KR20220044740A - 역순환 해머용 리턴 배기 어셈블리 - Google Patents

Abstract

역순환 해머(H)용 리턴 배기 어셈블리(50)는 제 1 및 제 2 단부, 및 제 1 단부(54)에 또는 그 근처에 시트(56)를 갖는 리턴 튜브(52)를 포함한다. 배기 슬리브(58)는, 시트(56)에 안착되고 탄성적으로 지지되는 부분(60), 및 상기 부분(60)의 먼 쪽에서 배기 슬리브(58)의 단부(64)로 연장되어 이를 포함하는 부분(62)을 가진다. 상기 부분(60)은 상기 시트(56)의 하부구멍 단부로부터 상기 배기 슬리브(58)의 먼 쪽 단부(64)까지 상기 리턴 튜브(52)와 상기 슬리브(58) 사이에 형성된 환형 간극(66)을 갖는 리턴 튜브(52)의 길이를 에워싼다. 이러한 배열은 상대적인 이동, 따라서 배기 슬리브(58)와 리턴 튜브 사이의 어는 정도의 부정합을 가능케 한다.

Description

역순환 해머용 리턴 배기 어셈블리

역순환 해머(reverse circulation hammer: 이하 'RC 해머'로도 칭함)용 리턴 배기 어셈블리(return exhaust assembly)를 개시한다.

역순환(RC) 해머는 땅에 구멍을 굴착하는 데 사용된다. 이러한 해머는 다른 구성 요소들 중에서 드릴 비트, 피스톤 및 내부 튜브로 구성된다. 공기 또는 물과 같은 압축 또는 가압된 유체를 사용하여 내부 튜브를 따라 피스톤을 왕복시켜서 드릴 비트를 주기적으로 타격할 수 있다. 드릴 비트에 가해지는 피스톤의 충격이 지면으로 전달되어 암석의 파쇄를 야기한다. 피스톤을 구동하는 데 사용되는 유체는 구멍의 발치에서부터 굴착 암설물(drill cuttings)을 운반하면서 내부 튜브 위로 다시 흘러 표면으로 흐른다. 이러한 방식으로, 상기 RC 해머는 다이아몬드나 코어 드릴보다 훨씬 짧은 시간에 연속적인 시료 수집을 제공할 수 있다.

전술한 배경 기술은 여기에 개시된 바와 같은 리턴 배기 어셈블리의 응용에만 한정하는 것을 의도하지는 않는다.

광범위하고 일반적인 관점에서, 리턴 튜브(return tube) 및 배기 슬리브(exhaust sleeve)를 포함하는 리턴 배기 어셈블리가 개시되며, 상기 리턴 튜브는 상기 리턴 배기 어셈블리를 일체로 포함하는 역순환 해머의 작동 중 일정 정도의 축 방향 부정합(axial misalignment)을 허용하는 방식으로 안착 된다. 실제로 배기 슬리브와 내부 튜브 사이에는 탄력적이거나 유동적인 커플링이 존재한다. 이러한 디자인은 내부 튜브의 정밀한 정렬의 필요성을 제거하며, 그것이 RC 해머 비트의 베어링 면과 배기 슬리브의 내부 면에서의 베어링 사이에서 유동하는 것을 가능하게 한다. 이것이 없을 경우, 피스톤의 파손과 해머의 고장을 빠르게 초래하는 왕복 피스톤의 열 체킹(heat checking)을 피하기 위한 정밀한 정렬이 필요하다.

이러한 부정합을 제공하는 능력은 내부 튜브와 리턴 배기 어셈블리의 배기 슬리브 사이에 환형 간극(annular gap) 또는 통로를 제공함으로써 촉진된다. 상기한 환형 간극 또는 통로는 유체 바이패스(fluid bypass)를 형성하여 오퍼레이터가 RC 해머의 피스톤을 구동하는 데 사용되는 유체의 양을 변경시키거나 제어하여 피스톤을 바이패스하여 해머 비트에 대한 피스톤의 타격력을 감소시킬 수 있다. 이러한 바이패스 흐름은 굴착되고 있는 구멍으로 전달되고, 굴착 암설물(drill cuttings)을 해머 비트의 포트와 내부 튜브의 내부를 통해 표면으로 다시 운반하는 데 사용된다. 피스톤 구동과 바이패스를 통한 흐름 사이에서 분리되는 유체의 비율은 지면 조건에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 진흙을 굴착하는 경우에는, 해머 비트에 대한 충격력을 줄이고 바이패스로의 흐름을 증가시켜 해머의 리턴 시스템이 막힐 위험을 최소화하는 것이 바람직할 수 있다.

제 1 측면에 있어, 역순환 해머(reverse circulation hammer)용 리턴 배기 어셈블리가 개시되는바, 상기 리턴 배기 어셈블리는:

제 1 단부 및 제 2 단부, 및 상기 제 1 단부에 또는 그 근처에 시트(seat)를 갖는 리턴 튜브(return tube);

상기 시트 상에 안착되어 탄성적으로 지지되는 부분, 및 상기 부분의 먼 쪽에서의 배기 슬리브의 하부구멍 단부로 연장되고 이를 포함하는 일부분을 갖는 배기 슬리브(exhaust sleeve)를 포함하되, 여기서 상기 일부분은 리턴 튜브 및 배기 슬리브 사이에 형성된 환형 간극으로 리턴 튜브의 길이를 상기 시트에서 배기 슬리브의 하부구멍 단부까지 에워싼다.

제 2 측면에 있어, 역순환 해머용 리턴 배기 어셈블리가 개시되는바, 상기 리턴 배기 어셈블리는:

제 1 단부, 제 2 단부, 및 상기 제 1 단부 또는 그 근처에 시트를 갖는 리턴 튜브;

상부구멍(up hole) 단부 및 하부구멍(downhole) 단부를 가지는 배기 슬리브를 포함하되, 상기 배기 슬리브는 상기 배기 슬리브의 부분의 내주 표면이 상기 시트에 방사상으로 인접한 상태에서 상기 리턴 튜브 둘레에 장착되고, 상기 배기 슬리브는 배기 슬리브의 하부구멍 단부로 연장되는 일부분을 가지며;

상기 배기 슬리브의 상부구멍 및 하부구멍 단부들은 상기 리턴 튜브의 제 1 및 제 2 단부들의 안쪽에 위치하며, 상기 리턴 튜브와 슬리브 사이에는 상기 시트로부터 상기 배기 슬리브의 하부구멍 단부에까지 환형 간극(annular clearance)이 형성된다.

일 실시 예에서, 리턴 배기 어셈블리는 상기 시트와 상기 부분 사이에 위치된 하나 또는 다수의 탄성 요소들을 포함하되, 상기 하나 또는 다수의 탄성 요소들은 상기 시트를 가로지르는 유체의 흐름을 방지하기 위해 유체 씰을 형성한다.

일 실시 예에서, 상기 리턴 튜브, 상기 배기 슬리브, 상기 환형 간극 및 상기 하나 또는 다수의 탄성 요소들은 슬리브에서의 리턴 튜브 사이의 어느 정도의 축 방향 부정합(axial misalignment)을 가능하게 한다.

일 실시 예에서, 상기 부분 및 상기 시트는 상기 배기 슬리브의 부분이 배기 슬리브의 전체 길이의 50% 미만에 대해 상기 시트 위에 놓이도록 상대적으로 치수가 설정된다.

일 실시 예에서, 상기 부분 및 상기 시트는 상기 배기 슬리브의 부분이 배기 슬리브의 전체 길이의 20% 미만에 대해 상기 시트 위에 놓이도록 상대적으로 치수가 설정된다.

일 실시 예에서, 상기 시트는 제 1 외경을 가지며, 상기 리턴 튜브의 길이는 상기 제 1 외경보다 작은 제 2 외경을 갖는다.

일 실시 예에서, 상기 시트는 리턴 튜브의 제 1 단부의 내부에 형성되고, 숄더가 상기 시트와 상기 제 1 단부 사이에 형성되며, 상기 숄더는 상기 제 1 단부를 향하는 방향으로 상기 리턴 튜브에 대해 상기 배기 슬리브의 축 방향 변위를 위한 접합부(abutment)를 형성한다.

일 실시 예에서, 상기 부분은 상기 숄더를 넘어서 방사상으로 연장되는 외경을 갖는다.

일 실시 예에서, 상기 배기 슬리브는 배기 슬리브의 외주 표면의 일 측면 상의 영역과 상기 환형 간극 사이의 유체 연통을 가능하게 하는 하나 또는 다수의 포트들을 포함한다.

