KR20220017408A - 가이드 어댑터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충격식 드릴링 동안 드릴 비트를 안내하기 위한 가이드 어댑터 (100) 에 관한 것으로, 상기 가이드 어댑터는 드릴 비트와 축선 (A) 을 따라 연장되는 세장형 드릴 스트링 사이에 배치되도록 의도되고, 상기 드릴 비트는 축선 (A) 을 가로지르는 제 1 반경 (Rf) 을 갖는다. 상기 가이드 어댑터는, 축선 (A) 을 따라 연장되도록 의도된 슬리브 형상 어댑터 보디 (101) 로서, 가이드 어댑터를 드릴 비트에 연결하기 위한 제 1 커플링 (104) 을 갖는 전방 단부 (102) 및 가이드 어댑터 (100) 를 드릴 스트링에 연결하기 위한 제 2 커플링 (105) 을 갖는 후방 단부 (103) 를 포함하는 상기 슬리브 형상 어댑터 보디 (101); 및 슬리브 형상 어댑터 보디 (101) 로부터 축선 (A) 에 관하여 실질적으로 반경방향으로 연장되는 복수의 안내 요소들 (106) 을 포함하고, 안내 요소들 (106) 은 축선 (A) 을 따라 어댑터 보디 길이 (L) 의 60% 이하를 따라 연장되고 어댑터 보디 (101) 의 상기 후방 단부 (103) 에 배치되며, 후방 단부 (103) 에서의 상기 안내 요소들 (106) 은, 상기 제 1 반경 (Rf) 과 실질적으로 동일한, 축선 (A) 으로부터 반경 방향으로 연장부 (Rr) 를 갖고, 축선 (A) 을 따라 전방 단부를 향해 곡선형, 직선형 또는 단계식 감소형 반경방향 연장부를 갖는다. 본 발명은 또한 가이드 어댑터를 포함하는 드릴 장치에 관한 것이다.

Description

가이드 어댑터

본 발명은 일반적으로 천공 드릴링 동안 드릴 비트를 안내하기 위한 가이드 어댑터, 및 상기 가이드 어댑터를 포함하는 드릴 장치에 관한 것이다.

건설 작업 섹터 및 광업 충격식 드릴링에서, 탑 해머 드릴링이 세장형 드릴 스트링 또는 케이블의 전방 단부에 배열된 드릴 비트를 이용하여 수직 보어 홀을 드릴링하기 위한 확립된 방법이다. 드릴링 동안, 유압 구동 피스톤으로부터의 해머링 충격이 드릴 스트링에 작용하여, 암석을 파괴하고 보어 홀을 생성하기 위해 필요한 힘을 가한다.

드릴 스트링의 길이는 드릴링 동안 보어 홀의 깊이가 증가함에 따라 드릴 스트링 로드를 더 추가함으로써 증가된다. 보어 홀의 깊이가 증가할 때, 보어 홀의 의도된 직선 방향으로부터의 이탈 위험도 증가한다. 이탈 관련 문제는 드릴 비트와 드릴 스트링 또는 케이블 사이에 가이드 어댑터를 추가하여 드릴 비트 및 드릴 스트링의 전방 단부에 추가적인 지지를 제공함으로써 감소될 수 있다. 가이드 어댑터의 일례가 US8051927B2 에 개시되어 있다.

그러나, 이탈 관련 문제를 증가시킴이 없이 드릴링 성능을 향상시킬 필요가 항상 존재한다.

위에서 언급한 요구 중 적어도 일부를 충족시키는 가이드 어댑터를 달성하는 것이 유리할 것이다. 이러한 관심사 중 하나 이상을 더 잘 다루기 위해, 독립 청구항에 규정된 바와 같은 가이드 어댑터가 제공된다. 바람직한 실시형태들은 종속 청구항들에서 규정된다.

충격식 드릴링 동안 드릴 비트를 안내하기 위한 가이드 어댑터는 드릴 비트와 축선 (A) 을 따라 연장되는 세장형 드릴 스트링 사이에 배치되도록 의도되고, 상기 드릴 비트는 축선 (A) 을 가로지르는 제 1 반경을 갖는다. 본 발명에 따른 가이드 어댑터는,

축선 (A) 을 따라 연장되도록 의도된 슬리브 형상 어댑터 보디로서, 가이드 어댑터를 드릴 비트에 연결하기 위한 제 1 커플링을 갖는 전방 단부 및 가이드 어댑터를 드릴 스트링에 연결하기 위한 제 2 커플링을 갖는 후방 단부를 포함하는 상기 슬리브 형상 어댑터 보디; 및

슬리브 형상 어댑터 보디로부터 축선 (A) 에 관하여 실질적으로 반경방향으로 연장되는 복수의 안내 요소들을 포함하고,

안내 요소들은 축선 (A) 을 따라 어댑터 보디 길이의 60% 이하를 따라 연장되고 어댑터 보디의 후방 단부에 배치되며, 후방 단부에서의 상기 안내 요소들은, 상기 제 1 반경과 실질적으로 동일한, 축선 (A) 으로부터 반경 방향으로 연장부를 갖고, 축선 (A) 을 따라 전방 단부를 향해 곡선형, 직선형 또는 단계식 감소형 반경방향 연장부를 갖는다.

