SE454196B - Jord- och bergborrningsanordning for samtidig borrning och infodring av borrhalet - Google Patents

Description

454 196 2 i hålet vid infällning och utdragning av borranordningen ur hålet.

Tidigare föreslagna borranordningar för användning till- sammans med foderrör har vanligen krävt en i foderrörets mitt centrerad, cirkulär styrning, och ofta även krävt en särskild pilotborrkrona för att ge tillräcklig styrning av borranordningen. Ett exempel på en sådan anordning ges i svenska patentet 377 706. Andra tidigare föreslagna borr- anordningar för detta ändamål har haft en i förhållande till borrstângen fast borrkrona, och i stället haft en be- gränsat vridbar excentrisk styrning. Exempel på anordningar av detta slag ges i svenska patenten 188 739 och 212 006.

Sådana vridbara excentriska styrningar kan emellertid lätt plâsas av borrkax så att borrkronan ej kunnat fällas in efter avslutad borrning. Alternativt har styrningen måst utformas så att upptransport av borrkax genom foderröret överhuvudtaget ej är möjlig, se ovannämnda svenska patent 212 006.

Uppfinningen har till syfte att bättre än tidigare före- slagna borranordningar uppfylla de förut nämnda kraven och önskemålen, varigenom bl a borrningskostnaderna kan reduceras.

Borranordningen enligt uppfinningen, vilken definieras närmare i de efterföljande patentkraven, innefattar ett energiöverförande organi form av en sänkborrkammare, en borrstâng eller liknande, en styrning vid sagda organ, samt en vid det energiöverförande organets ena ände fast- satt excentrisk borrkrona som är begränsat rörlig mellan två lägen i förhållande till styrningen. Ena ändläget för borrkronans vridning utgör ett utfällt borrnings- eller arbetsläge, i vilket borrkronans skärförsedda del befinner sig framför foderrrörets mynning för borrning av ett hål med större diameter än foderrörets ytterdiameter. Andra ändläget utgör ett infällt läge i vilket borrkronan till- sammans med styrningen ryms inuti foderröret och kan ut- dragas genom detta. Borranordningen kan kopplas till en sträng av borrstänger som förmedlar rotationen och i före- 3 454 196 kommande fall slagenergin från ett utanför hålet placerat slagverk, eller kopplas direkt till en i hålet placerad sänkborrhammare.

Borranordningen enligt uppfinningen särskiljes från tidi- gare kända borranordningar av detta slag främst därigenom att styrningen för borrkronan är ovridbart förbunden med det till borrkronan energiöverförande organet (borrstången) samt att borrkronan är begränsat vridbart lagrad på det till borrkronan energiöverförande organets nämnda ände med en vridningsvinkel i lagringen som uppgår till åtminstone 90°, företrädesvis 1800. Den speciella utformningen av styr- ningen ger bland annat utrymme för en stor excentrisk för- skjutning av borrkronan, vilket i sin tur möjliggör en extra fördelaktig utformning av skärgeometrin hos borrkronan.

Ytterligare särdrag och fördelar med uppfinningen kommer att framgå av den följande beskrivningen av den i bifogade ritningar visade utföringsformen, i vilka ritningar: Fig 1 är ett axiellt snitt av borranordningen genom borrkronans mest excentriska dä" visad i borr- ningsläge; Pig 2 är samma snitt som i fig 1 men med borranordningen visad i infällt läge, d v s med borrkronan vriden 1800 och indragen i foderröret; Fig 3 är ett radiellt snitt av styrningen längs linjen 3 - 3 i fig 17 Fig 4 är ett radiellt snitt genom borrkronans skaft- del och styrningens excentriska axel, längs lin- 1 jen 4 - 4 i fig 1; Fig 5 är en ändvy av borrkronans borrhuvud och foder- röret i riktningen 5 - 5 i fig 1; och 454 196 Fig 6 är en ändvy av horrkronans borrhuvud och foder- röret, i riktningen 6-6 i fig 2 och vriden ett halvtvarv för att lättare kunna jämföras med läget i fig 5.

I figurerna betecknar 7 den teoretiska hålkonturen för borrhålet, 8 foderröret, 9 nedre delen av borrstången, 10 styrningen, samt ll borrkronan.

