FI79882B - Klotformig borrspets. - Google Patents

Description

1 79832

Pallomainen poran kärki Tämä keksintö liittyy pyörivään poran kärkeen, jolla on sen keskiakselia vastaava ensimmäinen symmetria-akseli 5 ja joka käsittää karan, karasta ulkonevan kielen, kielestä ulkonevan akselin, parin puolipalloja, jotka on pyörivästi asennettu akselille kielen molemmille puolille, laakeri-välineet, jotka on sijoitettu akselin ja puolipallojen väliin, välineet voiteluaineen syöttämiseksi laakeriväli-10 neille, kielen läpi ulottuvat väliainekanavat, ja puolipalloille sijoitetut leikkaavien terien rivit.

Laajemmin käsitettynä voidaan pyörivät poran kärjet jakaa kahteen kategoriaan, nimittäin kitkateräpäihin ja pyöriviin teräpäihin. Kitkateräpäät pyrkivät kovissa kivi-15 lajeissa käytettyinä kulumaan nopeasti. Meidän kokemustemme mukaan esimerkiksi porattaessa halkaisijaltaan 165,1 mm:n reikää kitkateräpäällä ja iskuvasaralla noin 30,5 m erittäin kovaan kiveen kuluivat kitkateräpäällä olevat karbidisiseet nopeasti, niin että terän halkaisija oli enää 20 161,9 mm. Uutta 165,1 mm:n vaihtokärkeä ei voida käyttää, koska se turmeltuisi ahtaammassa reiässä. Halkaisijaltaan pienempi kärki aiheuttaa reiässä poikkeamaongelmia, koska uusi kärki ei erittäin todennäköisesti keskity kunnolla. Lisäksi on kallista ja useimmiten mahdotonta pitää käsillä 25 erikokoisia vaihtokärkiä ennalta arvaamattomia erilaisia porausolosuhteita varten.

Alunperin öljynporausta varten kehitetyn pyörivän teräpään (jota kutsutaan myös kaksi- tai kolmikartioterä-pääksi) heikkoutena ovat tunkeutumisongelmat liiallisen 30 kulumisen jälkeen. Nämä teräpäät pettävät, jos eteen tulee erittäin kovaa kiveä. Huolimatta siitä, että niiden tarkkuus on tyydyttävä, pettävät nämä teräpäät useimmiten sen vuoksi, että niiden pienet laakerit eivät kestä reiässä olevaan poranterään kohdistuvia erittäin suuria rasituk-35 siä.

2 79832

Lyhyesti sanottuna on nykyisten terärakenteiden käyttöikä lyhyt, niiden kuluminen aiheuttaa kartiomaisia reikiä ja kuluneet terät tekevät reiät epätarkoiksi. Näiden vaikeuksien seurauksena on maahan poratun reiän metri-5 hinta korkea. Porausteollisuus etsii jatkuvasti keinoja poraukseen liittyvien kustannusten alentamiseksi.

Tätä tarkoitusta varten on käytettävissä pallomainen pyörivä poran kärki, jonka porausteho on parempi, po-rauskustannukset pienemmät ja käyttöikä pitempi. Sen mu-10 kaisesti on kärki, pitemmästä tehollisesta käyttöiästä johtuen, vaihdettava harvemmin. Samalla tavoin säilyvät reiän halkaisija sekä tarkkuus pitempään.

Keksinnön mukaiselle pyörivälle poran kärjelle on tunnusomaista, että akseli ulkonee kielestä kohtisuorasti 15 ja puolipallot ovat oleellisesti kielen ja toistensa suuntaiset, jolloin akseli sisältää toisen symmetria-akselin, kunkin puolipallon ulkopintaa pitkin ulottuu kaarimainen ura, joka on oleellisesti samansuuntainen kielen kanssa, näiden kahden uran ollessa sijoitettu vastaaville puolipal-20 loille epäsymmetrisesti, ja että toinen puolipallo sisältää ensimmäisen rivin porrastettuja leikkuuteriä sijoitettuna siinä olevan uran yhdelle puolelle sekä toisen rivin pienempiä porrastettuja leikkuuteriä uran toisella puolella, ja toinen puolipallo sisältää siinä olevan uran yhdelle 25 puolella oleellisesti suoran rivin leikkuuteriä sekä rivin pienempiä porrastettuja leikkuuteriä uran toisella puolella, jolloin leikkuuterät eivät sijaitse toisiaan vastaavissa paikoissa näillä kahdella puolipalloilla.