본 발명에 따른 가이드 어댑터는, 가이드 어댑터의 후방 단부에 배열된 청구된 특징을 갖는 안내 요소들이 드릴 비트의 원하는 안내를 제공하는 동시에 가이드 어댑터의 중량을 감소 (드릴링 성능을 개선하는 데 상당히 유리함) 시킬 것이므로 유리하다. 안내 요소들의 특징적인 디자인은 안내 요소들의 후방 단부만이 보어 홀의 측벽과 접촉할 것이므로 안내 요소들과 보어 홀 사이의 마찰을 더 감소시키고, 이는 드릴링 성능을 더 개선한다. 가이드 어댑터의 후방 단부에서의 안내 요소들은 바람직하게는 드릴 비트의 최대 반경, 즉 제 1 반경과 실질적으로 동일한 축선 (A) 으로부터 반경 방향으로 연장부를 가져서, 가이드 어댑터의 안내 요소들은 보어 홀의 측벽들에 대한 지지를 제공하고 원하는 직선 보어 홀 방향으로부터의 이탈을 감소시킬 것이다.

가이드 어댑터의 일 실시형태에서, 가이드 어댑터는 실질적으로 동일한 형상 및 치수를 갖는 적어도 5 개의 안내 요소들을 포함한다. 이 실시형태는 5 개 이상의 안내 요소들이 드릴 비트의 매우 양호한 안내를 제공하고 이탈을 방지할 것이므로 유리하다.

가이드 어댑터의 일 실시형태에서, 안내 요소들은 실질적으로 직선형이고 슬리브 형상 어댑터 보디를 따라 축선 (A) 에 평행하게 연장된다. 이 실시형태는 안내 요소들이 직선형이며 축선 (A) 에 평행하기 때문에 효과적인 방식으로 제조될 수 있다.

가이드 어댑터의 일 실시형태에서, 안내 요소들은, 축선 (A) 을 가로지르는 평면에서, 슬리브 형상 어댑터 보디를 향해 배치된 베이스를 갖고, 상기 안내 요소들은 축선 (A) 으로부터 반경 방향으로 테이퍼진 형상을 가지며 외측 단부 표면에 의해 종료된다. 이러한 디자인을 갖는 안내 요소들은, 더 넓은 베이스가 가이드 어댑터 보디에 강한 결합을 제공하면서 테이퍼진 형상이 가이드 어댑터의 재료의 양, 결과적으로 중량을 줄이기 때문에 (이는 장치의 성능을 개선함), 보어 홀 내에 우수한 지지를 제공하고 드릴링 동안에 가해지는 하중에 매우 저항성이다.

가이드 어댑터의 일 실시형태에서, 외측 단부 표면은 축선 (A) 으로부터 외측 단부 표면까지의 반경에 대응하는 반경을 갖는 원호와 같은 형상이다. 곡선형 외측 단부 표면은 보어 홀의 측벽들에 대해 우수한 지지를 제공하고, 마모에 매우 저항성이다.

가이드 어댑터의 일 실시형태에서, 적어도 하나의 안내 요소의 외측 단부 표면의 적어도 일 영역이 경질 층에 의해 덮인다. 가이드 어댑터 보디 및 안내 요소들은 금속 재료로 만들어지고, 더 경질이며 더 내마모성인 재료의 도포된 경질 층이 가이드 어댑터의 수명을 증가시킨다.

가이드 어댑터의 일 실시형태에서, 경질 층은 축선 (A) 을 따라 전체 안내 요소들을 따라 외측 단부 표면들에 도포되어, 보어 홀 측벽을 마주하는 안내 요소의 전체 표면에 경질 층을 제공함으로써 가이드 어댑터의 수명을 증가시킨다. 경질 층은 가이드 어댑터 보디의 금속 재료보다 더 경질이며 더 내마모성인 재료의 층이다. 재료는 철계 합금, 코발트계 합금, 니켈계 합금, 내화성 금속, 초경합금, 금속 매트릭스 복합재 및/또는 크롬 탄화물 합금을 포함하는 재료이다. 이 상이한 대안적인 재료들은, 마모를 견딜 수 있고 가이드 어댑터의 교체 사이의 간격을 증가시킬 수 있는 보호 층을 제공한다. 경질 층은 가이드 어댑터의 안내 요소들의 원하는 보호를 제공하기 위해 0.1 내지 10 mm, 바람직하게는 0.1 내지 4 mm 의, 외측 단부 표면으로부터 수직 방향으로의 두께를 갖는다.

가이드 어댑터의 일 실시형태에서, 안내 요소들은 후방 단부 표면을 포함하고, 적어도 하나의 안내 요소의 후방 단부 표면은 후방 단부 표면 경질 층에 의해 덮인다. 보어 홀을 형성하기 위해 암반으로부터 제거된 재료가 보어 홀 내에 남아 있고 중력으로 인해 안내 요소의 후방 단부 표면에 내려앉는 경향이 있기 때문에, 후방 단부 표면은 마모에 노출된다. 안내 요소의 후방 단부가 후방 단부 표면 경질 층에 의해 보호되기 때문에, 후방 단부 표면 경질 층의 도포는 가이드 어댑터의 수명을 연장시킨다. 후방 단부 표면 경질 층은 0.1 내지 10 mm, 바람직하게는 0.1 내지 4 mm 의, 후방 단부 표면으로부터 수직 방향으로의 두께를 가지며, 안내 요소의 외측 단부 표면에 배치된 경질 층과 동일한 타입의 재료로 만들어진다.

가이드 어댑터의 일 실시형태에서, 후방 단부에서의 안내 요소들은, 상기 제 1 반경의 약 94 - 96 % 의 축선 (A) 으로부터 반경 방향으로 연장부를 갖고, 상기 제 1 반경의 약 89 - 91 % 의 안내 요소들의 전방 단부에서 반경방향 연장부를 갖는다. 이러한 디자인을 갖는 안내 요소들은 드릴 비트의 우수한 안내 및 원하는 드릴링 성능을 제공한다.

