KR20080053466A - 굴착공 확장용 충격 해머 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 굴착공 확장용 충격 해머에 관한 것이다. 이 해머는, 외피 슬리브(outer wear sleeve)(5), 상기 외피 슬리브(5)의 내부에 동축으로 장착되는 내측 실린더(7), 및 상기 해머 어셈블리의 중앙에 축방향으로 배치되며 상기 어셈블리를 통해 길이방향으로 연장되는 튜브형 토크 샤프트(3)를 포함한다. 이 해머는 또한, 상기 해머 어셈블리의 전방 단부에 인접한 척(chuck)(4)에서의 왕복동 운동을 위한 해머 비트(1)의 가격을 위해 상기 내측 실린더(7)와 상기 외피 슬리브(5) 내부 및 상기 튜브형 토크 샤프트(3) 둘레의 왕복동 운동을 위해 장착되는 슬라이딩 피스톤(6)을 더 포함한다. 상기 해머 비트(1)는 상기 토크 샤프트(3)가 상기 해머의 전방으로 돌출되도록 상기 헤머 비트가 통과하여 연장되는 중앙 보어(46)를 갖는다.
Description
본 발명은 굴착공 확장용 유체 작동식 충격 해머에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 지향식 굴착 장치(directional drilling apparatus) 또는 상향식 굴착 장치(raise boring apparatus)에 의해 형성된 유도공(pilot hole) 확장용 해머에 관한 것이다.
전선이나 통신 케이블, 가스관이나 수도관 등을 설치하기 위해 지중에 실질적으로 수평인 굴착공을 형성하기 위해 지향식 굴착 장치가 사용되는 것이 공지되어 있다. 지향식 굴착 장치는 일반적으로, 드릴 스트링(drill string)을 통해 작동 가능한 충격 드릴 비트 및 조향 장치를 포함하여, 강바닥 및 도로 등의 아래에서 도로의 경로를 따라 드릴 비트가 실질적으로 수평의 원하는 방향으로 조향될 수 있다. 이러한 지향식 굴착 장치는 널리 알려져 있으며 예를 들어, WO 97/49889, US 6,705,415, US 2004/0188142A에 기재되어 있다.
전형적인 지향식 굴착 시스템에서는, 궁극적으로 원하는 통로의 직경보다 작은 직경(예를 들어 133㎜)의 초기 유도공을 굴착하기 위해, 드릴 비트에 축방향 충격력을 가하도록 충격 해머를 구비하는 드릴 스트링이 사용된다. 궁극적인 굴착 통로는 굴착된 통로에 삽입될 케이블, 파이프, 또는 도관의 크기에 따라 200㎜ 내지 760㎜의 직경을 가질 수 있다.
공지된 수평식 굴착 방법에 의하면, 유도공의 굴착 후에 충격 드릴 및 해머가 표면을 돌파하고, 충격 해머 시스템이 제거되고, 돌출된 굴착 로드에 리머 비트(reamer bit)가 고정된다. 드릴 스트링을 사용하여, 리머 비트가 굴착된 유도공의 면으로부터 인출된다. 단지 회전력에 의해(즉, 충격 없이), 유도공은 리머 비트에 의해 원하는 크기의 직경으로 확장된다. 이 과정에는 충격력이 관여하지 않기 때문에, 리머의 굴착 속도가 매우 느리며, 특히 결질 암반에서는 더욱 그러하다. 예를 들어 US 2002/0108785A에는 백 리밍 툴(Back-Reaming tool)이 기재되어 있다.
유도공을 확장하는 다른 공지된 방법은, 충격 드릴 해머를 포함하는 드릴 스트링을 유도공으로부터 제거한 후 유도공의 크기를 확장하기 위해 보다 큰 비트를 구비한 다른 해머 시스템을 사용하는 것이다. 예를 들어 US 4,249,620은, 직경이 작은 제1 자체 추진 이동 해머에 의해 단부가 개구된 유도공을 형성하는 단계를 포함하는 굴착 방법을 기재하고 있다. 그리고, 케이블이 유도공을 통해 도입되고 직경이 보다 큰 제2 이동 해머에 의해 유도공의 직경이 확장된다. 제2 이동 해머는 케이블을 잡아당기는 것에 의해 유도공을 통해 가이드되며, 이를 위해 케이블은 제2 해머의 선단부에 부착된다. 이러한 시스템의 단점은, 초기의 드릴 스트링이 제거되었기 때문에 보다 큰 해머 시스템이 유도공의 경로로부터 벗어날 위험이 있다는 것이다. 예를 들어, 유도공의 축의 어느 한쪽으로 표류할 수 있다. 또한 유도 공이 붕괴될 위험도 있다.
