JP5683582B2 - 削岩機を腐食から保護する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、腐食性環境にある衝撃削岩機を保護する装置及び方法に関するものである。

衝撃削岩機は、実用的な理由によりケーシング部品としては公知の幾つかの大型部品から構成され、これらの大型部品は掘削機を形成するためにボルト継手によって一体に保持されている。典型的なケーシング部品は、前方部品、歯車ハウジング、中間部品、シリンダー部品及び後部ヘッドである。各ケーシング部品は、例えば衝撃ピストン、ピストンガイド、弁ガイド、減衰ピストン等のような削岩機の機能に必要とされる数多くの部品を収容している。ケーシング部品は、技術的及び経済的理由から焼入鋼で作られている。かかる材料は、幾つかの機能上の諸要件、製造上の諸要件、及び経済的な諸要件を満たすように選ばれる。

用語「分割平面」は、本願明細書では、継手によって組立てられた２つのケーシング部品間の接触面として定義され、またそれは縦軸線に対して方向性に関係なく接触状態にあるすべての面を意味している。継手における分割平面は動力を伝送する。

用語「端部平面」は、本願明細書では、同一分割平面に含まれるすべてのケーシング部品の面の全体として定義される。

端部平面は、平坦に研磨され、通常は縦軸線を垂直に横切るように方向付けされている。端部平面の品質及び表面の仕上りは、削岩機の機能に極めて重要であり、完全に平坦な端部平面を得ることは困難である。以下に説明するように、極僅かな傾斜及び不規則性が削岩機の悲惨な結果をもたらす可能性がある。

地下を掘削する衝撃削岩機は、ドリルビット及びドリル孔からドリル切削物を洗い流すためそこに存在している水を使用する。多くの場合、坑内に存在している水は酸性であり、塩分を含み、腐食性の高いものである。酸性で塩分を含む腐食性の濯ぎ水は、周囲から削岩機の継手における分割平面の凹凸すなわち不規則な部分に入り込み、腐食を引き起こす。最も外方の表面を腐食させ始め、そして腐食は、水が冒すことのできる別の凹凸部分に進行していく。通常、端部平面上の腐食攻撃の度合いは、ケーシングの商品の寿命を決定する要因である。

公知の方法は、使用中、腐食性水やドリル切削物の浸入から分割平面を保護するには有効である。この方法では、材料端部平面の溝に柔軟な密封材を配置している。そのためかかる方法では溝の外側の材料が特定の浸食環境で腐食すると、密封溝及び密封剤が破壊され、それにより漏れが生じてしまう。

さらに、継手の部品である端部表面に、油と混合させた圧搾空気の形状の潤滑油を供給することは、地下で使用される液圧式掘削機においては従来公知である。この発想は、潤滑に加え端部表面間のあらゆる位置に小さな亀裂が発生する場合に、このような状況で流出する油と空気の混合物が水及びドリル切削物の浸入を防ぐであろうということにある。それにも関わらず、腐食が端部表面の外縁部で始まる場合に、掘削機が使用されていない際にも腐食は起こり得、例えば油と圧搾空気の混合物の大部分が通過できる通路が時間の経過と共に形成される。その結果、端部平面の他の部分は潤滑されなくなり、保護されなくなる。潤滑がなされなくなると、動作中、掘削機の端部平面間で常時微動が起きているため、過熱及びベーキングの危険が存在する。

そのため、衝撃削岩機の継手部分を形成する端部平面及び分割平面を保護し、このようにして削岩の動作費用を低減させる改善された装置及び方法が要求されている。先行技術による解決策は、これらの要求を満たすものではない。

本発明の目的は、特に酸性で塩分を含む腐食性の水の存在する坑内環境において、利用者にとってさらに費用効率の良い削岩機を作るための装置及び方法を提供することにある。

本発明の第一の特徴によれば、本発明は、衝撃掘削用削岩機の一部分である装置に関する。かかる装置は、第一及び第二の区域から成り、少なくとも１つの端部平面を備えたケーシング部を有し、第一の区域は端部平面の外部輪郭の少なくとも一部分を包含し、耐腐食性の材料で構成されている。

本明細書において、用語「耐腐食性の材料」は徐々に錆びる或いは錆びる傾向を示さない材料を表すものである。

主として、外部輪郭の一部分を含む端部平面の縁部の一部分は、耐腐食性の材料で構成される。端部平面の外部縁部は外方向に密封され、従って腐食攻撃に必要とされる諸条件は継手の外部輪郭で取り除かれ、腐食攻撃の危険は最少化される。このようにして本発明は、分割平面における腐食攻撃の耐性を改善するという利点を有し、主に隙間腐食から分割平面を保護する。

