NO322195B1 - Anordning ved bergboremaskin. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en bergboremaskin. Nærmere bestemt dreier det seg om en bergboremaskin som er.forsynt med et borehode som via en borestreng er forbundet til en mateanordning, og hvor borehodet er forsynt med minst to borekroner som har ulik rotasjonshastighet. Bergboremaskinen er innrettet til å kunne bore et borehull, idet borehodet er forsynt med en koaksialt med borehullets senterakse anordnet motor. Motoren er via minst ett planetgir drivmessig koplet til borekronene i et fast utvekslingsforhold.

Fremføring av for eksempel vannrør og kabler i en grøft kan av økonomiske og praktiske årsaker være lite hensiktsmessig. Dette har ført til at det er utviklet boreutstyr for boring av hull i grunnen med en diameter i størrelsesorden en meter. Disse maskiner skiller seg vesentlig fra såkalte fullprofilboremaskiner. Fullprofilboremaskiner som anvender rulleskjær er i sin helhet anbrakt i borehullet, idet fremdrifts- og- ro-tas jonsmaskineriet befinner seg nær borehullets awirknin<g>sf late.

Det er i dag et stigende behov for å kunne bore hull i grunnen til bruk ved utbygging av for eksempel småkraftverk.

For småkraftverk er borehullets diameter forholdsvis liten og det er derfor nødvendig å fjernstyre boremaskinen utenfra samtidig som man lett må kunne kjøre borekronen ut og inn for skifte ut slitedeler og å foreta service.

Det anvendes ifølge kjent teknikk fortrinnsvis boreutrust-ninger der boremaskinen med rotasjonsutstyr for borekronen og nødvendig hjelpeutstyr er anbrakt på overflaten. En borestreng med tilhørende borekrone roteres således av en boremaskin. Selve borestrengen omfatter rørseksjoner som skrus sammen ved hjelp av gjengeforbindelser under boringen. Det bore-kaks som dannes, spyles ut ved hjelp av væske som tilfø-res gjennom et sentrisk hull i borestrengen. Væsken returne-rer i mellomrommet mellom borestrengen og borehullsveggen og bringer med seg borekakset.

I noen tilfeller anvendes en fluidmotor som er anbrakt i bo-restrengens fremre parti, til å drive borekronen. Motoren drives av en fluidstrøm som pumpes gjennom borestrengen. Mellom motoren og borekronen er det anordnet et såkalt "kneledd" for å styre boringen i ønsket retning.

Ved boring med boremaskin anvendes det ofte borekroner av ty-pen ruileborekrone eller skjærende elementer, såkalte PDC {poly-crystalline diamond compact) borekroner. Det er en ulempe at borekronene, slik de er utformet ifølge kjent teknikk, roteres med ens hastighet. Dette medfører at skjær nær borehullets senterakse roterer med relativt liten periferihastighet, mens skjær som befinner seg på større avstand fra borehullets senterakse, roterer med en relativt høy periferihastighet.

Resultert av en slik konstruksjon er øket slitasje og en re-dusert avvirkning i forhold til en mer optimal løsning.

Det er videre et problem at borestrengen, som opptar hele dreiemomentet fra borekronen, når det anvendes en drivmotor ved borekronen, blir fjærende dreid om sin lengdeakse. Dette forhold vanskeliggjør blant annet retningsstyring av borekronen.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller redusere i det minste en av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

En bergboremaskin ifølge oppfinnelsen omfatter et borehode som via en borestreng er forbundet til en mateanordning. Borehodet er forsynt med minst to borekroner som har ulik rotasjonshastighet. Bergboremaskinen er innrettet til å kunne bore et borehull, idet borehodet er forsynt med en koaksialt med borehullets senterakse anordnet motor. Bergboremaskinen ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at motoren via minst ett planetgir er drivmessig koplet til borekronene i et fast ut-veks 1ings forhold.

Borekronenes levetidsawirkning samt awirkningsrate kan derved økes, idet borekronen ved denne utforming av borehodet kan arbeide nær sin ideelle periferihastighet i den aktuelle bergart.

