BRPI0609452A2

BRPI0609452A2 - dispositivo de percussão

Info

Publication number: BRPI0609452A2
Application number: BRPI0609452-0A
Authority: BR
Inventors: Markku Keskiniva; Jorma Moki; Mauri Esko; Erkki Ahola
Original assignee: Sandvik Mining & Constr Oy
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2010-04-06
Also published as: FI117548B; JP2008534294A; EP1861228B1; WO2006100350A1; CA2602937C; EP1861228A1; KR20070116657A; CN101146654B; PL1861228T3; EP1861228A4; JP4898780B2; US20090025948A1; ZA200707456B; FI20055133A; NO20075341L; AU2006226277B2; US8061434B2; AU2006226277A1; RU2386527C2; KR101182612B1

Abstract

DISPOSITIVO DE PERCUSSãO. A presente invenção se refere a um método para controlar a operação de um dispositivo de percussão operado a fluído de pressão, e também a um dispositivo de percussão operado a fluido de pressão. O método compreende induzir o formato de uma onda de tensão mediante estabelecimento de um adequado afastamento entre um pistão de transmissão (5) e uma ferramenta (3) . O dispositivo de percussão é dotado de meios para ajustar o dito afastamento entre o pistão de transmissão (5) e a ferramenta (3)

Description

"DISPOSITIVO DE PERCUSSÃO"

Campo da Invenção

A presente invenção se refere a um método paracontrolar a operação de um dispositivo de percussão operadoa fluido de pressão, compreendendo: meios para alimentar ofluido de pressão dentro do dispositivo de percussão etambém para descarregar o mesmo do dispositivo depercussão; meios para produzir uma onda de tensão atravésda pressão do fluido de pressão para uma ferramenta quepode ser conectada ao dispositivo de percussão, paramovimentação numa direção longitudinal em relação ao corpodo mesmo, os meios para produção da onda de tensãocompreendendo uma câmara de processamento no corpo dodispositivo de percussão e um pistão de transmissão providona câmara de processamento, para movimentação numa direçãolongitudinal da ferramenta em relação ao corpo dodispositivo de percussão, o pistão de transmissão tendo umasuperfície de transferência de energia revestindo aferramenta para permitir à mesma ser trazida em contato coma superfície receptora de energia da ferramenta ou de umahaste conectada à ferramenta; meios para fazer com que apressão do fluido de pressão que prevalece na câmara deprocessamento impulsione o pistão de transmissão na direçãoda ferramenta, de modo a comprimir a ferramenta na . suadireção longitudinal por meio da pressão do fluido depressão que atua no pistão de transmissão, de modo que umaonda de tensão seja produzida na ferramenta; e de formacorrespondente, meios para fazer com que o pistão detransmissão retorne à sua posição de origem.

Além disso, a invenção se refere a um dispositivode percussão operado a fluido de pressão, compreendendo:meios para alimentar o fluido de pressão dentro dodispositivo de percussão e também para descarregar o mesmodo dispositivo de percussão; meios para produzir uma ondade tensão através da pressão do fluido de pressão para umaferramenta que pode ser conectada ao dispositivo depercussão, para movimentação numa direção longitudinal emrelação ao corpo do mesmo, os meios para produção da ondade tensão compreendendo uma câmara de processamento nocorpo do dispositivo de percussão e um pistão detransmissão provido na câmara de processamento, paramovimentação numa direção longitudinal da ferramenta emrelação ao corpo do dispositivo de percussão, o pistão detransmissão tendo uma superfície de transferência deenergia revestindo a ferramenta para permitir à mesma sertrazida em contato com a superfície receptora de energia daferramenta ou de uma haste conectada à ferramenta; meiospara fazer com que a pressão do fluido de pressão queprevalece na câmara de processamento impulsione o pistão detransmissão na direção da ferramenta, de modo a comprimir aferramenta na sua direção longitudinal por meio da pressãodo fluido de pressão que atua no pistão de transmissão, demodo que uma onda de tensão seja produzida na ferramenta; ede forma correspondente, meios para fazer com que o pistãode transmissão retorne à sua posição de origem.Nos dispositivos de percussão apresentados noestado da técnica, os golpes são gerados por meio de umpistão de percussão alternado, que, tipicamente, é acionadohidráulica ou pneumaticamente e, em alguns casos,eletricamente ou por meio de um motor de combustão. Umaonda de tensão é criada em uma ferramenta, tal como, umavara de perfuração, quando o pis tão de percussão se chocacom a extremidade de impacto de uma haste de broca ou deuma ferramenta.

Um problema que ocorre com os dispositivos depercussão do estado da técnica é que o movimento alternadodo pistão de percussão gera forças de aceleração dinâmicaque tornam o equipamento dificil de controlar. Ao mesmotempo, na medida em que o pis tão de percussão acelera nadireção do choque, o corpo do dispositivo de percussãotende a se movimentar na direção oposta, dessa forma,diminuindo a força de pressão da broca de perfuração ou daponta da ferramenta no material a ser tratado. Para mantera força de pressão da broca de perfuração ou da ferramentacontra o material a ser tratado suficientemente alta, odispositivo de percussão deve ser impulsionado na direçãodo material com" uma suficiente força. A força adicionaldeve então ser levada em consideração nas estruturas desuporte do dispositivo de percussão, assim como, em todosos lugares, o que aumenta não apenas o tamanho e massa doequipamento, mas, também, os custos de fabricação do mesmo.A massa do pistão de percussão provoca uma força deinércia, a qual restringe a freqüência do movimentoalternado do pistão de percussão e, dessa forma, afreqüência do impacto, embora, esta última deva sersignificativamente elevada de seu nivel ocorrente, a fim dese obter um desempenho mais eficiente. Entretanto, taissoluções correntes levam a uma considerável deterioração daeficiência de operação, o que significa não ser possível naprática. Além disso, nos dispositivos de percussão doestado da técnica, é bastante dificil se controlar a forçade percussão conforme as condições de perfuração. Alémdisso, o estado da técnica apresenta dispositivos depercussão em que a onda de tensão é gerada através derápida compressão da ferramenta contra o material a serquebrado, sem liberação de um golpe ou curso.