가이드 어댑터의 일 실시형태에서, 가이드 어댑터가 완전히 마모되어 교체될 필요가 있는 때를 나타내기 위해 안내 요소들 중 적어도 하나의 안내 요소의 외측 단부 표면에 마모 인디케이터가 배치된다. 이 실시형태는 드릴 비트의 원하는 안내를 보장하기 위해 조작자가 가이드 어댑터를 적시에 교체하는 것을 돕는다.

가이드 어댑터의 일 실시형태에서, 마모 인디케이터는 상단부 표면에 배치된 노치, 리세스 또는 절결부이고, 상기 노치, 리세스 또는 절결부는 가이드 어댑터가 완전히 마모되는 때 노치가 상단부 표면에서 더 이상 보이지 않도록 선택된 깊이를 갖는다. 이 실시형태는 조작자가 가이드 어댑터의 상태를 확인하고 필요한 경우 가이드 어댑터를 교체하는 것을 용이하게 한다.

가이드 어댑터의 일 실시형태에서, 축선 (A) 으로부터 마모 인디케이터까지의 거리가 가이드 어댑터의 후방 단부에서 축선 (A) 으로부터 반경 방향으로 안내 요소 연장부의 80 내지 99 % 의 범위 이내, 바람직하게는 가이드 어댑터의 후방 단부에서 축선 (A) 으로부터 반경 방향으로 안내 요소 연장부의 85 내지 95 % 의 범위 이내이다. 이 범위들은 드릴 비트의 원하는 안내를 보장하기 위해 가이드 어댑터가 적시에 교체되는 것을 보장하도록 선택된다.

가이드 어댑터의 일 실시형태에서, 안내 요소들은 축선 (A) 을 따라 어댑터 보디 길이 (L) 의 50% 이하를 따라, 대안적으로는 축선 (A) 을 따라 어댑터 보디 길이 (L) 의 40% 이하를 따라 연장된다. 이 길이들은 우수한 드릴링 성능과 함께 드릴 비트의 원하는 안내를 보장하도록 선택된다.

가이드 어댑터의 일 실시형태에서, 안내 요소들은 축선 (A) 을 따라 어댑터 보디 길이 (L) 의 10-60% 를 따라, 바람직하게는 축선 (A) 을 따라 어댑터 보디 길이 (L) 의 15-50% 를 따라, 더 바람직하게는 축선 (A) 을 따라 어댑터 보디 길이 (L) 의 20-40, 18-35% 를 따라 연장된다. 이 길이들은 드릴링 어셈블리의 중량을 감소시키는 것 (이는 침투 속도를 향상시킴) 과 가이드 어댑터의 사용 수명을 유지할 수 있는 충분한 길이를 갖는 것 사이에 최적의 균형을 달성하도록 선택된다. 길이가 이 범위 내에 있으면, 우수한 드릴링 성능과 함께 드릴 비트의 원하는 안내가 달성되는 것이 보장된다.

가이드 어댑터의 일 실시형태에서, 안내 요소들의 반경방향 연장부는 후방 단부로부터 전방 단부를 향하는 방향으로 감소하여, 안내 요소들이 축선 (A) 을 따라 볼록한 형상, 또는 축선 (A) 을 따라 축선 (A) 에 관하여 경사진 실질적으로 직선 형상을 가질 것이다.

본 발명은 또한 충격식 드릴링을 위한 드릴 장치에 관한 것으로, 이 장치는 드릴 스트링, 축선 (A) 을 가로지르는 제 1 반경을 갖는 드릴 비트, 및 이탈 위험을 줄이기 위하여 드릴 스트링과 드릴 비트 사이에 배치된 청구항 1 에 따른 가이드 어댑터를 포함한다.

본 발명은, 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시형태들의 다음의 예시적이고 비제한적인 상세한 설명을 통해 더 잘 이해될 것이다.

도 1 은 드릴 스트링 로드, 가이드 어댑터 및 드릴 비트를 포함하는 드릴 장치의 사시도, 및 드릴 스트링의 일 단부에 배치된 가이드 어댑터 및 드릴 비트와 드릴 스트링의 반대편 단부에 배치된 커플링의 확대도이다.
도 2 는 드릴 스트링 로드의 전방 단부, 가이드 어댑터 및 드릴 비트의 분해도이다.
도 3 은 가이드 어댑터의 일 실시형태의 사시도이다.
도 4 는 종방향 축선 (A) 을 가로지르는 가이드 어댑터의 단면도이다. 단면도의 위치는 도 3 에 화살표 (IV) 로 표시되어 있다.
도 5 는 가이드 어댑터의 중심을 통한 종방향 축선 (A) 에 평행한 가이드 어댑터의 단면도이다. 단면도의 위치는 도 3 에 화살표 (V) 로 표시되어 있다.
도 6 은 함께 끼워 맞춰진 드릴 비트 및 가이드 어댑터의 측면도이다.
모든 도면은 개략적이고 반드시 일정한 비율은 아니며, 일반적으로 본 발명을 설명하는데 필요한 부분들만 보여주며 다른 부분들은 생략되거나 단지 암시될 수 있다.

