KR20230145352A - 생크 어댑터들을 위한 타원형 설계 - Google Patents

Abstract

드릴링 조립체의 파트를 형성하기 위한 생크 어댑터로서, 제 1 단부와 제 2 단부 사이에서 축방향으로 연장되는 본체; 외부 나사산형 섹션 및 상기 본체와 상기 나사산형 섹션의 축방향 중간에 위치설정된 비-나사산형 생크를 갖는 상기 제 2 단부에 제공된 수형 스피곳 부분; 상기 본체와 상기 수형 스피곳 부분 사이에 축방향으로 위치설정된 반경방향 돌출 견부를 포함하고; 상기 생크는 상기 제 2 단부에서 상기 견부에 인접하게 위치설정된 전이 섹션을 갖고, 상기 전이 섹션은 상기 스피곳 부분으로부터 상기 견부로의 방향으로 증가하는 외경을 갖고; 종축의 평면에서 전이 섹션의 외부 표면의 단면 형상 프로파일은, 다음의 식

에 따른 반-장축 (a); 반-단축 (b) 및 지수 계수 (n) 를 갖는 타원의 세그먼트를 포함하고, 상기 반-장축 대 상기 반-단축의 비 (a:b) 는 범위 2b < a < 8b 내에 존재하는 것을 특징으로 한다.

Description

생크 어댑터들을 위한 타원형 설계

본 발명은 암석 드릴링 생크 어댑터 (rock drilling shank adapter) 에 관한 것으로, 특히, 배타적이지는 않지만, 응력 집중을 최소화하도록 구성된 생크 어댑터의 커플링에 관한 것이다.

타격 드릴링 (percussion drilling) 은 상호연결된 수형 및 암형 나사산형 단부에 의해 단부 대 단부로 함께 커플링된 복수의 세장형 드릴 스트링 로드 (drill string rod) 를 통해 긴 보어구멍을 생성하는데 사용된다. 양호하게 확립된 기법은 드릴링 스트링의 하나의 단부에 장착된, 암석 드릴 비트에로부터, 보어구멍의 바닥에서의 암석까지 전달되는 임팩트를 해머링함으로써 암석을 파괴하는 것이다. 전형적으로, 암석을 파괴하는데 요구되는 에너지는 드릴 스트링을 통해 그리고 궁극적으로 베이스 암석 레벨로 전파되는 응력 (또는 쇼크) 파를 생성하도록 생크 어댑터 (shank adaptor) 를 통해 드릴 스트링의 단부와 접촉하는, 유압 구동형 피스톤에 의해 생성된다. 생크 어댑터는 드릴 스트링 (drill string) 에 연결하기 위해 일 단부에서 나사산형 수형 연결부를 갖는 본체를 포함하고, 대향하는 제 2 단부에서 본체는 드릴링 기계에 통합된 임팩트 피스톤이 작용하는 고체 재료의 단부 섹션을 갖는다. 고체 단부 섹션과 관련하여, 드릴 스트링 및 생크 어댑터의 활성화 (enablement) 또는 회전을 위해 제공된 스플라인 (spline) 들의 세트가 또한 존재한다.

생크 어댑터의 나사산형 수형 단부가 최단부 드릴 로드 (endmost drill rod) 의 암형 나사산형 단부에 커플링될 때, 조인트는 전형적으로 드릴링 동안 벤딩 모멘트를 받는다. 이러한 벤딩 모멘트는 커플링에 피로응력을 주고 조인트의 나사산형 부분 내에서 파손을 초래할 수 있다. 전형적으로, 그것은 커플링의 작동 수명을 결정하고 손상되는 나사산형 수형 스피곳 (threaded male spigot) 이다.

