SE528859C2 - Styranordning - Google Patents

Description

25 30 528 859 bergborrningsutrustningen bakåt, bort från berget. Dessa motverkande krafter medför att ett ökat matningstryck erfordras och att borrningsutrustningen därför måste dimensioneras för dessa större krafter, med resultat att en totalt större och dyrare utrustning erhålls än vad som erfordras av stötvàgsenergin i sig.

I ett försök att minska problemen med slagkolvens accelerationskrafter har det framtagits impulsalstrande anordningar där stötvågsenergin inte överförs med en fram- och återgående kolv, utan istället genom att med en mothållskammare förspänna ett stötorgan, varvid tryckimpulser överförs till borrsträngen medelst stötorganet genom plötslig sänkning av trycket i mothållskammaren.

Denna lösning genererar enligt den för närvarande kända tekniken stötvågor med lägre energi, där, för bibehållande av borrningens effektivitet, den lägre energin i varje stötvåg kompenseras av att stötvågorna genereras med högre frekvens.

Ett kvarstående problem med ovan nämnda slagkolvslösa slagverk är dock att en del av stötenergin reflekteras och återförs till den impulsalstrande anordningen som skadlig energi.

Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en styranordning vid en impulsalstrande anordning som löser ovanstående problem.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning ar att tillhanda- hålla en metod vid en impulsalstrande anordning som löser ovanstående problem.

Dessa och andra syften uppnås enligt föreliggande uppfinning genom en styranordning såsom definierad i patentkrav l och genom en metod enligt patentkrav 16. 10 l5 20 25 30 528 859 Enligt föreliggande uppfinning tillhandahålls en styranordning vid en impulsalstrande anordning för inducering av en stötvåg i ett verktyg, varvid nämnda impulsalstrande anordning innefattar ett stötorgan för avgivande av nämnda stötvåg till nämnda verktyg, en mot stötorganet verkande mothållskammare och organ för sänkning av ett tryck i mothållskammaren.

Styranordningen innefattar reglerorgan för reglering av trycksänkningens förlopp i nämnda mothållskammare. Detta har fördelen att stötvågens stigtid och/eller varaktighet kan regleras baserat på det borrade materialets egenskaper så att en större del av stötvågsenergin kan upptas av det borrade materialet med minskade reflektioner som följd.

Organet för trycksänkningen kan inkludera en styrventil för anslutning till nämnda mothàllskammare, varvid styrventilen kan innefatta åtminstone en öppning för styrning av nämnda trycksänkning genom utsläpp av i mothållskammaren under drift innehållet tryckmedium. Trycksänkningen kan styras genom styrning av styrventilens öppningsförlopp. T.ex. kan styrventilen vara utformad med tryckavlastningsspår för reglering av trycksänkningen. Detta har fördelen att trycksänkningens förlopp kan regleras på ett enkelt sätt.

Mottryckskammare kan innefatta ett flertal utlopp, varvid nämnda utlopp kan öppnas styrbart. Utloppen kan ha olika diameter. Detta med för att trycksänkningen på ett enkelt sätt kan regleras genom öppning och stängning av tillämpliga utlopp.

Utloppen kan vara förbundna med en eller flera reservoarer medelst en eller flera flödesvägar, varvid nämnda reservoarer i drift kan trycksättas till olika tryck, varvid en stegvis OCh/eller kontinuerlig tryckavlastning av mothållskammaren kan erhållas genom öppning av nämnda utlopp. Detta har fördelen 10 15 20 25 528 859 att trycksänkningen kan åstadkommas utan den energiförlust som är associerad med strypningsreglering.

Uppfinningen avser även en impulsalstrande anordning enligt patentkrav 12.

Kort beskrivning av ritningarna Figur 1 visar en schematisk tvärsnittsvy över en styranordning vid en impulsalstrande anordning enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning.

Figur 2a-2e visar exempel på stöt- och reflexionsvàgformer.

Figur 3a-c visar ett exempel på en styranordning enligt föreliggande uppfinning.

Figur 4a-b visar ett annat exempel på en styranordning enligt föreliggande uppfinning.

Figur 5 visar ytterligare ett exempel pà en styranordning enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 6 visar annu ett exempel på en styranordning enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 7a~d visar exempel på olika impulsalstrande anordningar som kan användas tillsammans med föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer I fig. 1 visas en vid en bergborrningsanordning impulsalstrande anordning 10 som med fördel kan användas med föreliggande uppfinning. I drift ansluts anordningen 10 till ett borrverktyg såsom en borrkrona 11 via en borrstrang 12 bestående av en eller flera borrsträngskomponenter l2a, l2b.

