KR101675031B1 - 미리 장착된 교환 인서트를 갖는 드릴 워시 장치 - Google Patents

미리 장착된 교환 인서트를 갖는 드릴 워시 장치 Download PDF

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글라위온 마이클
클라우스 랭 닥터.
호프만 젠스
요한 롤프
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이글버그만 저머니 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 드릴 워시 장치(100)에 관한 것으로, 드릴 워시 장치는 정지 워시파이프(102), 회전 워시파이프(103), 회전 워시파이프(103)에 정지 워시파이프(102)를 연결하기 위한 미리 장착된 대체 가능한 교환 인서트(1)를 포함하고, 교환 인서트(1)는 정지 시일 링(20) 및 회전 시일 링(21)을 갖는 메커니컬 시일 조립체, 및 정지 워시파이프(102)와 교환 인서트(1) 사이에 배열되는 제 1 어댑터(108)를 포함하고, 제 1 어댑터(108)는 제 1 어댑터(108)의 축방향 길이를 변경하기 위해 축방향에서 동작하는 제 1 조정 기구(116)를 포함하고, 교환 인서트(1)는 교환 인서트(1)의 축방향 길이를 변경하기 위해 축방향에서 동작하는 제 2 조정 기구(6)를 포함한다.

Description

미리 장착된 교환 인서트를 갖는 드릴 워시 장치{Drill wash device with pre-mounted exchange insert}
본 발명은 드릴 구멍에 삽입되는 회전 워시파이프에 정지, 비회전 워시파이프를 연결하기 위해 미리 장착된 교환 인서트를 갖는 드릴 워시 장치에 관한 것이다.
특히 원재료들을 위해, 지각을 시추하기 위해, 소위 워시파이프 조립체들이 사용되고, 여기서 드릴 헤드는 회전 파이프의 단부에 배열된다. 세척(washing) 또는 플러싱 액체는 파이프를 통해 위에서 드릴 구멍을 향해 하향으로 안내되고, 액체는 이때 드릴 헤드에 방출되고 지표면으로 회전 파이프의 외주를 따라 복귀된다. 그와 같은 드릴 구멍 배열들에서 문제가 되는 사안은 정지 워시파이프와 회전 워시파이프 간의 밀봉이다. 특히 환경 면에서 정지 및 회전 워시파이프 간의 이러한 실링에서 어떠한 누설들로 방지하기 위해, 보존액들(conservative solutions)이 가능한 한 많이 사용된다. 실링 솔루션(sealing solution)은 예컨대 복수의 정지 시일들, 예를 들어 스터핑 박스 시일들(stuffing-box seals) 또는 립 시일들(lip seals)의 직렬 연결이다. 정지 시일들 중 하나가 고장난 경우에, 후속 정지 시일이 이때 밀봉 기능을 보장할 것이다. 그러나, 시추 동안 일어나는 큰 부하들로 인해, 개개의 정지 시일들의 사용 기간이 매우 짧다. 따라서, 짧은 기간 후 정지 시일들을 교체할 필요가 있다. 그러나, 이것은 굴착 장치의 정지로 이어져서 상당한 비용들로 이어진다. 정지 시일들은 파이프 부분들 위에 개별적으로 놓여야 하므로, 교환 노력들이 또한 매우 많이 든다. 더욱이, EP 1 630 347 B1은 메커니컬 시일을 사용하는 회전 파이프와 정지 파이프 사이의 밀봉을 개시한다. 원칙적으로, 메커니컬 시일들은 미끄럼면들에 대한 손상이 회피될 수 있는 한 긴 사용 기한의 이점을 가진다. 상기 메커니컬 시일의 미끄럼면들이 항상 서로 접촉하도록 유지하기 위해, 가능하다면, 동작 중, 축방향에서 일정한 프리로드를 시일 링들에 가하는 스프링 요소가 제공된다. 그러나, 시추 중 일어나는 큰 부하들로 인해, 메커니컬 시일은 또한 몇 시간 후 교환되어야 한다. 이를 위해, 너트-스크루 조립체가 시일 링들 상의 프리로드를 끝내기 위해 축방향에서 스프링 요소들을 압축하기 위해 제공된다. 그것은 단지 시일 링들의 교환이 가능하다는 것이다. 이러한 교환 프로세스는 복잡하고 시간 소모적이다. 더욱이, 시일 링들이 개별적으로 제거되거나 장착되고, 그 결과 장착 중 미끄럼면들을 손상시킬 위험이 있다. 여기서, 회전 및 정지 워시파이프 간의 밀봉이 수 미터의 높이에서 시추 타워의 벨(bell)에 마련되어야 하고, 특히 시추가 특히 점점 더 사람이 지내기 힘든 장소들, 예컨대 공해들 및 지구의 추운 지역들에서 수행되기 때문에, 외부 영향들, 예컨대 날씨 및 온도가 교환 동작에 부정적인 영향을 가지지 않을 수 있다는 특별한 주의가 기울어져야 한다. 그것은 교환이 미끄럼면들에 대한 손상을 피하기 위해 가능하게는 매우 나쁜 외부 환경들에도 불구하고 세심한 주의로 행해져야 하기 때문이다. 이것은 또한 길고 복잡한 교환 프로세스로 이어진다.
더욱이, US 4,557,489는 압력이 보상되는 시일 링들을 갖는 밀봉을 개시한다. 이러한 목적을 위해, 보어들(bores)이 반경 방향에서 시일 링들에 제공되고, 보어들은 시일 링들의 외주에 대한 압력 보상을 보장하고, 또는 보어들은 시일 링 홀더들에 제공되고 압력 보상을 제공하기 위해 시일 링들의 외주로 이어진다. 시일을 손상시킬 경우에, 시일 링들은 별도로 교환되어야 한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 간단하고 저가의 구성이면서 특히 빠른 시일-링 교환을 허용하는 회전 및 정지 워시파이프를 갖는 드릴 워시 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징들을 포함하는 드릴 워시 장치로 달성된다. 종속항들은 본 발명의 바람직한 발전 양상들을 나타낸다.
