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Im Bergbau, der Öl- und Gasbohrung und anderen Bereichen wirkt sich die Verschleißrate von Hartmetallbohrern direkt auf die Betriebseffizienz und -kosten aus. Bei häufigem Bohrerverschleiß führen viele Praktiker dies zunächst auf eine falsche Materialauswahl oder übermäßig harte Formationen zurück, übersehen aber einen wichtigen, leicht zu vernachlässigenden Faktor: die Passgenauigkeit zwischen Düse und Gehäuse. Düsen sind für die Einspritzung von Spülflüssigkeit zur Kühlung des Bohrers und zum Ausspülen von Bohrklein verantwortlich, während Gehäuse eine Führungs- und Schutzfunktion für den Bohrer übernehmen. Der Passzustand der beiden (z. B. Größenanpassung, Spaltbreite und Koaxialität) beeinflusst direkt die Fließrichtung der Spülflüssigkeit, die Druckverteilung und den Bohrkleinausstoß, wodurch der Bohrerverschleiß verstärkt wird. Dieser Artikel verwendet eine einfache Sprache und übersichtliche Tabellen, um die spezifischen Manifestationen einer falschen Düsen-Gehäuse-Passung, ihre Auswirkungen auf Bohrer sowie korrekte Passparameter und Fehlerbehebungsmethoden aufzuschlüsseln, um Branchenpraktikern zu helfen, Probleme schnell zu lokalisieren und unnötigen Bohrerverschleiß zu reduzieren.
1. Zuerst verstehen: Warum beeinflusst die Düsen-Gehäuse-Passung den Bohrerverschleiß?
Die Verschleißfestigkeit von Hartmetallbohrern beruht hauptsächlich auf der Härte von Wolframkarbidmaterialien (HRA≥90). Wenn jedoch während des Bohrens die Spülflüssigkeit den Bohrer nicht effektiv kühlen oder das Bohrklein nicht rechtzeitig ausstoßen kann, verschleißen selbst hochwertige Wolframkarbidbohrer schnell. Der Passzustand von Düsen und Gehäusen ist der Kernfaktor für die Wirksamkeit der Spülflüssigkeit:
- Funktion der Spülflüssigkeitsführung: Gehäuse können die Fließrichtung der von den Düsen eingespritzten Spülflüssigkeit einschränken und so sicherstellen, dass sie die Schneidzähne des Bohrers präzise bedeckt. Eine falsche Passung führt dazu, dass die Spülflüssigkeit vom Zielbereich abweicht, was zu lokaler Überhitzung und Verschleiß der Schneidzähne führt;
- Effizienz des Bohrkleinausstoßes: Hochdruck-Spülflüssigkeit, die von Düsen eingespritzt wird, muss das Bohrklein durch den Spalt zwischen Düse und Gehäuse abtransportieren. Unangemessene Passspalte führen zu Bohrkleinansammlungen, die die Bohreroberfläche wiederholt abschleifen und den Verschleiß der Wolframkarbid-Schneidzähne beschleunigen;
- Druckverlustkontrolle: Die Passgenauigkeit von Düsen und Gehäusen beeinflusst den Spülflüssigkeitsdruck – übermäßig hoher Druck wirkt sich auf den Bohrkörper aus, während übermäßig niedriger Druck das Bohrklein nicht effektiv ausspülen kann. Beides verschlimmert indirekt den Verschleiß.
Einfach ausgedrückt, die Passung zwischen Düse und Gehäuse ist wie "ein Wasserrohr und ein Sprinklerkopf": Der Wasserfluss (Spülflüssigkeit), der vom Sprinklerkopf (Düse) versprüht wird, muss vom Wasserrohr (Gehäuse) geführt werden, um präzise auf das Ziel zu wirken. Eine falsche Passung führt zu einem gestreuten Wasserfluss und unzureichendem Druck, wodurch die beabsichtigte Wirkung verfehlt wird.
