ES2297401T3 - Dispositivo de columna perforadora, en particular para perforadora de roca hidraulica de fondo. - Google Patents
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Abstract
Máquina perforadora de roca de percusión comprendiendo: - un alojamiento (11); - una broca (15) instalada en la extremidad anterior del alojamiento y comprendiendo un canal de inyección de líquido axialmente transversal; - un martillo de pistón (50) en el alojamiento conteniendo un canal axial transversal (51) y estando predispuesto para impactar sobre la broca; - un medio (13) para conectar la máquina a una columna perforadora tubular; - una entrada (64) para la recepción de fluido motor bajo presión hidráulica desde la columna perforadora, - un tubo (35) fijado en el alojamiento y extendiéndose con un elemento deslizante en la extremidad trasera del canal axial (51) en el martillo de pistón, la extremidad posterior anular del martillo de pistón formando una primera superficie de pistón (53) en un primera cámara cilíndrica (54) para desplazar el martillo de pistón hacia delante; - una segunda superficie de pistón anular (56) del martillo de pistón en una segunda cámara cilíndrica (55) para desplazar el martillo de pistón hacia atrás; - una válvula (62) acoplada a dicha entrada (64) y comprendiendo una primera posición operativa para poner bajo presión dicha primera cámara cilíndrica (54) y una segunda posición para drenar la primera cámara cilíndrica en el tubo (35), y hacer oscilar así al martillo de pistón y proporcionar la inyección de líquido a la broca; - un conducto de control (40) con accesos (41, 42) controlados por la posición axial del martillo de pistón para accionar la válvula para el cambio entre sus posiciones; caracterizada por el hecho de que: - el martillo de pistón (50) presenta una primera y una segunda cavidades anulares (58, 59 respectivamente) sobre su superficie deslizante con el tubo (35); - un medio de paso (46) está dispuesto para poner bajo presión dicha primera cavidad (58); - dicho conducto de control (40) se extiende en el tubo (35) y tiene dichos medios de toma (41, 42) predispuestos para ser alternativamente abiertos en dichas primera y segunda cavidades (58, 59) en respuesta al movimiento del martillo de pistón; y - dicha segunda cavidad (59) está predispuesta para estar en comunicación con el canal (51) en el martillo de pistón al menos cuando el pistón se encuentra en posiciones posteriores.
Description
Dispositivo de columna perforadora, en
particular para perforadora de roca hidráulica de fondo.
La presente invención se refiere a una
perforadora de roca por percusión de fondo comprendiendo:
- un alojamiento;
- una broca instalada en la extremidad anterior del alojamiento y comprendiendo un canal de inyección de fluido axialmente;
- un martillo de pistón en el alojamiento comprendiendo un canal axial transversal (51) y estando dispuesto para impactar sobre la broca;
- un medio para conectar la máquina a una cabeza perforadora tubular;
- una entrada para la recepción de fluido motor bajo presión hidráulica desde la columna perforadora,
- un tubo fijado en el alojamiento y extendiéndose con un elemento deslizante en la extremidad trasera del canal axial en el martillo de pistón, la extremidad anular posterior del martillo de pistón formando una primera superficie de pistón en una primera cámara cilíndrica anular para desplazar el martillo de pistón hacia delante;
- una segunda superficie de pistón anular del martillo de pistón en una segunda cámara cilíndrica anular (55) para desplazar el martillo de pistón hacia atrás;
- una válvula acoplada a dicha entrada y comprendiendo una primera posición operacional para poner bajo presión dicha primera cámara cilíndrica y una segunda posición para drenar la primera cámara cilíndrica hacia el tubo, y estar así en reciprocidad con el martillo de pistón y proporcionar la inyección del líquido al trépano; y
- un conducto de control con accesos controlados por la posición axial del martillo de pistón para accionar la válvula para cambiar entre sus posiciones.
USA 5,107,944 expone una máquina del tipo
descrito anteriormente. El fluido motor para la reciprocidad del
martillo de pistón es agua y el agua es por lo tanto usada para
expulsar los residuos del agujero de perforación.
