KR20230011313A

KR20230011313A - Dth 해머용의 스플라인 윤활

Info

Publication number: KR20230011313A
Application number: KR1020227040180A
Authority: KR
Inventors: 요르마 메끼; 올리비에 브뤼앙데
Original assignee: 산드빅 마이닝 앤드 컨스트럭션 툴스 에이비; 산드빅 마이닝 앤드 컨스트럭션 오와이
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2021-05-19
Publication date: 2023-01-20
Also published as: EP3913184C0; US20230184037A1; CA3177244A1; WO2021233991A1; AU2021274048A1; MX2022014619A; EP3913184A1; CN115605662A; EP3913184B1

Abstract

드릴 스트링에의 커플링을 위해 배열된 상단 단부 및 절삭 바닥 단부를 갖는 다운더홀 드릴링 조립체로서, 세장형 케이싱; 축방향 바닥 단부에 위치설정된 피스톤 노즈를 갖는 축방향으로 앞뒤로 셔틀링할 수 있는 상기 케이싱의 내측에서 이동가능하게 배열된 유체 전동형 피스톤; 피스톤의 상단 단부 측면에서의 상단 작동 챔버 및 피스톤의 바닥 단부 측면에서의 바닥 작동 챔버; 내부 표면 상에 축방향으로 연장되는 드라이버 서브 스플라인들의 세트가 제공된 드라이버 서브; 드릴 비트로서, 스플라인 구역을 형성하도록 상기 드라이버 서브 스플라인들과의 맞물림을 위해 외부 표면 상에 축방향으로 연장되는 섕크 스플라인들의 세트가 제공된 세장형 섕크를 포함하는, 상기 드릴 비트를 통해 축방향으로 연장되는 중심 보어를 갖는, 상기 드릴 비트; 피스톤 노즈와 제 1 시일을 형성하기 위한 가이드 슬리브로서, 상기 가이드 슬리브는 내부 표면 및 외부 표면을 갖는, 상기 가이드 슬리브를 포함하고; 상기 가이드 슬리브는 드릴 비트의 섕크의 외부 표면과 제 2 시일을 형성하고, 상기 바닥 챔버를 상기 스플라인 구역에 유체 연결하야 그에 윤활을 제공하기 위해 상기 가이드 슬리브 및/또는 상기 케이싱을 통해 연장되는 적어도 하나의 공기 통로가 존재한다.

Description

DTH 해머용의 스플라인 윤활

본 발명은 개선된 스플라인 윤활을 제공하도록 배열된 다운-더-홀 해머 드릴 비트 조립체 (down-the-hole hammer drill bit assembly) 에 관한 것이다.

다양한 암반 드릴링 조립체에 의해 암반에 구멍이 드릴링될 수 있다. 드릴링은 타격과 회전을 조합하는 방법으로 수행될 수 있다. 이러한 타입의 드릴링은 타격 드릴링이라 불린다. 타격 드릴링은 충격 디바이스가 드릴링 동안에 드릴 구멍 외측에 또는 드릴 구멍에 있는지에 따라 분류될 수 있다. 충격 디바이스가 드릴 구멍에 있는 경우, 드릴링은 일반적으로 다운더홀 (DTH) 드릴링이라고 불린다. DTH 드릴링 조립체의 충격 디바이스가 드릴 구멍 내측에 위치되므로, 충격 디바이스의 구조는 콤팩트할 필요가 있다.

DTH 타격 해머 드릴링 기술은 드릴 스트링을 통하여 보어 구멍의 바닥에 위치된 해머에 가압 유체를 공급하는 것을 포함한다. 유체는 해머 드릴링 작용을 드라이빙하도록 그리고 절삭 작용으로 인한 칩들과 미립자를 보어 구멍을 통해 후향으로 플러싱하도록 작용하여 전방 절삭을 최적화한다.

드릴링 조립체에는 왕복 타격 피스톤이 제공되는데, 이는 피스톤의 작업 표면이 위치되는 작업 챔버 내외로의 가압 유체의 공급 및 배출을 제어함으로써 이동된다. 피스톤은 드릴링 조립체에 직접 연결된 드릴 비트에 부딪치도록 구성된다. 드릴 비트의 샤프트와 드라이버 서브 사이에 회전 드라이빙을 제공하는 가장 일반적인 방식은 샤프트의 외부 및 드라이버 서브의 보어의 벽 모두에 스플라인을 사용하는 것이다. 스플라인의 표면에 손상 및 균열 (crack) 의 형성을 초래할 갈링 (galling) 을 방지하기 위해, 예를 들어 컨테이닝 윤활제 (containing lubricant) 에 의해 이들 스플라인이 윤활되는 것이 중요하다.

전통적으로, 스플라인들은 작업 챔버들로부터의 공기의 누출을 통해 윤활된다. 푸트 밸브 (foot valve) 를 갖는 DTH 해머들에 대해, 바닥 챔버는 비트의 상단 직경 및 푸트 밸브로부터 시일링된다. 이는 압력의 빌드업을 생성하고, 결과적으로 윤활을 보장하기 위해 스플라인 구역 내로 유동할 공기의 약간의 누출이 존재할 것이다.

