KR20110133441A - 다운더홀 타격 드릴링 장치용 압력반전 밸브 조립체 - Google Patents

다운더홀 타격 드릴링 장치용 압력반전 밸브 조립체 Download PDF

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KR20110133441A
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르랜드 애이치. 라이온
워렌 토마스 래이
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센터 락, 인코포레이티드.
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Abstract

다운더 홀 타격 드릴링("DHD") 장치용 압력반전 밸브 조립체는 제1 밸브가압면, 제2 밸브가압면 및 제3 밸브가압면을 갖는다. 제1 밸브가압면은 DHD 해머의 하우징의 내면과 맞닿는다. 제2 밸브가압면은 DHD 해머의 고압포트와 소통한다. 제3 밸브가압면은 DHD 해머 내의 분배기를 통해 연장하는 통로와 소통한다. 밸브는 또한 밸브를 통해 연장되며 또한 DHD 해머의 제1 공간과 소통하는 밸브통로를 포함한다. 제1 공간은 분배기와 제3 밸브가압면의 표면들에 의해 형성된다.

Description

다운더홀 타격 드릴링 장치용 압력반전 밸브 조립체{Pressure Reversing Valve Assembly For a Down-the-Hole Percussive Drilling Apparatus}
이 발명은 다운더홀("DHD") 해머에 관한 것이다. 특히, 이 발명은 DHD 해머의 구동실을 제어하기 위한 압력감응 밸브를 구비한 타격 DHD 해머에 관한 것이다.
통상적인 압력감응 밸브는 작업유체를 효율적으로 사용하여 DHD 해머를 작동시키도록 디자인되어 있다. 그러나, 그러한 통상적인 압력감응 밸브는 DHD 해머의 분배기 내부에 복합 포팅시스템(complex porting system)을 필요로 하기 때문에 대개는 복잡하다.
그래서, 호환가능한 복합 분배기가 필요 없이 작업유체를 효과적으로 사용할 수 있게 하는 압력감응 밸브가 필요한 것이다. 이 발명은 종래의 압력감응 밸브가 지닌 그러한 결함을 해결하고자 한다.
이 발명의 바람직한 제1 실시예는 다운더홀 드릴링 장치용 압력반전밸브를 제공하는 것이다. 이 장치는 제1, 제2, 및 제3 밸브가압면을 포함한다. 제1 밸브가압면은 다운더홀 드릴링 장치의 하우징(housing) 내면에 맞닿으며, 다운더홀 드릴링 장치의 구동실과 소통한다. 제2 밸브가압면은 이 다운더홀 드릴링 장치의 고압포트(high pressure port)와 소통한다. 제3 밸브가압면은 상기 하우징 안의 분배기를 통과하는 통로와 소통한다. 또한, 이 장치는 다운더홀 드릴링 장치의 제1 공간과 소통하는 상기 압력반전밸브를 통과하는 밸브통로를 포함한다. 이 제1 공간은 상기 분배기의 표면들과 제3 밸브가압면으로 형성된다.
이 발명의 바람직한 제2 실시예는 하우징, 분배기 및 밸브를 포함하는 다운더홀 드릴링 장치용 압력반전 밸브 조립체를 제공하는 것이다. 분배기는 하우징 안에 내장되고, 배기스템(exaust stem), 분배기를 통해 축방향 연장하는 중앙보어(central bore), 그리고 상기 배기스템을 통해 반경방향으로 연장하는 다수의 구멍들을 포함한다. 이 밸브는 상기 배기스템과 밀봉가능하게 맞물리고 개방위치와 폐쇄위치 사이를 이동할 수 있다. 개방위치에서 고압포트는 구동실과 소통한다. 폐쇄위치에서, 고압포트는 구동실과 떨어져 밀봉된다. 이 밸브는 제1 밸브가압면, 제2 밸브가압면, 제3 밸브가압면, 그리고 다운더홀 드릴링 장치의 제1 공간과 소통하며 밸브를 통과하는 밸브통로를 포함한다. 상기 제1 공간은 상기 제1, 제2, 및 제3 밸브가압면들 중 적어도 하나와 상기 분배기 표면들에 의해 형성된다.