Som framgår av fig 1 har styrningen 10 en uppåt utskju- tande axel som är smalare än styrningens huvuddel. Denna axel är försedd med utvändiga skruvgängor som passar till motsvarande skruvgängor i en urborrning i borrstângen 9, varigenom styrningen 10 och vidsittande borrkrona ll vid behov kan avlägsnas från borrstången 9. Denna skruvför- bindning är vid normala driftförhâllande ej vridbar, d v s förbindningen kan endast lossas med hjälp av verktyg efter det att borranordningen dragits ut från borrhâlet. Styr- ningen 10 har vidare en nedåt utskjutande cylindrisk axel, som ävenledes är smalare än styrningens huvuddel. Borr- kronan ll är försedd med ett ihåligt skaft som omger axeln och är fäst vid denna pâ sådant sätt att borrkronan endast blir begränsat vridbart lagrad kring axeln.

Styrningen 10 är som framgår av fig 1 utformad så att borr- stången 9 i borrningsläget ej är centrerad mitt i foder- röret 8, utan är förskjuten i riktning mot borrkronans mest excentriska del. Denna förskjutning av borrstângen ger bland annat en jämnare fördelning av kraften på borrkronans borrhuvud vid slagborrning.

Pilarna 12 i fig 3-5 anger rotationsriktningen under borr- ning. I fig 3 anger pilen 13 den kraft med vilken styr- ningen pressas mot foderröret på grund av vridmomentet som krävs för borrkronans roterande. Pilen 14 anger den kraft med vilken styrningen pressas mot foderröret på grund av borrkronans tryck mot hâlets periferi. Pilen 15 anger re- 454 196 sultanten av 13 och 14. 16 anger en cirkelbågformad sektor av styrningen som har en anliggningsyta mot foderröret under borrning. 17 och 18 anger sekto- rer av styrningen som under borrningen har en jämn- vid spalt mot foderröret. l9 anger en cirkelbågfor- mad sektor av styrningens periferi som har en varie- rande och i sitt mittparti vidare spalt mot foder- röret än vid 17 och 18 och vars kontur ansluter till foderrörets insida när borrkronan är i sitt infällda läge inuti foderröret.

I fig 4 anger 20 och 21 sektorer av borrkronans skaft som under borrning har jämnvida spalter lika med 17 och 18 på styrningen mot foderröret. 22 anger en cirkelbâg- formad sektor av skaftets periferi som under borrning ger en kompletterande styrning mot foderröret. 23 anger en cirkelbâgformad sektor av skaftets periferi som har en varierande och i sitt mittparti vidare spalt mot foder- röret än vid 20 och 21 och vars kontur ansluter till foder- rörets insida när borrkronan är i sitt infällda läge inuti foderröret. 24 anger ett låselement i form av en cirkulärcylindrisk stav som är monterad i borrkronans skaft. 25 anger spår i styrningens excentriska axel för lâselementet 24 så utformade att borrkronan kan vridas 1ao°, d v s mellan berrningeläget och det infällda läget, men är säkrad i sitt axiella läge. Låselementet kan vid montering fästas i borrkronans skaft medelst svetsning. 26 anger en spolluftkanal som förbinder den centrala spolluftkanalen 27 med spåret 25 och lagerspalterna mellan borrkronans skaft och styrningen, för smörjning och renhållning av dessa.

Som framgår av fig l är tvâ ytterligare spår motsvarande spåret 25 anordnade nedanför detta, vilka är avsedda att på tidigare nämnt sätt samverka med motsvarande ytterli- gare låselement i borrkronans skaft, i syfte att av 454 196 hâllfasthetsskäl fördela pâkänningarna på flera lâselement och motsvarande spår.

Borrkronan, styrningen och borrstången är som framgår av fig l genomdragna av den ovannämnda centrala spolluft- kanalen 27. En ej visad backventil är lämpligen anordnad vid 29 i borrkronan. Spår 28, 28' för tätningsringar med utåtvända läppar är anordnade inuti borrkronans skaft, respektive inuti borrstângen. Dessa tätningar medger, i likhet med backventilen, passage av spolluft i riktning ut från den centrala spolluftkanalen men förhindrar in- läckning av vatten och borrkax.