특히, 나사산형 수형 스피곳의 상이한 직경들과 생크 어댑터 (또는 '견부 접촉' 커플링들의 경우에 생크 어댑터 상의 환형 견부) 의 메인 길이 사이의 전이는 벤딩 모멘트들 및 인장 로드들 (tensile loads) 로 인한 잠재적으로 높은 응력 집중들을 위한 영역을 제공한다. 통상적으로, 나사산형 수형 스피곳과 메인 길이 또는 견부 사이의 축방향으로 전이부에서의 생크 어댑터의 외경은 2개의 영역 사이에 수용될 수 있는 만큼 큰 단일 반경 곡률을 갖는 만곡된 형상 프로파일을 구비한 반경방향 외향으로 벌어진다 (flared). 그러나, 인장력에서 200 MPa 만큼 응력을 받는 전형적인 나사산형 커플링에 대해, 전이 영역은 대략 300 MPa 의 응력 레벨에 도달한다. 따라서, 피로 및 가능한 파손은 드릴링 작업에 상당한 중단을 야기할 가능성이 매우 크다. 따라서, 이러한 문제들을 해결하는 생크 어댑터 설계가 필요하다.

본 발명의 목적은 스피곳과 생크 어댑터 상의 견부 사이의 전이 영역에서 응력 집중 가능성을 최소화하여 생크 어댑터의 작동 수명을 연장하고 사용 중 파손 위험 및 피로를 최소화하도록 최적화된 수형 나사산형 커플링 파트를 갖는 생크 어댑터를 제공하는 것이다. 추가의 구체적인 목적은 큰 벤딩 모멘트 (bending moment) 및 인장 로드 (tensile load) 을 견디도록 향상된 용량을 포함하는 기존의 드릴링 장치 및 방법과 호환 가능한 생크 어댑터를 제공하는 것이다.

상기 목적은 특히 메인 길이 섹션의 단부와의 인터페이스에 축방향으로 위치설정된 전이 영역 또는 메인 길이 섹션의 단부에서의 환형 견부를 구성함으로써 달성된다. 본 발명은 인시던트 (incident) 벤딩 모멘트 또는 인장 로드로부터 기인된 메인 길이 섹션과 수형 스피곳의 접합부에서 공지된 설계에 비해 감소된 응력 집중을 나타내는 드릴 로드 (drill rod) 커플링에 대해 생크 어댑터를 제공한다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 드릴링 조립체의 일부를 형성하기 위한 생크 어댑터가 존재하고, 상기 생크 어댑터는, 제 1 단부와 제 2 단부 사이에서 축방향으로 연장되는 본체; 외부 나사산형 섹션 및 상기 본체와 상기 나사산형 섹션의 축방향 중간에 위치설정된 비-나사산형 생크를 갖는 상기 2 단부에 제공된 수형 스피곳 부분; 상기 본체와 상기 수형 스피곳 부분 사이에 축방향으로 위치설정된 반경방향 돌출 견부를 포함하고; 상기 생크는 상기 제 2 단부에서 상기 견부에 인접하게 위치설정된 전이 섹션을 갖고, 상기 전이 섹션은 상기 스피곳 부분으로부터 상기 견부로의 방향으로 증가하는 외경을 갖고; 종축의 평면에서 전이 섹션의 외부 표면의 단면 형상 프로파일은, 다음의 식

에 따른 반-장축 (a); 반-단축 (b) 및 지수 계수 (n) 를 갖는 타원의 세그먼트를 포함하고,

상기 반-장축 대 상기 반-단축의 비 (a:b) 는 범위 2b < a < 8b 내에 있는 것을 특징으로 한다.

유리하게는, 이는 향상된 강성도를 나타내고 벤딩 모멘트 및 인장력에 대해 더 탄성적인 수형 커플링 단부를 제공한다. 전이 섹션은 스피곳이 견부로부터 축방향으로 돌출하는 섹션에서 응력 집중을 제거하거나 적어도 최소화하도록 구성된다. 반-장축 대 반-단축의 길이의 비가 이것을 초과이거나 미만이면, 응력 집중이 증가한다. 결과적으로, 파괴의 위험이 감소되고, 따라서, 생크 어댑터의 작동 수명이 증가된다. 선택적으로, 전이 섹션은 또한 형상 프로파일이 직선 및/또는 상이한 만곡된 프로파일인 세그먼트를 포함할 수 있다.