2. 3 häufige Fälle von falscher Passung und Verschleißerscheinungen
Eine falsche Düsen-Gehäuse-Passung spiegelt sich hauptsächlich in drei Aspekten wider: "Größenfehlanpassung", "abnormaler Spalt" und "Installationsabweichung". Jeder Fall hat klare Manifestationen und Auswirkungen auf den Bohrer:
| Art des Passungsproblems | Spezifische Manifestationen | Auswirkungen auf Hartmetallbohrer | Typische Symptome vor Ort |
|---|---|---|---|
| Größenfehlanpassung (Düsenaußendurchmesser ＞ Gehäuseinnendurchmesser) | Die Düse kann nicht vollständig in das Gehäuse eingesetzt werden, oder sie quetscht die Innenwand des Gehäuses nach dem Einsetzen | Die Einspritzrichtung der Spülflüssigkeit weicht ab, was zu unzureichender lokaler Kühlung der Schneidzähne und dem Phänomen der "lokalen Abflachung" führt; verformte Gehäuse kratzen am Bohrkörper | Starker Verschleiß auf einer Seite der Schneidzähne des Bohrers, Kratzer an der Innenwand des Gehäuses |
| Größenfehlanpassung (Düsenaußendurchmesser ＜ Gehäuseinnendurchmesser übermäßig) | Übermäßig großer Spalt zwischen Düse und Gehäuseinnenwand (＞3 mm) | Die Spülflüssigkeit sprüht gestreut, was zu großem Druckverlust führt. Das Bohrklein kann nicht rechtzeitig abgeführt werden und sammelt sich auf der Arbeitsfläche des Bohrers an, was zu "umfassendem Schleifverschleiß" der Schneidzähne führt | Alle Schneidzähne des Bohrers verschleißen gleichmäßig und schnell, mit hohem Bohrkleingehalt in der Spülflüssigkeit |
| Übermäßig kleiner Spalt (＜0,5 mm) | Enge Lücke zwischen Düse und Gehäuseinnenwand, die die Zirkulation der Spülflüssigkeit behindert | Unzureichender Spülflüssigkeitsfluss, schlechte Kühl- und Bohrkleinausstoßeffekte. Gleichzeitig verursacht hoher Druck Vibrationen des Bohrers, was den Ausbruchverschleiß der Schneidzähne verschlimmert | Ausbrüche der Schneidzähne des Bohrers, deutliche Gerätevibrationen während des Bohrens |
| Installationsabweichung (Fehlausrichtung) | Die Mittellinien von Düse und Gehäuse sind versetzt, was zu einer schrägen Einspritzrichtung führt | Die Spülflüssigkeit bedeckt nur einen lokalen Bereich des Bohrers. Ungedeckte Schneidzähne leiden unter Überhitzungsverschleiß, und Bohrklein sammelt sich auf einer Seite des Spalts an | Ungleichmäßiger Verschleiß der Schneidzähne des Bohrers, starker Verschleiß an einem Ende der Innenwand des Gehäuses |
Zusätzliche Hinweise:
- Normaler Verschleißzyklus von Hartmetallbohrern: Abhängig von der Härte der Formation sind es in der Regel 50-200 Stunden. Eine falsche Passung kann den Verschleißzyklus auf 10-30 Stunden verkürzen oder sogar zu "Verschrottung nach einem einzigen Arbeitsgang" führen;
- Leicht zu verwechselnder Punkt: Verschleiß, der durch übermäßig harte Formationen verursacht wird, ist in der Regel eine gleichmäßige Abstumpfung der Schneidzähne, während Verschleiß, der durch eine falsche Passung verursacht wird, meist "lokaler Verschleiß", "Ausbrüche" oder "ungewöhnlich schneller Verschleiß" ist, was durch die Verschleißform schnell unterschieden werden kann.
