CN113348294A - 岩钻布置和岩钻机 - Google Patents

Abstract

一种岩钻布置(100)，包括冲击装置(1)，该冲击装置(1)包括框架(2)、处在所述框架(2)中的压力腔室(3a、3b)和布置在该冲击装置(1)中的活塞(4)。该布置还包括用于将所述冲击装置(1)附接到滑架(6)的后安装布置(5)、用于将所述冲击装置(1)附接到机器部件(10)的前安装布置(7)、沿所述活塞的轴向方向(X)布置在所述后安装布置(5)的前侧上的至少一个前压力蓄积器(8)以及布置在所述后安装布置(5)的后侧上的至少一个后压力蓄积器(9)。所述前压力蓄积器(8)和后压力蓄积器(9)连接到所述压力腔室(3a、3b)中的一个压力腔室并且布置用以吸收所述压力腔室(3a、3b)中的压力脉动。

Description

岩钻布置和岩钻机

技术领域

本发明涉及一种岩钻布置(arrangement)。

本发明还涉及一种岩钻机。

背景技术

岩钻机包括冲击装置，该冲击装置为正被操作的用于钻凿材料的钻具提供冲击脉冲。冲击装置包括朝冲击方向和返回方向移动的往复活塞。冲击装置包括后压力腔室和前压力腔室。为了使活塞向冲击方向移动，向后压力腔室提供高压。为了使撞击活塞往回移动，向后压力腔室提供低压，由此撞击活塞通过在前压力腔室中保持不变的高压的效应而往回移动。然而，活塞的运动也可以通过其它方式实现。

由于压力腔室中的压力介质的压力不断变化，压力腔室中可能会出现气穴。这可能会导致冲击装置的劣化。为了降低气穴的风险，已知将压力蓄积器连接到压力腔室。

当钻孔具有大直径时，在冲击装置中使用长活塞是有利的，因为长活塞比具有常规尺寸的活塞提供更好的冲击动力学。长活塞明显比常规活塞长。

长活塞冲击装置带来的问题是，由于它们的尺寸，与常规冲击装置相比，它们需要更多的空间。

发明内容

从第一方面来看，可以提供一种岩钻布置，该岩钻布置包括：冲击装置，该冲击装置包括框架、处在该框架中的压力腔室、布置在冲击装置中的活塞；后安装布置，该后安装布置用于将冲击装置附接到滑架；前安装布置，该前安装布置用于将冲击装置附接到机器部件；至少一个前压力蓄积器，所述至少一个前压力蓄积器沿活塞的轴向方向布置在后安装布置的前侧上；以及至少一个后压力蓄积器，所述至少一个后压力蓄积器布置在后安装布置的后侧上，该前压力蓄积器和后压力蓄积器连接到压力腔室中的一个压力腔室并且布置用以吸收所述压力腔室中的压力脉动。

因此，可以实现装配在常用钻机中的岩钻布置。此外，可以实现具有高容量压力蓄积器并且因此有能力吸收压力振动的岩钻布置。

从第二方面来看，可以提供一种包括上述钻凿布置的岩钻机。

该布置和方法的特征在于独立权利要求中所陈述的内容。一些其它实施例的特征在于其它权利要求中所陈述的内容。本专利申请的说明书和附图中还公开了创造性的实施例。本专利申请的发明内容也可以通过除了在所附权利要求书中限定的方式以外的其它方式来限定。发明内容也可以由若干个单独的发明构成，特别是如果根据明确的或隐含的子任务或鉴于获得的益处或益处群组来审查本发明的话。鉴于单独的发明构思，包含在所附权利要求书中的限定中的一些限定可能是不必要的。在基本发明构思的范围内，本发明的不同实施例的特征可以应用于其它实施例。

在一个实施例中，该布置包括至少两个前压力蓄积器。优点是蓄积器靠近前压力腔室。

在一个实施例中，该布置包括四个前压力蓄积器。优点是可以增加连接到被布置在框架中的压力腔室的压力蓄积器的总容积。

在一个实施例中，该布置包括至少两个后压力蓄积器。优点是可以将蓄积器布置成靠近活塞的后压力腔室。

在一个实施例中，(一个或多个)前压力蓄积器中的至少一个前压力蓄积器是高压(HP)蓄积器，高压(HP)蓄积器的预填充压力在50巴至150巴的范围内。优点是，在前压力腔室中，用于提供活塞的有效冲击运动的高压可以得以维持。在实施例中，压力范围是50巴至100巴。优点是，可以延长高压(HP)蓄积器的部件(诸如，弹性隔膜)的使用寿命。