선택적으로, 비-나사산형 생크는 축방향으로 나사산형 섹션에 가장 가깝게 위치설정되는 직선 파트와 축방향으로 측면 표면에 가장 가깝게 위치설정되는 만곡된 전이 섹션으로 축방향으로 분할된다. 견부와 나사산형 파트 사이의 거리를 증가시키는 것이 유리할 수 있다. 이 경우 직선 섹션도 포함하는 것이 유리하다.

대안적으로, 비-나사산형 생크는 측면 표면으로부터 나사산형 섹션으로 계속 연장되는 만곡된 전이 섹션만을 갖는다. 비-나사산형 생크가 더 짧을 때, 이는 응력 집중을 가능한 한 낮게 유지하는 것을 돕기 때문에, 만곡된 전이 섹션만 존재하고, 즉 직선 섹션도 없는 것이 유리하다.

바람직하게, 반-장축 대 반-단축의 비 (a:b) 는 범위 2.5b < a < 6b 내에 있다. 유리하게는, 협소화된 비 범위 내에서, 스피곳이 견부로부터 축방향으로 돌출하는 섹션에서의 응력 집중이 추가로 감소되며, 이는 큰 벤딩 모멘트 및 인장 응력을 견디기 위한 향상된 능력이 있음을 의미한다.

바람직하게, 반-단축 (b) 은 다음의 식,

에 따라 상기 나사산형 섹션의 치수에 비례하고,

Di 는 대향하는 트로프들 사이의 상기 나사산형 섹션의 직경이고, Dy 는 대향하는 나선형 리지들 사이의 나사산형 섹션의 직경이다. 유리하게는, 반-장축 (b) 의 길이는 가능한 한 큰 데, 왜냐하면 이는 날카로운 단부가 없고 따라서 최저 응력 집중을 갖는 타원형 형상을 제공하기 때문이다. 그러나, 반-장축 (b) 의 길이가 너무 길면, 견부가 효율적으로 존재하지 않을 것이고, 따라서 에너지거 암형 단부와 수형 단부 사이에 효율적으로 전달될 수 없을 것이고, 이는 로드의 암형 단부를 파괴할 것이다.

바람직하게는, 지수 계수 (n) 는 1 ≤ n ≤ 3 의 범위에 있다. 유리하게는, 이는 가장 낮은 응력 농도를 갖는 타원형 프로파일을 갖는 전이 섹션을 제공한다.

선택적으로, 타원의 정점은 견부의 환형 측면 표면과의 접선에 위치설정된다. 대안적으로, 타원의 정점은 견부의 환형 측면 표면을 언더커팅한다. 상이한 로드 경우들은 타원의 상이한 형태들로부터 이익을 얻을 수 있다.

선택적으로, 타원의 x-축은 종축에 평행하다. 대안적으로 타원의 x-축이 종축에 대해 틸팅된다. 상이한 로드 경우들은 타원의 상이한 형태들로부터 이익을 얻을 수 있다.

선택적으로, 종축의 평면에서 전이 섹션의 외부 표면의 프로파일은 타원의 1/4 세그먼트를 포함한다. 대안적으로, 종축의 평면에서 전이 섹션의 외부 표면의 단면 형상 프로파일은 타원의 1/4 세그먼트보다 큰 세그먼트를 포함한다. 대안적으로, 종축의 평면에서 전이 섹션의 외부 표면의 상기 단면 형상 프로파일은 타원의 1/4 세그먼트보다 작은 세그먼트를 포함한다. 상이한 로드 경우들은 타원의 상이한 형태들로부터 이익을 얻을 수 있다.

명세서 내에서, '곡률' 에 대한 언급은 표면 프로파일의 매끄럽거나 점진적인 변화 및 집합적으로 '만곡된' 형상 프로파일로서 간주될 수 있는 다수의 순차적인 직경의 증가 (또는 감소) 를 포함한다. 예를 들어, '곡률' 이라는 용어는 각각의 스텝의 에지 또는 미들 영역이 곡선을 집합적으로 정의하는 것으로 간주될 수 있도록 비교적 작은 선형 스텝 변화를 포함한다.

