BR112017003902B1

BR112017003902B1 - Ferramenta de broca rotativa para corte de rocha

Info

Publication number: BR112017003902B1
Application number: BR112017003902-8A
Authority: BR
Inventors: Karl-Oskar FINNMAN
Original assignee: Sandvik Intellectual Property Ab
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2022-07-19
Also published as: BR112017003902A2; ES2795064T3; CA2956583A1; MX2017002575A; EP2990588B1; ZA201700729B; WO2016030311A1; PE20170177A1; RU2017109976A; EP2990588A1; US10626677B2; CA2956583C; AU2015308964B2; US20170254152A1; AU2015308964A1; CN106661923A; CL2017000463A1; PT2990588T

Abstract

ASSAGEM DEFLUIDO DE BY-PASSPARA FERRAMENTADE BROCA. A presente invenção se refere a uma ferramenta de broca rotativa para corte de rocha compreendendo um conjunto de pernas articuladas (conectadas em munhão) (journal legs) que rotativamente montam cortadores configurados em cone rotativos por intermédio de respectivas montagens de mancal (204, 205, 206). Em concordância com a presente invenção, uma passagem de suprimento de fluido (501) se estende através das pernas articuladas (conectadas em munhão) (journal legs) para proporcionar um fluido de refrigeração e de limpeza para os mancais em utilização. Uma passagem de by-pass (900) se estende através de uma região de base de um fuso (200) que monta cada cortador de cone e que é proporcionada em comunicação de fluido direta com a passagem de suprimento de fluido (501) para desviar o fluido para uma região de base das montagens de mancal (204, 205, 206).

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção se refere a uma ferramenta de broca rotativa, embora não exclusivamente, a uma ferramenta de broca configurada para proporcionar um caminho de fluxo de fluido adicional para um fluido de refrigeração e de limpeza em uma região de base de uma montagem de mancal que rotativamente monta um cortador em uma parte de fuso da ferramenta.

FUNDAMENTOS E ESTADO DA TÉCNICA

[0002] Brocas rotativas têm emergido como uma ferramenta efetiva para operações de perfuração específicas, tais como a criação de buracos de explosão e de poços geotérmicos. A perfuradora tipicamente compreende uma broca rotativa possuindo três pernas articuladas (journal legs) que montam respectivos cortadores de rolo configurados em cone por intermédio de montagens de mancal que incluem rolos e esferas.

[0003] Tipicamente, a broca é fixada a uma extremidade de uma corda de broca (coluna de perfuração) que é tracionada para o furo profundo por intermédio de um equipamento (cordoame). A ação de corte é conseguida por geração de forças de alimentação axial e de tração rotacional que são transmitidas para a broca por intermédio das hastes de broca acopladas de extremidade para extremidade. Cada um dos cortadores configurados em cone compreende botões de corte endurecidos externamente montados posicionados em diferentes regiões axiais para corte otimizado na medida em que a broca rotaciona.

[0004] De maneira tal a refrigerar os mancais, ar é tipicamente suprido descendentemente para a corda de broca através das penas articuladas e para uma cavidade interna de cada cortador dentro da qual os mancais são montados. O ar circula em torno dos mancais e é tipicamente ventilado por intermédio do emboque de cavidade. Exemplos de brocas e de cortadores rotativa/os são descritos na patente norte americana número US 3.193.028; na patente norte americana número US 3.921.735; na patente norte americana número US 4.688.651; na patente norte americana número US 4.421.184; na patente norte americana número US 4.193.463; no pedido de patente norte americano número US 2012/0160561; na patente norte americana número US 4.390.072; na patente norte americana número US 4.511.008 e na patente sueca número SU 1.357.532.

[0005] Em particular, o fluxo de ar para as diferentes regiões das montagens de mancal é conseguido por intermédio das passagens de fluxo de ar formadas dentro de um fuso [comumente referenciado como uma conexão em munhão (journal)] que monta cada cortador e os respectivos mancais. Tipicamente, o ar circula em torno dos mancais e flui em um caminho direcional de menor resistência. Em concordância com isso, diferenciais problemas de refrigeração aparecem em ferramentas de corte existentes com determinadas regiões de mancal sendo inadequadamente refrigeradas. Como irá ser apreciado, fluxo de ar insuficiente ao longo dos mancais conduz para elevação de temperatura devida para o fato de fricção e resulta em desgaste reforçado e um correspondente encurtamento do tempo de vida útil operacional dos mancais, do cortador e do fuso.

[0006] Para prevenir ingresso de poeira e de sujeira para as montagens de mancal, é conhecido desviar uma porção do fluido (tipicamente ar) para a região de base do fuso para forçar e expelir quaisquer materiais de detritos radialmente externamente para fora a partir do emboque de cavidade do cortador posicionado na junção entre a perna articulada e o fuso. Passagens de direcionamento de fluido exemplificativas são descritas na patente norte americana número US 5.183.123 e na patente norte americana número US 6.408.957. Entretanto, independentemente do suprimento de fluido para regiões da montagem de mancal por intermédio de passagens de distribuição separadas dentro do fuso, montagens existentes não são otimizadas para proporcionar um suprimento de fluido controlado sendo distribuído efetivamente ao longo de todas as regiões das superfícies de mancal de carga e de fricção enquanto mantendo um fluxo de exaustão no emboque de cavidade (e possivelmente outras regiões do cortador) para prevenir ingresso de detritos e contaminação dos mancais. Em concordância com isso, o que é requerido é uma ferramenta de broca que venha a solucionar os problemas anteriormente mencionados.

SUMÁRIO DA PRESENTE INVENÇÃO

[0007] É um objetivo da presente invenção o de proporcionar uma ferramenta de broca rotativa configurada para refrigeração otimizada das montagens de mancal que monta cada cortador de cone enquanto minimizando o risco de ingresso de sujeira para a região das montagens de mancal. É um objetivo específico adicional da presente invenção o de proporcionar uma broca rotativa aberta ou semi-vedada possuindo uma rede de passagem de fluxo de fluido interna otimizada para entregar o fluido de refrigeração para regiões de alta fricção das montagens de mancal sem permissão de que ar carregado de poeira e de detritos circundando a ferramenta de corte venha a penetrar para a região interna do cortador que monta os mancais.