Vid borrning överförs energi i form av stötvågor till borrsträngen 12, och vidare från borrsträngskomponent l2a, l2b till borrsträngskomponent l2a, l2b och slutligen till berget 14 via borrkronan ll för brytning av berget 14. 10 15 20 25 30 528 859 I den visade anordningen 10 används dock inte en fram- och àtergående kolv för generering av stötvågorna, Utan istället används ett spännbart stötorgan i form av en impulskolv 15 vilken genom verkan av ett mot en tryckarea 16 verkande tryckmedium spänns mot en relativt borrsträngen 12 motsatt ände av ett hus 17. I drift trycksätts via en styrventil 20 en kammare 18 så att trycket i kammaren 18 verkar mot tryckarean 16 och därmed spänner impulskolven 15 mot husets 17 bakre ände 19. Kammaren 18 fungerar således som en mothàllskammare.

I känd teknik öppnas sedan styrventilen 20 plötsligt för omedelbar tryckavlastning av mothàllskammaren 18, varvid impulskolven 15 expanderar till ursprunglig längd och avger upplagrad energi till borrsträngen 12 i form av en stötvåg.

Denna plötsliga tryckavlastning generar en stötvåg av väsentligen samma form som en av en sedvanlig slagkolv genererad stötvåg, dvs. av i princip rektangulär form, se fig. 2a, vilken fortplantar sig genom borrsträngen till borrkronan 11 för överföring till berget 14. På grund av bergets 14 karakteristik kan dock inte, på grund av stötvàgens korta stigtid (se I i fig. 2a, i figuren är I överdriven för tydlighetens skull, I kan vara betydligt kortare, dvs. flanken betydligt brantare) hela stötvàgens energi upptas av berget, utan en del av den tillförda energin kommer att reflekteras och återföras till den impulsalstrande anordningen 10 genom borrstängen 12, vilket påverkar bergborrningsanordningen negativt och kan få nötning av olika komponenter och allvarliga skador som följd.

I fig. 2b visas ett exempel på inträngningskraft som funktion av inträngningsdjup för en exempelbergart. Såsom kan ses i figuren är den inträngningskraft borrkronan kan överföra till berget vid anslagsögonblicket (d=O) väsentligen noll för att sedan öka exponentiellt med inträngningsdjupet till dess att 10 15 20 25 30 528 859 stötvàgen när sitt slut och inträngningen når Sitt mêXimUm (d=dwX) och det därmed inte längre finns någon energi för ytterligare inträngning, varefter inträngningskraften hastigt avtar till noll och, såsom kan ses i figuren, borrkronan av bergets elasticitet och/eller reflektion förs tillbaka något.

Reflexionsvàgens kurvform kan enkelt erhållas genom att subtrahera inträngningskurvan från stötvågskurvan. I fig. 2c visas reflexionsvágens utseende för den kända teknikens anordning. Eftersom borrkronans inträngningskraft vid anslagsögonblicket är noll eller väsentligen noll kommer reflexionsvågens amplitud i detta ögonblick i princip att motsvara stötvågens amplitud. Är stötvàgens flank mycket brant, såsom i fig. 2a, betyder detta alltså att reflexionsvågen får en mycket hög och därmed skadlig initial amplitud.

Med den i fig. l visade, uppfinningsenliga styrventilen 20 kan dock dessa skadliga reflexer avsevärt reduceras. Istället för att tryckavlastningen sker plötsligt är i den visade anordningen 10 styrventilens 20 öppningsförlopp styrbart, dvs. styrventilen 20 kan styra trycksänkningsförloppet i mothàllskammaren 18. Genom att styra styrventilens 20 öppningsförlopp kan den i borrsträngen, och därmed borrkronan, inducerade stötvàgens stigtid styras. Detta är mycket fördelaktigt eftersom den kraft med vilken borrkronan kan påverka berget varierar med borrkronans inträngningsdjup, såsom visats ovan. I fig. 2d visas ett exempel på en stötvåg enligt föreliggande uppfinning. Såsom visas i figuren är stötvågens flank betydligt flackare jämfört med stötvågen i fig. 2a, varför, såsom visas i fig. 2e reflexionsvågens amplitud blir avsevärt lägre jämfört med den kända tekniken, och därmed skonsammare för bergborrningsanordningen. I idealfallet är flankens stigtid precis så lång som den tid det 10 15 20 25 30 528 859 tar för borrkronan att uppnà maximal inträngníng- Denna tid varierar naturligtvis beroende på borrad bergart, men Vid kännedom om bergart kan denna kunskap användas för att välja flankens stigtid. Styrventilens 20 öppnings- OCh stängningsförlopp styrs företrädesvis av en dator, och Val av operationsdata kan till exempel göras genom att en operatör inmatar lämpliga data i borrmaskinens styrsystem. Alternativt kan borrmaskinen vara försedd med medel för att uppmäta/beräkna borrsjunkning automatiskt, och utifrån dessa värden framräkna inträngningstid, och därmed ett börvärde för flankens stigtid.

