NO320782B1 - Fremdriftsmekanisme for lange hulrom og ror - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et apparat for fremdrift i avlange hulrom, så som rør e.l., hvor apparatet omfatter en rekke av et antall hjulelementer som hver danner en skråvinkel med apparatets lengdeakse, samt midler for å rotere hjulelementene slik at de, under rotasjon, frembringer en spiralformet fremdriftsbane mot hulrommets innervegg, og apparatet oppnår nevnte fremdrift.

Med avlange hulrom menes rør, kanaler, utborete eller sprengte huller i fjell eller brønner som er utboret i grunnen (oljerelaterte hull), i metaller eller andre mate-rialer.

Apparatet ifølge oppfinnelsen er tiltenkt å anvendes til å utføre inspeksjoner eller ulike typer arbeid i slike hulrom. For eksempel er den aktuell å anvende til å drive fremover det utstyr som skal bore ut hullet, men det kan også brukes til å trekke utstyr igjennom hulrommet.

I slike hulrom, rør og kanaler, hvor det ikke er mulig å komme til for mennesker, er det ofte behov for å utføre inspeksjoner, vedlikehold, reparasjoner og annet arbeid. Det kan også være påkrevet med å kunne øke skyvkraften på det boreutstyr som borer ut huller/brønner.

I vertikale huller for eksempel i oljerelaterte brøn-ner, er det vanlig å la tyngdekraften trekke nødvendig utstyr ned i brønnen dersom det ikke skyves ned ved hjelp av et rør. I horisontale hull eller rør hvor en ikke kan ut-nytte tyngdekraften, er man avhengig av å bruke apparater som kan trekke eller skyve framover det som skal transpor-teres. Ulike hydrauliske metoder for å pumpe fram utstyr er også prøvd. De metodene som baserer seg på bruk av rør for frakting av utstyr, krever mye tungt utstyr, stor plass og personell for å kjøre dette døgnkontinuerlig, og dessuten samt transporthastigheten blir relativt lav.

Det finnes fra før anordninger som kan fremføres i hulrom/rør med en sylindrisk utforming, men hullets inn-vendige utforming kan ikke avvike særlig fra sirkelformen. Også i lengderetningen er det lite rom for avvik. Noen anordninger kan fremføres i hulrom med varierende diametre, men de har et relativt begrenset arbeidsområde.

Når det gjelder de kjente løsningene på dette tekniske området, skal det vises til følgende patentskrifter.

Fra britisk patentskrift GB-1.328.886 er det kjent et kjøretøy som er festet i enden av et kveilerør og derved kan trekke eller skyve i kveilerøret.

Fra britisk patentskrift GB-2.196.715 er det kjent en anordning som drives frem ved hjelp av væske eller gass-trykk i en rørledning.

Fra GB-2.200.970 er det kjent et kjøretøy med motordrevne hjul, men hvor fremdrift også kan skaffes ved hjelp av kjede og kjedehjul.

Fra US-patentskrift 4.941.511 er det kjent et delt leddet kjøretøy, hvor en del har innsatt en energikilde og en annen del omfatter en motor som er tilordnet drivhjul. En omtrent tilsvarende anordning er kjent fra GB-patentskrift 2.122.713.

Fra EP-patentskrift 0.461.964 er det kjent et kjøretøy hvor fremdrift skjer ved hjelp av motordrevne belter eller hjul.

I DE-patentskrift 3.206.033 er det vist et kjøretøy hvor fremdrift skaffes av et skråstilt hjul med hjulaksen eksentrisk montert på en aksling som er sentrisk plassert i kjøretøyet. Hjulet er dermed anbrakt hovedsakelig på tvers av kjøreretningen. Den nevnte eksentrisitet bevirker at hjulet er i kontakt med rørveggen og kontaktpunktet flyttes når akslingen dreies. Skråstillingen av hjulet bevirker at forflytting av kontaktpunkt også gir fremdrift. Kjøretøyet er også forsynt med radialt rettede hjul som ligger an mot rørveggen og sentrerer kjøretøyet i rørledningen.