일 실시 예에서, 상기 리턴 배기 어셈블리는 상기 초크 링의 내주 표면과 상기 초크 링의 외면 사이에서 유체가 흐르도록 하는 유체 유동 매니폴드(fluid flow manifold)를 갖는 상기 초크 링(choke ring)을 포함하고, 상기 초크 링은 유체 연통을 가능케 하기 위해 매니폴드가 포트들로 기록하는(register with the ports) 제 1 방향, 및 유체 연통을 차단하기 위해 상기 초크 링이 포트들을 덮는 제 2 방향으로, 상기 배기 슬리브의 상기 부분 위에 배치될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 배기 슬리브의 하부구멍 단부에는 점진적으로 감소하는 외경이 제공된다.

일 실시 예에서, 상기 배기 슬리브는 배기 슬리브의 부분의 내주 표면에 형성된 하나 또는 다수의 이격된 환형 홈들(annular grooves)을 포함한다.

일 실시 예에서, 상기 리턴 배기 어셈블리는 상기 리턴 튜브가 제조되는 물질보다 내마모성이 더 높은 물질로 제조되는 제 2 튜브를 포함하되, 상기 제 2 튜브는 제 2 단부에서 상기 리턴 튜브와 결합되고, 상기 제 2 튜브의 내주 표면은 제 2 단부에서 제 1 단부를 향하는 방향으로 흐르는 물질에 대해 접촉 면을 형성한다.

일 실시 예에서, 상기 제 2 튜브는, (a) 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 환형 접촉 면, (b) 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 내주 접촉 면, 또는 (c) 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 환형 및 초기 내주 접촉 면 중 어느 하나를 형성하도록 구성된다.

일 실시 예에서, 상기 제 2 튜브는 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 환형 접촉 면을 형성하는 원주상 립(circumferential lip)을 포함한다.

일 실시 예에서, 상기 샘플 튜브는 상기 제 2 튜브의 상부구멍 단부에 인접한 위치에서 직경 D1의 내주 표면을 가지며, 또한 상기 제 2 튜브는 직경 D3를 갖는 내주 표면을 가지며, 여기서 D3 ≤ D1이다.

일 실시 예에서, D3 < D1이고, 상기 제 2 튜브의 상부구멍 단부에 인접한 위치에서 D1과 D3 사이에 계단형 전이(stepped transition)가 존재한다.

일 실시 예에서, 상기 제 2 튜브는 상기 리터 튜브의 내부에 위치된 부분을 포함한다.

제 3 측면에 있어, 역순환 해머가 제공되는바, 상기 역순환 해머는:

해머 비트(hammer bit);

피스톤;

상기 제 1 측면 또는 제 2 측면에 따른 리턴 배기 어셈블리(return exhaust assembly)를 포함하되, 상기 리턴 튜브는 피스톤을 통과하고, 상기 리턴 튜브의 제 2 단부는 상기 해머 비트 내에 위치하고, 그리고 상기 배기 슬리브는 적어도 상기 피스톤이 그의 스트로크의 정점부에 있을 때 피스폰 안으로 연장되며; 및

상기 피스톤의 상류 측에서 상기 리턴 튜브와 상기 배기 슬리브 사이에 형성된 바이패스 입구(bypass inlet)를 포함하되, 상기 바이패스 입구는 역순환 해머를위한 구동 유체의 소스와 환형 간극 사이에 유체 소통을 제공하고, 상기 환형 간극은 피스톤 구동으로부터 피스톤의 하류 측 출구를 향하여 구동 유체의 일부분을 바이패스하도록 구성된 바이패스 통로를 형성하되, 상기 구동 유체의 바이패스 부분은 역순환 해머의 작동에 의해 형성되는 구멍 안으로 유입한다.

일 실시 예에서, 상기 역순환 해머는, 상기 피스톤의 상류 측에서 상기 리턴 튜브와 상기 배기 슬리브 사이에 형성된 바이패스 입구를 포함하며, 상기 바이패스 입구는 역순환 해머용 구동 유체의 소스와 환형 간극 사이에 유체 소통을 제공하고, 상기 환형 간극은 피스톤 구동으로부터 피스톤의 하류 측 출구를 향하여 구동 유체의 일부분을 바이패스하도록 구성된 바이패스 통로를 형성하되, 상기 구동 유체의 바이패스 부분은 역순환 해머의 작동에 의해 형성된 구멍 안으로 유입하도록 구성된다.

일 실시 예에서, 상기 역순환 해머는 피스톤을 구동하기 위해 제공된 구동 유체의 흐름과 바이패스 입구로 들어가는 구동 유체의 흐름의 비율을 사용자가 변경할 수 있도록 하기 위해 상기 바이패스 입구와 작동적으로 연관된 조절 메커니즘을 포함한다.

제 4 측면에 있어, 역순환 해머용 리턴 튜브가 개시되는바, 상기 리턴 튜브는, 제 1 및 제 2 대향 단부들을 갖는 제 1 튜브로서, 역순환 해머에 설치될 때 상기 제 2 단부가 상기 제 1 단부의 하부구멍에 위치하는 제 1 튜브; 및 나머지 제 1 튜브가 만들어지는 물질보다 더 높은 내마모성을 갖는 물질로 만들어진 하부구멍 부분을 포함하되, 상기 하부구멍 부분은 상기 제 2 단부로부터 상기 제 1 단부를 향하는 방향으로 흐르는 물질을 위한 리턴 튜브의 초기 내부 접촉 면을 형성한다.

제 5 측면에 있어, 역순환 해머용 리턴 튜브가 개시되는바, 상기 리턴 튜브는, 제 1 및 제 2 대향 단부들을 갖는 제 1 튜브로서, 역순환 해머에 설치될 때 상기 제 2 단부가 상기 제 1 단부의 하부구멍에 위치하는 제 1 튜브; 및 상기 제 1 튜브가 만들어지는 물질보다 더 높은 내마모성을 갖는 물질로 만들어지는 제 2 튜브를 포함하되, 상기 제 2 튜브는 상기 제 2 단부에서 상기 제 1 튜브에 결합되며, 상기 제 2 튜브의 내주 표면은 상기 제 2 단부로부터 상기 제 1 단부를 향하는 방향으로 흐르는 물질에 대해 상기 리턴 튜브의 초기 내부 접촉 면을 형성한다.

일 실시 예에 있어, 상기 제 2 튜브는, (a) 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 환형 접촉 면, (b) 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 내주 접촉 면, 또는 (c) 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 환형 및 초기 내주 접촉 면 중의 어느 하나를 형성하도록 구성된다.

일 실시 예에 있어, 상기 제 2 튜브는 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 환형 접촉 면을 형성하는 원주상 립을 포함한다.

일 실시 예에 있어, 샘플 튜브는 상기 하부구멍 부분의 상부구멍 단부에 인접한 위치에서 직경 D1의 내주 표면을 가지며, 또한 상기 하부구멍 부분은 직경 D3를 갖는 내주 표면을 가지며, 여기서 D3 ≤ D1이다.

일 실시 예에 있어, D3 < D1이고, 상기 하부구멍 부분의 상부구멍 단부에 인접한 위치에서 D1과 D3 사이에 계단형 전이가 존재한다.

일 실시 예에 있어, 상기 제 2 튜브는 상기 제 1 튜브의 내부에 위치된 부분을 포함한다.

일 실시 예에 있어, 상기 제 1 튜브는 제 2 단부로 이어지는 증가된 내경 부분을 갖도록 형성되어 제 2 튜브에 대한 원주상 시트를 형성한다.

일 실시 예에 있어, 상기 증가된 내경 부분은 상기 제 1 튜브의 2개 또는 그 이상의 연속적인 부분들 중 하나이고, 여기서 제 2 단부를 향한 방향에서 연속적인 부분들의 내경은 증가된 내경을 갖는다.

이하, 전술한 바와 같은 리턴 배기 어셈블리의 범위에 속할 수 있는 임의의 다른 형태들에도 불구하고, 특정한 실시 예들이 첨부한 도면들을 참조하여 단지 예로서 기술될 것이다.
도 1은 종래 기술의 역순환 해머의 단면도이다.
도 2는 개시된 리턴 배기 어셈블리의 실시 예의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 리턴 배기 어셈블리의 일부의 확대도이다.
도 4는 개시된 리턴 배기 어셈블리의 실시 예를 일체로 포함하는 역순환 해머의 일부의 단면도이다.
도 5는 리턴 배기 어셈블리의 일 실시 예에 통합된 리턴 튜브의 하단부의 단면도이다.
도 6은 리턴 배기 어셈블리의 제 2 실시 예의 하단부의 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 제 2 실시 예의 하단부의 사시도이다.