Un objetivo de la invención consiste en aumentar
la potencia que puede ser proporcionada por una máquina del tipo
descrito anteriormente. Este objetivo es obtenido cuando el
martillo de pistón tiene unas primera y segunda cavidades anulares
en su superficie que está dispuesta en deslizamiento en el tubo; un
medio de paso está dispuesto para poner bajo presión dicha primera
cavidad; dicho conducto de control se extiende en el tubo y tiene
dicho medio de toma dispuesto para estar abierto alternativamente
en dicha primera y segunda cavidades debido al movimiento del
martillo de pistón; y dicha segunda cavidad está dispuesta para
estar en comunicación con el canal en el martillo de pistón al
menos cuando el pistón está en posiciones posteriores.
El posicionamiento de los pasajes de conducto de
control, canales, cavidades y entradas permite por consiguiente
beneficiarse de un uso más eficaz del diámetro de la máquina y las
áreas de pistón pueden ser más anchas para que la máquina se vuelva
más potente.
La invención será explicada a continuación en
referencia a una forma de realización detallada por medio de
ejemplos, y en referencia al dibujo en el que
las Fig. 1a, 1b, y 1c forman juntas una sección
longitudinal a través de la perforadora tomada a lo largo de la
líneas 1-1 en las Fig. 3 y 4; la Fig. la mostrando
la parte anterior de la máquina, la Fig. 1b mostrando la parte
central de la máquina, y la Fig. 1c mostrando la parte posterior de
la máquina;
la Fig. 2 corresponde a la Fig. 1b pero muestra
algunos elementos en otras posiciones relativas;
la Fig. 3 muestra una sección transversal tomada
a lo largo de las líneas 3-3 en la Fig. 1b; y
la Fig. 4 muestra una sección transversal tomada
a lo largo de la líneas 4-4 en la Fig. 1b.
La perforadora hidráulica de roca representada
en las figuras posee un alojamiento de máquina que comprende un
tubo de alojamiento de máquina 11, un anillo de extremidad anterior
12 fijado al tubo 11, por ejemplo atornillado sobre este último, y
una cabeza posterior en forma de adaptador de columna perforadora
13, preferiblemente fijada al tubo de alojamiento 11 por atornillado
sobre este último.
El anillo de extremidad anterior 12 retiene una
broca 15, que puede ser convencional. La broca 15 tiene una cabeza
16 y un vástago 17. El vástago tiene una conexión ranurada 18 en el
anillo 12 y una porción 19 sin ranuras. Un anillo 20 está fijado
entre el anillo 12 y el tubo de máquina 11 e impide que la broca se
caiga. El anillo 20 está ranurado axialmente para poder ser montado.
La broca 15 puede así ser desplazada axialmente entre su posición
de extremidad posterior en la que está representada cuando su
cabeza se apoya contra la extremidad del anillo 12 y una posición
anterior en la que la porción posterior 21 de las ranuras descansa
sobre el anillo 20. La broca 15 tiene un canal de inyección de
líquido central dirigiéndose desde su vástago 17 hasta la
extremidad anterior de la broca para la alimentación del líquido de
inyección.
El adaptador 13 fija una fila de elementos
contra un hombro interno 22 en la extremidad anterior del tubo de
alojamiento de máquina 11. Esta fila de elementos incluye un
elemento anular 23 formando una camisa, un elemento de guiado
anular posterior 24, un manguito de separación 25, un elemento de
guiado anular anterior 26, y un anillo 27.
En el adaptador 13 se encuentra un soporte de
filtro 30 con una cabeza 31 fijada contra la camisa 23. La cabeza
31 forma un apoyo para un conjunto de muelles planos al sesgo 32
que a través de un anillo 33 fija un manguito 34 y un tubo 35
contra un hombro interno 36 en la camisa 23. La cabeza 31 y los
muelles tienen una perforación central y una boquilla 37 está
dispuesta para permitir un flujo hacia el exterior del soporte de
filtro. Un tamiz o filtro 28 está montado en el soporte de tamiz y
el líquido circulará desde la columna perforadora a través del
tamiz 28 y hacia el exterior a través de las perforaciones 29 en el
soporte de tamiz 30. El tubo 35 tiene una pluralidad de canales 40
con tomas 41 y 42 y tomas 43. Las tomas 43 están abiertas en un
espacio anular 44. El tubo posee también una pluralidad de canales
de alimentación 46 que tienen entradas de canal de alimentación y
salidas de canal de alimentación en forma de tomas 47 y 48.
