SE530827C2 - Anordning vid bergborrning - Google Patents

Description

20 25 30 530 BZ? belastningen och/eller den trycksatta fluidens inverkan på tätningen är. Den uppkomna friktionen genererar, förutom slitage, energiförluster i form av värme som negativt kan påverka tätningarnas livslängd.

En alternativ metod för tätning av den ovan nämnda typen av fluidkopplingar är tätning medelst axialplantätningar. Vid användning av axialplantätningar är det mycket viktigt att plantätningsytorna verkligen är plana och parallella med varandra. Ett problem är emellertid att ytorna deformeras vid trycksättning, så att tätningsspalterna förändras, vilket kan generera ökat läckage och/eller ökad förslitning.

Enligt ovan existerar således ett behov av ett förbättrat förfarande för tätning av i förhållande till varandra roterbara delar, mellan vilka en trycksatt fluid är anordnad att överföras.

Sammanfattning av uppfinningen Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en anordning för tät överföring av en fluid mellan en första del och en andra del som löser ovanstående problem. Detta och andra syften uppnås enligt föreliggande uppfinning genom en anordning såsom definierad i patentkrav 1.

Enligt föreliggande uppfinning tillhandahålls en anordning för tät överföring av en fluid mellan en första del och en andra del, vilka är anordnade att i ett driftsläge vridas och/eller roteras i förhållande till varandra. Nämnda första del inkluderar ett trycktätningselement, vilket är axiellt rörligt anordnat relativt ett säte i nämnda första del, och anordnat i sätet så att det är åtminstone i radiell led tryckbalanserat vid tryckpåverkan. Detta har fördelen att det hela tiden kan undvikas att trycktätningselementet snedställs vid trycksättning, vilket medför att läckage och friktionsförluster/slitage avsevärt kan minskas. 10 15 20 25 30 530 82? Trycktätningselementet kan vara utformat på så sätt att dess tryckpàverkade ytor i radiellt utåtriktad respektive radiellt inåtriktad led vid tryckpåverkan utsätts för lika stora och motsatt riktade krafter. Detta har fördelen att nämnda tryckavlastning kan åstadkommas på ett enkelt och effektivt sätt.

Ytterligare egenskaper och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att framgå ur nedanstående detaljerade beskrivning.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 visar en exempelanordning enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 2 visar en del av anordningen i fig. 1 i förstorad skala.

Fig. 3 visar ett exempel på en slitring för användning med föreliggande uppfinning.

Fig. 4 visar en alternativ exempelanordning enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 5 visar ytterligare en exempelanordning enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av en exempelutföringsform I fig. l visas ett exempel på en anordning 10 där föreliggande uppfinning med fördel kan användas. Anordningen innefattar en första del ll, avsedd att i drift rotera och vilken t.ex. kan utgöras av en axel, en hydrauliskt manövrerad roterande chuck, t.ex. avsedd för fasthållning av någon typ av bergborrningsverktyg (verktygsinfästningen visas ej). Nämnda första del kan också, såsom i detta fall, utgöras av en vid bergborrning, t.ex. sänkborrning, använd borrsträngkomponent ll. Vid sänkborrning är ett slagverktyg (borrhammare) anordnad nere i borrhålet och förbunden med en bärare vid ytan via en 10 15 20 25 30 530 BE? borrsträng som vanligtvis utgörs av sammangängade rör, s.k. borrsträngkomponenter, vilka leder ner en trycksatt fluid i form av t.ex. tryckluft till borrhammaren. Den visade komponenten ll utgörs av till bäraren infästad komponent, varvid borrsträngkomponenter under hand varefter borrningen framskrider införs mellan komponenten 11 och slagverktyget.

Den visade anordningen 10 innefattar även en andra del 12, koaxiellt anordnad kring borrsträngkomponenten 11, och som används för att överföra en trycksatt fluid till (eller från) borrsträngkomponenten 11. I figuren utgörs nämnda andra del 12 av ett nav, och i drift tillförs en trycksatt fluid från navet 12 till borrsträngkomponenten 11 via en eller flera i navet 12 anordnade och mot borrsträngkomponenten 11 mynnande kanaler 13. I borrsträngkomponenten ll finns ett eller flera motsvarande hål 14 (vilka vid rotation periodvis inriktas med kanalerna 13), varigenom den trycksatta fluiden kan överföras till borrsträngkomponenten 11 för att sedan via i den första delen anordnade (icke visade) kanaler ledas till önskat organ, i detta fall det i borrhålet anordnade slagverktyget.