특정 실시 예에 대해 설명하기 위한 전후관계를 제공하기 위하여, 종래 기술의 RC 해머(10)의 종방향 단면을 도시하는 도 1을 참조하여 종래 기술의 역순환(RC) 해머의 주요 특징 및 작동에 대하여 설명이 제공된다.

상기 해머(10)는 상부구멍 또는 상류측 단부(14) 및 하부구멍 또는 하류측 단부(16)를 구비하는 외부 케이스(12)를 갖는다. 포팅 슬리브(porting sleeve)(18)가 케이스(12)의 상부구멍 단부(14)에 연결되고 서브(sub)(20)가 포팅 슬리브 및 드릴 스트링(도시되지 않음) 사이에 연결된다. 상기 포팅 슬리브(18)의 하부구멍 부분(19)은 해머 구동(또는 작동) 유체를 해머의 작업 챔버로 안내한다. 구동 유체는 공기와 같은 압축가스 또는 물이나 진흙과 같은 가압 액체일 수 있다. 해머 비트(22)는 구동 서브(24)에 의해 케이스(12)의 하부구멍 단부(16)에 슬라이딩 가능하게 결합된다. 슈라우드(shroud)(25)가 비트(22)의 헤드(26)의 외주 표면을 둘러싸고 구동 서브(24)에 의해 외부 케이스(12)에 결합된다. 비트(22)는 슈라우드(25)의 외부에 위치하고 절단면(30)이 형성된 크라운(28)을 갖는다. 중앙 통로(32)는 비트(22)의 몸체(shank)(27)에 형성되고 비트-면(30)으로 이어지는 다수의 대각선 채널들(34)로 분리된다.

내부 튜브 어셈블리(36)는 케이스(12)를 통해 연장되고, 비트(22)의 중앙 통로(32) 내에 있는 일단과 짧은 샘플 튜브(37)에 연결된 타단을 갖는다. 상기 짧은 튜브(37)는 서브(20)에서 유지되는 어댑터 노즐(38)에 연결된다. 내부 튜브 어셈블리(36)는 단부-대-단부 방식으로 견고하게 연결되어 서로 동축 관계를 유지하는 튜브들(36a, 36b)을 포함한다.

피스톤(40)은 비트(22)에 주기적으로 충돌하는 구동 유체의 작용에 의해 케이스(12) 내에서 왕복 운동할 수 있다. 피스톤(40)은 내부 튜브 어셈블리(36)와 동축이고 이에 대해 왕복한다. 체크 밸브(42)가 피스톤(40)의 하류 쪽의 커플링 슬리브 내에 위치된다. 포팅 슬리브(18)의 하부구멍 부분(19)은 케이스(12)의 내주 표면과 피스톤(40) 사이로 연장된다. 포팅 슬리브(18)는 구동 유체를 케이스(12)의 내부 면과 피스톤(40)의 외부 면 사이에서 흐르도록 안내한다.

내부 튜브 베어링 시트(46)는 리턴 배기 어셈블리(36)의 일부에 대해 베어링 표면을 둘러싸고 형성하되, 케이스(12)와 동축으로 내부 튜브(36)를 유지하도록 돕는다. 베어링 시트(46)는 또한 포팅 슬리브(18)의 일단에 대한 베어링 표면을 제공한다. 케이싱(12) 내에 제 2 하우징(48)이 제공되어 포팅 슬리브(18)와 함께 내부 튜브(36)에 대한 제 2 베어링 역할을 한다. 따라서 내부 튜브(36)는 두 개의 이격된 위치에서 해머 내에서 동축으로 견고하게 유지된다. 내부 튜브(36)의 하부구멍 단부는 비트(22)의 통로(32) 내에 유지된다.

해머(10)가 사용 중일 때, 구동 유체는 서브(20)에 부착된 드릴 스트링을 통해 전달되어 어댑터 노즐(38)과 서브(20)의 내면 사이를 흐르게 되고 체크 밸브(42)를 개방시킨다. 따라서, 체크 밸브(42)가 개방된 상태에서, 유체는 포팅 슬리브(18)에 도달하고 하부구멍 부분(19) 포팅 슬리브(18)의 외부와 케이스(12)의 내면 사이에서 유동하도록 안내된다. 피스톤(40)의 외면의 구성 및 케이스(12)의 내면의 형상 때문에 유체 흐름은 피스톤(40)을 왕복하여 비트(22)의 상단부에 주기적으로 충격을 가한다. 상기 충격력은 비트-면(30)을 통해 전달되어 밑에 있는 지층들(strata)을 파괴한다.

피스톤(40)을 구동하는 데 사용되는 유체는 슈라우드(25)와 헤드(26) 사이에서 빠져나와 크라운(28) 주위로 흐르고, 내부 튜브 어셈블리(36)를 통해 표면으로 채널들(34, 32)을 지탱하면서 그와 함께 비트(22)의 충격에 의해 형성된 굴착 암설물(cuttings)을 운반한다. 그 다음, 이러한 암설물을 분석하여 땅의 광물학적 특성(mineralogy)을 결정할 수 있다.

이하, 역순환 해머(H)를 위한 상기 개시된 리턴 배기 어셈블리(50)의 실시 예가 도 2 내지 4를 참조하여 설명될 것이다.

리턴 배기 어셈블리(50)는 제 1 단부(54) 및 상기 제 1 단부(54)에 또는 그 근처에 시트(56)를 갖는 리턴 튜브(52)를 포함한다. 제 1 단부(54)는 리턴 튜브(52)의 상류측 또는 상부구멍 단부이다. 리턴 튜브(52)는 또한 하부구멍 또는 리턴 튜브(52)의 하류측 단부를 구성하는 하부구멍 또는 제 2 단부를 가진다. 이 하부구멍 단부는 도 2 또는 3에는 도시되어 있지 않지만, 상기 어셈블리(50)가 해머 내에 설치될 때, 도 1에 도시된 것과 같은 방식으로, 해머 비트의 중앙 통로 내에 존재한다 리턴 배기 어셈블리(50)는 종래 기술의 내부 튜브 어셈블리(36) 대신에 RC 해머에서 사용된다. 따라서 상기 어셈블리(50)가 내부 튜브 어셈블리(36) 대신에 도 1에 도시된 종래 기술의 해머(10)에 설치된 경우, 리턴 배기 어셈블리(50)의 하부구멍 단부는 비트(22)의 통로(32) 내에 위치할 것이고, 상부구멍 단부(54)는 어댑터 튜브(37) 내에 수용될 것이다.

리턴 배기 어셈블리(50)는 또한 상부구멍 단부(59) 및 하부구멍 단부(64)를 갖는 배기 슬리브(58)를 갖는다. 배기 슬리브(58)는 시트(56) 상에 안착되어 탄성적으로 지지되는 상부구멍 단부(59)에서의 일부분(60)과, 배기 슬리브의 하부구멍 단부(64)까지 연장되는 연속 부분(62)을 갖는다. 환형 간극 또는 통로(66)가 시트(56)로부터 배기 슬리브(58)의 말단부(64)까지 리턴 튜브(52)와 배기 슬리브(58) 사이에 형성된다.

상기 시트(56)는 고무 O-링(70)의 형태로 탄성 요소를 안착시키기 위한 적어도 하나의, 그러나 이 실시 예에서는, 3개의 홈들(68)을 포함하지만, 이러한 구성은 모든 실시 예에서 반드시 그렇지는 않다. 시트(56)와 배기 슬리브(58)의 상기 일부분(60) 사이에는 O-링들(70)로 압착되고 유체 밀봉을 형성하여 시트(56)를 가로지르는(즉, 시트(56)와 부분(60)의 내주 표면 사이에서) 유체의 흐름을 방지한다. 그러나 시트(56)와 상기 부분(60) 사이에는 약간의 간극이 존재하여 시트(56)에 대해 슬리브(58)가 딱 맞도록 만든다. 도 4에 도시된 바와 같이, 베어링 시트(46)(상기 개시된 리턴 배기 어셈블리(50)의 일부를 형성하지는 않음)는 슬리브(58)를 포팅 슬리브(18)와 동축으로 유지하고자 하는 베어링으로서 작용한다.