바람직하게는, 생크 어댑터는 메인 길이 섹션으로부터 반경방향으로 돌출하는 견부를 포함하고, 견부의 외경은 메인 길이 섹션의 외경 및 생크의 전이 섹션보다 크다. 이러한 구성은 수형 파트와 암형 파트 사이의 더 큰 직경 및 표면적 접촉으로 인해 대안적인 '바닥 접촉' 보다 바람직한 수형 스피곳과 암형 슬리브 사이의 종래의 '견부 접촉' 커플링을 허용한다.

바람직하게는, 전이 섹션과 접촉하는 견부의 측면 표면은 종축에 실질적으로 수직으로 정렬되는 환형의 반경방향 외부 영역을 포함한다. 따라서, 만곡된 전이 섹션은 암형 슬리브의 환형 단부 면에 의한 접촉을 위해 플랫형 환형 표면을 제공하도록 환형 측면 표면의 전체 반경방향 길이에 걸쳐 계속되지 않는다.

선택적으로, 나사산형 섹션은 적어도 하나의 축방향으로 연장되는 나선형 리지 및 홈을 포함하고, 나사산형 섹션과 전이 섹션 사이의 축방향으로 생크의 외경은 나사산형 섹션의 리지에 대응하는 축방향 및 반경방향 포지션에서 나사산형 섹션의 외경과 실질적으로 동일하다. 선택적으로, 나사산형 섹션은 이중 또는 삼중 나선 등으로서 형성된 복수의 나사산을 포함한다. 이러한 구성은 원하는 기계적 및 물리적 특성을 갖는 원하는 나사산형 프로파일을 달성하도록 선택될 수 있다.

선택적으로, 생크의 단면적은 나사산형 섹션과 메인 길이 섹션 또는 견부 사이의 생크의 전체 축방향 길이에 걸쳐 종축에 수직인 평면에서 메인 길이 섹션의 단면적과 적어도 동일하다. 선택적으로, 나사산형 섹션의 직경은 메인 길이 섹션의 직경보다 약간 작다. 따라서, 생크는 벤딩 모멘트 및 인장 로드 동안 강건하도록 구성된다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 본 명세서에 청구된 바와 같은 생크 어댑터를 포함하는 드릴링 조립체가 제공된다.

본 발명의 특정한 구현예는 지금부터 첨부된 도면을 참조하여 그리고 단지 예로써 설명될 것이다.

도 1 은 암석 드릴링 장치의 일부를 형성하는 생크 어댑터 드릴링 스트링의 외부도이다.
도 2 는 본 발명의 특정 구현예에 따른 수형 커플링의 영역에서 도 1 의 생크 어댑터의 일 단부의 외부 측면도이고, 비-나사산형 생크는 축방향으로 직선 파트 및 만곡된 전이 섹션으로 분할된다.
도 3 은 본 발명의 대안적인 구현예에 따른 수형 커플링의 영역에서 도 1 의 생크 어댑터의 일 단부의 외부 측면도이고 비-나사산형 생크는 단지 만곡된 전이 섹션을 갖는다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 수형 커플링의 생크 파트의 확대도이며, 전이 섹션의 타원형 프로파일의 정점은 견부에 대한 접선에 있다.
도 5 는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 수형 커플링의 생크 파트의 확대도이며, 전이 섹션의 타원형 프로파일은 견부의 환형 측면 표면을 언더커팅한다.
도 6 은 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 수형 커플링의 생크 파트의 확대도이며, 전이 섹션의 타원형 프로파일은 틸팅된다.
도 7a-도 7g 는 종래 기술 (도 7a) 을 본 발명의 상이한 실시예들 (도 7b-도 7g) 과 비교하는 안전 계수 이미지들이다.