본 발명에 따른 드릴 워시 장치는 시일 링 교환이 매우 신속하고 용이하게 수행될 수 있는 이점을 가진다. 본 발명에 따르면 미리 장착된 대체 가능한 교환 인서트는 정지 워시파이프를 회전 워시파이프에 연결하기 위해 제공되고, 미리 장착된 교환 인서트는 정지 시일 링 및 회전 시일 링을 갖는 메커니컬 시일 조립체를 포함한다. 정지 워시파이프와 미리 장착된 교환 인서트 사이에 배열되는 제 1 어댑터가 제공된다. 제 1 어댑터는 정지 워시파이프에 고정되고 축방향에서 동작하는 제 1 조정 기구를 포함한다. 미리 장착된 교환 인서트 자체는 교환 인서트의 축방향 길이를 변경하기 위해 축방향에서 동작하는 제 2 조정 기구를 포함한다. 그러므로, 2개의 별개의 조정 기구들이 본 발명에 따라 제공되고, 2개의 조정 기구들 중 하나는 정지 워시파이프 상에 배열되고 2개의 조정 기구들 중 다른 하나는 미리 장착된 교환 인서트에 통합된다. 그렇게 함으로써, 정지 및 회전 워시파이프 사이의 영역으로 미리 장착된 교환 인서트의 삽입 후 제 1 어댑터 상에서 제 1 조정 기구를 먼저 연장시키는 것이 가능하고, 그 결과 교환 인서트는 제1 어댑터에 견고하게 고정되고, 그런 다음 제2 조정 기구를 작동시킨다. 그 결과 미리 장착된 교환 인서트는 회전 워시파이프에 연결된다. 그러므로, 비록 2개의 조정 기구들이 본 발명에 따라 제공되어야 하지만, 이들은 교대로 신속하고 용이하게 작동될 수 있고, 그 결과 미리 장착된 교환 인서트의 빠른 교환이 가능하다. 더욱이, 메커니컬 시일들이 미리 장착된 교환 인서트에 사용되므로, 교환 인서트의 매우 긴 사용 기한이 직렬-연결 패킹 박스들에 비해 달성될 수 있다. 더욱이, 미리 장착된 교환 인서트는 작업장 등에서 미리 장착될 수 있고, 그 결과 모든 이차 밀봉 요소들 및 가능하게는 기존의 스프링 요소들이 또한 교환될 수 있다. 이것은 또한 교환 인서트의 긴 사용 기한으로 이어진다.
바람직하게는, 제 1 조정 기구는 외측 링, 및 내측 링을 갖는 제 1 스크루 연결부를 포함하고, 이들 사이에는 스레드가 형성된다. 그렇게 함으로써, 제 1 어댑터와 미리 장착된 교환 인서트 사이의 축방향 길이가 제 1 어댑터의 내측 링에 대한 외측 링의 상대 회전에 의해 적응될 수 있다.
제 1 스크루 연결부의 외측 링은 바람직하게는 내측 링에 대해 외측 링을 회전시키기 위한 툴을 수용하도록 구성되는 외주면 상에 제 1 툴 오목부들을 포함한다. 오목부들은 바람직하게는 보어들이다.
더욱 바람직하게는, 제 2 조정 기구는 암나사를 갖는 외측 슬리브, 및 수나사를 갖는 내측 슬리브를 갖는 제 2 스크루 연결부를 포함한다. 그러므로, 외측 슬리브와 내측 슬리브 사이에서 상대 회전에 의해 연장될 수 있는 스레디드 연결이 여기서 외측 슬리브와 내측 슬리브 사이에 제공된다. 제 1 및 제 2 스크루 연결부의 피치들은 여기서 바람직하게는 동일하지만, 또한 상이할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 내측 슬리브의 축방향 길이는 외측 슬리브의 축방향 길이보다 더 크다. 그러므로, 내측 슬리브는 항상 미리 결정된 길이만큼 외측 슬리브를 넘어 돌출한다.
더욱 바람직하게는, 외측 슬리브에 의해 덮이지 않은 부분 상에서, 내측 슬리브가 외측 슬리브에 대해 내측 슬리브를 회전시키기 위한 툴을 수용하기 위한 제 2 툴 오목부들을 갖는 그것의 외부 상에 제공된다. 제 2 툴 오목부들은 또한 바람직하게는 보어들이다. 특히 바람직하게는, 제 2 툴 오목부들은 제 1 툴 오목부들과 동일한 기하학적 치수를 가진다. 그 결과, 정비공은 동일한 툴로 제 1 어댑터 상의 제 1 조정 기구 및 교환 인서트 상의 제 2 조정 기구 모두를 조정할 수 있다.
회전 워시파이프로부터 교환 인서트로의 토크 전달을 가능하게 하기 위해, 교환 인서트는 바람직하게는 회전 워시파이프를 향해 지향되는 단부에서 워시파이프의 축방향에서 돌출하는 돌출부를 포함한다.
더욱 바람직하게는, 교환 인서트는 원주 방향에서 회전 워시파이프로부터 토크 전달을 위한 교환 인서트 상의 돌출하는 돌출부를 정렬시키는 정렬 링을 더 포함한다. 그렇게 함으로써, 교환 인서트의 돌출부와 회전 워시파이프 사이의 신뢰성 있는 장착 및 형상-맞춤 연결이 달성될 수 있다.
