Dấu hiệu nào cho thấy van kiểm tra máy khoan bị lỗi? Chẩn đoán nhanh

Van kiểm tra—loại van một chiều cho phép dòng chảy theo một hướng duy nhất và ngăn chặn dòng chảy ngược—được lắp đặt ở nhiều vị trí khác nhau trong mạch khoan đá thủy lực. Chúng bảo vệ mạch khí bình tích năng khỏi bị nhiễm bẩn do dầu chảy ngược, ngăn dầu trên đường hồi gây áp lực lên mạch xả, duy trì áp suất mạch trong thời gian ngắn khi quá trình đập ngừng hoạt động, và điều khiển dòng dầu giữa các buồng giảm chấn. Vì chúng hoạt động êm ái khi vận hành đúng chức năng, nên việc kiểm tra van thường rất hiếm khi được thực hiện cho đến khi sự cố đã gây ra triệu chứng rõ ràng ở nơi khác.

Khó khăn khi chẩn đoán sự cố van một chiều trên máy khoan đá là các triệu chứng của nó rất giống với các sự cố ở các bộ phận khác. Áp lực va đập không ổn định thường gợi ý đến bộ tích năng. Dòng chảy ngược vào mạch xả rửa trông giống như sự cố ở phớt xả rửa. Thời điểm va đập thất thường có thể bị nhầm lẫn với sự cố van điều khiển. Bài viết này xác định rõ các triệu chứng cụ thể tương ứng với vị trí van một chiều gây ra chúng, đồng thời giải thích cách phân biệt sự cố van một chiều với các bộ phận khác có cùng nhóm triệu chứng.

Vị trí van một chiều trên máy khoan đá và chức năng bảo vệ của từng van

Van kiểm tra cách ly bộ tích năng được đặt giữa đường cấp dầu áp suất cao và cổng dầu của bộ tích năng. Nhiệm vụ của van là đảm bảo rằng khi áp suất mạch đập giảm—do đảo chiều van, trong quá trình tắt máy hoặc trong các khoảng gián đoạn áp suất ngắn—dầu thủy lực được lưu trữ trong bộ tích năng sẽ không chảy ngược trở lại đường cấp. Nếu van này bị hỏng ở trạng thái mở (hoặc không đóng hoàn toàn), bộ tích năng sẽ mất đi thể tích dầu đã tích lũy giữa các chu kỳ đập và chức năng làm ổn định áp suất mà nó cung cấp cho mạch đập sẽ biến mất. Dấu hiệu nhận biết là áp suất đập dao động theo dạng sóng răng cưa đặc trưng thay vì duy trì ở giá trị ổn định.

Van một chiều của mạch xả ngăn dầu từ mạch khoan xoay va đập xâm nhập vào đường ống nước xả trong điều kiện lưu lượng thấp. Khi áp suất đầu ra của bơm nước xả thấp hơn áp suất hồi về từ mạch khoan xoay va đập—điều này xảy ra trong chốc lát khi chu kỳ khoan xoay va đập đang diễn ra—van một chiều sẽ chặn dòng chảy ngược, nhờ đó ngăn không cho dầu thủy lực làm nhiễm bẩn mạch xả. Nếu van một chiều này bị hỏng, nước xả hồi về sẽ có màu đục như sữa hoặc có vẻ ngoài nhớt do lẫn dầu, và thường bị nhầm với sự cố rò rỉ phớt của hộp xả vì cả hai trường hợp đều gây ra triệu chứng quan sát được giống nhau.

Một số thiết kế máy khoan xoay va đập tích hợp van một chiều trong mạch giảm chấn, nằm giữa buồng giảm chấn sơ cấp và buồng giảm chấn thứ cấp. Van này kiểm soát tốc độ trở về của piston giảm chấn sau khi hấp thụ sóng hồi. Nếu van bị hỏng ở trạng thái luôn mở, mạch giảm chấn sẽ mất khả năng kiểm soát thời điểm hoạt động chính xác, dẫn đến việc hấp thụ năng lượng hồi trở nên bất ổn—âm thanh khoan xoay va đập thay đổi và độ rung của thân máy tăng lên.

Các triệu chứng sự cố theo vị trí lắp đặt van một chiều

Tiếng kêu lạch cạch: Sự cố âm thanh thường bị hiểu nhầm

Hiện tượng van một chiều kêu lạch cạch—một tiếng lạch cạch hoặc gõ lộc cộc phát ra từ khu vực van với tần số va đập hoặc tần số hạ hài—xảy ra do đĩa van dao động nhanh chóng giữa vị trí mở hoàn toàn và vị trí đóng một phần. Trong một mạch va đập hoạt động ở tần số 40–60 Hz kèm các dao động áp suất tần số cao, một van một chiều có kích thước vừa đủ hoặc hơi nhỏ so với lưu lượng, hoặc có lò xo đã mất lực ép ban đầu, sẽ mở và đóng nhiều lần trong mỗi chu kỳ va đập thay vì duy trì trạng thái mở hoàn toàn ổn định trong giai đoạn dòng chảy.

Năng lượng bị lãng phí do hiện tượng rung giật (chattering) đó là có thật: mỗi lần đóng không hoàn toàn tạo ra một đỉnh áp suất nhỏ, làm tăng mức độ ồn thủy lực trong mạch búa khoan. Trong một mạch đã đang vận hành ở áp suất trên 200 bar, những đỉnh áp suất này làm suy giảm độ chính xác của thời điểm hoạt động của piston. Chẩn đoán hiện tượng này khá đặc trưng — tiếng rung giật nghe được như một âm thanh thứ cấp có tần số cao hơn, tách biệt với tiếng ồn chính từ búa khoan, và nó tập trung tại khu vực van kiểm tra thay vì phát sinh từ xi-lanh búa khoan.

