SE529415C2 - Pulsgenerator och impulsmaskin för ett avverkande verktyg - Google Patents

Description

25 30 529 415' som trycket kan varieras inom.

Kortfattad beskrivning av uppfinningen Problemet med att anpassa energin i den levererade pulsen löses enligt uppfinningen genom att anordna en pulsgenerator i en impulsgenerator för ett bergbrytande verktyg, vilken pulsgenerator är avsedd att överföra energi från en drivanordning till impulser i verktyget, där pulsgeneratorn innefattar en roterbar cylindertrumma innefattande åtminstone ett kolvlopp, i vilket kolvlopp är anordnad åtminstone en kolv, vilken kolv är anordnad att under rotation av cylindertrumman komprimera vätska, och att cylindertrumman är anordnad att i kolvens urladdningsläge urladda vätskan till drivkammaren via åtminstone en i kolvloppet mynnande öppning för att åstadkomma en impuls i verktyget.

Genom att pulsgeneratorn innefattar kännetecknen i patentkravet 1 uppnås fördelen av att åstadkomma en impulsgenerator där energin i den till ett verktyg levererade pulsen kan anpassas på ett enkelt sätt.

Kortfattad figurförteckning Uppfinningen kommer att belysas närmare nedan med ledning av de bifogade ritningarna, vari: Figur l visar schematiskt ett längdsnitt av en första utföringsform av en impulsgenerator, Figur 2 visar schematiskt ett längdsnitt av en första utföringsform av pulsgeneratorn hos impulsgeneratorn enligt figur lf 10 15 20 25 30 c 529 415' Figur 3 visar en ventilskiva med öppningar, Figur 4 visar en cylindertrumma med lågtrycksspår, öppningar och kolvlOPP, och Figur 5-8 visar ventilskivan och den i figurerna 5-8 bakom och mot ventilskivan anliggande cylindertrumman i olika inbördes lägen.

Beskrivning av föredragna utföringsformer Figur 1 visar schematiskt ett längdsnitt av en första utföringsform av en impulsgenerator 2 innefattande ett hus 4 med en drivkammare 6 för upptagning av en trycksättbar vätskevolym 8, och en i drivkammaren 6 upptagen impulskolv 10, där impulskolven 10 är inrättad för direkt eller indirekt överföring av trycktoppar i vätskevolymen 8 till impulser i ett verktyg 12. Om impulskolven 10 ligger angränsande mot verktyget 12 överföres impulserna direkt, men impulserna kan även överföras indirekt via exempelvis en mellanliggande adapter 16. I figuren visas drivkammaren 6 i ett läge där trycket hos vätskevolymen 8 i drivkammaren 6 är så lågt att impulskolven 10 befinner sig i sitt viloläge. Återrörelsen av impulskolven 10 till detta viloläge âstadkommes exempelvis genom att trycksätta en kammare 9 på till drivkammaren 6 motsatt sida om impulskolven 10 med luft eller vätska eller genom att anordna en fjäder (ej visad) i detta utrymme, eller genom att flytta fram hela borriggen med den därpå monterade impulsgeneratorn 2 mot berget i vilket fall en dämpare 26 kan vara anordnad för att reglera viloläget. Alternativt kan en klack (ej visad) vara anordnad som stopp i drivkammaren 6 vilket dock kan vara besvärligt i de fall man får stora reflexer. 10 15 20 25 30 529 415 En annan tänkbar lösning är att använda impulskolven 10 som del i ett system för reflexdämpning och/eller del i ett system för vilolägesåterföring. Vidare visas en pulsgenerator 18, vilken drivs av drivanordningen 14 via en drivmekanism 20, vilken drivmekanism 20 företrädesvis är en drivaxel. Drivanordningen 14 kan vara anordnad utanför impulsgeneratorn 2, men är företrädesvis anordnad inuti impulsgeneratorn 2, vilken impulsgenerator 2 exempelvis kan vara en borrmaskin.

