SE530781C2 - Bergborrutrustning och metod i anslutning till denna - Google Patents

Description

20 25 30 35 530 781 2 främre del. Dämpkolven 13 hålls medelst hydraulvätska från en tryckkanal 14, som via en konstantflödesventil står i kontakt med högtryckskällan 3, pressad mot borradapterns 9 nacke 10, så att slagkolven 6 kan slå mot ett stumt underlag, när den slår mot borradapterns nacke.

Hela borrmaskinen trycks under borrning med en matningskraft mot borrobjektet. Matningskraften kan exempelvis anbringas hydrauliskt i en borrigg, dvs. en utrustning för positionering och vinkling av en eller flera borrmaskiner under borrning. Borrmaskinen monteras då ofta på en släde som är förskjutbar längs en matarbalk i borriggen. Blir matningskraften större än dämpartrycket, dvs. trycket i den fluid som driver dämparen framåt i borriktningen, multiplicerad med dämpararean, eller korrektare arean av den drivyta på dämpkolven som fluiden verkar mot, kommer dämpkolven att tryckas bakåt. För att motverka detta och så långt möjligt få konstanta förhållanden när slagkolven slår mot borrstål eller borrnacke är en dräneringskanal eller balanskanal 16 inrättad med verkan enligt nedan.

I stället för att dämpkolven 13 ligger direkt an mot borradapterns 9 nacke 10 kan i dämparen en bussning 15 vara inrättad mellan dämpkolven 13 och borradapterns 9 nacke 10, så som visas exempelvis i dokumentet _US 5 479 996. Dämpkolven 13 har vidare en funktion att ta upp rekylkrafter från borrytan när borrstålet pressas mot denna med slagkraften som förmedlas från slagkolven 6. Dämpkolven 13 tar upp trycket som förmedlas tillbaka från borrytan hydrauliskt och pendlar sålunda flytande i axiell led styrd av de tryck som den utsätts för av hydraulvätska och rekylkrafter från borrstålet. För ändamålet är dämpkolven 13 försedd med en drivkammare 14b utbildad mellan dämpkolv och kolvhus. Denna drivkammare begränsas av åtminstone en främre drivyta 13b i dämpkolven. Drivkammaren 14b dräneras genom en balanskanal 16 i kolvhuset 7 när dämpkolven kommer tillräckligt långt fram. Om dämpkolven 13 förs bakåt, så att drivytan l3b hamnar bakom balanskanalen 16 stiger trycket i drivkammaren l4b, varvid trycket på drivytan 13b medför att dämpkolven 13 förs framåt. Om däremot dämpkolven 13 förs framåt så att drivytan 13b frilägger balanskanalens 16 mynning gentemot drivkammaren 14b kommer drivkammaren att dräneras via balanskanalen 16, varvid trycket sjunker i drivkammaren l4b, 10 15 20 25 30 530 781 3 vilket i sin tur medför att kolven trycks bakåt. Härigenom kommer dämpkolven att inta en position som balanserar runt den punkt där dämpkolvens drivyta l3b öppnar drivkammaren l4b mot balanskanalen 16.

Ett problem med ovanstående teknik är att slagverksfunktionen, speciellt vid dimensionering för högre slagfrekvenser, tenderar att bli instabil i somliga maskiner, och framför allt efter en viss drifttid.

Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Ett syfte med föreliggande uppfinningen är att anvisa ett sätt att minska ovan nämnda problem med hittills känd teknik.

Det har visat sig att betydande förbättringar i repeterbarhet för slagverksstabilitet över längre tillverkningsserier av bergborrmaskiner uppnås med uppfinningen. Likaså förlängs livslängden på bergborrmaskiner tillverkade enligt uppfinningen genom att slagverket fungerar stabilare trots slitage av ingående delar. Vidare blir det möjligt att dimensionera för högre slagfrekvenser utan att äventyra slagverksstabiliteten.

Enligt en första aspekt av uppfinningen presenteras en anordning så som den är specificerad i de oberoende anordningskraven.

Enligt en andra aspekt av uppfinningen presenteras en metod så som den är specificerad i det oberoende metodpatentkravet.

Ytterligare fördelaktiga utföringsformer och aspekter av uppfinningen uppvisas i de beroende patentkraven.

Enligt uppfinningen utnyttjas att man i stället för att som hittills låta dämpkolvens 13 drivkammare l4b dräneras då dämpkolven nått ett förutbestämt läge relativt kolvhuset, låter man denna dränering ske då slagkolven 6 befinner sig i ett förutbestämt läge relativt kolvhuset.