Fra SU-patentpublikasjon 481 748 er det kjent et kjøretøy hvor flere fjærbelastede skråstilte hjul er anbrakt ved kjøretøyets overflate på en slik måte at hjulene ligger an mot rørveggen og sentrerer kjøretøyet i rørled-ningen. Når kjøretøyet roteres om egen akse gir hjulene kjøretøyet en fremdrift tilsvarende hjulenes skråstilling. Dette apparatet må ha rotasjonsmothold.

Fra norsk patentskrift nr. 178.276 er det kjent en rørtraktor som er innrettet til å kjøre innvendig i kanaler og rør ved at traktorens endestykker er montert og forsynt med fjærende armer hvor det er festet skråstilte hjul som ligger an mot rørets indre flate, hvorved sidekraft på hjulene gir rørtraktoren fremdrift når endestykkene roterer. Endestykkene roterer i hver sin rotasjonsretning, og den ene enden fungerer som rotasjonsmothold for den andre enden, og motsatt.

Fra Internasjonal patentsøknad PCT/GB93/01114 er det kjent et nedihulls verktøy for rotasjonsstøtte av nedihulls-sammenstillinger hvor verktøyet inngår. Verktøyet konverterer roterende kontakt med borehullet til en langsgående kraft som skrur sammenstillingen langsetter brønn-hullet. Verktøyet består av en stabilisator med ruller hvor rullenes aksling er forskjøvet slik at de er tangenter til en tenkt spiral, slik at det naturlige sporet til rullenes kontakt med brønnboringen har en langsgående komponent i tillegg til den vanlige omkretsveien. Verktøyet kan bli brukt på borestrenger og i nedihulls-sammenstillinger sammen med motor. Verktøyet kan også trekke en kabel som forsyner verktøyet med strøm eller hydraulisk kraft for å drive fremdriftsmaskineriet.

Det skal også vises til Europeisk patent 461.964, Internasjonal søknad WO-94/27750 og norsk patentskrift NO-303.299.

Det er en rekke ulemper ved dagens trekke-/skyveappa-rater. For det første er de svært komplekse, de har begrenset arbeidsområde og de er fremstilt for dedikerte handlinger og jobber som de er tiltenkt å skulle utføre. Det stilles også strenge krav til de omgivelsene som de skal virke i.

Det er et formål med oppfinnelsen å frembringe et nytt og forbedret fremdriftsapparat for fremføring (skyving/- trekking) gjennom rør/hulrom.

Videre er det et formål å frembringe et apparat som kan gi øket trekkraft, uavhengighet av hulrommets utforming, og mindre krav til styrke/hardhet i rørets/hulrommets innervegger.

Det er et ytterligere formål å frembringe et apparat som kan fungere uavhengig av rotasjonsmothold. Endelig er det et formål å frembringe et fremdriftsapparat som har mindre lengde, og som derved er lettere håndterbar, og kan frakte mere utstyr pr. tur gjennom hulrommet.

Apparatet ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved

at hvert hjulelement dannes av et valseelement og et rundt den sirkulære omkretsen til valseelementet glidbart ringformig glideelement, og glideelementet er montert i en skråstilling i forhold til valseelementets lengdeakse,

at to tilstøtende valseelementer i rekken av valseelementer er rotasjonsmessig låst til hverandre, og omfatter innbyrdes motstøtende skråstilte glideflater, hvorved valseelementene kan forskyves radielt innad eller utad i forhold til lengdeaksen, og

at rekken av innbyrdes motstøtende valseelementer er innrettet til å sammenskyves aksialt slik at nevnte valseelementer forskyves i radial retning utad fra lengdeaksen (sentralakslingen), inntil glideelementene støter an mot en hul-rominnervegg.

De foretrukne utførelsene av apparatet ifølge oppfinnelsen framgår av de uselvstendige patentkrav 2-10.