Styrventilen 20 kan i en exempelutföringsform fungera som en strypventil, och vara anordnad att direkt styra öppningsförloppet genom en kontrollerad strypning. I en utföringsform, visad schematiskt i fig. 3a-c, är styrventilen 30 utformad som en strypventil där öppningsarean i en huvudkanal 31 kan styras fritt. Fig. 3a visar ventilen från sidan, i delvis öppet tillstånd, där vänstra sidan av huvudkanalen 31 ansluts till mothàllskammaren 18 och den högra sidan av huvudkanalen 31 till en reservoar (ej visad). Genom att reglera en strypslid 32 kan önskad öppningsarea erhållas, och därmed kan trycksänkningen i mothàllskammaren 18 regleras genom reglering av flödet. I fig. 3b och 3c visas exempel på hur strypslidens öppningsarea kan vara utformad. I båda figurer är huvudkanalens 31 area cirkulärcylindrisk, medan i fig. 3b även strypslidens öppning 33 är cirkulärcylindrisk och i fig. 3c strypslidens öppning 34 till ungefär hälften är cirkulär och till hälften triangulär. Denna utföringsform medger noggrann reglering av även mycket små flöden. Genom att reglera strypslidens rörelser kan stötvågens flank helt utformas enligt önskemål. Genom att stänga ventilen vid ett visst i mothállskammaren 18 kvarstående tryck kan dessutom stötvågens längd kontrolleras genom att generera en stötvåg 10 15 20 25 30 528 859 med lägre amplitud (dvs. hålla trycket i kammaren på en konstant nivå, t.ex. en fjärdedel av eller halva starttrycket).

I en alternativ utföringsform, visad schematiskt i fig. 4a-bf är styrventilen 40 försedd med ett tryckavlastningsspår 41 för att erhålla en mjuk tryckreglering. I fig. 4a visas styrventilen 40 från sidan och i fig. 4b spåret underifrån.

Styrventilen 40 har ett tillopp 42 för anslutning till tryckavlastningskammaren 18 och ett utlopp 43 som leder till en reservoar (ej visad). Vidare är ventilen försedd med en ventilslid 45 för öppning och stängning av ventilen 40. I figur 4a visas ventilen i sitt stängda läge, och nar ventilen ska öppnas vid generering av en stötvåg förs sliden 45 åt höger i figuren. När ventilen når läget A (angivet med streckad linje) börjar tryckmediumet i mothållskammaren 18 att släppas ut till reservoaren via tryckavlastningsspåret 41 i ventilhuset 46. Såsom kan ses i fig. 4b erhålls först en mycket liten öppningsarea, vilken sedan blir större och större ju längre sliden förs åt höger. Genom användning av spåret 41 kan man enkelt styra hur fort kanalen öppnar sig. Genom att anpassa spårets geometri kan önskat öppningsförlopp enkelt erhållas. Spåret medger också att en mycket god styrning kan erhållas medelst små rörelser. Genom att reglera slidens rörelser kan stötvågens flank helt utformas enligt önskemål.

Det är även här möjligt att stänga ventilen vid ett visst i mothållskammaren kvarstående tryck för att styra stötvågens längd.

Istället för att ett enda tryckavlastningsspår 41 används kan naturligtvis även flera tryckavlastningsspår användas. Såsom inses av fackmannen kan de ett eller flera spåren alternativt vara anordnade på ventilsliden 45. Som ett ytterligare 10 15 20 25 30 528 859 alternativ kan både slid 45 och ventilhus 46 vara föïsedda med spår. Även om den ovan beskrivna strypningen medför att eflêfgi ”stryps” bort till ingen nytta utgör denna bOrtStfyPt@ energi i alla fall till största delen ”skadlig energi", Vafföff med ett korrekt strypförlopp, bergborrningsanordningens prestanda endast påverkas negativt i mycket liten utsträckning eller inte alls.