이 발명의 바람직한 제3 실시예는 분배기와 밸브를 포함하는 다운더홀 드릴링장치용 압력반전 밸브 조립체를 제공한다. 상기 분배기는 상체부, 측벽이 있는 하체부, 그리고 상기 하체부로부터 말단으로 연장하는 배기스템을 포함한다. 상기 밸브는 기부, 측벽, 및 밸브통로를 포함한다. 상기 기부는 기단면, 말단면, 및 상기 배기스템을 수용하는 관통공을 포함한다. 상기 측벽은 상기 기부로부터 연장하고 내측면과 외측면을 갖는다. 상기 밸브통로는 밸브를 통과하고, 상기 분배기와 상기 기부의 기단면으로 형성된 영역과 소통한다.
이 발명은 호환가능한 복합 분배기가 필요 없이 작업유체를 효과적으로 사용할 수 있게 하는 압력감응 밸브를 제공하는 효과가 있다.
첨부한 도면들을 참조하여 읽으면, 전술한 발명의 개요나 다음의 상세한 설명이 더 잘 이해될 것이다. 이 발명을 예시할 목적으로 바람직한 실시예들이 도면으로 도시되어 있다. 그러나, 이 발명은 도시한 배열들에 국한하고자 하는 것은 아니다.
도 1은 이 발명의 제 1실시예에 따른 DHD 해머의 사시도이다.
도 2는 도 1의 DHD 해머의 백 헤드 확대 사시도이다.
도 3은 도 2의 백 헤드의 단면도이다.
도 4는 도 1의 DHD 해머의 체크밸브 사시도이다.
도 5는 도 4의 체크밸브의 단면도이다.
도 6은 도 1의 DHD 해머의 분배기 사시도이다.
도 7은 도 6의 분배기의 단면도이다.
도 8은 상기 분배기의 관통공들을 통과해 단면을 친 도 6의 분배기의 단면도이다.
도 9는 도 1의 DHD 해머 밸브의 확대사시도이다.
도 10은 도 9의 밸브의 단면도이다.
도 11은 체크밸브가 폐쇄위치에 있고 밸브가 개방위치에 있는 도 1의 DHD 해머의 부분 단면도이다.
도 12는 밸브가 개방위치에 있고 분배기의 관통공들을 통해 단면을 친 도 11의 DHD 해머의 확대 부분단면도이다.
도 13은 밸브가 폐쇄위치에 있고 분배기의 관통공들을 통해 단면을 친 도 1 의 DHD 해머의 부분단면도이다.
도 14는 밸브가 폐쇄위치에 있고 분배기를 통해 단면을 친 도 13의 DHD 해머의 확대 부분단면도이다.
도 14a는 도 14의 밸브/분배기 접촉면의 부분확대도이다.
도 15는 제2 실시예의 DHD 해머의 밸브와 분배기의 부분 확대 단면도이다.
도 16은 제3 실시예의 DHD 해머의 밸브 및 분배기의 부분 확대 단면도이다.
하기 설명에서 일부 용어는 설명상 편의적인 것일 뿐 제한하기 위한 것은 아니다. 우, 좌, 상 및 하 라는 용어는 방향들을 나타내는 것으로 도면에서 참조를 위한 것이다. 편의상 "말단"은 전체적으로 DHD 해머의 드릴비트를 향하는 것을 말하며, "기단"은 전체적으로 도 1에 나타낸 바와 같은 DHD 해머의 백 헤드(back head)를 향하는 것을 말한다. 그 외에도 명세서에서 사용되는 용어 "하나"는 "적어도 하나"를 뜻한다. 그 용어는 위에서 구체적으로 언급한 용어들과, 그의 파생어와, 그와 유사한 뜻을 갖는 용어들을 포함한다.
제1 양호한 실시예에서, 이 발명은 DHD 해머(10)를 제공하며, 도 1 내지 도 14에서 가장 잘 나타내고 있다. DHD 해머(10)는 일반적으로 하우징(12), 드릴비트(13), 피스톤(14), 백 헤드(16) 및 체크밸브 조립체(18)를 포함하며, 도 1, 도 12 및 도 13에 가장 잘 나타내고 있다. 백 헤드(16) 및 피스톤(14)은 이 발명 분야의 숙련자에게 잘 알려진 종래의 방법으로 하우징(12) 내에 조립된다. 그와 같이 백 헤드(16)와 피스톤(14)의 DHD 해머(10)로의 조립에 관한 상세한 설명은 이 발명의 완전한 이해를 위해 필요한 것이 아니다.
그러나, 백 헤드(16)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 구성되어 있으며, 드릴 스트링(drill string)(도시안됨)에 연결하기 위한 툴 조인트 연결부(tool joint connection)를 가지고 있다. 툴 조인트 연결부는 숫나사(16a)를 포함한다. 백 헤드(16)는 또한 하우징(12)(도 11)에 나사식으로 체결하기 위한 나사부를 포함한다. 공급포트(20)는 백 헤드(16)를 통해 연장되어 백 헤드(16)(도 3)의 내부와 소통한다.