Teräpää käsittää kaksi leikkaavaa palloa, jotka 30 kiertävät keskusrungosta ulkonevan akselin ympäri. Akseleiden ja pallojen välille on sijoitettu suurteholaakerit. Rungossa on laakeritapit paineilman ja öljyn syöttämiseksi teräpäähän ja porausjätteiden poistamiseksi teräpäästä.

Kuvio 1 on keksinnön erään suoritusmuodon etupysty- 35 kuva.

79832 3

Kuvio 2 on kuvion 1 leikkaus 2-2.

Kuvio 3 on kuvion 1 leikkaus 3-3.

Kuvio 4 on kuvion 3 leikkaus 4-4.

Kuvio 5 on kuvion 1 leikkaus 5-5.

5 Kuvio 6 on keksinnön erään suoritusmuodon poikki- leikkauskuva.

Viitaten kuvioihin 1 ja 4 esitetään niissä pallomaisen kärjen 10 etu- ja leikkauskuvat. Riittävän lujasta materiaalista (s.o. karkaistusta teräksestä) valmistettu 10 kärki 10 käsittää karan 12, kielen 14, akselin 16 ja puolipallot 18 ja 20. Puolipallot 18 ja 20 pyörivät akselin 16 ja kumpaankin on nastoitettu erisuuri määrä erikokoisia porrastettuja leikkaavia teriä 22 ja 24. Urat 26 ympäröivät puolipalloja 18 ja 20. Voitelukanavat 42 ja 44 haarau-15 tuvat keskustapista 30 ja kulkevat akselin 16 läpi ollakseen kosketuksessa kanaviin 54 ja 56.

Esitetyssä suoritusmuodossa pyörivät puolipallot 18 ja 20 rullalaakereilla 46 akselin 16 ympäri. Akselin 16 ja laakerirullien 46 välissä ovat sisäkehät 58. Vaihtoeh-20 tona poraavasta kärjestä 10. Ks. kuviota 5.

Kuvio 5 on kärjen 10 alakuva. Huomaa kanavat 38 ja 40 sekä kiinteät leikkuuterät 28 kielen 14 päässä.

Kuvio 6 on pohjakuva kärjestä 10 ilman puolipalloja 18 ja 20. Viitenumero 50 esittää akselin 16 sivuun siir-25 rettyä symmetria-akselia, kun taas viitenumero 52 esittää kärjen 10 symmetria-akselia. Symmetria-akselit 50 ja 52 ovat toisistaan edeltämäärätyllä etäisyydellä kärjen 10 leikkaavan (etu-) pinnan vinouttamiseksi etusuunnassa.

Keksintö ja sen soveltaminen käyvät ehkä selvemmiksi 30 perehtymällä lyhyesti periaatteisiin, joihin se perustuu. Tällöin esitetään määriä ja fysikaalisia mittoja, mutta on selvää, että ne esitetään vain valaisevassa tarkoituksessa, eikä niitä tule tulkita rajoittaviksi.

Esitetyssä suoritusmuodossa on puolipallossa 18 35 enemmän leikkuuteriä 22 ja 24 kuin puolipallossa 20. Li- 4 79832 säksi on selvää, että vaikka leikkuuterät 22, 24 ja 28 ovat karbidinastoja, voidaan käyttää myös muun, (esimerkiksi hampaan, pyällettyjen reunojen jne.) muotoisia ja muusta materiaalista (esimerkiksi timantista) tehtyjä leikkuute-5 riä. Merkittävää on myös, että leikkuuterät 18 ja 24 ovat hajallaan puolipallojen 18 ja 20 pinnoilla. Hajauttamalla leikkaavat terät tällä tavalla parannetaan kärjen 10 leik-kuutehoa.