도 1 에는 본 발명에 따른 드릴 장치의 사시도가 도시되어 있다. 드릴 장치는 드릴 스트링 로드 (10), 본 발명에 따른 가이드 어댑터 (100) 및 드릴 비트 (20) 를 포함한다. 드릴 스트링 로드 (10) 는 종방향 축선 (A) (도 3 에 도시됨) 을 따라 연장되는 세장형 중간 섹션 (11) 을 포함한다. 도시된 실시형태에서, 중간 섹션의 일 단부에 수형 커플링 (12) 이 배치되고, 반대편 단부에 암형 커플링 (13) 이 배치된다. 수형 및 암형 커플링은 드릴 스트링 로드의 전방 단부에서 가이드 어댑터와 드릴 비트를 연결할 수 있게 하기 위한 것이고, 드릴 스트링 로드의 후방 단부에서 암형 커플링은 동일한 드릴 스트링 로드의 수형 커플링을 인접한 드릴 스트링 로드의 암형 커플링에 연결함으로써 원하는 길이를 갖는 드릴 스트링 (100) 을 형성하도록 추가의 드릴 스트링 로드들을 연결하기 위한 것이다. 드릴링 동안, 보어 홀의 깊이가 증가함에 따라 드릴 스트링 (100) 의 길이를 연장하도록 추가의 드릴 스트링 로드들 (10) 이 연결된다. 도시된 실시형태에서, 수형/암형 커플링이 예시되지만, 상이한 요구에 장치를 적응시키기 위해 다른 커플링 장치가 사용될 수도 있다.

드릴링 동안, 드릴 스트링 (10) 의 후방 단부는, 충격식 드릴링을 수행하기 위해 드릴 스트링, 가이드 어댑터 및 드릴 비트의 원하는 축방향 힘 및 회전을 제공하도록 배열된 유압 구동 피스톤 (미도시) 에 연결된다. 드릴 스트링 로드, 가이드 어댑터 및 드릴 비트의 디자인은 상이한 타입의 암석 재료로부터 유래하는 특정 요구 및 원하는 보어 홀 직경에 맞게 조정된다. 보어 홀 직경이 커질수록, 드릴링 동안 하중을 견딜 수 있도록 상이한 컴포넌트들의 치수가 커져야 한다.

드릴 스트링 로드는 상이한 방식으로 구현될 수 있고, 예를 들어, 요구되는 강도가 보장되는 한, 중간 섹션 (10) 은 원형, 직사각형, 오각형 또는 육각형 단면 형상을 가질 수 있다. 중간 섹션은 중실이거나, 드릴 스트링 로드를 통해 중간 섹션의 중앙에서 연장하는 통로를 포함하여, 드릴 스트링의 전방 단부에 배치된 드릴 비트까지 드릴 스트링을 통해 플러싱 매체의 유동을 허용하여, 드릴링 동안 암석으로부터 입자 및 자갈을 제거한다. 플러싱 매체는 예를 들어 공기, 물, 또는 공기와 물의 혼합물이다.

도 2 는 축선 (A) 을 따른 분해도를 도시하며, 드릴 스트링 로드 (10) 의 전방 단부, 가이드 어댑터 (100) 및 드릴 비트 (20) 가 상이한 컴포넌트들의 디자인을 보다 명확하게 보여주기 위해 서로 별개로 도시되어 있다. 중간 섹션 (11) 의 전방 단부에 배치된 수형 커플링 (12) 은 축선 (A) 을 따라 중간 섹션에 동축으로 연장되는 수형 스피곳 부분 (14) 을 포함한다. 도시된 실시형태에서, 수형 스피곳 부분 (14) 은 중간 섹션 (11) 과 실질적으로 동일한 반경을 갖지만, 치수는 스피곳 부분 (14) 및 중간 섹션을 상이한 요구에 맞게 조정하기 위해 변경될 수 있다. 수형 스피곳 부분 (14) 은 축선 (A) 을 따라 스피곳 부분의 전체 길이를 따라 연장되는 수나사 (15) 를 포함한다. 도 1 에 도시된 수형 커플링의 반대편 단부에서, 암형 커플링 (13) 이 중간 섹션 (11) 에 영구히 끼워 맞춰진다. 도 1 에 도시된 암형 커플링 (13) 은 수형 커플링 (12), 즉 수형 스피곳 부분 (14) 의 치수에 대응하는 형상 및 치수를 가져서, 드릴 스트링을 형성하도록 동일한 드릴 스트링 로드들 (10) 을 서로 연결하는 것을 가능하게 한다. 암형 커플링 (13) 은 중간 섹션에 동축으로 연장되는 슬리브 형상 요소 (16) 를 포함한다. 슬리브 형상 요소 (16) 는 수형 스피곳 부분의 수나사에 대응하는 암나사 (17) 를 갖는다.

가이드 어댑터 (100) 는 드릴 스트링 로드의 전방 단부에 부착되어, 드릴링 동안 드릴 비트 (20) 의 추가적인 안내를 제공하고 원하는 직선 보어 홀 방향으로부터의 이탈을 감소시킨다. 이하에서 본 발명에 따른 가이드 어댑터의 다른 실시형태들을 상세하게 설명한다.

가이드 어댑터의 상이한 실시형태들은 모두 축선 (A) 에 동축으로 연장되도록 의도된 슬리브 형상의 어댑터 보디 (101) 를 포함한다. 어댑터 보디는 가이드 어댑터 (100) 를 드릴 비트 (20) 에 연결하기 위한 제 1 커플링 (104) 을 갖는 전방 단부 (102), 및 가이드 어댑터 (100) 를 드릴 스트링 (10) 에 연결하기 위한 제 2 커플링 (105) 을 갖는 후방 단부 (103) 를 갖는다.