체크밸브(check valve) 조립체(18)(도 11)는 체크밸브(19), 바이어싱(biasing) 부재(21), 및 분배기(22)를 포함한다. 체크밸브(19)는 도 4 및 도 5에 가장 잘 나타낸 바와 같이 구성되며, 또한 도 11에 가장 잘 나타낸 바와 같이 분배기(22)에 동작가능하게 조립된다. 체크밸브(19)는 폐쇄된 기단부(19a)와 개방 말단부(19b)를 포함한다. 체크밸브(19)는 또한 내부(19c)의 기단부 주위에 반경방향 내향으로 연장하는 말단부(19d)를 갖는 내부(19c)를 포함한다. 체크밸브(19)는 또한 씰(seal)(19f)(도 11)을 수용하기 위한 패킹마개(gland)(19e)를 선택적으로 포함한다.
분배기(22)는 도 6 내지 도 8에 가장 잘 나타낸 바와 같이 구성되며, 또한 도 11에 가장 잘 나타낸 바와 같이 하우징(12) 내에 위치한다. 분배기(22)는 스템(24), 상체부(26), 하체부(28) 및 배기스템(32)을 포함한다. 분배기(22)는 또한 중앙보어(34)와 복수의 개구(36)들을 포함한다. 중앙보어(34)는 분배기(22)의 중앙축 주위에서 분배기(22)를 통해 축방향으로 연장된다. 복수의 개구(36)들은 주위에 격리되어 있으며, 또한 중앙보어(34)의 내면으로부터 배기스템(32)의 외면까지 그의 기단부 주위에서 반경방향으로 연장된다. 복수의 개구(36)들은 배기스템(32)을 통해 반경방향으로 액체의 소통을 허용한다.
스템(24)은 상체부(26)로부터 기단부의 방향으로 연장된다. 스템(24)은 외경을 갖는데 상체부(26)의 외경보다 더 작다. 스템(24)은 또한 스템(24)의 길이를 따라 중간부의 주위에 반경방향 내향으로 연장하는 플랜지(24a)를 포함한다.
상체부(26)는 외경을 갖는데, 하우징(12)의 내경에 비해 약간 작아서 큰 동작 없이 하우징(12) 내에 끼워질 수 있다. 상체부(26)는 기단면(26b)으로부터 상체부(26)의 말단면(26c)까지 상체부(26)를 통해 축방향으로 연장하는 관통공(26a)(도 8)을 포함한다. 바람직하게는 상체부(26)가 주변에 격리된 복수의 관통공(26a)을 포함하며, 좀 더 바람직하게는 6개의 관통공(26a)이 외주변에 균등한 간격으로 격리되어 있다. 관통공(26a)은 유체가 상체부(26) 위의 영역으로부터 상체부(26) 아래의 영역까지 소통하는 것을 허용한다. 하우징(12) 내에 조립될 때(도 11), 상체부(26)의 말단면(26c)은 내부하우징(12a)(또한 실린더라고도 함)의 기단부(12d)와 맞닿는 한편, 기단면(26)은 백 헤드(16)의 말단부(16d)와 맞닿는다. 내부하우징(12a)의 기단부(12d)와 백 헤드(16)의 말단부(16d) 사이에서의 분배기(22)의 조립은 하우징(12) 내에서 분배기(22)의 위치를 고정하는 것이다.
내부하우징(12a)은 바람직하게도 하우징(12)의 개별부품으로서, 하우징(12)에 공지된 종래의 방법으로 조립된다. 그러나, 내부하우징(12a)은 개별부품으로 조립되는 대신 하우징(12)의 일부로서 일체로 형성될 수도 있다.
분배기(22)의 하체부(28)는 측벽(30)을 갖는 실질적으로 절두원추형(frustroconical)이 되도록 구성된다. 측벽(30)은 하체부(28)의 절두원추형의 말단면(28a)으로부터 하향으로 연장한다. 하체부(28)는 또한 측벽(30)으로부터 반경방향 내향으로 연장하는 말단면(28b)을 포함한다.
배기스템(32)은 하체부(28)의 하부로부터 말단방향으로 연장한다. 개구(36)들은 배기스템(32)의 기단부 주위에 위치한다. 바람직하게도 배기스템(32)은 복수의 개구(36)들을 포함하며, 좀더 구체적으로 4개의 개구(36)들을 포함하며, 이들은 외주위에 등간격으로 격리되어 있다.