푸트 밸브는 전형적으로 플라스틱으로 제조되고 파손되기 쉬우며, 따라서 파손된 부분을 교체하도록 요구될 가동 중단 시간을 감소시키기 위해 이러한 부분의 포함을 회피하는 것이 유리하다. 따라서, 일부 DTH 해머 설계에서, 이전의 설계의 푸트 밸브 및 피스톤 협력이 부싱의 보어와 시일링을 생성하는 피스톤의 노즈로 교체되었다. 예를 들어, 이는 EP2627850 에 도시되어 있다.

그러나, 푸트 밸브를 갖지 않는 DTH 해머들에 대해, 바닥 챔버 시일링이 피스톤 노즈에 의해 수행됨에 따라, 비트의 외측 표면 상에 어디에도 고압의 빌드업은 존재하지 않는다. 챔버 벤팅 동안에만 공기가 존재할 것이고, 심지어 그후 단지 짧은 기간 동안에만 비트의 외측 상에 약간의 압력을 생성할 것이지만, 비트 중심 보어가 최소 저항의 경로를 제공하기 때문에, 이는 매우 최소의 공기 유동만이 스플라인을 향해 지향된다는 것을 의미하며, 이는 스플라인에 충분한 윤활을 제공하지 않는다. 푸트 밸브가 더 적은 DTH 해머에서, 가이드 부싱 또는, 드릴 비트의 상단 단부에 스캘럽 (scallop) 이 제공되어 스플라인 윤활 (spline lubrication) 을 위한 공기 통로를 생성하지만, 이러한 수단을 통해 제공되는 윤활은 충분하지 않다. 따라서, 특히 더 큰 드릴 비트 크기들에 대해, 이러한 영역에 더 양호한 윤활을 제공하기 위해 스플라인들로의 증가된 공기 유동이 존재하는 푸트 밸브가 더 적은 드릴링 비트 조립체를 제공하는 것이 필요하다.

본 발명의 목적은 암반을 드릴링하기 위한 신규하고 개선된 타격 드릴링 조립체 및 디바이스를 제공하는 것이고 이로써 스플라인에 제공되는 윤활 증가가 존재한다.

상기 목적은 드릴 스트링에의 커플링을 위해 배열된 상단 단부 및 절삭 바닥 단부를 갖는 다운더홀 드릴링 조립체를 제공함으로써 달성되고, 상기 드릴링 조립체는, 세장형 케이싱; 축방향 바닥 단부에 위치설정된 피스톤 노즈를 갖는 축방향으로 앞뒤로 셔틀링할 수 있는 상기 케이싱의 내측에서 이동가능하게 배열된 유체 전동형 피스톤; 피스톤의 상단 단부 측면에서의 상단 작동 챔버 및 피스톤의 바닥 단부 측면에서의 바닥 작동 챔버; 내부 표면 상에 축방향으로 연장되는 드라이버 서브 스플라인들의 세트가 제공된 드라이버 서브; 드릴 비트로서, 스플라인 구역을 형성하도록 상기 드라이버 서브 스플라인들과의 맞물림을 위해 외부 표면 상에 축방향으로 연장되는 섕크 스플라인들의 세트가 제공된 세장형 섕크를 포함하는, 상기 드릴 비트를 통해 축방향으로 연장되는 중심 보어를 갖는, 상기 드릴 비트; 피스톤 노즈와 제 1 시일을 형성하기 위한 가이드 슬리브로서, 상기 가이드 슬리브는 내부 표면 및 외부 표면을 갖는, 상기 가이드 슬리브를 포함하고; 상기 가이드 슬리브는 드릴 비트의 섕크의 외부 표면과 제 2 시일을 형성하고, 그에 윤활을 제공하도록 상기 바닥 챔버를 상기 스플라인 구역에 유체 연결하기 위해 상기 가이드 슬리브 및/또는 상기 케이싱을 통해 연장되는 적어도 하나의 공기 통로가 존재한다.

유리하게는, 이는 공기가 스플라인으로 강제되게 하고 따라서 스플라인의 윤활이 개선된다는 것을 의미한다. 따라서, 갈링이 감소되고 따라서 스플라인의 표면의 균열 및 손상이 최소화된다. 또한, 스플라인 구역으로의 증가된 공기 유동은 먼지 및 다른 잔해물을 멀리 플러싱 (flushing) 하는 것을 돕고, 이는 구성 요소들의 수명을 개선시킬 것이다.

선택적으로, 제 1 시일 및/또는 제 2 시일은 피스톤 시일 또는 로드 시일과 같은 추가적인 시일 매체로 강화된다. 유리하게는, 이는 시일링의 강도를 개선시킬 것이다.

선택적으로, 공기 통로는 가이드 슬리브를 통해 배타적으로 연장된다. 유리하게는, 이는 제조하기가 더 용이하다.

