KR20120084801A

KR20120084801A - 리버스 배기 시스템 및 세그먼트식 척 조립체를 구비한 다운-더-홀 햄머

Info

Publication number: KR20120084801A
Application number: KR1020127015756A
Authority: KR
Inventors: 레란드 에이치. 리온; 워렌 토마스 레이
Original assignee: 센터 락, 인코포레이티드.
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2012-07-30
Also published as: WO2011062925A4; WO2011062925A2; ZA201202755B; CL2012001288A1; KR101481875B1; CA2777356C; AU2010322100B2; WO2011062925A3; CA2777356A1; AU2010322100A1; SE538013C2; US20100059284A1; US8800690B2; SE1250524A1

Abstract

다운-더-홀 드릴 햄머가 하우징, 상기 하우징 내에 장착된 솔리드 코어 피스톤, 상기 솔리드 코어 피스톤과 상기 하우징 사이에 위치된 시일, 및 DHD 햄머의 근단부에 대해 작동 유체량을 배출시키도록 구성된 백헤드를 포함하여 제공된다. 백헤드는 중력에 의해 폐쇄된 시일 위치로 이동될 수 있는 플러그 시일을 구비한 체크 밸브 조립체를 포함한다. 세그먼트식 척 조립체를 구비한 DHD 햄머가 또한 제공된다. 세그먼트식 척 조립체는 원통형 척 조립체를 형성하는 복수의 척 세그먼트를 포함한다.

Description

리버스 배기 시스템 및 세그먼트식 척 조립체를 구비한 다운-더-홀 햄머{DOWN-THE-HOLE DRILL HAMMER HAVING A REVERSE EXHAUST SYSTEM AND SEGMENTED CHUCK ASSEMBLY}

본 발명은 다운-더-홀 드릴("DHD", down-the-hole drill) 햄머에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 배기 시스템 및 척을 구비한 DHD 햄머에 관한 것이다.

전형적인 DHD 햄머는 고 압력 가스(예를 들면, 공기)와 주기적으로 이동되는 피스톤을 포함한다. 피스톤은 일반적으로 2개의 단부 표면을 구비하며, 상기 단부 표면은 작동 공기량 즉, 피스톤의 각각의 사이클로 충전되고 배기되는 복귀량 및 구동량에 노출된다. 복귀량의 공기는 피스톤을 햄머의 비트 단부 상의 충돌점으로부터 멀리 가압한다. 구동량의 공기는 피스톤을 충돌점 쪽으로 가속시킨다.

전형적인 DHD 햄머는 또한 드릴 비트를 통해 그리고 상기 DHD 햄머의 외측 주위의 모든 배출 공기를 이송하는 하나의 중앙 배출 통로(gallery)로 작동 공기량의 배출 공기를 합친다. 대부분의 경우에 있어서, DHD 햄머의 복귀 챔버로부터는 대략 30%의 공기가, 햄머의 구동 챔버로부터는 대략 70%의 공기가 있다. 그러나, 이러한 구성은 보다 많은 공기가 이후 햄머의 비트-단부(예를 들면, 비트 면을 가로지른 구멍)를 세정할 필요가 있게 한다. 이러한 많은 양의 공기가 DHD 햄머 내에서의 배압력 뿐만 아니라 고 속도 유동을 만드는 비교적 작은 공간을 통과한다. 이러한 구성은 고 속도 공기에 의해 이동된 고체(예를 들면, 드릴 커팅부) 및 액체와 함께 고 속도 공기가 DHD 햄머의 외측 부분을 보다 빠르게 마모시키는 한편으로 상기 DHD 햄머 내의 배압력이 공구의 전반적인 파워 및 성능을 감소시킨다는 점에서 문제가 된다.

더욱이, DHD 햄머가 사용될 때, 상기 DHD 햄머가 드릴 커팅부 및 부스러기를 포함한 물에 전형적으로 침지된다. 이러한 물 및 부스러기는 DHD 햄머의 내측 영역에 진입할 수 있다면 상기 DHD 햄머의 작동 및 성능에 악 영향을 미칠 수 있다. 그럼에도 불구하고, 종래의 DHD 햄머는 전형적으로 피스톤을 포함하며, 상기 피스톤은 구동 챔버로부터의 작동 공기가 상기 피스톤을 통해 그리고 드릴 비트를 통해 외측으로 배출될 수 있게 하는 관통-구멍을 구비한다. 이처럼, 개방 유동 경로는 드릴 비트를 통해 DHD 햄머의 구동 챔버를 빠져나오게 하는 유체에 대해 존재한다. 이 결과, DHD 햄머가 사용되지는 않지만, 여전히 드릴 구멍에 있을 때처럼, 작동 유체 양이 상기 DHD 햄머로부터 배출되지 않을 때, 구동 챔버에 들어가는 유체용 개방 유동 경로를 제공한다. 이러한 구성은 종종 드릴 파이프가 부가될 때 드릴 스트링(string)이 보어 구멍으로 전진하게 한다.

전형적인 DHD 햄머는 또한 일체로 형성된 척 즉, 단일의 부품으로 형성된 척을 구비한 척 조립체를 포함한다. DHD 햄머 케이싱과 나사식으로 연결된 이러한 전형적인 척은 회전 이동을 제공하기 위한 드릴 비트의 섕크 스플라인과 결합하도록 작동한다. 그러나, 척 내의 드릴 비트의 이러한 이동은 충돌 동안에 섕크의 소 직경부를 통과하는 고 강도 탄성 변형파 때문에 그리고 드릴 비트의 헤드에 비해 비교적 작은 상기 섕크의 토오크 전달 직경부에 의해 발생되어 만들어진 증가된 섕크 스트레스를 초래한다. 이 결과, 드릴 비트의 헤드와 척 사이의 영역에서의 섕크 스플라인의 국부 연소(burning) 및/또는 갈링(galling)이 종종 초래되어, 피로 파괴 및 이후 부분 파괴를 가속시킬 수 있다.

따라서, 종래의 DHD 햄머와 관련된 상기 문제점으로 제한되지 않는 DHD 햄머가 필요하다.

바람직한 실시예에 있어서, 본 발명은 다운-더-홀 드릴 햄머를 제공하며, 상기 드릴 햄머는 상기 하우징 내의 솔리드 코어 피스톤, 상기 솔리드 코어 피스톤과 상기 하우징 사이에 위치된 시일, 및 상기 하우징 내에 구성되고 상기 솔리드 코어 피스톤 상에 놓여진 백헤드를 포함한다. 백헤드는 하우징의 개구와 연통하는 배기 포트, 상기 배기 포트와 연통하는 배기 밸브 스템, 및 체크 밸브 조립체를 포함한다. 체크 밸브 조립체는 폐쇄 구성일 시 배기 밸브를 시일하도록 구성된다.

다른 한 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명은 하우징을 포함한 다운-더-홀 드릴 햄머, 상기 하우징 내에 장착된 피스톤, 상기 하우징의 말단부에 대해 장착된 드릴 비트, 및 상기 드릴 비트를 둘러싸는 세그먼트식 척 조립체를 제공한다. 피스톤은 길이 방향을 따라서 하우징 내에서 왕복 이동하도록 구성된다. 드릴 비트는 쇼울더를 구비한 섕크와 헤드를 포함한다. 세그먼트식 척 조립체는 드릴 비트를 둘러싸고 복수의 척 세그먼트를 포함한다. 각각의 복수의 척 세그먼트는 하우징과 연결가능한 근단부, 드릴 비트의 섕크를 수용하도록 구성된 말단부, 및 상기 섕크의 상기 쇼울더와 작동가능하게 구성된 플랜지를 포함한다.

