Wiertnice, zarówno te budowane samodzielnie, jak i profesjonalne maszyny horyzontalne, wymagają precyzyjnego doboru parametrów pracy, a jednym z kluczowych jest moment obrotowy. Odpowiednie zaplanowanie układu hydraulicznego oraz wybór komponentów, takich jak silniki hydrauliczne i pompy, ma decydujące znaczenie dla efektywności i trwałości urządzenia.
Dobór układu hydraulicznego w wiertnicach DIY
Dla samodzielnie budowanej wiertnicy do studni, której zadaniem jest zasilanie obrotu żerdzi, stawianie masztu, pompa płuczki i uchwyty żerdzi, zaleca się rozdzielenie układu hydraulicznego na kilka obiegów, zamiast próbować zasilać wszystko jedną pompą. Proponuje się następujący podział:
- Osobny, duży wydatek około 150 l/min dla pompy płuczki. W praktyce, dla otworu o średnicy około 160 mm, często podaje się wartość rzędu 200 l/min, a w większych konstrukcjach nawet znacznie większe przepływy. Do płuczki lepiej sprawdza się pompa tłokowa niż wirnikowa.
- Mniejsze obiegi o wydajności około 40 l/min dla jazdy, podpór i stawiania masztu.
- Obiegi dla obrotu i podnoszenia karetki, które można połączyć zaworami zwrotnymi, aby uzyskać około 70-80 l/min.
Kwestie montażowe i zabezpieczenia
Przy połączeniu silnika spalinowego z pompą hydrauliczną, nie należy stosować bezpośrednio pasków czy łańcuchów. Zamiast tego, zaleca się wykonanie płyty montażowej i adaptera ze sprzęgłem kłowym. Pompy hydrauliczne są wrażliwe na obciążenia promieniowe i osiowe, a takie rozwiązanie minimalizuje ryzyko uszkodzenia.
Warto również przewidzieć odpowiedniej wielkości zbiornik oleju - co najmniej 100 litrów. Jeden z użytkowników forum zastosował zbiornik 35-litrowy z chłodzeniem, w którym blisko dna wspawano cztery rurki do przepuszczania płuczki.
W celu ochrony silnika przed uszkodzeniem, w rozdzielaczu hydraulicznym powinien być ustawiony zawór bezpieczeństwa, np. na 14 MPa dla silnika BMR 125.
Wybór silnika hydraulicznego dla głowicy obrotowej
Użytkownicy forum wskazują na hydromotory OMV 500 lub BMV 630 jako odpowiednie dla głowicy obrotowej. Przykłady pracy obejmowały zakres 100-120 obr/min i momenty rzędu 650-1460 Nm. Zakres około 100 obr/min został uznany za sensowny do wiercenia.
W przypadku chłonności 400, obroty mogą wynosić około 50 obr/min, z podobną mocą przy mniejszym ciśnieniu maksymalnym, ale z dużym momentem obrotowym. Szacuje się, że moment maksymalny rzędu 1000-1200 Nm jest wystarczający do wiercenia z mocą 10 kW, przy odwiertach do 80 m.
Udar na kamień
Jeśli istnieje potrzeba zastosowania udaru do wiercenia w kamieniu, lepiej jest dołożyć górny młot lub przemysłowy udar, niż próbować modyfikować udar w samym napędzie obrotu.
Silniki spalinowe i pompy
Jeden z przykładów projektu zakłada wykorzystanie silnika Ursus C-330, na którym mają być zamontowane dwie pompy: jedna do wiercenia i ruchu góra-dół, a druga do jazdy, kierowania, łap i stawiania masztu oraz szczęk do żerdzi. Proponowana wydajność pompy do wiercenia to 80-100 l/min.
Wstępnie można stosować tańsze pompy typu NSZ (np. NSZ16 lub NSZ32), z opcją wymiany na lepsze w przyszłości. Pompa NSZ32 może być również wykorzystana do zasilania dodatkowego trolla do kopania.