바람직하게, 상기 가이드 슬리브는 그 축방향 상단 단부에 제 1 섹션을 갖고, 그 축방향 중심 영역에서 제 2 섹션, 및 그 축방향 바닥 단부에서 제 3 섹션을 갖고, 상기 공기 통로는,

- 상기 가이드 슬리브의 내부 표면 상에서의 제 1 원위 단부로부터 상기 가이드 슬리브의 외부 표면 상에서의 제 2 원위 단부로 연장되는 상기 제 1 섹션에 위치되는, 적어도 하나의 상단 단부 포트로서, 상기 제 1 원위 단부가 상기 바닥 챔버에 유체 연결되는, 상기 적어도 하나의 상단 단부 포트;

- 적어도 하나의 상단 단부 포트에 유체 연결되는 상기 가이드 슬리브의 외부 표면과 상기 케이싱의 내부 표면 사이에 형성된 상기 제 2 섹션에 위치설정된 적어도 하나의 채널;

- 상기 제 3 섹션의 외부 표면에 위치설정된 적어도 하나의 홈 또는 상기 채널 및 상기 스플라인 구역에 유체 연결되는 제 3 섹션을 통해 연장되는 적어도 하나의 바닥 단부 포트로 형성된다.

유리하게는, 이러한 배열은 드릴 비트와 피스톤 노즈 사이의 정렬을 제공하기 위해 가이드 슬리브의 효율성을 손상시키지 않으면서 바닥 챔버로부터 스플라인 구역으로의 양호한 공기 통로를 제공할 것이다.

바람직하게는 적어도 3개의 상단 단부 포트가 존재한다. 유리하게는, 이는 스플라인 구역으로의 공기의 증가된 유동을 제공할 것이다.

바람직하게는, 상단 단부 포트들은 가이드 슬리브의 원주 주위에 균등하게 이격된다. 유리하게는, 이는 스플라인 구역의 전체에 공기의 잘 분배된 유동을 제공할 것이다.

바람직하게, 적어도 하나의 상단 단부 포트는 각지게 돌출되어, 제 1 원위 단부는 제 2 원위 단부에 비해 그리고 가이드 슬리브의 상단 단부에 더 가깝다. 유리하게는, 이는 공기가 바닥 챔버로부터 가이드 슬리브의 제 2 섹션에서의 채널로 유동하기 위한 양호한 유체 경로를 제공할 것이다.

바람직하게, 적어도 하나의 채널은 가이드 슬리브의 전체 원주부 주위에 반경방향 내향으로 리세스형성되는 상기 가이드 슬리브의 외부 표면에 의해 형성된다. 유리하게는, 이러한 구조는 드릴 비트와 피스톤 노즈 사이의 정렬을 제공하기 위해 가이드 슬리브의 강도 및 효율성을 손상시키지 않으면서 상단 단부 포트로부터 홈 또는 바닥 단부 포트로의 양호한 공기 통로를 제공하며, 제조가 용이하다.

대안적으로, 상기 적어도 하나의 채널은 반경방향 내향으로 리세스형성되는 가이드 슬리브의 외부 표면의 축방향 섹션들에 의해 형성된다.

바람직하게는, 적어도 2개의 홈 또는 바닥 단부 포트가 존재한다. 유리하게는 이는 스플라인들 중에 보다 균일하게 유동을 분배할 것이다.

대안적으로, 공기 통로는 가이드 슬리브 및 케이싱을 통해 연장된다. 상기 경우에서, 상기 공기 통로는 가이드 슬리브의 상기 제 1 섹션에 위치된 적어도 하나의 상단 단부 포트 및 케이싱의 내부 측면 상에서의 리세스로 형성된다. 이러한 대안예는 가이드 슬리브가 얇고 따라서 공기 통로가 가이드 슬리브를 통해 배타적으로 연장되기 위해 제한된 재료 두께가 존재하는 설계에 사용될 수 있다.

대안적으로, 공기 통로는 케이싱의 내부 측면 상의 리세스를 거쳐 케이싱을 통해 배타적으로 연장된다. 이러한 대안예는 가이드 슬리브가 얇고 따라서 공기 통로가 가이드 슬리브를 통해 연장되기 위해 제한된 재료 두께가 존재하는 설계에 사용될 수 있다.

선택적으로, 드라이버 서브 및/또는 드릴 비트는, 스플라인 구역으로부터의 공기가 조립체의 외측을 통해 누출되도록, 드릴 비트의 섕크와 드라이버 서브 사이의 갭에 인접한 슬롯을 갖는다. 유리하게는, 이는 누출 유동을 증가시키고, 따라서 윤활을 증가시킬 것이다.

이제, 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 본 발명의 특정 구현을 설명한다.