도 11을 참조하면, 조립시, 체크밸브(19)는 분배기(22)의 스템(24)과 슬라이드 가능하게 맞물린다. 체크밸브(19)는 백 헤드(16)를 통해 연장되는 공급포트(20)를 밀봉하도록 폐쇄위치(도 11)로 바이어스 된다. 체크밸브(19)는 압축스프링과 같은 바이어싱 부재(21)에 의해 폐쇄위치로 바이어스 된다. 바이어싱 부재(21)는 체크밸브(19)의 내부(19c)와 스템(24)의 내부(24b) 내의 체크밸브(19)와 스템(24) 사이에 위치한다. 구체적으로 바이어싱 부재(21)는 체크밸브(19)의 말단면(19d)과 맞닿는 기단부와 반경방향 내향으로 연장하는 플랜지(24a)와 맞닿는 말단부를 갖는다.
DHD 해머(10)는 또한 도 9 내지 도 11에 가장 잘 나타낸 바와 같이 밸브(38)를 포함한다. 밸브(38)는 일반적으로 도 9에 나타낸 바와 같이 뒤집힌 모자와 같은 형상이며, 도 10에 나타낸 바와 같이 실질적으로 "U"형 횡단면을 갖는다. 밸브(38)는 기부(48)와 이 기부(48)로부터 연장하는 측벽(50)을 포함한다. 측벽(50)은 내측면(50a)과 외측면(50b)을 갖는다. 기부(48)는 관통공(48c)을 포함하며, 이 관통공은 기부(48)의 중앙부를 통해 연장된다. 밸브(38)는 또한 제1 밸브가압면(40), 제2 밸브가압면(42), 제3 밸브가압면(44) 및 밸브 통로(46)를 포함한다.
기부(48)는 전체 외경(ODbase)을 갖도록 구성된다. 즉, 이 외경은 측벽의 전체 외경(ODside wall)과 실질적으로 동일하다. 그러나, 기부(48)는 바람직하게도 측벽(50) ODside wall의 전체 외경보다 큰 전체 외경(ODside wall)으로 구성되는 것이 바람직하다. ODside wall이 더 클수록 유리하게도 측벽(50)에 의해 한정되는 유량으로 소통하는 DHD 해머(10)의 다른 면적으로 작업유체의 흐름을 제한하지 않고 제1 통로를 통과하는 유속을 제어하기 위한 수단을 제공한다.
제1 밸브가압면(40)은 기부(48)의 말단면이다. 제1 밸브가압면(40)은 또한 구동실(58)과 소통하도록 구성된다. 제2 밸브가압면(42)은 측벽(50)의 기단부면이다. 제2 밸브가압면(42)은 또한 DHD 해머(10)의 고압포트와 소통하도록 구성되며, 이에 대해서는 후술한다. 제3 밸브가압면(44)은 기부(48)의 기단부면이다. 제3 밸브가압면(44)은 또한 중앙보어(34)에 의해 그를 통해 연장하는 통로와 소통하도록 구성되며, 중앙보어는 배기스템(32)을 통해 반경방향으로 연장하는 개구(36)를 경유하여 분배기(22)를 통해 연장하며, 이에 대해서는 후술한다.
밸브통로(46)는 일반적으로 관통공과 같이 구성되며, 이 관통공은 측벽(50)의 내측면(50a)과 제3 밸브가압면(44) 중 적어도 하나로부터 제1 밸브가압면(40)까지 연장한다. 즉, 밸브통로(46)는 기단부와 이 기단부로부터 반경방향 외향으로 그리고 말단방향으로 연장하는 말단부를 포함한다. 밸브통로(46)의 말단부는 밸브(38)가 폐쇄위치(도 14)에 있을 때, 환상리브(12b)의 상부면(12c)과 완전히 맞닿는다. 상부면(12c)은 하우징(12)의 내면이다. 바람직하게도 밸브(38)는 복수의 밸브통로(46)를 포함하며, 좀 더 바람직하게는 4개의 밸브통로(46)를 포함하며, 이들은 외주위에 등간격으로 격리 배치된다.