드릴 비트 (20) 는 제 1 커플링 요소 (104) 에 의해 가이드 어댑터 (100) 의 전방 단부 (102) 에 끼워 맞춰진다. 도시된 실시형태에서, 가이드 어댑터 (100) 의 제 1 커플링 (104) 은 수형 커플링이고, 드릴 비트 (20) 의 후방 단부 (28) 에는 대응하는 암형 커플링 (22) 이 드릴 비트 보디 (21) 내에 배치된다. 드릴 비트 보디 (21) 는 축선 (A) 에 동축으로 연장된다. 축선 (A) 을 따른 드릴 비트 보디 (21) 의 길이는 드릴 비트의 크기 및 의도된 용도에 의존한다. 드릴 비트의 전방 표면 (23) 은 실질적으로 편평하거나 볼록하다. 전방 표면 (23) 에는 여러 개의 버튼 (24) 이 배치된다. 버튼은 더 경질이며 더 저항성 있는 재료로 만들어지며, 드릴링 동안에 원하는 보어 홀을 형성하기 위한 것이다. 버튼은, 전방 표면의 주변부를 따른 버튼이 드릴 비트의 최대 반경, 즉 제 1 반경을 규정하도록, 그리고 결과적으로 드릴링이 개시될 때 드릴 비트의 보어 홀의 반경이 형성되도록 위치된다. 버튼을 위한 상이한 잘 알려진 적합한 재료들뿐만 아니라 당업계에 공지된 전방 표면 및 버튼의 다수의 상이한 레이아웃들 및 디자인들이 존재한다. 드릴 비트의 전방 표면 (24) 뒤에서, 드릴 비트 보디는 제 1 반경보다 축선 (A) 으로부터 반경방향 연장부가 더 작은 실질적으로 원형 단면 형상의 더 좁은 섹션 (30) 을 갖는다. 더 좁은 섹션 뒤에서, 드릴 비트 보디는 후방 섹션 (29) 을 포함한다. 후방 섹션 (29) 을 따라, 다수의 안내 리브 (31) 가 드릴 비트 보디로부터 실질적으로 반경 방향으로 연장된다. 안내 리브 (31) 는 드릴 비트 보디의 후방 섹션을 따라 축선 (A) 에 실질적으로 평행하게 연장되고, 드릴 비트의 제 1 반경, 즉 최대 반경보다 약간 작은 반경방향 연장부를 갖는다. 안내 리브는 원하는 직선 보어 방향으로부터의 이탈을 감소시키기 위해 보어 홀의 측벽에 대해 드릴 비트를 위한 지지를 제공하기 위한 것이다.

도 2, 도 3 및 도 5 에 도시된 가이드 어댑터 실시형태에서, 제 1 커플링 (104) 은 수형 커플링 요소 (110) 이고, 제 2 커플링 (105) 은 드릴 스트링 로드 (10) 의 전방 단부의 수형 커플링 (12) 에 대응하는 암형 커플링 요소 (111)이다. 슬리브 형상 어댑터 보디 (101) 는 축선 (A) 을 따라 길이 (L) 를 갖고, 슬리브 형상 어댑터 보디는 후방 절반부의 외부 반경보다 전방 절반부를 따라 약간 더 작은 외부 반경을 갖는다. 그러나, 어댑터 보디의 디자인은 가이드 어댑터를 상이한 요구에 맞게 조정하기 위해 여러 가지 다른 방식으로 수정될 수도 있다.

수형 커플링 요소 (110) 는 어댑터 보디 (101) 의 전방 단부 (102) 로부터 축선 (A) 에 동축으로 연장되는 수형 스피곳 부분 (112) 을 포함한다. 도시된 실시형태에서, 수형 스피곳 부분 (112) 은 어댑터 보디 (101) 의 전방 단부 (102) 보다 작은 반경을 갖는다. 수형 스피곳 부분 (112) 은 축선 (A) 을 따라 스피곳 부분의 전체 길이를 따라 연장되는 수나사 (113) 를 포함한다. 스피곳 부분은 축선 (A) 을 가로지르는 접촉 표면 (114) 에 의해 종료된다. 접촉 표면은 축방향 하중이 드릴 비트로부터 접촉 표면 (112) 을 통해 가이드 어댑터로 전달되도록 드릴 비트의 대응 표면에 대해 지탱하기 위한 것이다. 어댑터 보디 길이 (L) 는 가이드 어댑터, 즉 수형 커플링의 스피곳 부분을 포함하는 어댑터 보디의 총 길이로서 정의된다.

수형 커플링에 대한 어댑터 보디의 반대편 단부에서, 암형 커플링 (111) 은 어댑터 보디 (101) 의 후방 부분 내에 배치된다. 암형 커플링 (111) 은 가이드 어댑터 (100) 의 후방 단부로부터 어댑터 보디 내에서 축선 (A) 에 동축으로 연장되는 축선 (A) 을 가로지르는 원형 단면 형상을 갖는 리세스 (113) 로서 구현된다. 리세스의 반경은 수형 커플링 (12), 즉 드릴 스트링 로드의 수형 스피곳 부분 (14) 의 반경에 대응하여, 드릴 스트링 로드 (10) 의 전방 단부를 가이드 어댑터에 연결하는 것을 가능하게 한다. 암형 커플링은 수형 스피곳 부분 (14) 의 수나사 (15) 에 대응하는 암나사 (114) 를 갖는다.