수직 엘리베이터 샤프트 등의 굴착에서 상향식 굴착 장치에 의해 굴착된 유도공을 확장하는 유사한 방법을 이용하는 것이 공지되어 있다. 유도공이 수직 하방으로 굴착된 후, 유도공을 가이드로 이용하여, 드릴 헤드가 상방으로 견인되어 유도공을 확장한다. 이러한 드릴 헤드의 예는 US 2004/0188142A에 기재되어 있다. 이러한 드릴 헤드는 적어도 2개, 바람직하게는 3개의 충격 해머를 이용한다.
EP 0 507 610 A (발명자: Rear, Ian G.)는, 일 단부가 폐쇄되고 상기 일 단부에서 실질적으로 중앙에 위치된 유체 공급 튜브를 지지하는 실질적으로 튜브형인 하우징을 포함하는 업홀 해머(uphole hammer)를 기재하고 있다. 유체 공급 튜브는 하우징을 통과하여 축방향으로 연장되고 타 단부에서 드릴 스트링과 연결되며 드릴 스트링에 의해 해머로 유입되는 유체를 수용한다. 하우징은 유체 공급 튜브 주위에 슬라이드 가능하게 수용되는 타 단부에서 드릴 비트를 지지한다. 피스톤 또한 하우징 내에서 유체 공급 튜브 주위에 슬라이드 가능하게 지지되어 드릴 비트와 하우징의 단부 사이에서 왕복동한다. 드릴 비트에 충격을 가하는 제1 위치와 하우징의 단부 근처에 놓이는 제2 위치 사이에서 피스톤이 왕복동을 하도록, 피스톤의 각각의 단부와 하우징의 각각의 단부 사이에 형성된 공간에 유체가 교대로 출입하도록 유체 단속 수단이 제공된다.
EP 0 507 610 A에 기재되어 있는 업홀 해머는 많은 단점을 가지고 있다. 여기서는 중앙에 위치된 유체 공급 튜브(13)가 해머 하우징(11)을 축방향으로 통과하여 연장된다. 튜브는 토크를 전달하고 피스톤 행정을 조절하는 역할을 한다. 튜 브의 형상이 복잡하게 기계가공되고 포트(30a, 30b)가 튜브의 벽을 절단하여 구비되었기 때문에, 튜브의 구조가 토크 전달의 목적으로는 상당히 취약하다. 피스톤과 튜브 사이의 간극은 피스톤 행정의 작동에 필요한 밀봉을 제공하기에 충분히 작아야 한다. 토크 전달과 관련한 작은 간극 및 벽 구조의 약화는 튜브에 과도한 응력을 주며 벤딩을 유발한다. 예를 들어, 포트(30a, 30b)가 존재하고 피스톤과의 밀착된 가동 간극을 필요로 하기 때문에, 튜브는 토크에 의해 비틀릴 수 있다. 간극의 문제를 피하기 위해서는, 피스톤과 튜브 사이의 간극이 증대될 필요가 있으며, 따라서 효율이 저하된다.
또한, EP 0 507 610 A에서, 드릴 비트(18)는 비트 리테이닝 링(19)에 의해 드리블 서브(drivel-sub) 비트 지지부(17)에 유지되어, 비트의 설계가 비교적 취약해진다. 또한, 해머의 후방 단부는, 스터드(15)에 의해 튜브형 하우징(11)에 고정되고 제2 스터드 세트(16)에 의해 유체 공급 튜브(13)의 일 단부에 고정되는 단부 플레이트(12)를 포함한다. 이러한 구성에서는, 작동 중에 시스템의 변동이 스터드를 느슨하게 하여 해머에 매우 심각한 손상을 줄 수 있는 위험이 높다.