Vid anordningen av den i fig. 1 visade typen kan enligt ovan överföringen av den trycksatta fluiden generera problem. Dessa problem eskalerar vidare vid användning i utsatta miljöer, såsom vid t.ex. vid sänkborrning, där, förutom inverkan av delarnas rotation relativt varandra, faktorer såsom skakningar, vibrationer och kast påfrestar tätningsytor mellan delarna 11, 12. Såsom nämnts ovan kan radialtätningar användas vid denna typ av kopplingar, men förutom de tidigare angivna nackdelarna kommer radialtätningarna att slitas ytterligare vid t.ex. de vid borrning i granit vanligen förekommande radiella kast. Såsom också nämnts uppvisar även axialplantätningar likartade problem. Föreliggande uppfinning 10 15 20 25 30 530 82? löser eller åtminstone lindrar dessa problem medelst det i fig. 1 visade trycktätningselementet 15.

I den i fig. 1 visade anordningen används trycktätningselementet 15 för att säkerställa att inga oönskade påfrestningar uppstår när tryckfluidöverföring sker från nav 12 till borrsträngkomponenten 11 under rotation av borrsträngkomponenten 11. Trycktätningselementet 15 innefattar en tätningsyta 16, vilken i drift är anordnad att löpa mot en motsvarande på navet 12 anordnad tätningsyta 17. För att tryckfluidöverföring under borrsträngrotation ska ske med litet slitage och god tätning är det viktigt att dessa tätningsytor alltid hålls helt parallella. I en sedvanlig anordning med ett trycktätningselement av den i fig. 1 visade typen tenderar dock den trycksatta fluiden att intränga mellan borrsträngkomponenten ll och trycktätningselementet 15 enligt pilen A, vilket leder till att trycktätningselementet 15 tenderar att snedställas (spalten mellan trycktätningselement 15 och borrsträngkomponent ll blir större vid punkten B än vid punkten C) med resultatet att tätningsytorna 16, 17 inte längre hålls parallella med ökat slitage och/eller läckage av trycksatt fluid som följd.

Det uppfinningsenliga trycktätningselementet 15, däremot, säkerställer att tätningsytorna alltid hålls parallella och med ett tillämpligt tryck hålls anliggande mot varandra.

Trycktätningselementet 15 visas i förstorad skala i fig. 2 och är medelst tätningsringar 20, 21 avtätat mot borrsträngkomponenten ll. I drift roterar trycktätningselementet 15 med komponenten 11, varför inga, eller väsentligen inga friktionsförluster uppstår vid tätningsringarna 20, 21. Vidare hålls trycktätningselementet på plats genom att vara anordnat i ett säte bildat av en till borrsträngkomponenten anbringad tätningshållare 25, mot vilket 10 15 20 25 30 530 82? trycktätningselementet l5 avtätas via tätningsringar 28, 21.

Tätningshàllaren 25 låses medelst en låsring 33.

Trycktätningselementet 15 enligt uppfinningen är utformat på så sätt att dess tryckpåverkade ytor i radiell led utsätts för lika stora och motsatt riktade krafter, dvs., den sammanlagda kraften mot trycktätningselementets radiellt utåtriktade ytor är lika stor som den sammanlagda kraften mot dess radiellt inàtriktade ytor, varvid ett vid tryckpåverkan i radiell led tryckbalanserat trycktätningselement erhålls. I ett fall kan nämnda ytor i respektive riktning vara lika stora, men, såsom inses av fackmannen kommer inte trycket att vara pl på alla tryckpåverkade ytor, utan vid t.ex. tätningsringarna 20, 21, 28 trycket kommer att medelst en tryckgradient att avta från pl till omgivningstrycket p0 (området mellan tätningsringarna 20, 21 är tryckavlastat, vilket beskrivs närmare nedan). Detta innebär att ytornas storlek kan behöva kompenseras för detta, dvs. om det genomsnittliga trycket i den ena riktningen är lägre än det genomsnittliga trycket i den andra riktningen måste det lägre trycket kompenseras med en större yta för att ge samma resulterande kraft.

Detta har fördelen att det beskrivna fenomenet med större spalt vid punkten A än vid punkten B på grund av tryckpåverkan inte kommer att inträffa, varför det också hela tiden kommer att säkerställas att tätningsytorna 16, l7 kan hållas parallella, och oönskat slitage och läckage därmed markant kan reduceras.