Drivanordningen 14 kan exempelvis vara elektriskt eller hydrauliskt driven, dvs drivanordningen kan exempelvis vara en elmotor eller en hydraulmotor. Vid bergborrning kan impulsgeneratorn 2 kylas med exempelvis hydraulvätska eller spolvatten via kanaler i impulsgeneratorns 2 hus 4 eller via på utsidan av impulsgeneratorns 2 hus 4 anordnade slangar eller liknande (ej visat). Dessutom visas en in till drivanordningen 14 ledande kanal 22 och en ur drivanordningen 14 ledande kanal 24 vilka används om drivanordningen 14 är hydrauldriven. Den ut ur drivanordningen 14 ledande kanalen 24 är kopplad till lågtryckssidan 25 (sugsidan). Om drivanordningen 14 drivs med elektricitet ersätts dessa kanaler 22,24 i stället av ledningar för elektricitet som kan ligga i kanalerna 22,24.

Om drivanordningen 14 är mekaniskt driven, dvs om drivanordningen exempelvis är en mekanisk växel såsom exempelvis en kuggväxel, ersätts dessa kanaler 22,24 i stället av en drivaxel (ej visad).

Om pulsgeneratorn 18 är hydrauldriven kan såsom visas i figuren lågtryckssidan 25 hos pulsgeneratorn 18 vara hopkopplad med lågtryckssidan 25 hos den hydrauliska drivanordningen 14 och med den kammare 9 som är belägen på till drivkammaren 6 motsatt sida om impulskolven 10. 10 15 20 25 30 529 415' Figur 2 visar schematiskt ett längdsnitt av en första utföringsform av pulsgeneratorn 18 hos impulsgeneratorn 2 enligt figur 1, där pulsgeneratorn 18 innefattar en roterande cylindertrumma 28 med åtminstone ett kolvlopp 30, företrädesvis mer än ett kolvlopp 30, och åtminstone en kolv 32, företrädesvis mer än en kolv 32. Pulsgeneratorn 18 innefattar vidare en ventilskiva 34 och ett vinklat plan företrädesvis anordnat som en vickskiva 38. Pulsgeneratorn såsom visad i figuren sträcker sig således mellan ventilskivan 34 och det vinklade planet 38.

Antalet kolvlopp 30 är således valfritt men måste vara åtminstone ett. Pulsgenereringen kommer dock att till att börja med att exemplifieras nedan användande endast ett kolvlopp 30 och en kolv 32, där kolvloppet 30 och kolven 32 företrädesvis har, men ej behöver ha, ett cirkulärt tvärsnitt. Således skapar den i figur 1 visade impulsgeneratorn 2 med den i figur 2 visade, företrädesvis hydrauliska, pulsgeneratorn 18 lokala trycknivåer i åtminstone ett kolvlopp 30 genom kompression med hjälp av kolven 32. Energin hos varje trycktopp bestäms av graden av kompression i kolvloppet 30. En relativt impulsgeneratorns 2 hus 4 fixerad ventilskiva 34 reglerar via en eller flera däri anordnade öppningar 36 dels en eller flera passager mellan drivkammaren 6 och en mot kolvloppet 30 anslutande öppning 31 hos cylindertrumman 28, dels en eller flera passager mellan drivkammaren 6 och lågtryckssidan 25 (se vidare nedan). När kolvloppet 30 komprimerats på grund av kolvens 32 rörelse mot i kolvloppet 32 instängd volym, urladdas den i kolvloppet 32 instängda vätskan snabbt mot drivkammaren 6 och således mot impulskolven 10 som upplever en tryckpuls. Efter urladdningen ansluts drivkammaren 6 till lågtryckssidan 25 (se vidare nedan). Så länge som kolven 32 i kolvloppet 30 minskar kolvloppets 30 volym, kan man genom införandet av flera öppningar 36 i ventilskivan 34 skapa flera tryckpulser i drivkammaren 6. I samband med varje urladdning stängs passagen/passagerna mellan 10 15 20 25 30 529415 drivkammaren 6 och lågtryckssidan 25 (se vidare nedan). Då kolven 32 utför volymökning i kolvloppet 30 är kolvloppets 30 anslutning, till lågtryckssidan 25 öppen, via öppningen 36/öppningarna i ventilskivan 34 till drivkammaren 6 och öppningen/arna mellan drivkammaren 6 och lågtryckssidan 25, med undantag för de korta perioder då pulser avges till impulskolven 10.