Un martillo de pistón 50, en forma de pieza
integral comprendiendo una sección de pistón y una sección de
martillo, es guiado en los elementos de guiado separados 24, 26 y
éste tiene un canal longitudinal 51 que posee una parte posterior
ensanchada 52. La extremidad posterior del martillo de pistón se
extiende en deslizamiento en el espacio anular cilíndrico entre el
tubo 35 y la camisa 23 y su superficie de extremidad posterior 53
se encuentra en una primera cámara cilíndrica anular 54. Una
segunda cámara cilíndrica anular 55 está formada entre la camisa 23
y la superficie exterior del martillo de pistón y una superficie de
pistón anular 56 sobre una cabeza 57 del martillo de pistón. Los
dos elementos de guiado 24, 26 tienen el mismo calibre para guiar el
martillo de pistón para que el espacio entre éstos se mantenga a un
volumen constante durante la reciprocidad del martillo. La pared de
la parte ensanchada 52 del canal 51 del martillo se desliza contra
la superficie exterior del tubo 35. La pared interna del martillo
tiene una primera cavidad anular 58 y una segunda cavidad anular
59. La extremidad anterior del martillo de pistón tiene una parte
diametralmente reducida 60 para formar una cámara de
amortiguamiento 61.
Un elemento de válvula en forma de bobina de
válvula 62 puede deslizarse en el manguito 34 y está representado
en su posición anterior en la Fig. 2 y en su posición posterior en
la Fig. 1 b. El manguito 34 es por consiguiente un cilindro para la
bobina de la válvula.
Una pluralidad de canales 63 se dirigen desde un
espacio anular 64 al exterior del soporte de tamiz 30 hasta la
cámara cilíndrica 55 y una cavidad anular 65 abierta en la toma 48.
El espacio anular 64 se extiende en 66 fuera de la línea 23 de las
tomas 67 en el manguito 34. De este modo, el adaptador 13 y el
espacio 64 forman una entrada para el fluido motor desde la columna
perforadora. Una pluralidad de canales 68 con tomas 69 en el
manguito 34 se dirigen hacia la cámara cilíndrica 54.
La bobina de la válvula 62 es hueca y posee una
fila de perforaciones 70 entre sus superficies exterior e interior
y las perforaciones acaban en una cavidad anular 71a con el fin de
que el funcionamiento de la bobina se vuelva independiente de su
posición angular. En su posición posterior representada en la Fig.
1b, la bobina de la válvula acopla, a través de sus perforaciones
70, la primera cámara cilíndrica anular 54 al interior de la bobina
y de esta manera al canal de inyección de líquido formado por el
interior de la bobina, el tubo 35, el canal central 51 en el
pistón, y el canal de inyección de líquido en la broca. En su
posición anterior en la que está representada en la Fig. 2, la
bobina de la válvula 62 acopla preferiblemente el espacio 64
exterior al soporte de tamiz 30 a la primera cámara cilíndrica
anular 54 a través de una concavidad 71 en la bobina de la válvula.
El diámetro exterior de la bobina hacia la parte delantera de la
concavidad 71 es mucho más ancha que el diámetro exterior hacia la
parte trasera de la concavidad para formar una superficie
diferencial 72, la cual está sometida continuamente a una presión
elevada para la inclinación de la bobina de la válvula hacia
delante en la posición de la válvula de la Fig. 2. La bobina de la
válvula posee también una superficie de control anular 73, que es
más ancha que la superficie de control 72, por ejemplo dos veces
mayor, y esta superficie de control 73 se acopla en el espacio
anular 44 que se extiende de un lado a otro hasta la superficie de
control 73. De este modo, los pasajes 40 en el tubo 35 y el espacio
anular 44 forman un canal de control del movimiento de la posición
de la válvula. Cuando el canal de control 40 es presurizado, la
válvula se desplaza hasta su posición representada en la Fig. 1 b y
cuando el canal de control 40 se acopla a una presión baja, éste
actúa como un canal de descarga para que la válvula se desplace en
su posición representada en la Fig. 2.
