KR20080092361A - 다운-홀 해머와 다운-홀 해머용 부품, 및 다운-홀 해머의조립 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 태양에 따르면, 다운-홀 해머는 케이싱 및 케이싱 내에서 최하부 작동 위치와 최상부 작동 위치 사이에서 이동가능한 피스톤을 포함한다. 피스톤 및 케이싱이 피스톤 상부 단부와 피스톤 하부 단부 사이에서 중간 챔버를 한정하도록, 피스톤과 케이싱 사이에는 리세스가 제공된다. 최하부 작동 위치와 최상부 작동 위치 사이의 피스톤의 모든 위치에서, 가압 유체 공급원이 통로를 통해 중간 챔버와 유동 연통 상태에 있도록, 가압 유체 공급원과 중간 챔버 사이에는 통로가 제공된다. 피스톤 내의 개구는 통로를 적어도 부분적으로 한정한다.
다운-홀 해머, 다운-홀 해머용 피스톤, 다운-홀 해머의 조립 방법.

Description

다운-홀 해머와 다운-홀 해머용 부품, 및 다운-홀 해머의 조립 방법{DOWN-THE-HOLE HAMMER AND COMPONENTS FOR A DOWN-THE-HOLE HAMMER, AND A METHOD OF ASSEMBLING A DOWN-THE-HOLE HAMMER}
본 발명은 다운-홀 해머 및 이를 위한 부품, 특히 중심 이송 튜브 및 피스톤과 케이싱 벽 사이의 리세스에 의해 한정되는 중간 챔버를 갖는 다운-홀 해머 및 그 부품에 관한 것이다.
미국 특허 제 6,131,672 호에는 가압 유체가 피스톤의 중심을 관통하고, 피스톤 내에 형성된 구멍을 통하여 피스톤의 중심으로부터 피스톤의 상부 또는 바닥 중 한 곳을 향하는 충격식 다운-홀 해머를 개시하고 있다. 가압 유체는 포트가 개방될 때까지 중심 이송 튜브 내에 유지되고, 상부 또는 하부 챔버로 이동하여 피스톤 상에 작용하도록 한다. 이러한 설계는 공기가 챔버의 상부 및 하부를 향하도록 하는 복잡한 기계 가공을 요하지 않는 적은 비용의 외부 케이싱을 제공하지만, 공기는 피스톤 상에 작용하기 위해 상당한 거리를 이동해야만 한다.
다른 다운-홀 해머 설계는 피스톤의 외경에 형성된 중간 챔버를 이용한다. 가압 유체는 케이싱 내에 제공된 개구를 통해 중간 챔버로 공급된다. 그와 같은 중간 챔버 설계는 가압 유체가 상부 및 하부 챔버에 도달하여 피스톤 상에 작 용하기 위해 이동해야 하는 거리를 감소시킬 수 있지만, 중간 챔버를 이송하기 위한 케이싱의 복잡한 기계가공을 수반하며, 이는 제조 비용을 증가시키고, 소모품이기 때문에 교체에도 많은 비용이 들 수 있다.
미국 특허 제 4,015,670 호에는 피스톤의 외경에 형성된 중간 챔버를 이용하고, 피스톤 내의 반경 방향 개구가 이송 튜브 내의 반경 방향 개구와 정렬될 때 가압 유체가 중간 챔버 내로 단속적으로 제공되는 다운-홀 해머 설계가 개시되어 있다. 이송 튜브의 반경 방향 개구가 피스톤의 반경 방향 개구 중 하나와 정렬되는 경우, 공기는 피스톤 상부의 챔버로 유동하며, 이송 튜브의 반경 방향 개구가 피스톤 내의 반경 방향 개구의 다른 하나와 정렬되는 경우, 공기는 피스톤 하부의 챔버로 유동한다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 다운-홀 해머는 케이싱 및 케이싱 내에서 최하부 작동 위치와 최상부 작동 위치 사이에서 이동가능한 피스톤을 포함한다. 피스톤 및 케이싱이 피스톤 상부 단부와 피스톤 하부 단부 사이에서 중간 챔버를 한정하도록, 피스톤과 케이싱 사이에는 리세스가 제공된다. 최하부 작동 위치와 최상부 작동 위치 사이의 피스톤의 모든 위치에서, 가압 유체 공급원이 통로를 통해 중간 챔버와 유동 연통 상태에 있도록, 가압 유체 공급원과 중간 챔버 사이에는 통로가 제공된다. 피스톤 내의 개구는 통로를 적어도 부분적으로 한정한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 다운-홀 해머는 케이싱 및 케이싱 내에 배치되어 고압 유체 공급원과 연결되도록 되어 있는 이송 튜브, 및 케이싱 내에서 이동 가능하고 피스톤 왕복 운동 시 이송 튜브가 이동 가능한 단부 개구를 갖는 피스톤을 포함한다. 케이싱에 대해 제 1 위치 범위 내인 경우 유체가 이송 튜브로부터 피스톤 상부의 상부 챔버로 유동하고 케이싱에 대해 제 2 위치 범위 내인 경우 피스톤 하부의 바닥 챔버로 유동하도록 하기 위해, 유체 이송 통로는 피스톤에 의해 적어도 부분적으로 한정된다. 피스톤이 제 1 위치 범위 아래인 경우 유체가 상부 챔버로부터 환기되도록 하고 피스톤에 의해 적어도 부분적으로 한정되도록 하기 위하여 유체 환기 통로가 형성되며, 유체 환기 통로는 상기 유체 이송 통로로부터 독립적이다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 다운-홀 해머용 피스톤은 상부 단부, 바닥 단부, 및 그 사이에 중간 면을 갖는 본체를 포함한다. 리세스부는 상기 본체의 상부 단부로부터 바닥 단부로 연장하고, 주 직경 및 이 주 직경보다 큰 직경을 갖는다. 