Breve Descrição da Invenção

Constitui um obj etivo da invenção proporcionar ummétodo para controlar um dispositivo de percussão e aindaum dispositivo de percussão, preferivelmente, para umequipamento de perfuração de rochas ou similar, o queproporciona menores inconvenientes do que as soluçõesapresentadas pelo estado da técnica, com relação às forçasdinâmicas provocadas pelas operações de impacto, permitindoque a freqüência de golpes seja aumentada mais facilmentedo que atualmente é possivel. Um adicional objetivo dainvenção é de proporcionar um método para controlar umdispositivo de percussão e ainda um dispositivo depercussão, permitindo que o formato, comprimento e/ououtras características de uma onda de tensão transmitidapara uma ferramenta sejam ajustadas de maneira simples.

0 método da invenção é caracterizado porcompreender: induzir o formato da onda de tensão medianteajuste de um afastamento entre a superfície detransferência de energia do pistão de transmissão e a ditasuperfície receptora de energia, antes do fluido de pressãoser permitido de impulsionar o pistão de transmissão nadireção da ferramenta, de modo que quando o afastamentoestiver no seu mínimo espaçamento, a superfície detransferência de energia do pistão de transmissão entra emcontato com a superfície receptora de energia da ferramentaou de uma haste conectada à ferramenta, no momento em que oefeito da pressão do fluido de pressão se inicia, a onda detensão sendo, assim, produzida substancialmente pelo efeitoda força de pressão produzida pela pressão isolada dofluido de pressão e transmitida para a ferramenta pelopistão de transmissão, seu comprimento sendosubstancialmente igual ao tempo efetivo da força de pressãoque atua sobre a ferramenta, enquanto que quando oafastamento se encontrar no seu maior espaçamento, a ondade tensão é substancialmente produzida pelo impacto dopistão de transmissão, o qual foi criado como resultado deum movimento do pistão de transmissão causado pela pressãodo fluido de pressão sobre a superfície receptora deenergia da ferramenta ou de uma haste conectada àferramenta, a extensão da onda de tensão sendosubstancialmente de duas vezes a extensão do pistão detransmissão.

0 dispositivo de percussão da invenção écaracterizado pelo fato de compreender meios para induzir oformato da onda de tensão mediante ajuste de um afastamentoentre a superfície de transferência de energia do pistão detransmissão e a dita superfície receptora de energia, antesdo fluido de pressão ser permitido de impulsionar o pistãode transmissão na direção da ferramenta, de modo que quandoo afastamento estiver no seu minimo espaçamento, asuperfície de transferência de energia do pistão detransmissão entra em contato com a superfície receptora deenergia da ferramenta ou de uma haste conectada àferramenta, no momento em que o efeito da pressão do fluidode pressão se inicia, a onda de tensão sendo, assim,produzida substancialmente pelo efeito da força de pressãoproduzida pela pressão isolada do fluido de pressão etransmitida para a ferramenta pelo pistão de transmissão,seu comprimento sendo substancialmente igual ao tempoefetivo da força de pressão que atua sobre a ferramenta,enquanto que quando o afastamento se encontrar no seu maiorespaçamento, a onda de tensão é substancialmente produzidapelo impacto do pistão de transmissão, o qual foi criadocomo resultado de um movimento do pistão de transmissãocausado pela pressão do fluido de pressão sobre asuperfície receptora de energia da ferramenta ou de umahaste conectada à ferramenta, a extensão da onda de tensãosendo substancialmente de duas vezes a extensão do pistãode transmissão.

Uma idéia básica da invenção é que o afastamentoentre o pistão de transmissão e a ferramenta, entre opistão de transmissão e uma peça de transmissão providaentre o pistão de transmissão e a ferramenta, ou entre apeça de transmissão e a ferramenta, seja provida de umdesej ado tamanho para que se produza uma desej ada onda detensão na ferramenta.

Uma vantagem da presente invenção é que um golpegerado do tipo pulsante não necessite de um movimento dopistão de percussão sobre um longo percurso alternado e,assim, não existindo grande quantidade de massa a sermovimentada de um lado para outro na direção do golpe,tendo como resultado que as forças dinâmicas criadas sãopequenas se comparadas com aquelas do estado da técnica depistoes de percussão alternados pesados. Além disso, essaconfiguração permite que a freqüência de golpes sejaaumentada, sem substancialmente diminuir a eficácia. Umaadicional vantagem da invenção é que através do ajuste doafastamento entre o elemento de percussão e a ferramenta, oformato e/ou outras características da onda de tensãotransmitida para a ferramenta são facilmente aj ustáveis,conforme requerido pelas condições de processamento, como adureza do material a ser perfurado ou golpeado.