Med oppfinnelsen er det frembrakt et apparat som har en enkel konstruksjon, som er lettdrevet og som kan dekke et stort arbeidsområde, nærmere bestemt at apparatet kan virke i kanaler som har en sterkt varierende tverrsnitts-form, og varierende diameter, dvs. innenfor apparatets virkeområde mellom dets maksimums- henholdsvis minimums-diametre. Apparatet har så enkel oppbygning at forskjellige størrelser av dette vil kunne trekke-/skyve i huller so har en diameter på opp til flere meter.

Apparatet er videre konstruert slik at det automatisk kan justere trekkraften, uavhengig av hulrommet sin utforming. Dette skjer når løpehjulet (dvs. glideelementet), mot fjærkraftens virkning, endrer sin innstilling fra sin maksimale vinkelinnstilling relativt til apparatets lengdeakse og til den stilling hvor det er vinkelrett på lengdeaksen. Da roterer apparatet med hjulene løpende slik at apparatets fremdrift blir lik null. Derved unngår en at apparatet utsettes for overbelastning dersom massen det skal trekke og/eller skyve, blir for stor. Glidelementets kontaktpunkt mot rørveggen beveger seg i en roterende bevegelse rundt rørveggen.

For apparatets funksjon har det ingen betydning om hulrommet er kantete eller rundt, og diameteren kan endres kontinuerlig så lenge de er innenfor anordningen sin maksimums/minimums virkediameter. I motsetning til tidligere kjente løsninger som krever uniforme hull, kan dette apparat bringes til å gå i alle typer huller.

Apparatet ifølge oppfinnelsen trenger ikke rotasjonsmothold, da dens motor-rotasjonsmoment har internt mothold inne i apparatet.

Apparatet kan frembringe høy skyve- eller trekkraft, det kan fungere i varierende diametre, tolererer varierende hullgeometrier, det kan automatisk variere hastighet og skyve-/trekkraft med hensyn på last, og er skånsomt med hulrommet sine innervegger.

Apparatets har en enkel oppbygning idet det består av et antall valseelementer som kan være lik i sin utforming, disse kan være enkeltstående eller flere montert etter hverandre. De enkelte elementene kan innbyrdes forskyves i forhold til hverandre normalt på apparatets fartsretning-/lengdeakse. Valseelementer som er montert i samme sammenstilling vil ha samme rotasjonshastighet.

Apparatet ifølge oppfinnelsen skal beskrives mer detaljert i det etterfølgende under henvisning til vedlagte skjematiske tegninger, hvori: Figur 1 viser et komplett fremdriftsapparat som kan bevege seg i et hulrom/rør. Valseelementenes rotasjonsretning er også vist. Figur 2A, 2B og 2C viser i tre ulike snitt et eksempel på oppbygning av et valseelement hvor skråflatene til valseelementet er vist, samt et glideelement (et lager, så som et kulelager) hvis ytre del er roterbar om valseelementets periferioverflate. Figur 3 viser et antall valseelementer montert etter hverandre. Valseelementene er tegnet i snitt i et rørformet hulrom. Pilene viser sammenpressingen av valseelementene som får dem til å bli presset ut mot hulrommets innervegg. Figur 4 viser stort sett det samme som figur 3, men inkluderer i tillegg den gjennomgående sentralakslingen, Figuren viser også den innvendig avlange radialt forløpende utsparing, idet utstrekningen av denne definerer hvor mye et valseelement kan bevege seg radielt i forhold til akslingen. Figur 5 viser valseelementene sett forfra når apparatet har fem eller flere elementer montert etter hverandre. Figurene 6A og 6B viser apparatet sett fra siden når det beveger seg fremover. Figur 7A viser et eksempel på et bruksområde for apparatet ifølge oppfinnelsen. Figur 7B viser et forstørret utsnitt fra Figur 7A.

Innledningsvis skal det vises til figurene 1 og 2 som viser et komplett fremdriftsapparat ifølge oppfinnelsen hvor apparatet er plassert inne i et langsgående rørformet hulrom 13, for eksempel i en fjellgrunn.