도 1 은 DTH 암반 드릴링 조립체가 제공된 암반 드릴링 리그의 개략도이다.
도 2 는 드릴 구멍의 바닥에 있는 DTH 드릴링 조립체의 개략도이다.
도 3 은 DTH 드릴링 조립체의 단면의 개략도이다.
도 4 는 공기 통로가 배타적으로 가이드 슬리브를 통해 연장되는 가이드 슬리브의 영역에서 DTH 드릴링 조립체의 횡단면의 확대도를 도시한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 가이드 슬리브의 사시도의 단면을 도시한다.
도 6 은 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 가이드 슬리브의 영역에서 DTH 드릴링 조립체의 단면을 도시한다.
도 7 은 드라이버 서브에 슬롯이 존재하는 가이드 슬리브 영역에서 DTH 드릴링 조립체의 단면을 도시한다.
도 8 은 드릴 비트에 슬롯이 존재하는 가이드 슬리브 영역에서 DTH 드릴링 조립체의 단면을 도시한다.
도 9 는 공기 통로가 가이드 슬리브 및 케이싱을 통해 연장되는 가이드 슬리브의 영역에서 DTH 드릴링 조립체의 단면을 도시한다.
도 10 은 공기 통로가 케이싱을 통해 배타적으로 연장되는 가이드 슬리브의 영역에서 DTH 드릴링 조립체의 단면을 도시한다.

도 1 및 도 2 는 드릴링 붐 (3) 이 제공된 이동가능한 캐리어 (2) 를 포함하는 암반 드릴링 리그 (1) 를 도시한다. 드릴링 붐 (3) 에는 이송 빔 (5), 이송 디바이스 (6) 및 회전 유닛 (7) 을 포함하는 암반 드릴링 유닛 (4) 이 제공된다. 회전 유닛 (7) 은 기어 시스템 및 적어도 하나의 회전 모터를 포함할 수 있다. 회전 유닛 (7) 은 캐리지 (8) 에 의해 지지될 수도 있고, 캐리지와 함RP 회전 유닛은 이송 빔 (5) 에 대해 이동가능하게 지지된다. 회전 유닛 (7) 에는 드릴 스트링 (9) 이 제공될 수도 있고, 드릴 스트링은 서로 연결된 적어도 하나의 드릴링 튜브 (10), 및 드릴링 장비 (9) 의 최외측 단부에 있는 DTH 드릴링 조립체 (11) 를 포함할 수 있다. DTH 드릴링 조립체 (11) 는 드릴링 동안 드릴링된 보어 구멍 (12) 에 위치된다.

도 2 는 드릴링 조립체 (11) 의 상단 단부 (42) 또는 축방향 후향 단부 및 드릴링 조립체의 바닥 단부 (44) 또는 축방향 전향 단부를 도시한다. DTH 드릴링 조립체 (11) 는 충격 디바이스 (미도시) 를 포함한다. 충격 디바이스는 회전 유닛 (7) 에 관하여 드릴 스트링 (9) 의 반대쪽 단부에 있다. 드릴링 동안, 드릴 비트 (14) 가 충격 디바이스에 직접 연결되어서, 충격 디바이스에 의해 생성된 타격 (P) 이 드릴 비트 (14) 에 전달된다. 드릴 스트링 (9) 은 도 1 에 도시된 회전 유닛 (7) 에 의해 그 종축을 중심으로 R 방향으로 회전하고, 그와 동시에 회전 유닛 (7) 및 그에 연결된 드릴 스트링 (9) 은 이송 디바이스 (6) 에 의해 드릴링 방향 (A) 으로 이송력 (F) 을 공급받는다. 그후, 드릴 비트 (14) 는 회전 (R), 이송력 (F) 및 타격 (P) 의 효과로 인해 암반을 파괴한다. 가압된 유체는 압력 소스 (PS) 로부터 드릴링 튜브 (10) 를 통해 드릴링 조립체 (11) 로 공급된다. 가압 유체는 압축 공기일 수 있고, 압력 소스 (PS) 는 압축기일 수 있다. 가압 유체는 드릴링 조립체의 타격 피스톤 (19 : 도 3 에 도시됨) 의 작업 표면에 영향을 미치도록 그리고 피스톤 (19) 이 왕복운동 방식으로 이동하고 드릴 비트의 충격 표면에 대해 부딪치게 하도록 지향된다. 드릴링 조립체 (11) 의 작업 사이클에 이용된 후, 가압 공기는 드릴링 조립체 (11) 로부터 배출되고 이로써 드릴 비트 (14) 에 대해 플러싱을 제공하도록 허용된다. 또한, 배출된 공기는 드릴 구멍과 드릴링 스트링 (9) 사이의 환형 공간에서 드릴링된 암반 재료를 드릴 구멍으로부터 푸시한다. 대안적으로, 드릴링 절삭은 충격 디바이스를 통과하는 중심 내부 튜브 내측의 드릴링 면으로부터 제거된다. 이 방법은 역순환 드릴링이라 불린다.