Breve Descrição dos DesenhosA invenção será agora descrita em maioresdetalhes fazendo-se referência aos desenhos anexos, em que:

a figura 1 representa uma vista esquemática de umprincipio de operação de um dispositivo de percussão, deacordo com a invenção;

a figura 2 representa uma vista esquemática de umamodalidade do dispositivo de percussão, de acordo com ainvenção;

a figura 3 representa uma vista esquemática de umasegunda modalidade do dispositivo de percussão, de acordocom a invenção;

a figura 4 representa um gráfico esquematico ilustrando aoperação do dispositivo de percussão da invenção, comdiferentes valores de afastamento;

a figura 5 representa uma vista esquemática de umaterceira modalidade do dispositivo de percussão, de acordocom a invenção;

a figura 6 representa uma vista esquemática de uma outramodalidade do dispositivo de percussão, de acordo com ainvenção; e

a figura 7 representa uma vista esquemática de ainda umaoutra modalidade do dispositivo de percussão, de acordo coma invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

Nas figuras 1 a 7, os mesmos componentes recebemas mesmas referências numéricas e seu funcionamento ecaracterísticas não serão repetidos em conexão com cadafigura, mais do que for necessário para o entendimento dapresente divulgação.

A figura 1 representa uma vista esquematica de umprincipio de operação de um dispositivo de percussão dapresente invenção. A figura mostra um dispositivo depercussão (1) e seu corpo (2) desenhado com linhastracejadas, uma extremidade do corpo sendo provida de umaferramenta (3) que é longitudinalmente móvel em relação aodispositivo de percussão (1)* No interior do corpo (2), sedispõe uma câmara de processamento (4), dentro da qual umfluido de pressão é suprido de diferentes maneiras, a seremdescritas adiante, para geração de uma onda de tensão. Acâmara de processamento (4) é parcialmente definida por umpistão de transmissão (5) , localizado entre a câmara e aferramenta (3) e móvel na direção axial da ferramenta (3),em relação ao corpo (2). O dispositivo de percussão éimpulsionado na direção do material a ser quebrado,conforme indicado pela seta (Fs), para possibilitar à pontada ferramenta (3) , isto é, mais comumente uma broca deperfuração, ser pressionada com suficiente força contra omaterial (M) a ser quebrado. Uma vez que o pi st ao detransmissão (5) é submetido a um fluido de pressãopressurizado que impulsiona o pistão de transmissão (5) nadireção da ferramenta (3), a força de pressão (Fp) geradapela pressão (P) é transmitida através do pistão detransmissão (5) para comprimir a ferramenta (3) e, dessaforma, provocar uma onda de tensão na ferramenta (3), aonda se propaga na direção da seta (A), através daferramenta (3), dentro do material (M) a ser quebrado.

A figura 2 representa uma vista esquematica deuma modalidade de um dispositivo de percussão da invenção.A câmara de processamento (4) é conectada através de umcanal (4a) a uma fonte de pressão, tal como, uma bomba afluido de pressão (7) , a qual alimenta fluido de pressãopressurizado dentro da câmara (4) . No outro lado do pistãode transmissão (5) , oposto à câmara de processamento (4) ,se dispõe uma câmara de retorno (6), a qual, por sua vez, éconectada através de um canal (9) e uma válvula (8) à fontede fluido de pressão, tal como, uma bomba a fluido depressão (7), a qual alimenta fluido de pressão pressurizadoà válvula (8) através de um canal (14a). A partir daválvula (8) , se dispõe um conduto de retorno de fluido depressão (14b) para um recipiente de fluido de pressão (10).

Na situação mostrada na figura 2, é realizada umaoperação de retorno do pistão de transmissão (5), o quesignifica que o fluido de pressão é suprido dentro dacâmara de retorno (6) sob o controle da válvula (8) , demodo que o pistão de transmissão se mova na direção dacâmara de processamento (4) até que tenha se assentado nasua posição mais superior ou traseira, conforme mostrado nafigura 2. Ao mesmo tempo, o fluido de pressão édescarregado da câmara de processamento (4). A posiçãotraseira do pistão de transmissão (5) no dispositivo depercussão (1) é aquela que utiliza soluções mecânicas, taiscomo, diferentes colares ou batentes, implementada namodalidade da figura 2 por um colar (2a) e a superfícietraseira da flange (5a) . Durante a operação, o dispositivode percussão (1) é impulsionado na direção do material aser tratado por uma força (Fs) , conhecida como força dealimentação, que mantém a ponta da ferramenta (3) , isto é,a broca de perfuração ou dispositivo similar, em contatocom o material ser tratado. Quando o pistão de transmissão(5) tiver se movimentado conforme a posição mostrada nafigura 2, a válvula (8) é movimentada em uma outra posição,permitindo, dessa forma, o fluido de pressão serbruscamente descarregado da câmara de retorno (6), dentrodo recipiente de fluido de pressão (10). Isso permite aopistão de transmissão (5) ser impulsionado na direção daferramenta (3) através do efeito do fluido de pressão já nacâmara de processamento (4) e da circulação do fluido queocorre a partir da bomba de fluido de pressão (7). Apressão que atua no pistão de transmissão (5) na câmara deprocessamento (4) gera uma força de pressão que impulsionao pistão de transmissão (5) na direção da ferramenta (3). Aforça de pressão, por sua vez, comprime a ferramenta (3)quando a superfície de transferência de energia (5b) dopistão de transmissão (5) e a superfície receptora deenergia (3a) da ferramenta ou de uma haste conectada àmesma estiverem em contato entre si. Como resultado, égerada uma súbita força de compressão na ferramenta (3),através do pistão de transmissão (5), produzindo-se, então,uma onda de tensão que se estende pela ferramenta (3) parao material a ser tratado. A partir do material a sertratado, um pulso conhecido como pulso refletido, retornaatravés da ferramenta (3) , dessa forma, impulsionando opistão de transmissão (5) de volta para a câmara deprocessamento, a energia do pulso refletido sendo, assim,transmitida dentro do fluido de pressão na câmara deprocessamento (4) . Ao mesmo tempo, a válvula (8) é movidade volta para a posição mostrada na figura 2, e o fluido depressão é novamente suprido dentro da câmara de retorno(6), de modo a impulsionar o pistão de transmissão (5) paradentro de sua predeterminada posição traseira.

