SE433515B - Hydrauliskt driven bergborr med tung kolv - Google Patents

Description

7890807-5 2 10 l5 20 25 30 35 40 ningen är användningen av endast tvâ glidtätningsdiametrar - i nu- tida bergborrar användes ofta tre diametrar som kräver tillverkning med yttersta precision för rätt montering - varvid arrangemanget med två diametrar tillåter enklaste möjliga utformning av ventil och cylinder som leder till minskning av tillverknings- och under~ hâllskostnader. En halvmekanisk omloppsventil användes för att ge den ovanliga korta slaglängd som krävs då kolvens hela tvärsnitt utsättes för det hydrauliska trycket för acceleration under driv- slaget. Även om vid bergborren enligt uppfinningen användes en reservoar av högtrycksolja som även tjänar som borrhus, såsom i amerikanska patentet 3 892 279, representerar densamma en förbätt- ring därutöver genom användning av reservoarolja för smörjning och kylning av fronthuvudaggregatets glidytor och även genom full inneslutning av rotationsorgan för städet som drivs av en baktill monterad motor vilket senare arrangemang är mindre klumpigt och ger reducerade kostnader jämfört med konstruktioner med rotations- motor vid fronthuvudet. Ännu ett kännetecken för uppfinningen avser en flytande tät- ningspatron som åstadkommer rotation av kolven med städet vilket sålunda minskar nötning genom rotation vid kolvens slag på städet :iii ett minimum.- Andra kännetecken och fördelar med bergborren enligt uppfin- ningen kommer att framgä av följande detaljerade beskrivning i samband med ritningarna.

Figur lA visar en del av ett snitt genom en bergborr enligt uppfinningen och visar en ventilände av borren.

Figur lB visar ett delsnitt av densamma och visar en städ- ände av borren, varvid står klart att båda figurerna har en gemen- sam centrumlinje "a".

Figur 2 visar i förminskad skala en ändvy av figur lA.

Figur 3 visar i förminskad skala en ändvy av figur lB.

Figur 4 visar i större skala ett snitt som visar omlopps- ventilens position i ett arbetsläge.

Figur 5 visar samma figur som figur 4 men visar ventilen i ett annat funktionsläge.

Figur 6 visar samma vy som figur 4 men visar ventilen i ännu ett funktionsläge.

Pâ ritningarna betecknar l0 en bergborr enligt uppfinningens principer som innefattar ett cylindriskt hus eller hölje l2 som 10 15 20 25 30 35 40 s 7800807-5 tjänar som oljemagašin eller -behållare, en bakhuvudplatta 14 som innesluter den bakre änden av huset och uppbär en rotationsdriv- motor 16 och ett fronthuvud 18 som innesluter den främre änden av huset. Magasinets oljetryck kan vara i storleksordningen 2000 psi.

Drivmotorn 16 kan drivas hydrauliskt i båda rotationsriktningarna och kontrollorgan (ej visade) är anordnade att åstadkomma önskad drift. Ett cylindriskt element 20 beläget vid den bakre änden av huset 12 har till funktion att innesluta en omloppsventil 22 och glidbart uppbära en ände av en kolv 24 varvid kolvens andra ände uppbäres i en bussning 26 fäst i en lângsträckt del 28 av en mel- lanvägg 30 utformad i huset 12. Ett axiellt rörligt städelement 32 är beläget i ett växelhus 33 anordnat vid främre ytan av huset 12 varvid städets innerände uppbäres i en bussning 34 fäst till mellanväggen 30 varvid den andra änden uppbäres i en flänsförsedd bussning 36 löstagbart fäst till fronthuvudet 18 vid en av dess sidor och en flänsförsedd bussning 37 löstagbart fäst till front- huvudet vid dess andra sida. Städet 32 har en gängad del 38 som skjuter förbi bussningen 36 för att upptaga ett borrör (ej visat) utgörande del av en borrsträng som användes för hålborrning. Buss- ningen 34 har en försänkning 39 som glidbart upptager en navdel 41 utformad på städet.