본 발명의 더 바람직한 구성에 따르면, 드릴 워시 장치는 회전 워시파이프와 교환 인서트 사이에 제 2 어댑터를 더 포함한다. 특히 회전 워시파이프 상의 장착은 그것 때문에 상당히 단순화될 수 있다.
장착 동작을 훨씬 더 단순화하기 위해, 정지 워시파이프 상에 배열되는 장착 보조 기구가 바람직하게는 제공된다. 장착 보조 기구는 정지 및 회전 워시파이프 사이의 영역에서 미리 장착된 교환 인서트의 조립 및 분해를 지원한다.
장착 보조 기구는 바람직하게는 제 1 어댑터 상에 배열되는 제 1 및 제 2 가이드 아암을 포함한다. 2개의 가이드 아암들은 바람직하게는 서로 병렬로 제공되고 더욱 바람직하게는 미리 장착된 교환 인서트를 지지하기 위한 지지면들을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 미리 장착된 교환 인서트는 가이드 아암들과의 형상-맞춤 결합을 위한 원주 홈을 포함한다.
더욱 바람직하게는, 교환 인서트의 제 2 조정 기구는 회전 방지 장치를 포함한다. 회전 방지 장치는 바람직하게는 스레디드 볼트 등이다. 그것에 의해 회전 방지 장치는 외측 슬리브와 내측 슬리브 사이의 상대 위치가 동작 중 신뢰성 있게 유지되는 것을 보장한다. 환언하면, 외측 슬리브와 내측 슬리브 사이에서 회전에 의해 행해지는 교환 인서트의 축방향 길이의 조정 후, 위치는 회전 방지 장치에 의해 고정된다. 분해 전에, 회전 방지 장치가 물론 해제되어야 하고, 그 결과 외측 슬리브와 내측 슬리브 사이의 회전이 다시 교환 인서트의 축방향 길이의 단축을 허용하는 것이 가능하다.
회전 방지 장치는 특히 바람직하게는 스프링-바이어스(spring-biased)된 로킹 요소를 갖는 스레디드 볼트, 특히 스레디드 볼트의 첨단 상에 배열되는 스프링-바이어스된 볼이다. 교환 인서트가 아직 축방향으로 연장되지 않은 시작 위치에서, 로킹 요소는 외측 슬리브 상의 제 1 오목부에 결합된다. 이것은 미리 장착된 교환 인서트의 기본 위치를 규정한다. 따라서, 사전 조립 동안, 정비공은 미리 장착된 위치에 도달된 때를 용이하게 알아차릴 수 있다. 더욱이, 제 2 오목부는 외측 슬리브 상에 제공되고, 여기서 로킹 요소는 교환 인서트가 조립 동안 축방향으로 연장된 최종 상태, 즉 최종 조립 상태에 도달한 때, 제 위치에 로킹된다. 그러므로, 또한 장착된 상태에서 교환 인서트의 최종 위치를 달성하기 위해 정정 위치를 표시하는 인디케이터가 있다. 이들 조치들은, 언급된 것과 같이, 외부 영향들 때문에 극히 어려운 조건들 하에서 부분적으로 수행되어야 하는 조립을 상당히 용이하게 한다. 스프링-바이어스된 로킹 요소로 인해, 조립 중 제 자리에서의 로킹 및 분해 중 제 자리를 벗어난 로킹이 스크루 연결부의 외측 슬리브와 내측 슬리브 사이의 회전 동작으로 인해 자동으로 일어난다.
회전 방지 장치는 바람직하게는 내측 슬리브에 연결되는 아암 상에 배열되고, 외측 슬리브는 아암 및 내측 슬리브 사이에 배열된다.
더욱 바람직하게는, 회전 및 정지 시일 링 각각에는 밴디지(bandage)가 제공된다. 그것 때문에 시일 링들은 고압 부하들을 견딜 수 있다.
교환 인서트의 조립 또는 이송 중 미리 장착된 교환 인서트에 대한 손상을 피하기 위해, 교환 인서트는 바람직하게는 이송 로크를 포함한다. 이송 로크는 교환 인서트의 최종 조립 전에 메커니컬 시일 조립체에 바이어스 또는 프리로드를 작용시키기 위해 적어도 하나의 스프링 요소를 포함한다. 프리로드 여기서는 시일 링들에 작용되어 시일 링들의 미끄럼면들은 미끄럼면들에 대한 손상을 피하기 위해 서로 신뢰성 있게 맞닿는다. 이송 로크는 여기서 정지 워시파이프에 대한 연결 구성요소와 정지 시일 링을 유지하기 위한 제1 시일 링 캐리어 사이에 배열된다. 이송 로크는 또한 교환 인서트의 단부-장착된 상태에서, 프리로드가 동작 중 메커니컬 시일에 작용되지 않도록 구성된다. 이것은 예컨대 교환 인서트의 축방향 길이가 제 2 조정 기구에 의해 증가되는 교환 인서트의 장착된 상태에서 프리로드를 더 이상 작용시키지 않는 스프링 요소들을 제공하여 달성된다. 스프링 요소들은, 교환 인서트의 단부-장착된, 축방향으로 연장된 상태에서, 프리로드가 시일 링들에 작용되지 않도록 예컨대 대응하여 짧은 길이를 가질 수 있다. 시일 링의 데드 웨이트(dead weight) 및 제 1 시일 링 캐리어의 중량 때문에, 정지 시일 링은 그럼에도 불구하고 회전 시일 링 상에 신뢰성 있게 놓인다.
동작 중 시일 링들 상의 압력이 과도하게 강하게 되는 상황을 피하기 위해, 회전 및 정지 시일 링에는 바람직하게는 내주 상에 각각의 베벨이 제공된다. 베벨은 바람직하게는 시일 링 폭의 절반까지 시일 링들의 내주로부터 연장한다. 특히 바람직하게는, 베벨들은 동일하게 양 시일 링들 상에 제공된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 상세히 기재된다.