[0008] Os objetivos da presente invenção são conseguidos por intermédio de uma série de passagens de fluxo de fluido internas que incluem: i) uma passagem de suprimento de fluido que se estende através de cada perna articulada (journal leg) sendo proporcionada em comunicação com: ii) respectivas passagens de distribuição de fluido dentro de cada fuso (conexão em munhão) em adição para: iii) pelo menos uma passagem de by-pass de fluido específico que se estende a partir da passagem de suprimento de fluido para uma região de base de cada montagem de mancal. Cada passagem de by-pass é efetiva para desviar um volume pré-determinado do fluido (tipicamente ar) a partir da passagem de suprimento diretamente para a região de base da montagem de mancal precedentemente para o fluido alcançar as passagens de distribuição dentro de cada respectivo fuso. Em concordância com isso, um desejado volume de ar é encaminhado especificamente para a região de base da montagem de fuso e de mancal localizada imediatamente embarcada do emboque da cavidade interna do cortador. Esta configuração é vantajosa para assegurar que os mancais localizados na base do fuso venham a ser adequadamente refrigerados enquanto proporcionando um suprimento de fluido de exaustão para direcionar radialmente externamente qualquer poeira ou quaisquer detritos que podem se coletar ou tentar ingressar para o volume interno do alojamento de cortador dos mancais. Vantajosamente, a presente passagem de by-pass aumenta o volume de ar suprido para os mancais que poderia, de outra forma, ser limitado devido para o fato das dimensões do orifício de plugue de esfera e do plugue de esfera.

[0009] O assunto da presente invenção é adequado para disposições de cortador ‘aberto’ nas quais ar é exaustado na região entre o cortador e a perna articulada Em adição, a presente disposição é adequada para disposições de cortador de cone ‘semi-vedadas’ nas quais uma vedação anular é proporcionada na região de base (ou gargalo) do fuso que representa a interface entre o fuso e a perna articulada. Tais últimas disposições podem tipicamente compreender orifícios de ventilação proporcionados através do corpo do cortador de maneira tal que o fluido de refrigeração/de limpeza é configurado para sair primariamente da ferramenta através do corpo principal do cortador. A presente passagem de by-pass é benéfica para assegurar um desejado volume de fluido de refrigeração que é suprido para os mancais que são localizados na base do fuso que poderia, de outra maneira, assentar fora do caminho de fluxo de fluido onde o fluido é distribuído através do fuso por intermédio das passagens de distribuição e sai da ferramenta por intermédio dos orifícios de ventilação dentro do cortador. A presente configuração de passagem de by-pass é também benéfica para reforçar a pressão de fluido positiva dentro da cavidade interna do cortador de maneira tal a prevenir que poeira e detritos venham a penetrar para a cavidade interna através dos orifícios de ventilação. Adicionalmente, uma pressão positiva (por intermédio da passagem de by-pass) é proporcionada na região interna do cortador imediatamente embarcada da vedação anular na base de fuso. O que significa dizer que, devesse qualquer poeira ou quaisquer detritos ingressar para a cavidade de cone (por exemplo, onde a vedação anular falha completamente ou parcialmente), os detritos são prevenidos de vir a se deslocar axialmente adicionalmente para a região interna da cavidade.

[0010] Em concordância com um primeiro aspecto da presente invenção, é proporcionada uma ferramenta de broca rotativa para corte de rocha compreendendo: um corpo principal possuindo uma perna; um fuso se projetando a partir da perna para montar um cortador rotativo por intermédio de uma pluralidade de mancais; uma passagem de suprimento de fluido se estendendo através da perna e possuindo uma extremidade terminal posicionada em comunicação com uma passagem de direcionamento de fluido se estendendo através do fuso, pelo menos uma parte da passagem de direcionamento de fluido configurada para possibilitar que pelo menos algum dos mancais venha a ser carregado em posição entre o fuso e o cortador rotativo; caracterizada pelo fato de que os mancais compreendem: um primeiro conjunto de mancais de rolo montado na ou em direção da região de base do fuso e um conjunto de mancais de esfera posicionado em um canal (pista) de mancal axialmente entre o primeiro conjunto de mancais de rolo e uma extremidade do fuso; em que uma segunda extremidade da passagem de direcionamento de fluido emerge no canal de mancal; e a segunda extremidade da passagem de by-pass emerge no primeiro conjunto de mancais de rolo.

[0011] Opcionalmente, a passagem de by-pass se estende transversalmente ou substancialmente perpendicularmente para a passagem de suprimento de fluido. Opcionalmente, a passagem de by-pass pode ser alinhada substancialmente paralelamente com um eixo geométrico longitudinal do fuso. O alinhamento relativo da passagem de suprimento de fluido e passagem de by-pass é configurado para desviar um desejado volume do fluido de limpeza/de refrigeração (tipicamente ar) para a região de base de montagem de mancal. Opcionalmente, a passagem de suprimento de fluido e/ou a passagem de by-pass pode compreender um defletor ou uma canalização para mudar o volume de ar que é encaminhado para a passagem de by-pass.

[0012] Preferivelmente, os mancais adicionalmente compreendem: um segundo conjunto de mancais de rolo montado em ou em direção de uma extremidade do fuso; e o conjunto de mancais de esfera é montado axialmente entre o primeiro conjunto de mancais de rolo e o segundo conjunto de mancais de rolo. Saindo da passagem de by-pass no conjunto de base de mancais de rolo é vantajoso para assegurar que estes mancais de impulsão para trás são refrigerados e limpos suficientemente e independentemente do suprimento de fluxo de fluido principal para a montagem de mancal a partir da passagem de direcionamento.