본 발명의 목적은, 수평형 지향식 굴착(horizontal directional drilling) 또는 상향식 굴착(raise drilling) 방법을 이용하여 굴착된 유도공을 확장하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 특별한 목적은, 유도공의 직경을 확장하기 위해 기존의 드릴 스트링에 의해 충격 및 회전 굴착의 조합이 가능한 유체 작동식 해머 드릴이 유도공을 통해 가이드되는 시스템 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 굴착공 확장용 충격 해머는, 외피 슬리브(outer wear sleeve), 상기 외피 슬리브의 내부에 동축으로 장착되는 내측 실린더, 상기 해머 어셈블리의 중앙에 축방향으로 배치되며 상기 어셈블리를 통해 길이방향으로 연장되는 튜브형 토크 샤프트, 및 상기 해머 어셈블리의 전방 단부에 인접한 척(chuck)에서의 왕복 운동을 위한 해머 비트의 가격을 위해 상기 내측 실린더와 상기 외피 슬리브 내부 및 상기 튜브형 토크 샤프트 둘레의 왕복동 운동을 위해 장착되는 슬라이딩 피스톤을 포함하고, 상기 해머 비트는 상기 토크 샤프트가 상기 해머의 전방으로 돌출되도록 상기 헤머 비트가 통과하여 연장되는 중앙 보어를 가지며, a) 드릴 스트링과의 연결을 위한 어댑터가 상기 토크 샤프트의 전방 단부에 나사식으로 연결되고, b) 상기 토크 샤프트의 후방 단부는 백헤드 로킹 부재(back-head locking member)에 나사식으로 연결되고, c) 상기 외피 슬리브의 후방 단부는 상기 백헤드 로킹 부재에 나사식으로 연결되고, d) 상기 외피 슬리브의 전방 단부는 상기 척에 나사식으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 나사식 연결 a) 및 b)는 상기 드릴 스트링의 회전 방향과 동일한 방향으로 이루어지고, 상기 나사식 연결 c) 및 d)는 상기 드릴 스트링의 회전 방향과 반대 방향으로 이루어진다. 바람직하게, a) 및 b)에서의 상기 나사식 연결은 오른나사에 의한 것이고, c) 및 d)에서의 상기 나사식 연결은 왼나사에 의한 것이다.
본 발명의 제3 측면에 따른 굴착공 확장용 충격 해머는, 외피 슬리브, 상기 외피 슬리브의 내부에 동축으로 장착되는 내측 실린더, 상기 해머 어셈블리의 중앙에 축방향으로 배치되며 상기 어셈블리를 통해 길이방향으로 연장되는 튜브형 토크 샤프트, 및 상기 해머 어셈블리의 전방 단부에 인접한 척에서의 왕복 운동을 위한 해머 비트의 가격을 위해 상기 내측 실린더와 상기 외피 슬리브 내부 및 상기 튜브형 토크 샤프트 둘레의 왕복동 운동을 위해 장착되는 슬라이딩 피스톤을 포함하고, 상기 해머 비트는 상기 토크 샤프트가 상기 해머의 전방으로 돌출되도록 상기 헤머 비트가 통과하여 연장되는 중앙 보어를 가지며, 드릴 스트링과의 연결을 위한 어댑터가 상기 토크 샤프트의 전방 단부에 나사식으로 연결되고 상기 비트의 전방 이동에 대한 전방 정지부로서 작용하며 상기 비트를 상기 척에 유지시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 굴착공 확장용 충격 해머는, 외피 슬리브, 상기 외피 슬리브의 내부에 동축으로 장착되는 내측 실린더, 상기 해머 어셈블리의 중앙에 축방향으로 배치되며 상기 어셈블리를 통해 길이방향으로 연장되는 튜브형 토크 샤프트, 및 상기 해머 어셈블리의 전방 단부에 인접한 척에서의 왕복 운동을 위한 해머 비트의 가격을 위해 상기 내측 실린더와 상기 외피 슬리브 내부 및 상기 튜브형 토크 샤프트 둘레의 왕복동 운동을 위해 장착되는 슬라이딩 피스톤을 포함하고, 상기 해머 비트는 상기 토크 샤프트가 상기 해머의 전방으로 돌출되도록 상기 헤머 비트가 통과하여 연장되는 중앙 보어를 가지며, a) 드릴 스트링과의 연결을 위한 어댑터가 상기 토크 샤프트의 전방 단부에 나사식으로 연결되고, b) 상기 토크 샤프트의 후방 단부는 백헤드 로킹 부재에 나사식으로 연결되고, c) 상기 외피 슬리브의 후방 단부는 상기 백헤드 로킹 부재에 나사식으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 굴착공 확장용 충격 해머는, 외피 