SE459514B - Skarvfoerband i skarvborrutrustning foer slagborrning - Google Patents

Description

459514 hålväggen. Detta skeende upprepas om och om igen mellan varje slag borrmaskinen slår, och med de höga slagfrekvenser som _ förekommer (vanligen 30-40 Hz men 150 Hz förekommer) kommer så- ledes borrsträngen att på kort tid utsättas för många utmatt- ningscykler. Dessa i borrsträngen fram och åter gående pulser- na förorsakar förslitning och brott i borrsträngen och speciellt dragpulserna kan förorsaka mycket tidiga utmattningsbrott.

Någon lösning på ovannämnda problem med de i borrsträngen vand- rande'pulserna vid slagborrning har hitintills ej presenterats.

Däremot finns för rotationsborrning, t.ex. genom FR-A1- 2432081, NO-B-146550 och US-A-3 608 297, skarvförband kända som är spe- ciellt utformade för eliminering av vibrationer, dvs av typ dämpare. Dessa skarvförband är emellertid oanvändbara för slag- borrning, eftersom de vid sådan användning skulle absorbera så- väl en stor del av den primära slagenergin som de reflekterade pulserna, vilket leder till enhelt oacceptabel verkningsgrad i slagborrsammanhang, och dessutom skulle skarvförbanden försli- tas snabbt, inte minst på grund av den alstrade friktionsvärmen.

Medelst föreliggande uppfinning tillhandahålles däremot skarv- förband i skarvborrutrustning för slagborrning, där ovannämnda problem har lösts och uppfinningen kännetecknas härvid av att skarvförbandet är försett med organ för att förutom överföran- de av tryckpulser i borrsträngen i riktning mot borrkronan även genom reflektion omvandla tryckpulserna motriktade dragpulser i-borrsträngen till tryckpulser.

Genom ett skarvförband enligt uppfinningen omvandlas således skadliga dragpulser till nyttiga tryekpulser. Skarvförbandet enligt uppfinningen har med andra ord erhållit en utformning så att nyttig energi (tryckpulser) släppes igenom och onyttig ener- gi (dragpulser) omvandlas till nyttig energi. Detta möjliggör en förbättrad verkningsgrad jämfört med vad som kun- nat erhållas med användande av tidigare kända skarvförband.

Genom omvandlingen av dragpulser till tryckpulser ökar dessutom i väsentlig grad borrsträngens livslängd genom att den totala 3 459 514 nivån för de skadliga dragspänningarna i borrsträngen i väsent- lig grad sänks.

I en föredragen utföringsform kännetecknas skarvförbandet en- ligt uppfinningen av att nämnda organ utgöres av ett element, som sammanhåller relativt varandra axiellt rörliga delar, och av samverkande ytor hos delarna, vilka ytor vid tryckpulser pressat anligger mot varandra och vid dragpulser särskiljes.

Företrädesvis ligger härvid nämnda delar koncentriskt i linje med borrsträngen. Detta kan realiseras i ett flertal fördelak- tiga utföringsformer, av vilka nâgra är angivna i efterföljande patentkrav.

Förutom ovannämnda fram- och återgående tryck- och dragpulser förekommer i en borrsträng även skjuvspänningar. Dessa förekom- mer dels i form av påkänningar förorsakade av till borrkronan överfört vridmoment och dels överlagrade torsionspulser förorsa- kade bl.a. av borrkronans rotation mot berget. Torsionspulser- na är till karaktären en dynamisk pâkänning i form av skjuvspän- ningar, vilka i varje ögonblick kan adderas till tryck- och dragpulserna, och bidrar således även till en utmattning av borr- strängen. I en föredragen utföringsform av ett skarvförband en- ligt uppfinningen har även hänsyn tagits till dessa torsionspul- ser genom att i skarvförbandet anordnats organ för upptagande av genom torsionspulser i borrsträngen i skarvförbandet upp- kommen rörelseenergi.

I det följande skall några utföringsexempel av ett skarvförband enligt uppfinningen närmare beskrivas under hänvisning till bifogade ritningar. varvid fig. 1, fig. 2, fig. 3, fig. 7, fig. 9, fig; 10ochfig. 13visaraxialsektionergenomolikautförings- former av ett skarvförband enligt uppfinningen samt fig. 4, _ fig. 5, fig. .6, fig. 8, fig. 11, fig. 12 och fig. 14 visar tvärsektioner genom skarvförbandet enligt fig. 1, fig. 2, fig. 3, fig. 7, fig. 9, fig. 10resp.fig.13. Fig. 3a visar en sidovy av ett vridstycke ingående i utföringsformen enligt fig. 3. 459 5.14 Korresponderande delar i de olika ritningsfigurerna har erhål- lit samma hänvisningsbeteckningar.

