SE467886B

SE467886B - Reamer for drilling tool for percussion and rotary drilling

Info

Publication number: SE467886B
Application number: SE9000157A
Authority: SE
Inventors: S U Loef
Original assignee: Uniroc Ab
Priority date: 1990-01-17
Filing date: 1990-01-17
Publication date: 1992-09-28
Also published as: SE9000157L; SE9000157D0

Abstract

A drill tool 10 for percussion and rotary drilling and simultaneous lowering of a casing tube 20 has a reamer behind a central pilot crown 11 which is carried by a guide 18 centred in the casing tube mouth. The reamer 15 carries carbide-tipped elements 36 - 40; 56, 57 with a radial span which determines the full diameter of the bore hole and is pivotably mounted behind the pilot crown 11 between an extended drilling position, in which the carbide-tipped elements of the reamer ream out the bore hole from the hole diameter of the pilot part 11 to a full diameter which provides space for the casing tube 20, and a drawn-in position, in which the drill tool 10 can pass through the casing tube 20. On its leading flank, as seen in the direction of rotation, the reamer 15 has a rearwardly directed groove 52; 59 which forms a flushing channel for the material cut out by the carbide- tipped elements 36, 39; 56. Flushing channels 45, 47 are oriented so as to promote the removal of the cut material through the groove 52, 59. The groove 52, 59 forms a stellite-reinforced cutter 54, 60, especially suited for clay soils, along its radially outermost edge. <IMAGE>

Description

467 konstruktion, som vid borrning medger effektivare kaxavgång och minskar upprepad krossning av kaxet. Samtidigt ger den nya konstruktionen en förbättrad rymmarfunktion vid arbete i lerhaltig mark. Detta uppnås genom de i de efterföljande pa- tentkraven angivna kännetecknen. 467 construction, which when drilling allows more efficient caching and reduces repeated crushing of the cuttings. At the same time, the new construction provides an improved escape function when working in clayey soil. This is achieved by the characteristics specified in the following patent claims.

Ett utföringsexempel beskrivs nedan med hänvisning till bifogade ritningar. I dessa visar Fig. 1, övervägande i sek- tion, ett borrverktyg i borrningsläge för samtidig neddriv- ning av ett foderrör bakom rymmaren enligt uppfinningen. Fig. 2 visar borrverktyget med indragen rymmare under passage ge- nom foderröret. Fig. 3 visar borrverktyget i Fig. 1 sett bak- ifrån. Fig. 4 visar delvis i sektion en förstorad sidvy av rymmaren i Fig. 3. Fig. 5 visar i samma skala som Fig. 4 en vy underifrån av rymmaren utmed linjen 5-5 i Fig. 1. Fig. 6 visar en sektion utmed linjen 6-6 i Fig. 5. Fig 7, slutligen, är en vy motsvarande Fig. 5 och visar i något mindre skala ett modifierat utförande.An embodiment is described below with reference to the accompanying drawings. In these, Fig. 1 shows, predominantly in section, a drilling tool in drilling position for simultaneous driving of a casing behind the reamer according to the invention. Fig. 2 shows the drilling tool with retracted reamer during passage through the casing. Fig. 3 shows the drilling tool in Fig. 1 seen from behind. Fig. 4 shows, partly in section, an enlarged side view of the reamer in Fig. 3. Fig. 5 shows on the same scale as Fig. 4 a bottom view of the reamer along line 5-5 in Fig. 1. Fig. 6 shows a section along line 6-6 in Fig. 5. Fig. 7, finally, is a view corresponding to Fig. 5 and shows on a slightly smaller scale a modified embodiment.

Såsom vid de ovannämnda referenserna består borrverkty- get 10 i Fig. 1 av en pilotkrona 11, en rymmare 15 och en styrning 18.As with the above references, the drilling tool 10 in Fig. 1 consists of a pilot crown 11, a reamer 15 and a guide 18.