슬리브, 상기 외피 슬리브의 내부에 동축으로 장착되는 내측 실린더, 상기 해머 어셈블리의 중앙에 축방향으로 배치되며 상기 어셈블리를 통해 길이방향으로 연장되는 튜브형 토크 샤프트, 및 상기 해머 어셈블리의 전방 단부에 인접한 척에서의 왕복 운동을 위한 해머 비트의 가격을 위해 상기 내측 실린더와 상기 외피 슬리브 내부 및 상기 튜브형 토크 샤프트 둘레의 왕복동 운동을 위해 장착되는 슬라이딩 피스톤을 포함하고, 상기 해머 비트는 상기 토크 샤프트가 상기 해머의 전방으로 돌출되도록 상기 헤머 비트가 통과하여 연장되는 중앙 보어를 가지며, 상기 토크 샤프트의 후방 단부는 상기 백헤드 로킹 부재에 연결되고, 상기 백헤드 로킹 부재의 후방 단부는 연결 수단을 가짐으로써 확장된 굴착공을 통해 상기 해머가 케이블, 파이프 등을 견인할 수 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 백헤드 로킹 부재는 나사식 부착 수단을 구비하여, 유도공의 확장 시에 제2 드릴 스트링이 상기 해머 뒤로 견인될 수 있다. 이에 따라, 유도공이 확장된 후에 굴착공의 추가 확장이 필요하다고 판단되는 경우, 후방에 연결된 드릴 스트링이 상기 백헤드 로킹 부재로부터 분리되고, 상기 해머가 전향되어, 상기 토크 샤프트의 전방 단부에 연결될 수 있는 장점을 갖게 된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 굴착공 확장용 충격 해머는, 외피 슬리브, 상기 외피 슬리브의 내부에 동축으로 장착되는 내측 실린더, 상기 해머 어셈블리의 중앙에 축방향으로 배치되며 상기 어셈블리를 통해 길이방향으로 연장되는 튜브형 토크 샤프트, 및 상기 해머 어셈블리의 전방 단부에 인접한 척에서의 왕복 운동을 위한 해머 비트의 가격을 위해 상기 내측 실린더와 상기 외피 슬리브 내부 및 상기 튜브형 토크 샤프트 둘레의 왕복동 운동을 위해 장착되는 슬라이딩 피스톤을 포함하고, 상기 해머 비트는 상기 토크 샤프트가 상기 해머의 전방으로 돌출되도록 상기 헤머 비트가 통과하여 연장되는 중앙 보어를 가지며, 상기 토크 샤프트의 후방 단부는 상기 백헤드 로킹 부재에 연결되고, 상기 토크 샤프트 내의 유체 채널은 상기 백헤드 로킹 부재 내부에 포함된 유체 분배실과 유체 연결되어 있는 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 상기 유체 분배실은 상기 유체 분배실로부터 상기 피스톤으로 유체의 분배를 조절하기 위한 체크 밸브를 구비한다.
도 1은 본 발명의 방법 및 장치에 이용하기 위한 충격 및 회전 조합식 굴착 해머의 일 실시예로, 타격 모드에서(즉, 굴착의 개시에서) 비트가 해머로부터 전진된 것을 나타내는 측면도이다.
도 2는 상기 시스템의 타격 위치를 나타내는 도면이다.
도 3은 상기 시스템에서 해머의 피스톤이 상사점에 있는 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 해머의 분해도이다.
도 1 내지 4는 본 발명의 충격 및 회전 조합식 굴착 해머의 일 실시예를 나 타낸다. 본 발명의 장치의 구조 및 동작은 다음과 같다.
해머는, 후방 단부가 백헤드 로킹 부재(10)에 나사식으로 연결되는 외피 슬리브(5)를 포함한다. 바람직하게, 로킹 부재(10)는, 외피 슬리브(5)의 내측 나선이 형성된 단부와 결합하는 외측 나선이 형성된 원통부(50)를 갖는다. 로킹 부재(10)의 내부에는 체크 밸브(8)가 중앙에 장착된다. 체크 밸브(8)는, 잘 알려진 방식으로, 압축 스프링(9)(도 4 참조)에 의한 스프링 장착식이다.
외피 슬리브(5) 내부에는 내측 실린더(7)가 동축으로 장착된다. 튜브형 토크 샤프트(3)는 해머 어셈블리의 중앙에 축방향으로 배치된다. 토크 샤프트(3)는 후방 단부(도면에서는 상단부)가 로킹 부재(10)에 나사식으로 연결된다. 토크 샤프트(3)의 직경이 확장되고 외측 나선이 형성된 단부 부분(47)은 로킹 부재(10)의 원통부(50)의 내측 나선이 형성된 내벽과 결합한다. 토크 샤프트(3)의 전방 단부에는 외측 나선이 형성되어 어댑터(2)의 내측 나선이 형성된 원통부와 결합한다. 어댑터(2)는 전방 단부(도면에서는 하단부)에 장착되며 나중에 상술하기로 한다.
