ES2643855T3 - Máquina perforadora de roca y utilización de la misma para impedir la aparición y la difusión de burbujas de cavitación - Google Patents

Máquina perforadora de roca y utilización de la misma para impedir la aparición y la difusión de burbujas de cavitación Download PDF

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Description

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DESCRIPCION
Maquina perforadora de roca y utilizacion de la misma para impedir la aparicion y la difusion de burbujas de cavitacion
Campo tecnico
La presente invencion se refiere a una maquina perforadora de roca y a un metodo para impedir la aparicion y la difusion de burbujas de cavitacion en una maquina perforadora de roca.
Antecedentes de la invencion
La cavitacion es la aparicion de cavidades (huecos) en lfquidos en forma de burbujas allf donde el lfquido se ha
transformado en gas cuando se ha reducido la presion estatica en el lfquido. La cavitacion es una mezcla de la
formacion del gas, la liberacion del aire atrapado en el lfquido y de la expansion de las burbujas de aire contenidas en el lfquido.
En los casos en los que las burbujas implosionan cuando la presion estatica aumenta, a partir de la burbuja se puede formar una corriente en chorro muy delgada de gran fuerza que puede danar las superficies solidas proximas. Se forma una ampolla en una zona de baja presion y se adhiere a una superficie solida, e implosiona cuando la
presion estatica circundante aumenta. El efecto es el mismo que el de miles de clavos afilados golpeando la
superficie con una gran fuerza, por medio de lo cual se puede superar la resistencia a la rotura por traccion del material, lo cual, eventualmente, da lugar a una perdida visible de material, que deja a menudo miles de pequenas depresiones en el material. Este es un fenomeno conocido en las maquinas perforadoras de roca hidraulicas.
La cavitacion ocurre, por ejemplo, en la zona situada alrededor del piston amortiguador, es decir, alrededor del componente que aplica fuerza sobre la corona de adaptacion/perforadora de acero/de taladrado que esta en contacto con la roca, de manera que las juntas pueden verse apretadas entre impactos, cuando el piston amortiguador se desplaza hacia adelante y hace en consecuencia que aumente rapidamente el volumen entre el piston amortiguador y la camara de amortiguacion o el cuerpo de la maquina. Este problema se reprime normalmente por medio de la utilizacion de una valvula unidireccional que llena el volumen con aceite al objeto de reducir la aparicion de burbujas de cavitacion (vease el documento EE.UU. n° 4.993.504). Cuando el piston amortiguador se desplaza hacia adelante, se produce una substancial disminucion de presion que da lugar a cavitacion si no se puede introducir el aceite a la misma velocidad que aumenta el volumen. Por tanto, las burbujas de cavitacion se producen debido a que la presion hidraulica es baja y el descenso de presion se propaga a todos los espacios conectados hidraulicamente. El aceite comienza a fluir hacia la zona con la presion mas baja desde todas las direcciones posibles. De esta manera, las burbujas de cavitacion se pueden difundir a otros lugares distintos del espacio original entre el piston amortiguador y la camara de amortiguacion (cuerpo de la maquina) y/o se pueden generar tambien en esos otros lugares distintos. La baja presion hace que el aceite de los espacios circundantes fluya hacia la zona de baja presion al objeto de restablecer la presion media en el dispositivo amortiguador. Debido a este motivo, muchas maquinas perforadoras tienen a menudo un acumulador amortiguador al objeto de que una gran cantidad de aceite este disponible de forma inmediata para equilibrar la presion hidraulica, aunque esto no es suficiente para resolver el problema de la cavitacion. Cuando las burbujas de cavitacion finalmente colapsan, hay un riesgo evidente de que algunas de ellas esten ubicadas en la proximidad de componentes sensibles y de que, por ejemplo, danen juntas de sellado.