리턴 튜브(52) 및 배기 슬리브(58)에 대해 횡방향으로 작용하는 힘의 차이가 없는 경우, 리턴 튜브(52) 및 배기 슬리브(58)는 서로 실질적으로 동축으로 유지된다. 그러나 O-링(70)에 의해 제공되는 시트(56) 상의 일부분(60)의 탄성적 지지 및 환형 간극(66)은 리턴 튜브(52)와 슬리브(58) 사이에 어느 정도의 축 방향 부정합(axial misalignment)을 가능하게 한다. 상기한 부정합의 정도는 먼 쪽 단부(64)가 리턴 튜브(52)를 향해 이동되도록(선택적으로는 그에 접촉하지 않음) 하는 정도이다. 일 실시 예에서, 상기 부분(60)과 시트(56)는 상기 부분(60)이 배기 슬리브의 전체 길이의 50% 미만에 대해, 또는 배기 슬리브의 전체 길이의 20% 미만에 대해 시트(56) 위에 놓이도록 상대적으로 치수가 정해질 수 있다.

리턴 배기 어셈블리(50)에서 도 1에 도시된 종래 기술의 2-피스 내부 튜브(36)와의 차별점으로서, 리턴 튜브(52)의 상향 구멍 및 하부구멍 단부는 상기 어셈블리(50)의 상부구멍 및 하부구멍 단부를 형성하며, 이로써 이것은 어댑터 튜브(37) 내에 수용되는 리턴 튜브(52)의 상부구멍 단부(54)이다. 배기 슬리브(58)는 리턴 튜브(52) 주위에 위치하며, 그의 상부구멍과 하부구멍 단부들(59, 64)은 리턴 튜브(52)의 상부구멍과 하부구멍 단부들의 안쪽에 위치한다. 즉, 리턴 튜브(52)는, (a) 배기 슬리브(58)를 통과하고, 그리고 (b) 배기 슬리브(58)의 상부구멍과 하부구멍 단부(59, 64)을 넘어 연장된다. 반면에 종래 기술의 해머(10)의 내부 튜브(36)는 또한 2개의 튜브들(36a, 36b)로 형성되며, 이들 튜브들은 단부에서 단부로 함께 연결된다. 상기 어셈블리(50)의 이러한 구성의 결과로 배기 슬리브(58)(종래 기술의 튜브(36b)와 동일함)가 베어링 시트(46)에 의해 동심원으로 견고하게 유지되지만, 리턴 튜브(52)(종래 기술의 튜브(36a)와 동일함)는 배기 슬리브(58)를 완전히 통과한다.

도 1에 도시된 종래 기술의 역순환 해머에서 내부 튜브 어셈블리(36)는 일반적으로 두 개의 이격된 베어링 표면상에 지지된다. 이러한 구성의 목적은 내부 튜브를 외부 케이스(12) 및 피스톤(40)과 견고하게 동축으로 유지하여 이상적으로는 피스톤과 내부 튜브 사이에 간섭이 없도록 하기 위한 것으로써, 이러한 간섭은 열 체킹(heat checking) 및 후속적인 크래킹 및 궁극적으로는 피스톤의 파손을 유발할 수 있다. 개시된 리턴 배기 어셈블리(50)의 실시 예들은, 특히 리턴 튜브(52)가 케이스(12)의 축과 부정합되는 것을 가능하게 하는 한편, 배기 슬리브(58)가 피스톤(40)과 동축 관계로 유지되게 함으로써 그들 사이의 접촉을 방지하고 피스톤이 그 위로 미끄러질 때 배기 슬리브(58)에 대한 리턴 튜브(52)의 적어도 어느 정도의 움직임 또는 흔들림을 가능케 하는데, 이들 모두는 슬라이딩 간섭 및 열 검사의 위험을 최소화한다. 튜브(52)와 슬리브(58) 사이의 가능한 부정합의 최대 정도는 리턴 튜브(52)와 접촉하는 배기 슬리브(58)의 단부(64)에 의해 제한된다. 그렇지만, 필요하다면, 슬리브 단부(64)와 리턴 튜브(52) 사이의 접촉을 방지하기 위해 부정합의 정도를 제한하는 것이 가능하다.

슬리브(58)에는 배기 슬리브(58)의 외주 표면의 측면 영역(74)과 환형 통로(66) 사이의 유체 연통을 가능하게 하는 다수의 포트(72)를 갖도록 형성된다. 이것은 해머를 구동하는 데 사용되는 유체의 일부가 피스톤(40)을 바이패스할 수 있도록 한다. 유체의 이 부분(도 2-4에서 점 BP로 표시됨)은 통로(66)를 통해서, 이어서 리턴 튜브(52)와 피스톤(40)의 내주 표면 사이를 통해 흐른다. 상기 바이패스 유체(BP)는 섕크(27)의 외부와 슈라우드(25) 사이에서 해머(H)에 의해 형성되는 구멍으로 흐르도록 보내진다. 그 다음에 이 유체는 통로(34, 32) 위로 그리고 리턴 배기 어셈블리(50)를 통해 표면으로 다시 흐를 수 있다. 일반적으로 더 큰 비율을 차지하는 나머지 유체는 포팅 슬리브 부분(19)과 케이스(12)의 내면 사이에서 흐른다. 이 유체는 후속적으로 피스톤(40)의 외면과 케이스(12)의 내부 사이를 흐르도록 안내되어 피스톤(40)의 왕복 운동과 비트(22)에 주기적인 충격을 야기한다. 해머 H의 힘을 결정하는 것은 유체의 이 부분이다.

피스톤(40)과 바이패스(BP)에 동력을 공급하는 것 사이에서 분할되는 구동 유체의 비율은 배기 슬리브(58)의 부분(60) 주위에 배치된 초크 링(77)에 의해 제어될 수 있다. 초크 링(77)에는 유체 흐름 매니폴드(M)가 제공되어 링(77)의 내주 표면과 초크 링(77)의 외면 사이에서 유체가 흐를 수 있도록 한다. 상기 외면은, 예를 들어, 쵸크 링(77)의 후면 방사상 면(81) 또는 외주 표면(79)(도시된 실시 예에서와 같이), 또는 실제로 그 둘의 조합일 수 있다. 매니폴드(M)는 배기 슬리브(58)에서의 포트들(72)로써 기록할 수 있다. 매니폴드(M)의 치수 및/또는 디자인을 변경함으로써 포트(72)를 통과하는 유체의 체적 및 유속(flow rate)이 제어될 수 있다.

이 실시 예에서, 상기 매니폴드는 초크 링(77)의 내주 벽에 형성된 원주상의 홈(78a)과, 상기 홈(78a) 및 초크 링(77)의 외주 표면상으로 개방되는 하나 또는 다수의 구멍들(78b)을 포함한다. 상기 홈(78a)은 배기 슬리브(58) 상의 초크 링의 일 방향에서 홈(78a)이 구멍(72) 위에 놓이도록 위치한다. 상기 구멍들(78b)은 구멍(72)보다 더 작은 최소 직경으로 만들어질 수 있어 피스톤(40)을 바이패스할 수 있는 유체의 양을 줄일 수 있다. 해머 오퍼레이터에게는 각각 다른 최소 직경의 구멍들(78b), 또는 다른 수의 구멍들(78b)을 갖는 다수의 초크 링들(77)이 제공될 수 있다. 구멍들(72)을 차단하는 것, 따라서 구멍이 전혀 없는 초크 링을 구비하거나 단순히 초크 링(77)의 방향을 반대로 하여 매니폴드 M(따라서 홈(78a))이 없는 부분이 구멍(72) 위에 놓이도록 함으로써 해머의 전동력(full power)에 대하여 어떤 바이패스 흐름도 갖지 않는 것이 또한 가능하다. 따라서 해머 오퍼레이터는 피스톤 동력과 비트-면(bit face) 유체 흐름 사이에 필요한 분할을 제공하는 데 가장 적합한 것으로 여겨지는 어느 쪽이든 초크 링(77)(또는 링 방향)을 사용할 수 있다.

초크 링(77)과 배기 슬리브(58)에 있는 구멍들(72) 사이의 상호 작용에 의해 제공되는 것과 같은, 가변형 바이패스(variable bypass)가 없는 종래기술의 RC 해머 디자인은 피스톤(작업 챔버)에 최대량의 공기가 공급되는 클레이(플라스틱 물질)에서만 단지 작동할 수 있다.

이 한계를 초과할 경우, 해머가 비트-면 막힘(bit-face plugging)으로 인해 안정적으로 작동하지 않고 자주 정지하게 될 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 해머 및 관련 드릴 스트링을 드릴 구멍에서 잡아당겨서 막힌 포트들을 수동으로 제거해야만 할 것이다. 따라서 이는 생산성을 감소시킬 것이다.