Wiercenie studni głębinowej w etapach / Kompleksowy odwiert studni krok po kroku
Charakterystyka momentu obrotowego w różnych typach wiertnic
Wiertnice spalinowe
Standardowe wiertnice spalinowe do wiercenia w glinie bez kamieni i żwiru charakteryzują się obrotami około 160-200 obr/min, mocą około 2 KM i momentem obrotowym rzędu poniżej 100 Nm. Użytkownik wykorzystujący taką wiertnicę, przyjmując jej parametry jako bazę do doboru silnika hydraulicznego, założył przepływ pompy hydraulicznej na poziomie 15 l/min dla silnika Iseki TA235. Przy ciśnieniu 14 MPa i przepływie 15 l/min, silnik hydrauliczny osiągałby około 80 obr/min, moc 2,4 kW (3,2 KM) i moment 240 Nm, co okazało się wystarczające.
Profesjonalne horyzontalne wiertnice sterowane (HDD)
Rynek profesjonalnych wiertnic HDD oferuje szeroki zakres maszyn, których parametry momentu obrotowego są znacznie wyższe, co pozwala na wiercenie w zróżnicowanych, często trudnych warunkach gruntowych, w tym w skale.
Modele Vermeer S3
- D10x15 S3: Oferuje zwiększoną moc i wydajność w porównaniu do poprzedniego modelu, D9x13 S3, co przekłada się na efektywniejsze i szybsze wykonywanie małych instalacji serwisowych.
- D20x22 S3: Wyróżnia się większą mocą, zwiększoną prędkością, wszechstronnością i precyzyjną kontrolą. Zapewnia znaczny wzrost mocy i prędkości w porównaniu do poprzedników i konkurencji.
Wiertnice Vermeer o zwiększonej sile i momencie
- Vermeer D24G4: Silnik CAT® C3.6 o mocy 100 KM (74 kW) generuje siłę pchania i ciągnięcia na poziomie 110 kN (24 700 lbs). Maszyna jest przeznaczona do realizacji przewiertów w zróżnicowanych warunkach gruntowych.
- Vermeer D23x30 DR Seria3: Maszyna z technologią podwójnej żerdzi do wiercenia w skale. Dysponuje siłą ciągu i pchania rzędu 10 880 kg oraz momentem osiągającym ponad 4000 Nm. Silnik Deutz’a o mocy 100 KM.
- Vermeer D24x40 Seria 3: Zasilana silnikiem John Deere 4045 o mocy 125 KM. Osiąga 5695 Nm momentu obrotowego wrzeciona i prawie 13 ton siły ciągu i pchania.
- Vermeer D40x55 S3: Następca D36x50 Seria II. Oferuje siłę pchania/ciągnięcia 177,9 kN (40 000 lb) i moment obrotowy 7457 Nm (5500 ft-lb), co stanowi wzrost o 10% w stosunku do poprzedniczki. Silnik John Deere 4045HF275 o mocy 140 KM.
- Vermeer D40x55DR S3 Navigator®: Wykorzystuje technologię podwójnej żerdzi, gdzie wewnętrzna żerdź dostarcza moment obrotowy dla koronki wiertniczej, a zewnętrzna steruje przewodem wiertniczym i dostarcza moment obrotowy do rozwiercania. Zasilana silnikiem wysokoprężnym o mocy 140 KM.
- Vermeer D60x90: Zasilana 202-konnym silnikiem CATERPILLAR C7.1, zapewnia siły pchania i ciągnięcia do 27,2 tony oraz moment obrotowy do ponad 12 000 Nm.
- Vermeer D100x140: Zasilana 275-konnym silnikiem CATERPILLAR, generuje siłę pchania i ciągnięcia do 45,36 ton. Posiada otwarte imadła do kontroli procesu skręcania i rozkręcania żerdzi.
Wiertnice elektryczne i typu maxi rig
- W pełni elektryczna wiertnica sterowana: Siła uciągu 120 ton, moment obrotowy do 110 kNm. Zapewnia precyzyjne sterowanie siłą, prędkością i pozycją dzięki bezpośredniemu napędowi elektrycznemu. Imadło dysponuje 220 kNm momentem zrywającym i 110 kNm momentem skręcającym.
- Vermeer D220x500 S3: Obsługuje instalacje o dużej średnicy i długie rurociągi. Posiada zintegrowany podajnik żerdzi.
- Vermeer D550: Wiertnica klasy maxi rig o sile ciągu 550 000 funtów (249 475,8 kg) i imponującym momencie obrotowym 100 000 stóp-funtów (135 581,8 Nm). Wyposażona w hydrauliczną przekładnię zapewniającą stałą, bardzo małą prędkość podczas pracy w twardych skałach.