[0013] Preferivelmente, o fuso compreende: um canal (pista) de base para montar o primeiro conjunto de mancais de rolo; e um canal de extremidade para montar o segundo conjunto de mancais de rolo; em que a passagem de by-pass emerge no canal de base. Uma tal configuração é benéfica para assegurar que o canal de base é limpo e refrigerado diretamente pelo fluxo de fluido a partir da passagem de by-pass. Em particular, e preferivelmente, o canal de base é definido, em parte, por uma superfície de mancal de mancal alinhada substancialmente perpendicularmente ou transversalmente para um eixo geométrico longitudinal do fuso e a passagem de by-pass emerge na superfície de suporte de mancal. Uma tal configuração é efetiva para proporcionar uma superfície de suporte otimizada em contato com os mancais de rolo de base. Preferivelmente, uma superfície de extremidade de cada um do primeiro conjunto de mancais de rolo é posicionada em contato com a superfície de suporte de mancal, a passagem de by-pass emergindo adjacente para as superfícies de extremidade de cada um dos mancais de rolo. O posicionamento específico da passagem de by-pass na superfície de extremidade dos mancais de rolo proporciona um suprimento direto do fluido de limpeza/de refrigeração para maximizar o efeito da limpeza e da refrigeração nesta região de alta fricção.

[0014] Opcionalmente, a ferramenta pode compreender uma vedação anular posicionada entre a região de base do fuso e do contador para restringir fluido saindo da ferramenta na região de base, a vedação anular definindo uma região interna semi-vedada do cortador na qual os mancais são localizados. Em concordância com a implementação específica da presente invenção, a segunda extremidade da passagem de by-pass emerge na região interna. Em concordância com isso, a passagem de by-pass supre o fluido para os componentes internos da cavidade na lateral embarcada da vedação. Por direcionamento do fluxo de fluido a partir da passagem de by-pass em cima do conjunto de base de mancais de rolo, o caminho de fluxo de ar é otimizado para completamente envolver os mancais precedentemente para a saída da região de cavidade por intermédio da vedação e/ou dos orifícios de ventilação opcionais proporcionados através do cortador.

[0015] Preferivelmente, o fuso compreende um anteparo anular e uma extremidade, o anteparo posicionado axialmente entre a região de base e a extremidade; e a ferramenta adicionalmente compreende pelo menos uma passagem de distribuição se estendendo dentro do fuso e proporcionada em comunicação com a passagem de direcionamento; em que a passagem de distribuição é dividida em pelo menos duas passagens, uma primeira passagem de distribuição saindo do fuso substancialmente no anteparo e uma segunda passagem saindo do fuso substancialmente na extremidade. Uma tal configuração é vantajosa para assegurar que todas as regiões da montagem de mancal são refrigeradas e limpas pelo fluido para criar e para manter um caminho de fluxo de fluido otimizado em torno da montagem de mancal e especificamente para assegurar que alta temperatura e regiões e superfícies de alta fricção venham a ser refrigeradas e limpas pelo fluido de fluência.

[0016] Preferivelmente, uma área de seção transversal da passagem de by-pass é substancialmente igual a ou de menos do que uma área de seção transversal de cada uma da primeira passagem de distribuição e da segunda passagem de distribuição. As dimensões relativas das diferentes passagens asseguram que uma pressão positiva é estabelecida e mantida dentro da cavidade para prevenir que poeira e detritos venham a ingressar.

[0017] Opcionalmente, a ferramenta compreende uma passagem de by-pass única se estendendo em comunicação entre a seção da passagem de suprimento de fluido e os mancais. Opcionalmente, a ferramenta pode compreender uma pluralidade de passagens de by-pass se estendendo a partir de pelo menos uma seção da passagem de suprimento de fluido à montante da extremidade terminal. Preferivelmente, a ferramenta compreende duas, três ou quatro passagens de bypass se estendendo a partir da mesma seção axial da passagem de suprimento de fluido. As extremidades de saída das passagens de by-pass são, em concordância com isso, espaçadas separadas em uma direção circunferencial na superfície de suporte de mancal. A superfície de suporte de mancal pode compreender uma ranhura (entalhe) ou uma pluralidade de ranhuras (entalhes) ou canais para adicionalmente direcionar o fluxo de fluido na medida em que o mesmo sai das passagens de by-pass. Uma tal disposição é também adaptável para ser utilizada com uma passagem de by-pass única.

[0018] Opcionalmente, a ferramenta compreende pelo menos duas passagens de by-pass e em particular, uma primeira passagem de by-pass saindo em uma região radialmente interna da superfície de suporte de mancal e pelo menos uma segunda passagem de by-pass saindo em uma região radialmente externa da superfície de suporte de mancal. Opcionalmente, a segunda passagem de by-pass é dividida em três passagens todas elas saindo na região radialmente externa da superfície de suporte de mancal e sendo espaçadas separadas circunferencialmente em torno da superfície de suporte de mancal. Opcionalmente, duas das três segundas passagens de by-pass são alinhadas paralelamente umas para as outras e posicionadas lado a lado para se estenderem genericamente a partir da mesma região da passagem de suprimento de fluido.

[0019] Onde o cortador é uma disposição semi- vedada, o cortador compreende pelo menos um orifício de ventilação para possibilitar que um fluido recebido a partir da passagem de direcionamento venha a sair da ferramenta através do cortador. Opcionalmente, o cortador compreende três conjuntos de orifícios de ventilação, um primeiro conjunto de orifícios de ventilação posicionado em ou em direção de uma base do cortador, um terceiro conjunto de orifícios de ventilação posicionado em ou em direção de um ápice (vértice) do cortador e um segundo conjunto de orifícios de ventilação posicionado axialmente entre o primeiro conjunto de orifícios de ventilação e o terceiro conjunto de orifícios de ventilação; em que a passagem de by-pass emerge a partir do fuso em uma posição axialmente mais próxima para a região de base do cortador relativamente para uma posição na qual o primeiro conjunto de orifícios de ventilação se estende através do cortador. Os orifícios de ventilação são benéficos para controlar e para direcionar o fluxo de fluido dentro da cavidade para entregar o fluido para as regiões de alta carga e de alta fricção para otimizar a refrigeração e a limpeza. Os orifícios de ventilação são também vantajosos para expelir a poeira e os detritos na região externa do cortador para manter corte otimizado pelos botões de corte estando livres de rocha desalojada, de poeira, etc. Como irá ser apreciado, o fluxo de fluido dentro da cavidade irá naturalmente seguir a menor distância e o caminho de menos resistência e por posicionamento especificamente dos orifícios de ventilação em diferentes regiões axiais e circunferenciais do cortador, a circulação de fluido de limpeza do cortador dentro da cavidade é otimizada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0020] Uma implementação específica da presente invenção irá agora ser descrita e em maiores detalhes, por intermédio de exemplos e com referência aos Desenhos anexos. Nos Desenhos anexos:

