SE521458C2 - Borrsystem för raka hål - Google Patents

Description

, , . . K | Ett alternativt arrangemang är att undvika stötbelastning på gängorna genom att placera stöthammaren nedtill i hålet (DTH- system) och att ej överföra stötchockvågen genom den förbin- dande strängen. Detta arrangemang blir emellertid alltför dyr- bart.

Mot denna bakgrund syftar uppfinningen till att undvika eller minska de ovan nämnda nackdelarna.

Enligt uppfinningen tillhandahålles en borrstång för anslutning i serie för åstadkommande av borrsträng, varvid varje borrstång har minst en gänga utformad vid ena änden för anslutning till en intilliggande stång. Varje borrstång innefattar en cylinderkropp med en yttre yta och en inre borrning, som sträcker sig mellan stångens ändar. Borrstången kännetecknas av att dess yta har en diameter, som är större än eller lika med 65 mm samt uppgår till minst två gånger diametern hos nämnda borrning. Företrädesvis är denna diameter åtminstone tre gånger diametern hos nämnda borrning.

Genom att öka stångens ytterdiameter ökas stångens böjstyvhet, men genom bibehållande av borrningens förhållande inom de före- skrivna gränserna möjliggöres användningen av en lämplig form av gänga.

En ökning i stångdiametern har allmänt betraktats som negativt med avseende på livslängden hos den gänga som användes för för- bindning av stängerna, eftersom det större rotområdet som er- hålles vid ökande diameter resulterar i ett utökat område med hög spänningskoncentration och således minskar utmattningslivs- tiden för stången. De längsgående belastningarna ökas väsent- ligt om strängen skakas under utdragning som hjälp till att lösa upp kopplingarna. Skakningen ger snabbt upphov till omkas- tad vertikal belastning på strängen, och de inducerade spän- ningarna kan medföra brott på gängorna, i synnerhet den första gängan som är hårdare belastad än de övriga. 23l68b; 1999-04-07 . , \ . - 1 M ... u. - 4_ï Ö - " 'I .ß . fy f ax) '““ g 2 - ' LU En utföringsform av uppfinningen beskrivs närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar.

Fig. 1 visar en borrsträng i sidovy; Fig. 2 visar ett längssnitt genom en koppling i strängen i fig. 1; Fig. 3 visar i större skala gängorna i kopplingen i fig. 2; Fig. 4 är en vy motsvarande fig. 3 med särlagda komponenter; Fig. 5 visar ett längssnitt genom en i fig. 2 visad hylsa; Fig. 6 visar ena änden på en i fig. 2 visad stång.

Med hänvisning till fig. 1 innefattar en borrsträng 10 ett an- tal borrstänger 12 förbundna ände mot ände vid förbindningar 13 medelst.hylsor 14. Stängerna och hylsorna är tillverkade av lämplig metall, normalt ett stål såsom AHT-28 eller det som är känt under namnet ”Javelin”, såsom är välkänt inom detta teknikomràde. Strängen 10 är förbunden vid ena änden med en borrmaskin (ej visad) medelst en slagstång 15 och vid motsatta änden med en borrkrona 11. Strängen 10 överför rotations- och stötkrafter från maskinen till kronan 11 för borrning av ett hål.

Såsom framgår bättre av fig. 2 och 6 är varje borrstång 12 cylindrisk med en ytterdiameter dl, och en hangänga 16, 18 for- mad vid motsatta ändar 17, 19 för förbindning med hylsan 14.

Vardera änden 17, 19 är likadan och följaktligen beskrivs endast den ena i detalj med hänvisning till fig. 6. Gängan 16 är utformad på den yttre ytan och sträcker sig från en plan ändyta 21 till en midja 23. Ändytan 21 sträcker sig axiellt bortom gängan 16 för att tillhandahålla ett cylindriskt huvud med en diameter som är mindre än gängan 16. Midjan 23 har en 23168b; l999~04-07 . , « = v v diameter, som är mindre än gängan, och är likformigt rundad med tangentiella flanker som sträcker sig fram till stångens yta resp. gängan 16. En borrning 27 sträcker sig invändigt genom stången 12 och har en innerdiameter dg.

Med hänvisning till fig. 5 har hylsan 14 ett komplementärt par av hongängor 20, 22 för mottagande av de intilliggande stänger- nas 12 gängade ändar 17, 19. Hongängorna 20, 22 är utformade på innerväggen av hylsans 14 rörformiga kropp 24. Gängorna 20, 22 slutar vid åtskilda urtag 28, 30, som är separerade av ett ringomrâde 32, som skjuter inåt inuti kroppen 24. Kroppens 24 utsida 34 har en central cylindrisk sektion 36 och, i den före- dragna utföringsformen, avsmalnande sektioner 38, 40 vid mot- satta ändar, vilka avtar i diameter från den centrala sektionen 36 till hylsans 14 axiella ändar.