게다가 균형을 이루어야만 하는 대립적인 문제가 존재한다. 비트-면 리턴 구멍과 내부 튜브 시스템을 통해 샘플이 표면으로 되돌아오도록 만들기 위해서는 충분한 비트-면 공기 흐름을 유지해야 한다. 그러나 이러한 조건이 충족되면, 해머는 일반적으로 과도한 에너지를 생성하여 비트-면 막힘을 촉진하게 되고, 이것은 굴착을 방해할 것이다.

초크 링(72)과 배기 슬리브(56)가 일체로 통합되는 실시 예들에서, 전술한 문제는 2개의 개별적인 기류(즉, 서로에 대해 조절 가능한 흐름)를 생성함으로써 완화될 수 있다. 이것은 공기가 비트-면에 더 직접적으로 안내(라우팅)되도록 하여 (종래기술의 시스템의 경우와 같이 비트-면 막힘을 일으킬 수 있는) 해머의 작업 챔버를 통해 전체 공기 공급을 안내할 필요 없이 리턴 시스템을 깨끗하게 유지하기 위해 압력과 속도를 유지할 수 있음을 의미한다.

상기 개시된 리턴 배기 어셈블리(50)의 실시 예들은 더 높은 전체 기류(샘플 리턴 시스템을 깨끗하게 유지하기 위해 필요함) 및 비트-면 막힘을 줄이고 안정적인 생산성을 유지하는 데 도움이 되는 더 낮은 충격 에너지를 가능하게 한다.

리턴 배기 어셈블리(50) 구성요소의 기하학적 구조를 더 자세히 살펴보면, 상부구멍 단부(54)로부터 시작하여, 리턴 튜브(52)는 O-링들(82)을 수용하기 위한 2개의 (다른 실시 예에서는 1개, 3개 또는 그 이상의) 내부 홈들(80)로 형성된다(도 4 참조). 상기 상부구멍 단부(54)는 암설물이 표면으로 흐를 수 있도록 드릴 스트링의 내부 도관(도시되지 않음)과 차례로 결합되는 어댑터 튜브(37)에 맞춰 끼워진다. O-링들(82)은 리턴 튜브(52)와 어댑터 튜브(37) 사이에서의 밀봉을 형성한다. 리턴 튜브(52)의 외면에는 시트(56)의 상부구멍 단부에서 외경의 계단식 감소를 형성하는 숄더(shoulder)(86)가 제공된다. 이것은 O-링(70)을 안착시키는 홈들(68)이 형성된 시트(56)로 이어진다. 시트(56)의 끝에는 외경의 계단식 감소를 제공하고 일정한 내경의 부분(90)으로 이어지는 추가적인 숄더(88)가 존재한다. 하부구멍 방향으로 이동하면서, 이것은 내부 직경이 점진적으로 감소하여 일정한 내부 직경을 갖는 내부 튜브의 나머지 길이(94)로 이어지는 경사면을 형성하는 부분(92)이 후속된다.

상기 부분(60)이 하부구멍 방향으로 이동한 후의 배기 슬리브(58)는 원주방향 플랜지(96)가 형성되고 그 뒤에는 감소된 일정한 외경의 부분(98)이 형성되고 이 부분에는 다수의 원주방향 홈들(100)이 형성된다. 상기 홈들(100)에는 배기 슬리브(58)와 베어링 시트(46) 사이의 밀봉을 형성하는 것을 돕는 각각의 O-링들(101)이 자리 잡는다. 이것은 일정한 외경의 꼬리 부분(104)으로 폭이 가늘어지고(테이퍼링) 말단부(64)에서 끝나는 부분(102)에 의해 이어진다. 상기 말단부(64)는 꼬리 부분(104)에 비교하여 감소된 외경을 갖는다. 상기 부분(102)과 말단부(64) 사이의 꼬리 부분(104) 상에는 이격된 얕은 홈들(106)이 형성된다.

배기 슬리브(58)의 내경은 일정한 내경의 상부구멍 길이(108), 상기 길이(108)의 그것보다 더 작은 일정한 내경의 하부구멍 길이(110), 및 내경이 상기 길이(108)에서 상기 길이(110)로 점진적으로 감소하는 중간 전이 구역(112)을 갖는다. 상기 전이 구역(112)은 리턴 튜브(52)의 부분(92)에 방사상으로 인접한다. 상기한 부분들(92, 112)의 기울기는, 말단부(64)로부터 숄더(88)까지의 리턴 튜브(52)와 슬리브(58) 사이의 환형 간극의 직경이 튜브(52)와 슬리브(58)가 서로 동축일 경우 슬리브(58)의 전체 길이에 대해 대체로 일정하게끔 대체로 동일하게 이루어진다.

초크 링(77)에는 구멍들(78b) 및 홈들(78a)의 어느 한쪽에 적어도 하나의 홈(114)이 있는 상태로 다수의 내부 홈들(114)이 형성된다. 각각의 O-링들(116)은 홈(114)에 안착된다. 이들은 배기 슬리브(58)의 부분(60)과 초크 링(77)의 내면 사이에 밀봉을 형성한다.

도 4를 특히 참조하면, 리턴 배기 어셈블리(50)가 역순환 해머(H)에 설치될 경우, 리턴 튜브(52)의 상부구멍 단부(54)는 어댑터 튜브(37)에 안착되고 배기 슬리브(58)는 베어링 시트(46)에 의해 사실상 포팅 슬리브(18, 19)에 클램핑되는데, 상기 베어링 시트(46)는 차례로 외부 케이스(12), 포팅 슬리브(18) 및 피스톤(40)과 실질적으로 동축으로 배기 슬리브(58)를 유지하는 베어링의 역할을 한다. 리턴 튜브(52)의 말단부(도 4에서는 도시되어 있지 않음)는 비트(22)의 중앙 통로 내에 존재한다. 따라서, 리턴 튜브(52)는 상기 부분(60)에 의해 제공된 베어링과 드릴 비트(22)에서의 그의 베어링 면 사이에서 부유할 수 있다. 상기 리턴 튜브(52)의 부유 특성은 상기 부분(60)과 시트(56) 사이의 O-링들(70)의 압축에 의해 제공되는 가요성 커플링에 의해 도움이 된다. 배기 슬리브(58)는 피스톤과의 비-간섭(non-interference)(즉, 부정합(misalignment))을 보장하기 위해 리턴 튜브(52)의 직진성에 의존하지 않으며, 상기 비트가 내부 튜브에 모멘트를 가하여 그것을 피스톤의 축과의 정렬에서 벗어나도록 하는 경우 종래 기술의 장치에서 발생할 수도 있는 드릴 비트 부정합 문제에 영향을 받지 않거나 적어도 어느 정도 그로부터 벗어난다.

리턴 배기 어셈블리(50)는 상이한 길이의 배기 슬리브(58)를 사용함으로써 해머 파워의 튜닝을 가능하게 한다. 배기 슬리브(58)는 리턴 튜브(52)에 견고하게 연결되어 있지 않기 때문에 쉽게 당겨져서 상이한 길이의 배기 슬리브(58)로 교체될 수 있다.

도 5는 개시된 리턴 배기 어셈블리(50)의 일 실시 예의 리턴 튜브(52)의 제 2 또는 하부구멍 단부(120)를 단면도로 도시한다. 하부구멍 단부(120)는 역순환 해머(H)에서 비트(22)의 중앙 통로에 존재한다.

구동 유체 및 동반된 굴착 암설물(cuttings)은 표면으로 복귀할 때 비트(22)의 내부 통로들(34, 33)을 타고 흘러 하부구멍 단부(120)로부터 리턴 배기 어셈블리(50) 내로 흐른다. 복귀 튜브(52)의 내주 표면은, 굴착 암설물의 흐름으로 인해 마모되기 전에, 하부구멍 단부(120)로 이어지는 일정한 내경(D1)을 갖는다. 리턴 튜브(52)의 외경은 D2이다. 적어도 새로운 리턴 배기 어셈블리(50) 또는 리턴 튜브(52)에서, 축 방향에서 볼 때 하부구멍 단부(120)는 D1의 내경 및 D2의 외경을 갖는 환형 면을 나타낸다.

리턴 배기 어셈블리(50a)의 제 2 실시 예가 도 6 및 7에 도시되어 있는데, 여기서 리턴 튜브(52)는 변형된 하부구멍 부분(122)을 갖춘 하부구멍 단부(120)를 구비하는 리턴 튜브(52a)로 교체되어 있다. 상기 리턴 튜브(52)는 전체 길이에 대해 일정한 내경과 및 균일한 물질 특성으로 형성되지만, 상기 리턴 튜브(52a)는 (a) 리턴 튜브의 나머지 부분과 다른 내경(즉, 더 작거나 더 큰); 및 (b) 리턴 튜브의 나머지 부분보다 더 큰 내마모성 중의 하나 또는 모두를 갖도록 형성되는 하부구멍 부분(122)을 갖는다.