[0021] A Figura 1 é uma vista em perspectiva externa de uma ferramenta de corte rotativa para montagem em uma extremidade de uma corda de broca em concordância com uma implementação específica da presente invenção;

[0022] A Figura 2 é uma adicional vista em perspectiva da extremidade de corte da ferramenta da Figura 1 com um dos cortadores de cone rotativos removidos para propósitos ilustrativos detalhando um fuso que se estende a partir de uma extremidade da perna articulada (conectada em munhão) (journal leg);

[0023] A Figura 3A e a Figura 3B são adicionais vistas em perspectiva externas do fuso e da perna articulada (conectada em munhão) da Figura 2;

[0024] A Figura 4 é uma vista plana do fuso da Figura 2;

[0025] A Figura 5 é uma vista de seção transversal através de um dos cortadores de cone, do fuso e das pernas articuladas da Figura 1;

[0026] A Figura 6 é uma seção transversal através de um dos cortadores de cone da Figura 1;

[0027] A Figura 7 é uma vista em perspectiva externa de um dos cortadores de cone da Figura 1;

[0028] A Figura 8 é uma vista em perspectiva de lateral inferior (lado de baixo) do cortador de cone da Figura 7 ilustrando a cavidade interna de cortador;

[0029] A Figura 9 é uma adicional seção transversal através do cortador de cone, do fuso e das pernas articuladas da Figura 1;

[0030] A Figura 10 é uma adicional vista em perspectiva de seção transversal do cortador de cone, do fuso e das pernas articuladas da Figura 1;

[0031] A Figura 11 é uma vista em perspectiva externa do fuso e da perna articulada da Figura 1 ilustrando quatro passagens de by-pass em concordância com uma implementação específica da presente invenção;

[0032] A Figura 12 é uma vista em perspectiva de seção transversal do fuso e da perna articulada da Figura 1 ilustrando uma primeira passagem de by-pass em concordância com uma implementação específica da presente invenção;

[0033] A Figura 13 é uma adicional vista em perspectiva de seção transversal do fuso e da perna articulada da Figura 1 ilustrando uma segunda passagem de by-pass em concordância com uma implementação específica da presente invenção;

[0034] A Figura 14 é uma adicional vista em perspectiva de seção transversal do fuso e da perna articulada da Figura 1 ilustrando uma terceira passagem de by-pass e uma quarta passagem de by-pass em concordância com uma implementação específica da presente invenção; e:

[0035] A Figura 15 é uma vista de seção transversal ampliada através do cortador de cone, do fuso e da perna articulada da Figura 1 em uma região de base do fuso e do cortador.

[0036] Os Desenhos anexos são unicamente representações esquemáticas/diagramáticas e a presente invenção não está limitada às concretizações exemplificativas representadas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE CONCRETIZAÇÃO PREFERIDA

[0037] Referindo-se para a Figura 1, uma ferramenta de corte rotativa (100) é formada como uma broca de corte e compreende uma extremidade de corte (101) em uma posição axialmente para frente e uma extremidade de fixação axialmente para trás (102) configurada para montagem em uma extremidade de uma corda de broca (não mostrada) fazendo parte de uma montagem de broca operada por intermédio de um equipamento de perfuração (não mostrado) configurado para proporcionar tração axial e rotacional da ferramenta de corte rotativa (100). A ferramenta de corte rotativa (100) compreende três pernas articuladas (journal legs) (105) se projetando axialmente para frente a partir da extremidade de fixação (102) e sendo alinhadas ligeiramente radialmente para fora de maneira tal que a extremidade de corte (101) compreende uma seção transversal genericamente maior do que a extremidade de fixação (102). Um cortador configurado genericamente cônico (103) é montado em uma extremidade de cada perna articulada (105) de maneira a ter capacidade de rotação relativamente para a perna (105) e rotação independente em torno de um eixo geométrico separado relativamente para uma rotação geral da ferramenta de corte rotativa (100) e da corda de broca (não mostrada).

[0038] Referindo-se para as Figuras 1 até 3B, um fuso (200) se projeta genericamente transversalmente a partir de uma extremidade axialmente a mais para frente (207) de cada perna articulada (journal leg) (105) e compreende um eixo geométrico longitudinal central (307). O fuso (200) pode ser considerado para ser dividido em três seções axiais. Uma seção de base genericamente cilíndrica ou canal (pista) de base anular (201) é definido axialmente entre um flange de base anular (208) montado na extremidade de perna articulada (207) e um primeiro flange se projetando radialmente intermediário (209). Uma seção anular intermediária ou canal de mancal (202) se estende axialmente além do canal de base (201) e é definida/o axialmente entre o primeiro flange intermediário (209) e um segundo flange se projetando radialmente (210) que representa uma região de anteparo de fuso (200). O canal (202) compreende uma superfície externa genericamente côncava. Uma terceira seção anular genericamente cilíndrica ou canal de mancal (203) se projeta axialmente a partir da seção intermediária (202) e é definido entre o segundo flange anular (210) e um flange de extremidade anular (211). Uma região de ápice do fuso (200) é definida por uma impulsão anular ou superfície de extremidade (308) proporcionada na seção anular genericamente cilíndrica (203). Adicionalmente, um recesso (300) se estende axialmente dentro da seção anular genericamente cilíndrica (203) a partir da superfície de impulsão (308) e monta um curto plugue de impulsão cilíndrico (212a). A seção anular genericamente cilíndrica (203) representa um nariz ou região piloto do fuso (200). Um primeiro conjunto de mancais de rolo de base (204) é montado no canal de base (201) e se estende axialmente entre o flange de base anular (208) e o primeiro flange intermediário (209). Um segundo ou conjunto de extremidade de mancais de rolo (206), se estende axialmente entre o segundo flange anular (210) e o flange de extremidade anular (211), sendo montado no canal de extremidade (203). Adicionalmente, um conjunto de mancais de esfera (205) é posicionado axialmente intermediariamente para os mancais de rolo (204, 206) e são montados no canal intermediário (202).