I en foretrukket utførelsesform er minst en av borekronene kontraroterende i forhold til de øvrige borekroner. Dreimomentet som virker på borestrengen kan derved reduseres i vesentlig grad i forhold til det dreiemoment som anvendes ved bruk av kjent teknikk.

Det er fordelaktig å utforme borekronenes dimensjoner slik at det resulterende dreimoment som virker på borestrengen blir tilnærmet eleminert.

Ved å forsyne borehodet med en radialt i forhold til borehullet forskyvbar aktuator, som er innrettet til å ligge an mot borehullets sylinderflate, kan borehodet retningsstyres. Bo-reretningen styres ved å dreie borehodet til en stilling slik at aktuatoren presser borehodet i en ønsket retning.

I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på med-følgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser en borevogn og et borehode hvor borehodet under boring forskyves innover i grunnen ved hjelp av en borestreng;

Fig. 2 viser i større målestokk borehodet i fig.l; og

Fig. 3 viser i ytterligere forstørret målestokk borehodet delvis i snitt.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en bergboremaskin som omfatter et borehode 2, en borestreng 4 og en mateanordning 6.

Mateanordningen 6, som er innrettet til å kunne mate borestrengen 4, er forsynt med et belteunderstell 8 og en drei-bar materampe 10 som er innrettet til å kunne forskyve borestrengen 4 i sin aksielle retning. Materampen 10 dreies om en dreieakse 12 ved hjelp av en hydraulisk sylinder 14. Nød-vendig energitilførsel til mateanordningen 6 samt betjenings-utstyr og forankring til grunnen 16 er ikke vist.

Borestrengen 4 er sammensatt av skjøtbare rør og forsynes med vann via en slange 17. Med passende mellomrom er det til borestrengen 4 koplet styringer 18. Styringene 18 er innrettet til å ligge an mot borehullet 20 for å forhindre at borestrengen 4 knekker under sin relativt store trykkbelastning. En energitilførselkabel 22 forløper sammen med borestrengen 4 inn til borehodet 2 og kan med fordel være klamret til borestrengen 4.

Borehodet 2 omfatter en første borekrone 24 og en andre borekrone 2 6 hvor den første borekrone 24 har minst utvendig diameter. Den første borekrone 24 er innrettet til å bore en forboring 28 når borehodet 2 borer seg innover i grunnen 16.

Et styrehus 30 er forsynt med et styrestempel 32 og forløper mellom den første borekrone 24 og den andre borekrone 26. En elektrisk motor 34 for drift av borekronene 24 og 26 er byg-get inn i et motorhus 36, idet motorhuset 36 er koplet til borestrengen 4.

Dreimomentet fra motorens 34 drivaksling 37, se fig. 3, over-føres via et første planetgir 38 til den første borekrone 24 og til et andre planetgir 40. Det første planetgir 38 er innrettet til å gire ned drivakslingens 37 omdreiningshastighet, mens det andre planetgir 40 er innrettet til å gire ned den andre borekrones 26 omdreiningshastighet og endre dreieretning i forhold til den først borekrones 38 rotasjonshastighet og dreieretning.

En ikke-roterende sammenbygning omfatter motorhuset 36 som er forbundet til borestrengen 4, en første lagerflens 42 som befinner seg mellom motorhuset 36 og det første planetgir 38, det første planetgirs 38 ringgir 44, det andre planetgirs 40 planethjulholder 46, en lagerspindel 48 som rager fra det andre planetgir 40 og frem mot den første borekrone 24, og styrehuset 30. Ved å dreie borestrengen 4 om sin lengdeakse kan derved styrehusets 30 styrestempel 32 dreies til ønsket radiell stilling for å styre borehodets 2 boreretning. Styre-stemplets 32 kraft reguleres på i og for seg kjent måte.

Det første planetgirs 38 planethjulholder 50 er opplagret i en første lagerflens 42, det andre planetgirs 40 planethjulholder 46 og lagerspindelen 48 er opplagret ved hjelp av lagre 52, og i motorens 34 drivaksling 36 ved hjelp av lagre 54.