3. Referenz für korrekte Passparameter (Direktanwendung)
Verschiedene Arten von Hartmetallbohrern (Rollenkegel, PDC, Diamant) und Anwendungsszenarien haben leicht unterschiedliche Anforderungen an die Düsen-Gehäuse-Passparameter. Im Folgenden finden Sie branchenübliche Referenzstandards, die gängige Arbeitsbedingungen abdecken:
| Bohrertyp | Angepasster Düsenaußendurchmesser (mm) | Empfohlener Gehäuseinnendurchmesser (mm) | Angemessener Passspalt (mm) | Anforderung an die Installationskoaxialität | Anwendbare Szenarien |
|---|---|---|---|---|---|
| Rollenkegelbohrer (6-8½ Zoll) | 14-16 | 15-17 | 0,8-1,5 | ≤0,3 mm | Flachbohrungen, Oberflächenschichten von Öl- und Gasbohrungen |
| Rollenkegelbohrer (9⅞-12¼ Zoll) | 16-18 | 17-19 | 1,0-2,0 | ≤0,5 mm | Mittel- bis Tiefbohrungen in konventionellen Formationen |
| PDC-Bohrer (6-10¾ Zoll) | 12-16 | 13-17 | 0,8-1,5 | ≤0,3 mm | Hocheffizientes Bohren von Schiefergas und dichtem Öl |
| Diamantbohrer (6-14¾ Zoll) | 14-20 | 15-21 | 1,0-2,0 | ≤0,5 mm | Hartgesteinsbohrungen, Kernbohrungen |
| Schleppbohrer (4-8½ Zoll) | 10-14 | 11-15 | 0,5-1,2 | ≤0,3 mm | Weichgesteinsbohrungen, Brunnenbohrungen |
Kernpassungsprinzipien:
- Der Gehäuseinnendurchmesser sollte 0,5-2,0 mm größer sein als der Düsenaußendurchmesser, um die Zirkulation der Spülflüssigkeit zu gewährleisten und gleichzeitig eine Streuung der Einspritzung durch übermäßig große Spalte zu vermeiden;
- Stellen Sie während der Installation sicher, dass die Abweichung der Mittellinien von Düse und Gehäuse ≤0,5 mm beträgt, was mit einem Lineal oder einem einfachen Positionierungswerkzeug kalibriert werden kann;
- Mehrere Düsen desselben Bohrwerkzeugs (z. B. Rollenkegelbohrer haben in der Regel 3-6 Düsen) sollten gleichmäßige Größen beibehalten, um lokalen Verschleiß durch ungleichmäßigen Fluss zu vermeiden.
4. 3-stufige Fehlerbehebung und Lösung für Passungsprobleme zur Reduzierung des Bohrerverschleißes
Wenn ein anormaler Verschleiß von Hartmetallbohrern festgestellt wird, können die folgenden Schritte unternommen werden, um die Probleme mit der Düsen-Gehäuse-Passung zu beheben und versteckte Gefahren schnell zu beseitigen:
Schritt 1: Größenanpassung prüfen
- Messen Sie den Düsenaußendurchmesser und den Gehäuseinnendurchmesser mit einem Messschieber und vergleichen Sie sie mit der obigen Referenztabelle, um zu bestätigen, ob der Gehäuseinnendurchmesser innerhalb des empfohlenen Bereichs liegt;
- Wenn der Düsenaußendurchmesser zu groß ist: Ersetzen Sie die Düse durch die entsprechende Spezifikation (bevorzugen Sie Wolframkarbid-Düsen für eine bessere Verschleißfestigkeit);
- Wenn der Düsenaußendurchmesser zu klein ist: Ersetzen Sie das Gehäuse durch einen kleineren Innendurchmesser oder installieren Sie eine adaptive Buchse außerhalb der Düse (stellen Sie sicher, dass die Buchse den Spülflüssigkeitsfluss nicht beeinträchtigt).
Schritt 2: Passspalt einstellen
- Übermäßig großer Spalt (＞2,0 mm): Wählen Sie eine Düse mit einem etwas größeren Außendurchmesser oder verwenden Sie eine Düse mit Positionierungsfunktion (mit eingebauter Spaltkompensationsstruktur);
- Übermäßig kleiner Spalt (＜0,5 mm): Schleifen Sie die Innenwand des Gehäuses leicht ab (achten Sie darauf, die Innenwand glatt zu halten), oder ersetzen Sie die Düse durch einen etwas kleineren Außendurchmesser, um sicherzustellen, dass der Spalt innerhalb eines angemessenen Bereichs liegt.