도 1은 미리 장착된 교환 인서트를 갖는 본 발명에 따른 드릴 워시 장치의 개략도이고,
도 2는 교환 인서트의 교환 동작의 개략 사시도이고,
도 3은 교환 인서트가 드릴 워시 장치에 슬라이드되는 제 1 장착 단계 동안 교환 인서트의 개략 부분 단면도이고;
도 4는 교환 인서트가 정지 워시파이프에 연결되는 교환 인서트의 개략 부분 단면도이고,
도 5는 회전 워시파이프에 연결되는 동안 교환 인서트의 개략 부분 단면도이고,
도 6은 회전 워시파이프에 대해 교환 인서트를 정렬시키기 위한 조정 링의 개략 사이도이고,
도 7은 장착된 상태의 교환 인서트의 개략 부분 단면도이고,
도 8은 장착된 상태의 교환 인서트의 개략 단면도이고, 정지 및 회전 워시파이프는 명확성을 위해 나타내지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 드릴 워시 장치(100)는 도 1 내지 8을 참조하여 상세히 기재될 것이다.
도 1에서 알 수 있는 것과 같이, 미리 장착된 교환 인서트(1)는 드릴 워시 장치(100)에 사용된다. 드릴 워시 장치(100)는 시추 타워(101)를 포함하고 플러싱 또는 세척 매체를 위로부터 드릴 구멍(106)(화살표 A)을 도입하기 위해 구성된다. 드릴 워시 장치(100)는 정지 워시파이프(102) 및 드릴 헤드(104)가 배열되는 자유 단부를 가지는 회전 워시파이프(103)를 포함한다. 세척 매체는 펌프(105)에 의해 정지 워시파이프(102)를 통해 회전 워시파이프(103)에 도입되고 드릴 헤드(104)상에서 배출된다. 세척 매체는 이후 회전 워시파이프(103)의 외주 위에서 분리 장치(107) 내로 표면으로 다시 흐른다. 분리 장치(107)에 있어서, 드릴 구멍(106)에서 세척된 암석들 등은 이후 재순환될 수 있는 세척 매체로부터 분리된다.
본 발명에 따르면, 완전히 교환될 수 있는 미리 장착된 교환 인서트(1)를 갖는 드릴 워시 장치(100)가 제공된다. 이것은 양방향 화살표 B로 도 2에 개략적으로 표시된다. 미리 장착된 교환 인서트는 여기서 정지 워시파이프(102)와 회전 워시파이프(103) 사이에서 공간(112)에 장착된다. 제 1 어댑터(108)는 정지 워시파이프(102)의 자유 단부에 제공되고 제 2 어댑터(109)는 회전 워시파이프(103)의 대향 자유 단부에 제공된다. 더욱이, 제 1 어댑터(108)는 미리 장착된 교환 인서트(1)의 용이한 삽입을 허용하는 제 1 및 제 2 가이드 아암들(110, 111)이 그 위에 형성된다. 이것을 위해, 2개의 가이드 요소들(10, 11)은 연결 구성요소(5) 상의 교환 인서트(1) 상에 제공된다. 가이드 요소들(10, 11)은 여기서 이들의 바닥측이 레일형 가이드 아암들(110, 111) 상에 놓여 있고, 그 결과 교환 인서트(1)가 가이드 아암들(110, 111) 위로 슬라이드한 후 가이드 아암들(110, 111)의 중량은 상기 아암들에 의해 전달되고(carried), 장착 동작이 용이하게 된다. 연결 구성요소(5)는 가이드 아암들(110, 111)과 결합하기 위해 원주 홈(50)을 더 포함한다.
특히 도 3 및 8로부터 명백한 것과 같이, 본 발명에 따른 미리 장착된 교환 인서트(1)는 정지 시일 링(20) 및 회전 시일 링(21)을 갖는 메커니컬 시일 조립체(2)를 포함한다. 밀봉 갭(26)은 2개의 시일 링들 사이에 형성된다. 정지 시일 링(20)은 제 1 밴디지(22)에 의해 둘러싸이고 회전 시일 링(21)은 제 2 밴디지(23)에 의해 둘러싸인다.
더욱이, 제 1 베벨(24)은 정지 시일 링(20)의 내주측 상에 제공되고, 제 2 베벨(25)은 밀봉 갭에 대해 거울-반전 형식(mirror-inverted fashion)으로 회전 시일 링(21) 상에 제공된다. 2개의 베벨들(24, 25)은 교환 인서트의 반경방향으로 연장한다.
드릴 워시 장치(100)의 제 1 어댑터(108)는 축방향에서 동작하는 제 1 조정 기구(116)를 포함한다. 제 1 조정 기구(116)는 외측 링(118) 및 내측 링(128)을 갖는 제 1 스크루 연결부(117)를 포함하고, 외측 링(118)과 내측 링(128) 사이에는 스레드(129)가 제공된다. 그러므로, 제 1 어댑터(108)의 축방향 길이는 외측 링(118)과 내측 링(128) 사이에서 상대 회전에 의해 증가되거나 감소될 수 있다.
교환 인서트(1)는 정지 시일 링(20)을 고정하는 제 1 시일 링 캐리어(3) 및 회전 시일 링(21)을 고정하는 제 2 시일 링 캐리어(4)를 더 포함한다. 제 1 시일 링 캐리어(3)는 제 1 캐리어 부분(31) 및 유지 링(32)으로 구성되는 2개의 부분들로 구성된다. 더욱이, 숄더(33)는 제 1 시일 링 캐리어(3)의 내주 상에 제공된다.
