DTH kalapács meghibásodások kemény kőzetben – négy fő hibatípus okai
A kemény kőzetfúrásban használt mélyfúró (DTH) kalapácsok számos hibára hajlamosak a nagy formációkeménység, a nagy fúrási terhelések és a zord üzemi környezet miatt. Ezek a hibák közvetlenül befolyásolják a behatolási sebességet, a furatminőséget és a berendezés élettartamát. A kemény kőzetfúrás tipikus körülményei alapján a gyakori hibák négy kategóriába sorolhatók: romlott ütőteljesítmény, mechanikai kopás/ragadás, forgácseltávolító rendszer problémái és erőátviteli hibák. A következőkben az egyes kategóriák tüneteit és kiváltó okait ismertetjük.
Az ütőteljesítmény romlása Ez az egyik leggyakoribb hiba, amely a kőzettörési hatékonyság hirtelen csökkenésében nyilvánul meg: csökken az ütőerő, alacsonyabb az ütési frekvencia, és a fúrófej már nem képes hatékonyan törni a kemény kőzetet, ami a behatolást drámaian lelassítja vagy teljesen leállítja. A fő okok a következők:
1.1 Energiaellátási problémák
Pneumatikus kalapácsok esetén az elégtelen kompresszornyomás (a kemény kőzethez jellemzően szükséges 0,6–1,2 MPa tartomány alatt), az instabil légáramlás vagy a bevezetővezetékek szivárgása/elzáródása csökkenti a dugattyú meghajtásához rendelkezésre álló nyomást.
Hidraulikus kalapácsok, alacsony szivattyúnyomás vagy szennyezett olaj miatt eltömődött hidraulikus áramkörök esetén csökkentse a kalapács hajtási erejét.
A tápközegben lévő szennyeződések (nedvesség vagy por a sűrített levegőben; fémrészecskék a hidraulikaolajban) felgyorsítják a tömítések kopását és tovább csökkentik a közeg hatásfokát.
1.2 Belső áramlási vagy szelephibák
A szelepemelő kalapácsok gyakran szenvednek szeleptányér kopástól, deformációtól vagy beragadástól, ami megzavarja az időben történő szelepkapcsolást és megakadályozza a dugattyú nagyfrekvenciás alternálását.
A szelep nélküli kialakításokat befolyásolhatja a dugattyú/henger áramlási hornyainak kopása vagy elzáródása; a forgácslerakódás késlelteti az áramlás megfordulását, megzavarja az ütési ciklust, és jelentősen csökkenti az ütési energiát.
1.3 Dugattyú-bit illesztési problémák
A nagyfrekvenciás ütések koptatják a dugattyú felületét és a fúrószárat, növelve az érintkezési hézagokat és energiaátadási veszteségeket okozva.
Az excentrikus fúrófej-beszerelés vagy a laza pozicionálócsapok eltolódást okoznak az ütésekben, csökkentve az ütés hatékonyságát és felgyorsítva a lokális kopást.
Mechanikai kopás, beragadás és szerkezeti meghibásodás Ezek a problémák a leállás fő okai. Ismétlődő ütések és forgó nyomaték hatására a mechanikus alkatrészek túlzottan elkophatnak, beszorulhatnak vagy eltörhetnek. Tipikus tünetek és okok a következők:
2.1 Dugattyú beszorulása és kopása
A nagy terhelés növeli a dugattyú és a henger közötti súrlódást. A nem megfelelő kenés (pl. a pneumatikus kalapácsok kenési intervallumainak elmulasztása vagy a leromlott hidraulikaolaj) és a kőzetforgács bejutása csökkenti a hézagot, és a dugattyú beszorulásához vezet. A hosszú távú nagyfrekvenciás működés szintén koptatja a dugattyú felületeit, és repedéseket okozhat; súlyos esetekben a dugattyú megrepedhet.
2.2 Fúrószál okozta kár
A fúrószál továbbítja a nyomatékot és megtámasztja a kalapácsot. Ha a szál anyagának szilárdsága nem elegendő, a menetek lazák, vagy a furat elhajlása következik be, a szál extra hajlítónyomatékokat tapasztalhat, amelyek kihajlást, deformációt vagy menetszakadást okozhatnak. A kőzetforgács kopása a külső falon tovább gyorsítja a kopást és lerövidíti az élettartamot.