다른 하나의 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명은 다운-더-홀 드릴 햄머용 세그먼트식 척 조립체를 제공하며 드릴 햄머는 드릴 비트를 둘러싸는 복수의 척 세그먼트를 포함한다. 각각의 복수의 척 세그먼트는 다운-더-홀 드릴 햄머 하우징과 연결가능한 근단부, 드릴 비트를 수용하도록 구성된 말단부, 및 상기 드릴 비트와 작동가능하게 연결되도록 구성된 플랜지를 포함한다.

다른 하나의 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명은 하우징, 피스톤, 드릴 비트 및 척 조립체를 포함한 다운-더-홀 햄머를 제공한다. 피스톤은 하우징 내에 장착되고 길이 방향을 따라서 상기 하우징 내에서 왕복이동가능하도록 구성된다. 드릴 비트는 하우징의 말단부 근방에 위치된다. 드릴 비트는 헤드, 상기 헤드의 근단부 부근의 비트 쇼울더, 상기 헤드로부터 주변으로 뻗어있는 섕크를 포함한다. 섕크는 상기 섕크의 근단부에 대한 충돌 표면, 상기 섕크의 근단부 근방의 쇼울더, 상기 섕크의 말단부에 대한 복수의 섕크 스플라인, 및 상기 복수의 섕크 스플라인의 근단부 근방 및 상기 충돌 표면에서 먼 스러스트 쇼울더를 포함한다. 척 조립체는 하우징과 연결되고 드릴 비트를 둘러싼다. 척 조립체는 드릴 비트의 스러스트 쇼울더와 직접 접촉하는 플랜지를 포함한다.

본 발명의 아래의 상세한 설명뿐만 아니라 상기 기재된 사항이 첨부된 도면을 참조하면 보다 명확하게 이해될 것이다. 본 발명을 설명하기 위한 목적으로서, 바람직한 실시예가 도면에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명이 도시되고 설명된 사항만으로 한정되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강하 위치에 있는 DHD 햄머의 사시도이고;
도 2는 도 1의 DHD 햄머의 단면도이고;
도 2a는 이송 포트가 도시된, 충돌 위치에 있는 도 1의 DHD 햄머의 단면도이고;
도 3은 체크 밸브 조립체가 폐쇄 위치에 있는 상태로서, 도 1의 DHD 햄머의 근단부의 확대 단면도이고;
도 3a는 체크 밸브 조립체가 개방 위치에 있는 상태로서, 도 1의 DHD 햄머의 근단부의 확대 단면도이고;
도 3b는 체크 밸브 조립체가 본 발명의 다른 한 특징에 따른 필렛 엣지를 구비한 상태로서, 도 1의 DHD 햄머의 근단부의 확대 단면도이고;
도 4는 도 1의 DHD 햄머의 백헤드의 사시도이고;
도 5는 도 1의 DHD 햄머의 배기 밸브 스템과 가이드 지지기의 사시도이고;
도 6은 강하 위치에 있는 피스톤을 도시한 도 1의 DHD 햄머의 중앙부의 단면도이고;
도 7은 도 6의 피스톤의 사시도이고;
도 8은 도 1의 DHD 햄머의 베어링의 사시도이고;
도 9는 도 8의 베어링의 단면도이고;
도 10은 시일을 구비한, 도 8의 베어링의 사시도이고;
도 11은 DHD 햄머가 충돌 위치에 있는 상태로서, 도 1의 상기 DHD 햄머의 말단부의 확대 단면도이고;
도 12는 DHD 햄머가 충돌 위치에 있는 상태이고 상기 DHD 햄머의 베어링의 다른 일 실시예인, 도 1의 상기 DHD 햄머의 말단부의 확대 단면도이고;
도 13은 도 1의 DHD 햄머의 드릴 비트의 먼쪽 사시도이고;
도 13a는 도 13 드릴 비트의 가까운쪽 사시도이고;
도 14는 도 1의 DHD 햄머의 세그먼트식 척 조립체의 사시도이며;
도 15는 도 14의 세그먼트식 척 조립체의 단면도이다.

특정 용어가 아래에서 단지 설명을 위해 사용되었으며 이들 용어로 본 발명이 한정되는 것은 아니다. "우측" "좌측" "상부" 및 "하부"라는 표현은 참고적으로 도면에서 방향을 나타내기 위한 것이다. 단지 편의를 위한 것으로서, "말단(먼쪽)"이라는 표현은 일반적으로 DHD 햄머의 드릴 비트의 단부 쪽을 의미하고, "근단(가까운쪽)"이라는 표현은 일반적으로 DHD 햄머의 백헤드의 단부 쪽을 의미한다. "상에(위쪽에)"라는 표현은 일반적으로 위쪽 또는 상부를 의미하는 한편, "하위"라는 표현은 일반적으로 아래쪽 또는 하부를 의미한다. 본 명세서에서 따로 특별히 설명하지 않았다면, 본 명세서에 기재된 구성요소가 단수로 해석되기 보다는 적어도 하나라는 뜻으로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어는 상기 특정된 용어와, 이들 용어의 파생어와, 이들 용어와 유사한 뜻을 내포한 용어를 포함할 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 본 발명은 전통적인 다운-더-홀 드릴 파이프(도시 생략)로써 사용하기 위한, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같은, DHD 햄머(10)를 제공한다. DHD 햄머(10)는 백헤드(12), 하우징(14), 피스톤(16), 베어링(18), 척 조립체(20) 및 드릴 비트(22)를 포함한다.

백헤드(12)는 드릴 파이프(도시 생략)와 연결하기 위한 나사부(24)로 구성된 근단부를 포함한다. 드릴 파이프는 임의의 종래의 드릴 파이프일 수 있으며, 상기 드릴 파이프의 구조, 기능 및 작동은 당업자에게 잘 알려져 있다. 드릴 파이프의 구조, 기능 및 작동에 대한 상세한 설명은 본 발명의 실시예를 완전하게 이해하는데 필요하지 않다. 그러나, 드릴 파이프는 공기와 같은 고 압력 유체, 이송력, 및 회전을 DHD 햄머(10)에 공급한다. 공기가 본 발명과 관련하여 사용된 바람직한 가스인 한편으로, 여러 가스, 가스 혼합물이나 또는 유체 혼합물이 또한 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 드릴 파이프는 또한 전형적으로 DHD 햄머(10)의 직경보다 더 작다. 백헤드(12)가 하우징(14)의 근단부 내에서 부분적으로 구성된다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 백헤드(12)의 먼 쪽의 부분은 하우징(14) 내에 놓여지는 한편, 상기 백헤드(12)의 가까운쪽 부분은 상기 하우징(14) 외측으로 뻗어있다.

하우징(14)은 DHD 햄머(10)의 내부 작동 구성요소를 수용하도록 구성된다. 하우징(14)(또한 케이싱이나 마모 슬리브로 알려짐)은 세장형 하우징일 수 있고 바람직하게는 세장형 원통형 하우징(14)일 수 있다. 하우징(14)은 또한 백헤드(12) 및 척 조립체(20)를 연결하기 위한 나사부(28a, 28b)를 그 근단부와 말단부에서 포함하며, 이들은 각각 아래에서 더욱 상세하게 기재되어 있다. 하우징(14)은 또한 백헤드(12)와 작동가능하게 연결되어 DHD 햄머(10)에 회전 이동을 제공한다. 즉, 드릴 파이프가 회전함에 따라, 하우징(14)과 결론적으로 드릴 비트(22)를 회전시키기 위한 백헤드(12)를 회전시킨다.