Kolvens 32 rörelse är exakt och känd, företrädesvis sinusformad - se närmare beskrivning nedan. Öppningens 36 placering i ventilskivan 34 samt kolvens 32 slaglängd i kolvloppet 30 bestämmer den kompression som kan uppnås i kolvloppet 30. Kolvens 32 slaglängd kan exempelvis varieras med en vickskiva 38 vilket ändrar graden av kompression i kolvloppet 30 varvid pulsenergin kan styras. Pulsfrekvensen bestäms av cylindertrummans 28 rotationsvarvtal som regleras av drivanordningen 14. Således finns ingen koppling mellan pulsenergi och pulsfrekvens. Om pulsgeneratorn 18 drivs av en drivanordning 14 i form av en hydraulmotor anordnad på samma axel 42 som pulsgeneratorn 18 kan varvtalet bestämmas av hydraulmotorns flöde. Storleken (deplacementet) på den matande hydraulmotorn som används bestämmer vilket tryck och flöde som krävs för att mata motorn.

Motorn kan anpassas efter tillgängliga tryck- och flödesnivåer i exempelvis en borrigg. Om motorn är variabel kan man i stället få en flexibel impulsgenerator 2, dvs borrmaskin, m.a.p borriggens tryck- och flödesnivåer.

Figur 2 visar således ett vinklat plan 38, företrädesvis anordnad som en vickskiva, som kolven 32 anligger emot via en glidsko 40.

En anordning 39 som håller glidskorna mot vickskivan i de lägen kolvkrafterna är små, kan behövas. Kolven 32 utför en sinusformad rörelse när cylindertrumman 28 och därmed kolvloppet 30 roterar 10 15 20 25 30 :529415 kring cylindertrummans 28 roterande axel 42. Halva varvet rör sig kolven 32 åt vänster och komprimerar då instängd vätska alternativt levererar flödespulser till drivkammaren 6. Andra halvan av rotationsvarvet rör sig kolven 32 åt höger, och är då ansluten till lågtryck 25 (sugsidan) via drivkammaren 6 (med undantag för de korta perioder då pulser skapas i drivkammaren 6 - se vidare nedan).

Figur 3~8 visar en utföringsform av en relativt impulsgeneratorns 2 hus 4 fixerad ventilskiva 34.

Figur 3 visar en ventilskiva 34 med sju öppningar 36,4l,43,45,42,48,50, vilka öppningar bildar passager mellan cylindertrumman 28 och drivkammaren 6.

Figur 4 visar cylindertrumman 28 med i denna utföringsform åtta lågtrycksanslutningar 54,56,58,60,62,64,66,68 och åtta öppningar 3l,72,74,76,78,80,82,84, vilka öppningar 3l,72,74,76,78,80,82,84 mynnar i varsitt kolvlopp 30,86,88,90,92,94,96,98 i cylindertrumman 28. Kolvar 32,87,89,9l,93,95,97,99 är belägna i varsitt kolvlopp 30,86,88,90,92,94,96,98.

Figur 5-8 visar ventilskivan 34 och den i figurerna 5-8 bakom och mot ventilskivan 34 anliggande cylindertrumman 28.

Cylindertrumman 28 roterar åt vänster i figuren medan ventilskivan 34 är löstagbart fixerad i sitt läge. Under cylindertrummans 28 rotation sker kompression på vänstra halvan av ventilskivan 34 och expansion på högra halvan av ventilskivan 34 såsom tidigare nämnts. I den i figur 5-8 visade utföringsformen samarbetar fyra kolvar 87,89,9l,93 belägna i varsitt kolvlopp 86,88,90,92. Genom att ett antal kolvar samarbetar genom samtidiga urladdningar fås mera energi i den 10 15 20 25 30 i 529 415 alstrade pulsen. Alternativt kan kolvloppen urladdas en i taget vilket ger lägre energi i den alstrade pulsen men à andra sidan en högre pulsfrekvens.

Figur 5 visar ventilskivan 34 och cylindertrumman 28 i ett läge där kolvloppen 86,88,90,92 för de fyra samarbetande kolvarna 87,89,9l,93, efter att ha blivit utsatta för kompression har urladdat sig till och skapat en tryckpuls i drivkammaren 6. Såsom kan ses har åtta öppningar mot cylindertrummans 28 lâgtrycksspår 54,56,58,60,62,64,66,68 precis öppnat sig mellan ventilskivan 34 och cylindertrumman 28 vilket gör att drivkammaren 6 ansluts till lågtryck 25.