Como se ha descrito, la perforación central en
el tubo 35 y los canales 40 y 46 forman canales que rodean la
superficie de pistón 53 y la cámara cilíndrica 54.
Los elementos de guiado, en forma de anillos de
guiado 24, 26 tienen el mismo diámetro para que un espacio formado
entre éstos mantenga el volumen constante cuando el martillo de
pistón se mueve. Ninguna junta dinámica será por lo tanto
necesaria, lo cual aumenta la duración de vida esperada. Los
anillos de guiado 24, 26 y el martillo de pistón preferiblemente
pueden estar hechos de metal duro conocido, como el carburo de
tungsteno o un material correspondiente, que reducirá el desgaste y
aumentará también la duración de vida. Las superficies deslizantes
del martillo de pistón contra el tubo 35 son también importantes
para la duración de vida y el tubo será hecho preferiblemente de
carburo también. De la misma manera, la válvula helicoidal y su
alojamiento 34 deberían estar hechos de metal duro.
Con la utilización de metal duro como se ha
descrito y sin juntas dinámicas, se podrá no sólo utilizar el agua
como fluido motor, sino también utilizar el agua u otros líquidos
conteniendo partículas sólidas en suspensión. Incluso se podrá
reciclar la suspensión después de la eliminación de los residuos a
pesar del hecho de que los residuos más finos no puedan ser
eliminados.
La dilatación térmica del carburo de tungsteno
es mucho más pequeña que la dilatación térmica del acero y los
muelles biselados 32 que fijan las piezas de carburo asegurarán que
no se produzca ninguna separación entre las piezas de acero y las
piezas de carburo cuando la máquina se caliente. Si la máquina se
utiliza para la perforación de exploración para gases, las
temperaturas pueden ser muy elevadas.
La boquilla 37 es reemplazable y ésta es elegida
para adaptarse al flujo de líquido de inyección según la necesidad
actual. La boquilla puede ser reemplazada incluso por un tapón
macho si no se necesita ningún fluido de inyección adicional.
Durante la operación, la perforadora se sitúa en
un orificio y la columna perforadora gira y aplica una fuerza de
alimentación sobre la perforadora para que la broca 15 sea forzada
contra el fondo de la perforación, y un fluido motor líquido de
alta presión sea proporcionado a través de la columna perforadora al
adaptador, es decir, a la entrada de la perforadora. El martillo de
pistón 50 oscila e impacta sobre la superficie de extremidad del
vástago 17 de la broca 15. En las Fig. 1a y 1c, el martillo de
pistón 50 está representado en su posición de impacto. Antes de que
el martillo de pistón 50 haya alcanzado su posición de impacto en
su carrera de trabajo, se abre la toma 42 en la cavidad anular 58,
que es presurizada desde el canal de alimentación 46, de tal manera
que el canal 40, 44 esté presurizado y la presión sobre la
superficie de control 73 desplace la bobina de válvula 62 hasta su
posición representada en la Fig. 1b para que la bobina de válvula
62 descargue la primera cámara cilíndrica anular 54 hacia el canal
de inyección de líquido que se dirige a través del martillo de
pistón. De esta manera, la presión en la segunda cámara cilíndrica
anular 55 fuerza el martillo de pistón 50 a desplazarse hacia atrás
en su carrera de retorno. Durante la carrera de retorno del martillo
de pistón, la toma 41 del canal de control 40, 44 se abre en la
cavidad 59 para drenar el canal de control 40, y de esta manera, la
bobina de válvula 62 pasa a su posición representada en la Fig. 2
para que la concavidad 71 de la bobina de válvula 62 acople la
cámara cilíndrica 54 de alta presión y esta presión sobre la
superficie de extremidad posterior 53 del martillo de pistón 50
retrase el martillo de pistón y lo haga girar y comenzar su carrera
de trabajo. Por otra parte, la válvula cambia de posición justo
antes de los impactos del pistón del martillo sobre la broca y el
martillo comienza su carrera de retorno y el ciclo se repite. La
frecuencia de impacto puede estar situada por ejemplo entre 50 y
100 Hz.
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Esta lista de referencias citada por el
solicitante ha sido recopilada exclusivamente para la información
del lector. No forma parte del documento de patente europea. La
misma ha sido confeccionada con la mayor diligencia; la OEP sin
embargo no asume responsabilidad alguna por eventuales errores u
omisiones.