도 3 은 DTH 드릴링 조립체 (11) 의 단면도를 도시한다. 드릴링 조립체 (11) 는 세장형 케이싱 (15) 을 포함하고, 세장형 케이싱은 실질적으로 중공의 실린더 형태의 비교적 간단한 슬리브형 프레임 피스일 수 있다. 드릴 비트 (14) 는 케이싱 (15) 의 바닥 단부 (44) 내에 적어도 부분적으로 수용된다. 케이싱 (15) 의 상단 단부 (42) 에는, 드릴링 조립체 (11) 가 드릴 튜브 (미도시) 에 연결되도록 하는 수단을 제공하는 상단 서브 (또는 연결 피스)(80) 가 장착된다. 상단 서브 (80) 는 케이싱 (15) 의 상단 단부 (42) 내에 적어도 부분적으로 수용된다. 가압 유체를 충격 디바이스 (13) 에 공급하기 위한 입구 포트 (18) 가 상단 서브 (80) 와 연결된다. 입구 포트 (18) 는 밸브 수단 (18a) 을 포함할 수 있으며, 밸브 수단은 충격 디바이스를 향한 유체의 이송을 허용하지만 반대쪽 방향으로의 유동을 방지한다. 실질적으로 세장형 실린더인 피스톤 (19) 은 케이싱 (15) 내에서 축방향으로 연장되고, DTH 드릴링 조립체 (11) 를 통해 종방향으로 앞뒤로 셔플링할 수 있다. 피스톤 (19) 의 바닥 단부 (44) 는 드릴 비트 (14) 에 인접하게 배열된다. 드릴 비트 (14) 에는 유동 통과될 매체를 플러싱하기 위한 통로를 형성하는 중심 축방향으로 연장되는 보어 (20) 가 제공된다. 중심 보어 (20) 는 중심 라인 (61) 을 갖는다.

피스톤 (19) 의 상단 단부 (42) 측면에는 상단 작동 챔버 (21) 가 존재하고, 바닥 단부 (44) 를 향하는 반대쪽 단부에는 바닥 작동 챔버 (22) 가 존재한다. 피스톤 (19) 의 이동은 작업 챔버 (21, 22) 로 공급 및 배출하기 위한 유체 통로를 개방 및 폐쇄하여 피스톤 (19) 을 충격 방향 (A) 및 복귀 방향 (B) 을 향해 이동시키록 구성된다. 피스톤 (19) 의 바닥 단부 (44) 에는 피스톤 노즈 (24) 가 존재한다.

드릴 비트 (14) 에는 복수의 텅스텐 카바이드 인서트 (66) 가 제공된다. 드릴 비트 (14) 는 축방향으로 연장되는 섕크 (29) 로 형성된다. 생크 (29) 는 그 외부 표면 상에 축방향으로 연장되는 생크 스플라인들 (31) 의 세트가 제공된다. 회전력은 중공의 원통형 드라이버 서브 (34)(척으로서 공지됨) 를 통해 드릴 비트 (14) 에 인가되며, 드릴 비트에는 드라이버 서브 (34) 로부터 드릴 비트 (14) 로 회전 드라이브를 전달하기 위해 섕크 스플라인 (31) 과 맞물리는 그 내부면 상에 축방향 연장 드라이버 서브 스플라인들 (30) 의 세트가 또한 제공된다. 드라이버 서브 스플라인 (30) 과 섕크 스플라인 (31) 이 맞물리는 영역은 스플라인 구역 (32) 으로 칭해진다. 스플라인 구역 (32) 에 윤활을 제공하기 위해서는 공기가 그곳에 전달될 필요가 있다.

조립체는 비트 유지 링 (bit retaining ring)(36) 을 더 포함하며, 이 비트 유지 링은 전형적으로 조립의 용이성을 위해 2개의 하프 환형 부분으로 형성되며, 이는 드릴 비트 (14) 가 케이싱 (15) 과 같은 드릴링 조립체 (11) 의 나머지 구성요소와 분리되는 것을 방지하도록 기능한다.

푸트 밸브 대신에 사용되는 가이드 슬리브 (23)(다르게는 부싱 또는 안내 부싱으로 공지됨) 는 피스톤 노즈 (24) 와 협력하도록 배열된다. 가이드 슬리브 (23) 는 케이싱 (15) 에 인접하고 반경방향 내향에 위치설정된다. 피스톤 노즈 (24) 는 그 상단 단부 (42) 에서 가이드 슬리브 (23) 의 내외로 펄싱할 수 있고, 드릴 비트 (14) 의 섕크 (29) 는 그 바닥 단부 (44) 에서 가이드 슬리브 (23) 내측에 부분적으로 에워싸인다. 가이드 슬리브 (23) 의 목적은 피스톤 (19) 에 대한 타이밍 이벤트를 제공하고 안내하며 안정화하는 것을 돕기 위해 드릴 비트 (14) 를 피스톤 노즈 (24) 와 정렬시키는 것이다.