밸브(38)는 관통공(48c) 주위에 패킹마개(53)를 그리고 측벽(50)의 내측면(50a) 주위에 패킹마개(55)를 선택적으로 포함할 수 있다. 패킹마개(53, 55)들은 도 11에 나타낸 바와 같이 씰(54, 56)들을 수용하도록 구성된다. 씰(54, 56)들은 예컨대, 탄성중합체 또는 의도한 목적에 적합한 기술상 공지된 기타 재료로 만든 O-링 씰일 수 있다. 도 11에 나타낸 바와 같이 씰(54)은 배기스템(32)과 기부(48) 사이에 위치되며, 그로 인해 기부(48)와 배기스템(32) 간에 씰 맞닿음을 제공할 수 있다. 씰(56)은 하체부(28)의 측벽(30)과 밸브(38)의 측벽(58) 사이에 위치되며, 그로 인해 측벽(30)과 측벽(58) 간에 씰 맞닿음을 제공할 수 있다.
밸브(38)는 도 11에 가장 잘 나타낸 바와 같이 DHD 해머(10) 내에서 분배기(22)에 조합된다. 밸브(38)와 분배기(22)는 하우징(12) 내에 위치된다. 하우징(12)은 내부하우징(12a)을 포함하는데, 이는 분배기(22)의 하체부(28)와 밸브(38)를 수용한다. 내부하우징(21a)은 환상리브(12b)를 포함하는데, 이는 내부하우징(12a)의 상부영역 주위에서부터 반경방향 내향으로 연장한다. 내부하우징(12a)은 예컨대, 기술상 공지된 바와 같이 포팅 구조들을 갖는 실린더일 수 있다.
밸브(38)는 관통공(48c)이 배기스템(32)을 수용하는 한편, 측벽(50)은 분배기(22)의 하체부(28)를 수용하도록 분배기(22)에 조립된다. 조립된 상태에서 밸브(38)는 환상리브(12b) 위에 위치된다.
밸브(38)는 배기스템(32)과 밀봉가능하게 맞닿도록 구성되며, 또한 개방위치(도 11)와 폐쇄위치(도 13) 사이에서 이동가능하다. 개방위치에서 도 12에 가장 잘 나타낸 바와 같이 구동실(58)은 공급포트(20)와 소통한다. 즉, 밸브(38)는 작업유체가 공급포트(20)를 통해 체크밸브 조립체(18)를 돌아서 분배기(22)의 관통공(26a)을 통해 아래로 흐른 다음, 밸브(38)를 돌아 제1 밸브가압면(40)과 환상리브(12b)의 상부면(12c) 사이를 통과해서 구동실(58)로 흐르도록 허용한다. 방금 설명한 흐름경로는 공급포트(20)로부터 구동실(58)로 인도하는 제1 통로를 나타낸다. 제1 통로는 또한 DHD 해머(10)의 고압포트로도 호칭된다. 왜냐하면, 고압 작업유체는 그를 통해 DHD 해머(10)로 공급되기 때문이다.
또한, 개방위치에서 밸브(38)가 배기스템(32)과 밀봉가능하게 맞닿으므로 내측면(48c)의 상부는 배기스템(32)의 개구(36)들과 밀봉가능하게 맞닿을 수 있다. 즉, 내측면(48d)은 복수의 개구(36)들을 완전히 덮는다.
밸브(38)의 분배기(22)로의 조립은 또한 밸브(38)와 분배기(22)의 말단면(28b)에 의해 제한되는 제1 공간(52)을 형성한다. 제1 공간(52)은 밸브통로(46)와 소통한다. 또한, 개방위치에서 제1 공간(52)은 밸브통로(46)를 통해 구동실(58)과 소통한다.
밸브통로(46)를 통한 유체 횡단면적과 제1 공간(52)은 바람직하게 약 20 내지 40의 [체적 (인치3)]:[면적 (인치2)]의 비율을 갖도록 구성된다. 이 비율은 유리하게도 사용자가 밸브(38)의 개방과 폐쇄의 타이밍을 조정 및 제어하는 것을 허용하므로, DHD 해머(10)의 전체 효율을 제어 및 조정할 수 있다. 밸브통로(46)를 통한 유체 횡단면적은 조정될 수 있다. 예컨대, 밸브(38)를 통하여 형성된 밸브통로(46)의 수를 증가시킴으로써 또는 개별 밸브통로(46)의 전체 직경을 조정함으로써 조정될 수 있다.