반경 방향 통로는 상기 개구로부터 상기 중간 면으로 연장한다. 상기 상부 단부로부터 상기 개구로 통로가 연장한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 다운-홀 해머의 조립 방법은 피스톤이 케이싱 내에서 최하부 작동 위치와 최상부 작동 위치 사이에서 이동가능하도록 피스톤을 케이싱 내에 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 피스톤과 케이싱이 상기 피스톤의 상부 단부와 상기 피스톤의 바닥 단부 사이에 중간 챔버를 한정하도록 피스톤과 케이싱 사이에는 리세스가 제공된다. 가압 유체 공급원과 상기 중간 챔버 사이에는 통로가 제공되어, 상기 최하부 작동 위치와 최상부 작동 위치 사이의 피스톤의 모든 위치에서, 상기 가압 유체 공급원이 상기 통로를 통하여 중간 챔버와 유동 연통 상태에 있고, 상기 피스톤 내의 개구는 상기 통로를 적어도 부분적으로 한정하게 된다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 다운-홀 해머의 조립 방법은 고압 유체 공급원과 연결되도록 되어 있는 이송 튜브가 내부에 배치된 케이싱을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 이송 튜브가 상기 피스톤의 단부 개구 내에 이동가능하게 위치되도록 하고; 상기 케이싱에 대해 제 1 위치 범위 내인 경우 상기 이송튜브로부터 상기 피스톤 상부의 상부 챔버로 유체가 유동하고, 상기 케이싱에 대해 제 2 위치 범위 내인 경우 상기 피스톤 하부의 바닥 챔버로 유체가 유동하도록 하기 위해 상기 피스톤 및 상기 이송 튜브가 적어도 부분적으로 유체 이송 통로를 한정하도록 하며; 또한 피스톤이 제 1 위치 범위 아래인 경우 유체가 상부 챔버로부터 환기되도록 하기 위해 피스톤에 의해 적어도 부분적으로 한정되고 상기 유동 이송 통로로부터 독립적인 유체 환기 통로가 형성되도록, 피스톤은 케이싱 내에 이동가능하게 위치된다.
본 발명은 특징 및 이점은 이하 상세한 설명 및 도면에 의해 충분히 이해할 수 있으며, 동일한 도면 부호는 유사한 요소를 가리킨다.
도 1a 내지 도 1e 는 케이싱에 대하여 다양한 위치에 있는 피스톤을 나타내는 본 발명의 실시형태에 따른 다운-홀 해머의 측단면도.
도 2a 및 도 2b 는 본 발명의 실시형태에 따른 피스톤의 사시도 및 상부 단면도.
도 3 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 다운-홀 해머의 측단면도.
도 1a 내지 도 1e 은 본 발명의 실시형태에 따른 다운-홀 해머 (21) 를 나타내고 있다. 다운-홀 해머 (21) 는 케이싱 (23), 및 케이싱 내에서 피스톤의 바닥 단부 (27) 가 드릴 비트 (29) 와 충돌하는 최하부 작동 지점 (도 1a) 과, 케이싱 및 피스톤의 상부 단부 (33) 에 의해 부분적으로 한정되는 상부 챔버 (31) 의 체적이 최소인 최상부 작동 지점 (도 1d) 사이에서 이동할 수 있는 피스톤 (25) 을 포함한다.
피스톤 (25) 과 케이싱 (23) 사이에는, 피스톤 및 케이싱이 피스톤의 상부 단부 (33) 와 피스톤의 바닥 단부 (27) 사이에 중간 챔버 (35) 를 한정하기 위해 리세스 (34) 가 제공된다. 도 1a 내지 도 1e 의 실시형태에서, 리세스 (34) 는 피스톤 (25) 내에 제공된다. 그러한 피스톤 (25) 이 도 2a 내지 도 2b 에 상세히 나타나 있다. 하지만, 다른 실시형태에서, 도 3 에 가상선으로 나타낸 바와 같이, 리세스 (34a) 는 케이싱 내에 그리고/또는 피스톤 및 케이싱 내에 제공될 수 있다. 리세스는 피스톤 왕복에 필요한 공기 유동을 가능하게 하면서 피스톤에 대한 피스톤 지지에 필요한 만큼 피스톤 외부 또는 케이싱 내부의 원주 둘레로 전체적 또는 부분적으로 연장할 수 있다.
최하부 작동 위치와 최상부 작동 위치 사이의 모든 피스톤 (25) 위치에서, 가압 유체 공급원이 통로를 통하여 중간 챔버와 유동 연통 상태가 되도록, 가압 유체 공급원 (S) 과 중간 챔버 (35) 사이에는 통로 (37) 가 제공된다. 피스톤 내 의 개구 (39) 는 통로 (37) 를 적어도 부분적으로 한정한다. 개구 (39) 는 반경 방향 개구 (49) 를 포함할 수 있지만, 전체적으로 반경 방향 개구일 필요는 없으며, 축선 방향 개구를 가질 수도 있다.
도 1a 내지 도 1e 의 실시형태에서, 피스톤 (25) 은 피스톤의 단부, 예컨대 적어도 상부 단부 (33) 로부터 피스톤 내로 연장하는 단부 개구 (41) 를 포함할 수 있고, 통로 (37) 는 케이싱 (23) 내에 고정되고 단부 개구에 부분적으로 배치되는 이송 튜브 (43) 를 포함한다. 피스톤 (25) 이 케이싱 (23) 내에서 왕복운동 할 때, 피스톤과 그 단부 개구 (41) 또한 이송 튜브 (43) 에 대해 이동한다. 단부 개구 (41) 는 피스톤 (25) 의 중심 축선을 따라 연장하는 것으로 나타냈지만, 단부 개구가 중심 축선으로부터 떨어져 있을 수도 있다.