Det centrala i uppfinningen är således, såsom ovan angivits, att tillhandahålla ett skarvförband som förutom att överföra tryckpulser i borrsträngen i riktning mot borrkronan även genom reflektion omvandla tryckpulserna motriktade dragpulser i borr- strängen till tryckpulser, och ritningarna visar nâgra konstruk- tionsexempel mera i detalj hur detta kan förverkligas.

Skarvförbanden visade i fig. 1-8 innefattar samtliga två rör- formade delar 1 försedda vid yttre ändar med invändig gänga 14 för anslutning till borrsträng. Motsatta rörändar anligger mot varandra efter slagytor 2. Rören 1 är axiellt sammanhållna över slagytorna 2 medelst dragstång 3 och brickor 4, varvid mellan muttrar 5 i dragstångens ändar och brickorna 4 är anordnad en av t.ex. fjäderbrickor 6 uppbyggd fjäder. Rören 1 kan anligga mot varandra utan förspänning eller kan genom åtdragning av muttrarna 5 en reglerbar axiell förspänning förefinnas. Vidare finnes ett axiellt rörligt vridstycke 7, vilket nedan skall närmare beskrivas.

För överförande av tryckpulser och omvandling av dragpulser till tryckpulser fungerar skarvförbanden på följande sätt.

När en dragpuls inkommer till skarvförbandenexempelvisfrånborr- kronan och vandrar mot slagytorna 2 kommer dragpulsen att uppfatta dragstångenß och det axi-ellt rörliga vridstycket 7 såsom ett litet dynamiskt motstånd. Rören 1 skiljs åt vid slagytorna 2 under dragpulsens inverkan. Dragpulsen kommer således att uppfatta den åtskilda slagytan såsom en fri yta och kommer därför att omvandlas till en tryckpuls som reflekteras tillbaka ungefär på samma sätt som händer vid ovan beskrivna tomslag av borrkro- nan, då en tryckpuls omvandlas till en dragpuls. När däremot en tryckpuls vandrar mot slagytorna 2 pressas dessa mot varand- ra och tryckpulsen kan passera utan att förändras, vilket är viktigt enär den primära pulsen från borrmaskinen är en tryck- g 459 514 puls och ett oeftergivligt krav på ett skarvförband för trans- port av slagenergi är att tryckpulsen skall passera obehindrat.

Dragpulsen hindras således att passera genom skarvförbandet och fortplantas i borrsträngen. Pâkänningar i borrsträngen minskar därigenom i väsentlig grad samtidigt som slagborrningens verk- ningsgrad ökar genom omvandlingen av icke önskad dragpuls till nyttig tryckpuls.

I fig; 9-12 visas ett par andra utföringsformer av skarvförband för överförande av tryckpulser och omvandling av dragpulser till tryckpulser, varvid i fig. 9 och 11 skarvförbandet är visat beläget utefter borrsträngen och i fig. 10 och 12 skarvförban- det är visat beläget i anslutning till borrkronan.

I utföringsformen enligt fig. 9 och 11 är skarvförbandet i ena änden försedd med gänga 14 motsvarande gängan 14 i tidigare be- skrivna utföringsformer, medan motstâende ändparti 21 är in- taget utformat för inpassning i borrsträngsröret 22. Rörets 22 ändyta anligger mot skuldra 23 hos skarvförbandet, och änd- ytan och skuldran bildar slagytor motsvarande slagytorna 2 i tidigare utföringsformer. En tvärgående kil 24 är fixerat in- fäst i kilen motsvarande spår 25 i röret 22 men är anordnad med spel i spår 26 upptagna i ändpartiet 21.

I utföringsformen enligt fig. 10 och 12 är en motsvarande kil 24.fixerat infäst i spår 25 i ett borrsträngsrör 22 och anord- nad med spel i spår 26 i en borrkronas 27 kjol 28. Slagytor 2 är bildade mellan rörets 22 ändyta och borrkronans skuldra 29.

Till skillnad från dragstângen 3 i utföringsformerna enligt fig. 1-8 utgöres i utföringsformerna visade i fig. 9-12 det sammanhållandeelementetavkilen24. Utföringsformenuxenligt fig. 9-12 är konstruktivt enklare än utföringsformerna enligt fig. 1-8 men är däremot ur dynamisk synpunkt något sämre, ef- tersom en del av den primära tryckpulsen från borrmaskinen kommer att reflekteras tillbaka på grund av olika tvärsnitts- 459 5-14 areor mellan delarna 21 och 22 i fig. 9 och delarna 22 och 27 i fig. 10. Dragpulser omvandlas däremot lika effektivt som hos utföringsformerna enligt fig. 1-8 därigenom att slagytorna sär- skiljes vid dragpulser.