폐쇄위치에 있을 때, 도 14에 가장 잘 나타낸 바와 같이 고압포트는 구동실(58)로부터 밀봉된다. 즉, 밸브(38)는 제1 밸브가압면(40)이 환상리브(12b)의 상부면(12c)과, 즉, 하우징(12)의 내면과 맞닿게 될 때까지 말단으로 이동한다. 이 위치에서 제1 통로는 폐쇄되고 또한 밸브통로(46)의 말단부는 상부면(12c)에 의해 밀봉된다. 또한, 기부(48)의 기단부는 개구(36)들을 부분적으로 노출시키도록 말단으로 이동하며, 그로 인해 제1 공간(52)과 분배기(22)의 중앙보어(34) 간에 소통을 허용한다. 즉, 제2 통로는 밸브(38)가 폐쇄위치에 있을 때, 제1 공간(52)과 구동실(58) 간에 소통을 허용한다. 개구(36)들은 유리하게도 분배기(22)를 통해 방출되도록 제1 공간(52) 내에서 가압된 작업유체의 방출을 허용하므로 밸브(38)가 기단으로 이동될 수 있고 또한 개방위치로 재위치될 수 있다. 이에 대해서는 아래에서 더 설명한다.
밸브(38)와 분배기(22)의 조립은 상술된 바와 같이 고압포트와 구동실(58) 사이에서 유체소통을 허용하는 제1 통로를 제공한다. 밸브(38)와 분배기(22)의 조립은 또한 밸브(38)가 개방위치에 있을 때, 제1 공간(52)과 구동실(58) 간의 유체소통을 허용하는 제2 통로를 제공한다. 제2 통로는 밸브통로(46)를 통하여 연장된다. 마지막으로 밸브(38)와 분배기(22)의 조립은 밸브(38)가 폐쇄위치에 있을 때, 제1 공간(52)과 중앙보어(34) 간의 유체소통을 허용하는 제3 통로를 제공한다. 제3 통로는 개구(36)를 통해 연장된다.
동작에 있어 피스톤(14)(도 13에 가장 잘 나타남)이 DHD 해머(10) 내에서 왕복 운동식으로 이동됨에 따라 밸브(38)가 동작하여 작업유체가 공급포트(20)와 제1 통로를 통해 DHD 해머(10)로 공급된다. 구체적으로 피스톤(14)은 복귀위치와 타격위치 간을 순환한다. 복귀위치는 피스톤(14)이 DHD 해머(10) 내에서 가장 기단에 있는 위치이며, 타격위치는 피스톤(14)의 말단부가 드릴비트(13)를 타격하는 위치이다. 타격위치로부터 복귀위치로의 피스톤(14)의 이동은 복귀 사이클이라 한다. 복귀위치로부터 타격위치로의 피스톤(14)의 이동은 구동 사이클이라 한다.
복귀 사이클 동안 밸브(38)는 폐쇄위치에 있다. 그러나, 피스톤(14)이 복귀 사이클 동안 복귀위치에 도달하면 구동실(58) 내의 압력은 복귀 사이클 동안 구동실(58)의 감소된 공간 또는 공간수축으로 인하여 증가한다. 이 압력의 증가가 제1 밸브가압면(40)에 가해지므로 밸브(38)가 개방위치로 이동하게 된다.
밸브(38)가 개방위치로 이동하면, 제1 통로는 개방되므로, 고압 작업유체가 구동실(58)에 제공되어, 피스톤(14)이 타격위치(즉, 구동 사이클의 억제)를 향해 구동한다. 피스톤(14)이 구동 사이클 동안 말단으로 이동할 때, 구동실(58)은 제1통로를 통해 가압되고, 또한 제1 공간(52)은 제2 통로를 통해 가압된다. 그러나, 제1 공간(52)은 구동실(58)의 공간보다 훨씬 작으므로 구동실(58)보다 더 고속으로 가압된다. 더욱이 피스톤(14)이 말단으로 이동할 때, 구동실(58)의 공간이 확장되어, 피스톤(14)이 이동하는 즉시 배기스템(32)의 말단부를 통과하므로, 구동실(58) 내의 압력이 피스톤의 중앙보어를 통해 배기된다. 구동실(58)의 공간확장과 그 뒤를 잇는 구동실(58)의 배기의 조합 작용에 의해 제1 공간(52)내의 압력과 구동실(58) 내의 압력 간에 압력차가 생기므로, 밸브(38)가 개방위치로부터 폐쇄위치로 이동하게 된다(도 13). 제1 공간(52)의 구성, 밸브통로(46)를 통한 유속 또는 밸브통로(46)를 통한 전체 유체의 횡단면적 및 피스톤(14)의 구동 사이클 덕분에, 밸브(38)는 피스톤(14)이 총 사이클 구동길이의 약50% 내지 90%, 바람직하게는 약70% 내지 80% 말단으로 이동한 후 폐쇄된다. 그 다음 피스톤(14)이 타격위치에 도달한 후 구동 및 복귀 사이클들이 전술한 밸브(38)의 개방과 폐쇄를 반복한다.