제 2 시일 링 캐리어(4)는 또한 제 2 캐리어 부분(41) 및 조정 링(42)인 제 2 캐리어 부분을 포함하는 2개의 부분들로 구성되고, 교환 인서트(1)의 축방향 X-X에서 연장하는 복수의 돌출부들(43)을 더 포함한다. 돌출부들(43)은 피구동 회전 워시파이프(103)로부터 제 2 어댑터(109) 및 제 2 시일 링 캐리어(4)를 통해 회전 시일 링(21)으로 토크를 전달하는 기능을 한다.
더욱이, 미리 장착된 교환 인서트(1)는 제 2 스크루 연결부(60)를 갖는 제 2 조정 기구(6)를 포함한다. 제 2 조정 기구(6)는 암나사(63)를 갖는 외측 슬리브(61) 및 수나사(64)를 갖는 내측 슬리브(62)를 포함한다. 암나사(63) 및 수나사(64)는 서로 결합하고 외측 슬리브(61)와 내측 슬리브(62) 사이에서의 상대 회전 시, 미리 장착된 교환 인서트는 제 2 조정 기구(6)의 축방향 X-X에서 연장된다. 도 2는 축방향에서 미리 장착된 교환 인서트(1)의 시작 길이(L1)를 나타낸다. 도 8은 시작 길이(L1)보다 길이(L3)만큼 더 긴 완전히 연장된 축방향 길이(L2)를 나타낸다.
내측 슬리브(62)는 반경방향에서 메커니컬 시일 조립체(2)을 덮고 그것은 제2 밴디지(23)의 반경 외측 상에 회전 시일 링(21)을 위한 안내면(66)을 제공한다. 더욱이, 내측 슬리브(62)는 또한 제 2 시일 링 캐리어(4)의 조정 링(42)을 통해 제 2 시일 링 캐리어(4)를 고정한다.
더욱이, 본 발명에 따른 교환 인서트(1)는 정지 워시파이프(102)에 연결하기 위한 연결 구성요소(5)와 제 1 시일 링 캐리어(3) 사이에 배열되는 복수의 스프링 요소들(7)을 포함한다. 각각의 스프링 요소는 스프링 요소들을 안내 및 위치시키기 위한 핀(70) 주위에 배열된다. 스프링 요소들(7)은 연결 구성요소(5)의 포켓들(51)에 배열된다.
스프링 요소들(7)은 교환 인서트가 단부-장착되지 않은 상태에서(도 2, 3 및 4), 힘(F)이 제 1 시일 링 캐리어(3)를 통해 정지 시일 링(20)에 작용되어, 정지 시일 링(20)이 회전 시일 링(21)에 신뢰성 있게 맞닿고 미끄럼면들이 서로 접촉하는(도 4 참조) 것을 보장한다. 그러므로, 도 7 및 8에서 나타낸 단부-장착된 상태에서, 스프링 요소들(7)은 어떠한 스프링 힘도 메커니컬 시일 조립체(2)에 작용시키지 않는다. 이것은 예컨대 스프링들의 길이의 대응하는 설계에 의해 달성되고, 그 결과 도 8에 나타낸 것과 같이, 드릴 워시 장치(100)의 교환 인서트(1)의 단부-장착된 상태에서, 스프링 거리(71)는 스프링 요소들(7)의 단부와 연결 구성요소(5) 사이에 존재한다.
그러므로, 스프링 요소들(7)은 교환 인서트(1)의 최종 단부 장착 전에 축방향 X-X에서 메커니컬 시일에 일정한 프리로드를 작용시키는 이송 로크를 형성한다.
더욱이, 밀봉 요소(8)는 연결 구성요소(5)와 제 1 시일 링 캐리어(3) 사이에 배열된다. 더욱이, 교환 인서트(1)는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 이차 밀봉 요소(12, 13, 14, 15)를 포함한다. 제 1 이차 밀봉 요소(12)는 연결 구성요소(5)와 정지 워시파이프(102) 사이를 밀봉하고, 제 2 이차 밀봉 요소(13)는 제 1 시일 링 캐리어(3)와 정지 시일 링(20) 사이를 밀봉하고, 제 3 이차 밀봉 요소(14)는 회전 시일 링(21)과 제 2 시일 링 캐리어(4) 사이를 밀봉하고, 제 4 이차 밀봉 요소(15)는 회전 워시파이프(103)에 대해 제 2 시일 링 캐리어(4)와 제 2 어댑터(109) 사이를 밀봉한다.
개구들(9) 상의 툴에 의해 미리 장착된 교환 인서트(1) 밖으로부터 회전 가능한 제 2 시일 링 캐리어의 조정 링(42)은 원주 방향에서 제 2 시일 링 캐리어(4)의 정렬을 허용한다. 이것은 제 2 어댑터(109)로부터 제 2 시일 링 캐리어(4)를 통해 회전 시일 링(21)으로 축방향 X-X에서 돌출하는 돌출부들(53)을 통해 토크 전달을 허용하기 위해 필요하다. 이러한 프로세스는 도 5 및 6에서 알 수 있다.
조정 링 상의 개구들(9) 및 제 1 및 제 2 툴 오목부들(119, 65)은 바람직하게는 동일한 기하학적 형상, 예컨대 보어를 가지므로, 이들은 동일한 툴에 의해 조정 가능하다.
제 2 어댑터(109)는 돌출부들(43)과 일치하도록 형성되는 오목부들(44)을 포함하므로, 형상-맞춤 연결이 제 2 어댑터(109)와 조정 링(42) 사이에서 가능하다.