Gängformen framgår bäst av fig. 3 och 4 och har liknande, ehuru ej identisk form för han- och hongängorna, varför likadana hän- visningssiffror användes för beteckning av likadana komponen- ter. Gängan utgörs av en enkel (single start) gänga, och varje gänga 16, 18, 20, 22 (fig. 2) har en rot 42, som definieras av en delcirkulär generatris med linjära flanker 44 tangentiellt anslutande till roten 42 med en vinkel a i förhållande till stångens 12 längsaxel. De linjära flankerna 44 är stympade av ett plant topparti 46, som sträcker sig mellan intilliggande flanker 44 och är mjukt rundat, normalt med en radie av storleksordningen 6 mm, för att övergå i flankerna 44. Det framgår av fig. 3 att efter montering hålles toppen 46 på avstånd från roten 42, varför endast de linjära flankerna 44 hos han- och hongängorna gör kontakt med varandra för överföring av förekommande belastningar. Varje gänga har en slitvolym 48, visad med streckprickade linjer, som avgränsas mellan närbelägna flanker 44 såsom det minsta längsgående avståndet mellan de delar av flanken som gör kontakt med den andra gängan och den motsatt riktade flanken och som definierar den materialvolym som kan avlägsnas innan flankerna 44 skär varandra. 2316Bb; 1999-04-07 (A) (II 521 458 I ovan angivna specifika exempel är stångens 12 ytterdiameter dllika med 68 mm, och generellt är denna större än 65 mm för att minska den av vertikala belastningar förorsakade utböjningen. Borrningen 27 har en invändig diameter på 22 mm för att ge önskat förhållande mellan ytter- och innerdiameter större än 3:1. I allmänhet skall detta förhållande vara större än 2:1 för att ge önskad styvhet och tillåta framställningen av gängan 16.

Hylsans 14 avsmalnande sektioner 38, 40 sträcker sig var och en över flera varv för gängan 16 och sträcker sig företrädesvis ett stycke motsvarande minst ett varv och normalt 2,5 - 3,5 varv. Avsmalningsvinkeln, dvs halva konvinkeln, är vald för att fördela belastningen på gängorna. De avsmalnande partierna 38, 40 är anpassade till hylsans 14 längsgående elasticitet, i synnerhet dess gängor 16, så att maximal spänning på gängprofi- len undvikes. I ett exempel har en avsmalningsvinkel på 4,2° visat sig vara gynnsam, och i allmänhet kan vinklar av storleksordningen 3° - 10° användas, företrädesvis i.området 4° - 6°. Avsmalningsvinklarna utgörs av ytans vinkel med längsaxeln, dvs halva konvinkeln. Ehuru en avsmalnande sektion av hylsan är att föredraga för optimal spänningsfördelning, kan de avsmalnande partierna utelämnas med bibehållna tillfredsställande egenskaper hos kopplingen.

Den valda gängan kan vara av godtycklig form, men en flankvin- kel på 35° med en stigning på 30 mm (ungefärligen 1,179 tum) och en helixvinkel på mellan 7° och l0°, företrädesvis 8,9°, har befunnits tillfredsställande med en nominell större diameter på 68 mm.

Hangängans större diameter var 68 mm (ungefärligen 2,660 tum) och en cirkulär rotprofil med lämplig radie användes. Ett gäng- djup från topp till rot större än 5 mm (0,2 tum) har befunnits lämpligt. 23l68b; 1999-04-07 Det skall i anslutning till fig. 3 och 4 påpekas att längs- dimensionerna för topparna 46, visade med pilar ll och 12, skiljer sig mellan han- och hongängorna. Hongängornas 20, 22 (lg) topp är kortare än hangängan med upp till 20 % av hangäng- ans topp. Hongängornas 20, 22 toppar kan ligga mellan 80 % och 100 % av hangängans 16 (ll) topp 46, normalt mellan 89 % och 95 %, företrädesvis 92 %. Skillnaden i längd hos topparna 46 proportionerar den tillgängliga slitvolymen mellan hylsan 14 och stången 12 pà så sätt, att det blir mindre slitvolym i hyl- san 14. På detta sätt måste hylsan utbytas före stången, vari- genom stångens 12 livslängd blir relativt sett längre. Ett gängdjup större än 5 mm (ungefärligen 0,2 tum) är att före- draga, allra helst större än 5,3 mm (O,2l tum). För att åstad- komma önskad slitvolym bör han- och hongängorna företrädesvis överlappa mer än 3,8 mm (0,15 tum) och lämpligen mer än 3,8 mm (O,15 tum), i synnerhet större än 0,43 mm (0,17 tum).

