NO771493L - Anordning ved boreapparat. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt jordboring og

mer bestemt et system for å fastholde skjærelementene i rullemeiselkroppen i et jordboringsapparat.

Sk.jærelementenes levetid og effektivitet er av vesent-

lig betydning ved boring av hull' i jorden. Skjærelementenes levetid og effektivitet er f.eks. av betydning ved boring av olje- og gassbrønner og ved boring av tunneler og stigehull. I alminnelighet står inntrengningshastigheten i direkte forhold til rullemeiselelementets tilstand og rullemeiselelementets tilstand er avhengig av skjærelementenes tilstand og orientering.

Rullemeiselelementer med skjærelementer i form av hardmetall-innsetninger anordnet i -rullemeiselkroppen blir vanligvis benyttet på grunn av hardmetall-skjærelementenes evne til å tren-ge inn i harde formasjoner. Hardmetall-innsetningene monteres i et forholdsvis bløtt metall som danner kroppen til.rullemeisel-elemen tet. Den vanligste metode for å feste innsetningene i rullemeiselkroppen er å utforme sylindriske fatningshull i rullemeiselkroppen, å gi innsetningene sylindrisk form, og å montere innsetningene med presspasning i fatningshullene i rullemeiselkroppen. Innsetningene fastholdes i rullemeiselkroppen på grunn av periferispenningen som dannes når innsetningene presses inn i den forholdsvis bløte rullemeiselkroppen. En har funnet.at når innsetningene monteres med presspasning i fatningshullene vil fatningshullene ofte bli deformert og man oppnår ikke en tilfreds-stillende pasning eller fatning langs hele innsetningens lengde. Slike innsetninger kan bli skjevstilt i fatningshullene under jordboringsoperasjonen med den følge at rullemeiselen ofte må kasseres. Videre har man ved rullemeiselkroner påvist en form for rust som betegnes avskalling. Ved avskalling■oppstår brudd i rullemeiselmetallet parallelt med hardmetall-innsetningens bunn,

på en slik måte at det ytre lag av materialet i meiselrullen og

innsetningene faller ut. Slike brudd oppstår nær bunnhjørnet i

de borede hull for hardmetall-innsetningene.

Forut for foreliggende oppfinnelse var innsetningene vanligvis utformet som sylindriske seksjoner innpresset i sylindriske fatningshull i rullemeiselelementet. Ettersom rullemeisel-.elementet har sirkulært tverrsnitt bevirket presspasningen ved fatningshullets nedre parti utvidelse av fatningshullet ved det øvre parti og følgelig en løs pasning. Den løse pasning førte til at innsetningene løsnet i rullemeiselkroppen slik at rullemeiselelementet måtte kasseres. Avskalling forekom også. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en forbedret pasning over hele innsetningens lengde og bidrar til å øke innsetningenes levetid.

I US patent nr. 3 389 761 er vist en rullemeisel-borkrone som innbefatter en meiselrull med sintret hardmetall-innsetninger anordnet i meiselrullens overflate. Innsetningene omfatter en rekke vekselvis forhøyninger og fordypninger på innsetningenes. sideflater som er dimensjonert for inngrep med veggene i hullene i meiselrullen, hvorved innsetningene fastholdes i meiselrullen mot både langsgående, bevegelse og dreiebevegelse i forhold til meiselrullen.

I US patent nr. 2 097 037 er vist en rullemeiselkrone hvor hardmetall-innsetninger med innad avsmalnende tverrsnitt er plassert i avsmalnende åpninger som er utformet i borkronensbunn. De avsmalnende innsetninger bunner ikke i de avsmalnende åpninger og holdes følgelig av åpningenes avsmalnende sidevegger fra å dri-ves til anlegg not bunnen i åpningene. Åpningenes vegger presser med stor kraft mot innsetningene og sammentrykker innsetningene radielt samtidig som de hindrer eller motvirker bevegelse av innsetningene inn i deres avsmalnende åpninger.

I US patent nr. 3 311 181 er vist en boretann av bimetall.

Boretannen innbefatter en arbeidsseksjon og en fremre holdeseksjon.