Styrningens 18 huvuddel utgörs av en cirkulär cylind- risk styrkropp 19, som är roterbart lagrad och centrerad i en slagsko 23 vid nedre änden av foderröret 20. Slagskon 23 har en något mindre innerdiameter än foderröret 20 och bildar vid övergången till detta en inre ringyta 24, mot vilken en bakre fläns 25 på styrningen 18 anligger för att överföra slagener- gi och driva ned foderröret. Styrkroppens 19 raka axiella kaxspår 26 genomgår flänsen 25 och kan exempelvis vara tre till antalet, delade av en midja på styrkroppen 19 i form av ett ringspår 27. Spolmedium (luft, vatten, vattendimma eller skum) tillförs via spolkanaler 28 i borrsträngen 21 och i styrningen 18 och leds via en central kanal 29 i pilotkronan 11 ned i borrhålet. 9 _ Pilotkronan 11 har ett excentriskt skaft 12 som baktill övergår i en med pilotkronan centrisk gängad tapp 13. Tappen 13 är centralt fastskruvad i styrningen 18 och det mellanlig- gande excenterskaftet 12 uppbär rymmaren 15 vridbart relativt pilotkronan 11 närmare 180 grader mellan lägena i Fig. 1 och 2. Borrningsläget, Fig. 1, i vilket pilotkronan 11 tillsam- mans med rymmaren 15 borrar ett hål större än foderrörets 20 diameter, bestäms av ett snedanslag 16 vid bakänden av 467 886 pilotkronan 11, vilket via en sned klack 17 på rymmaren 18 överför borrsträngens 21 och styrningens 18 rotation till rymmaren och samtidigt pressar denna axiellt mot styrningen 18 för att eliminera glapp vid överföringen av slagenergi från denna. När pilotkronan 11 vrids till läget i Fig. 2 re- lativt rymmaren 15, träffar rymmarklackens 17 raka baksida ett i förhållande till snedanslaget 16 diametralt motliggande axiellt anslag 14 vid pilotkronans 11 bakände som bestämmer det indragna rymmarläget, i vilket borrverktyget 10 kan dras upp genom foderröret.The main part of the guide 18 consists of a circular cylindrical guide body 19, which is rotatably mounted and centered in a percussion shoe 23 at the lower end of the casing 20. The percussion shoe 23 has a slightly smaller inner diameter than the casing 20 and forms an inner annular surface 24 at the transition thereto. , against which a rear flange 25 on the guide 18 abuts to transmit impact energy and drive down the casing. The straight axial cuttings groove 26 of the guide body 19 passes through the flange 25 and can for instance be three in number, divided by a waist on the guide body 19 in the form of an annular groove 27. Flushing medium (air, water, water mist or foam) is supplied via flushing channels 28 in the drill string 21 and the guide 18 and is led via a central channel 29 in the pilot crown 11 down into the borehole. The pilot crown 11 has an eccentric shaft 12 which at the rear merges into a pin 13 centrally threaded with the pilot crown. The pin 13 is centrally screwed into the guide 18 and the intermediate eccentric shaft 12 supports the holder 15 rotatably relative to the pilot crown 11 closer to 180 degrees between 1 and 2. The drilling position, Fig. 1, in which the pilot crown 11 together with the reamer 15 drills a hole larger than the diameter of the casing 20, is determined by an oblique stop 16 at the rear end of the pilot crown 11, which via an oblique lug 17 on the reamer 18 transmits the rotation of the drill string 21 and the guide 18 to the reamer and at the same time presses it axially against the guide 18 to eliminate play in the transfer of impact energy therefrom. When the pilot crown 11 is rotated to the position in Fig. 2 relative to the holder 15, the straight rear side of the pilot lug 17 strikes a diametrically opposite axial abutment 14 relative to the inclined stop 16 at the rear end of the pilot crown 11 which determines the retracted position in which the drilling tool 10 can be pulled up. the casing.