도 1a 내지 도 1e 의 실시형태에서는, 통로 (37) 가 이송 튜브 (43) 내에 반경 방향 개구 (45) 를 포함하지만, 도 3 의 실시형태와 같이 다른 실시형태에서는, 통로 (37a) 는 비반경 방향 개구를 포함할 수 있으며, 그와 같은 경우 이송 튜브 (43a) 는 모래시계 형상이며, 개구 (45a) 는 상기 모래시계의 벌브 (bulb) 부분의 상부 또는 바닥부에서 실질적으로 축선 방향으로 연장한다. 도 1a 내지 도 1e 의 실시형태에서, 통로 (37) 는 단부 개구 (41) 내에 리세스부 (47) 를 포함한다. 통로 (37) 는 또한 단부 개구 (41) 내의 리세스부 (47) 와 중간 챔버 (35) 사이의 반경 방향 개구 (49) 또한 포함한다.
도 1a 내지 도 1e 에 나타낸 실시형태에 대하여 당업자는 다양한 변형예를 생각할 수 있다. 예를 들면, 도 1a 내지 도 1e 의 실시형태의 피스톤 (35) 내 의 리세스부 (47) 가, 이송 튜브와 피스톤의 일정한 상대적 위치 범위에 대해, 이송 튜브 (43) 내의 반경 방향 개구 (45) 와 피스톤 내의 반경 방향 개구 (49) 사이를 연통하도록 하는 것과 거의 동일한 방식으로, 도 3 에 나타난 바와 같이, 통로는 모래시계 형상의 이송 튜브 (43a) 와 같은 이송 튜브 내에, 이송 튜브와 피스톤의 일정한 상대적 위치 범위에 대해 이송 튜브 내의 반경 방향 개구 및/또는 비반경 방향 개구와 피스톤 내의 반경 방향 개구 사이를 연통하도록 하는 리세스부를 포함할 수 있다. 도 3 은 이송 튜브와 피스톤 내의 반경 방향 개구 사이의 연통을 촉진하기 위해 이송 튜브 (43a) 와 피스톤 (25) 모두가 리세스될 수 있음을 나타내고 있지만, 다른 실시형태에서는 (도시 생략) 피스톤 내에 리세스가 제공되어 있지 않다.
도 1a 내지 도 1e 의 실시형태에서, 중간 챔버 (35) 는 피스톤 (25) 에 있는 리세스 (34) 를 포함한다. 케이싱 (23) 은 피스톤 (25) 이 도 1d 에 나타난 최상부 작동 위치에 있을 때, 피스톤 (25) 의 상부 단부 (33) 및 케이싱에 의해 한정되는 상부 챔버 (31) 와, 중간 챔버 (35) 사이의 유동 연통을 가능하게 하는 상부 내부 리세스 (51) 를 포함한다. 상부 내부 리세스 (51) 는 피스톤 (25) 과 케이싱 (23) 의 상대적 위치 범위에 대해 중간 챔버 (35) 와 상부 챔버 (31) 사이의 유동 연통을 가능하게 한다. 중간 챔버 (35) 의 크기는 중간 챔버와 상부 챔버 (31) 또는 바닥 챔버 (57) 사이를 연통시킬 때 발생할 수 있는 압력 저하를 최소화하도록 선택된다.
케이싱 (23) 내에서 피스톤 (25) 이 상승함에 따라 중간 챔버 (35) 와 상부 챔버 (31) 사이에 유동 연통이 일어나는 경우, 이송 튜브 (43) 내의 가압 유체는 피스톤 및 케이싱의 모든 작동 지점에서 중간 챔버와 지속적인 연통 상태에 있게 되며, 이에 따라, 가압 유체는 즉시 상부 챔버 (31) 내로 유입하기 시작한다. 이보다 먼저, 상부 챔버 (31) 로부터 이어진 별도의 환기 통로 (53) 가 폐쇄된다. 상부 챔버 (31) 로 유입하는 가압 기체는 환기할 곳이 없기 때문에, 상기 가압 공기는 피스톤 (25) 의 상방 이동을 멈추고 피스톤이 도 1a 의 충돌 위치로 다시 하강하도록 한다.
케이싱 (23) 은 또한 지속적으로 가압되는 중간 챔버 (35) 와, 도 1a 에 나타낸 바와 같이 피스톤이 최하부 작동 위치, 즉 충격 위치에 있는 경우, 피스톤 (25) 의 바닥 단부 (27) 에 있는 노즈 (nose) (27a) 및 노즈 숄더 (27b) 와, 상기 노즈가 미끄러지게 되어 있는 개구를 가지며 케이싱 내부에 있는 가이드 슬리브 (69) 및 케이싱에 의해 한정되는 바닥 챔버 (57) 사이의 유동 연통을 가능하게 하는 바닥 내부 리세스 (55) 를 포함한다. 케이싱 (23) 내에서 피스톤 (25) 의 하방 이동 동안, 피스톤 (25) 이 드릴 비트 (29) 에 충돌하거나 충돌하기 직전까지, 중간 챔버 (35) 와 바닥 챔버 (57) 사이의 유동 연통은 이루어지지 않는다. 피스톤 (25) 이 충격 위치에 있게 되면, 바닥 내부 리세스 (55) 와 피스톤에 의해 한정되는 공간을 통하여 중간 챔버 (35) 로부터 바닥 챔버 (57) 로 유입하는 유체는, 도 1d 에 나타낸 최상부 위치 쪽으로 피스톤을 들어올리기 시작한다.