継手の一部分でありまた掘削機が使用されていない際に腐食性の水に晒される危険のある端部平面の各部分は、耐腐食性の材料で作られるように構成されている。耐腐食性の材料は、水の浸入を防止できるようにするために非常に高密度でなければならない。また、耐腐食性の材料は、高い耐久性の要求を達成するために、基材の硬度に対応する硬度を有するべきである。耐腐食性の材料は、例えばステンレス鋼、コバルト及びクロムを含有する合金（例えばデロロステライト社の商標ステライトなど）、或いは適当なセラミック材料から成り得る。

本発明の目的は、継手の分割平面における表面浸食攻撃を防ぐことにある。本発明によれば、多数のケーシング部品を備え且つ油と圧搾空気で加圧下に置かれた削岩機において、油と圧搾空気の混合物は主に削岩機のケーシング内部に留まり、意図した通りに分割平面を保護する。このようにして、腐食攻撃に対する効果的な潤滑及び効果的な保護が達成される。

その結果、利用者にとって非常に高価であるケーシング部品の商品寿命を著しく増大させ、それにより掘削孔のメートル当りの作業コストは比較的低くなる。

さらに、本発明は、削岩機の腐食する分割平面及びその結果として生じる傾斜特性により引き起こされあらゆる種類の削岩機で頻発する問題点を軽減して削岩中の生産コストを低減する。

本発明は、加圧された分割平面を備える削岩機ばかりでなくＯリングのような密封材を具備する分割平面を備える削岩機においても機能する。加圧空気は加圧された分割平面から漏れることが可能でなければならない。端部平面には、放射状に方向付けされ且つ端部平面の大部分を横切って油と空気の混合物を分配する溝が設けられる。場合によっては、漏出溝は、掘削機の内部で始まり分割平面を横切って潤滑空気の分配を高めるだけでなく、例えばそれがボルト継手を潤滑するために空気混合物をさらに制御するためにも、意図的に端部平面に配置される。

１つの代替例によれば、第一の区域は、端部平面の完全な外部輪郭を包含している。この場合、第一の区域は端部平面の完全な縁部区域を包含する。

別の代替例によれば、第一の区域は、ケーシング部品が削岩機と同軸に配置されているため、ケーシング部品及びまた削岩機の縦軸線に沿って特定の範囲のびた層の一部分である。

耐腐食性の材料で作られたケーシング部品に固定するための代りの取付け方法は、例えば溶接、フレーム溶射、及び電界コーティングである。

１つの代替例によれば、第二の区域は、耐腐食性の材料で構成されている。従って完成した端部平面は耐腐食性の材料構成されている。

本発明の１つの実施形態によれば、衝撃削岩機における継手は少なくとも２つのケーシング部品で構成されている。ケーシング部品は、上述の代替例のうちの何れかに従って構成され、そして耐腐食性の材料の区域が密封接触状態になるよう配置される。耐腐食性の材料から成る区域が分割平面で相互に覆うような同一の形状を有することは、本発明の概念の一部分である。

本発明の１つの実施形態によれば、衝撃削岩機は上述のように配置された少なくとも１つの継手を備えている。継手は放射状に配置され、耐腐食性の材料の第一の区域が腐食の危険が最大となる削岩機に配置される。これらの区域の配置は、その他の要因、削岩機の種類、継手の種類、ボルトの種類及びボルト継手内部のそれらの位置の中から考慮して行われる。また削岩機が動作していない状況での腐食の危険も考慮される。

従って、耐腐食性の材料の保護縁部区域内では腐食は起こらない。ケーシング部品は、極めて酸性で塩分を含むか或いは腐食性の水の存在する場所において比較的著しく増大した高い確実性で幾倍か長い寿命を達成する。

かかる構成が、少なくとも酸性で塩分を含む水の存在する地下坑内を掘削するための削岩機の一部を成すことは、本発明の概念の一部分である。

削岩機の加圧は、上述の通り、油と空気の混合物が圧力下で掘削機の内部に供給されるようにして動作中に行われる。そうする目的は、動作中、接触面及びケーシング部品間の分割平面、並びにケーシング部品を構成する部品を潤滑して腐食から保護することにある。

端部平面に不具合があった場合或いは完全に平面でない場合には、加圧された油と空気の混合物が上述のように削岩機の内部に循環せずしかも構成部材を潤滑せずに、制御されない仕方で削岩機から排出され得る危険が存在する。さらに、少なくとも酸性で塩分を含む水は端部平面間に浸入し腐食を引き起こす危険がある。端部平面の腐食は、さらに、制御されない仕方で油と空気の混合物が流れ出る通路にまで及ぶことになる。

