CN102470526B - 保护岩石钻机不受腐蚀的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种作为用于撞击钻探的岩石钻机的一部分的装置、锤式岩石钻探机中的接合部以及用于保护钻机不受腐蚀的方法，其中，该装置包括具有至少一个平的端部平面(3)的壳体部分。端部平面由至少第一区域(4)和第二区域(8)构成，其中，该第一区域(4)包括端部平面(3)的外部轮廓(5)的至少一部分并且由抗腐蚀材料构成。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于保护腐蚀环境中的撞击式岩石钻机的装置和方法。
背景技术
由于实践的原因，撞击式岩石钻机包括称为壳体部分的多个大型部分，这些大型部分借助于螺栓接合部保持在一起以形成钻机。典型的壳体部分是前部部分、齿轮箱壳、中间部分、圆筒部分和后锤头(backhead)。壳体部分中的每一个容纳用于机床的功能所需的大量部分，例如，撞击活塞、活塞导向件、阀导向件、减震活塞等。由于技术和经济上的原因，壳体部分由硬化钢制成。所选材料选择成满足几个功能要求、制造要求以及经济要求。
术语“分离平面”在本文中限定为在已经组装的接合部中的两个壳体部分之间的接触表面，并且其表示所有接触的表面，不论它们相对于纵向轴线的取向如何都是这样。接合部中的分界表面传递动力。
术语“端部平面”在本文中将限定为包含在一个且相同的分界平面中的任何一个壳体部分的表面的全体。
端部平面被抛光成平面的并且通常定向成使得它们垂直地横向于纵向轴线。端部表面的质量和表面光洁度对于钻机的功能至关重要，并且很难获得完全平的端部平面。如下文中将要解释的，最轻微的倾斜或不规则可能对机床造成灾难性的后果。
在地下钻探的撞击式岩石钻机使用现存的水将钻屑从钻头和钻孔中冲走。存在于矿中的水通常是酸性的、含盐的并且高腐蚀性的。来自周围环境的酸性的、含盐的并且腐蚀性的冲洗水进入钻机的接合部中的分界平面中的不规则部并且导致腐蚀。其起始于浸蚀掉最外部表面的腐蚀，并且这导致水能够侵袭的另外的不规则部。端部平面上的腐蚀侵袭的程度通常是确定壳体部分的寿命的因素。
可用一种用于保护在使用时分离平面不受腐蚀性水和钻屑的渗入的已知的方法。该方法是将软密封件放入端部平面的槽中。该方法导致在特定腐蚀性环境中槽外部的材料腐蚀，并且这又导致密封槽和密封件被破坏，由此引起泄露。
此外，在用于地下的液压钻机中先前已知：与油混合的加压空气形式的润滑剂供应至作为接合部的一部分的端部表面。构思为：除了润滑剂之外，当在端部表面之间的任何位置处出现小裂缝时，在这种情况下将要流出的油和空气的混合物将阻止水和钻屑的渗入。如果腐蚀起始于端部表面的外部边缘——除此之外，例如不使用钻机时也都可能出现的——那么随着时间的推移会形成通道，油和加压空气混合物的较大一部分能够穿过该通道。这导致端部平面的其它部分不能被润滑，并且因此不能被保护。在不存在润滑的情况下，因为运行过程中钻机中的端部平面之间经常发生微移动，因此存在过热和焙烧至卡住。
因此，需要一种用于保护作为撞击式岩石钻机中的接合部的一部分的分离平面和端部平面的装置和方法，并且以这种方式减小岩石钻探的运行成本。现有技术的解决方法不能满足这些需求。
发明内容
本发明的目的是提供对于使用者来说使岩石钻探更加节省成本的装置和方法，并且特别是在具有酸性、含盐的和腐蚀性水的采矿环境中是这样。
根据第一方面，本发明涉及一种用作用于撞击式钻探的岩石钻机的一部分的装置。该装置包括具有至少一个端部平面的壳体部分，该至少一个端部平面由第一区域和第二区域构成，其中第一区域包括端部平面的至少一部分外部轮廓并且由抗腐蚀材料构成。