Figur 6 visar ventilskivan 34 och cylindertrumman 28 i ett läge där de tre öppningarna 4l,43,45 i ventilskivan 34 är stängda genom att de blockeras av cylindertrummans 28 vägg varvid vätskan i kolvloppen 30,86,88,9O belägna bakom den vänstra halvan av ventilskivan 34 komprimeras, samtidigt som de kolvlopp vars vätska expanderar nu är anslutna till lågtryck 25 via cylindertrummans 28 lågtrycksspår 54,56,58,60,62,64,66,68, drivkammaren 6 och sina respektive öppningar 78,80,82,84.

Figur 7 visar ventilskivan 34 och cylindertrumman 28 under liknande tryckförhållanden som visas i figur 6 med den skillnaden att cylindertrumman 28 roterat lite längre i figur 7 än i figur 6.

Figur 8 visar ventilskivan 34 och cylindertrumman 28 i ett läge precis innan fyra samarbetande kolvar skall skapa en tryckpuls i drivkammaren 6. Alla sju öppningar 4l,43,45,42,48,50,52 i ventilskivan 34, samt alla åtta öppningar mellan ventilskivan 34 och cylindertrumman 28 mot cylindertrummans 28 lågtrycksspår 10 15 20 25 30 s 529 4615 54,56,58,60,62,64,66,68, är i detta läge blockerade av cylindertrummans 28 vägg för att tryckpulsen i drivkammaren 6 skall bli maximal utan förluster p.g.a läckflöden eller komprimering av de kolvar som befinner sig bakom den högra sidan av ventilskivan 34. Således avgränsar i detta läge ventilskivan 34 drivkammaren 6 från lågtryckssidan 25.

Om alla läckageflöden styrs till làgtryckssidan 25 behöver ej vätska tillföras till pulsgeneratorn 18 vilket gör att pulsgeneratorn 18 kan arbeta i en sluten krets. Dock kan cirkulering av vätska anordnas om så är befogat för att uppnå tillräcklig kylning av impulsgeneratorn. En gasackumulator ( ej visad) kan anordnas på làgtryckssidan 25 för att balansera de snabba flödespulser som uppkommer då drivkammaren 6 tryckavlastas.

Uppfinningen är beskriven ovan genom användning av en ventilskiva. Det är även tänkbart att anordna radiella öppningar i cylindertrumman vilka öppningar leder via kanaler till drivkammaren.

Kolvarna har företrädesvis anpassade dränagehàl och/eller dränagekanaler (ej visade) av känt slag för kylning och smörjning. I vätskevolymen, dvs fluidvolymen, skall vara upptagen en vätska exempelvis ur gruppen vatten, silikonolja, hydraulolja, mineralolja, och obrännbar hydraulvätska, men även andra vätskor kan vara tänkbara. Drivkammaren har företrädesvis ett cirkulärt tvärsnitt. Pulsgeneratorcylindrarna är fördelade företrädesvis symmetriskt, men alternativt icke symmetriskt, över drivkammarens tvärsnittsyta. Impulsgeneratorn är utformad att vara rotationsdriven. Kolvarna är tvángsstyrda av vickskivan och anordningen 39 vad avser både deras ingående och utgående 10 15 20 529 415 10 rörelser. Företrädesvis kan vickskivans lutning ändras manuellt eller automatiskt under drift.

Uppfinningen avser således en pulsgenerator 18 i en impulsgenerator 2 för ett bergbrytande verktyg 12, vilken pulsgenerator 18 är avsedd att överföra energi från en drivanordning 14 till impulser i verktyget 12, där pulsgeneratorn 18 innefattar en roterbar cylindertrumma 28 innefattande åtminstone ett kolvlopp 30,86,88,90,92,94,96,98, i vilket kolvlopp 30,86,88,90,92,94,96,98 är anordnad åtminstone en kolv 32,87,89,91,93,95,97,99, vilken kolv 32,87,89,9l,93,95,97,99 är anordnad att under rotation av cylindertrumman 28 en komprimera vätska 29, och att cylindertrumman 28 är anordnad att i kolvens 32,87,89,91,93,95,97,99 urladdningsläge urladda vätskan 29 till drivkammaren 6 via åtminstone en i kolvloppet mynnande öppning 31,72,74,76,78,8o,s2,84 för att åstadkomma en impuls i verktyget 12.

Med en impulsmaskin menas exempelvis en borrigg för bergborrning.