在一个实施例中，(一个或多个)前压力蓄积器中的每一个前压力蓄积器都是高压(HP)蓄积器。优点是，可以相对于活塞优化HP蓄积器的位置。

在一个实施例中，(一个或多个)后压力蓄积器中的至少一个后压力蓄积器是低压(LP)蓄积器，低压(LP)蓄积器的预填充压力在1巴至5巴的范围内。优点是，LP蓄积器靠近活塞的后压力腔室，并且可以降低其中发生气穴的风险。在实施例中，压力为2巴至4巴，这尤其匹配于与冲击装置一起使用的典型的罐压力。

在一个实施例中，(一个或多个)后压力蓄积器中的每一个后压力蓄积器都是低压(LP)蓄积器。优点是可以有效降低气穴风险。

在一个实施例中，压力蓄积器布置在框架的一侧上。优点是，蓄积器不会阻碍冲击装置附接在钻凿布置中。

在一个实施例中，压力蓄积器中的至少一个压力蓄积器布置在框架的顶部上。优点是，可以增加压力蓄积器的数目和容量。

在一个实施例中，该布置包括两个低压(LP)蓄积器，所述两个低压(LP)蓄积器布置在活塞的轴向方向X上的不同位置处。优点是，可以相对于冲击装置的压力腔室对LP蓄积器的位置进行优化。

在一个实施例中，所有压力蓄积器具有同一大小。优点是，蓄积器的零件中的至少一些零件可以是相同的，从而简化了冲击装置的维护。

在一个实施例中，后安装布置相对于轴向方向垂直地对齐。优点是，冲击装置可以简单地附接到岩钻机中常用的滑架。

在一个实施例中，后安装布置相对于轴向方向倾斜地对齐。优点是，后安装布置的位置使得可以优化压力蓄积器的位置。

在一个实施例中，活塞是长活塞。优点是，它可以提供更好的冲击动力学，尤其是在制作大直径孔时。

附图说明

在附图中更详细地描述了说明本公开的一些实施例，在附图中图1是钻机的示意侧视图，

图2a是布置的细节的示意透视图，

图2b是局部横截面形式的布置的细节的示意性侧视图，以及

图3a至图3d是实施例的细节的示意性侧视图。

在图中，为了清楚起见，简化地示出了一些实施例。相似的部分在图中用相同的附图标记标示。

具体实施方式

图1是包括岩钻布置100的钻机的示意性侧视图。岩钻布置100借助于悬臂12连接到可移动载架11。然而，岩钻布置100也可以以另一种方式布置到载架11。

所示的可移动载架11在轮子上移动。在另一个实施例中，载架11例如在履带上移动。

岩钻布置100附接到滑架6，该滑架6布置在进给梁13中。滑架6和随着滑架6的岩钻布置100可以借助于进给装置(未示出)在进给梁13上移动。

岩钻布置100在其前端处包括用于连接钻具15的柄部14(图2a、2b中所示)。钻具15可以包括一个或多个钻杆16和布置在钻具15的远端处的钻头17。

岩钻布置100还可以包括用于使柄部14和钻具15旋转的旋转装置(未示出)。

岩钻布置100包括冲击装置1，该冲击装置1被布置用以对钻具15生成冲击脉冲。冲击装置的细节在本说明书中的后面描述。

在钻凿现场，用岩钻单元100钻凿一个或多个钻孔。钻孔可以在如图1中所示的水平方向上或在竖直方向上或在水平方向和竖直方向之间的任何方向上钻凿。所公开的解决方案被称为顶锤钻凿。

图2a是示意性透视图并且图2b是局部横截面形式的岩钻布置的细节的示意性侧视图。

岩钻布置100具有冲击装置1，该冲击装置1包括框架2、处在该框架2中的压力腔室3a、3b以及布置在冲击装置1中的往复活塞4。该活塞可以布置用以在冲击装置1的工作循环期间在活塞的轴向方向X上在框架2中来回移动。活塞4的所述运动由被导引到框架的压力腔室3a、3b并且作用在活塞4的工作压力表面上的加压的压力介质(通常是液压流体)激励。在图2b中所示的实施例中，分配器19控制压力腔室中流体的进出，使得在活塞的压力腔室之间引起移动活塞的合适的力。

在实施例中，所使用的活塞4明显长于常规活塞。然而，应当注意，本发明还可以适用于包括具有常规长度的活塞的冲击装置。

后安装布置5被布置用于将框架2附接到滑架6。图中所示的后安装布置5包括两个紧固凸耳18，所述两个紧固凸耳18具有作为安装孔的贯通孔并且相对于轴向方向垂直布置。

紧固装置(诸如螺钉或螺栓)可以装配在安装孔中。安装孔可以是空白的或包括(一个或多个)螺纹。在实施例中，后安装布置5没有任何附接装置，而仅包括接触表面，该接触表面被布置用以承受冲击装置1的至少部分重量并且将所述重量传递到岩钻布置100的下方结构，例如传递到滑架6。

