SE536562C2 - Anordning och förfarande vid en hydraulisk bergborrmaskin jämte bergborrmaskin - Google Patents

Abstract

: En anordning vid en hydraulisk bergborrmaskin (1) för skydd aven kolvtätningsenhet (6) för tätning mellan en slagkolv (4)och en cylinder i ett hus (2) till bergborrmaskinen, varvid enkolvstyrning (5) är insatt mellan kolvtätningsenheten (6) ochett arbetsrum i cylindern. Mellan kolvstyrningen (5) ochkolvtätningsenheten (6) är en runtomgående, ringformig, inåtöppen kammare (9), vilken är utformad för upptagning av enhydraulvätskevolym, upptagen. En hydraulisk tillflödeskanal(l2,13) för hydraulvätsketillförsel är ansluten till dennaUppfinningen avser även en bergborrmaskin och ett kammare (9). förfarande. Fig. 2 77198 20120530

Description

20 25 30 536562 sträcker sig mellan en kammare i en slagdämpare och ett område intill en tätning. Oljekanalen omfattar en serie av strypningar och oljevolymer för att hindra rörelser av kavitationsbubblor genom oljekanalen. Skriften anger att detta arrangemang kan användas vid en slagkolv i en bergborrningsmaskin.

UPPFINNINGENS ÄNDAMÅL OCH VIKTIGASTE KÄNNETECKEN Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en vidareutveckling av tidigare kända arrangemang för skydd av kolvtätningar vid hydrauliska bergborrmaskiner och att åtminstone reducera de problem uppträdande kavitation förorsakar på kolvtätningarna.

Detta ändamål uppnås vid en anordning av inledningsvis nämnt slag genom att mellan kolvstyrningen och kolvtätningsenheten en runtomgående, ringformig, inåt öppen kammare, vilken är utformad för upptagning av en hydraulvätskevolym, är anordnad, och att en hydraulisk tillflödeskanal för hydraulvätsketillförsel är ansluten till denna kammare.

Genom att på detta sätt tillhandahålla ett vätskeflöde till den inåt öppna kammaren, vilket vätskeflöde företrädesvis är i huvudsak kontinuerligt och/eller konstant, säkerställs på ett effektivt sätt att tryckvariationer dämpas och i synnerhet att hydraulvätskan intill kolvtätningsenheten inte innehåller kavitationsbubblor. Genom vätskeflödet säkerställs nämligen att det över tid, konstant finns ett överskott av hydraulvätska, i vilken tryckvariationer kan utjämnas genom vätskans elasticitet och varvid undviks att kavitationsbubblor fortplantas på grund av otillräcklig tillgång av opåverkad hydraulvätska i detta område.

Det föredras att nämnda hydrauliska tillflödeskanal är inrättad att utgå från en returflödeskanal från en hydraulisk 10 15 20 25 536 562 slagdämpare i bergborrmaskinen, eftersom härigenom tillhandahålls ett hydraulflöde av lämplig magnitud, ett hydraulflöde som dessutom är redan förefintligt i bergborrmaskinen och som därutöver är förbrukat för sin primära användning. Användning av detta returflöde föranleder därför inte någon effektminskning eller ytterligare effektuttag från bergborrmaskinen. Alternativt är källan en reglerbar konstantflödeskälla, vilket innebär ett visst effektuttag, men ger större möjligheter till styrning av flödet.

Det är lämpligt och framställningsmässigt rationellt om kolvtätningsenheten är uppburen av en tätningshållare, i vilken nämnda kammare år upptagen.

Lämpligen uppvisar kolvtätningsenheten två på axiellt avstånd från varandra insatta tätningsanordningar.

Nämnda kammare ansluter företrädesvis till en hjälpkammare via åtminstone en anslutningskanal, varigenom en ökning av mängden tillgänglig hydraulvätska kan tillförsäkras. Det föredras att nämnda hydrauliska tillflödeskanal är inrättad att ansluta till nämnda kammare via hjälpkammaren.

Vid en uppfinningsenlig hydraulisk bergborrmaskin är mellan nämnda kammare och kolvstyrningen företrädesvis ett läckdräneringsavlopp arrangerat. Detta läckdräneringsavlopp är lämpligen via ett mellanutrymme anslutet till en uppsamlingstank.

Mellan kammaren och läckdräneringsavloppet föreligger med fördel en spalt mot slagkolven, vilken spalt hålls med liten spalthöjd och kort axiell längd för att ge så god effekt som möjligt. 10 15 20 25 30 536562 Vid en föredragen aspekt av uppfinningen inkluderar den hydrauliska bergborrmaskinen en processor och reglerorgan för åstadkommande av reglering av nämnda hydraulvätsketillförsel som svar pà av en trycksensor avkända tryckvariationer.