Rymmaren 15, Fig. 5, bildas av en väsentligen cylind- risk stålkropp 30 (centrumaxel K) som med en excentrisk borr- ning 31 (centrumaxel E) lagras vridbart på pilotkronans ll excentriska skaft 12. Kroppen 30 formas av borrningen 31 till en excenter som är symmetrisk relativt ett mittplan genom centrumaxlarna K-E-C och har en i radialled utskjutande topp- del 32. Inom en av mittplanet K-E-C delad spetsig vinkel V på maximalt cirka 36 grader från centrumaxeln C, som utgör borr- verktygets 10 borrningsaxel kring vilken styrningen 18 rote- rar, är toppdelens 32 krön nedfräst med C som centrumaxel och bildar en snedyta 33. Denna uppbär tre relativt borrnings- axeln C utåt lutande primärstift 36,37,38 av hårdmetall vil- kas radiella räckvidd bestämmer borrhålets fulla diameter.The reamer 15, Fig. 5, is formed by a substantially cylindrical steel body 30 (center axis K) which with a eccentric bore 31 (center axis E) is rotatably mounted on the eccentric shaft 12 of the pilot crown 11. The body 30 is formed by the bore 31 into an eccentric which is symmetrical relative to a center plane through the center axes KEC and has a radially projecting top portion 32. Within an acute plane V divided by the center plane KEC at a maximum of about 36 degrees from the center axis C, which constitutes the drilling axis of the drilling tool 10 around which the guide 18 rotates. - the crown of the top part 32 is milled with C as the center axis and forms an inclined surface 33. This supports three primary pins 36,37,38 of carbide sloping outwards relative to the bore axis, the radial reach of which determines the full diameter of the borehole.

Primärstiften har en lutning av lämpligen 35 grader relativt borrningsaxeln C och är sammanförda så nära varandra som nö- dig drifthållfasthet tillåter, erfarenhetsmässigt på ett av- stånd mellan stiftcentra av cirka 1,5 ggr stiftdiametern.The primary pins have an inclination of suitably 35 degrees relative to the drilling axis C and are joined together as close to each other as necessary operating strength allows, experience has shown that at a distance between pin centers of approximately 1.5 times the pin diameter.

Snedytan 33 övergår utanför sin begränsningsvinkel V avrundat i rymmarkroppens 30 mantel som centreras kring axeln E.The inclined surface 33 merges outside its boundary angle V rounded into the mantle of the space body 30 which is centered around the axis E.

Rymmarens 15 toppdel 32 har en plan axiellt riktad front- yta 34 i vilken snedytan 33 övergår utmed en i borrningsaxeln C centrerad cirkellinje. Frontytan 34 sträcker sig från klacken 17 till en diametralt relativt denna belägen ansats 35 som övergår i ett upphöjt parti 42 av rynmaren 15, med vilket denna stöder mot pilotkronans 11 rygg och som sträcker sig runt tillbaka till klacken 17. Frontytan 34 uppbär två sekundära hårdmetallstift 39,40 placerade på samma radie re- lativt centrumlinjen C innanför vinkeln V växelvis radiellt innanför och på radiellt avstånd från primärstiften 36-38.The top part 32 of the reamer 15 has a flat axially directed front surface 34 in which the inclined surface 33 merges along a circular line centered in the bore axis C. The front surface 34 extends from the lug 17 to a diametrically located shoulder 35 which merges into a raised portion 42 of the ridge 15, with which it abuts the back of the pilot crown 11 and which extends around back to the lug 17. The front surface 34 carries two secondary cemented carbide pins. 39,40 placed on the same radius relatively the center line C inside the angle V alternately radially inside and at a radial distance from the primary pins 36-38.