在另一个实施例中，后安装布置5被实现为没有凸耳或类似特征，而是包括轴环元件，该轴环元件在框架2上延伸并且将冲击装置1附接到例如滑架6。

此外，冲击装置1可以包括至少一个前安装布置7，用于将冲击装置1附接到机器部件10。在图2a、图2b中所示的实施例中，所述机器部件10是布置在冲击装置1和齿轮箱21之间的间隔元件20。前安装布置7包括与所述间隔元件20中的安装孔对应的安装孔。图2a、图2b中所示的实施例还包括附接到齿轮箱21的冲洗(flushing)单元22。

在实施例中，机器部件10是齿轮箱。

在实施例中，机器部件10是冲洗单元。

在又一实施例中，机器部件10是与后安装布置5附接的同一滑架6。

根据一方面，冲击装置1包括：至少一个前压力蓄积器8，其沿活塞的轴向方向X布置在后安装布置5的前侧上；以及至少一个后压力蓄积器9，其布置在后安装布置5的后侧上。前和后压力蓄积器8、9连接到框架的压力腔室3a、3b中的一个压力腔室。

“后安装布置的前侧”在本说明书中是指冲击装置的位于后安装布置和钻具15之间的部分或部段。

“后安装布置的后侧”在本说明书中是指冲击装置的不位于后安装布置和钻具15之间的部分或部段。

在图2中所示的实施例中，冲击装置1中有四个前压力蓄积器8和两个后压力蓄积器9。

将蓄积器8、9中的一些蓄积器放置在后安装布置5的后侧上，使得可以选择后安装布置5的位置，从而即使装备有长活塞的冲击装置1也可以附接到对于针对具有常规活塞的冲击装置设定尺寸的钻机设定尺寸的滑架。

压力蓄积器8、9在实践中是压力储存储存器，在该压力储存储存器中，液压流体被保持在由外部源施加的压力下。在所示的实施例中，外部源是压缩气体。气体可以是例如氮气。

在该实施例中，压力蓄积器包括具有由弹性隔膜、全封闭气囊或浮动活塞分隔开的两个腔室的缸。这些腔室中的一个腔室包含液压流体并且连接到框架的压力腔室3a、3b中的一个压力腔室。压力蓄积器的另一个腔室包含处在压力下的气体，该气体对液压流体提供压缩力。随着被压缩的气体的体积变化，气体的压力和液压流体上的压力相反地变化。

应当注意，在一些其它实施例中，可以通过例如弹簧而不是气体来产生外部源。

压力蓄积器8、9使得冲击装置1的液压系统能够更快地响应于流体的临时需求，并且平缓脉动。它是一种储能装置。此外，尤其是低压蓄积器可以降低框架的那些压力腔室和/或与其连接的活塞的压力腔室中的气穴风险。

压力蓄积器8、9布置在冲击装置的框架2的两侧上，使得位于第一侧上的蓄积器与位于框架2的第二侧上的蓄积器面对面或相对，即它们处于活塞的轴向方向X上的同一位置。然而，该布置不是强制性的布置。

在图2中所示的实施例中，所有的前压力蓄积器8都是高压(HP)蓄积器，其预填充压力可以在50巴至150巴、优选50巴至100巴的范围内选择。多个HP蓄积器可以减少连接到冲击装置1的压力软管的压力脉冲。

此外，所有后压力蓄积器9都是低压(LP)压力蓄积器。低压蓄积器的预填充压力可以在1巴至5巴、优选2巴至4巴的范围内选择。

然而，应当注意的是，LP蓄积器和HP蓄积器可以相对于后安装布置5不同地组织。

在实施例中，在前压力蓄积器8中存在LP压力蓄积器和HP压力蓄积器两者。后压力蓄积器9也可以包括LP蓄积器和HP蓄积器两者。因此，从至少一个LP蓄积器和至少一个HP蓄积器到压力腔室3a、3b的距离很短。

在实施例中，两个LP蓄积器在框架2中至少基本上相对的位置处附接。

在实施例中，两个HP蓄积器在框架2中至少基本上相对的位置处附接。

在实施例中，LP蓄积器与HP蓄积器在至少基本相对的位置处附接。

图3a至图3d是实施例细节的示意性侧视图。

在图3a中，示出了包括仅一个前压力蓄积器8和一个后压力蓄积器9的实施例。在一些方面中，这可以是本发明的最简单的实施例。在实施例中，前压力蓄积器8是连接到框架2的前压力腔室的HP蓄积器，而后压力蓄积器9是连接到框架的后压力腔室的LP蓄积器。应当注意的是，前压力蓄积器8和后压力蓄积器9可以布置在框架2的同一侧上。此外，可以将压力蓄积器中的至少一个压力蓄积器布置在框架2的顶部上，即相对于滑架的相反位置上。