Eftersom styrorganen för slagverkets fram/backomställning finns på slagkolven respektive i kolvhuset kommer nu dessa styrorgans inbördes läge att bli mera kontrollerat i det ögonblick slagkolven träffar borrnacken. Framförallt blir det inbördes läget i detta ögonblick 10 15 20 25 30 530 781 4 oberoende av en rad tillverkningstoleranser. Likaså minskar känsligheten för slitage på ingående delar som kolvnos, borrnacke och dämpkolv. Härigenom uppnås förbättrad slagverksstabilitet över tid, över långa tillverkningsserier och vid ökande slagfrekvens.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. I visar schematiskt ett längdtvärsnitt genom en hydraulisk bergborrmaskin av känd teknik.

Fig. 2 visar schematiskt ett motsvarande längdtvärsnitt genom en hydraulisk bergborrmaskin enligt uppfinningen.

Fig. 3 visar schematiskt en delförstoring av styrorganen som ombesörjer tryckomställningen för àstadkommande av de repetitiva slagen medelst slagkolven enligt känd teknik Fig. 4 visar schematiskt en förstoring av delområdet A i figur 2 och illustrerar tydligare funktionen hos styrmedel enligt en utföringsform av uppfinningstanken.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer I det följande beskrivs exemplifierande med stöd av de bifogade ritningarna ett antal utföranden av uppfinningen. Uppfinningen är inte begränsad till de beskrivna utföringsformerna utan bestäms av det omfång som patentkraven definierar.

Figur 2 visar ett exempel på en hydraulisk bergborrmaskin l enligt en aspekt av uppfinningen. Borrmaskinen l är anslutningsbar till en fluidbehållare, t.ex. en tank 2 med hydraulvätska. En pump 3 utnyttjas för att skapa en källa med hydraulvätska under högt tryck. Vidare är en andra kolv 6, slagkolven, inrättad att löpa i axiell led i ett kolvhus 7, vilket samtidigt utgör borrmaskinens maskinhus. En slid 4, inrättad i ett slidhus 4a, styr i samverkan med styrorgan (12,lla,33,32) en hydraulvätska så att minst en drivyta 5 på den andra kolven 6 utsätts för en tryckomställning, dvs. en växling mellan högt respektive lågt tryck. 10 15 20 25 30 35 530 781 5 Den andra kolven 6 är enligt den kända tekniken inrättad att under drift vid sin främre ända, kolvnosen 8, repetitivt utöva slag på en borradapters 9 nacke 10. Borradaptern 9 är lagrad I kolvhuset 7 och linjerad med den andra kolven 6, dvs. att de löper längs samma axel.

Till borradaptern 9 kan anslutas ett borrstål, eller en borrsträng bestående av flera sammankopplade borrstål, för den avsedda borrningen i en borryta, t. ex, i berg. I kolvhuset 7 finns första styrorgan i form av en styrkanal lla, en slidsignalledning 32 och en dräneringskanal 33. Styrkanalen lla står i kontakt med källan 3 med hydraulvätska. Ett andra styrorgan utgörs av en styrkammare 12 utbildad mellan den andra kolven 6 och kolvhuset 7, företrädesvis i form av en ursvarvning i kolven 6. Sliden 4 kan styras i beroende av den andra kolvens 6 läge i axiell led i förhållande till kolvhuset 7 genom påverkan av trycket i slidsignalledningen 32.

Styrningen av tryckomställningen illustreras med hänvisning till figur 3. Ur denna figur kan utläsas att när den andra kolven 6 rör sig åt höger kommer trycket i styrkammaren 12 att stiga till trycket för trycknivån i hydraulvätskan från källan 3. Härvid öppnas ett utlopp från styrkammaren 12 till draneringsledningen 33, varigenom trycket i styrkammaren sjunker till dräneringsnivå, Tryckomställningen i styrkammaren 12 fortplantas via slidsignalledningen 32 och påverkar sliden 4, så att hydraulvätska med högt tryck via drivytan 5 påverkar den andra kolven att röra sig åt vänster i figuren. Härvid kommer dräneringsledningen 33 att tillslutas, medan styrkanalen lla öppnas mot styrkammaren 12 och på nytt ökar trycket i denna, vilket i sin tur medför att trycket på drivytan 5 i den andra kolvens 6 ände upphör genom slidens 4 försorg. Förfarandet upprepas därefter enligt det beskrivna mönstret.

För att ständigt hålla borrstålet i kontakt med borrytan och att hålla delarna i borrstålet i press mot varandra finns en rekyldämpare med en däri inkluderad dämpkolv, en första kolv, 13 anordnad. Denna dämpkolv 13 är vanligtvis anordnad koncentriskt runt den andra kolvens 6 främre del (framåt i denna beskrivning avser i borrningsriktningen).

