Analiza okvare gumijastega soda kompresijskega pakerja
Gumijasti sod pakerja je popolnoma potopljen v olje in deluje pod zemljo. Molekule topila vstopijo v zamreženo mrežo gumijastega tesnila in povzročijo, da le-to nabrekne. Gostota sistemske omrežne verige se zmanjša, povprečna končna razdalja se poveča, modul pa zmanjša, kot je prikazano na spodnji sliki. Primer opisa;
Postopek nabrekanja zamreženih gumijastih tesnil vključuje dva dela: na eni strani poskuša topilo prodreti v gumijasto tesnilo, da povzroči nabrekanje njegove prostornine; po drugi strani pa razširitev prostornine gumijastega tesnila povzroči, da se mrežne molekularne verige razširijo v tridimenzionalni prostor, zaradi česar se molekularna mreža razširi. Proizvaja elastično kontrakcijo pod stresom in poskuša skrčiti molekularno mrežo.
Ko se ti dve nasprotni težnji medsebojno izničita, je doseženo ravnovesje nabrekanja, elastični modul gumijastega soda pakerja se zmanjša, tlačna napetost pa ostane nespremenjena, kar ima za posledico zmanjšanje učinkovitosti tesnjenja. Povišanje temperature pospeši odpoved tesnila gumijastega soda.
- Drugi razlogi so naslednji (sprostitev stresa, toplotno kisikovo staranje)
- Razlog 1: Sprostitev zaradi stresa
- Pod aksialno kompresijsko silo gumijastega vložka je delovna površina gumijastega vložka popolnoma v stiku s steno ohišja, aksialna kompresija pa doseže največjo vrednost. Pod delovanjem zunanje sile so segmenti polimerne verige prisiljeni, da se raztegnejo v smeri zunanje sile, kar ustvarja notranjo napetost, ki tekmuje z zunanjo silo. Vendar pa se molekularna konformacija prilagodi s toplotnim gibanjem segmentov verige, tako da se točke zapletanja razpršijo, molekularne verige povzročijo relativno zdrs in se postopoma vrnejo v prvotno zvito stanje, notranja napetost se postopoma odpravi in zunanji sila, ki jo uravnoteži, je seveda tudi postopoma oslabljena, da se ohrani. Celotna molekula zamreženega polimera s konstantno deformacijo ne more povzročiti premikanja središča mase, zato se napetost lahko le sprosti do ravnotežne vrednosti, kar ima za posledico zmanjšanje modula elastičnosti cevi tesnilnega sredstva pakerja, kar povzroči okvaro tesnila.
- Razlog 2: Okvara tesnila zaradi termičnega staranja kisika
Najpogostejša tesnila pakerja, ki se uporabljajo na naftnih poljih, so tesnila iz nitrilne gume z odlično odpornostjo na olje. Postopek termičnega staranja nitrilne gume s kisikom je prikazan na spodnji sliki
Čeprav ima nitrilni kavčuk dobro odpornost na olje, alfa vodik na molekularni verigi nitrilnega kavčuka reagira s kisikom pri določeni temperaturi in tvori nestabilen intermediat, ki se razgradi na dva segmenta s karbonilno skupino in hidroksilno skupino. Učinkovitost nitrilnega kavčuka se ustrezno spreminja s spremembo strukture med procesom termičnega staranja s kisikom. Natezna trdnost in raztezna trdnost se zmanjšata s postopkom termičnega staranja s kisikom, kar ima za posledico okvaro tesnjenja tesnila pakerja.