토크 샤프트(3)는, 길이에 대하여 축방향으로 연장되며 공기 분배실(12)과 유체 연통되어 있는 내측 길이방향 통로(11)를 형성한다. 튜브형 토크 샤프트(3)는 시스템의 사용 시에 어댑터(2)를 통해 드릴링 리그(drilling rig)의 드릴 스트링에 연결되며, 피스톤(6)을 작동시키도록 어셈블리에 압축 공기를 공급하기 위해, 드릴 스트링으로부터 토크 샤프트(3)의 중앙 통로(11)를 통해 압축 공기가 공급되며, 이에 대하여는 나중에 상술하기로 한다. 토크 샤프트(3)는 또한 해머를 회전시키도록 드릴 스트링으로부터 회전력을 전달하여 잘 알려진 방식의 회전 굴착 효 과를 내도록 하는 역할도 한다.
본 실시예에서 설명한 충격 및 회전 조합식 굴착 해머는 압축 공기를 이용하여 공압식으로 작동하는 해머이다. 이 해머는 유압식으로 작동될 수도 있으며, 이 경우 압축 공기 대신에 유압 유체가 사용된다는 것을 이해하여야 한다.
내측 실린더(7)의 후방 단부는 내측으로 향한 플랜지(41)를 가지며, 이 플랜지(41)는 외피 슬리브(5)에 대하여 아래쪽으로 나사 이동하여 내측 실린더(7)를 고정시키는 경우, 예를 들면 본 출원인이 출원한 WO 2004/039530에 기재된 바와 같이, 토크 샤프트 상의 환형 쇼울더(42) 사이에서 백헤드 로킹 부재(10)에 의해 클램프된다. 도 1 및 4에 도시한 바와 같이, 외피 슬리브(5)의 전방 단부는 원통형 척(4)이 나사식으로 부착되는 외측 나사부(430)를 갖는다. 척(4)의 후방 단부에는 나선이 형성되어 외피 슬리브(5)의 나사부(30)와 결합한다. 척(4)의 전방 단부에는 내측에 축방향 스플라인(43)이 형성되고, 이 스플라인(43)은 해머 비트(1)의 섕크(45)에 형성된 상보적인 외측 스플라인(44)과 결합하도록 되어 있다(도 4 참조). 상호 작용하는 스플라인(42, 43)으로 인해, 비트(1)는 척(4)에 대하여 왕복동하는 축방향 운동을 할 수 있다. 척(4)의 전방 단부는 비트(1)를 위한 접촉부(abutment)로서 작용하는 환형의 단부면(48)을 갖는다.
드릴 비트(1)는 내부 축방향 보어(46)를 가지며, 이 보어(46)를 통해, 비트(1)가 토크 샤프트(3)에 걸쳐서 왕복동 운동이 가능하도록, 튜브형 토크 샤프트(3)가 연장된다.
슬라이딩 피스톤(6)은 왕복 운동을 하도록 내측 실린더(7) 및 외피 슬리 브(5) 내부에 장착되어, 척(4) 내부에서 축방향으로 슬라이드하는 해머 비트(1)를 타격한다.
부품이 조립될 때, 토크 샤프트(3)의 전방 나사 단부(31)는 해머 비트의 전방으로 돌출하여 어댑터(2)와 나사식으로 결합한다.
어댑터(2)는 해머가 작동하는 동안에 비트(1)를 제 위치에 고정시키는 비트 유지 수단으로서 작용한다. 이로 인해 종래 기술에서보다 훨씬 강력하고 효과적인 비트 유지 시스템이 제공될 수 있다. 어댑터(2)는 비트(1)의 전방 이동에 대한 정지부로서 작용하는, 후방으로 대향하는 환형의 단부면(49)(도 2 참조)을 갖는다.
어댑터(2)의 전방 단부는, 드릴 스트링의 드릴 로드에 연결되도록 바람직하게 외측 나선이 형성된 연결부(28)를 갖는다.
바람직하게, 백헤드 로킹 부재(10)의 후방 단부는 연결 수단, 예를 들면 사용 시에 다양한 시스템을 해머 뒤쪽으로 견인할 수 있는 나사 연결부를 갖는다. 예를 들어, 백헤드 로킹 부재(10)에 훅(hook) 또는 아이(eye)를 부착할 수 있으며, 이것은 설치의 목적으로, 해머에 의해 굴착된 구멍을 통해 파이프 또는 케이블을 견인할 수 있다.
본 발명의 중요하고 혁신적인 특징적 방법에 의해 해머의 여러 부품들이 함께 조립된다.