Städet 32 är försett med ett flertal tänder eller bomspår 40 som ingriper med tänder eller bomspâr 42 utformade på innerperi- ferin av ett ringkugghjul 44. Ringhjulet har tänder 46 utformade på ytterperiferin som ingriper med tänder 47 på ett drivkugghjul 48 som uppbäres i lagerorgan 50. Kugghjulet 48 är drivbart fäst till enaxel 52 som vid motsatta änden är förbunden med den utgåen- de axeln 54 i motorn 16. Ett rör 56 omger axeln 52 och tätar denna från tryckolja i husets 12 inre.

Det cylindriska elementet 20 uppbäres i huset 12 varvid en del av bärorganen innefattar en periferiell vägg 58 bildande en ände av en oljebehállare 60 vars andra ände bildas av mellanväggen 30. En kanal 62 förbinder behállarens 60 inre med en oljehögtrycks- pump (ej visad) för tillförsel av tryckolja till behållaren, medan en kanal 64 förbinder ett ringformat spår 65 med en sump för oljans returflöde till densamma. Bärorgan 66 kan vara fästa till huset 12 för montering av bergborren på en borrhållare (ej visad).

Omloppsventilen 22 innefattar en cylindrisk ventilkropp 68 och en ventilstam 70 som har glidpassning i en axiell borrning 72 utformad i kolvens 24 ände. En plugg 74 anordnad i det cylindriska _7aooso7-5 4 l0 15 20 25 30 35 40 elementet 20 anligger mot bakhuvudplattan l4 och har en axiell borrning 76 i vilken är inpressad en rörformad stam 78. Borrningen 76 leder till en kanal 77 i bakplattan l4 som slutligen mynnar i returströmningskanalen 64; En utskjutande ände av den rörformade stammen är anordnad att glidbart passa i en borrning 80 utformad i ventilen 22 då ventilen är i läget i figur 6. Ventilkroppen 68 är utformad med en urtagning 82 som har större diameter än diametern på en cylindrisk del 84 så att ett hâlrum 85 bildas mellan urtag- ningen och den cylindriska delen. Flera hål 86 är utformade i ventilkroppen 68 vilka åstadkommer kommunikation mellan urtag- ningen 82 och motsatta sidan av ventilkroppen.

Det cylindriska elementet 20 är utformat med ett flertal radiellt arrangerade hål 88.som förbinder hâlrummet 85 med kanalen 64. En annan mängd radiellt arrangerade hål 80 är utformade i det cylindriska elementet 20 framför hålen 88 vilka förbinder behålla- ren 60 med det cylindriska elementets 20 inre. Sidoavståndet mel- lan hålen 88 och 90 är sådant att båda väsentligen avstänges då ventilkroppen 68 är i läget i figur 6. En kanal 92 utformad i det cylindriska elementet 20 har en ände som mynnar på kolvkroppen 24 och den andra änden i kanalen 64. Ett periferispår 93 skär kanalens 92 ände.

Kolven 24 har en del 94 med huvuddiametern som glidbart passar till det cylindriska elementet 20 och en del 96 med mindre diameter som glidbart passar till bussningen 26. Behållartrycket som verkar på differensen i area mellan delarnas 94 och 96 diamet- rar ger en relativt liten kontinuerlig returkraft på kolven. Ett koniskt huvud 98 utformat vid högra änden av kolven 24 är anordnat ii en utvidgad del av det cylindriska elementet 20 varvid mellan- rummet mellan det koniska huvudet och den utvidgade delen bildar ett hålrum l00. Kolvborrningen 72 har en utvidgad innerände l02 anordnad att bilda ett hälrum 104 som bildas mellan ventilstammens 70 utsida och den utvidgade inneränden. Flera radiellt anordnade hål l06 förbinder hålrummet l04 med utsidan av kolvdiameterdelen 94.