Kuviot 2 ja 3 esittävät kärjen 10 vasenta ja oikeata 10 puolta, vastaavasti. Kanavat 38 ja 40 johtavat öljyttyä paineilmaa kärjen 10 päähän porausjätteiden poistamiseksi poraavasta kärjestä 10. Ks. kuviota 5.

Kuvio 5 on kärjen 10 alakuva. Huomaa kanava 38 ja 40 sekä kiinteät leikkuuterät 28 kielen 14 päässä.

15 Kuvio 6 on pohjakuva kärjestä 10 ilman puolipalloja 18 ja 20. Viitenumero 50 esittää akselin 16 sivuun siirrettyä symmetria-akselia, kun taas viitenumero 52 esittää kärjen 10 symmetria-akselia. Symmetria-akselit 50 ja 52 ovat toisistaan edeltämäärätyllä etäisyydellä kärjen 10 20 leikkaavan (etu-) pinnan vinouttamiseksi etusuunnassa.

Keksintö ja sen soveltaminen käyvät ehkä selvemmiksi perehtymällä lyhyesti periaatteisiin, joihin se perustuu. Tällöin esitetään määriä ja fysikaalisia mittoja, mutta on selvää, että ne esitetään vain valaisevassa tarkoituk-25 sessa, eikä niitä tule tulkita rajoittaviksi.

Kärki 10 voi olla tehty kahdesta puolipallosta 18 ja 20, joiden halkaisija on 177,8 mm. Puolipallossa 18 on kuusitoista leikkaavaa terää 22, joiden halkaisija on 15,9 mm, ja kahdeksan leikkaavaa terää 24, joiden halkaisija 30 on 12,7 mm. Puolipallossa 20 on kaksitoista leikkaavaa terää 22, joiden halkaisija on 15,9 mm ja kuusi leikkaavaa terää 24, joiden halkaisija on 12,7 mm. Leikkaavien terien 28 halkaisija on 15,9 mm.

Karan 12 keskikohdalla on keskuskanavan 30 halkai-35 sija 6,4 mm. Kanavien 38 ja 40 halkaisija on 20,6 mm ja 5 79832 ne Jatkuvat kokonaan kielen 14 läpi. öljykanavien 42 ja 44 halkaisija on 1,6 mm.

Puolipallot 18 ja 20 eivät mieluummin ole kärjellä 10 samankeskisiä. Viitaten jälleen kuvioon 6 voidaan ha-5 väitä, että akseli 16 (tai symmetria-akseli 52) on 0,8 mm sivussa kärjen 10 symmetria-akselista 50. Tämä vähäinen eteenpäin suuntautunut vinous saattaa puolipallojen 18 ja 20 etu- tai leikkaavat pinnat ja seurauksena siitä leik-kaavat pinnat 22 ja 24 paremmin yhteyteen porattavan maan 10 kanssa. Samalla siirtyvät puolipallojen 18 ja 20 sekä leikkaavien terien 22 ja 24 takareunat hiukan eroon reiästä, niin että porausjätteet pääsevät pois. Vinouden ansiosta tarvitaan kärjen pyörittämiseen vähemmän voimaa, jolloin leikkaavat terät 22 ja 24 kuluvat vähemmän.

15 Tästä on seurauksena, että poraustehot paranevat ja kustannukset alenevat. Esimerkiksi kuvatussa suoritusmuodossa on koko kärjen 10 halkaisija 184,3 mm. Vinouden ollessa 10,8 mm ja reiän halkaisija 185,7 mm (184,2 + 2 x 0,79), mikä on hieman suurempi kuin kärjen halkaisija. Tämä 20 seikka painaa kärkeä 10 eteenpäin ja vapauttaa sen takaosaa. Itse asiassa voisi kärki 10 pyrkiä kiertymään maahan ja lakata pyörimästä, jos eteenpäin suuntautunutta vinoutta ei olisi. Joka tapauksessa on mieluummin mahdollisimman moni leikkaava terä 22 ja 24 kosketuksissa porattavaan 25 maahan. Teoretisoidaan, että suuremmat leikkaavat terät 22 murtavat maan ja pienemmät leikkaavat terät 24 poistavat porausjätteet. Esitetyssä suoritusmuodossa on leikkaavista teristä 22 ja 24 noin kaksikymmentäkolme aina kosketuksessa porattavaan pintaan. Leikkaavat terät 28 auttavat poraus-30 operaatiota.