I US patent nr. 3 461 983 og 3 513 728 er vist et apparat som omfatter et element med en overflate som utsettes for slitasje-fremmende omgivelser, hvilket element har en forholdsvis hard innsetning innpresset i et hull i elementet og har et hardmetallmate-riale på overflaten til elementet som omgir innsetningen. En fremgangsmåte for fremstilling av apparatet er vist hvor hullet er plugget og hardmetallmaterialet påføres overflaten rundt pluggen. Etter at hardmetallmaterialet permanent er bundet til over flaten fjernes pluggen og hardmetall-innsetningen presses inn i hullet for å fullføre apparatet.

I US patent nr.3 599 737 er vist et boreverktøy eller lignende med hardmetall-innsetninger av støpt metall som er dreiet til sylindrisk form ved senterless-sliping, og før slipingen for-synt med utstående anslagspartier, idet innsetningene med presspasning er innført i hulrom i meiselrullen og materialet i rullen er stuket for å forskyve metall til inngrep med de utstående anslagspartier på innsetningene for å hindre aksial- og rotasjons-forskyvning.

I US patent nr. 3 749 190 er beskrevet en rullemeisel-, krone med avsmalnende hardmetall-vorter som rager ut fra borkro-nens arbeidsflate, hvor vortene fastholdes i borkronen ved hjelp av hylser som er ekstrudert inn i underkutt i vortehullene og fastholder hardmetall-vortene i borkronen ved hjelp av hylsenes skjærfasthet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et jordboringsapparat med hardmetall-innsetninger plassert i fatningshull i meiselrullkropp.en til apparatet. Innsetningene og f atningshul-lene er. formet slik at de opprettholder en foretrukket pasning langs hele lengden av innsetningene. Fatningshullene har en fatningsvegg og innsetningene har et nedre kroppsparti plassert i fatningshullene idet det nedre kroppsparti har en nedre overflate som ligger an mot fatningsveggen. I det minste et parti av én av fatningsveggene og den nedre overflate avsmalner slik at innsét-ningen og fatningshullet har en forbedret pasning over stort sett hele innsetningens lengde. Ovennevnte samt andre trekk og forde-ler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av følgende beskrivel-se av oppfinnelsen i forbindelse med tegningen, hvor: Figur 1 er en illustrasjon, vist delvis i snitt, av en

rullemeisel-borkrone som innbefatter foreliggende oppfinnelse.

Figur 2 viser et snitt gjennom én av meiselrullene i.

borkronen vist i figur 1.

Figur 3 er et riss i større målestokk av én av innsetningene i meiselrullen vist i figur 1 og 2. Figur 4 illustrerer en annen utføringsform av foreliggende oppfinnelse. Figur 5 er et snitt gjennom et parti av meiselrullen vist i figur 4.

■ Figur 6 er et riss i større målestokk av én av innsetnin-

gene i meiselrullen vist i figur 4 og 5.

Figur 7 illustrerer en ytterligere utføringsform av

foreliggende oppfinnelse.

Figur 8 illustrerer enda en utføringsform av foreliggende oppfinnelse.

På tegningen, se spesielt fig. 1, er vist og generelt angitt ved henvisningstallet 10 en rotasjons-rullemeiselkrone plassert i et jord-borehull 15. Som vist er rullemeiselkronen 10 forbundet med nedre ende av en rotasjons-borestreng 16 .. Borkronen 10 omfatter et innvendig hulrom 17 som strekker seg gjennom øvre del av borkronen 10. • Hulrommet 17 kommuniserer med borestrengens 16 midtkanal. Ved hjelp av en dyse 18 kan' bore-fluid som sirkuleres gjennom borestrengen 16 inn i hulrommet 17 strømme ut i bunnen av borehullet 15, hvorved borekaks og løst materiale spyles fra borehullet 15. Borekaksen og løsmaterialet føres oppover i ringrommet mellom borestrengen 16 og veggen i borehullet 15.

Borkronen 10 innbefatter tre stort sett identiske armer.