- USA 5107944 A [0002]
Claims (8)
-
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1. Máquina perforadora de roca de percusión comprendiendo:- -
- un alojamiento (11);
- -
- una broca (15) instalada en la extremidad anterior del alojamiento y comprendiendo un canal de inyección de líquido axialmente transversal;
- -
- un martillo de pistón (50) en el alojamiento conteniendo un canal axial transversal (51) y estando predispuesto para impactar sobre la broca;
- -
- un medio (13) para conectar la máquina a una columna perforadora tubular;
- -
- una entrada (64) para la recepción de fluido motor bajo presión hidráulica desde la columna perforadora,
- -
- un tubo (35) fijado en el alojamiento y extendiéndose con un elemento deslizante en la extremidad trasera del canal axial (51) en el martillo de pistón, la extremidad posterior anular del martillo de pistón formando una primera superficie de pistón (53) en un primera cámara cilíndrica (54) para desplazar el martillo de pistón hacia delante;
- -
- una segunda superficie de pistón anular (56) del martillo de pistón en una segunda cámara cilíndrica (55) para desplazar el martillo de pistón hacia atrás;
- -
- una válvula (62) acoplada a dicha entrada (64) y comprendiendo una primera posición operativa para poner bajo presión dicha primera cámara cilíndrica (54) y una segunda posición para drenar la primera cámara cilíndrica en el tubo (35), y hacer oscilar así al martillo de pistón y proporcionar la inyección de líquido a la broca;
- -
- un conducto de control (40) con accesos (41, 42) controlados por la posición axial del martillo de pistón para accionar la válvula para el cambio entre sus posiciones;
- \quad
- caracterizada por el hecho de que:
- -
- el martillo de pistón (50) presenta una primera y una segunda cavidades anulares (58, 59 respectivamente) sobre su superficie deslizante con el tubo (35);
- -
- un medio de paso (46) está dispuesto para poner bajo presión dicha primera cavidad (58);
- -
- dicho conducto de control (40) se extiende en el tubo (35) y tiene dichos medios de toma (41, 42) predispuestos para ser alternativamente abiertos en dichas primera y segunda cavidades (58, 59) en respuesta al movimiento del martillo de pistón; y
- -
- dicha segunda cavidad (59) está predispuesta para estar en comunicación con el canal (51) en el martillo de pistón al menos cuando el pistón se encuentra en posiciones posteriores.
- 2. Máquina según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el área de pistón de dicha primera superficie de pistón (53) es mayor que el área de pistón de dicha segunda superficie de pistón (56).
- 3. Máquina según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada por el hecho de que dicha segunda cavidad (59) está situada hacia delante de dicha primera cavidad (58).
- 4. Máquina según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizada por el hecho de que dicha segunda cámara cilíndrica (55) está en el lado exterior del martillo de pistón.
- 5. Máquina según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizada por el hecho de que dicha válvula es una válvula de bobina (62) coaxial con dicho tubo (35).
- 6. Máquina según la reivindicación 5, caracterizada por el hecho de que válvula de bobina (62) es una válvula de carburo deslizante contra un alojamiento de válvula de carburo (34).
- 7. Máquina según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizada por el hecho de que el martillo de pistón (50) está guiado en dos anillos de guiado separados axialmente (24, 26) con el mismo diámetro interno para que un espacio formado entre éstos mantenga el volumen constante si el martillo de pistón se mueve.
- 8. Máquina según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizada por el hecho de que el martillo de pistón (50) es guiado en dos anillos de guiado de carburo separados axialmente (24, 26), dicho martillo de pistón siendo de carburo.
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