도 1 은 종축에 대해 전방 단부 (103) 및 후방 단부 (104) 를 갖는 메인 본체 (101) 를 포함하는 생크 어댑터 (100) 를 도시한다. 복수의 축방향으로 평행한 세장형 스플라인 (106) 은 후방 단부 (104) 를 향해 메인 본체 (101) 의 후방 영역에서 외부 표면 (102) 으로부터 반경방향 외향으로 돌출한다. 스플라인들 (106) 은 드릴링 작동들 동안 축 (109) 을 중심으로 어댑터 (100) 의 회전을 유도하기 위해 회전 모터 (미도시) 의 대응하는 스플라인들에 의해 맞물리도록 구성된다. 어댑터 (100) 는 단부들 (103, 104) 사이에 축방향으로 위치설정되고 외부 표면 (102) 으로부터 어댑터 (100) 내에서 축방향으로 연장되는 내부 공동 또는 영역으로 메인 본체 (101) 를 통해 반경방향으로 연장되는 플러시 구멍 (또는 보어) (105) 을 추가로 포함한다. 생크 어댑터 (100) 는 세장형 드릴 스트링에 커플링되고 타격 드릴링 (percussion drilling) 작용을 부여하기 위해 드릴 구멍의 가장 깊은 영역에 위치된 드릴 공구 (미도시) 에 응력파의 전달을 허용하도록 구성된다. 특히, 어댑터 전방 단부 (103) 는 드릴 스트링의 일부를 형성하는 최후방 세장형 드릴 로드 (107) 의 후방 단부에 커플링될 수 있다. 최후방 어댑터 단부 (104) 는 어댑터 (100) 및 드릴 스트링 내에 응력파를 생성하는 유압 구동형 피스톤 (108) 에 의해 접촉되도록 구성된다. 전방 단부 (103) 는 환형 견부 (110) 를 포함하고, 상기 견부로부터 축방향으로 수형 스피곳 (108) 이 돌출된다.

도 2 는 스피곳 (108) 이 축방향으로 최단부 나사산형 섹션 (107) 과 축방향으로 나사산형 섹션 (107) 과 견부 (110) 중간에 위치설정된 비-나사산형 생크 (109) 로 분할되는 것을 도시한다. 생크 어댑터의 수형 단부와 인접한 드릴 로드의 암형 단부가 커플링될 때, 최후방의 세장형 드릴 로드 (107) 의 축방향 최단부 환형 표면 (115) 은 (도 1 에 도시된 바와 같이) 견부 (110) 에 대해 맞닿아서, 수형 스피곳 (108) 의 환형 단부 면 (114) 은 최후방의 세장형 드릴 로드 (107) 상의 슬리브 (미도시) 내에 완전히 수용된다.

튜브형 본체 (101) 는 견부 (110) 에 위치된 원통형 표면 (202) 에서 종결되는 환형의 오목한 영역 (201) 을 제공하도록 견부 (110) 에서 반경방향 외향으로 벌어져 있는 원통형 외부 표면 (200) 을 포함한다. 따라서, 축 (204) 에 수직인 평면에서 표면 (202) 의 직경 및 단면적은 따라서 메인 길이 표면 (200) 의 대응하는 직경 또는 단면적 (평행 평면에서) 보다 크다. 견부 (110), 특히 원통형 표면 (202) 은 축 (204) 에 수직으로 정렬된 환형 측면 (203) 에 의해 스피곳 측면에서 종결된다. 스피곳 (108) 은 표면 (203) 의 반경방향 내측 영역으로부터 축방향으로 돌출하며, 메인 본체 (101) 및 환형 견부 (110) 와 동축으로 정렬된다. 메인 본체 (101) 의 직경은 수형 스피곳 (108) 의 직경과 동일하거나 작을 수 있다. 메인 본체 (101) 는 그 길이를 따라 일정하거나 변화하는 직경을 가질 수 있다.