Existem diversas alternativas para selecionar assuperfícies de pressão do pistão de transmissão (5) , istoé, uma superfície (Al), revestindo a câmara deprocessamento (4) e uma superfície (A2) revestindo a câmarade retorno (6) . A alternativa mais simples é aquelamostrada na figura 2, em que as superfícies diferem detamanho. Nesse caso, áreas superficiais adequadamenteselecionadas irão permitir uma pressão igual ser aplicadaem ambos os lados do pistão de transmissão (5). Portanto, ofluido de pressão pode ser suprido às câmaras a partir damesma fonte. Isto facilita a implementação do dispositivode percussão e proporciona uma adicional vantagem, isto é,que o pistão de transmissão (5) pode ser facilmente dotadode uma flange tipo colar (5a), formada sobre o mesmo, e ocorpo com um colar correspondente (2a) , o colar (2a) docorpo (2) determinando a posição traseira do pistão detransmissão (5), isto é, a posição mais superior na figurae a posição em que a geração da onda de tensão sempre seinicia. É também possivel se ter áreas superficiais deigual tamanho, em cujo caso a pressão deve ser mais altana câmara de retorno (6) do que na câmara de processamento(4) .

A figura 2 mostra ainda por meio de exemplo, umpistão auxiliar (3b), formado para a ferramenta (3) ouhaste conectada à mesma e localizado em um espaçocilíndrico (11), provido no corpo do dispositivo depercussão. 0 espaço cilíndrico (11), por sua vez, éconectado à bomba de fluido de pressão (7) através de umcanal (12) e uma válvula (13), de modo a permitir ao fluidode pressão ser alimentado dentro do espaço cilíndrico (11)com a finalidade de ajustar o tamanho de um afastamento (d)marcado na figura, de modo a se obter uma desej adatransferência de energia e uma forma de onda de tensão.Mediante alimentação dentro do espaço cilíndrico (11) deuma quantidade de fluido de pressão igual a um volumeespecifico, é formado um afastamento (d) entre o pistão detransmissão (5) e a ferramenta (3) em um lado ou umasuperfície de impacto de uma haste conectada à mesma emoutro lado. 0 afastamento (d) pode obter um valor que variaentre zero e um valor desejado, por exemplo, no máximo de 2mm. Um afastamento adequadamente ajustado permite a energiatransmitida à ferramenta ser dividida, de um modo, emenergia de impacto e, de outro modo em energia detransferência. A energia de impacto pode ser definida pelaseguinte fórmula:

Eimpacto = ^ mvbonde:

Eimpacto = energia de impacto;

m = massa do pistão de transmissão;

Vto = velocidade do pistão de transmissão no momento em queo mesmo se choca com a ferramenta.

De forma correspondente, a energia detransferência pode ser definida pela seguinte fórmula:Es = /Fpds (no intervalo de s0 a si)= /Fpvdt (no intervalo defo a fi) ,onde:

Es = energia de transferência;

so = posição da ponta da ferramenta no instante de tempo to,quando o pistão de transmissão entra em contato com aferramenta e começa a compressão;

Si = posição da ponta da ferramenta no instante de tempo ti,quando termina a compressão;

Fp = força de pressão gerada pela pressão e que atua naferramenta.

A energia de impacto, Eimpactof é transferidaquando a superfície de transferência de energia (5b) dopistão de transmissão (5) se choca com a superfíciereceptora de energia (3a) da ferramenta ou da haste, deforma rápida, após a pressão começar a impulsionar o pistãode transmissão (5) na direção da ferramenta (3) . Quantomaior for o afastamento, maior será a quantidade de energiatransferida na forma de energia de impacto e,correspondentemente, menor será a quantidade transferidacomo energia de transferência, a partir do instante em queo pistão de transmissão (5) se apoiar contra a ponta daferramenta, diretamente ou através de uma peça detransmissão separada. Esse ajuste é particularmenteaplicável para golpear ou perfurar diferentes tipos dematerial rochoso, de modo que um maior afastamento é usadopara material rochoso mais duro e uma menor quantidade deenergia é transferida como energia de impacto, enquanto queum menor afastamento é para ser usado para material rochosomais mole e uma maior quantidade de energia é transferidacomo energia de transferência.