전술한 바와 같이 이들 부품은 다음과 같이 연결된다.
a) 어댑터(2)가 토크 샤프트(3)의 전방 단부와 나사식으로 연결된다.
b) 토크 샤프트(3)의 후방 단부가 백헤드 로킹 부재(10)와 나사식으로 연결 된다.
c) 외피 슬리브(5)가 백헤드 로킹 부재(10)와 나사식으로 연결된다.
d) 외피 슬리브(5)가 척과 나사식으로 연결된다.
중요한 점은, a) 및 b) 연결을 위한 나사 연결부의 조임에서 회전 방향은 드릴 스트링의 회전 방향과 동일한 방향이라는 것이다. 드릴 스트링 나선 방향 또한 회전 방향과 동일한 방향이다. 드릴 스트링은 일반적으로 시계방향으로 회전하여 나사 연결부가 시계방향으로 조여진다. 즉, 나사는 오른나사이어야 한다. 반대로, c) 및 d) 연결을 위한 나사 연결부는 반대 방향이어야 한다. 즉, 드릴 스트링이 시계방향으로 회전하는 경우, 이들 연결부는 왼나사를 이용하여 시계반대방향으로 조여져야 한다. 명백하게, 드릴 스트링이 시계반대방향으로 회전하면, 반대의 경우가 되며, a) 및 b)는 왼나사를 이용하고, c) 및 d)는 오른나사를 이용하게 된다.
이로 인해, 전술한 부품들 사이의 연결은 시스템의 사용 중에 해머의 진동에 도 불구하고 단단히 연결되어 유지된다.
본 발명의 작동에서, 유도공이 굴착되고 유도공의 관통 지점에서 종래의 충격식 굴착 시스템이 드릴 로드로부터 제거되면, 유도공의 단부로부터 돌출된 드릴 스트링만이 남게 된다. 본 발명의 충격식 굴착 해머는 연결 수단에 의해 상기 돌출된 드릴 로드에 부착된다. 상기 연결 수단은 바람직하게, 전술한 바와 같이 드릴 로드와 우선 연결되도록 외측 나선이 형성된 연결부(28)를 가지는 어댑터(2)를 포함한다. 어댑터(2)의 최대 직경은 명목상 유도공보다 작다. 예를 들어, 상기 최대 직경은 127㎜일 수 있으며 유도공은 133㎜의 직경을 갖는다. 그리고 굴착 해머가 작동되며 드릴 스트링 상에서 후방으로 견인됨으로써 유도공을 따라 가이드된다. 이로 인해, 해머는 유도공이 확장되어도 유도공의 경로로부터 이탈하지 않도록 보장된다.
도 1 내지 3을 참조하면, 해머의 작동은 다음과 같다. 도 1은 타격 모드의 해머를 나타내는 것으로, 해머의 동작이 일어나지 않은 것을 나타낸다. 드릴 스트링으로부터 토크 샤프트(3)의 공기 통로(11)를 향해 아래쪽으로 압축 공기가 공급되어 체크 밸브(8)를 가압 개방시켜서, 압축 공기가 공기 분배실(12)로 들어가도록 한다. 이로부터 공기는 환형 챔버(13), 포트(14), 챔버(15), 구멍(16), 피스톤(6)과 토크 샤프트(3) 사이의 환형 챔버(23)를 통과한다. 공기의 아래쪽 연속 흐름은 비트의 구멍(26) 및 그루브(37)를 통해 비트의 절삭면으로 빠져나간다.
도 2는 해머가 타격 위치에 있는 것을 나타낸다. 비트(1)는, 시스템이 드릴 스트링에 의해 확장될 유도공의 면을 향해 뒤로 당겨짐에 따라, 어셈블리 쪽으로 밀려 후퇴되었다(스플라인(43)을 따라 후방으로 토크 샤프트(3) 전체에서 슬라이딩됨). 비트(1)의 이러한 내측 이동은 척(4)의 단부면(48)에 의해 제한된다. 압축 공기는 챔버(15)로부터 구멍(16)을 통해 내측 실린더(7)의 언더컷(35)으로 공급된다. 이로부터, 공기는 피스톤(6)의 포트(18)를 따라, 환형 챔버(33), 언더컷(19), 포트(20)를 지나, 풋밸브(22)에 의해 피스톤 보어 내에 밀봉된 리프트 챔버(lift chamber)(21)로 이동한다.
동시에, 상부 구동 챔버(17)가 개방되어 챔버 구멍(23) 및 그루브(37)를 통 해 배기된다.