En flytande tätningspatron 108 är belägen vid slagområdet mellan kolven 24 och städet 32 vilket slagområde vid alla tidpunk- ter står i förbindelse med atmosfären via en kanal ll0 och ett hål ll2 båda utformade i städet som bäst framgår av figur lB. Tätnings- patronen innefattar ett inre flytande element ll4 som har tätnings~ organ ll6 vid var ände för friktionskontakt med periferiytorna på kolven och städet och ett yttre cylindriskt element ll8 som omger 10 15 20 25 30 35 40 s 7800807-5 och har me11anrum ti11 det f1ytande e1ementet 114 för att bi1da ett sma1t hå1rum 120 däreme11an. Friktionen hos tätningsorganen 116 överför rotationsverkan från städet 32 ti11 ko1ven 24 för att minska rotationsnötning som kan uppträda vid s1aget om rotationsröre1se hos ko1ven med städet uteb1ir. Friktionsvärme som a1stras av tät- ningsverkan bort1edes mede1st o1ja som kommer från behâ11aren 60 och 1äcker genom bussningen 26 in i há1rummet 120. Ky1o1jan ström- mar därefter ti11 det inre av växe1huset 33 via radie11a hâ1 122 utformade i det cy1indriska e1ementet 118 och en kana1 124 utformad i me11anväggen 30 och bussningen 34.

En kana1 126 utformad i me11anväggen 30 och en kana1 128 ut- formad i bussningen 34 åstadkommer en o1jeström från behâ11aren 60 ti11 växe1husets 33 inre för kontinuer1ig smörjning av drivväxe1- aggregatet för städet under verktygets drift. Högtryckso1ja som strömmar från kana1en 128 in i försänkningen 39 tjänar som en dämpa- re av stötenergi och bi1dar i sjä1va verket ett hydrostatiskt tryck- 1agerarrangemang.

Den f1änsförsedda bussningen 37 är försedd med dämparorgan 130 anordnade att begränsa axie11 röre1se framåt av ringhju1et 44 under städets 32 fram- och âtergäende rörelse. En försänkning 132 utformad på den inre periferiytan av den f1änsförsedda bussningen 37 bi1dar ett hå1rum som förbinder ett 1uftin1oppsorgan 134 i front- huvudet 18 med f1era radie11a hâ1 136 i städat. Hå1en 136 står i förbinde1se med en axie11 kana1 138 utformad i städet och som myn- nar vid änden av den gängade de1en 38. På detta sätt kan hâ1renings- _1uft under kontro11 av ett venti1organ (ej visat) införas i borr- strängen. En kana1 140 utformad i fronthuvudet 18 och bussningen 37 är vid en ände förbunden med f1era radie11a há1 142 och med det inre av växe1huset 33 för att åstadkomma smörjning av städets 32 främre ände. Ett 1itet spelrum me11an bussningen 37 och städet ti11åter Smörjning av det senare i dess område inti11 den främre änden. Av1astningshà1 144 är anordnade i fronthuvudet 18 för att tjäna som en varning för fe1aktig tätning och för att hindra att 1uft inkommer i hydrau1systemet. F1era tätningsringar 146 är anord- nade i bussningarna 36 och 37, som visas i figur 1B, för att åstad- komma hå1rensning, 1ufttätning och smörjmede1tätning hos städet 32 efter behov.

I figur 4 visas om1oppsventi1en 22 i sitt 1äge vid början av arbetss1aget som medför ett s1ag av ko1ven 24 på städet 32. En ändyta 148 av venti1kroppen 68 an1igger mot p1uggen 74 och stänger 7800807-5 6 10 15 20 25 30 _ 35 40 av oljeströmmen till hålen 88, som leder till returkanalen 64.