A figura 3 representa uma vista esquemática de umsegundo dispositivo de percussão, adequado paraimplementação do método da presente invenção. Essamodalidade difere da apresentada acima pelo fato de que ofluido de pressão não é alimentado continuamente dentro dacâmara de processamento (4) , mas a pressão do fluido depressão é obrigada a atuar diretamente sobre o pistão detransmissão (5) de forma alternada através da câmara deprocessamento (4) e da câmara de retorno (6). Quando emoperação, o dispositivo de percussão é impulsionado parafrente com uma força (Fs) , de modo que um colar (3b') daferramenta (3) se apoia contra o corpo (2), ao mesmo tempoem que a ferramenta (3) entra em contato com o material queé o objeto do impacto, tal como, uma pedra ou rocha (nãomostrado), a qual deve ser quebrada. Na situação ilustradana figura 3, a válvula de controle (8) é usada parapermitir ao fluido de pressão circular rapidamente atravésdo conduto (9') dentro da câmara de processamento (4), ondeele atua sobre a superfície de pressão do pistão detransmissão (5) , se dispondo afastado da ferramenta. Aomesmo tempo, o fluido de pressão é permitido de deixar acâmara de retorno (6) através do canal (9). 0 bruscosurgimento do fluido de pressão pressurizado dentro dacâmara de processamento (4) gera um pulso de pressão, aforça que o mesmo produz impulsionando o pistão detransmissão (5) na direção da ferramenta (3) e, dessaforma, comprimindo a ferramenta na direção longitudinal damesma. Isso produz uma onda de tensão na haste deperfuração ou em outra ferramenta, a onda de tensão sedispondo na forma de uma onda que se propaga para a pontada ferramenta, tal como uma broca de perfuração, causandonesse local um impacto sobre o material a ser tratado pormeio de dispositivos de percussão conhecidos per si. Quandouma onda de tensão de uma desejada extensão é produzida, osuprimento do fluido de pressão dentro da câmara deprocessamento (4) é cortado por meio da válvula de controle

(8) , encerrando, dessa forma, a geração da onda de tensão eo fluido de pressão é permitido a circular a partir dacâmara de processamento (4) , através de um canal de retorno

(9') e válvula de controle (8) dentro do recipiente defluido de pressão (10). Ao mesmo tempo, o fluido de pressãoé suprido dentro da câmara de retorno (6), através do canal

(9) , para permitir ao pistão de transmissão (5) retroceder.Isso acontece mediante movimentação da válvula de controle(8) para a esquerda da posição mostrada na figura 3, paracruzar a conexão da alimentação do fluido de pressão ecanais de suprimento. O fluido de pressão é alimentadodentro da câmara de retorno (6) numa quantidade que irámovimentar o pistão de transmissão (5) na direção da câmarade processamento (4) em uma distância desej ada. Em outraspalavras, isso permite ser aj ustada a extensão doafastamento (d) entre a ferramenta e o pistão detransmissão, pelo fato de que o movimento de retorno daferramenta é interrompido quando o seu colar (3b') entra emcontato com o corpo (2) , mas o pistão de transmissão éainda capaz de se mover para trás. Correspondentemente, aoajustar a extensão e a pressão do pulso de pressão dofluido de pressão, é possivel se ajustar a extensão eintensidade da onda de tensão. Ainda outra maneira de seajustar as características do dispositivo de percussão é seajustar o tempo entre os pulsos e/ou a freqüência dealimentação dos pulsos e do afastamento. Se for objetivadauma situação em que o afastamento (d) = 0, o movimento deretorno do pistão de transmissão pode ser implementadomediante simples impulsionamento do dispositivo depercussão (1) na direção da ferramenta (3) com uma força dealimentação (Fs) . A ferramenta (3) , depois, impulsiona opistão de transmissão (5) para trás em uma adequadadistância.

0 efeito da força gerada pela pressão e daatuação sobre a ferramenta (3) através do pistão detransmissão (5) pode ser encerrado, também, de outrasmaneiras, mediante corte do suprimento do fluido de pressãodentro da câmara de processamento (4). Por exemplo, omovimento do pistão de transmissão (5) pode serinterrompido contra o colar (2'), pelo que a pressãoatuante na câmara de processamento (4), atrás do pistão detransmissão (5) não é mais capaz de impulsionar o pistão nadireção da ferramenta (3), em relação ao corpo (2).

A figura 4 é um gráfico esquemático da operaçãode uma modalidade da invenção e de sua transferência deenergia, numa situação em que é variado o afastamento entreo pistão de transmissão (5) e a ferramenta ou entre opistão de transmissão (5) e a peça de transmissão entre opistão de transmissão (5) e a ferramenta (3). A curva (A)ilustra a transferência de energia numa situação em que oafastamento (d) é de 0 mm. Nesse caso, a onda de tensão étransferida do pistão de transmissão (5) para a ferramenta,inteiramente na forma de energia de transferência. Nasituação ilustrada pela curva (B) , o afastamento (d) é de0,2 mm. Nesse caso, o pistão de transmissão (5) podeprimeiro, se mover na direção da ferramenta por 0,2 mm, semqualquer resistência. Depois de menos de 0,2 ms, portanto,é primeiro produzido uma onda de tensão na ferramentacausada pelo impacto do pistão de transmissão (5) ou dapeça de transmissão, entre o pistão e a ferramenta, sechocando com a ferramenta. Isto transfere energia do pistãode transmissão (5) para a ferramenta na forma de energia deimpacto. A partir dai, em um curso de tempo de até cerca de0,3 ms, a energia se transfere na forma de energia detransferência, na medida em que a força produzida pelapressão do fluido de pressão atua sobre o pistão detransmissão (5) e comprime a ferramenta. A curva (C) , porsua vez, ilustra uma situação em que o afastamento (d) é de0,4 mm, em que o pis tão de transmissão (5) se movimenta nadireção da ferramenta pelo curso de tempo de 0,25 ms, ondea maior parte da energia é transferida para a ferramenta naforma de energia de impacto e o restante na forma deenergia de transferência, pelo fato de que o pis tão detransmissão (5) e a ferramenta permanecem em contato entresi durante cerca de 0,1 ms.