도 3 및 도 4를 살펴보면, 백헤드(12)는 관형 부재(30)를 포함하고, 상기 관형 부재는 하우징(14) 외측으로 뻗어있는 상단부(32)와, 상기 하우징(14) 내에 수용되는 하단부(34)를 구비한다. 백헤드(12)가 하우징(14)과 조립될 때, 상기 백헤드(12)가 DHD 햄머(10)의 피스톤(16) 상에 놓여진다. 관형 부재(30)가 드릴 파이프로부터 공급된 작동 유체 양을 수용하기 위한 공급 입구(36)를 포함한다. 공급 입구(36)는 원통형 보어로 구성되고, 상기 원통형 보어를 통하여 관형 부재(30)의 근단부의 길이방향 축선과 DHD 햄머(10)의 중앙 길이방향 축선이 일직선을 이룬다. 전형적으로, 공급 입구(36)로의 공급 압력은 대략 300와 350 p.s.i 사이일 수 있다.

백헤드(12)는 또한 배기 포트(38), 체크 밸브 조립체(40), 및 배기 밸브 스템(42)을 포함한다. 배기 포트(38)는 유동 경로를 제공하는 백헤드의 외부를 따라 체크 밸브 조립체(40)로부터 개구(26)까지 뻗어있어, 작동 유체 양이 백헤드(12) 외측으로 배출될 수 있다. 체크 밸브 조립체(40)는 관형 부재(30)의 중앙부에 대해 구성되고 일반적으로 원통형 프레임(46) 및 플러그 시일(48)을 포함한다. 일반적으로 원통형 프레임(46)의 중앙 길이방향 축선은 바람직하게 DHD 햄머(10) 및 관형 부재(30)의 길이방향 축선과 일직선을 이루도록 위치된다. 체크 밸브 조립체(40)는 배기 포트(38) 및 배출 체크 밸브 스템(42)과 유체 연통상태이고, 폐쇄 구성시 배기 밸브 스템(42)을 작동가능하게 시일하도록 구성된다.

바람직하게는, 일반적으로 원통형 프레임(46)은 도 3 및 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 가이드 지지기(46')로 구성된다. 가이드 지지기(46')는 배기 포트(38)와 유체연통하는 개구(50)를 포함한다. 개구(50)는 배기 포트(38)와 정렬되어 DHD 햄머(10)의 구동 챔버(54)와 같은 DHD 챔버(10)의 내부 내의 배압력 생성과 유동 저항을 최소화한다. 개구(50)는 선택적으로 배기 밸브 스템(42)으로부터 배기 포트(38)까지의 유체의 유동을 허용하는 임의의 여러 타입의 개구, 예를 들면 슬롯, 타원형 개구 또는 원형 개구로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 가이드 지지기(46')는 복수의 개구 예를 들면, 부재번호 50'(설명을 위해 단지 3개만 도시됨)로 구성되고, 각각의 복수의 개구(50')는 복수의 배기 포트(38')(설명을 위해 단지 2개만 도시됨)와 각각 유체연통 상태이다.

가이드 지지기(46')는 근단부 및 말단부를 포함한다. 개구(50)는 가이드 지지기(46')의 근단부에 대해 구성되어 상기 근단부가 배기 포트(38)와 유체연통한다. 말단부가 챔퍼(52')와 같은 엣지(52)로서 플러그 시일(48)을 수용하도록 구성된다(도 3). 선택적으로, 챔퍼형성된 엣지(52')는 필렛 엣지(52")로 구성될 수 있다(도 3). 엣지(52)는 배기 밸브 스템(42)과 직접적으로 연결되어 가이드 지지기(46')의 말단부가 배기 밸브 스템(42)과 연결된다.

플러그 시일(48)은 일반적으로 가이드 지지기(46')로써 끼워맞춰져 자유롭게 이동가능하도록 크기가 형성된다. 플러그 시일(48)이 그의 최 근접 위치 즉, 제 1 위치 또는 개방 위치로 이동할 때(도 3a), 배기 포트(38)가 가이드 지지기(46') 및 배기 밸브 스템(42)과 유체연통한다. 플러그 시일(48)이 그 최 말단 위치 즉, 제 2 위치 또는 폐쇄 위치로 이동할 때(도 3), 상기 플러그 시일(48)은 가이드 지지기(46')의 챔퍼형성된 엣지(52')와 결합한다. 플러그 시일(48)은 중력에 의해 제 2 위치로 이동가능하다. 바람직하게는, 플러그 시일(48)은 챔퍼형성된 엣지(52')와 직접적으로 접촉한다. 챔퍼형성된 엣지(52')와 직접적으로 결합됨으로써, 플러그 시일(48)은 시일을 이루는데 이는 즉, 배기 밸브 스템(42)을 시일하여 배기 포트(38)가 배기 밸브 스템(42)과 유체연통하지 않는다. 바람직하게는, 엣지(52)가 단면 프로파일로 구성되며, 필렛 엣지(52")와 같은, 플러그 시일(48)의 외측 표면의 단면 프로파일과 맞춰진다. 전반적으로, 체크 밸브 조립체(40)가, DHD 햄머(10) 내로부터 상기 DHD 햄머의 외부로의 작동 유체양의 유동을 작동가능하게 제어하기 위하여 그리고 상기 DHD 햄머(10)의 내부 진입 후 상기 DHD 햄머의 외부로부터의 유체 및 부스러기의 유동을 제어하기 위하여, 폐쇄 위치(도 3 및 도 3b) 및 개방 위치(도 3a)를 갖는다.

플러그 시일(48)이 구조적인 구성과 밀도로 바람직하게 구성되어, DHD 햄머의 구동 챔버(54)로부터 배출되는 작동 유체 양만큼 상기 플러그 시일(48)이 가이드 지지기(46') 내에서 제 1 위치로 부유하거나 상승될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 구동 챔버(54)가 플러그 시일(48)을 개방 위치로 상승시키는데 충분한 배출 압력을 갖는 작동 유체 양을 배기 밸브 스템(42)을 통해 배출시키도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 총 직경이 1¾ 인치이고, 중량이 0.06 lbs.이며, 시일 직경이 대략 1.32 인치인 볼 시일(48')로 구성된 플러그 시일(48)은 볼 시일(48')을 개방 위치로 상승시키는데 대략 0.04 p.s.i.의 압력을 필요로 할 것이다. 따라서, 직경이 대략 1.32 인치인 이러한 볼 시일(48')(즉, 직경이 대략 1.32 인치인 배기 밸브 스템(42))로써 구성된 DHD 햄머는 상기 볼 시일(48')을 개방 위치로 상승시키는데 충분한 대략 20 내지 80 p.s.i.의 압력에서 배기 밸브 스템(42)을 통해 작동 유체량을 배출시키도록 구성될 수 있다. 정상 작동 동안에 DHD 햄머(10)를 횡단하는 비교적 고 압력 작동 유체량 때문에, 플러그 시일(48)의 정확한 중량 및/또는 밀도가 DHD 햄머(10), 구동 챔버(54), 및 배기 밸브 스템(42)의 실제 크기에 따라 결정되는 한편, 상기 DHD 햄머(10)는 임의의 실제 구성의 플러그 시일(48)을 상승시키는데 충분한 압력을 배출시키도록 구성될 수 있다. 구동 챔버(54)가 DHD 햄머(10)의 총 공기 소비의 대략 2/3을 전형적으로 배출할 수 있기 때문에 그리고 플러그 시일(48)이 비교적 낮은 크래킹 압력으로 구성되기 때문에 상기 구성은 어느 정도 당연한 것이다.

