WO2013073879A1 - 역순환 굴착 장치 - Google Patents

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WO2013073879A1
WO2013073879A1 PCT/KR2012/009703 KR2012009703W WO2013073879A1 WO 2013073879 A1 WO2013073879 A1 WO 2013073879A1 KR 2012009703 W KR2012009703 W KR 2012009703W WO 2013073879 A1 WO2013073879 A1 WO 2013073879A1
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WO
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swivel joint
gear box
unit
bit body
reverse circulation
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/009703
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English (en)
French (fr)
Inventor
박호성
박정환
김동길
유지훈
Original Assignee
삼보이엔씨 주식회사
삼보건설기계 주식회사
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B3/00—Rotary drilling
    • E21B3/02—Surface drives for rotary drilling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/006—Mechanical motion converting means, e.g. reduction gearings
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/08—Roller bits
    • E21B10/10—Roller bits with roller axle supported at both ends

Definitions

  • the present invention relates to a reverse circulation excavation device, and more particularly, to a reverse circulation excavation device capable of excavating a dredging surface on which an underwater structure is installed to install an underwater structure.
  • a nuclear power generation facility is a power generation facility for generating electricity by generating steam from water of a steam generator using heat generated during nuclear fission of uranium, and operating a turbine with the power of the steam.
  • the steam used to operate the turbine is cooled in the condenser, made of water, and sent back to the steam generator.
  • the cooling water used is the hot water and is discharged through the vertical sphere when it is used for cooling sufficiently as sea water.
  • the reason why the warm drainage is discharged from the deep is that when the warm drainage is discharged through the sea floor, the temperature of the seawater is mixed with the deep seawater, which is relatively low.
  • in-depth intake and drainage facilities are mainly applied to thermal power plants, steel mills, and general industrial facilities in addition to nuclear power plants.
  • a reverse circulation drill (RCD) method is widely used when constructing such an intake / drainage facility, and a reverse circulation excavation device is used to excavate a dredging surface in the RCD method, and Patent Publication No. 10-0880365 discloses such a method.
  • a reverse circulation excavation device is disclosed.
  • the reverse circulation excavation device is provided with a bit to excavate the dredging surface at the bottom, the bit is to rotate the dredging surface while rotating.
  • the bit is rotated in conjunction with the plurality of gears.
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is provided with a gear box unit for rotating the bit body unit provided with a roller bit to be directly connected to the bit body unit to be submerged in water, but the gear box unit
  • the purpose of the present invention is to provide a reverse circulation excavation device in which internal watertightness is maintained to prevent damage to the gear and improve driving force of the bit body unit.
  • a plurality of drill pipes connected in the vertical direction; A plurality of stabilizers provided along outer peripheries of the plurality of drill pipes to prevent horizontal movement of the plurality of drill pies; A bit body unit connected to the plurality of drill pipes connected thereto and having a plurality of roller bits for digging a dredging surface; And a gear box unit provided between the plurality of drill pipes connected to the bit body unit and transmitting a driving force to the bit body, wherein the gear box unit is configured to prevent water from penetrating into the gear box. It is coupled to one side of the gear box unit provides a reverse circulation excavation device comprising a sealing unit to improve the watertight holding force of the gear box unit.
  • the watertightness inside the gearbox can be maintained even when the gearbox is placed in water for the operation of discharging the excavated soil in the form of slime by coupling the sealing unit to one side of the gearbox unit equipped with the gear. Moisture penetration is prevented, and through this the gear box unit can be directly connected with the bit body unit, so that the driving force of the bit body unit can be greatly improved.
  • the gear box unit is located directly below the bit body unit, the driving force is transmitted directly to the bit body unit instead of being transmitted through the drill pipe. It is possible to provide a reverse circulation excavation device which is reduced to improve the stability of the excavation operation.
  • FIG. 1 is a front view showing a partial cross-section of the reverse circulation excavation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view showing a partial cross section of the drill pipe according to FIG. 1.
  • FIG. 2 is a front view showing a partial cross section of the drill pipe according to FIG. 1.
  • FIG. 3 is a plan view of the gear box unit according to FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the gear box unit according to FIG. 1.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of "A" of FIG.
  • FIG. 6 is a bottom view of the bit body unit according to FIG. 1.
  • FIG. 7 is a bottom view of a bit body unit according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the swivel joint portion according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of a portion “B” of FIG. 8.