Leikkaavien terien 22 ja 24 hajautus pitkin puolipalloja 18 ja 20 parantaa kärjen 10 leikkuutehoa. Kun vinoutettu kärki 10 pyörii, tapahtuu kaapimista porattavan reiän koko pinnalla. Leikkaavat terät 22 ja 24 hajautetaan 35 mieluummin siten, että ne eivät seuraa toisen leikkaavan 6 79832 terän aikaisemmin tekemiä jälkiä. Leikkaavat terät 22 ja 24 mieluummin murtavat jatkuvasti reiässä olevaa kiveä. Samalla tavoin lisää leikkaavien terien 22 ja 24 erisuuri lukumäärä kärjen 10 murtovaikutusta.

5 Tästä on seurauksena, että urat 26 sijoitetaan epä symmetrisesti puolipalloilla 18 ja 20 oleviin tasoihin, niin että hajautetut leikkuuterät 22 ja 24 mahtuvat niihin ja että puolipallot 18 ja 20 kuluvat vähemmän. Puolipallolla 20 olevat leikkuuterät pyrkivät seuraamaan puolipallo lolla olevan uran 26 vanaa ja puolipallolla 18 olevat leikkuuterät 24 pyrkivät seuraamaan puolipallolla 20 olevan uran 26 vanaa, kun kärki 10 pyörii.

Leikkuuterät 22, 24 (ja 28) murtavat maata ja ne on sijoitettu pitkin puolipalloja 18 ja 20 eri kulmiin. Puo-15 lipallojen 18 ja 20 koon funktioina olevat kulmat valitaan siten, että kun kärki 10 on tehnyt useita kierroksia, ovat leikkuuterät olleet kosketuksessa kovaan maahan pitkin kärjen koko leikkaavaa pintaa. Esitetyssä suoritusmuodossa on kulma "A" 90°, kulma "B" 22°, 30 minuuttia, kulma "C" 20 60° ja kulma "D" 15°. Leikkuuterien 22 ja 24 sijainti ja lukumäärä vaikuttavat puolipallojen 18 ja 20 pyörimisnopeuteen. Sekä leikkuuterien kulmat että niiden hajautettu sijainti myötävaikuttavat kärjen 10 parempaan leikkuute-hoon.

25 Porausvaiheiden aikana siirretään öljypitoista ilmaa poravarren kautta kärkeen 10. Öljyseos painetaan kanavien 38 ja 40 kautta poraamisalueelle, niin että se sekä voitelee kärjen 10 leikkuupinnan että vie pois porausjätteet. Lisäksi kerääntyy osa öljystä säiliöön 32. Kun sinne ke-30 rääntyy öljyä, puristaa ilman paine sen keskikanavan 30 kautta öljykanaviin 42 ja 44 sekä kanaviin 54 ja 56 laa-kereiden (tai helojen) 46 ja painelaattojen 48 voitelemiseksi.

Toiminnassa käytetään kärkeä 10 hyväksi mieluummin 35 kahden muun pääasiallisen komponentin yhteydessä. Reiässä 7 79832 olevan poran (ei esitetty) ja poran sekä kärjen 10 välillä olevien tankojen ja putkien pyörimisliikkeen aiheuttama paine alaspäin on jatkuvasti 8896,44-13344,66 N. Kärjen 10 yläpuolelle asetettu iskuvasara (ei esitetty) saa ai-5 kaan dynaamisia iskuja kärkeen 10, joka vuorostaan siirtää voimat leikkuuteriin 22, 24 ja 28. Johtuen vasaran iskuista ja kärjen paineenalaisesta pyörimisestä murtavat leik-kuuterät 22, 24 ja 28 kovaa maata ja poistavat porausjät-teet.