图3b示出了包括三个前压力蓄积器8和两个后压力蓄积器9的实施例。在实施例中，前压力蓄积器8是HP蓄积器，两个前压力蓄积器都连接到框架2的前压力腔室3a。后压力蓄积器9是LP蓄积器并且连接到框架的后压力腔室3b。

在本发明的一些实施例中，前压力蓄积器8和后压力蓄积器9中的至少一个压力蓄积器布置在框架2的顶部上。图3b示出了如下实施例，在该实施例中，前压力蓄积器8中的一个前压力蓄积器布置在框架2的顶部上。

在实施例中，冲击装置包括具有至少两种大小的压力蓄积器。图3c示出了该实施例的示例，其包括四个前压力蓄积器8，包括两个较小的压力蓄积器和两个较大的压力蓄积器。通过选择蓄积器的大小，可以针对待执行的工作操作优化冲击装置1的性能。

图3d示出了如下实施例的示例，其中，后安装布置5相对于轴向方向X倾斜地对齐。

本发明不仅仅限于上述实施例，而是在由所附权利要求书限定的本发明构思的范围内，许多变化是可能的。在本发明构思的范围内，不同实施例和应用的属性可以与另一个实施例或应用的属性结合使用或替换另一个实施例或应用的属性。

附图和相关描述仅旨在说明本发明的构思。本发明可以在所附权利要求书中限定的发明构思的范围内在细节上变化。

附图标记列表

1 冲击装置

2 框架

3a、b 压力腔室

4 活塞

5 后安装布置

6 滑架

7 前安装布置

8 前压力蓄积器

9 后压力蓄积器

10 机器部件

11 载架

12 悬臂

13 进给梁

14 柄部

15 钻具

16 钻杆

17 钻头

18 紧固凸耳

19 分配器

20 间隔元件

21 齿轮箱

22 冲洗单元

100 岩钻布置

X 轴向方向

Claims (14)

1.一种岩钻布置(100)，包括：

-冲击装置(1)，所述冲击装置(1)包括：

--框架(2)，

--压力腔室(3a、3b)，所述压力腔室(3a、3b)处于所述框架(2)中，

--活塞(4)，所述活塞(4)被布置在所述冲击装置(1)中，

-后安装布置(5)，所述后安装布置(5)用于将所述冲击装置(1)附接到滑架(6)，

-前安装布置(7)，所述前安装布置(7)用于将所述冲击装置(1)附接到机器部件(10)，

-至少一个前压力蓄积器(8)，所述至少一个前压力蓄积器(8)沿所述活塞的轴向方向(X)被布置在所述后安装布置(5)的前侧上，以及

-至少一个后压力蓄积器(9)，所述至少一个后压力蓄积器(9)被布置在所述后安装布置(5)的后侧上，

-所述前压力蓄积器(8)和所述后压力蓄积器(9)被连接到所述压力腔室(3a、3b)中的一个压力腔室并且被布置用以吸收所述压力腔室(3a、3b)中的压力脉动。

2.根据权利要求1所述的布置，包括至少两个前压力蓄积器(8)。

3.根据权利要求1或2所述的布置，包括四个前压力蓄积器(8)。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的布置，包括至少两个后压力蓄积器(9)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的布置，其中，所述前压力蓄积器(8)中的至少一个前压力蓄积器是高压(HP)蓄积器，所述高压(HP)蓄积器的预填充压力在50巴至150巴、优选地是50巴至100巴的范围内。

6.根据权利要求5所述的布置，其中，所述前压力蓄积器(8)中的每一个前压力蓄积器都是高压(HP)蓄积器。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的布置，其中，所述后压力蓄积器(9)中的至少一个后压力蓄积器是低压(LP)蓄积器，所述低压(LP)蓄积器的预填充压力在1巴至5巴、优选地是2巴至4巴的范围内。

8.根据权利要求7所述的布置，其中，所述后压力蓄积器(9)中的每一个后压力蓄积器都是低压(LP)蓄积器。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的布置，其中，所述压力蓄积器(8、9)被布置在所述框架(2)的一侧上。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的布置，其中，所述压力蓄积器(8、9)中的至少一个压力蓄积器被布置在所述框架(2)的顶部上。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的布置，包括两个低压(LP)蓄积器，所述两个低压(LP)蓄积器被布置在所述活塞的所述轴向方向(X)上的不同位置处。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的布置，其中，所述后安装布置(5)相对于所述轴向方向(X)垂直地对齐。

13.根据权利要求1-12中的任一项所述的布置，其中，所述后安装布置(5)相对于所述轴向方向(X)倾斜地对齐。

14.一种岩钻机，包括根据前述权利要求中的任一项所述的钻凿布置(100)。

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