Apparatet omfatter et antall valseelementer 1 som er plassert etter hverandre, og det er en gjennomgående sentralaksling 11, så som i form av et rør, gjennom alle elementene 1. Elementene har en sylindrisk grunnform, men med skråkuttede ende-glideflater 15. Elementene kan presses sammen aksialt 5 forspent av en fjær, slik at de skråkuttede glideflatene 15 vil bevirke at valseelementene 1 presses radialt ut mot veggen i det hulrommet de befinner seg i. Valseelementene er følgelig utformet slik at de innbyrdes forskyves 180° i motsatte retninger.

Når fremdriftsapparatet kjøres i et hulrom vil de bak-erste valseelementene 1 skyve på de valseelementene 1 som er lengre fremme i sammenstillingen slik at dette også bevirker at de blir presset radialt ut mot hulrommets innervegg 13. Denne presskraften vil da øke med kraften som fremdriftsapparatet må tilføre det utstyret den flytter/- transporterer. Det kan også brukes andre metoder for å presse valseelementene 1 mot hulrommets innervegg 13. Figur 1 viser også en motor 6 som ved hjelp av et gir 7 overfører rotasjonskraft til glideelementet 2. Motoren kan drives elektrisk, hydraulisk eller pneumatisk. Rotasjonskraften til apparatet kan også fremskaffes på andre måter.

Rotasjonskraften virker mellom glideelementets 2 (innbefattende et lager, så som et kulelager 17) indre og ytre del. Det forhold at rotasjonskraften virker mellom glideelementets 4 indre og ytre del gjør at rotasjonsmo-mentet mellom stator og rotor i motoren utlignes i glideelementet 4 og motoren har mothold. Dersom motoren rever-seres vil fremdriftsapparatet rygge. Valseelementene i en sammenstilling vil normalt være rotasjonsmessig låst til hverandre, samtidig som de har en frihetsgrad fra senter i sammenstillingen og ut mot periferien, slik at det er nok å tilføre motorkraft til det ene valseelementet som befinner seg nærmest motoren 6 og girmekanismen 7. Når motoren går vil fremdriftsapparatet få en buktende bevegelse, og den bukter seg i alle snitt samtidig. I et hulrom 13 med en diameter som er innenfor fremdriftsapparatets minimums/- maksimums-diameter, vil alle valseelementer 1 med slitesko 4 (friksjonssko) eller lignende alltid være i kontakt med hullveggen. Dersom apparatet har en separat motor 6 og gir 7 som vist på figur 1, vil det bevege seg fremover uten at det rotasjonsmessig er koblet til sentralakslingen 11. Det vil da ha trekkraft bakerst ved 8 ved huset for motor 6, giret 7 og festet for membranen, og skyvekraft i fronten 10 (dvs. ved selve utstyret - f.eks. boret) samtidig som valseelementene 1 presses radielt utad.

Fremdriftsapparatets utforming gjør at det på utsiden av apparatet dannes en spiralformet kanal som det kan strømme væske gjennom. Det kan også strømme væske gjennom sentralakslingen 11, når denne består av et rør.

Figur 2A, 2B og 2C viser ulike snitt av en utførelse av et valseelement 1 med skråkuttede flater 15, dvs. skrå-flåtene 15a hhv 15b på hver side. Figuren viser også glideelementene omfattende en ytre gliderdel 4 (kan også benev-nes en glideringformet slitesko) som glir på et lager 17 festet i en indre statordel 40 (et sete) i valseoverflaten.

Det er denne monteringen av glideelementene 4 (slite-elementene) på valseelement 1 som gjør at fremdriftsapparatet beveger seg fremover når valseelementet roterer om egen akse. Hvert glideelement 4 er montert slik at det står på skrå på den siden som blir presset ut mot hulromveggen 13.