도 15는 이 발명의 제2 양호한 실시예에 따른 밸브(138)를 나타낸다. 밸브(138)는 밸브통로(146)를 제외하고 제1 양호한 실시예의 밸브(38)와 실질적으로 동일하게 구성된다. 밸브통로(146)는 제3 밸브가압면(144)과 측벽(150)의 내측면(150a)의 적어도 하나로부터 밸브(138)의 외측면(150b)까지 연장하도록 구성된다. 바람직하게는 밸브통로(146)가 실질적으로 수평한 밸브통로이면 좋다. 밸브통로(146)는 밸브(138)가 폐쇄위치 또는 개방위치에 있을 때, 제1 공간(152)과 고압포트 사이에서 유체가 소통하는 것을 허용한다.
도 16은 이 발명의 제3 양호한 실시예에 따른 밸브(238)를 나타낸다. 밸브(238)는 밸브통로(246)를 제외하고, 제1 및 제2 양호한 실시예의 밸브(38)와 밸브(138)와 실질적으로 동일하게 구성된다. 밸브통로(246)는 제3 밸브가압면(244)과 밸브(238)의 내측면(250a)의 적어도 하나로부터 밸브(238)의 말단부까지 연장하도록 구성된다. 즉, 밸브통로(246)가 제1 밸브가압면(240)까지 연장된다. 바람직하게도 밸브통로(246)는 분배기(22)의 중앙보어(34)에 실질적으로 수직하거나 또는 평행한 것이 좋다. 그와 같이 밸브통로(246)는 밸브(238)가 폐쇄위치 또는 개방위치에 있을 때, 제1 공간(252)과 구동실(58) 간의 유체 소통을 허용한다. 즉, 밸브통로(246)의 말단부는 환상리브(12b)의 상부면(12c)으로부터 격리되어 위치되므로, 밸브통로(246)가 폐쇄위치에 있을 때, 내부하우징(12a)에 의해 밀봉 또는 커버되지 않는다.
제2 및 제3 양호한 실시예의 밸브(138, 238)들의 동작은 제1 양호한 실시예의 밸브(38)와 실질적으로 동일하다.
상술한 실시예들에 대하여 광범위한 발명의 개념으로부터 이탈됨이 없이 변경이 가능함을 이 발명 분야의 숙련자는 이해할 것이다. 그러므로, 이 발명은 설명된 실시예들에 국한되지 않고 첨부된 청구범위에 의해 한정된 바와 같이 이 발명의 정신과 범위 내에서 여러 수정이 가능함을 이해할 것이다.

Claims (20)

  1. 다운더홀 드릴링 장치의 하우징 내면에 맞닿으며 또한 다운더홀 드릴링 장치의 구동실과 소통하는 제1 밸브가압면과;
    상기 다운더홀 드릴링 장치의 고압포트와 소통하는 제2 밸브가압면과;
    상기 하우징 안의 분배기를 통과하는 통로와 소통하는 제3 밸브가압면과; 그리고
    다운더홀 드릴링 장치의 제1 공간과 소통하는 상기 압력반전밸브를 통과하는 밸브통로를 포함하며;
    상기 제1 공간은 상기 분배기의 표면들과 제3 밸브가압면에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 다운더홀 드릴링 장치용 압력반전밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징 내면은 상기 하우징의 반경방향 내향으로의 연장부인 것을 특징으로 하는 다운더홀 드릴링 장치용 압력반전밸브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 밸브가압면은 말단면을 포함하며, 상기 제3 밸브가압면은 기단면을 포함하는 것을 특징으로 하는 다운더홀 드릴링 장치용 압력반전밸브.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 밸브통로는 적어도 하나의 제3 밸브가압면으로부터 제1 밸브가압면까지 연장하는 것을 특징으로 하는 다운더홀 드릴링 장치용 압력반전밸브.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고압포트와 구동실 간에서 액체가 소통하는 제1 통로와,
    상기 제1 공간과 상기 구동실 간에서 액체가 소통하는 제2 통로
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운더홀 드릴링 장치용 압력반전밸브.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압력반전밸브는 제1 통로가 상기 고압포트와 상기 구동실 간에서 액체가 소통하는 것을 허용하기 위한 개방위치와 상기 제1 밸브가압면이 상기 고압포트와 상기 구동실 간의 상기 제1 통로 내의 유체의 소통을 방지하는 상기 하우징의 내면과 맞닿는 폐쇄위치 간에서 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다운더홀 드릴링 장치용 압력반전밸브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 밸브통로는 상기 구동실과 소통하며 또한 상기 압력반전밸브가 상기 폐쇄위치에 있을 때, 내부하우징 면에 의해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 다운더홀 드릴링 장치용 압력반전밸브.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 밸브통로는 상기 압력반전밸브가 상기 개방위치 또는 상기 폐쇄위치에 있을 때, 상기 제1 공간 및 상기 구동실과 소통하는 것을 특징으로 하는 다운더홀 드릴링 장치용 압력반전밸브.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 밸브통로는 상기 고압반전밸브가 상기 개방위치 또는 상기 폐쇄위치에 있을 때, 상기 제1 공간 및 고압포트와 소통하는 것을 특징으로 하는 다운더홀 드릴링 장치용 압력반전밸브.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제2 밸브통로는 상기 고압반전밸브가 상기 폐쇄위치에 있을 때 상기 제1공간과 상기 구동실 간의 소통을 허용하는 것을 특징으로 하는 다운더홀 드릴링 장치용 압력반전밸브.