I fig. 5 visas ytterligare en alternativ exempelutföringsform av en styranordning 50 enligt föreliggande uppfinning. Liksem tidigare trycksätts mothållskammaren enligt vad som tidigare beskrivits, men trycksänkningen regleras genom en annan strypningsvariant. Mothållskammaren 51 innefattar ett flertal utlopp (i det visade exemplet fem, men detta antal kan naturligtvis variera godtyckligt från två och uppåt) 52-56 av relativt liten diameter. Utloppen 52-56 kan öppnas styrbart, varvid nämnda trycksänkning kan regleras genom öppning och stängning av tillämpliga utlopp 52-56. I det visade exemplet har samtliga utlopp samma diameter, men utloppen kan naturligtvis även ha olika diametrar. De olika utloppen 52~56 är förbundna med en väsentligen trycklös reservoar 57, och genom tillämpligt diameterval fungerar utloppen 52-56 som strypningar, varvid en diskret reglering trycket kan erhållas genom att öppna utlopp sekventiellt eller kombinerat sekventiellt/parallellt.

I fig. 6 visas ytterligare en alternativ exempelutföringsform av föreliggande uppfinning. Precis som i fig. 5 är mothållskammaren 6l försedd med ett antal utlopp 62-64, men dessa är, istället för att vara anslutna till en trycklös reservoar, anslutna till varsin respektive trycksatt reservoar 65~67, där varje respektive reservoar 65-67 är trycksatt till olika tryck, där samtliga tryck är lägre än en trycksatt 10 15 20 25 30 528 859 10 mothållskammares motsvarande tryck. Genom att stegvis öppna utloppen 62-64, där utloppet 62 till den kammare 65 som har högst tryck öppnas först, erhålls en trappstegsformig stötvågsflank. Beroende på val av antal utlopp och r@S@fV0af@f respektive utloppens diameter, kan även en kontinuerligt eller så gott som kontinuerligt stigande flank erhållas. Denna lösning har fördelen att ingen energi förbrukas genom omvandling till värme vid en strypprocess eftersom denna energi överförs i princip förlustfritt till de trycksatta reservoarerna 65-67.

I fig. 7a-d visas alternativa utföringsformer av impulsalstrande anordningar som med fördel kan användas tillsammans med föreliggande uppfinning.

I fig. 7a visas en impulsalstrande anordning 70 med i princip samma funktion som anordningen 10 i fig. l, men där det kan regleras hur stor längd av impulskolven som ska spännas. Detta åstadkommes genom att impulskolven är försedd med flänsar 71- 73 bakom vilka klämbackar 74-76 kan ansättas för att spänna en vald längd av impulskolvlängderna Ll-L4. Denna utföringsform medger således, förutom den med föreliggande uppfinning erhållbara regleringsmöjligheten, även en stötvåglängdsinställning som inte påverkar andelen energi som stryps bort.

I fig. 7b visas en impulsalstrande anordning 80, också denna med i princip samma funktion som anordningen 10 i fig. l, men där impulskolven 81 utsätts för en dragspänning istället för en tryckspänning. Impulskolvens 81 rörelse begränsas av en fläns 82 och anspänns genom trycksättning av en kammare 83.

Kammaren 83 fungerar precis som mothållskammaren l8 i fig. l och genom reglering av kammarens tryckavlastning kan stötvågens form regleras enligt ovan. 10 l5 20 25 30 528 859 ll I fig. 7c visas en impulsalstrande anordning 90 som fungerar helt enligt den i fig. 1, men där en tryckyta 92 på impulskolven 91 används för att medelst impulskolven 91 komprimera ett kompressibelt material 93 istället för att spänna impulskolven 91.

I fig. 7d visas en impulsalstrande anordning lOO lik den i fig. 7b, men där ett kompressibelt material 101 komprimeras istället för att impulskolven 102 utsätts för en dragspänning.

De ovan visade anordningarna kan vidare vara försedda med organ för att ytterligare höja trycket i respektive mothållskammare efter att trycksättning av kamrarna avslutats.

Det kan till exempel åstadkommas genom att med hjälp av en tryckökningskolv minska mothàllskammarens volym, vilket därmed ökar mothållskammarens tryck. Tryckökningskolven kan även användas för att ytterligare höja trycket i det kompressibla materialet i fig. 7c och d. I den i fig. 7c visade anordningen kan även en skruvanordning användas för att ytterligare öka det komprimerade materialets tryck genom att medelst skruvanordningen minska den volym som innesluter det kompressibla materialet, vilket därmed även ökar mothållskammarens tryck.

Dessa sätt att ytterligare höja trycket i mothållskammaren har fördelen att en större stötvàgsamplitud kan erhållas, och därmed en större valfrihet vid utformningen av stötvågen.