플러그 시일(48)은 엘라스토머와 같은, 연질의 솔리드 폴리머로 형성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 연질의 솔리드 폴리머는 폴리우레탄, 네오프렌, 니트릴 고무 등을 포함하고, 그리고 바람직하게는 대략 50-90의 쇼어 A 경도를 갖는 연질의 솔리드 폴리머를 포함하며 보다 바람직하게는 대략 70-90의 쇼어 A 경도를 갖는 연질의 솔리드 폴리머를 포함한다. 플러그 시일(48)의 밀도는 바람직하게는 물의 밀도(즉, 1 g/ml)보다 더 크고 보다 바람직하게는 물의 밀도보다 대략 20% 더 크다.

플러그 시일(48)은 도 3에 도시된 바와 같이, 볼 시일(48')로 바람직하게 구성된다. 그러나, 플러그 시일(48)이 가이드 지지기(46') 내에서 자유롭게 이동할 수 있고 엣지(52)와 실링 결합하는 한, 플러그 시일(48)이 임의의 여러 구조적 형상으로 구성될 수 있다. 구형 볼 시일(48')은 3차원으로 모두 일정한 형상과 볼 시일(48')의 구형 형상부를 지나 유동하는 유체의 능력 때문에 바람직하다. 더욱이, 볼 시일(48')이 필렛 엣지(52")에 대한 위치(방향)과 무관하에 가이드 지지기(46')의 필렛 엣지(52")와 용이하게 결합할 수 있다. 즉, 볼 시일(48')이 가이드 지지기(46') 자체에 대한 정위와 무관하게 상기 가이드 지지기(46')의 말단부의 대응하여 짝지워진 필렛 엣지(52")와 실링 결합할 수 있다.

도 3a를 살펴보면, 배기 포트(38)가 체크 밸브 조립체(40) 및 배기 밸브 스템(42)과 유체연통한다. 배기 포트(38)는 또한 백헤드(12)의 개구(26)와 유체연통하여 DHD 햄머(10) 내의 작동 유체양이 DHD 햄머의 외부로 배출될 수 있게 된다. 배기 포트(38)는 원통형 포트로 바람직하게 구성되며, 상기 원통형 포트는, 개구(50)와 연통하는 내측 단부(56), 및 개구(26)와 연통하는 외측 단부(56)를 구비한다. 따라서 백헤드(12)의 배기 포트(38)는 작동 유체양을 DHD 햄머(10)의 내부로부터 DHD 햄머의 외부의 근단부로 배출한다. 이러한 구성은 유리하게도 구동 챔버(54)로부터 배출된 작동 유체양이 드릴 비트(22) 상에서 상당히 배출되게 하여 드릴 비트(22)를 통해 빠져나오는 이러한 작동 유체양으로부터 초래되는 드릴 비트(22)의 면을 가로지른 부스러기 유동의 2차 효과를 감소시킨다. 백헤드(12)의 말단부는 또한 하우징(14)의 나사부(28a)(도 2)와 결합하도록 구성된 대응하는 나사부(62)(도 4)를 포함하여 백헤드(12)를 연결한다.

피스톤(16)은 도 2, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 일반적으로 구성된다. 피스톤(16)은 이격된 단면 주 영역(Dl 및 D2)과 이격된 단면 부 영역(D3 및 D4)을 포함한다. 단면 주 영역(D1)은 피스톤(16)의 최 근단부에 대해 구성되고 하우징(14) 내에 수용되도록 크기가 형성된다. 단면 주 영역(D2)은 단면 주 영역(D1)에 멀리 하우징(14) 내에 수용되도록 크기가 형성된다. 단면 부 영역(D3)이 단면 주 영역(Dl 및 D2) 사이에 형성되어, 피스톤(16)의 외측 표면과 하우징(14)의 내측 표면 사이에 위치한 일반적으로 환형 저장부(64)의 부분을 형성한다. 단면 부 영역(D4)은 단면 주 영역(D2)에 멀리 형성되고 일반적으로 피스톤(16)의 하부나 또는 말단부의 전반적인 치수를 형성한다.

피스톤(16)은 또한 도 6에 도시된 바와 같이, 피스톤(16)의 중심 축선을 따라 구성된 중앙 보어(50)(예를 들면, 카운터보어)를 포함한다. 중앙 보어(50)는 배기 밸브 스템(42)의 말단부를 수용하도록 크기가 형성된다. 피스톤(16)은 기술상 알려진 방식으로 DHD 햄머(10) 내에 장착되고 하우징(14) 내에서 왕복이동하도록 구성된다. 피스톤(16)의 이러한 작동 및 기능 특징은 잘 알려져 있고 이에 대한 상세한 설명은 본 발명을 완전히 이해하는데 필수적인 것은 아니다.

피스톤(16)은 솔리드 코어 피스톤(16)이다. 즉, 피스톤(16)이 상기 피스톤(16)의 길이를 완전하게 횡단하는 보어를 포함하지 않아 작동 유체양이 상기 피스톤(16)을 통해 배출될 수 있다.

DHD 햄머(10)의 말단부는 베어링(18), 척 조립체(20), 드릴 비트(22) 및 시일(66)을 포함한다(도 2). 시일(66)은 피스톤(16)과 하우징(14) 사이에 위치된다. 베어링(18)은 도 2, 도 8, 도 10 및 도 11에 가장 잘 도시되어 있다. 도 8 내지 도 11을 살펴보면, 베어링(18)은 상기 베어링(18)의 근단부에 대한 플랜지(70)와 환형 측벽(68)을 구비한 환형 베어링이다. 플랜지(70)가 척 조립체(20)와 결합하도록 구성된 반경방향 외측으로 뻗어있는 플랜지(70)이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 플랜지(70)가 척 조립체(20) 및 하우징(14)과 직접 접촉한다. 베어링(18)의 근단부는 또한 시일(66), 바람직하게는 O-링 시일(66)을 수용하기 위한 환형 리세스(72)를 포함한다. 환형 리세스(72)는 베어링(18)의 상부 표면(74)의 측방향 특성을 위해 구성되며, 피스톤(16)이 강하 위치/구성일 때, 시일(66)이 상기 베어링(18) 및 피스톤(16)과 직접적으로 접촉한다. 일반적으로, 시일(66)은 베어링(18)의 상부 표면(74)의 외측 엣지에 대해 위치된다.

선택적으로, 베어링(18)은 베어링의 릴리프(76) 내에 위치한, 환형 스페이서(71)로 구성된 스페이서(71)를 포함할 수 있다(도 9 및 도 12). 스페이서(71)는 또한 시일(66)을 수용하기 위한 환형 리세스(72')를 포함하도록 구성될 수 있다.

시일(66)은 밀봉 시일과 같은 시일을 형성할 수 있는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 시일(66)은 엘라스토머, 플라스틱, 합성물, 또는 이들의 화합물 등과 같은 폴리머 시일일 수 있다.