Lämpligen avkänner trycksensorn tryckvariationer i nämnda kammare eller i förekommande fall i nämnda hjälpkammare.

Uppfinningen avser även ett förfarande för skydd av en kolvtätningsenhet för tätning mellan en slagkolv och en cylinder i ett hus till en bergborrmaskin, varvid en kolvstyrning är insatt mellan kolvtätningsenheten och ett arbetsrum i cylindern. Hydraulvätska från en hydraulvätskekälla tillförs till en mellan kolvstyrningen och kolvtätningsenheten tillhandahållen runtomgående, ringformig, inåt öppen kammare för upptagning av en hydraulvätskevolym.

Motsvarande särdrag och fördelar som anges ovan för anordningen är även aktuella för det uppfinningsenliga förfarandet.

Då hydraulvätsketillförseln regleras som svar på avkända tryckvariationer ökas typiskt nämnda hydraulvätsketillförsel som svar på att ökade tryckvariationer registreras.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGAR Uppfinningen ska nu närmare beskrivas med ledning av utföringsexempel och med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka: Fig. 1 visar en uppfinningsenlig bergborrmaskin i ett axiellt delsnitt, Fig. 2 visar en förstoring av ett område av bilden i Fig. 1, och Fig. 3 schematiskt illustrerat ett uppfinningsenligt förfarande. 10 15 20 25 30 536 562 BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Fig. 1 visar i ett axiellt snitt en hydraulisk bergborrmaskin 1, vilken i ett hus 2 uppvisar en i en cylinder 3 fram och åter rörlig slagkolv 4. Slagkolven 4 är styrd i huset 2 av en kolvstyrning 5 i form av en styrhylsa. En kolvtätningsenhet 6, som är inrättad för förhindrande av att hydraulvätska uttränger i bergborrmaskinens nedre del, är försedd med två axiellt åtskilda tätningsanordningar i form av kolvtätningar 10 och 11.

Slagkolven 4 utövar i drift slagverkan mot en borrnacke 8, vilken är upptagen i borrmaskinen, och mot vilken på i och för sig förut känt sätt anligger en dämpkolv 7 för dämpning av slagreflexer. Dämpkolven 7 uppvisar för sin försörjning en dämpflödeskrets 29.

Vid kolvtätningsenheten 6 är utformad en ringformig kammare 9, vilken är vänd inåt mot slagkolven 4, och vilken är belägen mellan kolvtätningarna 10, 11 och kolvstyrningen 5. Den ringformiga kammaren 9 är i den visade utföringsformen matad av ett väsentligen kontinuerligt och lämpligen konstant hydraulvätskeflöde i form av ett returflöde från dämpningsenheten via en tillflödeskanal inkluderande en kanal 12 och hjälpkanal (-kanaler) 13 (se Fig. 2). Detta flöde genom kanalen 12 går till kammaren 9 även via en på ett mindre avstånd från kammaren 9 belägen hjälpkammare 14, genom vilken tillhandahàlles en extra hydraulvätskevolym i närheten av den ringformiga kammaren 9, vilket är värdefullt för att öka effekten av uppfinningen.

En variant för att tillhandahålla ett hydraulvätskeflöde till kammaren 9 illustreras genom den generellt med 29 betecknade dämpflödeskretsen, vilken omfattar en hydraulpump 30 och en styrbar strypning 31. Genom kretsen 29 tillförd hydraulvätska avges till dämparen genom ledningen 33 och leds sedan enligt 10 15 20 25 30 536 562 ovan efter dämparen via kanalen 12 till kammaren 9.

Alternativt kan ett flöde gå från hydraulpumpen 30 och strypningen 31 (eller någon annan hydraulvätskekälla) direkt till kammaren 9, vilket indikeras med den streckade linjen 32.

Fig. 2 visar arrangemanget vid kolvtätningarna mer i detalj, varvid framgår att mellan kolvstyrningen 5 och kolvtätningarna 10, 11, ett globalt med 34 betecknat läckdräneringsavlopp är arrangerat. Detta läckdräneringsavlopp 34 uppvisar innerst mot kolven ett invändigt öppet, kontinuerligt förlöpande runtomgående spår, vilket via radiella kanaler 19 kommunicerar med ett uppsamlingsutrymme 15, vilket i sin tur via en kanal 17 avleder uppsamlad hydraulvätska till en uppsamlingstank 18.

I drift av anordningen enligt uppfinningen uppkommer på grund av slagkolvens rörelser under vissa drifttillstånd stora tryckvariationer i utrymmet 3' mellan slagkolven 4 och väggen av cylindern 3. Utrymmet 3' utgör härvid ett arbetsrum i cylindern.