En drivhylse 56 forløper konsentrisk gjennom lagerspindelen 48 og er løsbart koplet til det første planetgirs 38 planet-hjulsholder 50 og til den første borekrone 24. Drivhylsen 56 er lagret i styrehuset 30 ved hjelp av et lager 58.

En sentrisk kanal 60 forløper fra den første borekrone 24 gjennom drivhylsen 56, planethjulholderen 50, drivakslingen 37 og til rørstrengen 4. Nødvendige tetninger 62 forhindrer fluid fra å trenge inn i lagrene 52, 54 og 58.

Den andre borekrone 26 er lagret på lagerspindelen 48 ved hjelp av lagrene 64, mens tetninger 66 hindrer fluid fra å trenge inn i lagrene 64.

Et første planethjul 68 roterer om en første planetaksling 70 som er forbundet til det første planetgirs 38 planethjulholder 50. Planethjulet 68 er i inngrep med en fortanning 72 på motorens 34 drivaksling 37 og i det første ringgir 44. Fordi det første ringgir 44 utgjør en del av den ikke-roterende montasje, er planethjulholderens 50 og derved den første borekrones 24 rotasjonshastighet lik drivakslingens 37 rotasjonshastighet multiplisert med fortanningens 72 delesirkel-dia-meter dividert med summen av fortanningens 72 og det første ringgirs 44 delesirkeldiametere.

Et andre planethjul 74 roterer om en andre planetaksling 76 som er forbundet til det andre planetgirs 40 planethjulshol-der 46 som også utgjør en del av den ikke-roterende sammen-byggning. Det andre planethjul 74 er i inngrep med et solhjul 78 som utgjør en del av det første planetgirs 38 planethjulholder 50, og med et andre ringgir 80 som er koplet til den andre borekrone 26. Det andre ringgirs 80, og derved andre borekrone 26. Det andre ringgirs 80, og derved den andre borekrones 26 rotasjonshastighet, er med negativt for-tegn lik den første borekrones 24 rotasjonshastighet multiplisert med forholdet mellom solhjulets 78 og det andre ringgirs 80 delesirkler.

Den første borekrones 24 omdreiningshastighet kan reguleres ved å velge et hensiktsmessig utvekslingsforhold i det første planetgir 38 og styre motorens 34 hastighet. Den andre borekrones 26 'relative omdreiningshastighet i forhold til den første borekrones 24 omdreiningshastighet bestemmes av valgt utveksling i det andre planetgir 40.

Dreiemomentet i borestrengen 4 bestemmes i hovedsak av den første borekrones 24 utvendige diameter og rotasjonshastighet og den andre borekrones 26 utvendige diameter og rotasjonshastighet. Ved å velge hensiktsmessige størrelser for disse parametere er det mulig å redusere det dreiemoment som opptas av borestrengen 4 i betydelig grad.

Claims (5)

1. Anordning ved bergboremaskin (1) omfattende et borehode (2) som via en borestreng (4) er forbundet til en mateanordning (6), hvor borehodet (2) er forsynt med minst to borekroner (24, 26) med ulik rotasjonshastighet, og hvor bergboremaskinen (1) er innrettet til å kunne bore et borehull (20), idet borehodet (2) er forsynt med en koaksialt med borehullets (20) senterakse anordnet motor (34), karakterisert ved at motoren (34) via minst ett planetgir (38, 40) drivmessig er koplet til borekronene (24, 26) i et fast utvekslingsforhold.

2 . Anordning i henhold krav 1, karakterisert ved at minst en av borekronene (24, 26) er forsynt med rulleskjaer.

3. Anordning i henhold krav 1, karakterisert ved at minst en av borekronene (24, 26) roterer i mot-satt retning i forhold til andre borekroner (24, 26).

4. Anordning i henhold krav 1, karakterisert ved at borestrengen (4) er rotasjonsmessig stillestå-ende .

5. Anordning i henhold krav 1, karakterisert ved at borehodet (2) er forsynt med en styrestempel (32) som er innrettet til å kunne retningsstyre borehodet (2) .