특정 실시예에 따르면, 나사산형 섹션 (107) 은 생크 (109) 로부터 스피곳 단부 (114) 까지 축방향으로 연장되는 나선형 턴 (209) 의 쌍을 포함한다. 특히, 트로프 (208) 및 나선형 리지 (207) 의 쌍은 섹션 (107) 에 걸쳐 축방향으로 연장된다. 비-나사산형 생크 (109) 는 축방향으로 나사산형 섹션 (107) 에 가장 가깝게 위치설정되는 직선 섹션 (205) 과 축방향으로 측면 표면 (203) 에 가장 가깝게 위치설정되는 만곡된 전이 섹션 (206) 으로 축방향으로 분할될 수 있다. 직선 섹션 (205) 의 외부 표면은 축 (204) 에 실질적으로 평행한 한편, 전이 섹션 (206) 의 외부 표면은 환형의 측면 표면 (203) 에 대해 접촉하도록 나사산형 섹션 (107) 으로부터 반경방향 외향의 방향으로 테이퍼링된다. 직선 파트 (205) 와 전이 섹션 (206) 의 조합된 축방향 길이는 견부 표면 (202) 의 축방향 길이와 동일하거나 그보다 크거나 그보다 작지만 나사산형 섹션 (107) 의 축방향 길이보다 작을 수 있다. 따라서, 직선 섹션 (205) 의 직경 또는 단면적은 전이 섹션 (206) 의 직경 또는 단면적보다 작다. 또한, 직선 파트 (205) 의 직경 또는 단면적은 피크 (207) 의 반경방향 최외측 파트에 대응하는 축방향 및 반경방향 포지션에서 나사산형 섹션 (107) 의 직경 또는 단면적과 대략 동일하다.

도 3 은 대안적으로 비-나사산형 생크 (109) 가 측면 표면 (203) 으로부터 나사산형 섹션 (107) 까지 계속 (all the way) 연장되는 만곡된 전이 섹션 (206) 만을 가질 수 있다는 것을 도시한다. 즉, 직선 길이 파트 (205) 는 존재하지 않을 수 있다.

도 2 및 도 3 을 참조하면, 전이 섹션 (206) 은 스피곳 (108) 과 환형 견부 (110) 사이의 전이 영역으로 간주될 수 있다. 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 전이 섹션 (206) 은 나사산형 섹션 (107) 으로부터 견부 (110) 까지 직경 및 단면적이 증가하여, 축 (204) 을 따르는 평면에서 전이 섹션 (206) 의 외부 표면 프로파일은 타원 (214) 의 주변의 1/4 세그먼트에 대응하는 프로파일, 또는 타원 (214) 의 1/4 세그먼트보다 약간 더 크거나 약간 더 작은 프로파일을 갖는 점진적인 곡률에 따라 만곡된다. 타원 (214) 은 반-장축 (x) 및 반-단축 (y) 을 갖는다. 바람직하게는, 제 1 반경으로부터 제 2 반경까지 전이 섹션 (206) 의 길이를 따라 급격한 변화가 없고, 대신에 전이 섹션 (206) 의 길이를 따라 반경에 연속적이고 점진적인 변화가 있다. 선택적으로, 전이 섹션 (206) 은 또한, 타원형 프로파일의 어느 한 단부에 또는 타원형 프로파일을 따라 중단 파트 경로로서 위치설정될 수 있는, 형상 프로파일이 직선이고/이거나 상이한 만곡된 프로파일을 갖는 세그먼트들을 포함할 수 있다.

타원의 식은 n=2 일 때 라메 (Lame) 곡선으로 정의된다:

x 는 x 축 상의 좌표이고;

y 는 y 축 상의 좌표이고;

a 는 반-장축 (x) 이고;

b 는 반-단축 (y) 이고;

n 은 곡선의 형상을 결정한다. n=2 는 일반 타원을 정의한다. n<2 는 하이포타원이고 n>2 는 하이퍼타원이다.

타원형 프로파일 (214) 은 도 4 에서 전이 섹션 (206) 의 확대도에 도시되어 있다.

본 발명에서, 장축 대 단축의 비 (a:b) 는 2b < a < 8b, 바람직하게는 2b < a < 6b, 보다 바람직하게는 2.5b < a < 6b, 보다 더 바람직하게는 2.5b < a < 5.75b 이다.