El documento WO 2008/095073 describe, en una perforadora de percusion sin valvula de tipo hidraulico que incorpora un mecanismo de martillo, que un “apoyo” intermedio situado entre la parte de cabeza y la parte amortiguadora de un piston de movimiento alternativo se acopla con la superficie extrema de un distribuidor o de una camisa, en lugar de hacerlo con la estructura de soporte interior del piston. Esta superficie extrema puede ser mas resistente que la estructura de soporte ulterior, lo que puede incluir una superficie hecha de un material diferente al del piston. En conjunto, el resultado es una perforadora de percusion con mecanismo de martillo que incorpora un piston que es substancialmente menos susceptible de fallar debido a gripado como consecuencia de la contaminacion del fluido de trabajo.
El documento EP 0.648.915 describe un dispositivo perforador de roca para la perforacion con una columna perforadora que comprende un conjunto de tubos y un conjunto de varillas dispuestas en posicion central en el conjunto de tubos. El dispositivo perforador de roca comprende unos medios para la medicion de una presion de lfquido en un amortiguador de retroceso y unos medios de actuacion para detener el suministro de lfquido a presion a un dispositivo de martillo del dispositivo perforador de roca cuando la presion en el amortiguador de retroceso cae por debajo de un valor predeterminado, al objeto de evitar que la herramienta perforadora y/o la carcasa de la maquina se dane a una presion de amortiguacion excesivamente baja.
Compendio de la invencion
Un objetivo de la presente invencion es la provision de una maquina perforadora de roca que impide la difusion de las burbujas de cavitacion que ya se hayan producido, y que filtra la disminucion de presion de manera que no aparezcan nuevas burbujas de cavitacion en otros volumenes.
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Este objetivo se consigue por medio de una maquina perforadora de roca que comprende un piston que esta dispuesto de manera que se desplaza hacia atras y hacia delante en el interior de una camara de presion cuando la maquina perforadora de roca esta en funcionamiento, un componente sensible a la cavitacion, y un conducto de aceite que esta configurado de manera que se extiende entre la camara de presion y dicho componente sensible a la cavitacion. El conducto de aceite comprende una serie de restricciones y volumenes de aceite, es decir, espacios en los que se puede acumular el aceite, al objeto de impedir el desplazamiento de burbujas de cavitacion a traves de dicho conducto de aceite.
El desplazamiento del aceite desde los espacios conectados hidraulicamente hasta la camara de presion queda impedido cuando se produce una disminucion de presion en la camara de presion. La difusion y la aparicion de burbujas de cavitacion queda limitada, por lo tanto, a la propia camara de presion, cuyo material es resistente al dano por cavitacion. Una solucion de este tipo no requiere ningun componente con partes moviles y no requiere, por ejemplo, la utilizacion de una valvula unidireccional relativamente cara, la cual ademas ocupa un espacio valioso en la maquina perforadora de roca.
Segun una realizacion de la invencion, dicha serie de restricciones y volumenes de aceite incluye al menos dos restricciones y un volumen de aceite, o al menos tres restricciones y dos volumenes de aceite, etc. Alternativamente, dicha serie de restricciones y volumenes de aceite incluye una restriccion y dos volumenes de aceite, dos restricciones y tres volumenes de aceite, etc.
Dicha serie de restricciones puede incluir, sin embargo, tantas restricciones y volumenes de aceite como se desee, de manera que el conducto de aceite entre la camara de presion y el componente sensible a la cavitacion sea lo mas largo posible. Segun una realizacion de la invencion, dicha serie de restricciones y volumenes de aceite comprende restricciones y volumenes de aceite alternos, de manera que la disminucion de presion que se genera en la camara de presion se filtra y no se propaga por completo al componente sensible a la cavitacion, y de manera que se elimina el flujo de aceite en direccion contraria. La combinacion en serie de las restricciones y volumenes de aceite alternos proporciona una funcion de filtrado y un perfil de presion mas plano en la posicion adyacente a los componentes sensibles a la cavitacion de la maquina perforadora de roca.