더욱이, 회전 방지 장치(16)가 외측 슬리브(61)와 내측 슬리브(62) 사이에 제 2 조정 기구(6)의 상대 위치를 고정하기 위해 제공된다. 이러한 실시예의 회전 방지 장치(16)는 외측 슬리브(61)와 내측 슬리브(62) 사이의 상대 위치를 고정하는 스레디드 볼트이다. 스레디드 볼트는 아직 단부-장착되지 않은 위치에서 외측 슬리브(61)(도 3)의 외주 상의 제 1 오목부(67)에 로킹되는 스프링-바이어스(spring-biased)된 볼을 포함한다. 회전 방지 장치는 여기서 내측 슬리브에 연결되는 아암(69) 상에 배열되고, 그 결과 외측 슬리브(61)는 아암(69)과 내측 슬리브 사이에 배열된다(도 3 및 4 참조). 완전히 단부에 장착된 위치에서(도 7), 볼은 축방향으로 기다란 교환 인서트의 단부 위치에 도달된 것을 표시하는 인디케이터로서 기능하는 외측 슬리브(61) 상의 제 2 오목부(68)에 로킹된다. 2개의 오목부들(67, 68)은 외측 슬리브(61)의 둘레에서 내측 슬리브와 외측 슬리브 사이에서 약 1/4 회전하여 배열된다. 볼을 오목부들(67, 68)에 로킹함으로써, 정비공은 - 교환 인서트는 각각의 사전-장착 동안 - 서로에 대한 그리고 제 2 오목부(68)에 로킹하여 단부-장착 위치에 구성요소들 내측 슬리브 및 외측 슬리브의 구성요소의 정확한 위치를 표시하는 인디케이터를 가진다. 이것은 가장 심각한 환경 조건들 하에서도 신뢰성 있는 장착을 허용한다.
교환 인서트가 본 발명에 따라 미리 장착되므로, 교환 인서트는 작업장에서 어떠한 문제들도 없이 완전히 미리 장착될 수 있다. 모든 이차 밀봉 요소들(12, 13, 14, 15)은 각각 여기서 간단한 방식으로 교환될 수 있다. 스프링 요소들(7)에 의한 이송 로크는 이송 및 설치 중 단부 설치 위치에 도달되기 직전에 프리로드는 항상 시일 링들(20, 21)에 작용되고, 그 결과 시일 링들의 미끄럼면들이 서로 근접하여 맞닿고 미끄럼면들에 대한 손상이 회피될 수 있는 것을 보장한다. 그렇게 함으로써, 본 발명에 따르면 메커니컬 시일 조립체를 갖는 교환 인서트의 완전한 교환이 단순하고 빠른 방식으로 제공될 수 있다. 그러므로, 교환 인서트는 각각의 교환 중, 새로운 이차 밀봉 요소들이 사용될 수 있고, 교환 인서트는 각각 더 긴 유용한 수명 및 감소된 유지보수를 가져온다. 새로운 교환 인서트의 경우에, 스프링 요소들(7) 각각이 또한 필요하다면 대체될 수 있다. 스프링 요소들(7)이 포켓들(51)에 배열되므로, 이들은 펌핑된 매체로부터 매우 잘 보호될 것이고, 그 결과 스프링 요소들(7)의 교환이 종종 필요하지 않다.
교환 동작은 상세히 기재되지 않을 것이다. 교환될 교환 인서트가 드릴 워시 장치(100)로부터 제거된 후, 새로운 미리 장착된 교환 인서트(1)가, 도 2에 개략 도시된 것과 같이, 드릴 워시 장치(100)에 삽입된다. 새로운 미리 장착된 교환 인서트(1)는 원주 홈(50) 상으로 가압되고 가이드 요소들(10, 11)은 2개의 가이드 아암들(110, 111)로 가압되고, 그 결과 짧은 가압 경로 후, 교환 인서트(1)의 완전한 중량은 가이드 아암들(110, 111)에 의해 전달된다(carried). 이것은 시추 타워(101)의 특정 높이에서 통상 행해지고 또한 매우 극심한 기상 조건들 하에서 실행되어야 하는 교환 인서트의 조립을 상당히 용이하게 한다. 정비공은 미리 장착된 교환 인서트(1)를 가이드 아암들(110, 111)을 따라 조립 위치로 단지 가압해야 한다. 이러한 삽입된 위치는 도 3에 도시된다. 제 1 거리(80)는 연결 구성요소(5)의 면과, 정지 워시파이프(102) 상에 배열되는 제 1 어댑터(108)의 면 사이에 배열된다(도 3 참조).
다음 단계에서, 이러한 제 1 거리(80)는 제 1 어댑터(108)의 길이가 제 1 조정 기구(116)에 의해 교환 인서트의 축방향 X-X에서 변경된다는 점에서 제거된다(도 3). 여기서, 제 1 어댑터(108)는 외측 링(118) 및 내측 링(128)을 포함하고 이들 사이에는 스레드(129)가 존재하고, 그 결과 내측 링(128)은 링들 중 적어도 하나를 회전시켜 연결 구성요소(5)와 접촉하게 된다. 이러한 위치는 도 4에 도시되어 있다. 이러한 실시예에 있어서, 외측 링(118)은 외측 링(118)과 내측 링(128) 사이에서 상대 회전을 허용하기 위해 원통형 보어들 형태로 제 1 툴 오목부들(119)을 포함한다. 그렇게 함으로써, 연결이 제 1 어댑터(108)를 통해 미리 장착된 교환 인서트(1)와 정지 워시파이프(102) 사이에서 확립된다. 연결이 정적이므로, 제 1 이차 밀봉 요소(12)는 밀봉하기 적당하다. 미리 장착된 교환 인서트의 축방향 길이(L1)는 아직 변경되지 않았다.