Tryckvariationerna leder, om de är tillräckligt stora, i sin tur till bildandet av kavitationsbubblor, vilka tenderar att medfölja läckande hydraulvätska och uttränga genom en spalt bildad mellan kolvstyrningen 5 och slagkolven 4. Vid stora mängder kavitationsbubblor i vätskan riskeras vid konventionella bergborrmaskiner att åtminstone en del av bubblorna letar sig ända bort till kolvtätningarna 10, 11 för att vid kollaps av kavitationsbubblorna orsaka skador på dessa kolvtätningar.

En del av kavitationsbubblorna avleds via läckdräneringsavloppet 34, men det har, som indikeras ovan, visat sig att detta arrangemang inte är helt tillfyllest för att eliminera skaderisken på tätningarna. Ett problem med det konventionella arrangemanget har även visat sig kunna uppkomma 10 15 20 25 30 536 562 då i borrmaskinen uppsamlingsutrymmet 15 är ihopkopplat med andra dräneringsavlopp från andra komponenter i borrmaskinen.

Det har nämligen framkommit att oönskade tryckvariationer med medföljande kavitationsbubblor i dessa andra komponenter kan överföras via läckdräneringsavloppet 34 till området mellan kolvstyrningen 5 och kolvtätningarna 10, 11 och förorsaka skada på dessa.

Denna insikt är sammantaget bakgrunden till inrättandet av den ringformiga, inåt mot kolven öppna kammaren 9 mellan kolvstyrningen 5 och kolvtätningsenheten. Denna kammare 9 är utformad för upptagning av en hydraulvätskevolym, och en hydraulisk tillflödeskanal 12, 13 är inrättad för hydraulvätsketillförsel till denna kammare 9. PS indikerar en alternativ hydraulvätskekälla.

Föredraget utgår denna hydrauliska tillflödeskanal från returflödeskanalen från dämparen i bergborrmaskinen, enligt ovan. Hydraulvätska tillförd till kammaren 9 avleds sedan via spalten 16 genom läckdräneringsavloppet 34 till tank.

Med 14 är betecknad en hjälpkammare, vilken är ringformig och placerad radiellt utanför kammaren 9. Kammaren 9 kommunicerar med hjälpkammaren 14 via ett antal radiellt förlöpande hjälpkanaler 13. Tillhandahållande av den extra hjälpkammaren 14 medför en föredragen ökning av hydraulvätskevolymen i området mellan kolvtätningarna och kolvstyrningen, vilken är fördelaktigt för minskningen av inverkan av tryckpulsationerna och därmed kavitationsskaderisken.

Kolvtätningsenheten 6 är i den visade utföringsformen utgjord av en dubbeltätning med kolvtätningarna 10 och 11 uppburen av en anordning utgörande en tätningshàllare 6', i vilken även nämnda ringformiga kammare 9 är upptagen. 10 15 20 25 30 536562 Uppfinningen kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Sålunda kan kolvtätningsenheten 6 omfatta en eller flera kolvtätningar. Höjden av spalten 16 mellan kammaren 9 och läckdräneringsavloppet 34 hålles lämpligen så liten som möjligt och dess axiella utsträckning så liten som möjligt. Det föredras att spalthöjden sättes till 0,05 - 1% av kolvdiametern och den axiella längden av spalten till 1 - 10% av kolvdiametern. Volymen av kammaren 9 bör helst vara så stor som möjligt, men det har visat sig att en volym av 0,5 - 5,0 cmz ger mycket god effekt vid en standardmaskin. Volymen av hjälpkammaren 14 bör överstiga och helst vara minst två gånger volymen av kammaren 9.

Det föredras att hydraulvätsketillförselns flöde är reglerbart så att det kan anpassas till driften av bergborrmaskinen och till förekommande behov. Härvid ska beaktas att helst flödet är väsentligen kontinuerligt och/eller konstant och inte tillåts fluktuera över t ex en slagcykel hos bergborrmaskinen.

Däremot är det en fördel att kunna reglera storleken av flödet som svar på avkända tryckvariationer i kammaren 9 eller i hjälpkammaren 14. Avkänning av tryckvariationerna i dessa lägen låter sig göras med i och för sig kända tryckgivare av små dimensioner. I Fig. 2 är som exempel visad en tryckgivare 27 insatt i hjälpkammaren 14. Typiskt regleras flödet så att en avkänd ökning av tryckvariationerna leder till en ökning av hydraulvätskeflödet till kammaren 9.

I fig. 3 illustreras schematiskt ett förfarande enligt uppfinningen, varvid: Position 20 indikerar start av en förfarandesekvens.

Position 21 indikerar tillförsel av hydraulvätska från en hydraulvätskekälla såsom en returledning från en dämpenhet i borrmaskinen till kammaren 9.

Position 22 indikerar avkänning av tryckvariationer i kammaren 10 536 562 9 eller hjälpkammaren 14.