Stiften 36-40 är symmetriskt placerade relativt rymmarens 15 mittplan K-E-C. För tätare stiftsammanföring har ¿e7 see sekundärstiften 39,40 en mindre diameter än primärstiften och deras förankring säkerställs genom att sekundärstiften 39,40 ges en svagare lutning jämfört med primärstiften, exempelvis 10 grader relativt axeln C. Ett relativt rotationsriktningen R50 efterlöpande rent axialriktat stift 41 på exempelvis 37,5 graders avstånd från mittplanet K-E-C med vinkelspetsen i centrumaxeln C sitter över frontytans 34 yttre begränsnings- cirkel och bryter eventuellt kvarstående bergrester i distans- partiet mellan primär- och sekundärstiften.Pins 36-40 are symmetrically placed relative to the center plane K-E-C of the reamer 15. For denser pin assembly, the secondary pins 39,40 have a smaller diameter than the primary pins and their anchoring is ensured by giving the secondary pins 39,40 a weaker inclination compared to the primary pins, for example 10 degrees relative to the axis C. A relatively axially directed pin 41 relative to the direction of rotation R50 at a distance of, for example, 37.5 degrees from the central plane KEC with the angular tip in the center axis C sits over the outer boundary circle of the front surface 34 and breaks any remaining rock residues in the distance portion between the primary and secondary pins.

Pilotdelens 11 spolkanal 29 har i det excentriska skaf- tet 12 en genomgående tvärborrning 43, Fig. 1, genom vilken spolmedium leds till ett inre tillförselspår 44 i rymmarens 15 excentriska borrning 31. Härifrån utgår två axiellt framåt- riktade spolspår 45,46 fram till frontytan 34 och mynnar res- pektive vid ansatsen 35 och klacken 17. Från tillförselspåret 44 löper två axiellt snett bakåtriktade kanaler 47,48 till det i avseende på diametern något reducerade bakre partiet 49 av rymmaren 15 och mynnar den ena 47, Fig. 3,4, bakom ett spår 52 som sträcker sig bakåt från området av frontytan 34 mellan stiften 36,39 och ansatsen 35, den andra 48 vid mitt- planet K-E-C, Fig. 6. Genom kanalerna 47,48 strömmar spolme- diet ut med ejektorverkan och främjar därigenom vid borrning renspolningen av spåret 52 och av hårdmetallstiften inom vin- keln V.The flushing channel 29 of the pilot part 11 has in the eccentric shaft 12 a continuous transverse bore 43, Fig. 1, through which flushing medium is led to an inner supply groove 44 in the eccentric bore 31 of the reamer 15, from which two axially forwardly directed flush grooves 45, 46 extend to front surface 34 and opens at the shoulder 35 and the lug 17, respectively. From the supply groove 44 two axially obliquely rearwardly directed channels 47, 48 run to the slightly reduced rear portion 49 of the holder 15 with respect to the diameter and open one 47, Fig. 3, 4, behind a groove 52 extending rearwardly from the area of the front surface 34 between the pins 36,39 and the shoulder 35, the other 48 at the central plane KEC, Fig. 6. Through the channels 47,48 the coil medium flows out with ejector action and thereby, when drilling, promotes the cleaning of the groove 52 and of the cemented carbide pins within the angle V.