I detta läge har ventilkroppen 68 öppnat en förbindelse från be- hållaren 60 med hålrummet l00 och området vid änden av kolvhuvudet 98 tillåter att tryckolja strömmar genom hålen 86 in 1 hâlrummet 85. Högtrycksolja som verkar på änden av kolvhuvudet 98 bringar kolven att börja rörelsen mot städet 32. Det framgår att olja 1 hålrummet 86 hindras att strömma in i borrningen 76 1 pluggen 74 genom att den rörformade stammen 78 glidbart upptages i borrningen 80 1 ventilkroppen 68. Då kolvhàlen 106 förflyttas så att de fri- ger periferispåret 93 kan den strypta kanalen 92 icke fullständigt fylla det snabbt expanderande hâlrummet l04, varigenom ett vakuum skapas 1 hâlrummet l04. En tryckdifferential som verkar-på omlopps- ventilen 22 på grund av olja med trycket noll 1 hålrummet 104 och högtrycksolja 1 hålrummet 85 åstadkommer en snabb rörelse av om- loppsventilen mot kolven. Kolvhastigheten bïir tillräcklig för att förorsaka att kolven slår mot städet innan omloppsventilen märk- bart kan avstänga oljans inströmning från behållaren genom inlopps- hålen 90. Acceleration av omloppsventilen åstadkommer avstängning av inloppshålen 90 på mindre än en millisekund sedan kolven träffat städet. Arbetsslagets kraft är lika med behållartrycket gånger diameterarean på kolvdelen 96. a Figur lA visar de inbördes lägena hos ventilen 22 och kolven 24 vid stöten och vid början av kolvens returslag. Kraften pâ ven- tilen är noll men den rör sig snabbt mot kolven. Innan den träffar kolven kommer emellertid ventilmomentet att vara 1 huvudsak för- brukat genom den energi som krävs för att förflytta oljan från hål- rummet l04 genom den strypta kanalen 92. Returströmningshålen 88 och borrningen 76 är dimensionerade för att reglera kolvens retur- hastighet genom att strypa oljeströmmen ut till returkanalen 64.

Ett litet tryck skapas sålunda inuti det cylindriska elementet 20 som verkar på ventilstammen 70 och resulterar 1 rörelse av ven- tilen med kolven under den tidiga returslagrörelsen. Under följan- de kolvrörelse avstänges hålrummet l04 från kanalen 92 och kolven och ventilen 22 hålls samman endast av friktion; Änden av kolven visas anliggande mot ventilkroppen 68.

Då en hydraulisk omloppsventil når omkopplingsläge, dvs då utloppskanaler skall stängas och inloppskanaler skall öppnas eller vice versa, föreligger ett märkbart läckage eftersom ventilens överlappning är mycket kort. Det är därför önskvärt att passera omkopplingsläget med en lämplig hastighet som skall vara större 10 15 20 25 30 7 78ÛÛ807-5 än kolvens rörelsehastighet.

Figur 5 visar ett driftstillstând som resulterar i accelera- tion av ventilen 22. Som där framgår har den rörformade stammen 78 löpt in i borrningen 80 och skurit av returströmmen av olja som inkommer i kanalen 77 vilket medför ökat oljetryck runt hela ven- tilen utom vid borrningens 80 area. Den resulterande kraften på ventilen 22 accelererar ventilen så att densamma vid omkopplings- läget separeras något från kolven, som framgår av figur 6. Den nära sammanfallande verkan av stängning av utloppet och öppning av in- loppet som tillför behållaretrycket till det cylindriska elemen- tets 20 inre resulterar i bromsning av kolven och arbetsslagets början. Fullt tryck som nu verkar på hela ventilen 22 utom för det låga tryck som förefinnes i borrningen 80 accelererar snabbt ven- tilen mot läget i figur 4 och öppnar inloppshålen 88 och åstadkom- mer lämplig inloppsoljeström från behållaren för att accelerera den snabbt löpande kolven mot slaget på städet. Rörelse bakåt av ventilen 22 begränsas av kontakt mellan ventilens ändyta l48 och pluggen 74, som framgår av figur 4.