Armene 11 og 12 er vist i figur 1. Rullemeiselelementer 13 og 14 er dreibart anordnet på henholdsvis armene 11 og 12. Rullemeiselelementene 13 og 14 omfatter et antall harde innsetninger 19 som rager ut fra kroppen til rullemeiselelementene. Når borkronen 10 og rullene 13 og 14 roterer kommer innsetningene i kontakt med og desintegrerer formasjonene for å danne detønskede borehull.

På figur 2 er vist et snitt av meiselrullen 14. Innsetningene 19 er konstruert av et hardmetall, f . eks. - wolframkarbid. Hardmetall-innsetningene er montert i det forholdsvis bløte materialet som danner kroppen til meiselrullen 14.

På figur 3 er innsetningene 19 og et parti av. meiselrullen 14 vist i større målestokk. Innsetningen. 19 innbefatter et

■ nedre fotparti 22 innrettet til å plasseres i et fatningshull eller åpning 20 i kroppen til meiselrullen 14. Innsetningen 19

har et øvre meiselformet eggparti 2 4 som angriper og desintegrerer jordformasjonene. Innsetningens 19 fotparti har en nedre endeflate 2 3.. Innsetningens 19 fotparti 22 presses gjennom åpningen 25 i fatningshullet 20 inntil innsetningens 19 endeflate 23 ligger an mot bunnflaten 21 i fatningshullet 20. Fotpartiets

22 overflate er avsmalnende eller konisk, slik at når innsetningen 19 monteres i fatningshullet 20 vil fotpartiets 22 overflate og veggen i fatningshullet 20 ha en forbedret fatning stort sett over hele lengden av innsetningens .19 fotparti.22. Konisitetsvinkelen til den koniske overflate er slik at friksjonskoeffi- ■ sienten mellom hardmetall-innsetningen 19 og det bløtere rullemeiselelement 20 er større enn sinus til konisitetsvinkelen.

Det har vist at når innsetninger monteres med.presspasning i fatningshullene i rullemeiselelementene, vil fatningshul-. lene ofte bli deformert•slik at man ikke oppnår en tilfredsstil-lende pasning langs hele innsetningens lengde. Når dette skjer får innsetningene lett en skjevstilling i fatningshullene under jordboringsoperasjonen, ofte med den følge at meiselrullen må kasseres. Forut for foreliggende oppfinnelse var innsetningene vanligvis sylindriske seksjoner som ble presset inn i radielle sylindriske fatningshull i rullemeiselelementet. Ettersom rullemeiselelementene har sirkulært tverrsnitt bevirket presspasningen ved nedre parti av fatningshullet utvidelse av fatningshullet ved det øvre parti og følgelig en løs pasning. ' Den løse pasning med-førte at innsetningene løsnet i rullemeiselkroppen slik at rullemeiselelementet måtte kasseres. Avskalling forekom også.

Diameteren til innsetningen 19 som er best vist i figur 3, er tilnærmet den samme eller noe større enn diameteren i fatningshullet 20. Sammenligner man formen, til innsetningens 19 fotparti 22 og formen til fatningshullet 20 finner man at fotpartiet 22 er svakt konisk og fatningshullet 20 er sylindrisk. I og med at overflaten på innsetningens 19 fotparti 22 er konisk vil det forstås at før montering vil forholdet mellom diameteren over et tverrsnitt av fotpartiet 2.2 og diameteren til et tilsvarende tverrsnitt i fatningshullet 20 være større enn forholdet mellom diameteren over et nedenforliggende tverrsnitt av fotpartiet 22 og diameteren over et tilsvarende tverrsnitt av fatningshullet 20. Selv om det skal forståes at diameteren til innsetningen 19 er minst like.stor eller større enn diameteren til fatningshullet 20 kan man anta at overflaten til fotpartiet 22 divergerer fra veggen i fatningshullet 20 fra topp til bunn. Når innsetningen 19 er montert med presspasning i fatningshullet 20 vil innsetningen 19 fastholdes i rullen 14 på grunn av perferi-spenning. Den koniske overflate på fotpartiet 22 utgjør en forbedret pasning for.innsetningen 19 i fatningshullet 20.