I drift utgörs nämligen den enda anliggningsytan mellan den första delen ll och navet 12 av tätningsytorna 16, 17, varvid trycktätningselementet således ombesörjer att en axialplantätning erhålls, men utan de beskrivna nackdelarna med den kända tekniken. Vidare kan mellan dessa ytor med fördel en slitring 34 användas, vars form och material 10 15 20 25 30 530 82? bestämmer funktion, läckage och smörjning av tätningsytorna.

Vid användning av en fluid i form av hydraulvätska är 1 slitringen företrädesvis utformad av lagermetall. Utgörs tryckfluiden av luft kan i stället t.ex. teflon användas som material. Slitringen kan vidare vara utformad pà så sätt att den ”drar in” t.ex. hydraulolja mellan ytorna för smörjning, även vid de tillfällen när ingen trycksatt fluid överförs, t.ex. genom användning av en slitringsutformning enligt någon av de i fig. 3 visade utformningarna 34a, 34b, 34c.

I den visade utföringsformen innefattar trycktätningselementet 15 ytterligare en egenskap, Förutom att vara radiellt tryckbalanserat är det även axiellt tryckbalanserat, vilket àstadkommes genom tryckbalansering, summan av ytorna 16 och 17 och 23 med ytan 24. Detta har fördelen att elementets 15 tryck mot tätningsytan 17 kan göras helt oberoende av pàlagt tryck.

För att hela tiden säkerställa att trycktätningselementets tätningsyta 16 hålls tryckt mot navets tätningsyta 17 kan i detta fall användas en fjäder 29, typ tallriksfjäder eller sinusformad fjäder, som löper i ett i trycktätningselementet 15 urtaget/urfräst cirkulärcylindriskt spår 30. Istället för användning av en fjäder för att hålla trycktätningselementet mot navet kan trycktätningselement och/eller nav vara helt eller delvis utformat av ett magnetiskt material, varvid sammanhållning medelst magnetism istället erhålls. Såsom inses kan ytorna 16, 23 och 24 dock även vara avpassade på ett sådant sätt att en trycksatt anordning alltid har ett visst övertryck åt vänster i figuren. Detta erfordrar dock att anordningen i princip alltid är trycksatt, eftersom annars inte önskad kontakt mellan tätningsytorna kan säkerställas.

Såsom visas i figuren är trycktätningselementet 15 vidare försett med en kanal 22 genom vilken trycksatt fluid kan överföras fràn trycktätningselementets mot kanalen 13 vända 10 15 20 25 30 539 BE? ände 23 till dess motstående ände 24 för att ombesörja trycksättning av önskade ytor och därmed uppnå önskad tryckbalansering. Kanalen visas i sin helhet i fig. l.

Trycktätningselementet 15 innefattar vidare ytterligare en (schematiskt visad) kanal 27 för tryckavlastning av området mellan tätningsringarna 20, 21. Såsom inses av fackmannen kan denna typ av kanaler användas för att tryckavlasta valda ytor för att möjliggöra tryckbalansering av en vald geometrisk form. Såsom också inses av fackmannen är den visade geometriska utformningen endast exemplifierande och trycktätningselementet 15 kan anta ett stort antal olika geometriska former, så länge som kriterier för radiell tryckbalansering uppfylls.

I den i figuren visade utföringsformen är tätningsanordningen dubbelriktat symmetriskt flytande, dvs. två likadana på respektive sida om kanalen 13 anordnade trycktätningselement 15, 35 används för att erhålla önskad funktion. Föreliggande uppfinning kan dock likaväl användas för en ensidigt flytande lösning, exempelvis på en axelände, där endast ett trycktätningselement används för anliggning mot en tätyta på en fast koaxiellt med axeln anordnad del.

Vidare är det naturligtvis möjligt att axeln (eller motsvarande) är stillastående medan en koaxiellt yttre del är anordnad att rotera kring den inre delen. Ovan har också visats en anordning där tätningselementet är anordnat att rotera med den roterande delen. Det är dock naturligtvis även möjligt att tätningselement (och tätningshållare) är anordnade till den icke-roterande delen och därmed stillastående.

I fig. 4 visas en alternativ exempelutföringsform av en anordning enligt föreliggande uppfinning, vilken fungerar enligt samma princip som har visats ovan, men som i stället har en sfäriskt formad spalttätning. 10 15 20 25 30 530 B27 Liksom den i fig. 1 visade anordningen 10 innefattar anordningen 40 en första del 42, avsedd att i drift rotera och som kan användas för samma tillämpningar som beskrivits ovan.