Det är möjligt att kombinera vad som angivits i de olika häri beskrivna alternativa utföringsformerna inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 :=529 415- 11 PATENTKRAV Pulsgenerator (18) i en impulsgenerator (2) för ett avverkande verktyg (12), vilken pulsgenerator (18) är avsedd att överföra energi från en drivanordning (14) till impulser i verktyget (12), kännetecknad av, att pulsgeneratorn (18) innefattar en roterbar cylindertrumma (28) innefattande åtminstone ett kolvlopp (30,86,88,90,92,94,96,98), i vilket kolvlopp (30,86,88,90,92,94,96,98) är anordnad åtminstone en kolv (32,87,89,9l,93,95,97,99), vilken kolv (32,87,89,9l,93,95,97,99) är anordnad att under rotation av cylindertrumman (28) komprimera vätska (29), och att cylindertrumman (28) är anordnad att i kolvens (32,87,89,91,93,95,97,99) urladdningsläge urladda vätskan (29) till drivkammaren (6) via åtminstone en i kolvloppet mynnande öppning (3l,72,74,76,78,80,82,84) för att åstadkomma en impuls i verktyget (12). Pulsgenerator (18) enligt patentkravet 1, kännetecknad av, att åtminstone en öppning (41,43,45,42) i en ventilskiva (34), relativt vilken ventilskiva (34) cylindertrumman (28) är roterbart anordnad, är anordnad att i kolvens _(32,87,89,9l,93,95,97,99) urladdningsläge anligga mot åtminstone en i kolvloppet mynnande öppning (31,72,74,76,78,80,82,84) och bilda en passage mellan cylindertrumman (28) och drivkammaren (6). Pulsgenerator (18) enligt patentkravet 1, kännetecknad av, att åtminstone en i kolvloppet mynnande öppning (31,72,74,76,78,80,82,84) hos cylindertrumman (28) är radiellt anordnad, vilken öppning är anordnad att i kolvens 10 15 20 25 30 10 V 529 415 ' 12 (32,87,89,9l,93,95,97,99) urladdningsläge anligga mot en passage mellan cylindertrumman (28) OCh drivkammaren (6)- Pulsgenerator enligt något av patentkraven 1, 2 eller 3, kännetecknad av, att ett antal kolvar (32,87,89,9l,93,95,97,99) är anordnade att urladdas samtidigt. Pulsgenerator enligt något av patentkraven 1, 2 eller 3, kännetecknad av, att kolvarna (32,87,89,9l,93,95,97,99) är anordnade att urladdas en i taget. Pulsgenerator enligt något av ovanstående patentkrav, kännetecknad av att pulsgeneratorn (18) vidare innefattar ett vinklat plan (38) mot vilket åtminstone en kolv (32,87,89,9l,93,95,97,99) är anordnad att anligga under rotation av cylindertrumman (28). Pulsgenerator enligt patentkravet 6, kännetecknad av, att det vinklade planet (38) är en vickskiva. Pulsgenerator enligt patentkravet 7, kännetecknad av, att kolven anligger mot vickskivan (38) via en glidsko (40). Pulsgenerator enligt patentkravet 7 eller 8, kännetecknad av, att vickskivan (38) är anordnad att vara justerbar varvid kolvens (32,87,89,9l,93,95,97,99) slaglängd kan varieras vilket ändrar graden av kompression i kolvloppet (30,86,88,90,92,94,96,98) varvid pulsenergin kan styras. Pulsgenerator enligt något av ovanstående patentkrav, 10 15 20 IL 12 13 14 li 529 '415 13 kännetecknad av att pulsgeneratorn (18) är hydrauldriven och att lågtryckssidan (25) hos pulsgeneratorn (18) är hopkopplad med lågtryckssidan (25) hos den hydrauliska drivanordningen (14). Pulsgenerator enligt något av patentkraven l-10, kännetecknad av, att pulsgeneratorn (18) är elektriskt driven. Pulsgenerator enligt något av ovanstående patentkrav, kännetecknad av, att pulsgeneratorns (18) pulsfrekvens bestäms av cylindertrummans rotationsvarvtal. Pulsgenerator enligt något av ovanstående patentkrav, kännetecknad av, att pulsgeneratorn (18) och drivanordningen (14) är anordnade på samma axel (42). Pulsgenerator enligt något av ovanstående patentkrav, kännetecknad av, att i vätskevolymen, är upptagen en vätska exempelvis ur gruppen vatten, silikonolja, hydraulolja, mineralolja, och obrännbar hydraulvätska. Impulsmaskin, kännetecknad av, att den innefattar en pulsgenerator (18) enligt något av ovanstående patentkrav.