A figura 5 é uma vista esquemática de umaterceira modalidade de um dispositivo de percussão, deacordo com a invenção. Essa modalidade se refere a ummétodo de controle do dispositivo de percussão da invenção,e a uma descrição básica do equipamento de controle domesmo.

O equipamento de controle é dotado de uma unidadede controle (15), que controla as funções do dispositivo depercussão. Adicionalmente, o número de referência (16)indica o equipamento de alimentação, que pode ser qualquertipo de equipamento de alimentação conhecido per si, paraimpulsionar o dispositivo de percussão (1) para frente, nadireção da ferramenta (3). A referência numérica (17)indica uma unidade para medição e ajuste do afastamento (d)durante a operação do dispositivo de percussão. Além disso,a referência numérica (18) indica válvulas de controle defluido de pressão que podem consistir de válvulas separadasou formar uma única configuração de válvula. 0 dispositivode alimentação (16) , a unidade de medição e ajuste deafastamento (17) e as válvulas de controle (18) sãoconectadas à unidade de controle (15) por meio de canais desinais (19-21), ilustrados com linhas tracejadas, os quaissão, tipicamente, condutos elétricos. A bomba de fluido depressão (7) e o recipiente de fluido de pressão (10) sãoconectados às válvulas de controle (18) por meio de canais(14a) e (14b), respectivamente, as válvulas de controle(18), por sua vez, sendo dotadas de canais de fluido depressão que levam ao equipamento de alimentação (16),dispositivo de impacto (1) e unidade de medição e ajuste deafastamento (17). Além disso, a unidade de controle (15)pode ser conectada à bomba (7), conforme mostrado por umalinha tracejada (22).

Quando o dispositivo de percussão se encontra emoperação, sensores providos na unidade de medição e ajuste(17) medem a operação do dispositivo de percussão (1), porexemplo, através da medição do afastamento (d) e/ou dopulso de retorno da onda de tensão proveniente daferramenta (3). Com base nesses valores de medição, oafastamento (d) é então ajustado conforme desejado, deacordo com as condições de perfuração. Do mesmo modo, aunidade de controle (15) pode também ser usada paracontrolar a alimentação e a pressão do fluido de pressão,assim como, as funções gerais do dispositivo de percussão,tanto por meio de guias manuais separados ouautomaticamente, com base nos parâmetros previamenteestabelecidos.A figura 6 representa ainda outra vista de umamodalidade do dispositivo de percussão da invenção. Oselementos essenciais dessa modalidade são as superfícies deseção transversal do pistão de transmissão (5) e aferramenta. Essa modalidade corresponde, por exemplo, àmodalidade da figura 3 e, portanto, não é consideradonecessário ser repetida a divulgação de detalhes j ádescritos. A superfície de pressão efetiva do pistão detransmissão é a sua superfície de seção transversal Apm quereveste a câmara de processamento. A correspondentesuperfície de seção transversal na ferramenta é Apt. A fimde tornar o esforço de compressão tão alto quanto possívelem relação às pressões do fluido de pressão disponível,seria vanta j oso se ter no pis tão de transmissão (5) umaárea de superfície Apm de pelo menos três vezes o tamanho daárea de seção transversal Apt da ferramenta (3) .

A figura 7 representa ainda outra vistaesquematica de um dispositivo de percussão adequado paraimplementação do método da presente invenção. Estamodalidade corresponde diferentemente à solução da figura3, exceto em que aqui a pressão do fluido de pressão atuasobre a câmara de retorno (6) durante todo o tempo daoperação, o fluido de pressão sendo alternativamentealimentado e descarregado da câmara de processamento (4)através da válvula de controle (8). Nesse caso, a força quecomprime a ferramenta (3) é criada como resultado dadiferença na área de superfície entre as superfícies depressão, pelo fato de que a superfície que cobre a câmarade processamento (4) é maior que a superfície que cobre acâmara de retorno (6). Na situação da figura 7, o pistão detransmissão (5) é submetido a uma força provocada pelapressão do fluido de pressão que prevalece na câmara deprocessamento (4) e se move na direção da ferramenta (3).

0 relatório descritivo acima e os desenhos anexosservem apenas para ilustrar a presente invenção, de nenhummodo restringindo a mesma. Um aspecto essencial da invençãoé que as características da onda de tensão são ajustadas aose proporcionar um afastamento de um desejado tamanho entreo pistão de transmissão e a ferramenta, de modo que aferramenta possa ser submetida a um esforço gerado apenaspela compressão ou a um esforço gerado apenas pele energiacinética causada por um impacto, ou a alguma formacombinada de esforço de algum tipo. Os diversos detalhes esoluções da modalidade ilustrada nas diferentes figuraspodem ser combinados de diversas maneiras para diferentesimplementações práticas.

