JPH01502919A - 液圧パーカッション発生器を有する地中穿孔用掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １、発明の名称　液圧パーカッション発生器を有する地中穿孔用掘削装置 ２、発明の詳細な説明 本発明は液圧パーカッション発生器を有する地中穿孔用掘削装置に関するもので 、該掘削装置においてドリルパイプを通して掘削穴に導入させる液流で作動させ るようにパーカッション発生器を配設し、パーカッション発生器に取付は可能の ドリル工具上に発生される振動パーカッション力をドリルパイプと連絡させ且つ 液流を１１４節するばね負荷のスラスト弁により発生させるようにしたものであ る。

この一般的な型式の装置は例えば米国特許第２３８８７４１号及び第３０１８８ ３４号明細書及び英国特許第２７７６号明細書（１９１３年）から周知である。

これら周知の装置において、洗浄液の液流がスラスト弁の弁軸又はピストンに固 定されているドリル工具に作用させるため、ばね機構により開放状態に保持され ているスラスト弁を高速でしかも高圧により流通する。スラスト弁に対する液流 の液体力学上の力がスラスト弁のばねの開放力より大きくなると直ちに、スラス ト弁が素早く閉鎖し、従ってドリルパイプを通って供給された液流が高速及び高 圧の結果として、圧力パルスが発生され、圧力パルスはスラスト弁の弁軸又はピ ストンに対して作用し、パーカッション（衝り運動としてドリル工具に伝達され る。このパーカッション（衝撃）運動のおかげで、液流はそのエネルギーの一部 を失い、そのためスラスト弁のばねが再び弁を開放し、新しい工程を発生させプ ロセスが開始できる。

しかし、この種の周知の装置は種々の欠点があって、これらの欠点が今まで周知 の装置の問題のない利用を妨げていた。この周知の装置において、洗浄液は高速 及び高圧で流入させねばならない事実に加えて、スラスト弁はドリルの運動工程 に必要な衝撃圧力を確実にさせるため密封嵌合を具えることも必要であった。し かし、スラスト弁の密封嵌合は洗浄液の液流が多量の泥土分を含んでいるので損 傷を受け易い、これは７過による以外克服の方法がなく、その結果として経費の 増加となる。スラスト弁の嵌合に損傷が起きると１周知の装置は低下した効率で 作用できるだけか、又は最悪の場合にはもはや作用できなくなる。

周知の装置の更に重要な欠点はスラスト弁の弁軸又はピストンの運動工程だけが スラスト弁に作用する液圧の低下に影響す、るので、スラスト弁の開放が確実に 継続できないことにある。洗浄液の液流の不都合な速度又は不都合な圧力状態に おいて、スラスト弁の適切な嵌合を妨げる仕方で作用する泥土がスラスト弁に入 った場合にスラスト弁の開放力に弁を再度開放させるだけの強さがなく、そのた めこの装置はもはや作用しなくなる。

最後に周知の装置は種々のパラ−メーター、即ち洗浄液の液流の速度と圧力、ス ラスト弁の開口部、スラスト弁のばね力、スラスト弁のばねの復帰力等を規定し た範囲内で装置の作用を維持することができるようにするため互いに対して正確 に決定しなければならない欠点がある。

本発明の目的は周知の装置の上述した欠点を除去し。

濾過の必要のない液流作用的損傷を起すことなしに、換言すればスラスト弁にお いて精密な嵌合を具える必要もなくしかも嵌合部材の摺動なしに未濾過の液流を エネルギー搬送体として用いることができ、更にスラスト弁の連続的開閉の周期 を自動的に確実にする液圧パーカッション発生器を有する地中穿孔用掘削装置を 提供することにある。

上述の目的は本発明による地中穿孔用掘削装置により達成でき、該装置は長手方 向に移動可能なインパルス管をドリルパイプの下端に取付け、ドリルパイプの下 側口部とインパルス管の上側口部との間に流れ分配絞り弁を備え、インパルス管 の軸線方向の位置に依存して流れ分配絞り弁によ、ってインパルス管内に流れる 液流に対するインパルス管の外側の掘削穴内に流れる液流の比率を調節可能とし 、インパルス管の外部の掘削穴内を流れる液流を減少させる位置に向って流れ分 配絞り弁を付勢させる第１ばね機構に応答してインパルス管をドリルパイプに対 して移動可能とし、ドリル工具を受容でき且つ第２ばね機構により開口位置に向 かつて付勢されているスラスト弁を含有するようにインパルス管の下端を配設し 。