På figur 4 er vist en annen utføringsform av foreliggende oppfinnelse. En sylindrisk jordborings-meiselrull 24 er montert i en lagerholder 25. Lagerholderen 25 kan være lageret i

■v

en' tunnel-boremaskin eller en . jordboringskrone såsom en stige-s.jakt-borkrone. Meiselrullen 24 innbefatter et antall hardmetall-innsetninger 29 som er slik ordnet at de danner et antall ring-formede rader. Meiselrullen 24 omfatter en ringformet rullmantel 28 anordnet rundt en lagermantel 33. Lagermantelen 33 er fastlåst i lageret 25 ved hjelp av en aksel 26 og en låsering eller -pinne 27. Lagermantelen 33 forblir fastlåst på plass under hele boreoperasjonen ved hjelp av et not- og fjær-arrangement vist i US patent nr. 3 203 492.

Et sett lagersysterner innbefattende en rekke kulelagere

31, en rekke indre rullelagere 32 og en rekke ytre rullelagere 30 muliggjør omdreining av rullemantelen 28 om lagermantelen 33. Smøremiddel bibeholdes i lagerområdet ved hjelp av to sett tetningselementer. Det indre tetningselementsett innbefatter et par metalltetningsringer 39 og 41 som er plassert nær rullens 24 indre ende. En elastisk gummiring eller O-ring 40 er anordnet mellom tetningsringen 41 og lagermantelen . 33 for å fastholde tetningsringen 41 i den ønskede stilling og fjærende tvinge tetningsringen 41 mot tetningsringen 39. En elastisk O-ring 38 er anordnet mellom rullemantelen 28 og tetningsringen 39 for å holde tetningsringen i ønsket stilling og fjærende tvinge tetningsringen 39 mot tetningsringen 41. Det ytre sett tetningselementer innbefatter et par tetningsringer 35 og 37 plassert nær meiselrullens .24 ytre ende. En elastisk O-ring 34 er anordnet mellom tetningsringen 35 og lagermantelen 33 for å holde tetningsringen 35 i ønsket stilling og fjærende tvinge tetningsringen 35 mot tetningsringen 37.

En elastisk O-ring 36 er anordnet mellom rullmantelen 28 og tetningsringen 37 for å holde tetningsringen 37 i ønsket stilling og . fjærende tvinge tetningsringen 37 mot tetningsringen 35.

På figur 5 er i enderiss vist et utkuttet parti av rullmantelen 28. To nabo-innsetninger 29 er vist anordnet i rullmantelen. 28. Hver av innsetningene 29 har et langstrakt hodeparti innrettet til å angripe formasjonene1. Figur 6 viser én av innsetningene 29 før den monteres i rullmantelen 28. Innsetningen 29 omfatter et fotparti innrettet til å plasseres i fatningshullet 41. Øvre del av innsetningen 29 har et meiselformet eggparti

46 som angriper og desintegrerer jordformasjonene.

Fotpartiet på innsetningen 29 har en nedre endeflate 44.

Fotpartiet til innsetningen 29 trykkes gjennom åpningen 43 i fatningshullet 41 inntil endeflaten 44 på innsetningen 29 ligger an mot bunnflaten 42 i fatningshullet 41. Fotpartiets overflate er sylindrisk og hullets indre overflate er konisk avsmalnende slik at når innsetningen 29 monteres i fatningshullet 41 vil fotpar- ■ tiets overflate og fatningshullets 41 innvendige overflate få en forbedret pasning. Konisitetsvinkelen til den konisk avsmalnende overflate er slik at friksjonskoeffisienten mellom hardmetall-innsetningen 29 og det bløtere rullemeiselelement 28 er større enn sinus til konisitetsvinkelen.

Det har, vist seg at når innsetningen monteres med presspasning i fatningshullene i rullemeiselelementene, vil fatningshullene ofte bli deformert slik at man ikke oppnår én tilfreds-stillende pasning langs hele innsetningens lengde. Når dette skjer får. innsetningene lett en skjevstilling i fatningshullene under jordboringsoperasjonen, ofte med den følge at meiselrullen må kasseres. Forut for foreliggende oppfinnelse var innsetningene vanligvis sylindriske seksjoner som ble presset inn i radielle sylindriske fatningshull i rullemeiselelementet. Ettersom rullemeiselelementene har sirkulært tverrsnitt bevirket presspasningen ved nedre parti av f atningshullet .utvidelse av f atningshullet ved det øvre parti og følgelig en løs pasning. Den løse pasning med-førte at innsetningene løsnet i rullemeiselkroppen slik at rullemeiselelementet måtte kasseres.