도 4 는 가이드 슬리브 (23) 영역에서 드릴링 조립체의 단면의 확대도를 도시한다. 제 1 시일 (25) 은 가이드 슬리브 (23) 와 피스톤 노즈 (24) 사이에 형성되고, 제 2 시일 (28) 은 가이드 슬리브 (23) 와 생크 (29) 의 외부 표면과 드릴 비트 (14) 사이에 형성된다. 따라서, 중심 보어 (20) 와 생크 (29) 의 외부 표면 사이에 시일이 생성된다. 이는 (중심 보어 (20) 를 통한) 메인 공기 플러싱 경로가 스플라인 구역 (32) 으로부터 분리된다는 것을 의미한다. 전형적으로, 제 1 및 제 2 시일 (25, 28) 은 이들 영역에 타이트한 클리어런스를 가짐으로써 생성된다. 선택적으로, 제 1 및/또는 제 2 시일 (25, 28) 은 폴리머, 피스톤 시일 또는 로드 시일 또는 다른 적절한 재료와 같은 추가적인 시일링 매체를 도입함으로써 강화될 수 있다. 가이드 슬리브 (23) 는 피스톤 노우즈 (24) 에 인접한 내부 표면 (38) 및 케이싱 (15) 에 인접한 외부 표면 (39) 을 갖는다. 가이드 슬리브 (23) 는 공기가 바닥 챔버 (22) 로부터 스플라인 구역 (32) 으로 직접 유동할 수 있게 하는 공기 통로 (55) 를 갖도록 특별히 구성된다. 바닥 챔버 (22) 로부터 스플라인 구역 (32) 으로의 공기 통로 (55) 를 따르는 공기의 유동은 도 4 에서 화살표 (27) 로 표시된다.

가이드 슬리브 (23) 는 바닥 챔버 (22) 를 스플라인 구역 (32) 에 유체 연결하여 그에 윤활을 제공하는 적어도 하나의 공기 통로 (55) 를 포함한다. 바람직하게는, 적어도 하나의 가이드 슬리브 (23) 는 3개의 섹션으로 구성되는 것으로 간주될 수 있다. 제 1 섹션 (56) 에서, 가이드 슬리브 (23) 의 상단 단부 (42) 에는, 가이드 슬리브 (23) 의 내부 표면 (38) 상에서의 제 1 원위 단부 (50) 로부터, 가이드 슬리브의 외부 표면 (39) 상의 제 2 원위 단부 (51) 로 돌출하는 적어도 하나의 상단 단부 포트 (37) 가 존재한다. 바람직하게, 적어도 하나의 상단 단부 포트 (37) 는 각지게 돌출되어, 제 1 원위 단부 (50) 는 상기 제 2 원위 단부 (51) 에 비해 그리고 가이드 슬리브 (23) 의 상단 단부 (42) 에 더 가깝다. 바람직하게는, 하나보다 많은 포트 (37), 예를 들어, 3개 이상, 또는 예를 들어, 4개 이상, 또는 예를 들어, 5개 이상이 존재한다. 상단 단부 포트 (들)(37) 의 수 및 크기는 스플라인 구역 (32) 으로 전달되는 공기의 요구된 볼륨을 용이하게 하기 위해 변경될 수 있다. 바람직하게, 상단 단부 포트들 (37) 은 가이드 슬리브 (23) 의 원주부 주위에 균일하게 이격된다. 제 2 섹션 (57) 에서, 가이드 슬리브 (23) 의 중심 부분에서, 외부 표면 (39) 은 반경방향 내향으로 스캘럽 또는 리세스형성되어, 적어도 하나의 채널 (52) 이 가이드 슬리브 (23) 의 축방향 섹션들에서 또는 전체 원주부 주위에서 케이싱 (15) 의 내부 표면 (63) 과 가이드 슬리브 (23) 의 외부 표면 (39) 사이에 형성되어, 홈이 형성된다. 채널 (52) 은 적어도 하나의 상단 단부 포트 (37) 에 유체 연결된다. 제 3 섹션 (58) 에서, 가이드 슬리브 (23) 의 바닥 단부 (44) 에서, 가이드 슬리브 (23) 의 외부 표면 (39) 에 적어도 하나의 홈 (59) 이 존재한다. 적어도 하나의 홈 (59) 은 채널 (52) 을 스플라인 구역 (32) 에 유체 연결하도록 제 3 섹션 (58) 에서 가이드 슬리브의 외부 표면 (39) 을 따라 축방향으로 연장된다. 바람직하게는, 하나보다 많은 홈 (59), 예를 들어 적어도 2개의 홈, 보다 바람직하게는 적어도 3개의 홈이 존재한다. 홈 (59) 의 수 및 치수는 스플라인 구역 (35) 으로 전달되는 공기의 요구된 볼륨을 용이하게 하기 위해 변경될 수 있다. 일 실시예에서, 공기 통로 (55) 는 적어도 하나의 상단 단부 포트 (37), 적어도 하나의 채널 (52) 및 적어도 하나의 홈 (59) 으로부터 형성된다.

도 5 는 본 발명의 가이드 슬리브 (23) 를 보다 상세히 도시한다.

대안적으로, 제 1 섹션 (56) 에서 적어도 하나의 상단 단부 포트 (37) 는 케이싱 (15) 과 가이드 슬리브 (23) 사이의 통로로 교체될 수 있다.