Spåret 52 är utformat på excenterdelens 32 i rotations- riktningen 50 ledande flank. Det sträcker sig ledskovelartat bakåt, löper ut i rymmarkroppens 30 reducerade mantel 49 och begränsas i rrotationsiktningen 50 av en mot spårets 52 utlopp något inåtriktad snedlinje 53. Axiellt bakåt sträcker spåret 52 sig i radialled utåt och mynnar såsom nämnt framför spol- kanalen 47. Utmed spårets 52 radiellt längst ut belägna raka axiella egg 54 är spåret hårdmetallförstärkt företrädesvis genom påläggning av stellit. _ Vid borrning roterar det visade verktyget 10 moturs (i pilriktningen 50, Fig. 5) sett från verktygets undersida i Fig. 1. Pilotkronan borrar med sina stift upp ett pilothål, som av rymmarstiften 36-40 borras upp till en fulldiameter tillräkligt stor för att ge plats åt foderröret 20. I den tätt sammanhållna gruppen av rymmarstift är sekundärstiften 39,40 tillbakaskjutna i förhållande till det i borrrotations- riktningen första primärstiftet 36 i en riktning motsatt 467 886 pilen 50 så att de första primär- och sekundärstiften 36,39 tillsammans får en i rotationsriktningen nära tangentiell, något inåtriktad gemensam brytverkan i riktning mot ansatser- na l4,35, Fig. 3,5. Här mynnar spolkanalen 45, det därur ut- strömmande spolmediet träffar en ryggavsats 51 på pilotkronan ll, omlänkas, fångar upp kaxet och driver ut det i spåret 52.The groove 52 is formed on the leading edge of the eccentric part 32 in the direction of rotation 50. It extends hinge-like rearwardly, extends into the reduced jacket 49 of the space body 30 and is bounded in the direction of rotation 50 by an inwardly directed oblique line 53 towards the outlet of the groove 52. Axially rearwardly the groove 52 extends radially outwardly and opens in front of the spool channel 47. the radially outermost straight axial edge 54 of the groove 52, the groove is cemented carbide reinforced, preferably by applying stellite. When drilling, the tool shown 10 rotates counterclockwise (in the direction of the arrow 50, Fig. 5) seen from the underside of the tool in Fig. 1. The pilot crown drills with its pins up a pilot hole, which is drilled by the spacer pins 36-40 up to a full diameter sufficient for to make room for the casing 20. In the closely cohesive group of escape pins, the secondary pins 39,40 are pushed back relative to the first primary pin 36 in the direction of drilling rotation in a direction opposite to the arrow 507 so that the first primary and secondary pins 36,39 together, in the direction of rotation, there is a near tangential, slightly inward-directed joint breaking action in the direction of the projections 14,35, Fig. 3,5. Here the flushing channel 45 opens, the flushing medium flowing out of it hits a backseat 51 on the pilot crown 11, is redirected, catches the cuttings and drives it out into the groove 52.

Spåret 52 leder till rymmarens reducerade diameter 49 och ökar effektivt den närmast för bortföringen tillgängliga spalt- bredden mellan excenterdelens 32 flank och det borrade hålet.The groove 52 leads to the reduced diameter 49 of the reamer and effectively increases the gap width closest to the removal between the flank of the eccentric part 32 and the drilled hole.

Spåret 52 har samtidigt en ledskovelartad funktion vid till- bakaledningen av kaxet som förstärks av att den nötningsbe- ständiga eggen 54 driver kaxet framför sig under dess bakåt- rörelse. Den direkta riktade bortspolningen av kaxet från hârdmetallelementens brytfront medför minskad tendens till sekundärkrossning. Samtidigt förstärks bortledningen av kax via spåret 52 av det med ejektorverkan bakåtströmmande spol- mediet från kanalen 47. Bidragande till renhållningen är i övrigt strömmen av spolmedium från spolspåret 46, ejektorka- nalen 48 och det via pilotkronans ll periferi tillsammans med kax tillbakaströmmande spolmedlet.At the same time, the groove 52 has a guide vane-like function when returning the cutter, which is enhanced by the fact that the wear-resistant edge 54 drives the cutter in front of it during its backward movement. The direct directed flushing of the shear from the breaking front of the cemented carbide elements results in a reduced tendency for secondary crushing. At the same time, the discharge of cuttings via the groove 52 is enhanced by the backflow medium flowing backwards from the channel 47. With the effect of cleaning, the flow of flushing medium from the flushing track 46, the ejector channel 48 and the flushing means flowing back through the pilot crown 11 along with the cutters.