[0039] Cada cortador de cone (103) compreende uma configuração configurada em cone ou em domo. Em particular, e referindo-se para a Figura 6 e para a Figura 1, cada cortador de cone (103) compreende uma superfície voltandose externa radialmente (617) e uma superfície voltando-se interna radialmente (616) que definem uma cavidade interna indicada genericamente pelo numeral de referência (600). Referindo-se para a Figura 1, em uma direção axial, o cortador de cone (103) pode ser dividido em seções axiais na superfície externa (617) e compreende uma linha de calcanhar (106), uma linha de calibre (107), uma linha de tração (108) e uma região interna ou ápice (109). Uma pluralidade de conjuntos de botões de corte indicada genericamente pelo número de referência (104) é proporcionada em cada respectiva seção axial incluindo em particular botões de calcanhar (110), botões de calibre (111), botões de tração (112) e botões internos (113, 114). Cada botão de corte (104) é formado a partir de um material fundamentado em metal duro (cemented carbide) resistente ao desgaste e pode compreender qualquer configuração conhecida incluindo configurado semi-esférico, cônico, balístico, semibalístico ou cinzel (formão, talhadeira).

[0040] Referindo-se para as Figuras 3A até 4, o fuso (200) compreende uma superfície de suporte de mancal (304) voltando-se axialmente para frente no flange de base (208) para suportar mancais de rolo maiores (204) e uma segunda superfície voltando-se axialmente para frente (comumente referida como uma face de ‘snoochie’) proporcionada no segundo flange intermediário (210). A face de snoochie anular é formada por uma ranhura anular (303) [no segundo flange intermediário (210)] que é preenchida com um material resistente ao desgaste fundamentado em carbeto de maneira tal a formar uma superfície de impulsão anular substancialmente planar (1002) (ilustrada na Figura 10) para suportar contra as e transmitir as forças de carregamento axiais a partir de cortador (103). A região interna radialmente da face de snoochie também proporciona mancal para montar os mancais de rolo menores (203).

[0041] A carga axial durante corte é também transmitida a partir do cortador (103) para o fuso (200) por intermédio: i) do plugue de impulsão (212a) que suporta um plugue de impulsão de cooperação (212b) montado dentro de uma cavidade interna do cortador (103); e ii) do contato de encosto entre a superfície de impulsão (1002) e uma correspondente superfície (620) dentro da cavidade interna do cortador (103). Os mancais (204, 206) são configurados para assumir as cargas radiais transmitidas pelo cortador (103) enquanto o mancal (205) bloqueia o cortador (103) em posição em torno do fuso (200) de maneira tal a ser rotativamente montado na extremidade de perna articulada (conectada em munhão) (207).

[0042] Referindo-se para as Figuras 3A até 5, o fuso (200) e a perna articulada (105) compreendem respectivas passagens internas configuradas para entregar ar recebido a partir do equipamento de broca e corda de broca (não mostrado/as) para a região de corte da ferramenta de corte rotativa (100). O ar proporciona tanto limpeza de cortes dentro da perfuração de broca em torno dos cortadores (103) e quanto também serve para refrigerar os mancais (204, 205, 206) e as respectivas superfícies de impulsão. Em particular, a perna articulada (105) compreende uma passagem de suprimento (501) se estendendo genericamente em uma direção a partir da extremidade para trás (102) para a extremidade de perna (207). Um tubo de ar (500) é fixado para uma extremidade para trás (504) da passagem de suprimento (501) e compreende uma pluralidade de entradas de ar (502) através das quais o ar é canalizado quando recebido a partir do corpo principal da ferramenta de corte rotativa (100). Uma extremidade terminal (505) da passagem de suprimento (501) é proporcionada em comunicação de fluido com uma passagem de esfera (ou de direcionamento) (301) sendo dimensionada para possibilitar introdução de mancais de esfera (205) para a posição no canal (pista) (202) quando o cortador (103) é montado no fuso (200). A passagem de esfera (301) compreende uma primeira extremidade (507) sendo aberta em uma região de base para trás do fuso (200) e uma segunda extremidade (508) que emerge no canal de mancal de esfera (202). Um plugue de esfera (506) é liberavelmente montado dentro da passagem de esfera (301) de maneira tal a reter mancais (205) em posição no canal (202). Um material de solda ou similar (não mostrado) pode ser proporcionado na extremidade de passagem (507) de maneira tal a segurar o plugue (506) em posição. Uma pluralidade de passagens de distribuição de fluxo de ar se estende a partir da passagem de esfera (301) e é proporcionada em comunicação de fluido com a passagem de suprimento de fluido (501). Em particular, duas passagens (302) se estendem a partir da passagem de esfera (301) para emergir na face de snoochie (1002) e uma adicional distribuição ou passagem piloto (400) se estende a partir da passagem de esfera (301) para emergir no flange de nariz (211) adjacente ao plugue de impulsão (212a). Cada passagem (302) emerge em uma seção em recesso (401) recortada na superfície ranhurada anular (303). Adicionalmente, a passagem (400) também emerge em uma seção em recesso (402) do flange piloto ou de impulsão (211). Em concordância com isso, o ar é configurado para fluir internamente através de cada perna articulada (105) e do fuso (200) de maneira tal a ser entregue para a superfície de snooochie de mancal de fricção (1002) e para as superfícies de contato entre os plugues de impulsão (212a, 212b) em adição para refrigerar o mancal de esfera (205) e os mancais de rolo (204, 206).

