KR20050016424A - 굴착용 드릴 스트링에 대한 나사골 체결부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드릴 스트링을 형성하기 위해 서로 체결될 요소상의 암수 나사 나사골들(5,9)을 포함하는, 굴착용 드릴 런 또는 드릴 스트링에 대한 나사 체결부에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 숫나사골(5) 및 암나사골(9)은 사다리꼴 형태와 약간의 원추형 경사를 갖는다.

Description

굴착용 드릴 스트링에 대한 나사골 체결부{A THREAD JOINT FOR A DRILL STRING FOR PERCUSSIVE ROCK-DRILLING}

본 발명은 굴착용 드릴 런에 대한 나사 체결부에 관한 것이다.

이런 성질의 나사 체결부들은 드릴 비트, 하나 이상의 드릴 스트링 및 생크 어댑터(shank adapter)와 같은 드릴 스트링 요소들과 서로 체결하는데 사용된다. 상기 나사 체결부들은 상기 요소들과 서로 체결하기 위해서, 구성 요소상의 외부 숫나사골이 상호작용하는 요소상의 내부 암나사골에 조여지는, 암수 나사골들 서로간의 상호작용을 포함한다.

스웨덴 특허 명세 제 515518호는 전술한 종류의 나사 체결부를 교시하며, 상기 암수 나사골들은 원추형이며 나사골 프로파일들의 상부 및 하부가 나사골 피치의 30%보다 더 크게 만곡된 직경을 가진다. 그러한 나사 나사골은 일반적으로 로프 나사골(rope thread)이라 칭한다.

그러한 나사골은 더 가는 치수의 드릴 스트링의 경우에 흡족히 기능하지만, 드릴 스트링의 치수가 증가함에 따라 문제가 발생하여 결과적으로 상기 나사골의 사용 수명이 짧아진다. 이는 주로 상기 나사 체결부가 지나치게 조여지거나 또는 과도하게 조여짐으로 인해, 내부 나사골에 작용하는 인장 강도 때문이다. 바꿔 말하면, 이는 드릴링을 끝냈거나 또는 새로운 드릴 라드가 연결될 경우 상기 체결부를 풀거나 또는 분리하기 어렵게 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 더 조악한 규격의 드릴 런 또는 스트링들 역시 사용될 신규한 나사 체결부를 가능하게 하기 위해서, 전술한 문제점들이 해소되는 신규한 나사 체결부를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 암수 나사골들이 약간의 원추형 경사를 지닌 사다리꼴 형태를 갖춘 독창적인 나사 체결부에 의해 달성된다.

본 발명은 이제 그 비제한적인 실시예를 참조하여 더 자세하게 기술될 것이며, 첨부된 도면 그림들의 도움으로 예증될 것이다. 도 1은 암수를 가진 드릴 라드의 종단면의 개략도이며; 도 2는 내부 나사 나사골의 프로파일의 일부를 도시하며; 그리고 도 3은 외부 나사 나사골의 프로파일에 상응하는 부분을 도시한다.

도 1은 드릴 라드의 종단면이며, 특히 상기 라드의 양쪽 종단부를 도시한다. 긴 드릴 라드를 얻기 위해, 상기 숫종단부(1)와 암종단부(2)가 결합되며, 3에서 매개 요소(4)에 적절히 용접된다. 이런 종류의 드릴 라드는 일반적으로 6 미터 정도의 길이를 가질 수 있다. 드릴 스트링은 각 나사 나사골들의 도움으로 서로 조여져온 다수의 그러한 라드들로 구성될 수 있다. 언급되기 전과 같이, 상기 드릴 스트링은 하나의 종단부에 드릴 비트를 그리고 또 다른 종단부에 생크 어댑터를 포함하며, 이는 또한 상응하는 나사 나사골들에 의하여 드릴 라드에 체결된다.

도 1에 보이는 것처럼, 상기 숫종단부(1)는 외부 나사 나사골 또는 숫나사골(5)를 가지고 있다. 이는 숫나사골이 원추형이며 상기 드릴 라드의 중심축(6)(사슬선으로 도시)을 향해 기울어 짐이 또한 그림에서 보여질 것이다. 상기 숫종단부(1)는 하기에 더 자세히 설명된 것처럼, 스톱(stop) 표면으로서 사용될 수 있는 종단 표면(7)을 포함한다. 상기 그림에서 또한 보여지는 것처럼, 암종단부(2)는 또 다른 드릴 라드의 숫종단부(1)가 수용될 수 있는, 내부로 길어진 홀(8)을 포함한다. 상기 홀(8)은 암나사골(9)을 가진 요소에 결합되는 또 다른 요소의 숫나사골(5)과 서로 조여질 것으로 의도되는 내부 나사골 또는 암나사골(9)을 구비한다. 따라서 상기 암나사골은 또한 약간 원추형이며 상기 드릴 라드의 상기 중심축(6)(사슬선으로 도시)에 따라 동일한 각도의 경사를 갖는다. 두개의 요소들이 서로 조여질 경우, 하부가 될 수 있는 상기 숫종단부(1)의 종단 표면(7)에 대향한 접합 표면은 상기 홀(8)의 하부에 위치된다.