드릴링 동안 드릴 비트의 원하는 안내를 제공하기 위해, 가이드 어댑터는 어댑터 보디의 후방 부분을 따라 연장되는 안내 요소 (106) 를 포함한다. 안내 요소의 디자인이 도 3, 도 4 및 도 5 에 도시되어 있다.

축선 (A) 을 가로지르는 평면에서, 안내 요소는 슬리브 형상 어댑터 보디 (101) 를 향해 배치된, 도 3 에 도시된 베이스 (115), 및 어댑터 보디로부터 연장되는 제 1 측면 (116) 과 제 2 측면 (117) 을 갖는다. 안내 요소는 축선 (A) 으로부터 반경 방향으로 테이퍼진 형상을 가지며, 제 1 측면과 제 2 측면 사이에 연장되는 외측 단부 표면 (107) 에 의해 종료된다. 외측 단부 표면 (107) 은 축선 (A) 으로부터 외측 단부 표면까지의 반경에 대응하는 반경을 갖는 원호와 같은 형상이다. 그러나, 제 1 측면, 제 2 측면 및 외측 단부 표면의 디자인은 많은 상이한 방식으로 수정될 수도 있다.

안내 요소들은 실질적으로 동일한 형상 및 치수를 갖고 어댑터 보디의 주변부 주위에 서로로부터 일정한 거리로 나란히 배열된다. 안내 요소들은 축선 (A) 에 실질적으로 평행하게 어댑터 보디의 후방 단부 (103) 를 따라 연장된다.

가이드 어댑터의 후방 단부 내의 안내 요소들 (106) 은 드릴 비트의 최대 반경 (Rf) 에 대응하는 축선 (A) 으로부터 반경 방향으로의 연장부 및 첨부 도면에 도시된 축선 (A) 을 따라 전방 단부를 향해 곡선형, 직선형 또는 단계식 감소형 반경방향 연장부를 갖는다.

드릴 비트의 원하는 안내를 제공하기 위해, 드릴 비트 및 가이드 어댑터의 치수들이 서로 대응하는 것이 필수적이며, 도 6 에서는 드릴 비트 및 대응하는 가이드 어댑터의 반경방향 연장부들이 도시되어 있다. 드릴 비트는 많은 상이한 방식으로 구현될 수 있지만, 드릴 비트의 본질적인 특징은 드릴링이 개시되면 형성된 보어 홀의 치수를 결정할 드릴 비트의 최대 반경, 즉 제 1 반경 (Rf) 이다. 설명된 드릴 비트와 조합하여 사용되도록 의도된 본 발명에 따른 가이드 어댑터는 바람직하게는 상기 제 1 반경 (Rf), 즉 가이드 어댑터와 조합하여 사용되도록 의도된 드릴 비트의 최대 반경의 약 94 - 96 % 의 후방 단부에서 축선 (A) 으로부터 반경방향 연장부 (Rr) 를 갖는 안내 요소 (106) 를 갖는다.

안내 요소의 반경방향 연장부가 가이드 어댑터의 전방 단부를 향해 감소되기 때문에, 안내 요소의 전방 단부에서 안내 요소의 반경방향 연장부 (Rm) 는 상기 제 1 반경 (Rf), 즉 가이드 어댑터와 조합하여 사용되도록 의도된 드릴 비트의 최대 반경의 약 89 - 91 % 이다.

도 6 의 안내 요소 (106) 의 반경방향 연장부는 후방 단부로부터 전방 단부를 향하는 방향으로 감소하여, 안내 요소가 축선 (A) 을 따라 볼록한 형상을 가질 것이다. 안내 요소의 감소하는 반경방향 연장부는 또한 안내 요소의 테이퍼진 형상으로 인해 외측 단부 표면이 축선 (A) 을 가로질러 약간 더 넓어질 것이라는 결과를 초래한다. 안내 요소 반경방향 연장부가 축선 (A) 을 따라 축선 (A) 에 관하여 비스듬한 실질적으로 직선 형상을 따라 감소한다면 동일한 결과가 또한 적용될 것이다. 가이드 어댑터의 도시된 실시형태에서, 안내 요소 (106) 의 전방 단부와 슬리브 형상 어댑터 보디 (101) 사이에 매끄러운 전이부를 형성하도록 안내 요소의 전방 단부에 인접한 전이 섹션 (124) 이 형성된다.

현재 시판되는 다양한 크기의 드릴 비트가 다수 존재하고, 따라서 드릴 장치의 원하는 성능을 보장하기 위해 대응하는 가이드 어댑터가 요구될 것이다.

각각의 안내 요소는 후방 단부 표면 (109) 을 더 포함한다. 가이드 어댑터의 도시된 실시형태에서, 후방 표면은 보어 홀으로부터 입자 또는 자갈의 운반을 용이하게 하기 위해 축선 (A) 을 가로지르는 편평한 표면 대신에 물결형 (undulating) 형상을 갖는다. 단부 표면은 안내 요소를 상이한 조건에 맞게 조정하기 위해 여러 방식으로 수정될 수 있다.

가이드 어댑터의 수명을 연장하기 위해, 드릴링 동안에 심각한 마모에 노출된 표면들은 안내 요소들의 외측 단부 표면들 (107) 에 도포된 추가적인 보호 경질 층 (108) 에 의해 덮일 수 있는데, 이는 이 표면들이 드릴 비트를 안내하기 위해 보어 홀의 벽과 접촉할 것이기 때문이다. 가이드 어댑터는 금속 재료로 제조되고, 하나 이상의 안내 요소의 외측 단부 표면의 제한된 영역 또는 전체 외측 단부 표면이 더 내마모성인 경질 층으로 덮인다. 바람직하게는, 모든 안내 요소가 유사한 특성을 갖는 것을 보장하기 위해 모든 외측 단부 표면이 경질 층 (108) 에 의해 덮인다.