도 1b 에 나타낸 바와 같이, 피스톤 (25) 이 케이싱 (23) 내에서 미리 정해진 일정 거리, 예컨대 도 1a 의 충격 위치 위쪽으로 1″(2.54 ㎝) 거리만큼 상승되 는 경우, 바닥 내부 리세스 (55) 와 피스톤 (25) 에 의해 한정되는 공간을 통과하는 유동은 차단된다. 바닥 챔버 (57) 로의 유동이 차단되는 지점 위로 피스톤 (25) 이 상승하면, 피스톤이 예컨대 도 1d 에 나타낸 바와 같이, 충격 위치 위쪽으로 3″(7.62 ㎝) 거리만큼 상승하여, 상부 내부 리세스 (51) 와 피스톤에 의해 한정되는 공간을 통하여 중간 챔버와 상부 챔버 (31) 사이의 유동 연통이 이루어질 때까지 통로 (37) 및 중간 챔버 (35) 내에 압력이 축적된다.
피스톤 (25) 내의 단부 개구 (41) 는 보통 피스톤의 상부 단부 (33) 로부터 피스톤을 통하여 피스톤의 바닥 단부 (27) 로 연장된다. 피스톤의 상부 단부 (33) 와 피스톤의 바닥 단부 (27) 사이의 유동 연통을 가능하게 하기 위해, 피스톤 내에는 환기 통로 (53) 가 제공될 수 있다. 환기 통로 (53) 는 상부 단부 (33) 로부터 피스톤 (25) 을 통하여 축선 방향으로 연장하는 축선 방향부 (59) 와, 단부 개구 (41) 로부터 축선 방향부로 연장하는 반경 방향부 (61) 를 포함할 수 있다. 이에 의해, 유체는 상부 챔버 (31) 로부터 축선 방향부 (59) 를 통하여 반경 방향부 (61) 로, 그 후에는 단부 개구 (41) 로 환기될 수 있으며, 그곳에서 유체는 다운-홀 해머 (21) 로부터 예컨대 드릴 비트 (29) 내에 제공된 환기구를 통하여 환기될 수 있다. 환기구 통로의 다른 실시형태들은, 예컨대 피스톤의 축선과 일정한 각을 이루고 피스톤의 상부로부터 단부 개구로 연장하는 단일 통로부, 또는 축선형/경사형/방사형 통로의 몇몇 조합을 포함할 수 있다.
이송 튜브 (43) 는, 피스톤이 최하부 작동 위치 상부로 미리 정해진 거리만큼 상승되는 경우, 환기 통로 (53) 를 통한 피스톤 (25) 의 상부 단부 (33) 와 피 스톤의 바닥 단부 (27) 사이의 유동 연통을 차단하도록, 단부 개구 (41) 내에 위치할 수 있다. 예를 들면, 도 1b 에 나타낸 바와 같이, 케이싱 (23) 에 대해, 중간 챔버 (35) 로부터 바닥 챔버 (57) 로의 유동이 차단되는 높이로 피스톤 (25) 이 들어 올려지면, 이송 튜브 (43) 의 단부 (63) 는 환기 통로 (53) 의 반경 방향부 (61) 상부에 배치되며, 상부 챔버 (31) 는 환기 통로를 통하여 단부 개구 (41) 로 환기된다. 하지만, 피스톤 (25) 이 케이싱 (23) 에 비해 더욱, 예컨대 도 1c 에 나타낸 바와 같이 2″(5.08 ㎝) 높이만큼 상승하면, 이송 튜브 (43) 의 단부 (63) 는 환기 통로 (53) 로부터 단부 개구 (41) 내로의 유동을 차단한다. 피스톤 (25) 이 상승하긴 하지만 최상부 위치까지 피스톤의 상방 이동을 실질적으로 지연시키지는 않음에 따라 상부 챔버 (31) 내에 압력이 축적되어, 중간 챔버 (35) 와 상부 챔버 (31) 사이의 유동 연통이 이루어지는 (도 1d) 지점으로 상승하게 되면 압력은 실질적으로 증가하고, 피스톤의 하강 스트로크가 시작된다. 이송 튜브 블리드 밸브 (bleed valve) (44) 는 이송 튜브 및 다양한 유체 통로 내의 유체 압력의 미세한 튜닝을 촉진하기 위해 이송 튜브 (43) 의 바닥 단부 (63) 에 제공될 수 있다.
피스톤 (25) 의 하강 스트로크 동안, 중간 챔버 (35) 와 상부 챔버 (31) 및 바닥 챔버 (57) 사이의 연통의 개폐 순서와 환기 통로 (53) 를 통한 상부 챔버 (31) 및 단부 개구 (41) 의 연통의 개폐 순서는 상승 스트로크 동안 일어나는 순서와 반대가 된다. 도 1d 의 최상부 위치에서, 케이싱 (23) 내의 피스톤 (25) 과 상부 내부 리세스 (51) 에 의해 한정되는 통로를 통하여, 상부 챔버 (31) 와 지속 적으로 가압되는 중간 챔버 (35) 사이에 유동 연통이 일어난다. 이송 튜브 (43) 의 하부 단부 (63) 는 피스톤 (25) 의 단부 개구 (41) 에 있는 환기 통로 (53) 의 반경 방향부 (61) 의 단부를 덮고, 상부 챔버 (31) 내에는 압력이 축적되어 피스톤이 케이싱에 대해 하부 쪽으로 이동하도록 한다.