도 3은 피스톤(6)이 상사점에 있는 것을 나타낸다. 리프트 챔버(21)는 개방되어 통로(40), 구멍(26), 및 그루브(37)를 통해 배기된다. 상부 구동 챔버(17)는, 압축 공기 통과 구멍(16), 언더컷(35), 및 포트(18)를 구비하며, 챔버(17)가 토크 샤프트(3) 상의 확경부(24)에 의해 피스톤 보어 내에 밀봉됨에 따라, 피스톤(6)을 하방으로 압박하여 비트(1)를 타격하도록 한다.
해머의 작동을 정지시키기 위해, 시스템은 확장된 굴착공의 면으로부터 밀려나고, 비트(1)는 어댑터(2)의 환형 면(49) 상에 안착될 때까지 어셈블리로부터 가압된다.
본 명세서에서 사용된 용어, "포함하다/포함하는" 및 "갖는/구비하는"은 본 발명의 특징, 단계, 또는 부품을 특정하기 위해 사용된 것이지만, 하나 이상의 다른 특징, 단계, 부품, 및 그 군의 존재 또는 추가를 제외하는 것은 아니다.
이상 설명한 바와 같이, 전술한 여러 실시예에 각각 기재된 본 발명의 특징은 조합되어 적용될 수 있으며, 반대로 하나의 실시예에 기재된 본 발명의 여러 특징 또한 개별적으로 적용되거나 적절한 세부 조합으로 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
Claims (11)
- 외피 슬리브(outer wear sleeve)(5), 상기 외피 슬리브(5)의 내부에 동축으로 장착되는 내측 실린더(7), 상기 해머 어셈블리의 중앙에 축방향으로 배치되며 상기 어셈블리를 통해 길이방향으로 연장되는 튜브형 토크 샤프트(3), 및 상기 해머 어셈블리의 전방 단부에 인접한 척(chuck)(4)에서의 왕복동 운동을 위한 해머 비트(1)의 가격을 위해 상기 내측 실린더(7)와 상기 외피 슬리브(5) 내부 및 상기 튜브형 토크 샤프트(3) 둘레의 왕복동 운동을 위해 장착되는 슬라이딩 피스톤(6)을 포함하고,상기 해머 비트(1)는 상기 토크 샤프트(3)가 상기 해머의 전방으로 돌출되도록 상기 헤머 비트가 통과하여 연장되는 중앙 보어(46)를 가지며,a) 드릴 스트링과의 연결을 위한 어댑터(2)가 상기 토크 샤프트(3)의 전방 단부에 나사식으로 연결되고,b) 상기 토크 샤프트(3)의 후방 단부는 백헤드 로킹 부재(back-head locking member)(10)에 나사식으로 연결되고,c) 상기 외피 슬리브(5)의 후방 단부는 상기 백헤드 로킹 부재(10)에 나사식으로 연결되고,d) 상기 외피 슬리브(5)의 전방 단부는 상기 척(4)에 나사식으로 연결되며,a) 및 b)에서의 상기 나사식 연결은 일 방향이고, c) 및 d)에서의 상기 나사식 연결은 반대 방향 또는 회전인,굴착공 확장용 충격 해머.
- 제1항에 있어서,a) 및 b)에서의 상기 나사식 연결은 상기 드릴 스트링의 회전 방향과 동일한 방향으로 이루어지고, c) 및 d)에서의 상기 나사식 연결은 상기 드릴 스트링의 회전 방향과 반대 방향으로 이루어진, 굴착공 확장용 충격 해머.
- 제2항에 있어서,a) 및 b)에서의 상기 나사식 연결은 오른나사에 의한 것이고, c) 및 d)에서의 상기 나사식 연결은 왼나사에 의한 것인, 굴착공 확장용 충격 해머.
- 외피 슬리브(5), 상기 외피 슬리브(5)의 내부에 동축으로 장착되는 내측 실린더(7), 상기 해머 어셈블리의 중앙에 축방향으로 배치되며 상기 어셈블리를 통해 길이방향으로 연장되는 튜브형 토크 샤프트(3), 및 상기 해머 어셈블리의 전방 단부에 인접한 척(4)에서의 왕복동 운동을 위한 해머 비트(1)의 가격을 위해 상기 내측 실린더(7)와 상기 외피 슬리브(5) 내부 및 상기 튜브형 토크 샤프트(3) 둘레의 왕복동 운동을 위해 장착되는 슬라이딩 피스톤(6)을 포함하고,상기 해머 비트(1)는 상기 토크 샤프트(3)가 상기 해머의 전방으로 돌출되도록 상기 헤머 비트가 통과하여 연장되는 중앙 보어(46)를 가지며,드릴 스트링과의 연결을 위한 어댑터(2)가 상기 토크 샤프트(3)의 전방 단부 에 나사식으로 연결되고 상기 해머 비트(1)의 전방 이동에 대한 전방 정지부로서 작용하며 상기 해머 비트(1)를 상기 척(4)에 유지시키는,굴착공 확장용 충격 해머.