다음 단계에서, 미리 장착된 교환 인서트(1)와 회전 워시파이프(103) 사이에 연결이 확립된
다. 이것을 위해, 제 2 조정 기구(6)는 내측 슬리브(62)가 외측 슬리브(61)에 대해 회전된다는 점에서 작동된다. 내측 슬리브(62)는 또한 외부에 노출되고 다수의 제 2 툴 오목부들(65)이 툴의 부착을 위해 제공되는 부분을 포함한다. 내측 슬리브(62)는 여기서 도 5에 나타낸 위치에 도달될 때까지 외측 슬리브(61)에 대해 회전된다. 이러한 위치에서 최종 연결은 회전 워시파이프(103) 상에서 미리 장착된 교환 인서트(1)와 제 2 어댑터(109) 사이에 아직 확립되어 있지 않지만, 토크 전달 기구의 정렬이 또한 제 2 어댑터(109)와 제 2 시일 링 캐리어(4) 사이에서 행해져야 한다. 이것을 위해, 조정 링(42)은 외부로부터 조정 링(42)에 부착될 수 있는 툴에 의해 또한 가능하게 되는 원주 방향으로 회전된다. 도 6에 나타낸 것과 같이, 정렬은 제 2 시일 링 캐리어(4)의 돌출부들(43)이 제 2 어댑터(109)의 대응하는 오목부들(44) 위에 배열되는 그와 같은 형태로 된다.
정렬이 이루어진 후, 제2 조정 기구(6)의 내측 슬리브(62)는 또한 외측 슬리브(61)에 대해 회전되고, 그 결과 도 7 및 8에 나타낸 연결 단부 위치에 도달될 때까지(축방향 길이(L2)) 교환 인서트(1)의 추가 신장이 축방향 X-X에서 행해진다.
도 8은 또한 명확성 이유들 때문에 정지 및 회전 워시파이프의 제 1 및 제 2 어댑터(108, 109)를 나타내지 않고 연결 단부 위치에서의 미리 장착된 교환 인서트를 나타낸다.
교환 인서트(1)의 축방향 신장 때문에, 스프링 요소들(7)은 완전히 이완할 수 있고, 그 결과 도 8에 나타낸 스프링 거리(71)는 연결 구성요소(5)와 스프링 요소의 자유 단부 사이에 존재한다. 동작 중, 시일 링들에 대한 압력은 숄더(33)를 통해 생성된다. 스프링 요소들은 또한 연결 구성요소(5)로부터의 스프링 거리가 없지만, 스프링 힘이 연결 구성요소(5) 와 제 1 시일 링 캐리어(3) 사이에서 더 이상 작용되지 않도록 설계될 수 있다.
스프링 요소들(7)은 여기서 연결 구성요소(5)에서 대응해서 형성된 포켓들(51)에 배열된다.
마지막 단계로서, 회전 방지 장치(16)는 이후 제2 조정 기구(6)의 외측 슬리브(61)와 내측 슬리브(62) 사이의 상대 위치를 고정하기 위해 작동된다. 여기서, 회전 방지 장치의 볼은 제 2 오목부(68)에서 제 자리에 로킹된다. 그러므로, 정비공은 교환 인서트가 정확한 축방향 길이(L2)까지 연장된 것을 표시하는 인디케이터를 소유한다. 이어서, 드릴 워시 장치(100)는 다시 사용할 준비를 한다.
동작 중, 압력이 시일 링들에 제 1 시일 링 캐리어(3)에서 숄더(33)를 통해 작용되고, 그 결과 신뢰성 있는 밀봉이 밀봉 갭(26)에서 가능하다. 그렇게 함으로써, 단부-장착 위치에서, 교환 인서트(1)는 축방향 길이(L1)(도 2)로부터 시작해서 축방향 길이(L2)(도 8)까지의 길이(L3)만큼 연장되는 축방향 길이를 가진다.
각각 축방향에서 신장을 허용하는 제 1 및 제 2 조정 기구(116, 6)를 드릴 워시 장치(100)에 제공하는 본 발명의 아이디어 때문에, 메커니컬 시일의 고속 및 신뢰성 있는 교환을 제공하는 것이 가능하다. 메커니컬 시일은 여기서 미리 장착된 대체 가능한 교환 인서트(1)에 통합된다. 메커니컬 시일들의 교환 시, 완전한 교환 인서트(1)가 대체된다. 이것은 대체하는 경우에 시일 링들(20, 21)에 대한 손상 위험을 방지할 수 있다. 제 1 및 제 2 조정 기구들이 각각의 스크루 연결부를 포함할 때, 특히 빠르고 단순한 교환이 스크루 연결부를 형성하는 2개의 구성요소들 간의 상대 회전에 의해 가능하게 된다. 상대 회전은 여기서 동일한 툴에 의해 행해진다. 시추 타워에서의 개개의 시일 링들에 의한 취급이 요구되지 않는다. 조정 기구들의 2개의 스크루 연결부들의 피치들은 여기서 특히 바람직하게는 동일한 방식으로 제공된다. 더욱이, 조정 링(42) 상의 툴 수용 수단은 또한 제 1 및 제 2 조정 기구에 대해서와 같은 방식으로 구성된다는 것이 주목되어야 한다. 따라서, 단지 하나의 단일 툴이 대체 가능한 교환 인서트(1)의 완전한 조립을 위해 필요하다. 교환은 여기서 단지 한 사람의 정비공에 의해 행해질 수 있다.