Claims

1. Método para controlar a operação de umdispositivo de percussão (1) operado a fluido de pressão,compreendendo: meios para alimentar o fluido de pressãodentro do dispositivo de percussão e também paradescarregar o mesmo do dispositivo de percussão; meios paraproduzir uma onda de tensão através da pressão do fluido depressão sobre uma ferramenta (3) que pode ser conectada aodispositivo de percussão (1) , para movimentação numadireção longitudinal em relação ao corpo (2) do mesmo, osmeios para produção da onda de tensão compreendendo umacâmara de processamento (4) no corpo (2) do dispositivo depercussão (1) e um pistão de transmissão (5) provido nacâmara de processamento (4), para movimentação numa direçãolongitudinal da ferramenta (3) em relação ao corpo (2) dodispositivo de percussão, o pistão de transmissão (5) tendouma superfície de transferência de energia (5a) revestindoa ferramenta (3) para permitir a mesma ser trazida emcontato com a superfície receptora de energia (3a) daferramenta (3) ou de uma haste conectada à ferramenta;meios para fazer com que a pressão do fluido de pressão queprevalece na câmara de processamento (4} impulsione opistão de transmissão (5) na direção da ferramenta (3) , demodo a comprimir a ferramenta (3) na sua direçãolongitudinal por meio da pressão do fluido de pressão queatua no pistão de transmissão (5), de modo que uma onda detensão seja produzida na ferramenta (3); e de formacorrespondente, meios para fazer com que o pistão detransmissão retorne à sua posição de origem, caracterizadopelo fato de compreender: induzir o formato da onda detensão mediante aj uste de um afastamento (d) entre asuperfície de transferência de energia (5a) do pistão detransmissão (5) e a dita superfície receptora de energia(3a) , antes do fluido de pressão ser permitido deimpulsionar o pistão de transmissão (5) na direção daferramenta (3) , de modo que quando o afastamento (d)estiver no seu mínimo espaçamento, a superfície detransferência de energia (5a) do pistão de transmissão (5)entra em contato com a superfície receptora de energia (3a)da ferramenta (3) ou de uma haste conectada à ferramenta(3) , no momento em que o efeito da pressão do fluido depressão se inicia, a onda de tensão sendo, assim, produzida/substancialmente pelo efeito da força de pressão produzidapela pressão isolada do fluido de pressão e transmitidapara a ferramenta pelo pistão de transmissão (5) , seucomprimento sendo substancialmente igual ao tempo efetivoque a força de pressão atua sobre a ferramenta (3) ,enquanto que quando o afastamento (d) se encontrar no seumaior espaçamento, a onda de tensão é substancialmenteproduzida pelo impacto do pistão de transmissão (5), o qualfoi criado como resultado de um movimento do pistão detransmissão, causado pela pressão do fluido de pressão epela atuação sobre a superfície receptora de energia (3a)da ferramenta (3) ou de uma haste conectada à ferramenta(3), a extensão da onda de tensão sendo substancialmente deduas vezes a extensão do pistão de transmissão.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de se ajustar o afastamento (d) deacordo com as condições de perfuração.

3. Método, de acordo com as reivindicações 1 ou-2, caracterizado pelo fato de se reduzir o afastamento (d) ,a fim de aumentar a quantidade de energia de transferência(Es) causada pela compressão da onda de tensão.

4. Método, de acordo com as reivindicações 1 ou-2, caracterizado pelo fato de se aumentar o afastamento(d) , a fim de aumentar a quantidade de energia de impacto(Eimpacto) causada por um golpe de pis tão de transmissão naonda de tensão.

5. Método, de acordo com quaisquer dasreivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que otamanho do afastamento (d) é estabelecido de acordo com ascaracterísticas do material a ser perfurado.

6. Método, de acordo com quaisquer dasreivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que otamanho do afastamento (d) é estabelecido em um valor entre-0 e 2 mm.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que o tamanho do afastamento (d)é ajustado dentro de uma faixa de 0 a 2 mm.

8. Método, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que opistão de transmissão (5) é dotado de uma área superficialde pressão (Apm) que é pelo menos três vezes a áreasuperficial da seção transversal (Apt) da ferramenta.