도 2 및 도 11을 살펴보면, 베어링(18)은 척 조립체(20)를 통해 하우징(14)과 작동가능하게 연결되고 피스톤(16) 및 드릴 비트(22) 양자를 수용하도록 구성된다. 특히, 베어링(18)은 단면 영역(D4)으로 형성된 말단부와 같은, 피스톤(16)의 말단부와, 섕크(80)의 근단부와 같은, 드릴 비트(22)의 근단부를 수용하도록 구성된다. 베어링(18)이 피스톤(16) 및 드릴 비트(22) 양자를 수용함에 따라, 상기 베어링(18)이 종래의 DHD 햄머에서 피스톤 베어링 및 드릴 비트 베어링 양자의 작동을 대체하는 기능을 하는 결합된 베어링(18)이다.

베어링(18)이 도 11에 가장 잘 도시된 바와 같이, 하우징(14) 내에 장착된다. 플랜지(70)의 총 직경은 하우징(14)의 내측 직경의 크기와 실직적으로 맞춰지도록 크기가 형성된다. 즉, 플랜지(70)의 총 직경은 베어링(18)이 하우징(14) 내에서 미끄러질 수 있도록(그러나 상기 하우징(14) 내에서 임의의 상당한 움직임 없이) 공차를 갖도록 형성된다. 플랜지(70)의 총 직경과 환형 벽(68)의 외측 직경의 차이가 아래 기재된 바와 같이, 척 조립체(20)의 벽 두께와 실질적으로 맞춰지도록 구성된다. 요약하자면, 베어링(18)이 피스톤(16), 드릴 비트(22), 척 조립체(20) 및 하우징(14)과 작동가능하게 결합하도록 구성된다.

베어링의 플랜지(70)가 DHD 햄머(10) 내에서 조립될 때, 척 조립체(20) 상에 위치되는 한편 베어링의 환형 벽이 척 조립체(20)의 근단부에 인접한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 베어링의 환형 벽이 척 조립체의 반경방향 내측을 향한 표면(54)에 인접한다. 베어링(18)과 척 조립체(20) 구성이 이에 따라 피스톤(16) 및 드릴 비트(22) 양자를 수용하도록 구성된다. 즉, 작동 중에, 피스톤(16)과 드릴 비트(22)가 베어링(18) 및 척 조립체(20) 양자의 환형 경계부 내에 작동가능하게 수용된다.

도 11 및 도 13에 가장 잘 도시된 바와 같이, 드릴 비트(22)가 하우징(14)의 말단부에 대해 구성된다. 드릴 비트(22)가 섕크(80), 섕크 몸체(81), 헤드(82) 및 DHD 햄머(10)의 복귀 챔버(106) 내에서 작동 유체량을 배출하기 위한 복귀 배출부(92)를 포함한다. 섕크(80)가 일반적으로 헤드(82)로부터 근방 쪽으로 뻗어있다. 섕크(80)의 길이방향 길이는 헤드(82)의 길이방향 길이의 대략 1.5 내지 3.0배이고 보다 바람직하게 대략 1.7 내지 2.0배이다. 섕크(80)가 또한 상기 섕크(80)로부터 반경방향 외측으로 뻗어있는 쇼울더(84)를 포함하고 상기 섕크(80)의 근단부에 대해 구성된다. 쇼울더(84)는 피스톤(16)이 "강하" 위치에 있을 때, 드릴 비트(22)를 DHD 햄머(10) 상에 유지시키는 유지 쇼울더로서 사용된다. 강하 위치는 작동 압력양이 DHD 햄머(10)로 더 이상 공급되지 않을 때와, 피스톤(16) 및 드릴 비트(16)가 하우징(14)에(또는 상기 하우징에 대해) 자유롭게 매달려 있는 것을 의미한다. 도 2는 DHD 햄머(10)가 강하 위치에 있는 것을 나타내고 있다. 도 11은 DHD 햄머(10)가 충돌 위치에 있는 것을 도시하고 있다. 쇼울더(84)는 아래에서 기재된 바와 같이, 척 조립체(20)와 상호작용함으로써 DHD 햄머(10)에 의해 유지된다.

섕크(80)는 또한 충돌 표면(85), 스러스트 쇼울더(87) 및 상기 섕크(80)를 둘러싸는 복수의 섕크 스플라인(86)을 포함하며, 상기 섕크는 대응하는 척 스플라인(88)을 척 조립체(20) 상에 결합하기 위해 반경방향 외측으로 뻗어있다(도 14). 충돌 표면(85)이 도 13a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 섕크(80)의 상부 표면으로 구성되고 상기 섕크(80)의 근단부에 대해 위치된다. 섕크 스플라인(86)은 헤드(82) 근방에 그리고 쇼울더(84)에 멀리, 섕크(80)의 말단부에 대해 위치된다. 쇼울더(84)의 총 직경은 섕크 스플라인(86)의 총 직경보다 더 작다. 스러스트 쇼울더(87)는 섕크 스플라인(86)의 근단부 근방에 위치하고 충돌 표면(85) 및 쇼울더(84)에 대해 멀리 위치한다. 스러스트 쇼울더(87)는 섕크 스플라인(86)의 외측 표면과 상기 스플라인(86)을 지지하고 상기 스플라인(86) 사이의 공간을 형성하는 표면으로부터 반경방향 내측으로 뻗어있거나 또는 섕크 몸체(81)의 표면으로부터 반경방향 외측으로 뻗어있다. 스러스트 쇼울더(87)는 섕크(80)의 길이방향 축선에 수직한 평탄한 스러스트 쇼울더(87)인 것이 바람직하다. 스러스트 쇼울더(87)의 전반적인 외측 직경은 쇼울더(84)의 전반적인 외측 직경 보다 더 크지만 섕크 스플라인(86)의 전반적인 외측 직경보다 더 작다. 스러스트 쇼울더(87)가 또한 바람직하게 쇼울더(84)로부터 이격되어 있다.

헤드(82)가 하우징(14)의 내측 및 외측에 완전히 위치하도록 구성된다(도 1 참조). 이처럼, 헤드(82)의 크기가 하우징(14)의 크기로 한정되지는 않지만, 유리하게도 상기 하우징(14)에 의한 제한 없이 가능한 크게 구성될 수 있다. 드릴 비트(22)는 또한 도 13a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 섕크 스플라인(86)의 말단부와 헤드(82)의 근단부 근방에 구성된 비트 쇼울더(89)를 포함한다. 즉, 섕크(80) 및 헤드(82)의 교차부에 대한 비트 쇼울더(89)는 섕크(80)로부터 반경방향 외측으로 뻗어있다. 비트 쇼울더(89)의 총 직경은 스러스트 쇼울더(87) 및 섕크 스플라인(86)의 총 직경보다 더 크다.

스러스트 쇼울더(87)는 작동 중에, DHD 햄머(10)와 작동가능하게 결합하여 DHD 햄머(10)가 스러스트 쇼울더(87) 상에 충돌/부딪쳐 드릴 비트(22)가 드릴링 표면과 강제로 접촉하게 된다. 특히, 스러스트 쇼울더(87)가 척 조립체(20)나 또는 세그먼트식 척 조립체(20')(도 15)의 플랜지(96)의 하위 표면(102)과 같은, 척 조립체의 플랜지와 직접적으로 접촉하고 작동가능하게 결합하도록, 아래 기재된 바와 같이 구성된다. 드릴 비트(22) 보다 위에(즉, 섕크 스플라인(86) 위쪽에) 위치시킨 스러스트 쇼울더(87)의 구성은 유리하게도 하우징(14) 내에서의 드릴 비트(22)의 정렬을 향상시킨다. 상기와 같은 구성은 작동 동안에 하우징(14) 외측에 노출되지 않으므로 스러스트 쇼울더(87)에서의 부스러기 축적의 발생이나 또는 상기 부스러기의 퇴적(entrapment)을 방지하는데 더욱 도움이 된다. 즉, 스러스트 쇼울더(87)가 드릴 비트(22) 보다 위쪽에 결론적으로 하우징(14) 내에서 보다 위쪽에 위치되어, 상기 하우징 내에서의 부스러기의 축적 및/또는 퇴적의 방지에 도움이 된다. 스러스트 쇼울더가 특히 강하 위치에 있을 때, 드릴 비트의 헤드보다 낮게 그리고 더 근접하여 부스러기에 직접적으로 노출되는 종래 기술에 대해 상기 사항은 중요하다. 이처럼, 부스러기가 이러한 종래의 DHD 햄머의 스러스트 쇼울더 내에 축적되거나 퇴적될 때, 드릴 비트가 그 기동 위치에 도달되는 것을 방지 및/또는 햄머의 피스톤의 기동을 방지할 수 있다.