Anordningen 40 innefattar således även en andra del 41, koaxiellt anordnad kring delen 42, och som används för att överföra en trycksatt fluid till (eller från) delen 42 enligt ovan. Såsom inses kan istället delen 42 vara fast anordnad och delen 41 rotera.

I den i fig. 4 visade anordningen kan radiell tryckbalansering uppnås enligt vad som kommer att beskrivas nedan, samtidigt som den sfäriska tätningsytan 43 möjliggör att delarna 41 och 42 kan röra sig relativt varandra kring en centrumpunkt 44, vilket medför att anordningen åtminstone delvis kan uppta t.ex. radiella kast som ett till delen 42 förbundet verktyg kan utsättas för. Den radiella tryckavlastningen erhålls på så sätt att det längs den sfäriska ytan 43 erhålls en tryckgradient från P1 till omgivningstrycket P0, vilket balanserar trycket P1 verkandes på de trycktätningselementet 15 i fig. 1 motsvarande trycktätningselementens 45a, 45b ovansidor i figuren, där trycket verkar fram till tätningsringarna 46, 47. Genom att utforma de respektive ytornas areor, där såsom inses och såsom indikeras i figuren den radiella sammanlagda tryckarean på elementen 45a, 45b in mot centrum är mindre än den sfäriska ytans med delen 42 verkande arean, typiskt i storleksordningen 40-60% av denna, eftersom det pà den sfärsiska ytan i radiell led genomsnittligt verkande trycket, vid bortseende från radiens inverkan, är (P1-PO)/2. Allmänt används avståndet L1 och diametern d2 som konstruktionsparametrar vid beräkning av en geometri som resulterar i önskad tryckavlastning. Såsom visas i figuren används tallriksfjädrar 48, 49 för att hålla elementen 45a, 45b på plats mot den sfäriska ytan vid 10 15 20 25 30 53Ü 82? 10 trycklöst tillstånd. Vidare används sprintar 50, 51 för att låsa elementen 45a, 45b till delen 41 och därmed förhindra att elementen roterar med delen 42. Ett lâsparti 52 används för att underlätta sammansättning vid montering. Således kan även i denna utföringsform säkerställas att inga oönskade påfrestningar uppstår vid tryckfluidöverföring mellan delarna 41, 42. Tryckbalanseringen medför vidare att en mycket friktionsfri tätningsyta erhålls.

I fig. 5 visas ytterligare ett exempel på en anordning 60 enligt föreliggande uppfinning, vilken också fungerar enligt ovanstående princip.

Liksom den i fig. 4 visade anordningen 40 innefattar anordningen 60 en första del bestående av elementen 61 och 62 och en andra del bestående av elementen 65a, 65b, där åtminstone endera delen är avsedd att i drift rotera relativt den andra. Även i fig. 5 kan radiell tryckbalansering uppnås samtidigt som den sfäriska tätningsytan 63 möjliggör att elementen 61 och 62 kan röra sig relativt elementen 65a, 65b enligt ovan. I detta fall motsvaras trycktätningselementen 45a, 45b i fig. 4 av elementen 65a, 65b, där den längs den sfäriska ytan 63 uppkomna tryckgradienten från P1 till omgivningstrycket P0 balanseras av det på elementens 65a, 65b undersida verkande trycket Pl, där avståndet Ll styr storleken för mottrycksarean med trycket Pl. Tätningen 66 motsvarar tätningen 28 i fig. 2. Genom att på tillämpligt sätt anpassa avståndet L1, diametern d2 och radien R i förhållande till Pl och P0 kan tryckbalansering erhållas. I figuren visas även en balanseringsring 64, vilken balanserar trycktätningselementen.

Såsom visas i figuren kan även en fjäder 67 användas för att trycka isär trycktätningselementen. Denna isär tryckning kan dock även ombesörjas av trycket P1. 10 530 B27 ll Den i fig. 5 visade anordningen innefattar ytterligare en egenskap. En mutter 68 kan användas för att möjliggöra att trycktätningselementen kan justeras något i axiell led på del 69. Genom att dra åt muttern något så att elementen kommer något närmare varandra kommer ett spel uppstå längs den sfäriska tätningsytan. Genom att reglera spelet kan önskat läckage för smörjning/kylning inställas samtidigt som en tryckbalansering upprätthålls.