Ehuru icke visat är t.ex. en utföringsform med flera kilar fullt möjlig liksom även kilar i kombination med en dragstång i enlighet med fig. 1-8, varvid emellertid fjädrar motsvarande fjädrarna 6 saknas eller endast är anordnad i dragstângens ena ände.' ' Förutom att transportera slagenergi från borrmaskin till borr- krona måste även ett skarvförband vara utformat att överföra vridkrafter.

I utföringsformerna enligt fig. 1-8 sker överföringen av vrid- moment mellan rören 1 med hjälp av vridstycket 7 och kilar eller kulor. I utföringsformen enligt fig. 1 och 4 är längsgående ki- lar 8 anordnade i kilspâr i vridstycket och rören 1. I utförings- formen enligt fig. 2 och 5 är kilarna 8 ersatta.avfjädrande rullar eller kilar 15. Utföringsformen enligt fig. 3 och 6 har såsom visat kilar motsvarande kilarna 8 i fig. 1 och 3. I utfö- ringsformen enligt fig. 7 och 8 är kilar 8 utbytta mot tvärgâen- de kilar 20. I utföringsformerna enligt fig. 9-12 utgör den de- larna 21 och 22 resp. 22 och 27 sammanhâllande kilen 24 även momentöverförande organ.

Såsom inledningsvis angivits kan i borrsträngen uppstå icke en- bart axiella tryck- och dragpulser utan även torsionspulser, vilka adderas till de axiella pulserna och således bidrar till borrsträngens utmattning. Skarvförband enligt uppfinningen kan därför i föredragna utföringsformer vara kompletterade eller utformade med organ för att även helt eller delvis eli- minera dessa torsionspulser.

Pig. 3 och 6 visar en dylik kompletterad utföringsform. Vrid- stycket 7 är här sammansatt av tvâ delar 16 och 17, som hálles _ 35 7 459 514 samman av en med delen 16 fast förenad hylsa 18 som löper in- vändigt i delen 17, varvid hylsan 18 i sin andra ände är fast förenad med en anordning som på den yta som ligger an mot 'delen 17 utformats med en kamprofil som passar i motsvarande profil i delen 17. Under inverkan av torsionspuls och vridmoment kom- mer då delarna 16 och 17 att förvridas i förhållande till va- randra, varvid delen 17 tvingas följa kamkurvan och trycks då mot delen 16, vilket medför att ett fjäderpaket 19 pressas samman och upptar den genom torsionspulserna uppkomna rörelse- energin. vridstycket 7 är separat visat i sidovy i fig. 3a. Även i utföringsformen enligt fig. 2 och 5 ger de fjädrande rul- larna eller kilarna en viss eliminering av torsionspulser.

Ehuru icke visat kan naturligtvis övriga visade utföringsformer innefatta t.ex. något slag av fjäderanordning för att upptaga den av torsionspulser alstrade rörelseenergin.

I övrigt visas i fig. 1-8 att vridstycket 7 är försett med stift eller brickor 9 av stål, lagermetall eller polymer, vilka förhindrar fastbränning mellan vridstycket 7 och rören 1. Vrid- stycket 7 är axiellt rörligt och denna rörelse styrs av fjäd- rar 10 och en ansats 11 på dragstången 3. Denna tilldelar i drift genom stötpulsens passage en stötkraft åt vridstycket 7 i riktning mot borrkronan, varvid vridstycket får en oscille- rande, axiell rörelse som tillsammans med stiften eller brick- orna 9 förhindrar lokal uppvärmning. Genom den oscillerande rö- relsen hos vridstycket 7 kan en bärande smörjfilm också upp- rätthâllas mellan kilarna 8, stiften 9 och rören 1. Stötkraften till vridstycket 7 ästadkommes genom att en del av stötpulsen från borrmaskinen växlas in via brickorna 4 till dragstângen 3 som via sin ansats 11 stöter till vridstycket 7. Dessutom visas i fig. 1-8 att dragstången 3 och brickorna 4 är försedda med spolkanaler 12 resp. 13 för fri passage av spolluft. Mel- lan innerytan på rören 1 och vridstycket 7 finns en spalt där spolluft kan passera för kylning av vridstycket 7, kilarna 8 och rören 1. 459 5-14 Ovan har beskrivits nâgra utföringsexempel på skarvförband en- ligt uppfinningen med invändigt sammanhâllande element i form av en dragstâng 3 eller kil 24 för de relativt varandra axiellt rörliga delarna 1 resp. 21, 22 och 22, 27. Det sammanhâllande elementet kan emellertid även vara utvändigt anordnat och i fig. 13 och 14 åskådliggöres ett exempel på en dylik utförings- form. Elementet utgöres här av en utvändig hylsa 30 försedd med en övre invändig gänga 31 i ingrepp med en borrsträngsstâng 32 och med en nedre invändig gänga 33 i ingrepp med ett mutter- liknande element 34 med fläns 35, mot vilken hylsans nedre änd- yta anligger. Muttern 34 är pâträdd en stång 36 försedd med krage 37 och med en förlängning 38 med t.ex. sexkants tvärsnitt, ken är inpassad i hylsan 30 i hål 39 med motsvarande tvärsnitt.