척 조립체(20)가 도 14 및 도 15에 도시되어 있다. 척 조립체(20)가 바람직하게 3개의 개별 척 세그먼트 또는 "조(jaw)"(20a-c)를 구비한 세그먼트식 척 조립체(20')이다. 척 세그먼트는 3개가 바람직한 한편, 세그먼트식 척 조립체(20')가 단지 2개 또는 3개 이상의 척 세그먼트로 구성될 수 있다. 각각의 척 세그먼트(예를 들면, 20a)가 대략 120 도의 호를 갖도록 만곡된다. 특히, 척 세그먼트의 내측 표면(54)이 오목하게 만곡되는 한편, 상기 척 세그먼트의 외측 표면(54')은 볼록하게 만곡된다. 집합적으로, 척 세그먼트(20a-c)는 드릴 비트(22)를 둘러싸는 관형 원형 척 조립체를 형성하도록 조립된다(도 11).

베어링(18)이 DHD 햄머(10) 내에서 조립될 때, 척 조립체(20) 내에 부분적으로 수용된다(도 11). 베어링(18)이 하우징의 나사부(28b)와 척 조립체의 나사식 결합에 의해 발생된 반경방향 내측 압력에 의해 상기 척 조립체(20) 내에서 한정된다. 베어링(18) 및 척 조립체(20) 구성은 유리하게도 종래의 DHD 햄머 드릴 비트에 비해, 보다 짧은 드릴 비트(22)를 사용하는 DHD 햄머(10)를 가능하게 한다. 즉, 종래의 DHD 햄머에 대하여, 베어링이 척 조립체 상에 위치된다. 따라서, 종래의 DHD 햄머용 드릴 비트의 길이는 척 조립체 및 베어링 양자를 작동가능하게 결합하는데 충분할 필요가 있다. 척 조립체와 상기 척 조립체 상에 위치된 베어링 양자에 뻗어있어 도달하는데 충분한 길이를 갖는 드릴 비트의 사용에 의해 상기와 같은 구성이 달성된다. 그러나, 본 발명은 척 조립체(20)를 적어도 부분적으로 덮는 베어링(18)을 제공하여, 종래의 DHD 햄머 드릴 비트에 비해 보다 짧은 드릴 비트(22)의 사용을 허용한다. 더욱이, 베어링(18) 및 척 조립체(20) 구성은 유리하게도 보다 짧은 드릴 비트(22)의 사용을 제공할 뿐만 아니라, 상기 보다 짧은 드릴 비트(22)와 결합된 보다 짧은 피스톤(16)의 사용을 제공한다.

각각의 복수의 척 세그먼트(20a-c)는 실질적으로 동일하고 간단하게 말하자면, 복수의 척 세그먼트(20a-c)는 단일의 척 세그먼트(20a)를 참고로 하여 현재 본 명세서에 기재되어 있다. 척 세그먼트(20a)는 척 세그먼트(20a)의 중앙부에 대한 플랜지(96), 말단부(94b) 및 근단부(94a)를 포함한다. 근단부(94a)의 외측 표면은 하우징(14)의 내측 표면상의 나사부(28b)와 결합하도록 구성된 대응하는 나사부(98)를 포함한다. 나사부는 세그먼트로부터 세그먼트까지 연속의 나선형이다. 나사부(98)에 의해 세그먼트식 척 조립체(20')가 하우징(14)과 연결될 수 있다.

척 세그먼트(20)의 말단부(94b)는 복수의 섕크 스플라인(86)을 드릴 비트(22) 상에서 결합하기 위한 복수의 척 스플라인(88)을 포함한다. 세그먼트식 척 조립체(20')가 조립될 때, 세그먼트식 척 조립체(20')의 말단부가 드릴 비트(22)의 섕크(80)를 수용하도록 구성된다. 말단부(96)의 총 직경이 또한 근단부(94a)의 총 직경보다 더 크게 형성되어, 외측으로 뻗어있는 가로부(100)를 형성한다.

플랜지(96)가 척 세그먼트(20a)의 근단부(94a) 및 말단부(96b)의 교차부에 대해(즉, 중앙 섹션)에 대해 일반적으로 위치되며 비트 유지 부재로 사용된다. 플랜지(96)가 반경방향 내측으로 뻗어있는 플랜지(96)이고 척 세그먼트(20a)의 내부 표면으로부터 반경방향 내측으로 뻗어있다. 각각의 복수의 척 세그먼트(20a-c)가 조립되어 세그먼트식 척 조립체(20')를 형성할 때, 플랜지(96)는 섕크 몸체(81) 외측 직경(D5)보다 더 큰, 그러나 쇼울더(84) 외측 직경(D6)보다 더 작은 치수를 가지는, 플랜지(96)의 반경방향 내측으로 형성된 내측 직경을 포함한다. 이처럼, 세그먼트식 척 조립체(20')가 드릴 비트(22)와 결합할 때, 플랜지(96)가 드릴 비트(22)의 쇼울더(84)와 작동가능하게 결합하여, DHD 햄머(10)가 강하 위치에 있을 때, 상기 드릴 비트(22)를 상기 DHD 햄머(10) 상에 유지시킨다. 바람직하게는, 플랜지(96)가 도 2에 도시된 바와 같이, 쇼울더(84)와 직접적으로 결합하도록 구성된다. 플랜지(96)가 또한 섕크(80)의 스러스트 쇼울더(87)와 결합하도록 구성된 하위 표면(102)으로 구성된다. 따라서 세그먼트식 척 조립체(20')가 유리하게도 비트 유지/스러스트 베어링 부재(96)를 포함한 척 조립체를 제공한다. 세그먼트식 척 조립체(20')가 축선 방향으로부터 드릴 비트(22)에 조립되는 것과는 반대로 반경 방향으로부터 상기 드릴 비트(22)에 조립됨으로서, 상기와 같은 장점이 부분적으로 제공된다.

일반적으로, 세그먼트식 척 조립체(20'), 드릴 비트(22) 및 베어링(18) 조합이 솔리드 코어 피스톤(16) 또는 관통-구멍(도시 생략)을 구비한 종래의 피스톤과 같은, DHD 햄머의 임의의 호환가능한 피스톤과 결합되어 사용될 수 있다.