スラスト弁を一方ではインパルス管の内部に位置させ且つインパルス管の外側の 掘削穴に出現させ、インパルス管の軸線方向の長さをスラスト弁の軸線方向の長 さよりも実質的に長くさせである。

本発明の装置においては周知のいわゆる液圧ラム又は水ハンマーと同様の型式の 液柱の慣性力、即ち、インパルス管内の慣性力だけがもちいられるため、また液 流を中断するスラスト弁の機能はドリル工具を駆動させる機構とは独立している ので、密封部材の摺動又は弁部材の嵌合を必要としない、更に、各衝撃工程後の スラスト弁ばね機構を備えると共にスラスト弁の案内部材の適宜な構造により、 摺動案内の使用を避けることができると共に除去できる。

本発明による掘削装置の実施例を添付図面について詳細に説明する。

第１図は深井戸ハンマードリルとして構成した本発明による装置の第１実施例の 縦断側面図。

第２図はばね部材を用いる第１図の装置のスラスト弁の弁本体用の案内装置の変 形例の斜視図である。

第１図に関し、掘削穴１内の管状ドリルバイブ２を示しであるが、第１図ではド リルバイブ２の下端だけを示している。ドリルパイプ２の下端には案内管３を所 定位置に螺着している。更に外部ねじ山を有する内管４は案内管３の内部ねじ山 に螺着され、ドリルパイプ２の下側口部５を形成している。案内管３は案内管の 内周のまわりに等間隔で配置された全ての軸線方向に並行な４つの案内スプライ ン６を備えている。案内スプライン６は、軸線方向の摺動運動を行わせるため同 軸インパルス管７を案内する。ドリルパイプ２が回転するように駆動された場合 に、スプライン６はインパルス管７にトルクを伝達するためにインパルス管７に 形成した縦溝６′と内側で係合する。インパルス管７は内管４即ちドリルパイプ ２の下側口部５に面して位置決めされている上側口部８を有し、該上側口部８は 下側口５と共に以下に説明する方法で流れ分配絞り弁を形成する。

破ｖＡ９で示したように実際は図面に示したものよりも実質的に長いインパルス 管７の下端において、インパルス管７の構成部分として弁座スリーブ１ｏをイン パルス管７に螺着しである。弁座１１は弁座スリーブ１０の下端に備えられてい る。符号１３で示したスラスト弁の弁部材１２は十字形に取付けられ且つ下端に おいて弁部材１２に固着された内側羽根１４′を有している円筒状スリーブ１４ によりインパルス管７内に移動するように案内される。ばね１５は弁部材１２に 作動するように配設されている。ばね１５は弁座１１から弁部材１２を持上げる 作用をなす、閉鎖位置にある弁座１１と弁部材１２には滑り嵌めを形成していな い。

弁座スリーブ１０の下端、即ちインパルス管７の下端にはドリル工具１６を固着 し、ドリル工具１６は深井戸ハンマドリルの目的で備えられ、実際の掘削穴を形 成する。ドリルパイプ２に関して移動可能な構成部材、即ち。

インパルス管７と、弁部材１２及びばね１５を有する弁座スリーブ１０と、ドリ ル工具１６とは支持環１７に対して取付けられているばね１８によって、ドリル パイプ２の下側口部５に向って付勢されている。支持環１７はスプライン６に形 成した半径方向の段部に支持されている。

図示した本装置の操作方法の説明のため、スラスト弁１３が開放され、インパル ス管７がばね１８の力により矢印１９で示したようにドリルパイプ２を通って下 方に流れる洗浄液で上方に付勢されている初期位置を説明する。ドリルパイプ２ の下側口部５とインパルス管７の上側口部８との間の間隙が大きい限りは、洗浄 液の大部分が少ない抵抗によって矢印２０で示したように案内管３とインパルス 管７との間を流出して掘削穴１に流入する。

しかし、閉鎖運動が進行すると、矢印２１で示したようにインパルス管７中に流 入される液体の流量はインパルス管７内の増大する流速により生じる開放のスラ スト弁１３にかかる降下圧力がスラスト弁１３のばね１５の付勢力を越えるまで 増加する。その後、スラスト弁１３が急激に閉鎖し、上述した軸線方向に対する 可動構成部材。

即ちインパルス管７．弁座スリーブ１ｏ、弁部材１２、ばね１５及びドリル工具 １６はインパルス管７に含有されでいる液体の下方移動液柱の慣性によって下方 に投げ落とされ、それはそのラム衝撃が復帰ばね１８の圧力を何度も超過するか らである。従って、下側口部５と上側口部８との間の間隙のサイズが増大する。