하부구멍 부분(122)에 대한 변형은 상이한 방식으로 달성될 수 있다. 이를 수행하는 한 가지 방법은 제 2 튜브(122t)(도 6 및 7을 참조하여 도시 및 설명됨)를 하부구멍 단부(122)에 맞추는 것이다. 또 다른 하나의 방법은 하부구멍 부분(122)의 내면을 기계가공(머시닝), 처리 또는 작업하여 동일한 효과를 얻는 것이다.

예시된 실시 예에서, 제 2 튜브(122t)는 "인서트(insert)" 또는 마모 슬리브를 형성하는 것으로 간주될 수 있고 리턴 튜브(52a)가 제조되는 물질보다 더 높은 내마모성을 갖는 물질로 제조된다. 예를 들어, 제 2 튜브(122t)는 카바이드 재질로 이루어질 수 있는 반면, 리턴 튜브(52a)는 스틸 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 하부구멍 부분(122)의 내마모성은 리턴 튜브(52)에 비해 개선된다.

제 2 튜브(122t)는 하부구멍 단부(120)로부터 리턴 배기 어셈블리(50a)의 상부구멍 단부를 향하는 방향으로 흐르는 물질에 대해 리턴 배기 어셈블리(50a)의 접촉 면을 형성한다. 따라서, 제 2 튜브(122t)(또는 더 넓게는 하부구멍 부분(122))는 상기 하부구멍 단부(120)가 마모되지 않도록 보호한다.

상기 변형된 하부구멍 부분(122)/제 2 튜브(122t)가 없는 경우, 역순환 해머의 내부 튜브 위로의 물질의 흐름은 하부구멍 단부의 마모를 야기하여 그의 하부구멍 단부에서 내부 튜브의 내부 바닥 단부 면의 마모로 인해 깔때기와 같은 구조를 생성한다. 마모의 정도는 상부구멍 방향으로 감소함으로써 내부 튜브의 내경이 하부구멍 단부에서 최대가 되어 상부구멍 단부로 향하는 방향으로 점진적으로 감소하게 되는데, 즉, 리턴 튜브(52)의 벽 두께에 있어 폭이 점점 가늘어지게 된다.

클레이(점토)와 같은 연질 물질을 굴착할 경우, 내주 표면의 이러한 형태 변화는, 하부구멍 단부에서 가장 큰 내경을 가로질러 확산하는 물질이 상부구멍 방향으로 움직이는 점진적으로 폭이 좁아지는 내경으로 압축됨에 따라, 압축력의 생성을 초래한다. 이것은 차례로 내부 튜브의 표면에 대한 물질의 항력을 증가시키고, 점토와 같은 연질 물질일 경우, 리턴 튜브(52a) 및 대응하는 리턴 배기 어셈블리(50)의 차단으로 귀착될 수 있다.

그의 내주 표면(123)을 물론 포함하여, 경질 물질로 만들어진, 제 2 튜브 또는 인서트(122t)는 이러한 마모에 저항하며, 하부구멍 단부(120)로부터 상부구멍 단부를 향한 물질의 초기 이동 길이 동안, 적어도 튜브(52) 또는 대응하는 종래 기술의 튜브(36a)보다 더 긴 기간 동안, 일정한 내경을 유지한다. 이 실시 예에서, 인서트(122)는 일정한 내경(D3)을 갖는다. 그 직경은 D3≤D1이다. D3<D1일 경우, 리턴 튜브(52a) 및 제 2 튜브(122)의 상부구멍 접합부에는 작은 급격한 단차(124)가 생성될 수 있다. 따라서 상부구멍 방향으로 흐르는 물질의 관점에서 D3에서 D1으로 내경이 넓어진다. 이것은 약간의 압력 감소 및 또한 리턴 배기 어셈블리(50a)의 내경에 대한 물질의 마찰력의 감소를 생성한다.

D3<D1인 경우의 대안적인 실시 예에 있어, 리턴 튜브(52a)와 제 2 튜브(122)의 상부구멍 접합부 영역에서 내부 직경의 전이는 단계적 변화(stepped change)보다는 점진적 변화일 수 있다. 또 다른 대안적인 실시 예에서, 내경(D3)은 D1과 동일할 수 있다. 이 경우, 리턴 배기 어셈블리(50a)는 하부구멍 단부(120)로부터 시작하여 상부구멍 방향으로 이동하는 제 2 튜브를 지나는 위치까지에 이르는 연속적인 길이 동안 일정한 내경을 갖는다.

이 실시 예에서 제 2 튜브(122t)는 하부구멍 단부의 원주상 립(126), 중간 부분(128) 및 트레일링 부분(130)으로 이루어진 3개의 부분을 갖는다. 상기 립(126)은 외경(D2)를 가지며 립(126)의 내부 모서리(132)는 반경을 갖도록 형성된다. 상기 립(126)은 리턴 배기 어셈블리(50a) 위로 흐르는 물질에 제공되는 리턴 배기 어셈블리(50a)의 축 방향 하단부 면을 형성한다. 따라서 립(126)은 복귀 튜브(52a)의 환형 면이 마모되지 않도록 보호한다.

상기 중간 부분(128)은 외경(D4)을 갖도록 형성되는 한편, 끌리는(trailing) 뒷부분(130)은 D5 < D4 < D2인 외경 D5를 갖는다. D4에서 D5로의 외경의 변화는 제 2 튜브(122t)의 외주 표면을 중심으로 폭이 가늘어지는 숄더(134)를 형성한다.

리턴 튜브(52a)는 제 2 튜브(122t)의 외주 표면에 상보적인 방식으로, 따라서 그에 안착하도록 하부구멍 단부에서 윤곽이 이루어진다. 부가적으로, 제 1 실시 예와 비교하여 리턴 튜브(52a)의 길이는 립(126)의 축 방향 길이만큼 감소되어 전체적으로는 실시 예(50)와 비교하여 리턴 배기 어셈블리(50a)의 실질적인 길이에는 변화가 없다. 이 길이를 일정하게 유지함으로써 전술한 실시 예들 중 어느 하나를 수용하기 위해 역순환 해머의 디자인 또는 구성에 대한 임의의 변형을 만들 필요가 없도록 한다.

이 실시 예에서 리턴 튜브(52a)는 함께 결합된 2개의 튜브를 포함하는 것으로 간주될 수 있는바, 상기 리턴 튜브는, 제 1 실시 예의 리턴 튜브(52)이지만 도 6에 도시된 프로파일을 갖도록 그의 단부(120)에서 및 그 근처에서 변형된 제 1 튜브, 및 제 2 튜브(122)를 포함한다.

제 2 튜브(122t)는 다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 기술에 의해 리턴 튜브(52a) 내에 유지될 수 있다:

- 리턴 튜브(52)가 제 2 튜브(122)에 대해 수축되도록 하는 리턴 튜브(52a)의 열 팽창 및 제 2 튜브(122)의 후속적인 삽입;

- 리턴 튜브(52a)와 제 2 튜브(122t)의 원주 면들 사이의 청동(bronze) 물질의 사용;

- 리턴 튜브(52a)의 내주 표면과 제 2 튜브(122)의 외주 표면 사이의 나사 결합(thread coupling). 이 경우, 제 2 튜브(122)는 립(126)의 상부구멍 단부에서 제 2 튜브(122)의 상부 구멍 단부까지 일정한 외경을 갖도록 형성될 수 있다. 선택적으로, 접착제가 나사에 도포되어 분리를 방지함 도움이 되게 할 수 있다.

대안적인 실시 예에서, 제 2 튜브(122t)는 단부-대-단부(end to end) 구성으로 결합될 수 있다. 또 다른 대안에서, 제 2 튜브는 2개의 동심 원주 벽, 즉 제 1 튜브 내부에 위치하는 내부 벽 및 상기 제 1 튜브 외부에 위치하는 외부 벽을 갖는 이중 벽 구조로서 형성될 수 있다. 이 실시 예에서, 상기 제 2 튜브는 나사 연결(threaded connection), 브론징(bronzing) 및 접착제와 같은 임의의 공지된 기법에 의해(이에 국한되지는 않음) 제 1 튜브와 외벽 사이의 계면에서 제 1 튜브에 연결될 수 있다.