도 2는 강하 위치에 있는 완전하게 조립된 DHD 햄머(10)를 도시한 도면이다. 기술상 용이하게 알 수 있는 바와 같이, DHD 햄머(10)는 구동 챔버(54), 저장부(64) 및 복귀 챔버(106)를 포함한다(도 11). 구동 챔버(54)는 백헤드(12)와 DHD 햄머(10)의 근단부에 대한 피스톤(16) 사이에 위치되고, 상기 백헤드(12), 하우징(14) 및 상기 피스톤(16)에 의해 부분적으로 형성된다. 구동 챔버(54)가 또한 배기 밸브 스템(42)과 연통하도록 구성된다. 저장부(64)는 하우징(14)과 피스톤(16) 사이에 위치되고 하우징(14) 벽과 피스톤(16) 벽에 의해 형성된다. 복귀 챔버(106)는 DHD 햄머(10)의 말단부에 대해, 피스톤(16)과 드릴 비트(22) 사이에 위치된다. 복귀 챔버(106)는 하우징(14) 벽, 피스톤(16) 벽 및 드릴 비트(22) 벽에 의해 일반적으로 형성된다.

DHD 햄머(10)는 또한 작동 유체량, 예를 들면, 공급 유동을, DHD 햄머(10) 내에 제공하기 위해 포팅(porting) 시스템을 포함한다. 이러한 포팅 시스템은 기술상 잘 알려졌고 이에 대한 상세한 설명은 본 발명을 완전하게 이해하는데 반드시 필요한 것은 아니다. 그러나, 도 2a에 도시된 바와 같이, 이러한 포팅 시스템은 공급 입구(36) 및 이송 포트(37)와 같은 중앙 포트를 포함할 수 있다. 이송 포트(37)는 하우징(14) 내의 유체 통로를 통해 DHD 햄버(10)로 그리고 저장부(64), 송풍 포트(108)를 통한 구동 챔버(54) 및 복귀 챔버(106)로 공급 압력을 제공한다. 복귀 챔버(106)로부터의 배출 유체가 복귀 배출부(92)를 통해 DHD 햄머(10)로부터 배출된다. 전반적으로, 포팅 시스템은 구동 챔버(54), 저장부(64) 및 복귀 챔버(106) 내의 작동 유체량의 공급과 복귀용 유체 통로가 제공되어, 상기 작동 유체량은 피스톤(16)을 하우징(14) 내에서 왕복 구동시키도록 압축되고 배출된다.

본 발명의 실시예의 DHD 햄머(10)의 피스톤(16)이 작동 중에, 예를 들면, 구동 챔버(104) 및 복귀 챔버(106)에 들어가고 나오는 가스와 같은 고 압력 유체와 저 압력 유체를 교대로 한 결과 충돌되게 구동된다. 고 압력 가스는 초기에 백헤드(12)를 통해 DHD 햄머(10)에 들어가고 공급 입구(36) 아래로 통과한다. 고 압력 가스가 이후 종래의 포팅 시스템을 통해 구동 챔버(54)와 복귀 챔버(106)에 들어가고 하우징(14)의 길이방향 축선에 따라 상기 하우징(14) 내에서 피스톤(16)을 충돌하게 구동시킨다.

DHD 햄머(10)의 작동이 예를 들면, 부가적인 길이 세그먼트를 드릴 파이프에 부가하는 것을 중단할 때, 상기 DHD 햄머(10)가 강하 위치로 강하한다(도 2). 강하 위치에 있을 때, 피스톤(16), 베어링(18), 시일(66) 및 하우징(14)은 DHD 햄머(10)의 말단부로부터 구동 챔버(54)까지 유체가 연통하는 것을 방지하도록 시일을 형성한다. 즉, DHD 햄머(10)가 사용중일 때 절단 부스러기 등을 포함하는 물에 가라앉져 있다. 사용 동안에 DHD 햄머(10) 내의 고 압력 가스는 이러한 물 및 부스러기가 상기 DHD 햄머의 내부로 진입하는 것을 방지한다. 이러한 물 및 부스러기가 DHD 햄머의 내부에 들어간다면 이는 상기 DHD 햄머의 작동 및 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 그러나, 강하 위치에 있을 때, 고 압력 가스가 만들어지지만, 피스톤(16), 베어링(18), 시일(66) 및 하우징(14)에 의해 형성된 시일은 유리하게도 물 및 부스러기가 DHD 햄머의 내부에 진입하는 것을 방지한다.

본 발명은 유리하게도 비-사용 상태일 때, 즉, 고 압력 가스가 DHD 햄머(10)로부터 배출되지 않을 때, 물 및 부스러기가 DHD 햄머(10) 특히 구동 챔버(54)에 진입하는 것을 방지하는 DHD 햄머(10)를 제공한다. 비-사용 상태에 있어서, DHD 햄머(10)가 강하 위치에 있다. 강하 위치에 있어서, 물 및 부스러기가 솔리드 코어 피스톤(16), 베어링(18), 시일(66), 및 하우징(14)의 상호 작용에 의해 만들어진 시일으로써, DHD 햄머(10)의 구동 챔버(54)에 들어가는 것이 방지된다. 시일(66) 상의 피스톤(16) 자체의 중량 및 베어링(18)과의 상호작용에 의해 부분적으로 시일이 만들어진다. 따라서 생성된 시일은 임의의 물/부스러기가 구동 챔버(54)와 같은 DHD 햄머(10)의 내측 주 영역으로 진입하여 유동하는 것을 방지한다. DHD 햄머(10)의 이러한 실링 특성은 솔리드 코어 피스톤(16) 구성 때문에 가능하다.

DHD 햄머(10)의 근단부가 비-사용 상태일 때 또한 전형적으로 물/부스러기에 침지된다. 이처럼, 물/부스러기가 DHD 햄머(10)의 하우징(14)의 개구(예를 들면, 개구(26))를 통해 상기 DHD 햄머(10)에 들어갈 수 있다. 그러나, 본 발명은 유리하게도 물/부스러기의 유동이 구동 챔버(54)와 같은 DHD 햄머(10)의 내측 주 영역으로의 진입하는 것을 방지할 수 있는 체크 밸브 조립체(40)를 제공하는 것이다. 즉, 플러그 시일(48)이 배기 밸브 스템(42)을 시일하여, 물/부스러기의 진입이 구동 챔버(54)에 들어가는 것을 방지한다. 체크 밸브 조립체(40)의 플러그 시일(48)은 고 압력 작동 유체량이 DHD 햄머(10)로부터 배출되지 않으면서 중력에 의해 작동될 때 시일을 형성하기 때문에, 상기 DHD 햄머(10)에 의해 구멍이 내어진 구멍 내에서 물/부스러기에 의해 상기 플러그 시일(48) 상에 가해진 부가적인 유체정역학적인 압력이 플러그 시일의 실링 특성을 더욱 증대시키는데 도움이 될 것이다. 형성된 구멍 내의 총 물/부스러기 기둥이 물의 수백 피트를 초과하는 유체정역학적 압력을 발생시킬 수 있기 때문에, 상기와 같은 구성은 다른 DHD 햄머 구성에 비해 상당한 장점이 있다. 이러한 생성된 유체정역학적인 압력은 종래의 DHD 햄머 시일에 상당한 스트레스를 가할 수 있어 DHD 햄머의 내측 주 영역의 오염을 야기한다. 그러나, 중력-기반의 시일을 통합한 본 발명의 체크 밸브 조립체(40)는 DHD 햄머의 시일을 강화하는 드릴 구멍 유체정역학적인 압력을 사용하여, 상기 DHD 햄머(10)의 근단부에 대한 물/부스러기가 구동 챔버(54)와 같은 상기 DHD 햄머의 내측 영역에 진입하는 것을 방지한다.