Hiện tượng rung giật đôi khi do nhiễm bẩn gây ra chứ không phải do mài mòn van. Một hạt bụi kẹt trên đĩa van kiểm tra ngăn cản việc đóng hoàn toàn, và trạng thái kín không đầy đủ này gây ra hiện tượng rung giật dưới tác động của chu kỳ thay đổi áp suất. Việc làm sạch ghế van sẽ khắc phục hiện tượng rung giật do nhiễm bẩn; nếu hiện tượng này tái xuất hiện trong vòng vài trăm giờ vận hành, điều đó cho thấy lực nén ban đầu của lò xo đã bị mất và cần thay thế van.

Dòng chảy ngược mà không có rò rỉ rõ ràng: Lỗi nội bộ

Một van một chiều mà cho phép dòng chảy ngược đi qua phần ghế van đã mòn không nhất thiết bị rò rỉ ra ngoài—dòng chảy ngược vẫn giữ lại bên trong mạch. Hậu quả phụ thuộc vào van một chiều nào đang gặp sự cố. Dòng chảy ngược qua van một chiều cách ly bộ tích năng làm giảm áp suất thủy lực giữa các chu kỳ đập nhanh hơn mức quy định—khiến các nhịp đập trở nên kém ổn định hơn, đặc biệt rõ rệt khi thời gian chu kỳ kéo dài hoặc trong các khoảng dừng ngắn để điều chỉnh vị trí khi mạch đập nhanh không được cấp dầu chủ động.

Kiểm tra chẩn đoán hiện tượng chảy ngược bên trong van một chiều rất đơn giản: tắt nguồn thủy lực, cách ly mạch ở phía thượng lưu của van một chiều, sau đó quan sát xem áp suất ở phía hạ lưu có duy trì ổn định trong vòng 2–3 phút hay không bằng cách sử dụng đồng hồ đo gắn tại cổng hạ lưu. Một mạch mà áp suất giảm từ 180 bar xuống còn 140 bar trong vòng 2 phút có thể do hai nguyên nhân: (1) hiện tượng chảy ngược bên trong van một chiều hoặc (2) rò rỉ bên trong xi-lanh — để phân biệt, cần theo dõi tốc độ giảm áp suất: nếu tốc độ giảm áp suất không đổi thì nguyên nhân là van một chiều (do tốc độ chảy ngược không đổi), còn nếu tốc độ giảm áp suất chậm dần thì nguyên nhân là rò rỉ bên trong (vì dòng chảy do chênh lệch áp suất gây ra, nên khi các áp suất dần cân bằng nhau thì tốc độ dòng chảy sẽ giảm dần).

Nhiễm bẩn là nguyên nhân hàng đầu gây hư hỏng van một chiều

Hầu hết các sự cố van một chiều trong máy khoan đá thủy lực đều bắt nguồn từ việc dầu thủy lực bị nhiễm bẩn bởi các hạt bụi. Một hạt có kích thước 50 micron có thể kẹt vào ghế van một chiều với lực đủ lớn để giữ cho van ở trạng thái mở, chống lại lực nén của lò xo đóng van. Khi đó, van sẽ cho phép dòng chảy ngược liên tục cho đến khi hạt bụi bị đẩy ra (gây ra lỗi ngắt quãng) hoặc hạt bụi làm xước bề mặt ghế van (tạo thành đường dẫn dòng chảy ngược vĩnh viễn ngay cả sau khi đã làm sạch).

Việc phòng ngừa tương tự như đối với mọi bộ phận thủy lực chính xác khác trong mạch va đập: tiêu chuẩn độ sạch ISO 16/14/11 hoặc tốt hơn. Tuy nhiên, van một chiều đặc biệt dễ bị tổn thương vì chúng được lắp đặt tại các vị trí chuyển tiếp của mạch, nơi vận tốc dầu thay đổi—chính những vị trí chuyển tiếp này là nơi tích tụ hạt bẩn nhiều nhất. Một bộ lọc có khả năng lọc tuyệt đối ở kích thước 10 micron, được lắp đặt phía thượng lưu của mạch va đập, sẽ bảo vệ toàn bộ các bộ phận phía hạ lưu, bao gồm cả van một chiều. Việc vận hành hệ thống với bộ lọc đã vượt quá khoảng thời gian thay thế quy định là cách hiệu quả nhất để làm giảm tuổi thọ phục vụ của van một chiều.

Khi thay thế van một chiều sau khi bị hư hỏng do nhiễm bẩn, hãy xả mạch kết nối trước khi lắp van mới. Các hạt vật chất quá lớn để đi qua van bị hỏng hiện đang nằm trong đường ống phía thượng lưu và sẽ đến van mới ngay trong chu kỳ áp suất đầu tiên. HOVOO cung cấp bộ kit làm kín cho tất cả các dòng máy khoan xoay chính—việc bảo dưỡng đồng thời các gioăng làm kín và vòng đệm O-ring của van một chiều theo cùng một chu kỳ giúp giảm tổng số lần can thiệp vào mạch và rủi ro nhiễm bẩn liên quan trên mỗi lần bảo trì. Tham khảo đầy đủ các mã model tại hovooseal.com.