10 Paineilmalähde syöttää paineilmaa reiässä olevaan poraan. Öljyyn sekoittunut ilma painetaan alas porausput-ken keskustan kautta. Paineilma saa iskuvasaran toimimaan. Vasarasta poistuva ilma johdetaan sitten kärkeen 10. Ilma kiertää kärjen 10 läpi ja poistuu kärjen 10 päästä. Osa 15 öljystä kerääntyy säiliöön 32 ja painetaan kärjen 10 sisäosiin. Ilmavirta jatkuu sitten kerätäkseen porausjätteet ja poistaakseen ne kärjestä 10 urien 26 sekä reiän seinän että porausputken välisen onkalon kautta.

On selvää, että kärkeä 10 voidaan käyttää kaikissa 20 poraussovellutuksissa, kuten maanalaisissa kaivoksissa, avolouhoksissa, öljykentillä jne. Kärkeä 10 voidaan itse asiassa käyttää kitkaterien tai pyörivien terien sijasta.

Huolimatta siitä, että tässä kuvataan ja selitetään asetusten ehtojen mukaisesti keksinnön nimenomaisia suori-25 tusmuotoja, on tekniikkaan perehtyneelle selvää, että patenttivaatimusten kattamaan keksinnön muotoon voidaan tehdä muutoksia ja että keksinnön tiettyjä ominaisuuksia voidaan hyödyntää riippumatta sen muista piirteistä.

Claims (6)

1. Pyörivä poran kärki (10), jolla on sen keskiak-selia vastaava ensimmäinen symmetria-akseli (52) ja joka 5 käsittää karan (12), karasta (12) ulkonevan kielen (14), kielestä (14) ulkonevan akselin (16), parin puolipalloja (18, 20), jotka on pyörivästi 10 asennettu akselille (16) kielen (14) molemmille puolille, laakerivälineet (46), jotka on sijoitettu akselin (16) ja puolipallojen (18, 20) väliin, välineet (42, 44) voiteluaineen syöttämiseksi laa-kerivälineille (46), 15 kielen (14) läpi ulottuvat väliainekanavat (38, 40), ja puolipalloille sijoitetut leikkaavien terien rivit, tunnettu siitä, että akseli (16) ulkonee kielestä (14) kohtisuorasti ja 20 puolipallot ovat oleellisesti kielen ja toistensa suuntaiset, jolloin akseli sisältää toisen symmetria-akselin (50), kunkin puolipallon ulkopintaa pitkin ulottuu kaari-mainen ura (26), joka on oleellisesti samansuuntainen kielen (14) kanssa, näiden kahden uran ollessa sijoitettu 25 vastaaville puolipalloille epäsymmetrisesti, ja että toinen puolipallo (20) sisältää ensimmäisen rivin porrastettuja leikkuuteriä (22) sijoitettuna siinä olevan uran (26) yhdelle puolelle sekä toisen rivin pienempiä porrastettuja leikkuuteriä (24) uran (26) toisella puolel-30 la, ja toinen puolipallo (18) sisältää siinä olevan uran (26) yhdelle puolella oleellisesti suoran rivin leikkuu-teriä sekä rivin pienempiä porrastettuja leikkuuteriä (24) uran (26) toisella puolella, jolloin leikkuuterät eivät sijaitse toisiaan vastaavissa paikoissa näillä kahdella 35 puolipalloilla. 9 79832

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen poran kärki, tunnettu siitä, että ensimmäinen symmetria-akseli (52) ja toinen symmetria-akseli (50) eivät ole kohdakkain, niin että puolipallot (18, 20) on poikkeutettu määrättyyn 5 suuntaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen poran terä, tunnettu siitä, että karan (12) sisään on sijoitettu voiteluainesäiliö (32), josta ulottuu kielen läpi keskuskanava (30), joka on yhteydessä laakerivälineisiin 10 (46).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen poran terä, tunnettu siitä, että väliainekanavat (38, 40) ovat yhteydessä säiliöön (32) ja ulottuvat kielen (14) pään pinnalle.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen poran terä, tunnettu siitä, että kielen (14) päähän on sijoitettu leikkuuterät (28).

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen poranterä, tunnettu siitä, että akselin (16) ja puolipallojen (18, 20 20) väliin on sijoitettu rullalaakerit (46). 10 79332