상기 기재된 본 발명의 실시예에 대한 변경이 본 발명의 범주 내에서 이루어질 수 있다는 것을 당업자라면 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명이 개시된 특정 실시예로 한정되지 않고 첨부된 청구범위로 정의된 본 발명의 범주 및 사상 내에서 본 발명에 대한 변경이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims

하우징; 상기 하우징 내에 장착되고 상기 하우징 내에서 길이 방향을 따라서 왕복이동가능하도록 구성된 피스톤; 및 다운-더-홀 햄머를 드릴 비트와 연결하도록 구성된 척;을 포함한 다운-더-홀 드릴 햄머로서,
상기 다운-더-홀 드릴 햄머와 연결하도록 구성된 세그먼트식 척 조립체를 포함하고, 상기 세그먼트식 척 조립체는 상기 드릴 비트를 둘러싸는 복수의 척 세그먼트를 포함하며, 각각의 척 세그먼트는:
상기 하우징과 연결되도록 구성된 근단부,
상기 드릴 비트를 수용하도록 구성된 말단부, 및
상기 드릴 비트를 작동가능하게 결합하도록 구성된 플랜지를 포함하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 1에 있어서,
상기 드릴 비트를 상기 세그먼트식 척 조립체 내에 유지하기 위해 상기 척 세그먼트의 내부 표면으로부터 반경방향 내측으로 뻗어있는 플랜지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 1에 있어서,
상기 드릴 비트는:
헤드; 및
쇼울더를 구비한 섕크;를 포함하고,
상기 드릴 비트의 상기 섕크를 수용하도록 구성된 세그먼트식 척 조립체의 말단부와, 상기 섕크의 상기 쇼울더를 축방향으로 결합하도록 구성된 각각의 척의 플랜지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 3에 있어서,
만곡된 복수의 척 세그먼트의 각각의 세그먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 3에 있어서,
상기 섕크의 외측 표면으로부터 외측으로 뻗어있는 반경방향으로 뻗어있는 쇼울더인 상기 섕크의 쇼울더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 3에 있어서,
상기 척 세그먼트의 내부 표면으로부터 반경방향 내측으로 뻗어있는 플랜지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 3에 있어서,
상기 드릴 비트는 상기 헤드에 가깝고 상기 쇼울더에 먼 복수의 섕크 스플라인을 포함하고,
상기 복수의 섕크 스플라인의 상부 표면과 결합하도록 구성된 하위 표면을 갖는 세그먼트식 척 조립체의 각각의 세그먼트의 플랜지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 3에 있어서,
상기 피스톤 및 상기 드릴 비트를 수용하도록 구성된 상기 하우징 내에 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 8에 있어서,
상기 피스톤, 상기 드릴 비트, 상기 세그먼트식 척 조립체, 및 상기 하우징과 작동가능하게 결합하도록 구성된 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 8에 있어서,
상기 베어링을 수용하도록 구성된 세그먼트식 척 조립체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 8에 있어서,
상기 피스톤 및 상기 드릴 비트를 수용하도록 구성된 세그먼트식 척 조립체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 8에 있어서,
베어링을 더 포함하고, 상기 베어링은:
환형 측벽; 및
세그먼트식 척 조립체와 결합하도록 상기 베어링의 근단부에 대한 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 12에 있어서,
상기 세그먼트식 척 조립체 및 상기 하우징과 직접 접촉되는 상기 베어링의 플랜지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 3에 있어서,
상기 드릴 비트는:
상기 섕크의 말단부에 대한 복수의 섕크 스플라인;
상기 섕크 스플라인의 근단부와 상기 쇼울더에 멀리 위치된 스러스트 쇼울더; 및
상기 섕크 스플라인의 말단부 근방에 위치된 비트 쇼울더를 포함하고,
상기 세그먼트식 척 조립체의 상기 플랜지와 직접 접촉하고 상기 플랜지와 작동가능하게 결합되는 스러스트 쇼울더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 1에 있어서,
상기 세그먼트식 척 조립체에 의해 상기 하우징의 말단부와 분리가능하게 고정되는 드릴 비트를 더 포함하고,
상기 드릴 비트는:
헤드,
상기 헤드의 근단부 근방의 비트 쇼울더, 및
상기 헤드로부터 근방으로 뻗어있는 섕크를 포함하고,
상기 섕크는:
상기 섕크의 근단부에 대한 충돌 표면,
상기 섕크의 근단부 근방의 쇼울더,
상기 섕크의 말단부에 대한 복수의 섕크 스플라인, 및
복수의 섕크 스플라인의 근단부 근처에 그리고 상기 충돌 표면에 멀리 위치한 스러스트 쇼울더를 구비하며,
각각의 척 세그먼트의 상기 플랜지는 상기 드릴 비트의 상기 스러스트 쇼울더와 직접적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 1에 있어서,
솔리드 코어 피스톤인 피스톤;
상기 솔리드 코어 피스톤과 상기 하우징 사이에 위치된 시일;
상기 하우징 내에 그리고 상기 솔리드 코어 피스톤 상에 위치된 백헤드를 더 포함하고,
상기 백헤드는:
상기 하우징의 개구와 연통하는 배기 포트,
상기 배기 포트와 연통하는 배기 밸브 스템, 및
폐쇄 구성일 경우 상기 배기 밸브 스템을 시일하도록 구성된 체크 밸브 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 16에 있어서,
상기 하우징과 작동가능하게 연결되고 상기 솔리드 코어 피스톤의 일부를 수용하도록 구성된 베어링; 및
상기 백헤드와 상기 솔리드 코어 피스톤 사이에 형성되고, 상기 배기 밸브 스템과 연통하는 구동 챔버;를 더 포함하고
상기 솔리드 코어 피스톤, 상기 베어링, 및 상기 하우징은 상기 솔리드 코어 피스톤이 강하 위치에 있을 때, 상기 다운-더-홀 드릴 햄머의 말단부로부터 상기 구동 챔버로의 유체 연통을 방지하는 시일로 구성되는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 17에 있어서,
상기 베어링 및 상기 솔리드 코어 피스톤과 직접적으로 접촉하는 시일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 17에 있어서,
상기 베어링의 상부 표면에 대해 위치되는 시일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 19에 있어서,
상기 시일을 수용하기 위한 환형 리세스를 포함한 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 16에 있어서,
플러그 시일을 포함한 체크 밸브 조립체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 21에 있어서,
볼 시일인 플러그 시일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 21에 있어서,
상기 배기 포트 및 상기 배기 밸브 스템과 연통하는 가이드 지지기를 포함한 체크 밸브 조립체를 더 포함하고, 상기 플러그 시일은 상기 가이드 지지기 내에서 이동가능한 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 23에 있어서,
제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 이동하도록 구성된 플러그 시일을 더 포함하고, 상기 제 1 위치에서 상기 배기 포트가 상기 배기 밸브 스템과 연통하고, 상기 제 2 위치에서 상기 배기 밸브 스템이 상기 배기 포트 연통을 시일하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 24에 있어서,
중력에 의해 상기 제 2 위치로 이동가능한 플러그 시일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.
청구항 23에 있어서,
가이드 지지기를 더 포함하고, 상기 가이드 지지기는:
상기 배기 포트와 연통하는 근단부; 및
상기 배기 밸브 스템과 연통하는 말단부를 포함하고, 상기 가이드 지지기의 상기 말단부는 상기 배기 밸브 스템을 시일하기 위한 상기 플러그 시일을 수용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다운-더-홀 드릴 햄머.