Den skrå vinkelen til glideelementet er den vinkelen glideelementets slitesko 4 ruller mot hulrommets innervegg med. Denne sammenstillingen har også fjærende 12 montering av glideelementet 4 som gjør at når trekkraften øker blir fjæren 12 presset sammen slik at den tidligere nevnte skrå-vinkelen blir mindre, og fremdriftsapparatet vil bevege seg saktere fremover, mens trekkraften kan øke. Dersom trekkraften er stor nok vil den omtalte vinkelen gå mot null grader stigning, og fremdriftsapparatet vil da stå i ro og skyve/trekke med en konstant kraft. Null grader stigning for glideelementets slitesko 4 opptrer når den står normalt på sentralakslingen 11, det vil da se ut som glideelementets slitesko 4 roterer rundt en aksling uten at den har noen klatrevinkel. I glideelementet 4 (sliteskoen) er det også utformet en festespalte 14 for en muffe, en membran eller en belg, dvs. på innsiden av hver slitesko 4.

Det fremgår at hvert valseelement 1 omfatter et gjennomgående spor/hull 30 forløpende i aksialretning, og for-løpende i radial retning fra en senterakse, som er merket 32,X, og ut mot elementets yttervegg 33. Sporet 30 har en slik dimensjon at elementet kan anordnes på akslingen 11, og kan forskyves i radielt retning ut og inn på akslingen avgrenset av sporets 30 yttergrenser. Figur 3 viser et antall valseelementer 1 som er montert etter hverandre i et avlangt hulrom 13. Figuren viser hvordan valseelementene 1 presser aksialt på hverandre og hvordan dette presser hvert enkelt valseelement 1 ut mot hulrommets innervegg 13 helt til glideelementene 4 støter an mot innerveggen. Figur 4 viser stort sett det samme som figur 3, men i denne figuren er sentralakslingen 11 inntegnet. Figuren viser tydelig hvordan sentralakslingen 11 er frikoblet fra valseelementene 1 rotasjonsmessig slik at valselementene kan forskyves radialt kun begrenset av utstrekningen sporet/hullet i valsen 1. Figuren viser også hva som er begrenset med hensyn til maks- og minimums diameter når det brukes en rett aksling 11 igjennom fremdriftsapparatet. Valseelementet 1 kan bevege seg så langt ut fra sentrert posisjon om sentralakslingen 11 som det avlange hullet 30 i valseelementet 1 tillater. Fremdriftsapparatet kan også fremstilles uten rett sentralaksling 11, og da kan for-holdet mellom fremdriftsapparatets maks-/minimums diameter være et annet. Figur 5 viser fremdriftsapparatet sett rett forfra (snitt A-A på Fig. 1). Figuren viser at alle valseelementene 1 samtidig er i støter an mot hulromveggen 13 og at det dannes en spiralformet kanal på utsiden av fremdriftsapparatet slik at væske kan passere på utsiden av fremdriftsapparatet. Figurene 6A o 6B viser fremdriftsapparatets bevegelse sett fra siden når det kjører/bukter seg fremover. Den øverste figur 6A viset et gjennomskåret snitt uten valseelementer. Pilene viser bevegelsesretningen til de forskjellige segmentene i sammenstillingen under fremover-bevegelsen. Den store pilen viser fremdriftsapparatets kjøreretning mot høyre. Figur 6B viser det samme som den øverste men her er fremdriftsmekanismen sett fra utsiden. Her vises både glideelementer/slitesko 4 og membranen 3. Når membranen 3 brukes i denne fremstillingen vil glideelementenes 4 ytterdeler være innbyrdes sammenfestet rotasjonsmessig. Membranen 3 vil samtidig beskytte glideelementenes indre mot inntrenging av smuss og partikler samtidig som glideelementene 2 kan være omhyllet (innenfor membranen 3) med olje for å oppnå smøring og kjøling under bevegelsene av apparatet. Figurene 7A og 7B viser et mulig bruksområde for fremdriftsapparatet ved boring av huller i fjell for eksempel frem til et vannreservoar. En tidligere benyttet vannfor-syningsslange 48, skal erstattes av et vannforsyningshull 52 som utbores gjennom fjellet 54. Den fremre seksjon av

apparatet omfatter en borkrone 50 som borer hullet på skrå oppover gjennom fjellet mot vannreservoaret 56. Hydraulisk fluid til driften av borkronen 50 leveres fra en generator 62 gjennom slangen 60.