또한, 하나 이상의 안내 요소의 후방 단부 표면 (109) 은 후방 단부 표면 경질 층 (122) 에 의해 덮일 수 있다.

가이드 어댑터의 노출된 표면이 장기간 동안 마모를 견디는 것을 가능하게 하기 위해, 경질 층 (108, 122) 은 가이드 어댑터의 금속 재료보다 더 경질이며 더 내마모성인 재료로 제조된다.

외측 단부 표면 (107) 및 후방 단부 표면 (109) 상의 도포된 경질 층은 0.1 내지 10 mm 의 범위 내에서 덮인 표면에 수직인 방향으로 두께를 갖는다. 경질 층 두께는 전체 덮인 영역에 걸쳐 일정하거나, 마모 위험이 더 큰 곳에 더 두꺼운 층이 도포되도록 조정된다.

더 경질이며 더 내마모성인 재료의 층은 상이한 타입의 재료일 수도 있다. 재료의 예가 원하는 특성을 갖는 철계 합금, 코발트계 합금, 니켈계 합금, 내화성 금속, 초경합금, 금속 매트릭스 복합재 및/또는 크롬 탄화물 합금을 포함하는 재료이다. 다른 재료도 또한 가능하다.

더 경질이며 더 내마모성인 재료의 층을 도포하는 기술은 종종 "하드페이싱 (hardfacing)" 이라고 지칭된다. 하드페이싱은 더 경질의 또는 더 인성의 재료가 베이스 금속에 도포되는 금속 가공 공정이다. 도포된 재료가 베이스 재료에 부착되는 것을 보장하기 위해, 재료는 베이스 재료에 종종 용접된다. 대안적인 방법은 보호 층을 필요로 하는 제품 표면에 용접되는 분말 금속 합금의 사용을 수반한다.

가이드 어댑터 (100) 는 가이드 어댑터가 완전히 마모되어 교체될 필요가 있는 때를 나타내기 위해 적어도 하나의 안내 요소 (106) 의 외측 단부 표면 (107) 에 배치된 마모 인디케이터 (120) 를 더 포함한다. 마모 인디케이터는 조작자가 검사하기 용이한 상단부 표면을 따라 어딘가에 상단부 표면 (107) 에 배치된 노치 (120), 리세스 또는 절결부이다. 바람직하게는, 노치 (120), 리세스 또는 절결부는 안내 요소의 반경방향 연장부가 더 작은 안내 요소 (106) 의 전방 단부에 가깝게 배치되어, 보어 홀으로부터의 안내 요소의 부하가 가이드 어댑터의 후방 단부에서보다 더 작아서, 안내 요소의 강도가 영향을 받는 것을 방지한다. 노치, 리세스 또는 절결부는 가이드 어댑터 (100) 가 완전히 마모되는 때 상단부 표면 (107) 에서 노치가 더 이상 보이지 않도록 선택된 깊이를 갖는다. 마모 인디케이터의 깊이는 마모 인디케이터의 저부가 가이드 어댑터의 후방 단부에서 축선 (A) 으로부터 반경방향 안내 요소 연장부 (Rr) 의 80 내지 99 % 의 범위 내의 반경방향 연장부 (Rw) 를 갖도록 선택된다. 마모 인디케이터의 바람직한 실시형태에서, 깊이는 가이드 어댑터의 후방 단부에서 축선 (A) 으로부터 반경방향 안내 요소 연장부 (Rr) 의 85 내지 95 % 의 범위 이내이다.

도면 및 이상의 설명에서 본 발명을 상세히 도시하고 설명하였지만, 이러한 도시 및 설명은 실례이거나 모범적인 것이며 제한적이지 않다고 고려되어야 하며; 본 발명은 개시된 실시형태로 제한되지 않는다. 당업자는 첨부된 청구범위에 규정된 바와 같은 범위 내에서 많은 수정, 변형 및 변경을 생각할 수 있다는 것을 이해한다.

부가적으로, 당업자는 청구된 발명을 실시함에 있어 도면, 개시 내용 및 첨부된 청구항들의 검토로부터, 개시된 실시형태에 대한 변형을 이해하고 수행할 수 있다. 청구항에서, 단어 "포함하는" 은 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 단수 표현은 복수를 배제하지 않는다. 특정 조치들이 서로 다른 종속항들에서 언급된다는 단순한 사실이, 이 조치들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다. 청구항에서의 임의의 도면 부호는 청구항의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (15)