Dämpkolven 13 hålls medelst hydraulvätska från en tryckkanal 14, som via en konstantflödesventil 17 står i kontakt med högtryckskällan 3, pressad mot borradapterns 9 nacke 10, så att den andra kolven 6 kan 10 15 20 25 30 35 530 'P81 6 slå mot ett stumt underlag, när den slår mot borradapterns 9 nacke 10.

I stället för att dämpkolven 13 ligger direkt an mot borradapterns 9 nacke 10 kan i dämparen en bussning 15 vara inrättad mellan dämpkolven 13 och borradapterns 9 nacke 10. Dämpkolven 13 har som nämnts även en funktion att ta upp rekylkrafter från borrytan när borrstålet slås mot denna med slagkraften som förmedlas från den andra kolven 6.

Dämpkolven 13 tar upp kraften som förmedlas tillbaka från borrytan hydrauliskt och pendlar sålunda flytande i axiell led styrd av de tryck som den utsätts för av hydraulvätska och rekylkrafter från borrstålet. För ändamålet är dämpkolven 13 försedd med en drivkammare l4b utbildad mellan dämpkolven 13 och kolvhuset 7. Drivkammaren begränsas av åtminstone en främre drivyta 13b i dämpkolven.

Drivkammaren l4b dräneras då slagkolven 6 kommer tillräckligt långt fram i kolvhuset 7 genom ett första styrmedel 21,22 inrättat i en andra kolv 6 (slagkolven) och ett andra styrmedel 20,23,24;25 inrättat i kolvhuset 7. Den närmare funktionen åskådliggörs i fig 4 som är en delförstoring av A i fig 2.

Det andra styrmedlet innefattar en ställkanal 20 i förbindelse med tryckkanalen 14 som är förbunden med dämpkolvens drivkammare l4b och mynnande i cylinderloppet i kolvhuset. När slagkolven 6 närmar sig det förutbestämda läget för slaget mot borrnacken 10 kommer ett första rum 21 utbildat mellan slagkolv och kolvhus och tillhörande det första styrmedlet att ta emot oljan från ställkanalen 20. Om slagkolven når så långt fram att en första styrkant 22 i det första styrmedlet passerar en andra styrkant 24 tillhörande det andra styrmedlet kommer oljan från drivkammaren l4b att dräneras vidare via ett andra rum 23 utbildat mellan slagkolv och kolvhus och tillhörande det andra styrmedlet och därefter via dräneringsledningen 25. Härigenom kommer dämpartrycket att minska och matningskraften kommer att föra borrnacken bakåt tills dräneringen upphör och trycket i drivkammaren l4b åter stiger och borrnacken 10 därav förs framåt igen. Borrnacken 10 balanserar således runt ett läge E direkt knutet till slagkolvens faktiska läge.

I figurerna är vidare illustrerad en returkanal 30 för hydraulvätskan som via sliden 4 återför hydraulvätskan till tanken 2. I tryckkanalen 14 såväl som i returkanalen 30 återfinns även gasackumulatorer 31 för 10 530 781 7 utjämning av tryckdifferenser i ledningarna. Här skall också understrykas att kanalerna för att åstadkomma den fullständiga styrningen ej är fullt redovisade i figurerna utan endast àskådliggjorda schematiskt, eftersom detta utgör känd teknik och inte berör uppfinningen.

Posítionen för läget E väljs så att man uppnår önskad slaglängd. Den andra kolven 6 skall röra sig en viss sträcka från slagläget innan en slidomställningspunkt passeras. När detta inträffar börjar sliden 4 att röra sig och trycket pà den andra kolvens drivyta 5 ställs om från lågt till högt tryck, dvs. den andra kolvens 6 rörelse skiftar från en 'returrörelse till en slagrörelse. 15 20 25 30 Även andra lösningar för dränering av dämpkolvens drivkammare l4b är möjliga inom ramen för uppfinningen. Sålunda kan slagkolvens läge bestämmas med elektroniska givare som identifierar ett läge motsvarande E och därefter styrs en magnetventil ut för att dränera drivkammare l4b. Givare kan exempelvis vara av induktiv eller kapacitiv typ. Även elektromagnetisk strålning såsom ljus kan användas för detektering. Givaren motsvarar då lämpligen det andra styrmedlet och kan monteras mot kolvhuset för mätning endera i radiell eller i axiell led. Det första styrmedlet kan utgöras av en ursvarvning i slagkolven, ett inlägg med t.ex. andra magnetiska egenskaper, ett randmönster etc. I sin enklaste form kan det första styrmedlet utgöras av kolvens bakkant alternativt ändyta.