2.3 Illesztési és tömítési sérülések
Az első és hátsó résztömítések kritikus csatlakozóelemek; az intenzív rezgés és nyomaték megrongálhatja vagy deformálhatja a meneteket. Az abrazív közegnek és magas hőmérsékletnek kitett tömítések (O-gyűrűk, tömítőgyűrűk) öregednek és megrepednek, ami tápközeg-szivárgást okoz, és forgácsokat enged a belső szerelvényekbe, ami felgyorsítja a kopást.
Forgácseltávolító rendszer rendellenességei A kemény kőzet fúrása során keletkező kemény, durva forgács megbízható eltávolítást igényel. Amikor a forgácseltávolító rendszer nem teljesít megfelelően, az furattömődést, rossz kiürítést és megnövekedett fúrási ellenállást eredményez – ami néha csőelakadáshoz vezet. A fő okok a következők:
3.1 Nem elegendő az öblítőközeg vagy az áramlás
A túl kevés öblítőlevegővel rendelkező pneumatikus kalapácsok, vagy a nem megfelelő öblítőfolyadék-áramlással rendelkező hidraulikus kalapácsok nem tudják gyorsan eltávolítani a furattal kapcsolatos forgácsot. A hosszan tartó abrazív áramlás a szállítójáratokat (pl. a fúró középső furatát vagy a dugattyú középső furatát) is koptatja és deformálja, szűkítve a csatornákat és csökkentve az elszívás hatékonyságát.
3.2 A fúrási paraméterek és a forgácseltávolítás eltérése
A túlzott behatolási sebesség több forgácsot eredményezhet, mint amennyit az eltávolító rendszer elbír. A helytelen forgácsolási sebesség vagy a fúrófej tolóerejének beállítása túl durva forgácsot eredményezhet, amely nem tud áthaladni az áramlási járatokon, felhalmozódáshoz és eltömődéshez vezetve.
3.3 Furateltérés és forgácslerakódás
A furateltérés mélyedéseket hoz létre, ahol a forgács összegyűlik, és az öblítőközeg nem szállítja el hatékonyan. Idővel ezek a lerakódások tömörített forgácságyat képeznek, ami akadályozza a kalapács előrehaladását és a fúró működését.
Erőátviteli hibák Ezek a hibák megszakítják a fúrást, ha megszakad a nyomatékátvitel, vagy az ütési energia nem éri el a fúrófejet. Általában a fúrórúd/kalapács, valamint a kalapács/fúrófej találkozásánál fordulnak elő. Az okok többek között:
4.1 Laza vagy sérült csatlakozások
A fúrószár és a kalapács hátsó alsó része közötti meglazult vagy lekopott menetek, illetve a rögzítőcsapok vagy bordák kopása megakadályozzák a megbízható nyomatékátvitelt, és megakadályozzák, hogy a kalapács a szárral együtt forogjon.
A kopott vagy deformálódott elülső segéd-/fúrószerszám-csatlakozó alkatrészek (rögzítőanyák, rögzítőgyűrűk stb.) miatt a fúrószerszámok meglazulhatnak, ami száraz ütéseket eredményez, ahol az energia nem éri el a kőzetet, és a szinkron forgás elvész, ami egyenetlen marókopást okoz.
4.2 Átviteli hibát okozó bitkárosodás
A kés kopása, lepattogzása vagy elvesztése (volfrám-karbid gombok, PDC/gyémántvágók) megakadályozza a hatékony illeszkedést a formációhoz. Az ütési energia ilyenkor nem jut át a késeken keresztül a kőzetbe, hanem visszaverődik a kalapács belsejébe, növelve a belső lökésterhelést és másodlagos meghibásodásokat okozva.
Összefoglalás és a fő befolyásoló tényezők Összefoglalva, a kemény kőzetfúrás során a DTH-kalapácsok gyakori meghibásodásai a munka meghatározó jellemzőiből erednek: nagy terhelések és zord környezet. A fő befolyásoló tényezők három csoportba sorolhatók:
Nem megfelelő berendezés illeszkedés: a kalapács modellje, a fúró típusa vagy az alkatrészanyagok nem illeszkednek a kemény kőzethez.
Nem megfelelő üzemeltetés és karbantartás: nem megfelelő fúrási paraméterek, a rendszeres tisztítás vagy kenés elmulasztása, valamint a kopott alkatrészek késedelmes cseréje.
Rossz segédrendszer-koordináció: instabil energiaellátás, valamint eltérés a fúrási ciklus és a nyersanyag-eltávolítási kapacitás között.
Ezen kiváltó okok megértése megalapozza a célzott hibaelhárítást és a megelőző intézkedéseket, hogy a keménykőzet-fúrás folyamatos és hatékony maradjon.