Om städet 32 skulle vara utanför det normala stötmottagande läget, såsom då borrsträngen hålles lyft från hâlbotten, absorberas energin hos kolven till största delen genom förskjutning av olja i hälrummet l0O genom det minskande spelrum, som åstadkommes av kolvens koniska huvud 98. Det koniska huvudets slutliga spelrum inuti gränserna för hålrummet l0D är sådant att städet vid fullt läge framåt mottager slag med låg hastighet från kolven. Den in- bördes axiella dimensioneringen åstadkommer att det koniska kolv- huvudets inneryta ej helt träffar den främre änden av hålrummet l00.

Slagen med låg hastighet eller med lätta stötar på städet är lämp- ligen användbara för att lossa de gängade kopplingarna i borr- strängen samt' skaka loss en borrkrona på borrsträngen som har blivit fastkilad i hålet som borras. _- ,....._.._......_-_.-.__._.._..._-. __

Claims (3)

1. 7800807-5 Patentkrav 1;- Bergborr innefattande ett hus, en ko1v, ett städ, manöverventi1, rotationsorgan och en axe1 för- bunden med en motor, k ä n n e t e c k n a d av att huset (12) bi1dar en hydrau1isk reservoar (60), att ko1ven (24) som uppbäres g1idbart axie11t rör1igt in- uti i huset är 1ång och tung och har en de1 (94) med större diameter och en de1 (96) med mindre dia- meter, vi1ka båda de1ar är innes1utna i reservoaren och utsatta för trycket från f1uidet i reservoaren, att städet uppbäres vid den främre änden i huset, att en mekaniskt-hydrau1iskt manövrerad venti1 (22, 68, 70) är anordnad i huset för att reg1era ko1vens (24) röre1se för att s1â mot städet (32), att rotations- organen (48) är innes1utna i en främre de1 av huset städet i endera rotations- är fäst vid en p1atta att axe1n som förbinder och är anordnade att vrida riktningen, att motorn (16) (14) vid husets bakre ände, motorn med rotationsorganen varvid bergborren även innefattar ett f1ytande tätnings- organ (108, 114, 116, 118) som omger en de1 av både städet (32) och ko1ven_(24) och som har friktions- kontakt med städat och ko1ven varigenom en vridnings- röre1se hos städet vrider ko1ven, och organ (120, 118, 122, 124) som 1eder hydrau1f1uidum från reser- voaren (60) runt det f1ytande tätningsorganet och in i den husde1 som innes1uter rotationsorganen vari- genom värme som a1stras genom friktionskontakten bort- 1edes.

2. Bergborr en1igt 1, av att venti1en (22) innefattar en venti1stam (70) g1idbart anordnad i en axie11 borrning (72) utformad i ko1ven (24) och en venti1kropp (68) som i fö1jd kan anordnas för överföring av hydrau1f1uidum från reservoaren ti1J ett cy1indriskt hå1rum utformat i även är innes1uten i huset, k ä n n e t e c k n a d 7800807-5 ett kolvbärandecylindrisktelement (20) och från det cylindriska hålrummet till en returledning som leder till en sump som betjänar en hydraulisk högtrycks- pump förbunden med reservoaren och den axiella borr- ningen (72) i kolven (24) förbunden med hål utformade i kolven vilka hål är frilagda mot det cylindriska hâlrummet under en fas kolvfunktionen och är frilagda mot en kanal förbunden med returledningen under en annan fas av kolvfunktionen.

3. Bergborr enligt 2, k ä n n e t e c k n a d av att en plugg (74) fäst till den bakre plattan (l4) har en axiell borrning (76) förbunden med en kanal för att leda hydraulfluidum till returledningen och en rörformad stam (78) anordnad att skjuta ut från änden av pluggens borrning och att glidbart upp- tagas inuti en borrning (80) utformad i kolven (24), varigenom strömmen av hydraulfluidum från ventil- kroppen (68) till returledningen avstänges varvid pluggen (74) är skild periferiellt med mellanrum i förhållande till ventilkroppen (68) för att bilda ett hâlrum däremellan, och varvid ventilkroppen (68) har hål (86) som förbinder hålrummet med det cylindriska hâlrummet som omger kolvhuvudet (98).