Diameteren til innsetningen 29 som er best vist i figur 6, er tilnærmet den samme eller noe større enn diameteren til fatningshullet 41. Sammenligner man formen til innsetningens 29 fotparti og formen til fatningshullet 42 finner man at fotpartiet er sylindrisk og fatningshullet 41 er svakt konisk. I og med at veggen i fatningshullet 41 er konisk vil det forståes at før montering vil forholdet mellom diameteren over et tverrsnitt av innsetningens 29 fotparti og diameteren over et tilsvarende tverr-, snitt av fatningshullet 41 være større enn forholdet mellom diameteren over et nedenforliggende tverrsnitt av fo-tpartiet og diameteren over et tilsvarende tverrsnitt i fatningshullet 41. Selv om det skal forståes at diameteren til innsetningen 29 er minst like stor eller større enn diameteren til fatningshullet 41 kan man anta at overflaten på innsetningens 29 bunnparti og veggen i fatningshullet 41 divergerer fra topp til bunn. Når innsetningen 29 er montert med presspasning i fatningshullet 41 vil innsetningen 29 fastholdes i meiselrullen 28 på grunn av periferispenning. Den koniske overflate i fatningshullet 41 dan ner en forbedret pasning for innsetningen 29 i fatningshullet 41.

På figur 7 er vist et riss, delvis i snitt, av en annen utføringsform av en innsetning i henhold til foreliggende oppfinnelse. Innsetningen 47 er konstruert av et hardmetall såsom wolframkarbid. Innsetningen 47- er.innrettet til å monteres i et sylindrisk fatningshull i kroppen.til et rullemeiselelement. Innsetningen 47 omfatter et fotparti av lengde B. Fotpartiet passer i et fatningshull i et rullemeiselelement. Den øvre del av innsetningen 4 7 har form av et formasjonsangripende hode 4 8.. En vesentlig del av innsetningens 47 fotparti er konisk. Et konisk parti, har en lengde A og det koniske parti av innsetningens fotparti har en konisitetsvinkel a. Lengden A utgjør en vesentlig del av lengden B og vinkelen a har en sinus som er mindre enn friksjonskoeffisienten til meiselrullen og innsetningen.

På figur 8 er vist et riss, delvis i snitt, av en annen utføringsform av en innsetning i henhold til foreliggende oppfinnelse. Innsetningen 49 er konstruert av et hardmetall såsom . wolframkarbid. Innsetningen 49 er innrettet til å monteres i et sylindrisk fatningshull i kroppen til et rullemeiselelement. Innsetningen 49 innbefatter et fotparti av lengde D. Fotpartiet passer i et fatningshull i et rullemeiselelement. Den øvre del av innsetningen 49 har form av et avrundet formasjonsangripende hode 50. En vesentlig del av innsetningens 49 fotparti er konisk. Det koniske parti har en lengde C og det koniske parti på innsetningens fotparti har en konisitetsvinkel b. Lengden C utgjør en vesentlig del av lengden D og vinkelen b har en sinus som er mindre enn friksjonskoeffisienten til meiselrullen og innsetningen.

Claims (13)

1. Anordning ved jordboringsapparat med et kroppelement som fastholder i det minste én innsetning, hvor innsetningen ved mon-'tering i kroppelementet plasseres i et fatningshull i kroppelementet, hvilken innsetning har et nedre kroppsparti som passer i fatningshullet,karakterisert vedat i det minste en vesentlig del av enten f atningshullet eller det nedre kroppsparti avsmalner slik at innsetningen og fatningshullet får en forbedret pasning.

2. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat fatningshullet har en fatningsvegg og en bunn-flate og at nevnte fot har en nedre kroppspartiflate pg en nedre endeflate, idet fatningsveggen og den nedre kroppspartiflate forut for montering av innsetningen i fatningshullet tilsynela-tende vil divergere i montert tilstand, hvilken divergering øker mot bunnflaten og nedre endeflate.