Segun otra realizacion de la invencion, dichas restricciones estan dispuestas al objeto de reducir el area de la seccion transversal de dicho conducto de aceite en al menos un 50 %, en al menos un 60 %, en al menos un 70 %, en al menos un 80 % o en al menos un 90 % o en mas. Se ha de observar que la expresion “restriccion” en este documento tiene la intencion de incluir incluso un hueco entre componentes adyacentes de la maquina perforadora de roca, hueco a traves del cual se puede, por ejemplo, succionar el aceite hasta el interior de la camara de presion cuando se produce una baja presion en la camara de presion.
Segun una realizacion adicional de la invencion, al menos una restriccion esta situada exactamente en posicion adyacente a la camara de presion, es decir, en el lugar en el que el conducto de aceite se une con la camara de presion.
Segun una realizacion de la invencion, dicho componente sensible a la cavitacion de la maquina perforadora de roca es una junta de sellado o una grna, tal como una grna de bronce.
Segun otra realizacion de la invencion, dicho piston es un piston amortiguador, o un piston de la parte de percusion o de la parte rompedora de la maquina perforadora de roca.
Segun una realizacion adicional de la invencion, la maquina perforadora de roca comprende una pluralidad de componentes sensibles a la cavitacion y/o una pluralidad de conductos de aceite que estan configurados para extenderse entre una o mas camaras de presion y uno o mas componentes sensibles a la cavitacion. Segun una realizacion de la presente invencion, al menos una, una pluralidad, o todas las camaras de presion de la maquina perforadora de roca estan substancialmente aisladas con respecto a los espacios conectados hidraulicamente a la camara de presion. Los componentes sensibles a la cavitacion quedan por lo tanto aislados con respecto a la cavitacion, y de esta forma estan protegidos del dano por cavitacion.
Segun una realizacion de la invencion, la longitud total de dicho conducto de aceite (medida desde la camara de presion hasta el componente sensible a la cavitacion a lo largo del conducto de aceite, desde un extremo del conducto de aceite hasta el otro extremo del conducto de aceite) es mayor que la distancia mas corta entre la camara de presion y el componente sensible a la cavitacion (medida desde un extremo del conducto de aceite hasta el otro extremo del conducto de aceite), al menos un 50 % mayor, al menos un 60 % mayor, al menos un 70 % mayor o incluso en un porcentaje mayor.
La presente invencion se refiere ademas a un metodo para impedir la aparicion y la difusion de burbujas de cavitacion en una maquina perforadora de roca. El metodo comprende la etapa de disponer un conducto de aceite que esta configurado para extenderse entre una camara de presion de piston y un componente sensible a la cavitacion de la maquina perforadora de roca, de manera que comprende una serie de restricciones y volumenes de aceite al objeto de impedir el desplazamiento de burbujas de cavitacion a traves de dicho conducto de aceite.
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Segun una realizacion de la invencion, dicha serie de restricciones y volumenes de aceite incluye al menos dos restricciones y un volumen de aceite, o al menos tres restricciones y dos volumenes de aceite.
Segun otra realizacion de la invencion, dicha serie de restricciones y volumenes de aceite comprende restricciones y volumenes de aceite alternos, o se compone de restricciones y volumenes de aceite alternos.
Segun una realizacion adicional de la invencion, dichas restricciones estan dispuestas al objeto de reducir el area de la seccion transversal de dicho conducto de aceite en al menos un 50 %, en al menos un 60 %, en al menos un 70 %, en al menos un 80 % o en al menos un 90 % o en mas.
Segun una realizacion de la invencion, al menos una restriccion esta situada exactamente en posicion adyacente a la camara de presion.
Segun otra realizacion de la invencion, dicho componente sensible a la cavitacion de la maquina perforadora de roca es una junta de sellado o una grna de bronce.
Segun una realizacion adicional de la invencion, dicho piston es un piston amortiguador, o un piston de la parte de percusion o de la parte rompedora de la maquina perforadora de roca.
Breve descripcion de los dibujos
A continuacion, la presente invencion se describira con mayor detalle haciendo referencia al dibujo esquematico que se acompana, en el que:
La figura 1 muestra una parte de una maquina perforadora de roca segun una realizacion de la presente invencion.