术语“抗腐蚀材料”在此处用于表示生锈缓慢或未显示生锈的趋势的材料。
主要地，端部平面的边缘的一部分包括布置在抗腐蚀的材料中的一部分外部轮廓。端部平面的外部边缘在向外的方向上密封，并且因此在接合部的外部轮廓中消除了的腐蚀侵袭所需的条件，并且使腐蚀侵袭的危险最小化。本发明因此具有如下优点：改善分离平面中对于腐蚀侵袭的抵抗性能，并且其主要防止裂隙腐蚀。
作为接合部的一部分并且当钻机在不使用时也存在暴露于腐蚀性水的危险的端部平面部分布置成由抗腐蚀材料制成。抗腐蚀材料应该具有很高的密度以便能够阻止水进入。此外，该材料应该具有与基底材料的硬度相对应的硬度，以便实现对于耐用性的高的要求。抗腐蚀材料可以由例如，不锈钢、包含钴和铬的合金(例如，商标为Stellite的产品)、或适合的陶瓷材料构成。
本发明的目的是阻止接合部的分离表面中的表面腐蚀侵袭。在根据本发明的设有多个壳体部分并且在压力下放置有油和加压空气混合物的岩石钻机中，如预定的那样，油和加压空气混合物将大部分保留在机床的壳体中并且将保护分离平面。以这种方式实现了有效的润滑和抵抗腐蚀侵袭的有效的保护。
该结果将使得壳体部分的寿命显著地增加，壳体部分对于使用者来说非常昂贵，由此每米钻孔的运行成本将相对低很多。
此外，本发明使得由于腐蚀分离平面以及钻机的相应的倾斜特性导致的所有类型的钻机问题的(出现)频率降低，并且这样进一步降低岩石钻探过程中的生产成本。
本发明部件不仅在包括加压分离平面的岩石钻机中起作用，而且在包括设置有例如O形环的密封件的分离平面的那些机床中也是起作用的。加压空气必须可以逃离加压分离平面。端部平面设置有径向定向的并且将油和空气混合物分布在大部分端部平面上的槽。有时在端部平面中特意布置泄露槽，该泄漏槽起始于钻机的内部部分，以便于不仅增加润滑空气在分离平面的分布，而且进一步控制空气混合物从而使得其润滑例如螺栓接合部。
一种替代方案是：第一区域包括端部平面的整个外部轮廓。在这种情况下的第一区域包括端部平面的整个边缘区域。
一种替代方案是：第一区域是沿壳体部分的纵向轴线延伸一定厚度的层的一部分并且因此也是钻机的一部分，这是因为壳体部分在岩石钻机中共轴地布置。
固定于抗腐蚀材料的壳体部分的替代附连方法是例如焊接、火焰喷镀和电镀。
一种替代方案是第二区域也由抗腐蚀材料构成。因此，整个端部平面由抗腐蚀材料构成。
本发明的一种实施方式由包括至少两个壳体部分的撞击式岩石钻机中的接合部组成。根据上述任何一种替代方案设计壳体部分，并且它们被布置成使得抗腐蚀材料区域处于密封接触。本发明的具有创新性的构思的一部分是：由抗腐蚀材料构成的区域具有相同的形式，从而使得它们在分离平面中彼此遮盖。
本发明的一种实施方式由包括如上所述地布置的至少一个接合部的撞击式钻机组成。接合部径向地定位成使得抗腐蚀材料的第一区域布置在岩石钻机中存在最大的腐蚀危险处。除了其它因素之外，这些区域的进行定位还考虑了岩石钻机的类型、接合部的类型、螺栓的类型以及它们在螺栓接合部中的定位。还考虑了岩石钻机不运行的情况下腐蚀的危险。
因此抗腐蚀材料的保护性边缘区域内不引起腐蚀。在具有非常酸性、含盐的或腐蚀性水的位置中，壳体部分实现寿命相对显著地增加，很可能增长几倍。
本发明的具有创新性的构思的一部分是：所述装置是在具有酸性水和含盐的水的至少一种的矿中用于地下钻探的岩石钻机的一部分。
如上文中已经描述的，岩石钻机的加压发生在其运行时从而使得油和空气混合物在压力下供给至钻机的内部。其目的在于，在运行过程中润滑以及保护壳体部分之间的以及壳体部分的一部分之间的接触表面和分离平面、部分壳体不受腐蚀。