대안적으로, 제 2 섹션 (57) 에서 적어도 하나의 채널 (52) 은 가이드 슬리브 (23) 를 통해 돌출되는 적어도 하나의 축방향 구멍에 의해 교체될 수 있다.

도 6 은 대안적으로, 제 3 섹션 (58) 에서 적어도 하나의 홈 (59) 이 적어도 하나의 바닥 단부 포트 (62) 에 의해 교체될 수 있다는 것을 도시한다.

제 1 섹션 (56) 에서 상단 단부 포트 (37) 의 수는 제 3 섹션 (58) 에서 홈 (59) 또는 바닥 단부 포트 (62) 의 수와 동일하거나 상이할 수 있다.

피스톤 노즈 (24) 가 가이드 슬리브 (23) 로부터 이동할 때, 바닥 챔버 (22) 는 벤팅되고 따라서 모든 공기가 중심 보어 (20) 를 통과한다. 피스톤 노즈 (24) 가 스트라이킹 지점 직전에 가이드 슬리브 (23) 내로 이동함에 따라, 바닥 챔버 (22) 에서 가압 공기는 적어도 하나의 상단 단부 포트 (37) 를 통해 공기 통로 (55) 에 유체 연결된다. 피스톤 노즈 (24) 의 설계는 또한 스플라인 구역 (32) 으로의 공기의 주입을 제어하는데 사용될 수 있다.

공기가 스플라인 구역 (32) 을 통과하면, 공기는 드릴 비트 (14) 상의 생크 (29) 와 드라이버 서브 (34) 사이의 갭 (64) 을 통해 조립체 (11) 의 외측으로 누출될 것이다. 도 7 에 도시된 바와 같이 드라이버 서브 (34) 또는 도 8 에 도시된 바와 같이 드릴 비트 (14) 상에서 갭 (64) 에 인접한 슬롯 (65) 을 추가함으로써 또는 누출을 더 증가시키고 그에 따라 윤활을 더 증가시키기 위해 양쪽의 조합에 의해 추가 유동 구역이 제공될 수 있다.

도 9 는 대안적으로 공기 통로 (55) 가 부분적으로 가이드 슬리브 (23) 를 통해 그리고 부분적으로 케이싱 (15) 을 통해 연장될 수 있다는 것을 도시한다. 예를 들어, 공기 통로 (55) 는 가이드 슬리브 (23) 의 제 1 섹션 (56) 에 위치된 적어도 하나의 상단 단부 포트 (37) 및 케이싱 (15) 의 내부 측면 상에서의 리세스 (60) 로 형성될 수 있다.

도 10 은 대안적으로 공기 통로 (55) 가 케이싱 (15) 의 내부 측면 상의 리세스 (60) 를 통해 스플라인 구역 (32) 에 바닥 작업 챔버 (22) 를 유체 연결하도록 케이싱 (15) 을 통해 전적으로 그리고 배타적으로 연장될 수 있다는 것을 도시한다.