Se ha de observar que el dibujo no se ha trazado necesariamente a escala, y que las dimensiones de ciertos elementos se pueden haber exagerado en aras de la claridad.
Descripcion detallada de las realizaciones
La figura 1 muestra una parte de una maquina perforadora de roca 10 segun una realizacion de la presente invencion. La maquina perforadora de roca 10 comprende un piston amortiguador 16 que esta dispuesto de manera que se desplaza hacia atras y hacia adelante en el interior de una camara de presion, la cual, en la figura 1, debido a la posicion del piston amortiguador en la camara de presion, queda dividida en una parte frontal 12a y una parte trasera 12b. Se dispone una junta de sellado 14 alrededor del piston amortiguador 16, a cierta distancia de la camara de presion 12a, 12b.
En la realizacion ilustrada, la maquina perforadora de roca comprende un primer conducto de aceite que comprende una primera restriccion 18i, una constriccion u obstruccion dedicada, al objeto de impedir el paso de burbujas de cavitacion entre la parte frontal de la camara de presion 12a y el volumen de aceite 20i.
Como se puede observar en la figura 1, hay una pluralidad de conductos de aceite interconectados a traves de los cuales puede fluir el aceite de los volumenes de aceite 20 de la maquina perforadora de roca entre la junta de sellado 14 y la camara de presion 12a, 12b. Estos conductos de aceite comprenden una serie de restricciones 18 y volumenes de aceite 20 alternos, los cuales impiden la difusion de las burbujas de cavitacion entre la junta de sellado 14 y la camara de presion 12a, 12b cuando se produce una baja presion en la camara de presion. La difusion y la aparicion de las burbujas de cavitacion queda limitada, por lo tanto, a la propia camara de presion 12a, 12b, cuyo material es resistente al dano por cavitacion. En la realizacion ilustrada, la camara de presion 12a, 12b esta substancialmente aislada con respecto a todos los espacios 20 conectados hidraulicamente a la camara de presion. Los componentes sensibles a la cavitacion, tales como la junta de sellado 14, quedan asf aislados con respecto a la cavitacion, y de esta forma estan protegidos del dano por cavitacion.
Es conveniente que el conducto de aceite que incluye una serie de restricciones 18, 18i y volumenes de aceite 20, 20i tenga una extension larga, es decir, que su longitud total (medida desde la camara de presion 12 hasta la junta de sellado 14 a lo largo del conducto de aceite) sea mayor que la distancia mas corta entre la camara de presion 12 y la junta de sellado 14 (medida desde un extremo del conducto de aceite hasta el otro extremo del conducto de aceite), al menos un 50 % mayor, al menos un 60 % mayor, al menos un 70 % mayor o incluso en un porcentaje mayor. Se puede conseguir una extension larga, por ejemplo, por medio de la disposicion de volumenes de aceite 20, 20i y restricciones 18, 18i. Un conducto de aceite largo proporciona un tiempo de senal prolongado para la disminucion de presion, y las burbujas de cavitacion /la disminucion de presion se ven/ve obligadas/obligada a pasar a traves de una cantidad mayor (volumen) de aceite entre la camara de presion 12 y la junta de sellado 14.
Segun una realizacion de la invencion, se dispone una restriccion 18, es decir, una constriccion u obstruccion dedicada, al objeto de reducir el area de la seccion transversal de un conducto de aceite en al menos un 50 %, en al menos un 60 %, en al menos un 70 %, en al menos un 80 % o en al menos un 90 % o en mas. Se ha de observar que la expresion “restriccion” tiene la intencion de incluir tambien un hueco 18m entre componentes adyacentes de la maquina perforadora de roca.
La realizacion ilustrada muestra un piston amortiguador 16. Sin embargo, la presente invencion se puede utilizar en otro piston de la maquina perforadora de roca, por ejemplo en un piston de la parte de percusion o de la parte rompedora de la maquina perforadora de roca, tal como en un piston de percusion o en un piston rompedor.