掘削穴１の底部に対するドリル工具１６の衝撃後に。

インパルス管７にある液柱はその力を消失する。液体は下側−口部５と上側口部 ８との間隙を矢印２０の方向に通ってインパルス管７内を逆戻りする。この後、 ばね１５は再びスラスト弁１３を開放でき、ばね１８は軸線方向の可動構成部材 、即ちインパルス管７、弁座スリーブ１ｏ、弁部材１２、ばね１５及びドリル工 具１６を再びドリルパイプ２の下側口部５に向って引き戻し、新しい同様の循環 を開始させる。

これらの移動工程の回数は可動構成部材、即ちインパルス管７．弁座スリーブ１ ０．弁部材１２．ばね１５及びドリル工具１６を再びドリルパイプ２の下側口部 ５に向って引き戻し、新しい同様の循環を開始させる。

これらの移動工程の回数は、可動構成部材、即ちインパルス管７、゛弁座スリー ブ１０、弁部材１２．ばね１５及びドリル工具１６の復帰工程の速度、換言すれ ば可動構成部材の大きさ及び工程に対するばね１８の力によって決定される。こ の復帰運動は通常比較的緩やかな工程である。しかし、インパルス管７に含有し ている液体の反動はインパルス管７の上端において破線で略図的に示した逆止め 弁２２をその上側口部８に備えている場合に。

復帰運動の加速に利用できる。逆止め弁２は閉鎖することによりインパルス管７ にある液柱の反動を吸収し、その結果ばね１８の作用を補足する。逆止め弁２２ は数ミリセカンド程度の極く短い時間だけ閉鎖した状態のままになるので、スラ スト弁１３の逃げ、即ち開放は逆止め弁２２の閉鎖によっては害われない。

大きい運動工程を用いると、インパルス管７の中にある液柱のラム衝撃とドリル 工具１６の掘削穴１の底部からの反動との間の時間差は注目すべきものとなりイ ンパルス管７内の圧力波が急速に静まるから２重衝撃に結び付く、この好ましく ない現象を避けるためスラスト弁１３の弁部材１２に圧力安全弁２３を別に装着 でき、該安全弁２３は破線で略図的に示し、発生する圧力ピークを取り除く。

第２図は案内及びばね機構の変形例の斜視図であり。

該案内及びばね機構は第１図に示した実施例において、スリーブ１４とばね１５ により行われるスラスト弁１３の弁部材１２に対する摺動案内と復帰作用を取り 替えることができる。第２図から明らかなように、この変形例において、第１図 のスラスト弁１３の弁部材１２は共通面に配置させた３つの半径方向のアーム２ ６のおのおのを軸線方向に一定間隔で組にした軸線方向の弁軸２５を備えている 。アーム２６は弁座スリーブ１０（第１図）から半径方向に一定間隔で常に位置 付けされている。この構成は更に３つの案内ロッド２７を有しており、該案内ロ ッド２７は図示していない方法、例えばねじにより弁座スリーブ１０（第１図） の内側に固定されている。

案内ロッド２７の上端及び下端は弁軸２５のアーム２６の軸線方向端部のわずか 上にある０図示した構造の連接を可能にするため、３つの案内ロッド２７の間に は３つの円弧スペーサ２８を備えている。弁軸２５及び案内ロッド２７の上方区 域と下方区域との両区域において、弁軸２５の各アーム２６の外端は円弧状板ば ね２９（上端）、３０（下端）によって案内ロッド２７の一端に接続されている 。この接続は例えばリベット３１によって達成することができるし、変形例とし て適当な位置の溶接によっても達成することができる。側面図においてＳ字型に なっているこれらの板ばね２９と３０により、弁部材１２は弁座スリーブ１０（ 第１図）における摺動案内又は第１図のばね１５に相当する復帰ばねの必要なし に、同時に両方とも同中心的に案内され、開放方向において上方に軸線的に付勢 されている。

本発明の装置では、スラスト弁の弁座１１と弁部材１２との嵌合を備えさせる必 要がないので、たとえ洗浄液が極めて高い泥土分を有していても、スラスト弁１ ３の閉鎖運動と開放運動との双方に関して本装置の問題のない運転が保証される 。更に、本発明の装置の作用を決定する要因はインパルス管７中の液柱だけ依存 するので。