1 교환 인서트
2 메커니컬 시일 조립체
3 제 1 시일 링 캐리어
4 제 2 시일 링 캐리어
5 연결 구성요소
6 제 2 조정 기구
7 스프링 요소
8 밀봉 요소
9 개구
10, 11 가이드 요소들
12-15 이차 밀봉 요소들
16 회전 방지 장치
17 프리로드 로킹 요소
20 정지 시일 링
21 회전 시일 링
22 제 1 밴디지
23 제 2 밴디지
24 제 1 베벨
25 제 2 베벨
26 밀봉 갭
31 제 1 캐리어 부분
32 유지 링
33 숄더
41 제 2 캐리어 부분
42 조정 링
43 돌출부
44 오목부
50 원주 홈
51 포켓
60 제 2 스크루 연결부
61 외측 슬리브
62 내측 슬리브
63 암나사
64 수나사
65 제 2 툴 오목부
66 안내면
67 제 1 오목부
68 제 2 오목부
69 아암
70 위치결정 핀
71 스프링 거리
80 제 1 거리
100 드릴 워시 장치
101 시추 타워
102 정지 워시파이프
103 회전 워시파이프
104 드릴 헤드
105 펌프
106 드릴 구멍
107 분리 장치
108 제 1 어댑터
109 제 2 어댑터
110 제 1 가이드 아암
111 제 2 가이드 아암
112 공간
116 제 1 조정 기구
117 제 1 스크루 연결부
118 외측 링
119 제 1 툴 오목부
128 내측 링
129 스레드

Claims (15)

  1. 드릴 워시 장치(100)로서,
    - 정지 워시파이프(102),
    - 회전 워시파이프(103),
    - 상기 정지 워시파이프(102)를 상기 회전 워시파이프(103)에 연결하기 위한 미리 장착된 대체 가능한 교환 인서트(1)로서, 상기 교환 인서트(1)는 정지 시일 링(20) 및 회전 시일 링(21)을 갖는 메커니컬 시일 조립체를 포함하는, 상기 교환 인서트(1), 및
    - 상기 정지 워시파이프(102)와 상기 교환 인서트(1) 사이에 배열되는 제 1 어댑터(108)를 포함하고,
    - 상기 제 1 어댑터(108)는 상기 제 1 어댑터(108)의 축방향 길이를 변경하기 위해 축방향에서 동작하는 제 1 조정 기구(116)를 포함하고,
    - 상기 교환 인서트(1)는 상기 교환 인서트(1)의 축방향 길이를 변경하기 위해 축방향에서 동작하는 제 2 조정 기구(6)를 포함하는, 드릴 워시 장치(100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 조정 기구(116)는 암나사를 갖는 외측 링(118) 및 수나사를 갖는 내측 링(128)을 갖는 제 1 스크루 연결부(117)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 드릴 워시 장치(100).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 스크루 연결부의 상기 외측 링(118)은 상기 내측 링(128)에 대해 상기 외측 링(118)을 회전시키기 위한 툴(tool)을 수용하도록 구성되는 외주면 상에 제 1 툴 오목부들(119)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 드릴 워시 장치(100).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 조정 기구(6)는 암나사를 갖는 외측 슬리브(61) 및 수나사를 갖는 내측 슬리브(62)를 갖는 제 2 스크루 연결부(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 드릴 워시 장치(100).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 내측 슬리브(62)의 축방향 길이는 상기 외측 슬리브(61)의 축방향 길이보다 큰 것을 특징으로 하는, 드릴 워시 장치(100).
  6. 제 4 항에 있어서,
    제 2 툴 오목부들(65)은 상기 외측 슬리브(61)에 대해 상기 내측 슬리브(62)를 회전시키는 툴을 수용하기 위해, 상기 외측 슬리브(61)에 의해 덮이지 않은 부분 상에서 상기 내측 슬리브(62) 상에 제공되는 것을 특징으로 하는, 드릴 워시 장치(100).
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 툴 오목부들(119)의 기하학적 형상 및 상기 제 2 툴 오목부들(65)의 기하학적 형상은 동일한 것을 특징으로 하는, 드릴 워시 장치(100).
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 워시파이프(103)를 향해 지향되는 단부에서, 상기 미리 장착된 교환 인서트(1)는 상기 회전 워시파이프(103)로부터 상기 교환 인서트(1)로의 토크 전달을 위해 축방향(X-X)으로 돌출하는 돌출부(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 드릴 워시 장치(100).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 교환 인서트(1)는 원주 방향에서 상기 돌출하는 돌출부(43)를 정렬시키기 위한 조정 링(42)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 드릴 워시 장치(100).
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 워시파이프(103)와 상기 교환 인서트(1) 사이에 제 2 어댑터(109)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 드릴 워시 장치(100).
  11. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 장착된 교환 인서트(1)의 조립 및 분해를 지원하기 위해 상기 정지 워시파이프(102) 상에 배열되는 장착 보조 기구(mounting aid)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 드릴 워시 장치(100).
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 장착 보조 기구는 상기 제 1 어댑터(108) 상에 배열되는 제 1 가이드 아암(110) 및 제 2 가이드 아암(111)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 드릴 워시 장치(100).
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 미리 장착된 교환 인서트(1)는 상기 가이드 아암들(110, 111)과 결합하기 위한 원주 홈(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 드릴 워시 장치(100).
  14. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 조정 기구(6)는 상기 외측 슬리브(61)와 상기 내측 슬리브(62) 사이에서 상대 위치를 고정하기 위해 회전 방지 장치(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 드릴 워시 장치(100).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 회전 방지 장치(16)는 첨단 상에 위치하는 로킹요소(17)를 구비하는 스레디드 볼트(threaded bolt)로 이루어지며,
    상기 로킹요소(17)는 미리 장착된 위치에서 상기 외측 슬리브(61) 상의 제 1 오목부(67)를 탄력적으로 가압하여 로킹하고, 단부-장착 위치에서 상기 외측 슬리브(61) 상의 제 2 오목부(68)를 탄력적으로 가압하여 로킹하는 것을 특징으로 하는, 드릴 워시 장치(100).
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