如果端部平面具有表面缺陷或者如果它们不完全是平面，那么存在如下危险：加压油和空气混合物可能以不受控制的方式离开钻机而不是如上文所述在机床的内部循环以及润滑零部件。此外，存在这样的危险：酸性、含盐的以及腐蚀性的水中的至少一种渗入端部平面之间并且引起腐蚀。端部平面的腐蚀又导致另外的通路，油和空气混合物能够以不受控制的方式流动穿过该通路离开。
根据第二方面，本发明涉及一种用于保护用于使得撞击式钻探的岩石钻机不受腐蚀的方法，该岩石钻机包括具有多个壳体部分的多个接合部，壳体部分中的每一个包括由至少第一区域和第二区域构成的至少一个端部平面。第一区域包括端部平面的至少一部分外部轮廓并且由抗腐蚀材料构成。所述方法包括通过使用成对地类似地形成的第一区域接合多个壳体部分从而使得多个接合部中的第一区域以产生密封的方式彼此遮盖来组装岩石钻机。
该方法另外包括在运行过程中通过油和空气混合物加压岩石钻机中的接合部，由此每个接合部中第一区域密封且阻止油和空气混合物离开，并且同时密封和阻止周围的腐蚀性水渗入部件分离表面，由此油和空气混合物润滑作为每个分离平面一部分的第二区域。
根据本发明的方法具有如下优点：油和空气混合物润滑钻机的内部部件之间的接触表面，同时密封的端部平面阻止油和空气混合物以不受控制的方式穿过分离平面离开。
如果分离平面的外部部分从未腐蚀，油和加压空气混合物将大部分保留在钻机的壳体内并且其将如预定的那样保护所述平面。
在根据本发明的可替代的方法中，使得油和空气混合物通过第二区域离开。这能够在受引导和受控的方式下通过例如通过上述泄露槽的通道发生。
附图说明
下文中将基于附图，通过描述本发明的不同的实施方式，更加详细地解释本发明，在附图中，
图1示出了包括根据本发明的至少一个装置的撞击式岩石钻机，
图2是示出于图1中的岩石钻机的横截面，
图3示出了根据本发明的装置，
图4示出了根据本发明的可替代装置，
图5是穿过根据本发明的装置的一个部分的横截面。
具体实施方式
撞击式岩石钻机1(图1)包括已知为壳体部分1a-g的多个大型部分，这些壳体部分由例如螺栓接合部的接合部11保持在一起。典型的壳体部分是前部部分、齿轮箱壳、中间部分、圆筒部分和后锤头。壳体部分中的每一个包含机床功能所需的大量零件，例如锤活塞、活塞导向件、阀导向件以及减震活塞等。本发明不影响这些零件的功能。
图2是穿过根据图1的岩石钻机的横截面并且示出了每一对壳体部分的部件在组件上的分离平面7处接触。图2示出了第一壳体部分1f和第二壳体部分1g由多个螺栓9在接合部11处结合。
两个相邻的端部平面3(图3)形成钻机中的分离平面7。当所涉及的壳体部分由接合部11结合时，每个分离平面7因此由两个相对的端部平面3形成。可以说壳体部分的端部平面3组成用于钻机中邻近壳体部分的组装表面。
图3示出了壳体部分1c，壳体部分1c包括具有由抗腐蚀材料构成的第一区域4的端部平面3。第一区域4包括端部平面的外部轮廓5的部分5a并且因此包含端部平面3的外部边缘的一部分。当壳体部分1c已经被组装并且是岩石钻机1的部件时，根据上述说明，第一区域4将定位在钻机的存在高的腐蚀危险的区域。端部平面3还包括第二区域8，该第二区域8由壳体部分1c的基底材料——例如硬化钢——构成。
在可替代的实施方式中，第一区域4包括端部平面3的整个外部轮廓5并且因此其包含端部平面3的整个边缘区域12(图4)。
在加工壳体部分，例如图3中的壳体部分1c的过程中，围绕端部平面3的外部轮廓5的至少一部分磨削有槽。建议将槽磨削成几毫米深和大约10mm宽。然后通过焊接用抗腐蚀材料填充该槽。壳体部分随后被表面硬化并且加工完工。最终结果将会是具有如下的端部平面的壳体部分：该端部平面包括至少在一定程度上由抗腐蚀材料构成的边缘区域。