피스톤 (25) 이 케이싱 (23) 내에서 도 1c 에 나타낸 최상부 위치로부터 최하부 위치로 하강함에 따라, 피스톤 내의 리세스 (34) 가 케이싱 내의 상부 내부 리세스 하부로 내려갈 때, 중간 챔버 (35) 와 상부 챔버 (31) 사이의 유동 연통은 차단된다. 이송 튜브 (43) 의 하부 단부 (63) 는 피스톤 (25) 의 단부 개구 (41) 에 있는 환기 통로 (53) 의 반경 방향부 (61) 의 단부를 계속해서 밀폐한다. 압력은 통로 (37) 및 중간 챔버 (35) 내에 축적된다.
피스톤 (25) 이 케이싱 내에서 도 1c 에 나타낸 위치로부터 도 1b 에 나타낸 위치로 더욱 하강함에 따라, 피스톤의 단부 개구 (41) 에 있는 환기 통로 (53) 의 반경 방향부 (61) 가 개봉되도록, 피스톤은 이송 튜브 (43) 의 하부 단부 (63) 에 대하여 충분히 하강하게 된다. 상부 챔버 (31) 내의 압력은 환기 통로 (53) 를 통해 상부 챔버로부터 빠져나가기 시작할 수 있다. 압력은 통로 (37) 및 중간 챔버 (35) 내에 계속 축적된다.
결국, 피스톤 (25) 이 도 1b 에 나타낸 위치로부터 도 1a 에 나타낸 충격 위치 또는 그 근처로 하강하면, 피스톤 및 케이싱 (23) 내의 바닥 내부 리세스 (55) 에 의해 한정되는 통로를 통하여 중간 챔버 (35) 로부터 바닥 챔버 (57) 로의 유동 연통이 일어난다. 충격 위치에서, 바닥 챔버 (57) 내로 유입되는 유체는 환기 되지 않고, 피스톤 (25) 은 케이싱 내에서 다시 상승하기 시작한다.
충격 직후, 바닥 챔버 (57) 내의 압력은 케이싱 (23) 내에서 피스톤 (25) 이 상승하도록 하기에 충분한 압력까지 상승하고, 가이드 슬리브 (69) 내의 개구를 통하는 것과 같이 바닥 챔버 내의 유체를 환기시킬 수 있게 된다. 하지만, 다른 실시형태에서, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 슬리브 (69x) 는 드릴 비트로부터 연장하고 피스톤이 더욱 상승할 때까지 바닥 챔버 (57) 의 환기를 차단할 수 있으며, 그와 같은 경우 피스톤은 중간 챔버 (35) 와의 유동 연동이 차단되는 지점까지 상승해 있게 된다. 상부 챔버 (31) 내의 유체는 환기 통로 (53) 를 통하여 단부 개구 (41) 로 지속적으로 환기되며, 예컨대 드릴 비트 (29) 내의 환기 개구를 통하여 배출된다.
환기 통로 (53) 는 엄격하게 환기를 위해 사용되고 유체 공급용으로는 사용되지 않으며, 유체 공급 통로가 엄격히 유체 공급용으로만 사용되도록 제공될 수 있기 때문에, 동일 통로를 통해 환기 및 유체 공급이 일어나는 경우, 예컨대 밸브가 복잡한 순서로 개폐되어야 하는 경우보다 더욱 빠른 환기 및 유체 공급이 일어날 수 있다. 또한, 중간 챔버 (35) 는 가압 유체 공급원과 지속적인 유동 연통 상태에 있을 수 있고, 중간 챔버는 상부 챔버 (31) 및 바닥 챔버 (57) 와 연통을 이루면서 압력 저하를 최소화하는 크기가 될 수 있기 때문에, 중간 챔버와의 연통을 이루면서 상부 및 바닥 챔버를 신속하게 가압할 수 있다. 또한, 피스톤 내의 리세스 (34) 에 의해 형성된 중간 챔버 (35) 와 지속적인 유동 연통 상태에 있는 중심 이송 튜브 (43)를 통하여, 가압 유체 공급원으로부터의 유체 유동의 발생 이 야기되기 때문에, 복잡한 가공 및 중간 챔버를 갖는 다운-홀 해머에 전형적인 부분들을 피할 수 있다. 또한, 상승 스트로크 동안, 가압 유체 공급원 (S) 으로부터 상부 챔버 (31) 로의 라인 공기와 같은 가압 유체는 차단되고 상방 이동을 방해하지 않으며, 하강 스트로크 동안, 바닥 챔버 (57) 로의 가압 유체가 차단되고 하방 이동을 방해하지 않는다.
도 1e 는 "드롭 개방 (drop open)" 위치에 있는 다운-홀 해머 (21) 를 나타내며, 예컨대 드릴 비트 (29) 가 표면 위로 상승되고, 케이싱 (23) 에 대해 미리 정해진 일정 거리만큼 최하부 작동 위치의 하부로 떨어질 수 있다. 드롭 개방 위치에서, 드릴 비트 (29) 상의 외부 반경 방향 플랜지 (65) 는 케이싱 (23) 내의 내부 반경 방향 플랜지 (67) 와 접촉하여, 드릴 비트가 케이싱 밖으로 빠져나오는 것을 피할 수 있게 된다. 드롭 개방 위치에서, 가압 유체 공급원 (S) 으로부터의 유체는 개구, 예컨대 드릴 비트 (29) 내에서 개구로부터 항상 환기될 수 있다. 도 1e 에 나타낸 바와 같이, 드롭 개방 위치에서, 피스톤 (25) 은 드릴 비트 (29) 의 상부에 있을 수 있고, 이송 튜브 (43) 로부터의 유동은 반경 방향 개구 (45) 를 통하여 상부 챔버 (31) 로 유동하며, 환기 통로 (53) 를 통과하여 단부 개구 (41) 로 흘러, 드릴 비트 (29) 내의 환기 개구를 통해 배출된다. 중간 챔버 (35) 는 단부 개구 (41) 쪽으로도 개방되어 있다. 드릴 비트 (29) 및 피스톤 (25) 이 케이싱 (23) 에 대해 상승될 때까지, 피스톤은 케이싱 내에서 순환하지 않을 것이다.