Schritt 3: Installationskoaxialität kalibrieren
- Setzen Sie während der Installation die Düse in das Gehäuse ein, legen Sie ein Lineal an die Stirnflächen des Gehäuses und der Düse an und beobachten Sie, ob ein Spalt vorhanden ist (Spalt ≤0,3 mm ist qualifiziert);
- Wenn eine Abweichung vorliegt: Passen Sie den Düseninstallationswinkel an oder ersetzen Sie den Montagesitz durch eine höhere Positionierungsgenauigkeit (z. B. einen Düsensitz mit einer Klemmnut), um sicherzustellen, dass die Mittellinien der beiden ausgerichtet sind;
- Regelmäßige Inspektion: Stoppen Sie das Bohren alle 50 Stunden, um den Passzustand von Düsen und Gehäusen zu überprüfen, und reinigen Sie rechtzeitig Bohrklein oder Verunreinigungen, die sich an der Innenwand angesammelt haben.
5. Häufige Missverständnisse: Diese Praktiken verschlimmern den Verschleiß, der durch eine falsche Passung verursacht wird
- Nur Bohrer ersetzen, ohne die Passung zu überprüfen: Ersetzen Sie häufig hochwertige Hartmetallbohrer, ignorieren Sie aber die Probleme mit der Düsen-Gehäuse-Passung, was zu einem schnellen Verschleiß neuer Bohrer und erhöhten Kosten führt;
- Den Gehäuseinnendurchmesser willkürlich vergrößern: Im Glauben, dass "je größer der Spalt, desto besser der Bohrkleinausstoß", wird der Gehäuseinnendurchmesser blind vergrößert, was zu einer gestreuten Spülflüssigkeitseinspritzung und einer verringerten Kühl- und Gesteinszerkleinerungswirkung führt;
- Düsen unterschiedlicher Spezifikationen mischen: Das Mischen von Düsen mit unterschiedlichen Außendurchmessern im selben Bohrwerkzeug führt zu ungleichmäßigem Fluss, unausgeglichener Bohrkraft und verstärktem lokalem Verschleiß;
- Gehäuseverschleiß vernachlässigen: Das Versäumnis, Gehäuse mit unebenen Innenwänden aufgrund von Verschleiß rechtzeitig zu ersetzen, führt zu einer Düseninstallationsabweichung, und das abgenutzte Gehäuse kratzt am Bohrkörper.
Schlussfolgerung: Die Passgenauigkeit ist der Schlüssel zur "Langlebigkeit" von Hartmetallbohrern
Häufiger Verschleiß von Hartmetallbohrern ist nicht immer auf Material- oder Formationsprobleme zurückzuführen – die Passgenauigkeit zwischen Düsen und Gehäusen spielt ebenfalls eine entscheidende Rolle. Eine angemessene Größenanpassung, geeignete Passspalte und eine präzise Installationskoaxialität ermöglichen es der Spülflüssigkeit, ihre Kühl- und Bohrkleinausstoßfunktionen voll auszuschöpfen, wodurch die Lebensdauer der Bohrer erheblich verlängert wird. Als Praktiker in der Wolframkarbidindustrie wird empfohlen, neben der Materialauswahl für Bohrer auch auf die Düsen-Gehäuse-Passparameter zu achten. Wählen und installieren Sie gemäß den Referenzstandards in diesem Artikel, um die Verschleißraten und Betriebskosten effektiv zu senken.
Wenn Sie auf besondere Arbeitsbedingungen (z. B. Tiefbohrungen, komplexe Formationen) oder Passungsprobleme stoßen, die mit herkömmlichen Methoden nicht gelöst werden können, kontaktieren Sie uns bitte für kundenspezifische Lösungen – wir können Wolframkarbid-Düsen anbieten, die an verschiedene Bohrer und Gehäusepassungsschemata angepasst sind, um die Betriebseffizienz zu verbessern und die Betriebs- und Wartungskosten zu senken.