Såsom inses utgör ovanstående detaljerade beskrivning endast exempelutföringsformer av föreliggande uppfinning och att allt som beskrivits genom hela denna beskrivning eller visats i de bifogade ritningarna skall tolkas som illustrativa och inte på ett begränsande sätt.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 530 32? 12 Patentkrav . Anordning (10; 40; 60) för tät eller läckagestyrd överföring av en fluid mellan en första del (ll: 42; 61, 62) och en andra del (12: 41; 65a, 65b), vilka är anordnade att koaxiellt samverka med varandra, och att i ett driftsläge vridas och/eller roteras i förhållande till varandra, varvid nämnda första del (ll; 42; 61, 62) inkluderar ett trycktätningselement (15: 45a, 45b; 65a, 65b), vilket innefattar en första tätningsyta (16) för samverkan med en på nämnda andra del (12: 41; 65a, 65b) befintlig andra tätningsyta (17), kännetecknad av att - nämnda trycktätningselement (15: 45a, 45b; 65a, 65b) är axiellt rörligt anordnat relativt ett säte i nämnda första del (11: 42; 61, 62), och - att trycktätningselementet (l5; 45a, 45b; 65a, 65b) är anordnat i sätet så att det är åtminstone i radiell led tryckbalanserat vid tryckpåverkan. . Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda fluid utgörs av en trycksatt fluid. _ Anordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att trycktätningselementet (15; 45a, 45b; 65a, 65b) är utformat på så sätt att dess tryckpåverkade ytor i radiellt utåtriktad respektive radiellt inåtriktad led vid tryckpåverkan utsätts för lika stora och motsatt riktade krafter, varvid nämnda tryckbalansering förhindrar deformerande krafter. . Anordning enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att trycktätningselementet (l5; 45a, 45b; 65a, 65b) är utformat på så sätt att dess tryckpåverkade ytor i axiell led vid tryckpåverkan utsätts för väsentligen lika stora och motsatt riktade krafter, varvid tryckbalansering i axiell led erhålls. 10 15 20 25 30 530 827 13 _ Anordning enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att nämnda trycktätningselement (l5; 45a, 45b; 65a, 65b) och/eller nämnda säte innefattar ett spår eller urtag för mottagning av en fjäder, varvid nämnda fjäder är anordnad att verka på trycktätningselementet (15: 45a, 45b; 65a, 65b) på så sätt att nämnda första tätningsyta trycks mot nämnda andra tätningsyta. . Anordning enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att nämnda trycktätningselement (15; 45a, 45b; 65a, 65b) och/eller nämnda andra del (l2; 41; 65a, 65b) är helt eller delvis utformade av ett magnetiskt material, varvid en sammanhållning nämnda tätningsytor medelst magnetism erhålls. . Anordning enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att en slitring är anordnad mellan nämnda första (16) och andra tätningsyta (17), varvid utformningen av nämnda slitring bestämmer täthet och smörjfilmflöde. Anordning enligt något av kraven 1-7, kännetecknad av att nämnda första del (ll: 42; 61, 62) är anordnad att roteras. Anordning enligt något av kraven 1-8, kännetecknad av att nämnda andra del (12: 41; 65a, 65b) är anordnad att roteras. 10.Anordning enligt något av kraven 1-9, kännetecknad av att trycktätningselementet (15: 45a, 45b; 65a, 65b) vidare är försett med en genomgående kanal genom vilken fluid kan överföras från en mot fluidöverföringen vänd ände till en från fluidöverföringen vänd ände för att underlätta trycksättning av önskade ytor och därmed uppnå önskad tryckbalansering. 10 15 11 12 13 14. 15. 530 H2? 14 .Anordning enligt något av kraven 1-10, kännetecknad av att den innefattar två tätningselement, symmetriskt anordnade kring en punkt för fluidöverföring mellan nämnda första del (11; 42; 61, 62) och nämnda andra del (12; 41; 65a, 65b). .Anordning enligt något av kraven 1-ll, kännetecknad av att nämnda första del (ll: 42; 61, 62) utgörs av någon ur gruppen: axel, borrsträngkomponent, verktygschuck, slagborrmaskin, bergborrningsutrustning. .Anordning enligt något av kraven 1-12, kännetecknad av att nämnda trycktätningselement innefattar en sfärisk tätningsyta. Verktyg för bergborrning, kännetecknat av att den innefattar en anordning (10; 40; 60) enligt något av kraven 1-13. Bergborrningsmaskin, kännetecknad av att den innefattar en anordning (10; 40; 60) enligt något av kraven 1-13.