다운-홀 해머 (21) 의 조립 방법은 도 1a 내지 도 1e 에 나타낸 다운-홀 해 머를 참조하여 설명하겠지만, 도 3 의 다운-홀 해머와 같은 다른 다운-홀 해머와 관련된 방법이 수행될 수도 있다. 조립은 다운-홀 해머의 초기 조립, 다운-홀 해머의 수리, 또는 실질적으로 다운-홀 해머의 재구성을 포함하는 범위에서 다운-홀 해머를 개조하는 것을 포함한다. 상기 방법에 따르면, 피스톤 (25) 은 케이싱 내의 최상부 위치와 최하부 위치 사이에서 이동할 수 있도록 케이싱 (23) 내에 위치된다. 리세스 (34) 는 피스톤 및 케이싱이 피스톤의 상부 단부 (33) 와 피스톤의 바닥 단부 (27) 사이의 중간 챔버 (35) 를 한정하도록 피스톤 (25) 과 케이싱 (23) 사이에 제공된다. 최하부와 최상부 작동 위치 사이의 모든 피스톤 위치에서 가압 유체 공급원이 상기 통로를 통하여 중간 챔버와 유동 연통되어 있도록, 통로 (37) 는 가압 유체 공급원 (S) 와 중간 챔버 (35) 사이에 제공되며, 상기 가압 유체 공급원은 상기 통로를 통하여 중간 챔버와 유동 연통 상태에 있게 된다. 중간 챔버 (35) 내의 개구 (49) 는 통로 (37) 를 적어도 부분적으로 한정한다.
다운-홀 해머 (21) 의 또 다른 조립 방법에 대해서는 도 1a 내지 도 1e 에 나타낸 다운-홀 해머를 참조하여 설명하겠지만, 도 3 의 다운-홀 해머와 같은 다른 다운-홀 해머와 관련된 방법이 수행될 수도 있다. 조립은 다운-홀 해머의 초기 조립, 다운-홀 해머의 수리, 또는 실질적으로 다운-홀 해머의 재구성을 포함하는 범위에서 다운-홀 해머를 개조하는 것을 포함한다. 상기 방법에 따르면, 내부에 이송 튜브 (43) 가 배치된 케이싱 (23) 이 제공된다. 상기 이송 튜브 (43) 는 고압 유체의 공급원 (S) 에 연결되도록 되어 있다. 이송 튜브 (43) 가 피스톤의 단부 개구 (41) 내에 이동가능하게 위치되고, 피스톤 및 이송 튜브는 이송튜 브로부터, 케이싱에 대한 제 1 위치 범위 내인 경우 피스톤 상부의 상부 챔버 (31) 로 유체가 흐르도록 하고, 케이싱에 대한 제 2 위치 범위 내인 경우 피스톤 하부의 바닥 챔버 (57) 로 유체가 흐르도록 하기 위하여 유체 이송 통로 (37) 를 적어도 부분적으로 한정하도록, 피스톤 (25) 은 케이싱 (23) 내에 이동가능하게 위치된다. 또한, 피스톤이 제 1 위치 범위 아래에 있는 경우 상부 챔버 (31) 로부터 유체를 환기하도록 하기 위해 유체 환기 통로 (53) 가 형성되도록, 피스톤 (25) 은 이동가능하게 위치된다. 유체 환기 통로 (53) 는 피스톤에 의해 적어도 부분적으로 한정되고, 유체 이송 통로 (37) 로부터 독립되어 있다.
도 2a 내지 도 2b 에 나타낸 피스톤 (25) 은 4 개의 리세스 (34) 가 피스톤 내에 제공되고 인접한 표면에 수직인 표면 (34s) 을 갖는 구조를 갖는다. 상기 표면 (34s) 사이의 피스톤의 외주면 부분 (34x) 에는, 환기 통로 (53) 의 반경 방향부 (61) 를 형성하는 4 개의 채널이 피스톤 내의 단부 개구 (41) 로 연장하도록 제공되어 있다. 피스톤 (25) 내의 환기 통로 (53) 의 반경 방향부 (51) 는 인접한 반경 방향부와 수직이다. 반경 방향부 (61) 는, 환기 통로 (53) 의 일부로서 역할할 뿐 아니라, 피스톤 (25) 의 외부 표면으로 연장하여, 통상적으로 가압 유체 공급원 (S) 로부터 가압 유체에 윤활유를 제공함으로써 케이싱 (23) 에 윤활유 제공을 촉진할 수 있다.
본 발명에서, “포함하는(including)” 과 같은 용어는 개방형으로 사용되며, “포함하는(comprising)" 과 동일한 의미이며 다른 구조, 재료, 작용 등을 배제하려는 의도는 아니다. 이와 유사하게, “가능하다(can)", "할 수 있 다(may)" 와 같은 용어는 개방형이며 필수적이지 않은 구조, 재료, 작용을 반영하려는 의도이며, 그러한 용어를 사용하지 않은 것은 그러한 구조, 재료, 작용이 필수적이라는 것을 의미하는 것은 아니다. 구조, 재료, 작용이 본 발명에서 필수적인 것으로 고려되는 경우에는, 필수적인 것으로 취급된다.