1. 충격식 드릴링 동안 드릴 비트를 안내하기 위한 가이드 어댑터 (100) 로서,
   상기 가이드 어댑터는 상기 드릴 비트 (20) 와 축선 (A) 을 따라 연장되는 세장형 드릴 스트링 (10) 사이에 배치되도록 의도되고,
   상기 드릴 비트 (20) 는 축선 (A) 을 가로지르는 제 1 반경 (Rf) 을 가지며,
   상기 가이드 어댑터 (100) 는,
   축선 (A) 을 따라 연장되도록 의도된 슬리브 형상 어댑터 보디 (101) 로서, 상기 가이드 어댑터를 상기 드릴 비트에 연결하기 위한 제 1 커플링 (104) 을 갖는 전방 단부 (102) 및 상기 가이드 어댑터 (100) 를 상기 드릴 스트링에 연결하기 위한 제 2 커플링 (105) 을 갖는 후방 단부 (103) 를 포함하는 상기 슬리브 형상 어댑터 보디 (101); 및
   상기 슬리브 형상 어댑터 보디 (101) 로부터 축선 (A) 에 관하여 실질적으로 반경방향으로 연장되는 복수의 안내 요소들 (106) 을 포함하고,
   상기 안내 요소들 (106) 은 축선 (A) 을 따라 어댑터 보디 길이 (L) 의 60% 이하를 따라 연장되고, 상기 어댑터 보디 (101) 의 상기 후방 단부 (103) 에 배치되며,
   상기 후방 단부 (103) 에서의 상기 안내 요소들 (106) 은, 상기 제 1 반경 (Rf) 과 실질적으로 동일한, 축선 (A) 으로부터 반경 방향으로 연장부 (Rr) 를 갖고, 축선 (A) 을 따라 상기 전방 단부를 향해 곡선형, 직선형 또는 단계식 감소형 반경방향 연장부를 갖는, 가이드 어댑터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 가이드 어댑터 (100) 는 실질적으로 동일한 형상 및 치수를 갖는 적어도 5 개의 안내 요소들 (106) 을 포함하는, 가이드 어댑터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 안내 요소들 (106) 은 실질적으로 직선형이고 상기 슬리브 형상 어댑터 보디 (101) 를 따라 축선 (A) 에 평행하게 연장되는, 가이드 어댑터.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 안내 요소들 (106) 은, 축선 (A) 을 가로지르는 평면에서, 상기 슬리브 형상 어댑터 보디 (101) 를 향해 배치된 베이스를 갖고, 상기 안내 요소들 (106) 은 축선 (A) 으로부터 반경 방향으로 테이퍼진 형상을 가지며 외측 단부 표면 (107) 에 의해 종료되는, 가이드 어댑터.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 외측 단부 표면 (107) 은 축선 (A) 으로부터 외측 단부 표면 (107) 까지의 반경에 대응하는 반경을 갖는 원호와 같은 형상인, 가이드 어댑터.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   적어도 하나의 안내 요소 (106) 의 외측 단부 표면 (107) 의 적어도 일 영역이 경질 층 (108) 에 의해 덮이는, 가이드 어댑터.
7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   경질 층 (108) 은 축선 (A) 을 따라 전체 안내 요소들을 따라 외측 단부 표면들 (107) 상에 도포되는, 가이드 어댑터.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 안내 요소들 (106) 은 후방 단부 표면 (109) 을 포함하고, 적어도 하나의 안내 요소의 후방 단부 표면은 후방 단부 표면 경질 층 (110) 에 의해 덮이는, 가이드 어댑터.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 후방 단부 (103) 에서의 상기 안내 요소들 (106) 은, 상기 제 1 반경 (Rf) 의 약 94 - 96 % 의 축선 (A) 으로부터 반경 방향으로 연장부 (Rr) 를 갖고, 상기 제 1 반경 (Rf) 의 약 89 - 91 % 의 안내 요소들의 전방 단부에서 반경방향 연장부 (Rm) 를 갖는, 가이드 어댑터.
10. 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드 어댑터 (4) 가 완전히 마모되어 교체될 필요가 있는 때를 나타내기 위해 상기 안내 요소들 (106) 중 적어도 하나의 안내 요소의 외측 단부 표면 (107) 에 마모 인디케이터 (120) 가 배치되는, 가이드 어댑터.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 마모 인디케이터는 상단부 표면 (107) 에 배치된 노치 (120), 리세스 또는 절결부이고, 상기 노치, 리세스 또는 절결부는 상기 가이드 어댑터 (100) 가 완전히 마모되는 때 상기 노치가 상기 상단부 표면 (107) 에서 더 이상 보이지 않도록 선택된 깊이를 갖는, 가이드 어댑터.
12. 제 10 항에 있어서,
    축선 (A) 으로부터 상기 마모 인디케이터까지의 거리 (Rw) 가 상기 가이드 어댑터의 후방 단부에서 축선 (A) 으로부터 반경 방향으로 안내 요소 연장부 (Rr) 의 80 내지 99 % 의 범위 이내, 바람직하게는 상기 가이드 어댑터의 후방 단부에서 축선 (A) 으로부터 반경 방향으로 안내 요소 연장부 (Rr) 의 85 내지 95 % 의 범위 이내인, 가이드 어댑터.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안내 요소들 (106) 은 축선 (A) 을 따라 어댑터 보디 길이 (L) 의 50% 이하를 따라, 대안적으로는 축선 (A) 을 따라 어댑터 보디 길이 (L) 의 40% 이하를 따라 연장되는, 가이드 어댑터.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안내 요소들 (106) 의 반경방향 연장부는 후방 단부로부터 전방 단부를 향하는 방향으로 감소하여, 상기 안내 요소들이 축선 (A) 을 따라 볼록한 형상, 또는 축선 (A) 을 따라 축선 (A) 에 관하여 경사진 실질적으로 직선 형상을 갖는, 가이드 어댑터.
15. 드릴 스트링 (10),
    축선 (A) 을 가로지르는 제 1 반경 (R1) 을 갖는 드릴 비트 (20), 및
    이탈 위험을 감소시키기 위해 상기 드릴 스트링과 상기 드릴 비트 사이에 배치된 제 1 항에 따른 가이드 어댑터 (100)
    를 포함하는, 충격식 드릴링을 위한 드릴 장치.

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