I ovanstående beskrivning har ett flertal exempel på lämpliga impulsalstrande anordningar där föreliggande uppfinning är tillämpbar påvisats, men, såsom inses av fackmannen, är föreliggande uppfinning naturligtvis tillämpbar på godtycklig impulsalstrande anordning där tryckavlastning av en (eller flera) mothállskammare används vid generering av en stötvåg. 528 859 12 I ovanstående beskrivning har endast slående borrning omnämnts. Denna slående borrning kan dock, naturligtvis, på sedvanligt sätt, kombineras med en rotation av borrstången i syfte att erhålla en borrning där borrkronans stift träffar nytt berg vid varje slag (dvs. inte träffar i hål som uppstått vid föregående slag), detta ökar borrningens effektivitet.

Claims (17)

10 15 20 25 30 528 859 13 PATENTKRAV

1. Styranordning vid en impulsalstrande anordning för inducering av en stötvåg i ett verktyg, varvid nämnda impulsalstrande anordning innefattar ett stötorgan för avgivande av nämnda stötvåg till nämnda verktyg: en mot stötorganet verkande mothållskammare och organ för sänkning av ett tryck i mothållskammaren, kännetecknad av att styranordningen innefattar reglerorgan för reglering av trycksänkningens förlopp i nämnda mothållskammare.

2. Anordning enligt krav l, kännetecknad av att organet för trycksänkningen inkluderar en styrventil för anslutning till nämnda mothållskammare, varvid styrventilen innefattar åtminstone en öppning för styrning av nämnda trycksänkning genom utsläpp av i mothållskammaren under drift innehållet tryckmedium.

3. Anordning enligt krav 2, varvid nämnda reglerorgan innefattar medel för att styra nämnda trycksänkning genom styrning av styrventilens öppningsförlopp.

4. Anordning enligt krav 3, varvid nämnda medel innefattar styrning av styrventilens öppningsarea.

5. Anordning enligt något av kraven 2-4, varvid styrventilen är utformad med tryckavlastningsspàr för reglering av nämnda trycksänkning.

6. Anordning enligt något av kraven 2~5, kännetecknad av att styrventilen innefattar ett flertal öppningar.

7. Anordning enligt krav 1, varvid nämnda tryckkammare innefattar ett flertal utlopp, varvid nämnda utlopp kan öppnas styrbart, varvid nämnda trycksänkning kan regleras genom öppning och stängning av tillämpliga utlopp.

8. Anordning enligt krav 7, varvid nämnda utlopp har olika diameter. 10 l5 20 25 30 528 859 14

9. Anordning enligt krav 7 eller 8, kännetecknad av att nämnda utlopp är förbundna med en eller flera reservoarer medelst en eller flera flödesvägar, varvid nämnda reservoarer i drift kan trycksättas till olika tryck, varvid en stegvis och/eller kontinuerlig tryckavlastning av mothållskammaren kan erhållas genom öppning av nämnda utlopp.

10. Anordning enligt krav 9, kännetecknad av att längden av nämnda flödesvägar är reglerbar.

11. ll. Anordning enligt krav l, kännetecknad av att nämnda reglerorgan innefattar medel för att styra nämnda trycksänkning genom reglering av en för anslutning till mothållskammaren avsedd strypventil.

12. Impulsalstrande anordning för inducering av en stötvåg i ett verktyg, varvid nämnda impulsalstrande anordning innefattar stötorgan för avgivande av nämnda stötvåg till nämnda verktyg, varvid nämnda stötvåg avges vid sänkning av trycket i en mot stötorganet verkande mothållskammare, kännetecknad av att anordningen innefattar en styranordning enligt något av patentkraven l-ll.

13. Anordning enligt krav 12, varvid anordningen vidare innefattar organ för att försätta stötorganet i ett spännings- tillstànd, varvid en sänkning av trycket i mothållskammaren frigör stötorganet från spänningstillståndet, varvid spänningsenergi som finns lagrad i stötorganet avges i form av en stötvåg i riktning mot verktyget.

14. Anordning enligt krav 13, varvid nämnda organ för att försätta stötorganet i ett spänningstillstånd utgörs av en trycksättningsbar tryckkammare.

15. l5. Anordning enligt krav 13, varvid nämnda tryckkammare utgörs av nämnda mothållskammare. 528 859 15

16. Borrigg, kännetecknad av att den inkluderar en styranordning enligt något av kraven 1-ll.

17. Metod vid en impulsalstrande anordning for inducering av en stotvåg i ett verktyg, varvid nämnda impulsalstrande anordning innefattar ett stötorgan for avgivande av nämnda stötvàg till nämnda verktyg, en mot stötorganet verkande mothållskammare och organ för sänkning av ett tryck i mothållskammaren, varvid metoden innefattar steget att: reglera trycksänkningens förlopp i nämnda mothållskammare.