I stället för som här beskrivits att slagkolvens fram- och återgàende rörelse genereras av styrorganens samarbete med en slid kan sliden vara ersatt av energilager såsom energi lagrad i oljevolymer. Detta utgör välkänd teknik och sådana så kallade slid- eller ventillösa maskiner finns på marknaden.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 530 781 É PATENTKRAV

1.Bergborrmaskin (l) innefattande 0 ett kolvhus (7), 0 en första kolv (13) rörligt monterad i sagda kolvhus(7)och anpassad att under drift huvudsakligen kontinuerligt direkt eller indirekt överföra kraft i borriktningen till ett till bergborrmaskinen anslutet borrstål, 0 en andra kolv (6) anpassad att, under drift, i borriktningen repetitivt utöva slag, direkt eller indirekt, på det anslutna borrstålet, 0 ett första styrorgan (lla, 32, 33) inrättat i kolvhuset(7) anordnat att i samverkan med ett andra styrorgan (l2)inrättat i sagda andra kolv (6) styra en tryckomställning av en första del av en fluid verkande på sagda andra kolv (6), kännetecknad av att bergborrmaskinen har ett första styrmedel (21, 22) inrättat i sagda andra kolv (6) verkande på sagda första kolv (13) för att motverka förskjutning av det första och andra styrorganets inbördes läge vid den andra kolvens anslagsögonblick mot borrstålet eller mot en med detta förbunden del (9).

2.Bergborrmaskin enligt krav 1, där sagda första styrmedel (21, 22) är anordnat att i samverkan med ett andra styrmedel(20,23,24,25) fast inrättat i eller monterat mot kolvhuset (7) detektera ett relativt läge mellan andra kolven(6) och kolvhuset(7) och vid detta läge förändra sin verkan på sagda första kolv (13).

3.Bergborrmaskin enligt krav l eller 2, där sagda relativa läge huvudsakligen uppnås vid sagda anslagsögonblick.

4.Bergborrmaskin enligt något av föregående krav, där den första kolven (13) är anpassad att, under drift av bergborrmaskinen, omvandla tryck i en andra del av fluiden till en kraft verkande, i huvudsak kontinuerligt, i borriktningen, direkt eller indirekt, på ett till bergborrmaskinen anslutet borrstål eller på en med detta 10 E 20 25 30 530 781 förbunden del (9), och där sagda första styrmedel (2l,23) är anordnat att minska trycket i den andra fluiddelen när den andra kolven (6) befinner sig i ett mera framskjutet läge, i riktning mot borrstålet, än vid sagda förutbestämda relativa läge mellan det första och andra styrorganet.

5. Bergborrigg innefattande minst en bergborrmaskin enligt något av föregående patentkrav.

6. Metod vid en bergborrmaskin (1) innefattande: I ett kolvhus (7), 0 en första kolv (13) rörligt monterad i sagda kolvhus (7) och anpassad att, under drift av bergborrmaskinen, omvandla tryck i en andra del av en fluid till en kraft verkande, i huvudsak kontinuerligt, i borriktningen direkt eller indirekt på ett till bergborrmaskinen anslutet borrstàl, I en andra kolv (6) anpassad att under drift repetitivt utöva slag i borriktningen, direkt eller indirekt, på sagda till bergborrmaskinen anslutna borrstàl, 0 ett första styrorgan (lla, 32, 33) inrättat i kolvhuset (7) och ett andra styrorgan (12) inrättat i sagda andra kolv I (6), där dessa styrorgan bringas att i samverkan med varandra styra en tryckomställning av en första del av fluiden verkande på en drivyta (5) på sagda andra kolv (6) för uppnående av sagda repetitiva slag, kânnetacknad av att sagda andra fluiddels påverkan på den första kolven (13) bringas att förändras vid ett förutbestämt relativt läge av det första (lla, 32, 33) och andra styrorganet (12).

7. Metoden enligt patentkrav 6, vidare kännetecknad av att ett första styrmedel (2l,22) i den andra kolven (6) vid ett förutbestämt läge i förhållande till kolvhuset (7)bringar sagda andra fluiddels påverkan på den första kolven (13) att förändras.

8. Metoden enligt patentkrav 7, vidare kännetecknad av att det första styrmedlets (2l,22) förutbestämda läge i 530 781 10 förhållande till kolvhuset (7) bestäms medelst ett andra styrmedel (20, 23, 24, 25) inrättat i eller monterat på kolvhuset (7).

9. Metoden enligt något av patentkraven 6 till 8, vidare kännetecknad av att trycket i den andra fluiddelen minskas när den andra kolven (6) befinner sig i ett mera framskjutet läge, i riktning mot borrstålet, än sagda förutbestämda relativa läge mellan det första och andra styrorganet.