[0043] A presente ferramenta de broca rotativa (100) pode ser implementada como uma montagem de tri- cortador aberta ou semi-vedada. Em concordância com a presente implementação semi-vedada da presente invenção, o volume interno definido entre a superfície interna de cone (616) e o fuso (200) é pelo menos parcialmente vedado por uma gaxeta de vedação proporcionada em uma região de base do fuso (200) e do cortador (103). Em particular, uma ranhura anular (510) é embutida na cavidade interna (600) de cortador (103) e é dimensionada para acomodar um anel em O (O-ring) de borracha (509) que parcialmente se projeta radialmente para a cavidade interna (600) de cortador (103) a partir da ranhura anular (510). O anel em O (509) é posicionado para assentar contra uma superfície anular (306) proporcionada no flange de base (208) de maneira tal que uma vedação é criada entre a superfície (306) e a superfície interna de cone (616).

[0044] Referindo-se para as Figuras 6 até 8, a cavidade interna (600) de cortador (103) pode ser dividida em três seções axiais relativamente para o eixo geométrico longitudinal de cone (613). Uma seção de base (601) se estende para dentro a partir de um emboque de cavidade (604) e é definida por uma superfície anular (618) alinhada paralelamente para o eixo geométrico longitudinal de cone (613). A superfície anular (618) é terminada por uma face de extremidade anular (605) definida por um primeiro anteparo anular se projetando radialmente para dentro (606). Uma seção intermediária (602) se estende a partir da seção de base (601) e é definida entre o primeiro anteparo anular (606) e um segundo anteparo anular se projetando radialmente para dentro (619). Uma correspondente região anular encurvada (607) é definida pelo segundo anteparo anular (619) e proporciona uma extremidade terminal de uma superfície côncava (614) que define a seção intermediária (602). A região anular encurvada (607) é terminada pela superfície de suporte de mancal de impulsão anular (620) configurada para ser posicionada em contato com e para agüentar (suportar) contra a superfície de snoochie (1002). Uma seção de extremidade ou piloto (603) se estende a partir da seção intermediária (602) e é definida pela superfície anular (615) alinhada substancialmente paralelamente para o eixo geométrico longitudinal de cone (613). A superfície anular (615) é terminada por uma superfície configurada côncava ou em domo (608) possuindo uma extremidade ou região de ápice (612) [que representa uma extremidade ou superfície a mais interna de cavidade (600)] que monta o correspondente plugue de impulsão de cortador (212b).

[0045] Uma pluralidade de orifícios de ventilação é proporcionada através da parede do cortador (103) e se estende entre a superfície voltando-se para dentro (616) e a superfície voltando-se para fora (617). Em particular, um orifício de ventilação (609) se estende radialmente para fora a partir da região do primeiro anteparo (606) substancialmente em uma região da face anular (605) na seção de base (601). Quatro orifícios de ventilação (610) se projetam radialmente através da parede de cortador sendo circunferencialmente espaçados separados e se estendendo genericamente a partir do segundo anteparo (619) na superfície (608) dentro da seção intermediária (602). Adicionalmente, um terceiro conjunto de quatro orifícios de ventilação (611) se estende radialmente a partir da cavidade (600) na seção de extremidade (603) correspondendo para uma posição de superfície de extremidade em domo (608) em uma extremidade axial da superfície anular (615). Uma área de seção transversal combinada dos orifícios dos nove orifícios de ventilação (609, 610, 611) é aproximadamente igual a ou ligeiramente de menos do que uma área de seção transversal da passagem de suprimento de fluido (501). Em concordância com isso, esta geometria e vedação relativas proporcionadas por anel em O (509) proporciona uma pressão positiva dentro da cavidade interna (600) quando o cortador rotativo (103) é montado no fuso (200) e ar é suprido através das passagens (501), (301), (302) e (400), tal como é apresentado e divulgado na Figura 9 e na Figura 10.

[0046] Cada perna articulada (105) e fuso (200) também compreende uma respectiva passagem de by-pass (900) se estendendo entre a passagem de suprimento de fluido (501) e a seção de base (201) de fuso (200). Em particular, a passagem de by-pass (900) compreende uma primeira extremidade (901) em comunicação com a passagem de suprimento de fluido (501) e uma segunda extremidade (902) proporcionada na superfície de base de mancal (304). Com o cortador rotativo (103) montado em posição no fuso (200), a passagem de by-pass (900) é alinhada substancialmente paralelamente para o eixo geométrico longitudinal (613) do cortador rotativo (103) sendo transversal ou perpendicular para a passagem de suprimento de fluido (501). A extremidade de passagem (902) emerge em uma seção em recesso radialmente externa (1000) da superfície de suporte de mancal (304) de maneira tal a ser axialmente em recesso a partir de uma face de extremidade (1001) de mancais de rolo (204). Adicionalmente, a extremidade de fluxo de ar de saída de passagem de by-pass (900) é localizada embarcada da vedação (509) de maneira tal que o fluxo de ar é direcionado no interior de cavidade de cortador (600). A passagem de by-pass (900) pode ser dividida em uma pluralidade de passagens de by-pass (900) saindo em diferentes respectivas regiões da superfície de suporte de mancal (304). Adicionalmente, em concordância com implementações específicas adicionais da presente invenção, a ferramenta de broca rotativa (100) pode compreender uma pluralidade de passagens de by-pass (900) se estendendo genericamente a partir da mesma localização da passagem de suprimento de fluido (501) e saindo na superfície de suporte de mancal (304) em diferentes localizações radialmente e circunferencialmente espaçadas separadas.