I fig 5 anger 30 - 35 de hârdmetallinsatser i den icke- cirkulära borrkronans borrhuvud som utför själva borr- ningsstenkrossningsarbetet. 36 anger den cirkel inom vil- ken det centrala skäret 30 arbetar. 37 anger den cirkel inom vilken, dock utanför cirkeln 36, de båda skären 31 och 32 arbetar. Mellan 37 och periferin 7 arbetar de tre skären 33, 34 och 35. Antalet skär står alltså ungefär i proportion till ytorna mellan cirklarna, vilket ger en jämn förslitning och följaktligen bästa möjliga utnytt- jande av hårdmetallen. 38 anger den maximala excentriska utsträckning som borrhuvudet i och för sig skulle kunna ges och fortfarande rymmas inom foderröret i det infällda lä- get (se fig 6). Denna stora maximalt möjliga excentricitet har ej utnyttjats, utan i stället har man kunnat skära bort ett halvmånformat segment så att borrhuvudets mest excentris- ka periferidel ger ett lagom stort hål i förhållande till foderrörets ytterdiameter och framför allt ger en lång pe- riferiell del av borrhuvudet som arbetar mot hålets periferi och ger möjlighet att arrangera ett större antal hårdmetall- skär vid periferin för att därigenom trots borrhuvudets för- slitning kunna bibehålla hålets diameter under en betydligt längre tid, d v s få en längre livslängd på borrkronan. a. g 454 196 Det diametrala slitaget är oftast det som begränsar borr- kronans användbara livslängd. En längre periferidel och flera periferiskär ger också en jämnare och ryckfriare rotation. 39 anger en frontklack som ansluter borrhuvu- dets mest excentriska del till hâlets ytterdiameter i rotationsriktningen. Genom den diskontinuerliga övergången vid frontklacken undvikes en kilformig ansmygning till borr- hålet som skulle ge en “krossningszon". Undvikandet av den- na “krossningszon“ bidrar i hög grad till att minska borr- huvudets periferiella slitage samt minskar vridmomentet som borrkronans rotation kräver och ger mindre fastkilnings- tendenser d v s en ryckfriare gång.

De tre skären 30, 31 och 32 är placerade på ena sidan av borrhuvudet och är snedställda så att de formar en kon i borrhâlets centrum. Detta ger reaktionskrafter som hjälper till att pressa de horisontella skären 33, 34 och 35 på andra sidan av borrhuvudet mot hålets periferi samt ger en styrning av borrkronan. Detta reducerar krafterna 13, 14 och 15, avlastar därmed styrningen, reducerar slitaget och ger en jämnare rotation. Styrningens anliggningsyta 16 be- höver därför inte vara särskilt stor. Den bör dock ha en periferiell utsträckning ungefär fram till kraftriktningarna 13 och 14 åt respektive häll eftersom stora variationer i dessa krafters storlek kan förekomma. Denna periferidel av styrningen kan lämpligen utgöras av en smal bom som är sned- ställd eller spiralformad på sådant sätt att den vid borr- ning skruvar borrkaxet bort från borrkronan. Den styrande periferidelen 22 på borrkronans skaft är egentligen över- flödig vid borrning i homogent material, men på grund av de oregelbundenheter som kan förekomma i de aktuella formatio- nerna ger den en försäkring för en lugn och jämn rotation.

Av ovan nämnda skäl utgöres även denna periferidel lämp- ligen av en smal, snedställd eller spiralformad bom. Spal- terna 20 och 21 på borrkronans skaft samt spalterna 17 och 18 på styrningen bildar, när borrkronan är i borrningsläge, _ sammanhängande spaltlängder som begränsar storleken av de partiklar som kan passera.Detäriövrigt önskvärt med så 454 196 stort öppet utrymme som möjligt runt styrningen och borr- kronans skaft för att öka transportkapaciteten för borr- kaxet varför bommarna 16 och 22 lämpligen göres smala.

Den beskrivna principiella konstruktion med styrnings- organ 16 och 22 fördelade på styrningen respektive borr- kronans skaft möjliggör en stor excentrisk förställning av borrkronan som i sin tur möjliggör den tidigare be- skrivna gynnsamma utformningen av skärgeometrin utan att äventyra den hâllfasthetsmässigt nödvändiga dimensione- ringen av styrningens excentriska axel eller borrkronans skaft.