본 발명은 바람직한 실시형태에 따라 기술되었지만, 청구범위에 기재된 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위의 변형 및 변경이 이루어질 수 있다.

Claims (31)

  1. 케이싱;
    케이싱 내에서 최하부 작동 위치와 최상부 작동 위치 사이에서 이동가능한 피스톤, 피스톤 및 케이싱이 피스톤 상부 단부와 피스톤 하부 단부 사이에서 중간 챔버를 한정하도록, 피스톤과 케이싱 사이에 제공된 리세스, 및
    최하부 작동 위치와 최상부 작동 위치 사이의 피스톤의 모든 위치에서, 가압 유체 공급원이 통로를 통해 중간 챔버와 유동 연통 상태에 있도록, 가압 유체 공급원과 중간 챔버 사이의 통로를 포함하고, 피스톤 내의 개구는 통로를 적어도 부분적으로 한정하는 다운-홀 해머.
  2. 제 1 항에 있어서
    상기 피스톤은 상기 피스톤의 단부로부터 연장하는 단부 개구를 포함하고, 상기 통로는 케이싱 내에 고정되고 상기 단부 개구 내에 부분적으로 배치된 이송 튜브를 포함하는 다운-홀 해머.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 통로는 상기 이송 튜브 내에 반경 방향 개구를 포함하는 다운-홀 해머.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 통로는 상기 단부 개구 내에 리세스부를 포함하는 다운-홀 해머.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 통로는 상기 단부 개구 내의 리세스부와 상기 중간 챔버 사이에 반경 방향 개구를 포함하는 다운-홀 해머.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 통로는 상기 이송 튜브 내에 리세스부를 포함하는 다운-홀 해머.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 통로는 상기 이송 튜브 내의 리세스부와 상기 중간 챔버 사이에 반경 방향 개구를 포함하는 다운-홀 해머.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 통로는 상기 이송 튜브 내에 리세스부를 포함하는 다운-홀 해머.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 통로는 상기 이송 튜브 내의 리세스부와 상기 중간 챔버 사이에 반경 방향 개구를 포함하는 다운-홀 해머.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 챔버는 피스톤 내에 리세스를 포함하는 다운-홀 해머.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 케이싱은 상기 중간 챔버와 상기 피스톤이 최상부 작동 위치에 있는 경우 피스톤의 상부 단부와 케이싱에 의해 한정되는 상부 챔버 사이에서 유동 연통이 가능하도록 하는 상부 내부 리세스를 포함하는 다운-홀 해머.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 케이싱은 상기 중간 챔버와 상기 피스톤이 최하부 작동 위치에 있는 경우 피스톤의 바닥 단부와 케이싱에 의해 한정되는 바닥 챔버 사이에서 유동 연통이 가능하도록 하는 바닥 내부 리세스를 포함하는 다운-홀 해머.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 케이싱은 상기 중간 챔버와 상기 피스톤이 최하부 작동 위치에 있는 경우 피스톤의 바닥 단부와 케이싱에 의해 한정되는 바닥 챔버 사이에서 유동 연통이 가능하도록 하는 바닥 내부 리세스를 포함하는 다운-홀 해머.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 피스톤은 피스톤을 통해 피스톤의 상부 단부로부터 피스톤의 바닥 단부 로 연장하는 단부 개구를 포함하는 다운-홀 해머
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 피스톤 내에서, 상기 피스톤의 상부 단부와 피스톤의 하부 단부 사이에서 유동 연통을 가능하게 하는 환기 통로를 포함하는 다운-홀 해머.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 통로는 케이싱 내에 고정되고 상기 단부 개구 내에 부분적으로 배치된 이송 튜브를 포함하고, 상기 피스톤이 상기 최하부 작동 위치 위로 미리 정해진 거리만큼 상승되는 경우, 상기 이송 튜브가 상기 환기 통로를 통한 상기 피스톤의 상부 단부와 피스톤의 바닥 단부 사이의 유동 연통을 차단하도록, 상기 이송 튜브가 상기 단부 개구 내에 위치하는 다운-홀 해머.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 단부 개구는 상기 피스톤의 중심 축선을 따라 연장하는 다운-홀 해머.