- 외피 슬리브(5), 상기 외피 슬리브(5)의 내부에 동축으로 장착되는 내측 실린더(7), 상기 해머 어셈블리의 중앙에 축방향으로 배치되며 상기 어셈블리를 통해 길이방향으로 연장되는 튜브형 토크 샤프트(3), 및 상기 해머 어셈블리의 전방 단부에 인접한 척(4)에서의 왕복동 운동을 위한 해머 비트(1)의 가격을 위해 상기 내측 실린더(7)와 상기 외피 슬리브(5) 내부 및 상기 튜브형 토크 샤프트(3) 둘레의 왕복동 운동을 위해 장착되는 슬라이딩 피스톤(6)을 포함하고,상기 해머 비트(1)는 상기 토크 샤프트(3)가 상기 해머의 전방으로 돌출되도록 상기 헤머 비트가 통과하여 연장되는 중앙 보어(46)를 가지며,a) 드릴 스트링과의 연결을 위한 어댑터(2)가 상기 토크 샤프트(3)의 전방 단부에 나사식으로 연결되고,b) 상기 토크 샤프트(3)의 후방 단부는 백헤드 로킹 부재(10)에 나사식으로 연결되고,c) 상기 외피 슬리브(5)의 후방 단부는 상기 백헤드 로킹 부재(10)에 나사식으로 연결되는,굴착공 확장용 충격 헤머.
- 외피 슬리브, 상기 외피 슬리브의 내부에 동축으로 장착되는 내측 실린더, 상기 해머 어셈블리의 중앙에 축방향으로 배치되며 상기 어셈블리를 통해 길이방향으로 연장되는 튜브형 토크 샤프트, 및 상기 해머 어셈블리의 전방 단부에 인접한 척에서의 왕복동 운동을 위한 해머 비트의 가격을 위해 상기 내측 실린더와 상기 외피 슬리브 내부 및 상기 튜브형 토크 샤프트 둘레의 왕복동 운동을 위해 장착되는 슬라이딩 피스톤을 포함하고,상기 해머 비트는 상기 토크 샤프트가 상기 해머의 전방으로 돌출되도록 상기 헤머 비트가 통과하여 연장되는 중앙 보어를 가지며,상기 토크 샤프트의 후방 단부는 상기 백헤드 로킹 부재에 연결되고, 상기 백헤드 로킹 부재의 후방 단부는 연결 수단을 가짐으로써 확장된 굴착공을 통해 상기 해머가 케이블, 파이프 등을 견인할 수 있는,굴착공 확장용 충격 해머.
- 제6항에 있어서,상기 백헤드 로킹 부재는, 상기 굴착공의 확장 시에 제2 드릴 스트링이 상기 해머 뒤로 견인될 수 있도록 하는 수단을 구비한, 굴착공 확장용 충격 해머.
- 제7항에 있어서,상기 수단은 나사식 부착 수단인, 굴착공 확장용 충격 해머.
- 외피 슬리브, 상기 외피 슬리브의 내부에 동축으로 장착되는 내측 실린더, 상기 해머 어셈블리의 중앙에 축방향으로 배치되며 상기 어셈블리를 통해 길이방향으로 연장되는 튜브형 토크 샤프트, 및 상기 해머 어셈블리의 전방 단부에 인접한 척에서의 왕복동 운동을 위한 해머 비트의 가격을 위해 상기 내측 실린더와 상기 외피 슬리브 내부 및 상기 튜브형 토크 샤프트 둘레의 왕복동 운동을 위해 장착되는 슬라이딩 피스톤을 포함하고,상기 해머 비트는 상기 토크 샤프트가 상기 해머의 전방으로 돌출되도록 상기 헤머 비트가 통과하여 연장되는 중앙 보어를 가지며,상기 토크 샤프트의 후방 단부는 상기 백헤드 로킹 부재에 연결되고, 상기 토크 샤프트 내의 유체 채널은 상기 백헤드 로킹 부재 내부에 포함된 유체 분배실과 유체 연결되어 있는,굴착공 확장용 충격 해머.
- 제9항에 있어서,상기 유체 분배실은, 상기 유체 분배실로부터 상기 피스톤으로 유체의 분배를 조절하기 위한 체크 밸브를 구비한, 굴착공 확장용 충격 해머.
- 첨부도면을 참조하여 상세한 설명에서 설명한 것과 같은, 굴착공 확장용 충격 해머.
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