[0047] Referindo-se para as Figuras 11 até 14, a superfície de suporte de mancal (304) é dividida radialmente em uma superfície interna (1101) e uma superfície externa (1100). A superfície interna (1101) é ligeiramente axialmente elevada relativamente para a superfície externa (1100) de maneira tal a proporcionar um suporte para uma parte da face de extremidade dos mancais de rolo maiores (204). Em concordância com a implementação específica da presente invenção, a passagem de by-pass (900) compreende uma pluralidade de passagens saindo da superfície de suporte de mancal (304) em diferentes localizações com todas as passagens de by-pass se estendendo a partir da passagem de suprimento de fluido (501).

[0048] Em particular, uma primeira passagem de by-pass (1102) se estende a partir da passagem de suprimento de fluido (501) para sair na superfície interna (1101). Uma segunda passagem de by-pass (1104) se estende a partir da passagem de suprimento de fluido (501) para sair na superfície externa (1100) sendo circunferencialmente espaçada separada a partir da primeira passagem de by-pass (1102). Uma segunda passagem de by-pass (1103a) e uma terceira passagem de by-pass (1103b) são alinhadas paralelas uma para a outra e posicionadas lado a lado para se estender a partir da passagem de suprimento de fluido (501) para sair na superfície externa (1100) e sendo circunferencialmente espaçadas separadas a partir da segunda passagem de by-pass (1104). Em concordância com isso, três passagens de by-pass (1103a), (1103b) e (1104) saem do fuso (200) na superfície externa (1100) e uma passagem de by-pass única (1102) sai do fuso (200) na superfície interna (1101). Uma tal configuração é efetiva para proporcionar um suprimento de ar direto para a região subscrita dos mancais de rolo (204) e para proporcionar uma corrente de fluxo de ar apropriada para entrega e circulação otimizadas na integridade de montagem de mancal. A presente configuração de passagem de by-pass é também vantajosa, em determinadas concretizações da presente invenção, para proporcionar um desejado fluxo de ar de exaustão no flange de base (208) do fuso (200) na junção com a perna (105). A presente configuração de passagens de by-pass (900), [(1102) até (1104)] pode ser implementada com uma configuração de cortador “aberta” ou “semi-vedada” com e sem a vedação (509), respectivamente. Onde o cortador compreende a vedação (509), as passagens de by-pass (900) podem ser configuradas para proporcionar um fluxo ou ar de exaustão relativamente pequeno a partir do flange de base (208) no canal (305). A presente disposição é vantajosa pelo fato de que quando implementada em uma concretização semi-vedada, seguindo-se da utilização [e desgaste do cortador (103), e potencialmente da vedação (509)], um maior volume de ar irá ser possibilitado para exaustão na base do fuso (200) na região do flange (208). Entretanto, a maior parte da corrente de fluxo de ar de exaustão irá fluir através dos orifícios de ventilação (609), (610) e (611) quando implementada em concordância com a concretização semi-vedada das Figuras 1 até 14.

[0049] A Figura 15 ilustra uma concretização adicional da presente configuração de passagem de by-pass implementada sobre uma disposição de cortador ‘aberto’ sem uma vedação de fuso de base (509). Da mesma forma como com a passagem de by-pass de disposição semi-vedada (900) é efetiva para desviar um fluxo de ar (1500) a partir da corrente de fluxo de ar principal (1504) fluindo através da passagem de suprimento de fluido (501). O fluxo de ar desviado (1500) é suprido diretamente para a região de base do fuso nos mancais de rolo maiores (204) como é indicado esquematicamente pelas flechas (1501) [os mancais de rolo (204) foram removidos para propósitos ilustrativos].

[0050] Específica para a configuração de cortador ‘aberto’, e onde o cortador (103) não compreende orifícios de ventilação (609), (610) e (611), a corrente de fluxo de ar é direcionada para fluir em torno da montagem de mancal genericamente dentro da cavidade de cortador (600) e para sair da cavidade de cortador (600) por intermédio da corrente (1505) fluindo entre a superfície voltando-se radialmente para fora do flange de fuso (208) e a superfície voltando-se radialmente para dentro (618) da cavidade de cone (600). O fluxo de ar (1502) então continua radialmente para fora a partir do flange (208) e dentro do canal (305) para proporcionar uma corrente de fluxo de ar de exaustão (1503) no canal (305). Uma tal configuração é efetiva para deslocar a sujeira e os detritos acumulados a partir do entorno do emboque de cavidade (604) e para prevenir ingresso para a cavidade (600) e em contato com os mancais (204), (205) e (206) e o fuso (200).

[0051] As passagens de distribuição de fluxo de ar (302, 400) são benéficas para distribuir o suprimento de ar para a região de superfície de snoochie de alta carga/fricção (1002) e para as superfícies de contato entre os plugues de impulsão piloto (212a, 212b). As passagens de distribuição (302, 400) proporcionam controle efetivo da distribuição de fluxo de ar para todas as regiões da montagem de mancal o que em adição para a passagem de bypass (900) serve para refrigerar e para limpar as superfícies de contato de alta fricção entre o fuso (200), os mancais (204, 205, 206) e partes da superfície interna de cone (616) de maneira tal que as mesmas não superaquecem e nem se desgastam prematuramente.

[0052] Adicionalmente, os orifícios de ventilação (609, 610, 611) são especificamente posicionados nas regiões de canto da cavidade interna (600) correspondendo para as junções entre as três seções internas (601, 602, 603). O posicionamento relativo e a área de seção transversal dos orifícios de ventilação (609, 610, 611) é efetivo/a para controlar a exaustão do suprimento de ar de limpeza e de refrigeração a partir da ferramenta de broca rotativa (100) de maneira tal a proporcionar um caminho de fluxo de ar otimizado em torno dos componentes de alta carga e alta fricção precedentemente para a exaustão. A respectiva localização das extremidades de saída dos orifícios de ventilação (609, 610, 611) nas diferentes seções axiais da superfície externa de cone (617) é efetiva para assegurar que rocha de corte e detritos venham a ser constantemente ejetada/os a partir de todas as partes da superfície externa pelo fluxo de ar de exaustão.