洗浄液に特定の速度又は特定の圧力を付与するために特別の手段をとる必要がな い、最後に本発明の装置は比較的少なく且つ簡単な構成部材しか必要としないの で、故障発生度が極めて少い。

Ｆｉｇ、　Ｉ　Ｆｉｇ、　２ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ドリルパイプ（２）を通って掘削穴（１）に導入させる液流によって作動す るようにパーカッション発生器を配設し、パーカッション発生器に取り付け可能 のドリル工具（１６）に発生させる振動パーカッション力をドリルパイプ（２） と連絡し且つ液流を調節するばね負荷のスラスト弁（１３）によって発生させる 地中穿孔用掘削装置において、長手方向に移動可能なインパルス管（７）をドリ ルパイプの下端（５）に取付け、ドリルパイプ（２）の下側口部（５）とインパ ルス管（７）の上側口部（８）との間に流れ分配絞り弁を備え、インパルス管（ ７）の軸線方向の位置に依存して流れ分配絞り弁によりインパルス管（７）内に 流れる液流（２１）に対するインパルス管（７）の外側の掘削穴（１）に流れる 液流（２０）の比率を調節可能とし、インパルス管（７）の外側の掘削穴（１） 内に流れる液流（２０）を減少させる位置に向って流れ分配絞り弁を付勢させる 第１ばね機構に応答してインパルス管（７）をドリルパイプ（２）に対して移動 可能とし、ドリル工具（１６）を受容でき且つ第２ばね機構（１５，２９，３０ ）により開放位置に向って付勢されているスラスト弁（１３）を含有するように インパルス管（７）の下端を配設し、スラスト弁を一方ではインパルス管（７） の内部に、他方ではインパルス管（７）の外側の掘削穴（１）に露出させ、イン パルス管（７）の軸線方向の長さをスラスト弁（１３）の軸線方向の長さよりも 長くさせたことを特徴とする地中穿孔用掘削装置。 ２）インパルス管（７）の上側口部（８）をドリルパイプの下側口部（５）に対 して軸線方向に対向して配置し、２つの口部（５，８）の端縁がインパルス管（ ７）の外側の掘削穴（１）に流れる液流（２０）用の可変絞り弁を構成すること を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の地中穿孔用掘削装置。 ３）ドリルパイプ（２）に固着し且つインパルス管の案内スプライン（６）を備 えた案内管（３）内にインパルス管（７）を取付けたことを特徴とする特許請求 の範囲第１項又は第２項記載の地中穿孔用掘削装置。 ４）スラスト弁（１３）の弁座（１１）と弁部材（１２）を滑り嵌めなしで構成 したことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項記載の地 中穿孔用掘削装置。 ５）スラスト弁（１３）の第２ばね機構（１５）を圧力側でインパルス管（７） 中の液流（２１）内の半径方向の外側に配置させたことを特徴とする特許請求の 範囲第１項乃至第４項いずれか１項記載の地中穿孔用掘削装置。 ６）スラスト弁（１３）の弁部材（１２）を摺動案内機構なしにばね機構（２９ ，３０）により案内することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項いず れか１項記載の地中穿孔用掘削装置。 ７）第２ばね機構を複数の板ばね（２９，３０）から構成し、各板ばねの一端を 弁軸（２５）のアーム（２６）に接続し、他端を案内ロッド（２７）の一端に接 続させ、案内ロッド（２７）をインパルス管（７）の内側に固定させたことを特 徴とする特許請求の範囲第６項記載の地中穿孔用掘削装置。 ８）複数のアーム（２６）と板ばね（２９，３０）の２組を弁部材（１２）から 互いに軸線方向に一定間隔を置いた領域に配置し、各案内ロッド（２７）をこれ ら両方の領域間に延伸させたことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の地中 穿孔用掘削装置。 ９）スラスト弁（１３）の閉鎖により生じるインパルス管（７）内の液柱の反動 を使用してドリルパイプ（２）に関してインパルス管（７）に作用する第１ばね 機構（１８）の力を増大させるため、インパルス管（７）の上端の上側口部（８ ）に逆止め弁（２２）を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８ 項いずれか１項記載の地中穿孔用掘削装置。 １０）スラスト弁（１３）に圧力安全弁（２３）を配設し、スラスト弁（１３） の閉鎖によって起こる圧力衝繋を制限するためインパルス管（７）の外側の掘削 穴（１）に露出させたことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第９項いずれ か１項の地中穿孔用掘削装置。