Position 23 indikerar utvärdering av signalerna från tryckgivaren 27, vilka leds via signalledningen 28 till en processor 26.

Position 24 indikerar anpassning av hydraulvätskeflödet till kammaren 9 som svar på resultatet av utvärderingen i processorn 26.

Position 25 indikerar sekvensens avslutning.

Det ska förstås att förfarandesekvensen upprepas i en utsträckning som är lämplig och som behövs för en god drift av maskinen.

Claims (16)

10 15 20 25 536562 Patentkrav:

1. Anordning vid en hydraulisk bergborrmaskin (1) för skydd av en kolvtätningsenhet (6) för tätning mellan en slagkolv (4) och en cylinder i ett hus (2) till bergborrmaskinen, varvid en kolvstyrning (5) är insatt mellan kolvtätningsenheten (6) och ett arbetsrum i cylindern, kännetecknad av - att mellan kolvstyrningen (5) och kolvtätningsenheten (6) en runtomgående, ringformig, inåt öppen kammare (9), vilken är utformad för upptagning av en hydraulvätskevolym, är anordnad, och - att en hydraulisk tillflödeskanal (l2,l3) för hydraulvätsketillförsel är ansluten till denna kammare (9).

2. Anordning enligt kravet l, kännetecknad av att nämnda hydrauliska tillflödeskanal (l2,l3) är inrättad att utgå från någon av gruppen: en returflödeskanal från en hydraulisk slagdämpare i bergborrmaskinen, en reglerbar konstantflödeskälla.

3. Anordning enligt kravet 1 eller 2, kännetecknad av att kolvtätningsenheten (6) är uppburen av en tätningshållare (6'), i vilken nämnda kammare är upptagen.

4. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att kolvtätningsenheten (6) uppvisar två på axiellt avstånd från varandra insatta tätningsanordningar (lO,ll).

5. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda kammare (9) ansluter till en hjälpkammare (14) via åtminstone en hjälpkanal (13).

6. Anordning enligt kravet 5, kännetecknad av att nämnda hydrauliska tillflödeskanal (l2,l3) är inrättad att ansluta till nämnda kammare via hjälpkammaren. 10 10 15 20 25 30 536562

7. Hydraulisk bergborrmaskin, kännetecknad av att den inkluderar en anordning enligt något av kraven 1 - 6.

8. Hydraulisk bergborrmaskin enligt kravet 7, kännetecknad av att mellan nämnda kammare (9) och kolvstyrningen (5) ett läckdräneringsavlopp (34) är arrangerat.

9. Hydraulisk bergborrmaskin enligt kravet 8, kännetecknad av att läckdräneringsavloppet (34) via ett uppsamlingsutrymme (15) är anslutet till en uppsamlingstank (18).

10. Hydraulisk bergborrmaskin enligt kravet 8 eller 9, kännetecknad av att mellan kammaren (9) och läckdräneringsavloppet (34) en spalt (16) mot slagkolven föreligger.

11. Hydraulisk bergborrmaskin enligt något av kraven 7 - 10, kännetecknad av att den inkluderar en processor (26) för reglering av nämnda hydraulvätsketillförsel som svar på av en tryckgivare (27) avkända tryckvariationer.

12. Förfarande för skydd av en kolvtätningsenhet (6) för tätning mellan en slagkolv (4) och en cylinder i ett hus (2) till en bergborrmaskin (1), varvid en kolvstyrning (5) är insatt mellan kolvtätningsenheten (6) och ett arbetsrum i cylindern, kännetecknat av att mellan kolvstyrningen (5) och kolvtätningsenheten (6) en runtomgående, ringformig, inåt öppen kammare (9) är tillhandahàllen för upptagning av en hydraulvätskevolym, och att hydraulvätska tillförs till denna kammare från en hydraulvätskekälla.

13. Förfarande enligt kravet 12, kännetecknat av att nämnda hydraulvätsketillförsel går till nämnda kammare (9) via en hjälpkammare (14).

14. Förfarande enligt kravet 12 eller 13, kännetecknat av att nämnda hydraulvätsketillförsel är inrättad att utgå från något 11 10 536 562 av gruppen: en returflödeskanal från en hydraulisk slagdämpare i bergborrmaskinen, en reglerbar konstantflödeskälla.

15. Förfarande enligt något av kraven 12 - 14, kännetecknat av att nämnda hydraulvätsketillförsel regleras som svar på avkända tryckvariationer i nämnda kammare (9) eller i förekommande fall i nämnda hjälpkammare (14).

16. Förfarande enligt kravet 15, kännetecknat av att nämnda hydraulvätsketillförsel ökas som svar på ökade tryckvariationer i nämnda kammare eller i förekommande fall i nämnda hjälpkammare. 12