위의 설명에서 제 2 튜브는 (a) 상부구멍 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 환형 접촉 면, (b) 상부구멍 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 내부 원주 접촉 면, 또는 (c) 상부구멍 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 환형 및 초기 내부 원주 접촉 면 중 하나를 형성하도록 구성될 수 있음이 명백할 것이다.

옵션 (a)의 경우, 제 2 튜브는 제 1 튜브의 단부(120)에 결합되는 립(126)을 포함하는 링 형태일 수 있다. 옵션 (b)의 경우, 제 2 튜브는, 예를 들어, 도 6 및 7에 도시된 형태일 수 있지만 립(126)이 없을 수 있다. 옵션 (c)은 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 제 2 튜브(126)에 의해 제공된다.

리턴 튜브(52a)의 구성은 또한 튜브(36), 특히, 도 1에 도시된 튜브(36a)에서 종래 기술과 함께 이용될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 종래 기술의 해머(10)의 성능은 배기 리턴 슬리브(58)를 통합하지 않고 리턴 튜브(52a)의 형태 및 구조를 갖도록 튜브(36)/튜브(36a)를 변형하는 것에 의해서만 향상될 수 있다. 이것에 관련하여 그리고 어떤 의심을 피하기 위해, 본 개시의 일 측면은 제 1 튜브(36a/52a)를 포함하는 역순환 해머(10, H)용 리턴(또는 배기) 튜브(52a), 및 제 2 튜브(122t)를 제공한다. 상기 제 1 튜브(36a)는 제 1 및 제 2 대향 단부들(54, 120)을 갖는다. 튜브(52a)가 역순환 해머(10, H)에 설치될 경우, 제 2 단부(120)는 해머(10, H)의 하부구멍 단부를 포함한다. 제 2 튜브(122t)는 제 1 튜브(36a/52a)가 만들어지고 제 2 단부(120)에서 제 1 튜브(36a/52a)에 결합되는 물질보다 더 높은 내마모성을 갖는 물질로 이루어진다. 제 2 튜브(122t)의 내주 표면(123)은 상부구멍에 흐르는 리턴 물질에 대한 초기 내부 접촉면을 형성한다.

앞서 언급한 바와 같이, 제 2 튜브(122t)의 이점 및 효과는 제 2 튜브(122t)를 사용하는 대신 리턴 튜브(52)의 하부구멍 부분(122)을 변형, 처리 또는 가공함으로써 달성될 수도 있다. 예를 들어, 제 2 튜브(122t)의 직경(D3)에 의해 달성되는 내부 직경의 감소는 또한 하부구멍 부분(122)의 내면에 물질을 추가하거나 아니면 그것을 더 크게 함으로써 획득될 수 있다. 이를 수행하기 위한 기술에는 용접 빌드업(welded build up) 및 금속 스프레이를 포함하지만 이에 국한되지는 않는다. 유사하게, 립(126)은 이러한 부가 기술에 의해서도 형성될 수 있다. 이들에 사용되는 물질에 따라서 내마모성은 당연히 튜브(52)의 기본 물질에 비해 향상될 수 있다. 추가로, 또는 대안적으로, 내마모성은 경질 표면 처리(hard surfacing), 케이스 경화(case hardening ) 및 열처리와 같은 다른 기술에 의해 개선될 수도 있다.

내부에서 하부구멍 부분(122)을 변형하는(즉, 제 2 튜브(122t)의 사용 또는 하부구멍 부분(122)의 표면의 변형, 처리 또는 가공) 두 가지 예에서 직경 관계는 D3≤D1로 기술되었다. 그러나 또 다른 실시 예에 있어, 하부구멍 부분(122)이 D3>D1이 되도록 변형하는 것도 가능하다. 이러한 실시 예에서 이것은 제 2 튜브(122t)를 끼우기보다는 하부구멍 부분(122)의 표면을 가공함으로써 달성될 가능성이 더 높지만, 후자도 여전히 가능할 것이다.

본 명세서 전반에 걸쳐 배경 기술에 관한 논의는 그러한 배경 기술이 선행 기술이거나, 그러한 배경 기술이 널리 공지되어 있거나 호주 또는 전 세계적으로 해당 분야에서 통상적인 일반 지식의 일부를 형성한다는 것을 인정하는 것으로 간주되어서는 안 될 것이다.

후술하는 청구범위와 전술한 설명에서, 문맥상 명시적인 언어 또는 필요한 함축으로 인해 달리 요구하는 경우를 제외하고, "포함한다"라는 단어와 "포함하는" 또는 "포함함"과 같은 변형은 포괄적인 의미로 사용되며, 즉 언급된 특징의 존재를 명시하지만 여기에 개시된 바와 같은 실시 예들의 추가 특징의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

Claims (37)

1. 역순환 해머(reverse circulation hammer)용 리턴 배기 어셈블리에 있어서,
   제 1 단부, 제 2 단부, 및 상기 제 1 단부에 또는 그 근처에 시트(seat)를 갖는 리턴 튜브(return tube); 및
   상기 시트 상에 안착되어 탄성적으로 지지되는 부분(section), 및 상기 부분 말단부에서의 배기 슬리브의 하부구멍 단부로 연장되고 이를 포함하는 일부분(portion)을 갖는 배기 슬리브(exhaust sleeve)를 포함하되, 상기 일부분은 상기 리턴 튜브 및 상기 배기 슬리브 사이에 형성된 환형 간극으로 상기 리턴 튜브의 길이를 상기 시트에서 상기 배기 슬리브의 하부구멍 단부까지 에워싸도록 구성된 리턴 배기 어셈블리.
   
2. 역순환 해머용 리턴 배기 어셈블리에 있어서
   제 1 단부, 제 2 단부, 및 상기 제 1 단부 또는 그 근처에 시트를 갖는 리턴 튜브;
   상부구멍 단부 및 하부구멍 단부를 가지는 배기 슬리브를 포함하되, 상기 배기 슬리브는 상기 배기 슬리브의 부분의 내주 표면이 상기 시트에 방사상으로 인접한 상태에서 상기 리턴 튜브 상에 장착되고, 상기 배기 슬리브는 상기 배기 슬리브의 하부구멍 단부로 연장되는 일부분을 가지며;
   상기 배기 슬리브의 상부구멍 및 하부구멍 단부들은 상기 리턴 튜브의 제 1 및 제 2 단부들의 안쪽에 위치하며, 상기 리턴 튜브와 슬리브 사이에는 상기 시트로부터 상기 배기 슬리브의 하부구멍 단부에까지 환형 간극이 형성되는 것인 리턴 배기 어셈블리.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 시트와 상기 부분 사이에 위치된 하나 또는 다수의 탄성 요소들을 포함하되, 상기 하나 또는 다수의 탄성 요소들은 상기 시트를 가로지르는 유체의 흐름을 방지하기 위해 유체 시트를 형성하는 것인 리턴 배기 어셈블리.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 리턴 튜브, 상기 배기 슬리브, 상기 환형 간극 및 상기 하나 또는 다수의 탄성 요소들은 슬리브에서의 리턴 튜브 사이의 어느 정도의 축 방향 부정합을 가능하게 하는 것인 리턴 배기 어셈블리.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부분 및 시트는 상기 배기 슬리브의 부분이 배기 슬리브의 전체 길이의 50% 미만에 대해 상기 시트 위에 놓이도록 상대적으로 치수가 정해지는 것인 리턴 배기 어셈블리.
   
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부분 및 시트는 상기 배기 슬리브의 부분이 배기 슬리브의 전체 길이의 20% 미만에 대해 상기 시트 위에 놓이도록 상대적으로 치수가 정해지는 것인 리턴 배기 어셈블리.
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 시트는 제 1 외경을 가지며, 상기 리턴 튜브의 길이는 상기 제 1 외경보다 더 작은 제 2 외경을 갖는 것인 리턴 배기 어셈블리.
   
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 시트는 리턴 튜브의 제 1 단부의 내부에 형성되고, 숄더가 상기 시트와 상기 제 1 단부 사이에 형성되며, 상기 숄더는 상기 제 1 단부를 향하는 방향으로 상기 리턴 튜브에 대해 상기 배기 슬리브의 축 방향 변위(axial displacement)를 위한 접합부(abutment)를 형성하는 것인 리턴 배기 어셈블리.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 부분은 상기 숄더를 넘어서 방사상으로 연장되는 외경을 갖는 것인 리턴 배기 어셈블리.
   