9. Dispositivo de percussão operado a fluido depressão, compreendendo: meios para alimentar o fluido depressão dentro do dispositivo de percussão e também paradescarregar o mesmo do dispositivo de percussão (1); meiospara produzir uma onda de tensão através da pressão dofluido de pressão sobre uma ferramenta (3) que pode serconectada ao dispositivo de percussão (1) , paramovimentação numa direção longitudinal em relação ao corpo(2) do mesmo, os meios para produção da onda de tensãocompreendendo uma câmara de processamento (4) no corpo (2)do dispositivo de percussão (1) e um pistão de transmissão(5) provido na câmara de processamento (4) , paramovimentação numa direção longitudinal da ferramenta (3) emrelação ao corpo (2) do dispositivo de percussão, o pistãode transmissão (5) tendo uma superfície de transferência deenergia (5a) revestindo a ferramenta (3) para permitir àmesma ser trazida em contato com a superfície receptora deenergia (3a) da ferramenta (3) ou de uma haste conectada àferramenta; meios para fazer com que a pressão do fluido depressão que prevalece na câmara de processamento (4)impulsione o pistão de transmissão (5) na direção daferramenta (3), de modo a comprimir a ferramenta (3) na suadireção longitudinal por meio da pressão do fluido depressão que atua no pis tão de transmissão (5) , de modo queuma onda de tensão seja produzida na ferramenta (3) ; e deforma correspondente, meios para fazer com que o pistão detransmissão retorne à sua posição de origem, caracterizadopelo fato de que o dito dispositivo de percussão compreendemeios para induzir o formato da onda de tensão medianteajuste de um afastamento (d) entre a superfície detransferência de energia (5a) do pistão de transmissão (5)e a dita superfície receptora de energia (3a) , antes dofluido de pressão ser permitido de impulsionar o pistão detransmissão (5) na direção da ferramenta (3), de modo quequando o afastamento (d) estiver no seu minimo espaçamento,a superfície de transferência de energia (5a) do pistão detransmissão (5) entra em contato com a superfície receptorade energia (3a) da ferramenta (3) ou de uma haste conectadaà ferramenta (3), no momento em que o efeito da pressão dofluido de pressão se inicia, a onda de tensão sendo, assim,produzida substancialmente pelo efeito da força de pressãoproduzida pela pressão isolada do fluido de pressão etransmitida para a ferramenta pelo pistão de transmissão(5), seu comprimento sendo substancialmente igual ao tempoefetivo que a força de pressão atua sobre a ferramenta (3),enquanto que quando o afastamento (d) se encontrar no seumaior espaçamento, a onda de tensão é substancialmenteproduzida pelo impacto do pistão de transmissão (5), o qualfoi criado como resultado de um movimento do pistão detransmissão, causado pela pressão do fluido de pressão epela atuação sobre a superfície receptora de energia (3a)da ferramenta (3) ou de uma haste conectada à ferramenta(3), a extensão da onda de tensão sendo substancialmente deduas vezes a extensão do pistão de transmissão.

10. Dispositivo de percussão, de acordo com areivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o ditodispositivo compreende meios para receber uma força dealimentação e para suprir a mesma para a ferramenta (3) .

11. Dispositivo de percussão, de acordo com asreivindicações 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que osmeios para produzir a onda de tensão compreendem meios parasuprir fluido de pressão alternada e diretamente dentro dacâmara de processamento (4), de modo a atuar sobre aferramenta (3) através do pistão de transmissão e fora dacâmara.

12. Dispositivo de percussão, de acordo com asreivindicações 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que osmeios para gerar a onda de tensão compreendem meios paradirigir o fluido de pressão pressurizado continuamentedentro da câmara de processamento (4), para atuar sobre aferramenta (3) através do pistão de transmissão e meiospara alimentar o fluido de pressão alternadamente, de modoa atuar sobre o pistão de transmissão (5) através da câmarade retorno (6) disposta opostamente à câmara deprocessamento (4), de modo a impulsionar o pistão detransmissão (5) na direção da câmara de processamento (4)e, de forma correspondente, para fora da câmara de retorno(6), para permitir a pressão do fluido de pressão na câmarade processamento (4) impulsionar o pistão de transmissão(5) na direção da ferramenta.

13. Dispositivo de percussão, de acordo comquaisquer das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelofato de que os meios para ajustar o afastamento (d)compreendem meios para mover o pistão de transmissão (5)para uma predeterminada posição em relação ao corpo (2) dodispositivo de percussão (1), de modo a proporcionar umafastamento (d) de um tamanho desejado.

14. Dispositivo de percussão, de acordo comquaisquer das reivindicações 9 a 13, caracterizado pelofato de que o dito dispositivo compreende uma unidade decontrole (15), uma unidade (17) para medir e ajustar oafastamento (d) e pelo menos uma válvula de controle (8)para controlar o suprimento do fluido de pressão aodispositivo de percussão, e em que quando o dispositivo depercussão se encontra em operação, a unidade de controle(15) é conectada para controlar a unidade de medição eajuste do afastamento (17), com base nos parâmetrosmedidos.

15. Dispositivo de percussão, de acordo comquaisquer das reivindicações 9 a 14, caracterizado pelofato de que o dispositivo de percussão (1) pertence a umequipamento de perfuração de rocha ou similar.

16. Dispositivo de percussão, de acordo comquaisquer das reivindicações 9 a 15, caracterizado pelofato de que o dito dispositivo compreende uma válvula decontrole (8) para controlar o fluxo de fluido de pressãodentro e fora do dispositivo de percussão.

17. Dispositivo de percussão, de acordo com areivindicação 15, caracterizado pelo fato de compreendermeios para continuamente suprir fluido de pressão dentro dodito dispositivo de percussão (1) e em que a válvula decontrole (8) é configurada para controlar a descarga dofluido de pressão, periodicamente.

18. Dispositivo de percussão, de acordo comquaisquer das reivindicações 9 a 17, caracterizado pelofato de que o tamanho do afastamento (d) é estabelecido emum valor entre 0 e 2 mm.

19. Dispositivo de percussão, de acordo com areivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o tamanhodo afastamento (d) é ajustado dentro de uma faixa devalores de 0 a 2 mm.

20. Dispositivo de percussão, de acordo comquaisquer das reivindicações 9 a 18, caracterizado pelofato de a superfície de pressão (Apm) do pistão detransmissão (5) é de pelo menos três vezes a superfície deseção transversal (Apt) da ferramenta (3) .