Stången 36 kan t.ex. vara ansluten till borrkrona. vil- I utrymmet mellan hylsan 30 och stången 36 är mellan muttern 34 och kragen 37 anordnat ett fjäderelement 40, vilket kan medelst muttern vara förspänt. Borrsträngsstângens 32 ändyta och ändytan på förlängningen 38 bildar slagytor motsvarande gslagytorna 2 i tidigare beskrivna utföringsformer. Vidare bildar förlängningen 38 ett momentöverförande organ motsvarande vridstycket 7 och kilarna 24 i de tidigare beskrivna utföringsformerna.

Uppfinningen är givetvis icke begränsad till ovan beskrivna och på ritningarna visade utföringsformer av skarvförband utan kan förverkligas i ett flertal andra utföringsformer inom ramen för efterföljande patentkrav.

Claims (12)

459 514 P A T E N T K R A V

1. Skarvförband i skarvborrutrustning för slagborrning och anordnat i borrsträngen mellan borrmaskin och borrkrona, k ä n n e t e c k n a t a v att skarvförbandet är försett med organ (2,3; 2,24;2,30) för att förutom överförande av tryck- pulser i borrsträngen i riktning mot borrkronan (27) även ge- nom reflektion omvandla tryckpulserna motriktade dragpulser i borrsträngen till tryckpulser.

2. Skarvförband enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda organ utgöres av åtminstone ett element (3;24;30), som sammanhåller relativt varandra axiellt rörliga delar (1; 21,22; 22,27; 32,36), och av samverkande ytor (2) hos delarna, vilka ytor vid tryckpulser pressat anligger mot varandra och vid dragpulser särskiljes.

3. Skarvförband enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda delar (1; 21,22; 22,27; 32,36) ligger koncentriskt i linje med borrsträngen.

4. Skarvförband enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda element (3;30) sammanhâller delarna med för- spänt anliggningstryck mellan ytorna (2).

5. Skarvförband enligt krav 4, k ävn n e t e c k n a t a v organ (5;34) för reglering av förspänningen.

6. Skarvförband enligt något av kraven 2-5, k ä n n e t e c k - n a t a v att nämnda element utgöres av en axiellt inuti borrsträngen anordnad dragstâng (3).

7. Skarvförband enligt något av kraven 2-5, k ä n n e t e c k - ' n a t a v att nämnda element utgöres av linor. 459 514 10

8. Skarvförband enligt något av kraven 2-5, n a t a v k ä n n e t e c k- att nämnda element utgöres av åtminstone en kil (24) anordnad tvärgâende relativt borrsträngen, vilken kil är fixerat förbunden med den ena av de relativt varandra axiellt rörliga delarna (21,22; 22,27) och axiellt rörlig i borrsträngs- riktningen relativt den andra av delarna.

9. Skarvförband enligt något av kraven 2-5, n a t a v k ä n n e t e c k- att nämnda element utgöres av en utvändigt om de relativt varandra axiellt rörliga delarna (32,36) anordnad hylsa (30).

10. Skarvförband enligt något av föregående krav, t e c k n a t a v k ä nrn e - organ (19) för upptagande av genom tor- sionspulser i borrsträngen i skarvförbandet uppkommen rörelse- energi.

11. Skarvförband enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t a v tvâ relativt varandra vridbara delar (16,17) och fjädrande element (19) för upptagande av den vid vridningen mellan delarna uppkomna rörelseenergin.

12. Skarvförband enligt något av kraven 2-11, t e c k n a t a v k ä n n e - ett element (7,24,38) för momentöverföring mellan de relativt varandra axiellt rörliga delarna (1; 21,22; 22,27; 32,36).