第二の実施形態によれば、本発明は、多数の継手と多数のケーシング部品を有し、ケーシング部品のそれぞれが第一及び第二の区域のうちの少なくとも１つから成る少なくとも１つの端部平面を備えている、衝撃掘削用の削岩機を腐食から保護する方法に関する。第一の区域は、端部平面の外部輪郭の少なくとも一部分を備え、そして耐腐食性の材料で構成されている。かかる方法は、多数の継手の第一の区域が密封を形成する仕方で相互に覆うように対を成して同様に形成される第一の区域と多数のケーシング部品を結合することによって削岩機を組立てることを含んでいる。

さらに、かかる方法は、動作中油と空気の混合物によって削岩機の継手を加圧し、それによって、各継手の第一の区域を密封しそして油と空気の混合物が流出するのを防ぎ、また同時に周囲の腐食性の水が構成部材の分割平面に浸入するのを防ぎ、それにより油と空気の混合物が各分割平面の一部である第二の区域を潤滑することを含む。

本発明による方法によれば、密封する端部平面が油と空気の混合物が制御されない仕方で分割平面を通って流出するのを防ぐと同時に、油と空気の混合物が削岩機の内部構成要素間の接触表面を潤滑するという利点が得られる。

分割平面の外部部分が腐食しない場合、油と圧搾空気の混合物は大部分が削岩機のケーシング内部に留まって目的通りに分割平面を保護する。

本発明による代替例によれば、油と空気の混合物は第二の区域を通って流出するようにされる。これは、例えば上述の漏出溝を通り通路を通って、案内されかつ制御された仕方で行なうことができる。

本発明は、添付図面に基いて種々の実施形態を記載することによって以下に詳細に説明される。

本発明による少なくとも１つの構成を備える衝撃削岩機を示す側面図。 図１に示された削岩機の断面図。 本発明による構成を示す斜視図。 本発明による代りの構成を示す断面図。 本発明による構成の一部分の断面図。

衝撃削岩機１（図１）は、ケーシング部材１ａ−１ｇとして知られた多数の大型部品を有し、これらのケーシング部材１ａ−１ｇは、ボルト継手のような継手１１で相互に保持されている。典型的なケーシング部品は、前方部品、歯車ハウジング、中間部品、シリンダー部品、及び後部ヘッドである。各ケーシング部品は、例えば衝撃（ハンマー）ピストン、ピストンガイド、弁ガイド、及び減衰ピストンなど削岩機の機能に必要とされる数多くの部品を収容している。これらの部品の機能は本発明によって影響を受けるものではない。

図２は、図１で示された削岩機の断面図であり、図示したように、ケーシング部品の各対の構成要素は組立時に分割平面７で接触している。図２では、第一のケーシング部品１ｆ及び第二のケーシング部品１ｇは多数のボルト９により継手１１と結合されて示されている。

二つの隣接する端部平面３（図３）は、削岩機の分割平面７を形成している。従って、各分割平面７は、関連したケーシング部品が継手１１で結合される際に二つの対向する端部平面３によって形成されている。ケーシング部品の端部平面３は、削岩機における次のケーシング部品の組立て表面を構成していると言うことができる。

図３に示すように、ケーシング部品１ｃは、耐腐食性の材料から成る第一の区域４を備えた端部平面３を有している。第一の区域４は、端部平面の外部輪郭５の一部５ａを含み、従って端部平面３の外部縁部の一部を含んでいる。ケーシング部品１ｃが組立てられ、削岩機１の構成要素である場合、第一の区域４は上述のように腐食の危険が高い削岩機の区域に配置される。端部平面３はまた、ケーシング部品１ｃの例えば硬化鋼の基材から成る第二の区域８を含んでいる。

第一の区域４は、代りの実施形態では、端部平面３の全外部輪郭５を含み、従って、端部平面３の完全な縁部区域１２を包含している（図４）。

図３のケーシング部品１ｃなどケーシング部品の機械加工中、端部平面３の外部輪郭５の少なくとも一部分の周囲に溝が切られる。好ましくは、溝は、深さ数ｍｍ、幅約１０ｍｍに切られる。溝には、耐腐食性の材料が溶接によって充填される。ケーシング部品は、その後硬化処理されそして機械加工されて完成される。最終的には、少なくとも特定の範囲で耐腐食性の材料から成る縁部区域を包含する端部平面を備えるケーシング部品になる。