Utförandet i Fig. 7 illustrerar en rymmare 55 försedd med hårdmetallelement i form av skär 56,57 på rymmarens front- yta 58, för tillämpning exempelvis vid borrverktyg av det slag som visas i den ovan anförda skriften US 3848683. Det i rotationsriktningen förelöpande skäret 56 har vid borrning i likhet med den ovan beskrivna stiftplaceringen en väsentligen tangentiellt riktad brytverkan och renspolningen kan därför effektiviseras på samma sätt, nämligen genom att rymmaren 55 förses med ett spår 59 och en skäregg 60 utförda i analogi med spåret 52 och skäreggen 54 i Fig. 4,5.The embodiment in Fig. 7 illustrates a reamer 55 provided with cemented carbide elements in the form of inserts 56,57 on the front surface 58 of the reamer, for application, for example, to drilling tools of the type shown in the above-cited document US 3848683. The insert 56 extending in the direction of rotation When drilling, similar to the pin placement described above, has a substantially tangentially directed breaking action and the cleaning can therefore be made more efficient, namely by providing the reamer 55 with a groove 59 and a cutting edge 60 made in analogy with the groove 52 and the cutting edge 54 in Figs. 4.5.

Erfarenheten visar att spåren 52,59 vid borrning i ler- haltig mark verkar som grävspår som under rotationen med eggar- na 54,60 skär upp den invällande leran och därigenom minskar tendensen till igensättning av borrverktygets yttre spolkana- ler. Skäreggarna 54,60 kan vid behov utföras med någon lutning åt det håll som bäst främjar kaxets och lerans bortledning, företrädesvis relativt rotationsriktningen skruvartat bakåt med hög stigning.Experience shows that the grooves 52.59 when drilling in clayey soil act as excavation grooves which during the rotation with the edges 54.60 cut up the embossing clay and thereby reduce the tendency for clogging of the drilling tool's external flushing channels. The cutting edges 54, 60 can, if necessary, be made with a slope in the direction which best promotes the discharge of the cuttings and the clay, preferably relative to the direction of rotation screwed backwards with a high pitch.

Claims

467 see ¿P A T E N T K R A V

Holder for drilling tools for striking and rotary drilling while simultaneously driving down a casing, in which tool (10) F a) a pilct crown (11) cut in the direction of drilling in the direction of drilling is supported via an intermediate eccentric shaft (12) of a guide (18) centering in the casing mouth which is connected to drive means (21, 22) in the casing (20), b) the holder (15) on an eccentric part (32) carries cemented carbide elements (36-40; 56, 57) with a radial reach which determines the full diameter of the borehole, and c) the reamer (15) is rotatable about the shaft (12) between an extended drilling position, in which the cemented carbide element (32) hard metal element holds the borehole from the pilot part (11) hole diameter to a full diameter which provides space for the casing (20), and a retracted position in which the drilling tool can pass through the casing, characterized in that the holder (15) on the eccentric part (32) in the direction of drilling rotation (50) flank has a front eccentric the top outgoing groove (52; 59) extending rearwardly along the reamer (15) and forming a spool chute for the cuttings broken out by the cemented carbide elements (36, 39; 56), the groove (52, 59) forming a cutting edge ( 54; 60) along its radially outermost edge.

Drilling tool according to claim 1, characterized in that the groove (52, 59) along the cutting edge (54; 60) is cemented carbide, preferably by applying rigidity. to f

Drilling tool according to one of Claims 1 to 2, characterized in that the groove (52; 59) extends rearwards into the jacket (15) of the reamer (15) where it is radially reduced in relation to the jacket at the eccentric part (32). get 467 886

Drilling tool according to claim 3, characterized in that the groove (52; 59) extends articulated vane backwards along the cutting edge (54; 60) and is delimited in the direction of rotation by a sloping line (53) receding towards the groove outlet.

Drilling tool according to one of Claims 1 to 4, characterized in that a relatively backwardly extending flushing channel (47) extends from a supply groove (44) in the interior of the reamer to an opening. behind the groove (52.59), via which outflowing rinsing medium through ejector action promotes the cleaning rinsing of the digging groove.

Drilling tool according to one of Claims 1 to 4, characterized in that a forwardly directed coil groove (45) extends from a supply groove (44) in the interior of the reamer and leads to the proximity of the groove (52, 59). on the eccentric part (32) to direct the flushing towards the groove (52,59) after deflection towards the pilot crown (II).