La presente invencion se refiere ademas a un metodo para impedir la aparicion y la difusion de burbujas de 5 cavitacion en una maquina perforadora de roca. El metodo comprende la etapa de disponer un conducto de aceite que esta configurado para extenderse entre una camara de presion de piston y un componente sensible a la cavitacion de la maquina perforadora de roca, de manera que comprende una serie de restricciones que reducen el area de la seccion transversal de un conducto de aceite en al menos un 50 %, en al menos un 60 %, en al menos un 70 %, en al menos un 80 %, en al menos un 90 % o en mas, y unos volumenes de aceite al objeto de impedir el 10 desplazamiento de burbujas de cavitacion a traves de dicho conducto de aceite. Segun una realizacion de la invencion, dicho conducto de aceite esta configurado de manera que comprende una serie de restricciones y volumenes de aceite alternos.

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. Maquina perforadora de roca (10) que comprende un piston que esta dispuesto de manera que se desplaza hacia atras y hacia delante en el interior de una camara de presion (12a, 12b) cuando la maquina perforadora de roca (10) esta en funcionamiento, un componente sensible a la cavitacion (14), y un conducto de aceite que esta configurado de manera que se extiende entre la camara de presion (12a, 12b) y dicho componente sensible a la cavitacion (14), caracterizada por que dicho conducto de aceite comprende una serie de restricciones (18) y volumenes de aceite (20) al objeto de impedir la difusion de burbujas de cavitacion a traves de dicho conducto de aceite, en la que el desplazamiento del aceite de dichos volumenes de aceite (20), los cuales estan conectados hidraulicamente a dicha camara de presion (12a, 12b), queda impedido cuando se produce una disminucion de presion en dicha camara de presion (12a, 12b).
  2. 2. Maquina perforadora de roca (10) segun la reivindicacion 1, caracterizada por que dicha serie de restricciones (18) y volumenes de aceite (20) incluye al menos dos restricciones (18) y un volumen de aceite (20), o al menos tres restricciones (18) y dos volumenes de aceite (20).
  3. 3. Maquina perforadora de roca (10) segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por que dicha serie de restricciones (18) y volumenes de aceite (20) comprende restricciones (18) y volumenes de aceite (20) alternos.
  4. 4. Maquina perforadora de roca (10) segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que dichas restricciones (18) estan dispuestas al objeto de reducir el area de la seccion transversal de dicho conducto de aceite en al menos un 50 %.
  5. 5. Maquina perforadora de roca (10) segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que dicha al menos una restriccion (18) esta situada en el lugar en el que el conducto de aceite se une con la camara de presion (12a).
  6. 6. Maquina perforadora de roca (10) segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que dicho componente sensible a la cavitacion de la maquina perforadora de roca (10) es una junta de sellado (14) o una grna, tal como una grna de bronce.
  7. 7. Maquina perforadora de roca (10) segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que dicho piston es un piston amortiguador o un piston de la parte de percusion o de la parte rompedora de la maquina perforadora de roca (10).
  8. 8. Maquina perforadora de roca (10) segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que la longitud total de dicho conducto de aceite medida desde la camara de presion (12a, 12b) hasta el componente sensible a la cavitacion (14) a lo largo del conducto de aceite es mayor que la distancia mas corta entre la camara de presion (12a, 12b) y el componente sensible a la cavitacion (14) medida desde un extremo del conducto de aceite hasta el otro extremo del conducto de aceite, al menos un 50 % mayor, al menos un 60 % mayor, al menos un 70 % mayor o incluso en un porcentaje mayor.
  9. 9. Utilizacion de una maquina perforadora de roca (10) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8 para impedir la aparicion y la difusion de burbujas de cavitacion en una maquina perforadora de roca (10).
ES11763141.6T 2010-04-01 2011-03-28 Máquina perforadora de roca y utilización de la misma para impedir la aparición y la difusión de burbujas de cavitación Active ES2643855T3 (es)

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