図５は、図４で示された端部平面３の外部縁部１２の断面図である。図５は、上述のようにして製造された縦軸線Ａに沿って特定の範囲ｈに層１０がのびていることを示している。第一の区域４は、層１０の一部であり、しかも層１０の外方限界面を構成している。

本発明によれば、ケーシング部品を備える削岩機は、多数の分割平面７を有し、それぞれ分割平面７は２つの端部平面３によって形成されている。削岩機は、比較的密封性の高い多数の継手１１通常はボルト継手で相互に保持される外部ケーシングを有している。本発明によれば、削岩機の起動時に、削岩機は油と空気の混合物により圧力下に置かれ、それにより継手１１によって周囲から水が分割平面７を通って浸入するのを阻止し、さらに制御されない仕方で油と空気の混合物が分割平面７を通って漏れ出すのを阻止する。本発明は、継手１１が腐食攻撃を受けることなく塩分を含む酸性の腐食性の水との接触に著しく有意に耐えることができるという利点を有する。

本発明による削岩機の端部平面は、油と空気の混合物が制御された仕方で分割平面７内に流れ出て、これらの平面を潤滑できるようにさせる意図的な溝を備えることができることは指摘されるべきである。油と空気の混合物は流れ続けて、例えば継手の構成要素であるボルトを潤滑させることができるようにされる。

１ 削岩機
１ａ−１ｇ ケーシング部品
３ 端部平面
４ 第一の区域
５ 外部輪郭
７ 分割平面
８ 第二の区域
９ ボルト
１０ 層
１２ 縁部区域
Ａ 縦軸線

Claims (7)

1. 基材及び少なくとも一つの端部平面（３）を備え、衝撃掘削用削岩機（１）の一部になるようにされたケーシング部品（１ａ−１ｇ）において、
   端部平面（３）が少なくとも第一の区域（４）及び第二の区域（８）から成り、
   第一の区域（４）が端部平面（３）の外部輪郭（５）の少なくとも一部分（５ａ）を含み且つ耐腐食性の材料から成り、また
   第二の区域（８）が基材で構成されていること
   を特徴とするケーシング部品。
2. 第一の区域（４）が端部平面（３）の外部輪郭（５）を完全に含むことを特徴とする請求項１に記載のケーシング部品。
3. 第二の区域（８）が耐腐食性の材料から成ることを特徴とする請求項１〜２の何れか一項に記載のケーシング部品。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の二つのケーシング部品（１ｃ、１ｄ）を含むハンマー削岩機の継手（１１）において、
   耐腐食性の材料から成る第一の領域（４ｃ、４ｄ）が同一形状であり、そして第一の領域（４ｃ、４ｄ）が、分割平面（７）に密封接触状態で配置されていることを特徴とするハンマー削岩機の継手。
5. 請求項４に記載の少なくとも一つの継手（１１）を有する衝撃掘削用に構成された削岩機（１）において、
   継手（１１）が放射状に位置決めされて、耐腐食性の材料から成る第一の区域（４ｃ、４ｄ）が互いにかぶさり合いそして腐食の危険の最大となる削岩機の区域に配置されるように構成したこと
   を特徴とする衝撃掘削用削岩機。
6. 多数のケーシング部品（１ａ−１ｇ）を備えた多数の継手（１１）を有し、各ケーシング部品（１ａ−１ｇ）が少なくとも一つの端部平面（３）を備え、端部平面（３）が少なくとも第一の区域（４）及び第二の区域（８）から成り、
   第一の区域（４）が端部平面（３）の外部輪郭（５）の少なくとも一つの部分（５ａ）を含み且つ耐腐食性の材料から成り、また第二の区域（８）が基材から成っている、衝撃掘削用削岩機（１）を腐食から保護する方法において、
   多数の継手（１１）の第一の区域（４）が互いにかぶさり合って密封を形成するように、対を成して形成される第一の区域（４）に多数のケーシング部品（１ａ−１ｇ）を結合することによって削岩機を組立てること、及び
   動作中に油と空気の混合物によって削岩機（１）の継手（１１）を加圧して、各継手の第一の区域（４）が密封し、油と空気の混合物の流出を防ぎ、しかも同時に周囲の腐食性の水が構成部材の分割平面（７）に浸入するのを防ぎ、それにより、油と空気の混合物が各分割平面（７）の一部である第二の区域（８）を潤滑すること
   を含むことを特徴とする方法。
7. 油と空気の混合物が、端部平面（３）の意図的な溝に流れてこれらの平面を潤滑するようにされることを特徴とする請求項６に記載の方法。

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