  • 10A is a plan view of a fixed swivel joint and a rotary swivel joint.
  • 10B is a side view of the fixed swivel joint and the rotary swivel joint.
  • FIG. 11 is an enlarged partial view of the portion “C” of FIG. 10B.
  • the reverse circulation drilling rig includes a plurality of drill pipes 100 connected to each other, a plurality of stabilizers 200 provided along an outer circumference of the drill pipe 100, and a bit body connected to the drill pipe 100.
  • the unit 300 includes a gear box unit 400 provided between the drill pipe 100 and the bit body unit 300.
  • Drill pipe 100 may be provided by connecting a plurality in the vertical direction so that the bit body unit 300 is close to the excavated portion of the dredging surface. This can increase the overall length of the reverse circulation drilling rig.
  • the drill pipe 100 may be further connected to the bit body unit 300 in the excavation depth.
  • the drill pipe 100 has flanges formed at both sides in a length direction thereof, so that when the plurality of drill pipes 100 are connected, the drill pipes 100 may be coupled by bolting after contacting the flanges.
  • the plurality of drill pipes 100 may be formed to have various different lengths, and for connection of the plurality of drill pipes 100, the drill pipes 100 may have the same diameter.
  • the diameter or the thickness of the drill pipe 100 may be adjusted according to the required rigidity.
  • Drill pipe 100 has a discharge passage 110 for discharging the slime excavated by the bit body unit (300, 300 ') mixed with water is formed along the central axis, discharge passage 110 ) Is connected to the discharge holes 330 and 330 'formed in the bit body unit 300 to be described later.
  • Air supply passage 130 is formed symmetrically with respect to the discharge passage 110, for example.
  • Air supply passage 130 is formed so that the air (air) supplied from the outside of the reverse circulation excavation device is transmitted to the bit body unit (300,300 '), the high pressure air is supplied through the air supply passage 130 As a result, the slime excavated by the bit body units 300 and 300 'may be pushed up through the high-pressure air and discharged to the outside.
  • the stabilizer 200 may be provided to be spaced apart from each other on the outer circumferential surface of the drill pipe 100 is connected to a plurality.
  • the stabilizer 200 serves to stably clamp (back) the reverse circulation excavation device in contact with the inner circumferential surface of the casing or the side of the excavated portion when the reverse circulation excavation device is excavated.
  • the stabilizer 200 may be provided with a hydraulic cylinder, thereby more strongly clamping the casing or clamping the excavated portion, thereby serving to help stabilize the excavation work.
  • the stabilizer 200 can be adjusted in size according to the diameter of the casing and the excavated portion, even if the excavation with a reverse circulating digging device having a different diameter, only the bit body unit (300,300 ') is replaced continuously Excavation work can proceed.
  • the gear box unit 400 is provided between one side of the plurality of drill pipes 100 connected to each other and the bit body unit 300 to provide a driving force for the bit body unit 300 to rotate.
  • the gear box unit 400 is fitted with a gear box 410 having a hollow along a central axis, a main gear 420 inserted into the hollow in the gear box 410 along the circumferential direction of the main gear 420.
  • a plurality of auxiliary gears 430 and one side of the gear box 410 includes a sealing unit 450 that prevents water from penetrating into the gear box 410 to maintain watertightness inside the gear box 410. do.
  • the gear box 410 may be formed in a cylindrical shape, as described above, a hollow is formed along a central axis, and one side of the gear box 410 may include a main gear 420 and an auxiliary gear 430 therein. It can be opened so that it can be.
  • the main gear 420 and the auxiliary gear 430 provided inside the gear box 410 mesh with and rotate.
  • the roller bit 410 provided in the bit body unit 400 connected to the gear box unit 400 may rotate in conjunction with the engagement rotation of the main gear 420 and the auxiliary gear 430.
  • the above-described sealing unit 450 is coupled to the open portion of the gear box 410 to prevent the water from penetrating into the gear box 410 is the main gear 420 and the auxiliary gear 430 is rusted or damaged Serves to prevent this from happening.
  • the sealing unit 450 includes an outer ring 451, an inner wear ring 453, a seal housing 455, and a sealing member 457.
  • the outer ring 451 is coupled to the hollow inner circumference of the gear box 410 is fastened by the main gear 420 and the bolt.
  • the inner wear ring 453 is coupled to the outer circumference of the outer ring 451 but is fastened by the main gear 420 and the bolt.