3. Anordning som angitt i krav 1, hvor enten fatningshullet eller det nedre kroppsparti har en avsmalnende overflate,karakterisert vedat den avsmalnende overflate avsmalner med en vinkel hvor sinus til vinkelen er mindre enn friksjonskoeffisienten mellom innsetningen og kroppelementet.

4. Anordning ved jordboringsapparat med et kroppelement som fastholder i det.minste én innsetning, hvor innsetningen ved montering i kroppelementet plasseres i et fatningshull i kroppelementet, hvilken innsetning har et nedre kroppsparti som passer i fatningshullet,karakterisert vedat i det minste ét vesentlig ringformet parti av enten fatningsveggen eller det nedre ■kroppsparti avsmalner slik at fatningsveggen og det nedre kroppsparti har en tendens til å divergere mot fatningshullets bunnfla-te bg den nedre endeflate.

5.. Anordning som angitt, i krav 4, hvor enten fatningshullet eller det nedre kroppsparti har en avsmalnende overflate,karakterisert vedat den avsmalnende overflate avsmalner. med en vinkel hvor sinus til vinkelen er mindre enn friksjonskoeffisienten mellom innsetningen og kroppelementet.

6. Anordning ved jordboringsapparat med et kroppelement som . fastholder i det minste én hard innsetning, hvor den harde innsetning ved montering plasseres i et hull i kroppelementet, hvilket hull har en bunn, et nedre parti nær bunnen, en åpning og et øvre parti nær åpningen idet åpningen og innsetningen har en fot anordnet i hullet med en nedre ende nær bunnen, en nedre fot nær det nedre parti av hullet og en øvre fot nær det øvre parti av hullet,karakterisert vedat innsetningen og hullet er slik utformet at forholdet mellom diameteren over et tverrsnitt av den øvre fot og diameteren over et tverrsnitt av det øvre parti før montering er større enn forholdet mellom diameteren over'et tverrsnitt av den nedre fot og diameteren over et tverrsnitt av det nedre parti.

7. Anordning ved jordboringsapparat med et bæreelement som fastholder i det minste én hard innsetning, hvor den harde innsetning ved montering plasseres i et hull- i bærelementet, hvilken harde innsetning har en fot anordnet i hullet og foten har en fotflate,karakterisert vedat en vesentlig del av fotflaten avsmalner slik at innsetningen og hullet har en forbedret pasning stort sett over hele fotflatens lengde.

8. Anordning som angitt i krav 7,karakterisert vedat avsmalningsvinkelen er slik at friksjonskoeffisienten mellom den harde innsetning og bæreelementet er større enn sinus til avsmalningsvinkelen.

9. ' Anordning ved en rullemeiselkrone med fatningshull for opptagelse av en hard innsetning, hvor fatningshullet har en indre vegg og innsetningen har en ytre vegg- og en nedre endeflate,karakterisert vedat fatningshullets indre vegg er sylindrisk og innsetningens yttervegg har et vesenlig avsmalnende parti som avsmalner innover mot den nedre ende.

10. Anordning som angitt i krav 9,karakterisert vedat det avsmalnende parti er en selvlåsende avsmal-ning.

11. Anordning ved rullemeiselkrone med et fatningshull for opptagelse av en hard innsetning, hvor fatningshullet har en innervegg og en bunn og innsetningen har en yttervegg,karakterisert ved'at fatningshullets innervegg avsmalner' utover mot bunnen og innsetningens yttervegg er sylindrisk .

12. Anordning ved en rullemeiselkrone med et fatningshull for opptagelse av en hard innsetning, hvor. fatningshullet har en innervegg og innsetningen har en yttervegg og en fot som passer i fatningshullet,karakterisert vedat fatningshullets innervegg er sylindrisk og innsetningens yttervegg er konisk avsmalnende innover mot foten.

13. Anordning som angitt i krav 12,karakterisert vedat friksjonskoeffisienten mellom innsetningen og fatningshullet er større enn sinus til konusitetsvinkelen.