Vinkelavståndet mellan mittdelen av den mot foderrörets insida anliggande periferidelen av styrningen och mitt- delen av borrkronans mest excentriska del, mätt från den förra till den senare i borrkronans rotationsriktning un- der borrning, kan som framgâtt av den tidigare redogörel- sen angâende riktningen av krafterna 13 och 14 lämpligen vara mindre än l80°, och mest föredraget vara mellan 1000 - 1700. Vidare kan styrningen företrädesvis vara ut- formad att i borrningsläget anligga mot foderrörets insida längs en sektor som motsvarar en centrumvinkel av mellan 50 _ l50°_ Slutligen kan de periferidelar hos styrningen och borrkronans skaft, vilka i borrkronans infällda läge är belägna diametralt motsatt borrkronans under borrning mest excentriska del, företrädesvis vara utformade att möjliggöra en så stor radiell förställning mellan borr- kronans borrningsläge och borrkronans infällda läge att borrkronans mest excentriska del i borrníngsläget kan ha en periferidel som anligger mot borrhâlets insida längs en sektor som motsvarar en centrumvinkel av mer än 300, varvid borrkronan och styrningen i det infällda läget likväl ryms inuti foderröret. 454 196 Borrkronan är i den ovan beskrivna utföringsformen för- sedd med sex hårdmetallskär. De tre skären 33, 34 och 35 vid periferin kan vara placerade på något olika höjd, för att ge en jämnt fördelad belastning och avverkningsvolym mellan dessa skär vid deras nedåtgående spiralformiga rö- relse under borrning. Borrkronan kan förses med hârdme- tallstift i stället för hârdmetallskär, och då lämpligen i något större antal än hårdmetallskären i den beskrivna utföringsformen. Vid renodlad rotationsborrning kan skären ges en form mera liknande hyvelskär, s k "dragbit"-utfö- rande eller ersättas med en eller flera tandade rullar, s k "roller-bit"-utförande.

Claims (7)

454 196 10 P a t e n L_k r a v

1. Anordning för borrning i jord och berg under sam- tidig infodring av borrhâlet (7) med ett foderrör (8), vilken anordning innefattar ett energiöverförande organ (9) i form av en sänkborrhammare, en borrstâng eller lik- nande, en styrning (10) vid sagda organ, samt en vid det energiöverförande organets (9) ena ände fastsatt excen- trisk borrkrona (11) som är begränsat rörlig mellan tvâ lägen i förhållande till styrningen, det ena utgörande ett utfällt borrnings- eller arbetsläge i vilket borr- kronans skärförsedda del befinner sig framför foderrörets mynning för borrning av ett hål med större diameter än foderrörets ytterdiameter, det andra utgörande ett infällt uppdragnings- eller nedsättningsläge i vilket borrkronan tillsammans med styrningen ryms inuti foderröret, k ä n - n e t e c k n a d av att: - styrningen är ovridbart förbunden med det till borr- kronan energiöverförande organet - borrkronan är begränsat vridbart lagrad på det till borrkronan (1) energiöverförande organets (9) nämnda ände med en vridningsvinkel i lagringen som uppgår till åtminstone 9o°, företrädesvis Omkring 1ao°.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att: - styrningens (10) periferi är utformad med en anliggnings- yta (16) som vid borrning ligger an mot foderrörets (8) insida endast vid den del som ligger diametralt motsatt borrkronans (11) mest excentriska del i dess utfällda läge - den'de1 av styrningens periferi som ligger diametralt motsatt denna anliggningsyta under borrning bildar en spalt (19) mot foderröret, vilken under borrkronans in- fällda läge tillåter en excentrisk förskjutning av det energiöverförande organet (9) i riktning mot denna spalt. 454 196 11

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d av att centrumaxeln för styrningens anliggningsyta (16) är förskjuten så att det energiöverförande organets (9) centrumaxel vid borrning intar ett excentriskt läge mellan foderrörets (8) centrumaxel och borrkronans (11) mest excentriska del.

4. Anordning enligt ett eller flera av kraven 1 - 3, k ä n n e t e c k n a d av att styrningens anliggnings- yta (16) mot foderröret är utformad som en skruvlinjefor- mad bom med stigningsriktningen sådan att den under borr- ning med normal rotationsriktning skruvar borrkaxet uppåt i foderröret.

5. Anordning enligt ett eller flera av kraven 1 - 4, k ä n n e t e c k n a d av att borrkronan (11) är försedd med ett skaft som är utformat med en i borrningsläget mot foderrörets (8) insida styrande periferidel (22) på den sida av skaftet, som i borrkronans infällda läge är be- lägen på samma sida som anliggningsytan (16) på styrningen.

6. Anordning enligt ett eller flera av kraven 1 - 5, k ä n n e t e c k n a d av att borrkronan (11) har centralt anordnade skär (30, 31, 32) på den del av borrkronan som ligger diametralt motsatt dess mest excentriska del, vilka skär är snedställda så att de främsta delarna av skären É är belägna mot borrhålets centrum, varigenom de under borrning ger en styrande kraft som pressar borrkronans mest excentriska del mot det borrade hålets periferi (7).

7. anordning enligt ett eller flera av kraven 1 - 6, 1 k ä n n e t e c k n a d av att borrkronans (11) under borrning mest excentriska del är utformad så att dess peri- feri ligger på en cirkel vars centrum sammanfaller med det borrade hâlets centrum, och att flera skär (33, 34, 35) är arrangerade att borra vid hålets periferi (7).