바람직하게는, 반-단축 (b) 은 가능한 크다. 더욱 바람직하게는, 반-단축 (b) 은 다음의 식에 따라 수형 스피곳 부분 (108) 의 나사산형 섹션 (107) 의 직경에 비례한다:

(도 4 에 도시된 바와 같이) :

Di = 대향하는 트로프들 (208) 사이의 나사산형 섹션 (107) 의 직경;

Dy = 대향하는 나선형 리지 (207) 사이의 나사산형 섹션 (107) 의 직경.

바람직하게는, 지수 계수 n 은 1 ≤ n ≤ 3, 바람직하게는 1.8 ≤ n ≤ 2.2 의 범위, 가장 바람직하게는 2 이다.

전이 섹션 (206) 의 타원 프로파일의 식은 윤곽 측정 기계를 사용하여 측정될 수 있다. 윤곽 측정 기계는 전이 섹션 (206) 의 표면 위로 니들을 드래그하고, 그후 장비는 상이한 기하학적 형상들을 피팅하려고 시도하고 그후 측정된 형상 프로파일의 식을 출력할 것이다.

반-장축 (x) 의 각각의 종점에 타원 (214) 의 정점 (215) 이 있고, 단축 (y) 의 각각의 종점에 타원 (214) 의 공동 정점 (216) 이 있다. 선택적으로, 타원의 정점 (215) 은 도 4 에 도시된 바와 같이 견부 (110) 의 환형 측면 표면 (203) 과 접선으로 위치설정된다.

도 5 는 대안 설계를 도시하고, 타원 (214) 의 정점 (215) 은 견부 (110) 의 환형 측면 표면 (203) 을 언더커팅한다.

선택적으로, 타원 (214) 의 x-축은 도 4 에 도시된 바와 같이 종축 (204) 에 평행하다.

도 6 은 대안예를 도시하고, 타원 (214) 의 x-축은 종축 (204) 에 대해 틸팅된다.

정점 (215) 의 포지션의 임의의 조합은 전술한 바와 같이 종축 (204) 에 대한 x-축의 임의의 배향과 조합될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

전이 섹션 (206) 의 프로파일은 향상된 강성도를 나타내고 종래의 커플링들에 대한 벤딩 모멘트들 및 인장력들에 대해 더 탄성적인 수형 커플링 단부를 제공한다. 또한, 전이 섹션 (206) 은 스피곳 (108) 이 견부 (110) 로부터 축방향으로 돌출하는 섹션에서 응력 집중을 제거하거나 적어도 최소화하도록 구성된다.

도 7a-도 7g 는 표 1 에 나타낸 바와 같은 상이한 전이 섹션 (206) 프로파일에 대한 로드 경우 (load case) 로서 회전 벤딩을 사용하여 Dang van 기준을 사용하여 캡처된 안전 계수 이미지를 나타낸다:

표 1: 안전 계수 이미지에 사용되는 전이 섹션 프로파일의 설명.

Dang van 기준의 값이 감소할수록 파괴 위험이 증가한다. 따라서, 더 어두운 컬러는 파괴에 대한 더 높은 위험을 의미한다. 도 7a (종래 기술) 를 도 7b-도 7g (본 발명의 실시예) 와 비교함으로써, 파괴 발생의 위험이 본 발명의 프로파일에 대해 감소되었음을 알 수 있다. 응력 이미지는 LS-Dyna 에서의 암시적 분석을 사용하여 캡쳐하였고 Dang van 기준은 nCode 소프트웨어를 사용하여 추출하였다. 또한 표 1 에 본 장비로부터 측정된 안전 계수를 보여주고 있는데, 안전 계수가 높을수록 더 양호하고 응력이 더 낮다는 것을 나타낸다. 표 1의 결과로부터, 본 발명의 모든 샘플은 종래 기술 버전에 비해 높은 안전 계수를 가짐을 알 수 있다.