图5是通过图4中示出的端部平面3的外部边缘12的横截面。图5示出了根据上述说明制造的具有沿纵向轴线A的特定的厚度h的层10。第一区域4是层10的一部分并且由层10的外部限制表面组成。
包括根据本发明的壳体部分的岩石钻机具有多个分离平面7，每一个由两个端部平面3形成。岩石钻机因此具有由相对较高的密封的多个接合部11——通常是螺栓接合部——保持在一起的外部壳体。当岩石钻机开始运行时，使用油和空气混合物将其置于压力下，由此根据本发明的接合部11阻止来自周围环境的水通过分离平面7渗入并且此外阻止油和空气混合物通过分离平面7以不受控制的方式离开。本发明具有如下优点：接合部11能够更好地经受与含盐的、酸性的和腐蚀性的水接触，并不被腐蚀所侵袭。
应当指出，在根据本发明的钻机中的端部平面能够特意地设置有槽，从而使得油和空气混合物可以以受控制的方式流出进入分离平面7并且润滑这些平面。还能够使得该油和空气混合物继续流动和润滑例如作为接合部的部件的螺栓。
Claims (6)
1.一种旨在作为用于撞击式钻探的岩石钻机(1)的一部分的壳体部分(1a-g)，其中，所述壳体部分(1a-g)具有至少一个端部平面(3)，其特征在于，所述端部平面(3)至少由第一区域(4)和第二区域(8)构成，其中，所述第二区域(8)由基底材料制成，所述第一区域(4)包括所述端部平面(3)的外部轮廓(5)的至少一部分(5a)并且由与所述基底材料不同的抗腐蚀材料构成。
2.根据权利要求1所述的壳体部分(1a-g)，其中，所述第一区域(4)包括所述端部平面(3)的整个所述外部轮廓(5)。
3.一种包括两个根据权利要求1或2所述的壳体部分(1c，1d)的锤式岩石钻机中的接合部(11)，其特征在于，在所述壳体部分(1c，1d)中，相关的由抗腐蚀材料构成的所述第一区域(4c，4d)是相同的形状并且布置成在分离平面(7)中密封接触。
4.一种包括至少一个根据权利要求3所述的接合部(11)的用于撞击式钻探的岩石钻机(1)，其特征在于，所述接合部(11)径向地定位，从而使得抗腐蚀材料制成的相关的所述第一区域(4c，4d)相互遮盖并且布置在所述钻机的腐蚀危险最大的区域中。
5.一种保护用于撞击式钻探的岩石钻机不受腐蚀的方法，所述岩石钻机包括具有多个壳体部分(1a-g)的多个接合部(11)，所述多个壳体部分(1a-g)中每一个包括至少一个端部平面(3)，其中所述端部平面(3)至少由第一区域(4)和第二区域(8)构成，其中所述第二区域(8)由基底材料制成，所述第一区域(4)包括所述端部平面(3)的外部轮廓(5)的至少一部分(5a)并且由与所述基底材料不同的抗腐蚀材料构成，由此所述方法包括：
通过用相似地成对形成的所述第一区域(4)在分离平面(7)中接合多个壳体部分(1a-1g)从而使得所述多个接合部(11)中的所述第一区域(4)以产生密封的方式彼此遮盖，来组装所述岩石钻机，以及
在运行过程中利用油和空气混合物加压所述岩石钻机(1)中的所述接合部(11)，由此在每个所述接合部中的所述第一区域(4)密封并且阻止所述油和空气混合物离开，并且同时密封和阻止周围环境中的腐蚀性水渗入所述分离平面(7)，由此，所述油和空气混合物润滑作为每个所述分离平面(7)的一部分的所述第二区域(8)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，使得所述油和空气混合物经由所述端部平面(3)中的特意设置的槽而离开，以润滑这些平面。
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