[0053] Portanto, apesar de a presente invenção ter sido descrita em concordância com exemplificação específica e concretização preferida, aqueles especializados no estado da técnica irão apreciar que a presente invenção pode ser concretizada com um número de modificações e de variações sendo conceptível sem afastamento do espírito inventivo da presente invenção, que é unicamente limitada pelo escopo de proteção das reivindicações anexas.

Claims

1. Ferramenta de broca rotativa (100) para corte de rocha, compreendendo: - um corpo principal tendo uma perna (105); - um fuso (20) se projetando a partir da perna (105) para montar um cortador rotativo (103) por meio de uma pluralidade de mancais (204, 205, 206), a pluralidade de mancais (204, 205, 206) incluindo um primeiro conjunto de mancais de rolos, um segundo conjunto de mancais de rolo e um conjunto de mancais de esferas, em que o fuso inclui um eixo geométrico longitudinal, uma região base, uma pista de base estendendo-se axialmente entre a região base e uma pista de mancal, a pista de mancal com uma superfície externa côncava e estendendo-se axialmente entre a região base e um ombro anular e uma seção anular estendendo-se axialmente entre a pista de mancal e uma extremidade do fuso, o ombro anular posicionado axialmente entre a pista de mancal e a extremidade; - uma passagem de suprimento de fluido (501) se estendendo através da perna (105) e tendo uma extremidade terminal (505) posicionada em comunicação com uma passagem de direcionamento de fluido (301) se estendendo através do fuso (200), pelo menos uma parte da passagem de direcionamento de fluido (301) configurada para possibilitar que pelo menos algum dos mancais (205) venha a ser carregado em posição entre o fuso (200) e o cortador rotativo (103), em que o cortador inclui pelo menos um orifício de ventilação posicionado em ou na direção a um ápice do cortador e um fluido recebido da passagem de direcionamento de fluido saindo da ferramenta a partir de pelo menos um orifício de ventilação; - uma passagem de by-pass (900) que se estende através da região de base (208) do fuso (200), a passagem de by-pass (900) emergindo na pista de base e tendo uma primeira extremidade em comunicação com uma seção da passagem de suprimento de fluidos a montante da extremidade terminal e uma segunda extremidade que emerge da região de base do fuso para fornecer fluido ao primeiro conjunto de mancais de rolos, a pista de base sendo disposta para montar o primeiro conjunto de mancais de rolos na região base do fuso, caracterizada pelo fato de o conjunto de mancais de rolos ser posicionado na pista de mancal axialmente entre o primeiro conjunto de mancais de rolos e o terminal do fuso, uma extremidade da passagem de direcionamento de fluido emergindo na pista de mancal, a segunda extremidade da passagem de by-pass emergindo no primeiro conjunto de mancais de rolos, em que o segundo conjunto de mancais de rolos são montados na seção anular no terminal do fuso e o conjunto de mancais de rolo são montados axialmente entre os primeiro e segundo conjuntos de mancais de rolos; e pelo menos uma passagem de distribuição que se estende dentro do fuso e provida em comunicação com a passagem de direcionamento de fluido, em que a passagem de direcionamento é dividida em pelo menos duas passagens, uma primeira passagem saindo do fuso no ombro e uma segunda passagem saindo do fuso no terminal.

2. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a passagem de by-pass (900) se estende transversal ou perpendicularmente à passagem de suprimento (501).

3. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a passagem de by-pass (900) é alinhada paralelamente com um eixo geométrico longitudinal (307) do fuso (200).

4. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o canal de base (202) é definido, em parte, por uma superfície de suporte de mancal (304) alinhada perpendicular ou transversalmente para um eixo geométrico longitudinal (307) do fuso (200) e a passagem de by-pass (900) emergindo na superfície de suporte de mancal (304).

5. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que uma superfície de extremidade (1001) de cada um do primeiro conjunto de mancais de rolo (204) é posicionada em contato com a superfície de suporte de mancal (304), a passagem de by-pass (900) emergindo adjacente às superfícies de extremidade (1001) de cada um do primeiro conjunto de mancais de rolo (204).

6. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de adicionalmente compreender uma vedação anular (509) posicionada entre a região de base (208) do fuso (200) e do cortador (103) para restringir fluido saindo da ferramenta (100) na região de base (208), a vedação (509) definindo uma região semi-vedada interna do cortador (103) na qual os mancais (204, 205, 206) são localizados.

7. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a segunda extremidade (902) da passagem de by-pass (900) emerge na região interna.

8. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma área de seção transversal da passagem de by-pass (900) é substancialmente igual a ou de menor do que uma área de seção transversal de cada uma da primeira passagem de distribuição (302) e da segunda passagem de distribuição (400).

9. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a passagem de by-pass de fluido é uma passagem de by-pass única (900) se estendendo em comunicação entre a seção da passagem de suprimento (501) e os mancais (204, 205, 206).

10. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a passagem de by-pass de fluido é uma pluralidade de passagens de by-pass (900) se estendendo a partir de pelo menos uma seção da passagem de suprimento (501) à montante da extremidade terminal (505).

11. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende três conjuntos de orifícios de ventilação (609, 610, 611), um primeiro conjunto de orifícios de ventilação (609) sendo posicionado em ou na direção de uma base (208) do cortador (103), um terceiro conjunto de orifícios de ventilação (611) sendo posicionado em ou na direção de um ápice (109) do cortador (103) e um segundo conjunto de orifícios de ventilação (610) sendo posicionado axialmente entre o primeiro (609) e o terceiro conjuntos de orifícios de ventilação (611); - em que a passagem de by-pass (900) emerge a partir do fuso (200) em uma posição axialmente mais próxima a região de base (208) do cortador (103) relativamente a uma posição na qual o primeiro conjunto de orifícios de ventilação (609) se estende através do cortador (103).