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 슬리브는 배기 슬리브의 외주 표면의 일 측면 상의 영역과 상기 환형 간극 사이의 유체 연통을 가능하게 하는 하나 또는 다수의 포트들을 포함하는 리턴 배기 어셈블리.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    초크 링의 내주 표면과 상기 초크 링의 외면 사이에서 유체가 흐르도록 하는 유체 유동 매니폴드를 갖는 상기 초크 링을 포함하고, 상기 초크 링은 유체 연통을 허용하기 위해 매니폴드가 포트들로 기록하는 제 1방향, 및 유체 연통을 차단하기 위해 상기 초크 링이 포트들을 덮는 제 2 방향으로, 상기 배기 슬리브의 부분 위에 배치될 수 있는 것인 리턴 배기 어셈블리.
    
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 슬리브의 하부구멍 단부에는 점진적으로 감소하는 외경이 제공되는 것인 리턴 배기 어셈블리.
    
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 슬리브는 배기 슬리브의 부분의 내주 표면에 형성된 하나 또는 다수의 이격된 환형 홈들을 포함하는 것인 리턴 배기 어셈블리.
    
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리턴 튜브는 리턴 튜브의 나머지가 만들어지는 물질보다 더 높은 내마모성을 갖는 하부구멍 부분을 포함하고, 상기 하부구멍 부분의 내주 표면은 제 2 단부에서 제 1 단부를 향하는 방향으로 흐르는 물질에 대해 접촉 면을 형성하는 것인 리턴 배기 어셈블리.
    
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 하부구멍 부분은, (a) 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 환형 접촉 면, (b) 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 내주 접촉 면, 또는 (c) 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 환형 및 초기 내주 접촉 면 중 어느 하나를 형성하도록 구성되는 것인 리턴 배기 어셈블리.
    
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 하부구멍 부분은 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 환형 접촉 면을 형성하는 원주상 립(circumferential lip)을 포함하는 것인 리턴 배기 어셈블리.
    
17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리턴 튜브는 상기 하부구멍 부분의 상부구멍 단부에 인접한 위치에서 직경 D1의 내주 표면을 가지며, 상기 하부구멍 부분은 직경 D3를 갖는 내주 표면을 가지며, 여기서 D3 ≤ D1인 것인 리턴 배기 어셈블리.
    
18. 제 17 항에 있어서,
    D3 < D1이고, 상기 하부구멍 부분의 상부구멍 단부에 인접한 위치에서 D1과 D3 사이에 계단형 전이(stepped transition)가 존재하는 것인 리턴 배기 어셈블리.
    
19. 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하부구멍 부분은 리턴 튜브에 또는 리턴 튜브에 끼워지거나 그렇지 않으면 그에 결합되는 제 2 튜브를 포함하는 것인 리턴 배기 어셈블리.
    
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 2 튜브는 상기 리턴 튜브의 내부에 위치된 일부분을 포함하는 것인 리턴 배기 어셈블리.
    
21. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하부구멍 부분은, (a) 상기 리턴 튜브의 내주 표면에 물질을 추가하는 동작, 또는 (b) 상기 리턴 튜브의 내주 표면을 처리하는 동작, 또는 (a)와 (b) 모두에 의해 형성되는 것인 리턴 배기 어셈블리.
    
22. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 하부구멍 부분은, (a) 상기 리턴 튜브의 내주 표면에 물질을 추가하는 동작, 또는 (b) 상기 리턴 튜브의 내주 표면을 처리하는 동작, 또는 (a)와 (b) 모두에 의해 형성되는 것인 리턴 배기 어셈블리.
    
23. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리턴 튜브가 제조되는 물질보다 내마모성이 더 높은 물질로 제조되는 제 2 튜브를 포함하되, 상기 제 2 튜브는 제 2 단부에서 상기 리턴 튜브와 결합되고, 상기 제 2 튜브의 내주 표면은 제 1 단부에서 제 2 단부를 향하는 방향으로 흐르는 물질에 대해 접촉 면을 형성하는 것인 리턴 배기 어셈블리.
    
24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 2 튜브는, (a) 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 환형 접촉 면, (b) 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 내주 접촉 면, 또는 (c) 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 환형 및 초기 내주 접촉 면 중 어느 하나를 형성하도록 구성되는 것인 리턴 배기 어셈블리.
    
25. 역순환 해머에 있어서,
    해머 비트;
    피스톤;
    제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 따른 리턴 배기 어셈블리를 포함하되,
    상기 리턴 튜브는 피스톤을 통과하고, 상기 리턴 튜브의 제 2 단부는 상기 해머 비트 내에 위치하고, 그리고 상기 배기 슬리브는 적어도 상기 피스톤이 그의 스트로크의 정점부에 있을 때 피스폰 안으로 연장되는 것인 역순환 해머.
    
26. 제 25 항에 있어서,
    상기 피스톤의 상류 측에서 상기 리턴 튜브와 상기 배기 슬리브 사이에 형성된 바이패스 입구를 포함하되, 상기 바이패스 입구는 역순환 해머용 구동 유체 소스와 환형 간극 사이에 유체 소통을 제공하고, 상기 환형 간극은는 피스톤 구동으로부터 피스톤의 하류 측 출구를 향하여 구동 유체의 일부분을 바이패스하도록 구성된 바이패스 통로를 형성하되, 상기 구동 유체의 바이패스 부분은 역순환 해머의 작동에 의해 형성된 구멍 안으로 유입하는 것인 역순환 해머.
    
27. 제 26 항에 있어서,
    피스톤을 구동하기 위해 제공된 구동 유체의 흐름과 바이패스 입구로 들어가는 구동 유체의 흐름의 비율을 사용자가 변경할 수 있도록 상기 바이패스 입구와 작동적으로 연관된 조절 메커니즘을 포함하는 역순환 해머.
    
28. 역순환 해머용 리턴 튜브에 있어서,
    제 1 및 제 2 대향 단부들을 갖는 제 1 튜브로서, 역순환 해머에 설치될 때 상기 제 2 단부가 상기 제 1 단부의 하부구멍에 위치하는 제 1 튜브;
    나머지 제 1 튜브가 만들어지는 물질보다 더 높은 내마모성을 갖는 물질로 만들어진 하부구멍 부분을 포함하되, 상기 하부구멍 부분은 상기 제 2 단부로부터 상기 제 1 단부를 향하는 방향으로 흐르는 물질을 위한 리턴 튜브의 초기 내부 접촉 면을 형성하는 것인 리턴 튜브.
    
29. 제 28 항에 있어서,
    상기 하부구멍 부분은, (a) 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 환형 접촉 면, (b) 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 내주 접촉 면, 또는 (c) 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 초기 환형 및 초기 내주 접촉 면 중의 어느 하나를 형성하도록 구성되는 것인 리턴 튜브.
    
30. 제 29 항에 있어서,
    상기 하부구멍 부분은 상기 방향으로 흐르는 물질에 대한 환형 접촉 면을 형성하는 원주상 립을 포함하는 리턴 튜브.
    
31. 제 28 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리턴 튜브는 상기 하부구멍 부분의 상부구멍 단부에 인접한 위치에서 직경 D1의 내주 표면을 가지며, 또한 상기 하부구멍 부분은 직경 D3를 갖는 내주 표면을 가지며, 여기서 D3 ≤ D1인 것인 리턴 튜브.
    
32. 제 31 항에 있어서,
    D3 < D1이고, 상기 하부구멍 부분의 상부구멍 단부에 인접한 위치에서 D1과 D3 사이에 계단형 전이가 존재하는 것인 리턴 튜브.
    
33. 제 28 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하부구멍 부분은 제 1 튜브에 적합하게 끼워지거나 그렇지 않으면 그에 결합되는 제 2 튜브를 포함하는 것인 리턴 튜브.
    
34. 제 33 항에 있어서,
    상기 제 2 튜브는 상기 제 1 튜브의 내부에 위치된 부분을 포함하는 것인 리턴 튜브.
    
35. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 튜브는 제 2 튜브에 대한 원주상 시트를 형성하면서 제 2 단부로 이어지는 증가된 내경 부분을 갖도록 형성되는 것인 리턴 튜브.
    
36. 제 35 항에 있어서,
    상기 증가된 내경 부분은 상기 제 1 튜브의 2개 또는 그 이상의 연속적인 부분들 중 하나이고, 제 2 단부를 향한 방향에서 연속적인 부분의 내경은 증가된 내경을 갖는 것인 리턴 튜브.
    
37. 제 28 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하부구멍 부분은, (a) 리턴 튜브의 내주 표면에 물질을 추가하는 동작, 또는 (b) 리턴 튜브의 내주 표면을 처리하는 동작, 또는 (a)와 (b) 모두에 의해 형성되는 것인 리턴 튜브.
    

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