Claims (14)

1. 드릴링 조립체의 파트를 형성하기 위한 생크 어댑터 (100) 로서,
   상기 생크 어댑터 (100) 는,
   제 1 단부 (105) 와 제 2 단부 (106) 사이에서 축방향으로 연장되는 본체 (101);
   외부 나사산형 섹션 (107) 및 상기 본체 (101) 와 상기 나사산형 섹션 (107) 의 축방향 중간에 위치설정된 비-나사산형 생크 (109) 를 갖는, 상기 제 2 단부 (106) 에 제공된 수형 스피곳 부분 (108);
   상기 본체 (101) 와 상기 수형 스피곳 부분 (108) 사이에 축방향으로 위치설정된 반경방향 돌출 견부 (110) 를 포함하고;
   상기 생크 (109) 는 상기 제 2 단부 (106) 에서 상기 견부 (110) 에 인접하게 위치설정된 전이 섹션 (206) 을 갖고, 상기 전이 섹션 (206) 은 상기 스피곳 부분 (108) 으로부터 상기 견부 (110) 로의 방향으로 증가하는 외경을 갖고;
   종축 (204) 의 평면에서 상기 전이 섹션 (206) 의 외부 표면의 단면 형상 프로파일은, 다음의 식
   

   

   
   에 따른 반-장축 (a); 반-단축 (b) 및 지수 계수 (n) 를 갖는 타원 (214) 의 세그먼트를 포함하고,
   상기 반-장축 대 상기 반-단축의 비 (a:b) 는 범위 2b < a < 8b 내에 있는, 생크 어댑터 (100).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 비-나사산형 생크 (109) 는 축방향으로 나사산형 섹션 (107) 에 가장 가깝게 위치설정되는 직선 파트 (205), 및 축방향으로 측면 표면 (203) 에 가장 가깝게 위치설정되는 만곡된 전이 섹션 (206) 으로 축방향으로 분할되는, 생크 어댑터 (100).
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 비-나사산형 생크 (109) 는 측면 표면 (203) 으로부터 나사산형 섹션 (107) 까지 계속 (all the way) 연장되는 만곡된 전이 섹션 (206) 만을 갖는, 생크 어댑터 (100).
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반-장축 대 상기 반-단축의 비 (a:b) 는 범위 2.5b < a < 6b 내에 있는, 생크 어댑터 (100).
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반-단축 (b) 은 다음의 식,
   

   

   
   에 따라 상기 나사산형 섹션 (107) 의 치수에 비례하고,
   Di 는 대향하는 트로프들 (208) 사이의 상기 나사산형 섹션 (107) 의 직경이고, Dy 는 대향하는 나선형 리지들 (207) 사이의 상기 나사산형 섹션 (107) 의 직경인, 생크 어댑터 (100).
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지수 계수 (n) 는 1 ≤ n ≤ 3 의 범위에 있는, 생크 어댑터 (100).
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 타원 (214) 의 정점 (215) 은 상기 견부 (110) 의 환형 측면 표면 (203) 과 접선에 위치설정되는, 생크 어댑터 (100).
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 타원 (214) 의 정점 (215) 은 상기 견부 (110) 의 환형 측면 표면 (203) 을 언더커팅하는, 생크 어댑터 (100).
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 타원 (214) 의 x-축은 종축 (204) 에 평행한, 생크 어댑터 (100).
10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타원 (214) 의 x-축은 종축 (204) 에 대해 틸팅되는, 생크 어댑터 (100).
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    종축 (204) 의 평면에서 상기 전이 섹션 (206) 의 외부 표면의 상기 단면 형상 프로파일은 타원 (214) 의 1/4 (quarter) 세그먼트를 포함하는, 생크 어댑터 (100).
12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    종축 (204) 의 평면에서 상기 전이 섹션 (206) 의 외부 표면의 상기 단면 형상 프로파일은 타원 (214) 의 1/4 세그먼트보다 큰 세그먼트를 포함하는, 생크 어댑터 (100).
13. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    종축 (204) 의 평면에서 상기 전이 섹션 (206) 의 외부 표면의 상기 단면 형상 프로파일은 상기 타원 (214) 의 1/4 세그먼트보다 작은 세그먼트를 포함하는, 생크 어댑터 (100).
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 생크 어댑터 (100) 를 포함하는 드릴링 조립체.
    

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