với hai lỗi trước, lỗi này thường phát triển dần dần sau hàng trăm giờ vận hành và gây suy giảm hiệu suất từ từ thay vì một sự cố đột ngột.

Dấu hiệu chẩn đoán là nhiệt độ dầu thủy lực ở đường hồi tăng cao kết hợp với tốc độ xâm nhập giảm. Dầu đi theo đường nối tắt đang chuyển đổi chênh lệch áp suất thành nhiệt năng thay vì công cơ học—nhiệt độ dầu hồi tăng cao hơn 10–15°C so với giá trị bình thường của mạch trước khi xuất hiện bất kỳ rò rỉ bên ngoài nào có thể quan sát được. Một phép kiểm tra lưu lượng trên đường xả—đo lưu lượng thực tế từ cổng xả của xi-lanh va đập so với thông số kỹ thuật do nhà sản xuất quy định—sẽ xác nhận tình trạng rò rỉ nối tắt mà không cần tháo rời thiết bị khoan xoay.

Giải pháp khắc phục là thay bộ phớt va đập. HOVOO cung cấp các bộ phớt mạch va đập cho các dòng thiết bị khoan xoay phổ biến, sử dụng vật liệu PU hoặc HNBR phù hợp với dải nhiệt độ vận hành. Danh mục đầy đủ các mã model tại hovooseal.com.

Sự cố 4: Hạn chế lưu lượng van điều khiển

Van điều khiển hướng dùng để điều khiển chu kỳ va đập của piston phải cho phép lưu lượng định mức đầy đủ đi qua với độ sụt áp tối thiểu. Một van có trục trượt bị mòn, bề mặt lỗ van bị xước hoặc bị nhiễm bẩn bởi các hạt cặn do dầu thủy lực bị suy giảm sẽ làm giảm lưu lượng cung cấp cho xi-lanh va đập—gây ra hiện tượng tương tự như khi bơm có công suất quá nhỏ, nhưng chỉ giới hạn trong mạch va đập thay vì ảnh hưởng đồng thời đến toàn bộ các chức năng thủy lực.

Sự khác biệt giữa sự cố van điều khiển và sự cố bơm: với sự cố bơm, tất cả các chức năng thủy lực trên máy (carrier) đều suy giảm hiệu suất đồng thời. Với sự cố van va đập, chỉ riêng mạch va đập bị ảnh hưởng—các chức năng quay, đẩy (feed) và cần (boom) vẫn hoạt động bình thường. Đo lưu lượng mạch va đập tại cổng kiểm tra và so sánh với thông số kỹ thuật. Nếu lưu lượng thấp nhưng áp suất thủy lực của máy vẫn ở mức bình thường, thì sự cố nằm trong mạch va đập, phía hạ lưu của nguồn cấp chính.

Quy trình chẩn đoán: Cây lỗi va đập yếu

Sau khi khắc phục: Ngăn ngừa tái phát

Yếu tố dự báo tốt nhất duy nhất đối với các sự cố ảnh hưởng thấp tái phát là độ sạch của dầu thủy lực. Sự nhiễm bẩn bởi các hạt kích thước 10–50 micron không thể nhìn thấy bằng mắt thường nhưng lại là nguyên nhân chính gây trôi lệch van an toàn, mài mòn bề mặt van điều khiển và mài mòn sớm các phớt kín. Việc phân tích mẫu dầu đã sử dụng ở thời điểm 200 và 500 giờ cung cấp cảnh báo sớm về mức độ nhiễm bẩn có thể dẫn đến các sự cố này. Mã độ sạch ISO 16/14/11 là mục tiêu đối với hầu hết các ứng dụng mạch va đập—phần lớn các hiện trường vận hành ở mức độ bẩn hơn mức này mà không nhận thức được.

Ghi lại các thông số vận hành mỗi ca: áp suất va đập, áp suất quay, áp suất đẩy và áp suất đệm. Giao thức bảo trì COP1838 đặc biệt khuyến nghị thực hiện việc này và xác định mô hình cảnh báo sớm—khi bốn thông số này mất cân bằng tương quan với nhau, sự cố va đập đang bắt đầu phát triển trước khi xuất hiện triệu chứng rõ ràng là áp suất va đập thấp. Việc xử lý ở giai đoạn sai lệch thông số chỉ tốn kém một lần thay lọc và phân tích dầu; trong khi xử lý sau khi triệu chứng xuất hiện sẽ tốn kém cả bộ gioăng, van hoặc màng ngăn.