도시한 바와 같이, 상기 암나사부(2)는 상기 홀(8)의 입구를 둘러싼 일반적으로 원통형의 접촉 표면(11)으로 된 그 비어있는 종단부를 가질 수 있다. 상기 숫나사부(1)는 그 후 상기 홀(8)의 깊이 보다 더 짧은 상기 숫나사부의 종단부로부터의 거리에 일치하는 접촉 플렌지(flange)를 가질 수 있으며, 그리하여 암수나사부들은 상기 숫나사부의 상기 종단 표면(7)이 상기 암나사부의 접합 표면(10)으로 인입되는 대신, 상기 접촉 표면과 상기 접촉 플렌지 사이의 접촉 결과 종단 위치들에 도달할 것이다.

도 2는 암나사부(2)의 내부 나사골(9)의 일부를 도시한다. 상기 나사골(9)의 측면 또는 가장자리(9a,9b)는 상기 나사골들의 접점(9c)에 대한 접선(12)에 의해, 각각, 각 α및 β를 규정한다. 상기 각들 간의 차, α-β는 접선(12)과 중심선(6) 사이의 각 Y의 두배와 같다. 이는 측면들(9a,9b)이 중심선(6)에 대하여 동일한 각 를 규정하는 것을 의미한다. 상기 측면들은 또한 중심선(6)과 직각을 이루는 측면들 사이의 중심 수직선에 또한 대칭이다.

상기 중심선에 대한 측면들의 각들은 정확하게 동일할 필요는 없으나, 상기 측면들은 상기 중심선(6)에 대해 본질적으로 동일한 각을 규정하는 것이 바람직하다.

도 3은 도 2에 도시한 것과 유사한 도면을 도시하나, 이 경우에서는 숫나사부(1)의 외부 나사골(5)의 일부를 도시한다. 또한 이 나사골(5)은 상기 나사골들의 접점(5c)에 대한 접선(13)에 의해, 각각, 각 β 및 α를 규정한 측면 또는 가장자리(5a 및 5b)를 정의한다. 상기 각들 간의 차, β-α는 접선(13)과 중심선(6) 사이의 각 Y의 두배와 같다. 이는 상기에 언급한 것과 동일한 이유로 상기 측면들(5a, 5b)이 중심선에 대하여 동일한 각을 규정하는 것을 의미한다.

독창적인 나사 체결부를 위한 치수는 바람직하게는 나사골 직경이 대략 38-80mm 급으로 된 것이 적합하다. 이는 64-200mm 급의 드릴 홀 직경과 상응한다. 하지만, 상기 나사 체결부는 그러한 치수들에 한정되지는 않으나, 더 양호한 및 더 조악한 치수 모두에 사용될 수 있다.

상기 나사골의 측면 또는 가장자리의 접점에 접하는 각 접선들(12, 13)에 대하여, 상기 나사골 측면 각 α,β는 45°보다 작으며, 바람직하게는 30°및 40°사이 이다. 상기 원추각은 바람직하게는 7°보다 작으며, 더 바람직하게는 대략 4°이다. 따라서, 4°의 원추각에 의해, 상기 그림들에서의 각 Y는 2°가 될 것이다.

독창적인 나사골 설계는 그것이 드릴 홀에서 받는 벤딩 강도 하에서 드릴 스트링 파손의 위험을 감소시킨다. 상기 나사 나사골의 원추형 외형은 각 나사골들의 내측 부분들에서 물질 두께가 증가되도록 하여 파손 또는 파열 발생의 위험에 있어서 대응하여 감소시킨다.

본 발명에 따른 나사 체결부는 상기 드릴 스트링 또는 드릴 런이 상기 드릴 홀로부터 빠질 경우 쉽게 나사를 뺄수 있으나, 그럼에도 불구하고 상기 나사 나사골들이 상기 홀에서 풀어지지 않을 것임을 보장하기에 충분히 고정적이다.

상기 그림에서 도시되고 상기에 설명된 것처럼, 상기 나사 체결부들은 상기 드릴 스트링이 하나의 종단부에 암나사골을 그리고 또 다른 종단부에 숫나사골을 갖도록 구성된다. 그러나, 이는 느슨해진 스플라이싱 슬리브들로 인한 손상 위험을 제거하여, 드릴 스트링에 완전히 통합되는 나사 체결부들이 바람직할지라도, 이는 상기 독창적인 나사 체결부가 또한 스플라이싱 슬리브들과 관련하여 사용될 수 있음이 이해될 것이다.

Claims (7)

1. 드릴 스트링을 형성하기 위해 서로 체결될 요소들(1,2) 상의 암수 나사 나사골들(5,9)은 상기 숫나사골(5) 및 암나사골(9)이 사다리꼴 형태와 약간의 원추형 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 굴착용 드릴 런 또는 드릴 스트링에 대한 나사 체결부.
2. 제 1 항에 있어서, 원추형 경사의 원추각이 7°보다 작은 것을 특징으로 하는 나사 체결부.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 원추각은 약 4°인 것을 특징으로 하는 나사 체결부.
4. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사골들의 측면들(5a,5b;9a,9b)은 본질적으로 상기 나사골들(5,9)의 중심선(6)에 대해 동일한 각()을 규정하는 것을 특징으로 하는 나사 체결부.
5. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사골들의 측면들과 상기 나사골들의 접점(5c;9c)에 접하는 접선(13,12) 사이의 측면 각들(α,β)은 45°보다 작은 것을 특징으로 하는 나사 체결부.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 측면 각들(α,β)은 30에서 40°인 것을 특징으로 하는 나사 체결부.
7. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사 체결부가 하나의 종단부(1)에 숫나사 나사골을 그리고 또 하나의 종단부(2)에 암나사 나사골을 가진 드릴 라드가 사용되는 것을 특징으로 하는 나사 체결부.