  18. 케이싱;
    케이싱 내에 배치되어 고압 유체 공급원과 연결되도록 되어 있는 이송 튜브;
    케이싱 내에서 이동 가능하고 피스톤 왕복 운동 시 이송 튜브가 이동 가능한 단부 개구를 갖는 피스톤;
    케이싱에 대해 제 1 위치 범위 내인 경우 유체가 이송 튜브로부터 피스톤 상부의 상부 챔버로 유동하고 케이싱에 대해 제 2 위치 범위 내인 경우 피스톤 하부의 바닥 챔버로 유동하도록 하기 위해 피스톤에 의해 적어도 부분적으로 한정되는 유체 이송 통로; 및
    피스톤이 제 1 위치 범위 아래인 경우 유체가 상부 챔버로부터 환기되도록 하고 피스톤에 의해 적어도 부분적으로 한정되며 상기 유체 이송 통로로부터 독립적인 유체 환기 통로를 포함하는 다운-홀 해머.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 유체 이송 통로는 상기 이송 튜브 내에 반경 방향 개구를 포함하는 다운-홀 해머.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 유체 이송 통로는 상기 피스톤과 상기 케이싱이 상기 피스톤의 상부 단부와 상기 피스톤의 하부 단부 사이에 중간 챔버를 한정하도록, 상기 피스톤과 상기 케이싱 사이에 리세스를 포함하는 다운-홀 해머.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 유체 이송 통로는 상기 피스톤 내에서 상기 중간 챔버와 상기 이송 튜브 내의 반경 방향 개구 사이에 반경 방향 개구를 포함하는 다운-홀 해머.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 유체 환기 통로는 상기 상부 챔버로부터 상기 바닥 챔버로 공기를 환기시키도록 되어 있고, 상기 단부 개구에 의해 적어도 부분적으로 한정되며, 상기 단부 개구는 상기 피스톤의 바닥 단부로 연장하고, 상기 피스톤이 최하부 작동 위치 상부로 미리 정해진 거리만큼 상승한 경우 상기 이송 튜브가 상기 상부 챔버와 상기 바닥 챔버 사이의 유동 연통을 차단하도록, 상기 이송 튜브가 상기 단부 개구에 위치하는 다운-홀 해머.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 유체 이송 통로는 상기 피스톤과 상기 케이싱이 상기 피스톤의 상부 단부와 상기 피스톤의 바닥 단부 사이에 중간 챔버를 한정하도록, 상기 피스톤과 상기 케이싱 사이에 리세스를 포함하는 다운-홀 해머.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 유체 환기 통로는 상기 상부 챔버로부터 상기 바닥 챔버로 공기를 환기시키도록 되어 있고, 상기 단부 개구에 의해 적어도 부분적으로 한정되며, 상기 단부 개구는 상기 피스톤의 바닥 단부로 연장하고, 상기 피스톤이 최하부 작동 위치 상부로 미리 정해진 거리만큼 상승한 경우 상기 이송 튜브가 상기 상부 챔버와 상기 바닥 챔버 사이의 유동 연통을 차단하도록, 상기 이송 튜브가 상기 단부 개구에 위치하는 다운-홀 해머.
  25. 상부 단부, 바닥 단부, 및 그 사이에 중간 면을 갖는 본체;
    상기 본체의 상부 단부로부터 바닥 단부로 연장하고, 주 직경 및 이 주 직경보다 큰 직경을 갖는 리세스부를 갖는 개구;
    상기 개구로부터 상기 중간 면으로 연장하는 반경 방향 통로; 및
    상기 상부 단부로부터 상기 개구로 연장하는 통로를 포함하는 다운-홀 해머용 피스톤.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 상부 단부의 하부 및 상기 바닥 단부의 상부의 중간 면내에 리세스를 갖고, 상기 반경 방향 통로는 상기 개구로부터 상기 중간 면내의 리세스로 연장하는 다운-홀 해머용 피스톤.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 반경 방향 통로는 상기 리세스부로부터 상기 중간 면으로 연장하는 다운-홀 해머용 피스톤.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 상부 단부의 하부 및 상기 바닥 단부의 상부의 중간 면내에 리세스를 갖고, 상기 반경 방향 통로는 상기 개구로부터 상기 중간 면내의 리세스로 연장하는 다운-홀 해머용 피스톤.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 통로는 상기 상부 단부로부터 연장하는 축선 방향부 및 이 축선 방향부로부터 상기 개구로 연장하는 반경 방향부를 포함하는 상기 상부 단부의 하부 및 상기 바닥 단부의 상부의 중간 면내에 리세스를 갖고, 상기 반경 방향 통로는 상기 개구로부터 상기 중간 면내의 리세스로 연장하는 다운-홀 해머용 피스톤.
  30. 피스톤이 케이싱 내에서 최하부 작동 위치와 최상부 작동 위치 사이에서 이동가능하도록 피스톤을 케이싱 내에 위치시키는 단계로서, 상기 피스톤과 케이싱이 상기 피스톤의 상부 단부와 상기 피스톤의 바닥 단부 사이에 중간 챔버를 한정하도록 피스톤과 케이싱 사이에 리세스가 제공되는 단계; 및
    가압 유체 공급원과 상기 중간 챔버 사이에 통로를 제공하는 단계로서, 상기 최하부 작동 위치와 최상부 작동 위치 사이의 피스톤의 모든 위치에서, 상기 가압 유체 공급원이 상기 통로를 통하여 중간 챔버와 유동 연통 상태에 있고, 상기 피스톤 내의 개구는 상기 통로를 적어도 부분적으로 한정하는 단계를 포함하는, 다운-홀 해머의 조립 방법.
  31. 고압 유체 공급원과 연결되도록 되어 있는 이송 튜브가 내부에 배치된 케이 싱을 제공하는 단계;
    상기 이송 튜브가 상기 피스톤의 단부 개구 내에 이동가능하게 위치되도록 하고, 상기 케이싱에 대해 제 1 위치 범위 내인 경우 상기 이송튜브로부터 상기 피스톤 상부의 상부 챔버로 유체가 유동하고, 상기 케이싱에 대해 제 2 위치 범위 내인 경우 상기 피스톤 하부의 바닥 챔버로 유체가 유동하도록 하기 위해, 상기 피스톤 및 상기 이송 튜브가 적어도 부분적으로 유체 이송 통로를 한정하도록 하며; 또한 상기 피스톤이 상기 제 1 위치 범위 아래에 있는 경우 상부 챔버로부터 유체를 환기하도록 하기 위해 유체 환기 통로가 형성되고, 상기 유체 환기 통로는 피스톤에 의해 적어도 부분적으로 한정되고, 상기 유체 이송 통로로부터 독립되어 있도록, 케이싱 내에 피스톤을 이동가능하게 위치시키는 단계를 포함하는 다운-홀 해머의 조립 방법.
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