Claims

드릴 스트링에의 커플링을 위해 배열된 상단 단부 (42) 및 절삭 바닥 단부 (44) 를 갖는 다운더홀 드릴링 조립체 (down the hole drilling assembly : 11) 로서,
세장형 케이싱 (15);
축방향 바닥 단부 (44) 에 위치설정된 피스톤 노즈 (24) 를 갖는 축방향으로 앞뒤로 셔틀링할 수 있는 상기 케이싱 (15) 의 내측에서 이동가능하게 배열된 유체 전동형 피스톤 (19);
상기 피스톤 (19) 의 상기 상단 단부 (42) 측면에서의 상단 작동 챔버 (21) 및 상기 피스톤 (19) 의 상기 바닥 단부 (44) 측면에서의 바닥 작동 챔버 (22);
내부 표면 상에 축방향으로 연장되는 드라이버 서브 스플라인들 (30) 의 세트가 제공된 드라이버 서브 (driver sub : 34);
드릴 비트 (14) 로서, 스플라인 구역 (32) 을 형성하도록 상기 드라이버 서브 스플라인들 (29) 과의 맞물림을 위해 외부 표면 상에 축방향으로 연장되는 섕크 스플라인들 (31) 의 세트가 제공된 세장형 섕크 (29) 를 포함하는, 상기 드릴 비트를 통해 축방향으로 연장되는 중심 보어 (20) 를 갖는, 상기 드릴 비트 (14);
상기 피스톤 노즈 (24) 와 제 1 시일 (25) 을 형성하기 위한 가이드 슬리브 (23) 로서, 상기 가이드 슬리브 (23) 는 내부 표면 (38) 및 외부 표면 (39) 을 갖는, 상기 가이드 슬리브 (23) 를 포함하고;
상기 가이드 슬리브 (23) 는 상기 드릴 비트 (14) 의 상기 섕크 (29) 의 외부 표면과 제 2 시일 (28) 을 형성하고, 상기 바닥 챔버 (22) 를 상기 스플라인 구역 (32) 에 유체 연결하여 상기 스플라인 구역에 윤활을 제공하기 위해 상기 가이드 슬리브 (23) 및/또는 상기 케이싱 (15) 을 통해 연장되는 적어도 하나의 공기 통로 (55) 가 존재하는, 다운더홀 드릴링 조립체 (11).
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 시일 (25) 및/또는 상기 제 2 시일 (28) 은 추가적인 시일링 매체, 예를 들어 피스톤 시일 또는 로드 시일로 강화되는, 다운더홀 드릴링 조립체 (11).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 공기 통로 (55) 는 상기 가이드 슬리브 (23) 를 통해 배타적으로 연장되는, 다운더홀 드릴링 조립체 (11).
제 3 항에 있어서,
상기 가이드 슬리브 (23) 는 축방향 상단 단부 (42) 에서 제 1 섹션 (56), 축방향 중심 영역에서 제 2 섹션 (57), 및 축방향 바닥 단부 (44) 에 제 3 섹션 (58) 을 갖고,
상기 공기 통로 (55) 는,
- 상기 가이드 슬리브 (23) 의 내부 표면 (38) 상에서의 제 1 원위 단부 (50) 로부터 가이드 슬리브 (23) 의 상기 외부 표면 (39) 상에서의 제 2 원위 단부 (51) 로 연장되는 상기 제 1 섹션 (56) 에 위치되는, 적어도 하나의 상단 단부 포트 (37) 로서, 상기 제 1 원위 단부 (50) 가 상기 바닥 챔버 (22) 에 유체 연결되는, 적어도 하나의 상단 단부 포트 (37);
- 상기 적어도 하나의 상단 단부 포트 (37) 에 유체 연결되는 상기 가이드 슬리브 (23) 의 외부 표면 (39) 과 상기 케이싱 (15) 의 내부 표면 (63) 사이에 형성된 상기 제 2 섹션 (57) 에 위치설정된 적어도 하나의 채널 (52);
- 상기 제 3 섹션 (58) 의 외부 표면 (39) 에 위치설정된 적어도 하나의 홈 (59) 또는 상기 채널 (52) 및 상기 스플라인 구역 (32) 에 유체 연결되는 상기 제 3 섹션 (58) 을 통해 연장되는 적어도 하나의 바닥 단부 포트 (62) 로 형성되는, 다운더홀 드릴링 조립체 (11).
제 4 항에 있어서,
적어도 3개의 상단 단부 포트들 (37) 이 존재하는, 다운더홀 드릴링 조립체 (11).
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상단 단부 포트들 (37) 은 상기 가이드 슬리브 (23) 의 원주부 주위에 균일하게 이격되는, 다운더홀 드릴링 조립체 (11).
제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 상단 단부 포트 (37) 는 각지게 돌출되어, 상기 제 1 원위 단부 (50) 는 상기 제 2 원위 단부 (51) 에 비해 그리고 상기 가이드 슬리브 (23) 의 상단 단부 (42) 에 더 가까운, 다운더홀 드릴링 조립체 (11).
제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 채널 (52) 은 상기 가이드 슬리브 (23) 의 전체 원주부 주위에 반경방향 내향으로 리세스형성되는 상기 가이드 슬리브 (23) 의 외부 표면 (39) 에 의해 형성되는, 다운더홀 드릴링 조립체 (11).
제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 채널 (52) 은 반경방향 내향으로 리세스형성되는 상기 가이드 슬리브 (23) 의 외부 표면 (39) 의 축방향 섹션들에 의해 형성되는, 다운더홀 드릴링 조립체 (11).
제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 2개의 홈들 (59) 또는 바닥 단부 포트들 (62) 이 존재하는, 다운더홀 드릴링 조립체 (11).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 공기 통로 (55) 는 상기 가이드 슬리브 (23) 및 상기 케이싱 (15) 을 통해 연장되는, 다운더홀 드릴링 조립체 (11).
제 11 항에 있어서,
상기 공기 통로 (55) 는 상기 가이드 슬리브 (23) 의 상기 제 1 섹션 (56) 에 위치된 적어도 하나의 상단 단부 포트 (37) 및 상기 케이싱 (15) 의 내부 측면 상에서의 리세스 (60) 로 형성되는, 다운더홀 드릴링 조립체 (11).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 공기 통로 (55) 는 상기 케이싱 (15) 의 내부 측면 상에서 리세스 (60) 를 거쳐 상기 케이싱 (15) 을 통해 배타적으로 연장되는, 다운더홀 드릴링 조립체 (11).
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 드릴링 (11) 으로서,
드라이버 서브 (34) 및/또는 드릴 비트 (14) 는, 스플라인 구역 (32) 으로부터의 공기가 조립체 (11) 의 외측을 통해 누출되도록, 상기 드릴 비트 (14) 의 섕크 (29) 와 상기 드라이버 서브 (34) 사이의 갭 (64) 에 인접한 슬롯 (65) 을 갖는, 드릴링 (11).