  11. 하우징과;
    상기 하우징 안에 내장되는 분배기로서, 배기스템과, 상기 분배기를 통해 축방향 연장하는 중앙보어와, 그리고 상기 배기스템을 통해 반경방향으로 연장하는 다수의 구멍들을 포함하는 상기 분배기와; 그리고
    상기 배기스템과 밀봉가능하게 맞물리며, 또한 고압포트가 구동실과 소통하는 개방위치와 고압포트가 구동실로부터 밀봉되는 폐쇄위치 간을 이동할 수 있는 밸브를 포함하며,
    상기 밸브는,
    제1 밸브가압면과,
    제2 밸브가압면과,
    제3 밸브가압면과, 그리고
    다운더홀 드릴링 장치의 제1 공간과 소통하며 또한 밸브를 통과하는 밸브통로를 포함하며,
    상기 제1 공간은 상기 제1, 제2, 및 제3 밸브가압면들 중 적어도 하나와 상기 분배기의 표면들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 압력반전 밸브 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 밸브통로는 상기 폐쇄위치에 있을 때 밀봉되는 것을 특징으로 하는 압력반전 밸브 조립체.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 밸브통로는 상기 밸브가 개방위치 또는 폐쇄위치에 있을 때 상기 제1공간 및 상기 구동실과 소통하는 것을 특징으로 하는 압력반전 밸브 조립체.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 밸브통로는 상기 밸브가 상기 개방위치 또는 상기 폐쇄위치에 있을 때 상기 제1 공간 및 상기 고압포트와 소통하는 것을 특징으로 하는 압력반전 밸브 조립체.
  15. 분배기와 밸브를 포함하되,
    상기 분배기는 상체부와, 측벽이 있는 하체부와, 그리고 상기 하체부로부터 말단으로 연장하는 배기스템을 포함하며,
    상기 밸브는,
    기단면, 말단면, 및 상기 배기스템을 수용하는 관통공을 갖는 기부와,
    상기 기부로부터 연장하고 또한 내측면과 외측면을 갖는 측벽과, 그리고
    상기 밸브를 통과하고, 상기 분배기와 상기 기부의 기단면에 의해 형성된 영역과 소통하는 밸브통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력반전 밸브 조립체.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 밸브의 상기 기부는 상기 배기스템과 맞닿으며 또한 상기 밸브의 상기 측벽의 상기 내측면은 상기 분배기의 상기 하체부의 상기 측벽과 밀봉하여 맞닿는 것을 특징으로 하는 압력반전 밸브 조립체.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 밸브통로는 상기 기부의 적어도 하나의 기단면과 상기 측벽의 상기 내측면으로부터 상기 기부의 상기 말단면까지 연장하는 것을 특징으로 하는 압력반전 밸브 조립체.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 밸브통로는 상기 내측면으로부터 상기 밸브의 상기 측벽의 외측면까지 연장하는 것을 특징으로 하는 압력반전 밸브 조립체.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 밸브통로는 상기 기부의 적어도 하나의 상기 기단면과 상기 측벽의 내측면으로부터 반경방향, 외측방향 및 말단방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 압력반전 밸브 조립체.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 기부의 상기 중앙 관통공과 상기 배기스템 간에 위치되는 제1 씰과, 상기 하체부의 상기 측벽과 상기 밸브의 상기 측벽 간에 위치되는 제2 씰을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력반전 밸브 조립체.
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