Figur 7B viser en forstørrelse av fremdriftsapparatets plassering i borehullet.

Fremdriftsapparatet ifølge oppfinnelsen kan lages i alle størrelser, og anvendes til alt fra medisinsk bruk og metallbearbeiding til tunneldrift sammen med boreutstyr. Bruksområdene for et slikt fremdriftsapparat er alle hulrom hvor en skal utføre arbeid som krever fremdrift.

Claims (10)

1. Apparat for fremdrift i avlange hulrom (13), så som rør e.l., hvor apparatet omfatter en rekke av et antall hjulelementer (1,2) som hver danner en skråvinkel med apparatets lengdeakse (11), samt midler (6,7) for å rotere hjulelementene (1,2) slik at de, under rotasjon, frembringer en spiralformet fremdriftsbane mot hulrommets (13) innervegg, og apparatet oppnår nevnte fremdrift, karakterisert ved at hvert hjulelement (1,2) dannes av et valseelement (1) og et rundt den sirkulære omkretsen til valseelementet (1) glidbart ringformig glideelement (4), og glideelementet (4) er montert i en skråstilling i forhold til valseelementets (1) lengdeakse (11), at to tilstøtende valseelementer (1) i rekken av valseelementer er rotasjonsmessig låst til hverandre, og omfatter innbyrdes motstøtende skråstilte glideflater (15), hvorved valseelementene (1) kan forskyves radielt innad eller utad i forhold til lengdeaksen (11), og at rekken av innbyrdes motstøtende valseelementer (1) er innrettet til å sammenskyves aksialt slik at nevnte valseelementer (1) forskyves i radial retning utad fra lengdeaksen (sentralakslingen) (11), inntil glideelementene (4) støter an mot en hul-rominnervegg (13).

2. Apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at valseelementene (1) som rotasjonsmessig er låst til hverandre, har en innbyrdes frihetsgrad fra senter i sammenstillingen og i radiell' retning ut mot periferien.

3. Apparat i samsvar med krav 1-2, karakterisert ved at glideelementene (4) er innbyrdes forbundet ved hjelp av et forbindelseselement, så som en elastisk membran (3) eller en muffe.

4. Apparat i samsvar med krav 1-3, karakterisert ved at rotasjonskraften tilføres til det valseelement (1) som er nærmest drivmotoren (6), hvorved fremdriftsapparatet er uavhengig av rotasjonsmothold.

5. Apparat i samsvar med krav 1-4, karakterisert ved at hvert glideelement omfatter en perifert utenforliggende slitesko (4) som danner kontakten med hulrommets innervegg.

6. Apparat i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at hvert valseelement (1) omfatter et gjennomgående spor/hull (30) forløpende i aksialretning, og forløpende i radial retning fra en senterakse (32,X) og ut mot elementets yttervegg (33), hvilket spor (30) har en slik dimensjon at elementet kan anordnes på akslingen (11), og kan forskyves i radielt retning ut og inn på akslingen avgrenset av sporets (30) yttergrenser.

7. Apparat i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at en gjennomgående sentralaksling (11) forløper gjennom alle valseelementene (1) •

8. Apparat i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at hvert glideelement (4) er montert i en skråstilling i et sete (40) utformet i valseelementets overflate.

9. Apparat i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at hvert glidelement (4) er montert i fjærende elastisk oppheng (12) hvorved glideelementet gradvis kan beveges mellom en maksimal skråvinkel med apparatets lengdeakse (11) og tilnærmet normalt på sentralakslingen (11) .

10. Apparat i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at valseelementene (1) er utformet slik at de innbyrdes forskyves 180° i motsatte retninger.