För att förbinda ett par stänger 12 gängas hylsan 14 på gängan 16 vid änden 17 till dess att gängans ände slår an mot sidan på ringområdet 32. L detta läge överlappar huvudet 25 ringområdet 32. Änden 19 på nästa stång 12 ingängas i hylsan 14 till dess att den slår an mot sidan på ringområdet 32. I detta läge gör ändytorna 21 kontakt med varandra. Då ett vridmoment pålägges på strängen 10 åtdrages förbandet 13 och ger upphov till en längsgående spänning på gängorna.

Så snart han- och hongängorna ingripit med varandra ligger den rundade roten 42 på avstånd från toppen 46 på den ingripande gängan, således utan att göra kontakt mellan flankerna 44. Ro- ten 42 ger ett område med maximal spänningskoncentration, vil- ket område är åtskilt från kontaktområdet, vilket givetvis är fördelaktigt. Hylsans 14 avsmalnande bidrager även till reduk- tion av den maximala spänningen genom anpassning av hylsans 14 längsgående elasticitet till gängornas spänningsfördelning.

Strängen 10 enligt ovanstående exempel har visat sig vara avse- värt bättre än sådana som använder gängformer av konventionellt 23l6Bb; 1999-04-07 , ...n slag, i synnerhet de som är tillgängliga under beteckningen HM5l. Närmare bestämt ökas slitvolymen 48 2,9 resp. 3,5 gånger, och den maximala dragspänningen vid det kritiska stället är % mindre än spänningen i ett förband av konventionellt slag för en given belastning. Finit-element-analys ger vid handen att även med en slagkraft som är 50 % större än den som förekommer i HM5l-förbandet, blir den maximala dragspänningen vid det kritiska stället fortfarande 22 % mindre än tidigare.

Spänningsminskningen motsvarar givetvis en ökad livslängd hos borrsträngen 10.

Det inses således att anordnandet av en avsmalnande hylsa för anpassning av längselasticiteten till spänningsfördelningen i gängorna verkligen ger en minskning i spänningsnivåer vid de kritiska ställena och att avståndet mellan toppen och den run- dade roten säkerställer att de maximala spänningskoncentra- tionerna ligger på avstånd från kontaktytan. Följaktligen kan en stång med större diameter användas för ökning av styvheten och befrämjande av rakhålsborrning. De olika slitvolymerna, motsvarande olika längd hos topparna, ger prioriterad förslit- ning av den ena komponenten, så att livslängden hos den dyrare komponenten kan ökas.

Det inses att ehuru förbandet 13 har åskådliggjorts med en hylsa såsom honelement, kan hongängan framställas i ett stycke med ena änden på stången. En separat hylsa möjliggör emellertid utbyte av densamma utan att man behöver offra hela stången in- nan dennas livslängd gått till ända. 23l68b; 1999-04-07

Claims (6)

10 15 20 25 30 521 lšíšíš PATENTKRAV

1. Borrstång (12) för anslutning i serie för åstadkom- mande av en borrsträng (10) varvid nämnda borrstång (12) har en gänga (16) utformad vid åtminstone dennas ena ände (17) för an- slutning till en intilliggande stång och omfattande en cylind- risk kropp med en yttre yta och en inre borrning (27) som sträcker sig mellan stångens motsatta ändar (17, 19) k ä n n e- t e c k n a d a v att stångens yttre yta har en diameter, som är större än eller lika med 65 mm, samt uppgår till minst två gånger diametern hos nämnda borrning.

2. Borrstång enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att diametern hos nämnda yttre yta är åtminstone tre gånger diametern hos nämnda borrning.

3. Borrstång enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att en gänga (16, 18) är anordnad på stångens (12) vardera ände (17, 19).

4. Borrstång enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda gänga (16) har ett par flanker (44) som sträcker sig mellan ett toppområde (46) och ett därifrån radiellt åtskilt rotområde (42), vilket rotområde har en delcirkulär generatris med nämnda flanker anslutande tangentiellt därtill

5. Borrstång enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda gänga har en helixvinkel a på mellan 7° och l0°.

6. Borrstång enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att det radiella avståndet mellan nämnda rotområde (42) och nämnda toppområde (46) är större än 5 mm. 23l6Bb; 1999-04-07