  • the seal housing 455 is coupled to the outer circumference of the inner wear ring 451, and is fastened by a bolt to one side of the gear box 410.
  • the sealing member 457 is provided between the outer wear ring 451 and the inner wear ring 453, and between the inner wear ring 453 and the seal housing 455.
  • the sealing member 457 is provided with the sealing member. Sealing grooves 453a and 455a which may be provided with 457 are formed.
  • the sealing members 457 may be spaced apart from each other, and a plurality of sealing grooves 453a and 455a provided with the sealing members 457 may be formed to be spaced apart from each other.
  • the sealing member 457 may be provided in the form of an oil-seal in which grease is injected into the “U” shaped packing, for example. Therefore, the sealing unit 450 may further include a grease automatic injector capable of automatically injecting grease.
  • the grease autoinjector is a grease pumping device (not shown) for supplying grease supplied from the outside to the sealing unit 450, a grease ripple 459 mounted to the sealing unit 450, a grease pumping device and grease It may include a hose (not shown) provided between the ripple 459 to connect the grease pumping device and the grease ripple 459.
  • a grease ripple 459 is shown in the drawing of the grease automatic injector, which is a portion connected to the sealing unit 450.
  • a grease ripple 459 coupled to the outer ring 451 is provided in the sealing groove 453a provided in the inner wear ring 453 as shown in FIG. 5.
  • the grease is injected to prevent water from penetrating into the gear box 410 of the gear box unit 400 located in the water during the excavation operation.
  • the sealing member 457 is provided with a "U" shaped packing so that the upper end (opened portion) of the "U” in the direction in which the pressure acts, so that the upper end (opened portion) of the "U” in the direction in which the pressure acts. ), The watertightness can be enhanced.
  • the sealing member 457 provided in the form of the "U" -shaped packing the grease is supplied to the gap at a predetermined pressure, so that the resistance to the action of the pressure is higher and more reliable water tightness can be ensured.
  • the inner wear ring 453 and the seal housing 455 are each provided with four sealing members 457, one of which sealing member 457 to withstand the internal pressure of the gear box 410 It is provided to withstand the external pressure of the gear box 410 and is provided to maintain the watertight.
  • one of the four "U” -shaped packings provided to withstand the internal pressure is provided so as to be arranged to open the inner side of the gear box 410, the other three “U” -shaped packing is the gear box The portion that is flared to the outer side of the 410 is provided to be arranged.
  • the gap of the “U” -shaped packing is further increased by the pressure at which the grease is injected, thereby further improving the sealing effect.
  • the gear box unit 400 as described above may be provided once again covered by the gear box drum 401 because the excavation operation of the reverse circulation excavation device can be made in water, the gear box drum 401 Covered by it can have an effect to assist in preventing the penetration of water.
  • the gear box unit 400 may be connected to the bit body unit 300 in a neighborhood, and thus the driving force of the bit body units 300 and 300 ′ may be greatly improved. have.
  • the gearbox unit is provided to be located outside the water when the reverse circulation drilling apparatus is underwater, and the driving force is not properly transmitted to the bit body unit as the distance between the gear box unit and the bit body unit increases.
  • the gear box unit 400 may be located in the water, and the gear box unit 400 and the bit Since the body units 300 and 300 'may be closely connected, the driving force of the bit body units 300 and 300' may be improved as described above.
  • the bit body units 300 and 300 ′ connected to the gear box unit 400 are connected to the connection pipe 100 by the gear box unit 400 and also serve to excavate a dredging surface.
  • the bit body units 300 and 300 ′ are provided with a plurality of roller bits 310 and 310 ′ which directly excavate the dredging surface on one side in contact with the dredging surface.
  • the plurality of roller bits 310 and 310 ′ may be provided helically based on the central axis of the bit body units 300 and 300 ′.
  • the plurality of roller bits 310 and 310 'are provided in a helical manner when the bit body units 300 and 300' drill the dredging surface, the slime mixed with the excavated soil and the bit body unit is formed by the spiral guides of the roller bits 310 and 310 '. It may be discharged to the discharge holes (310,310 ') formed in (300,300').
  • bit body units 300 and 300 ′ having different diameters
  • bit body unit 300 ′ illustrated in FIG. 7 includes the bit body unit 300 illustrated in FIG. 6. Is larger than diameter.
  • the roller bits 310, 310 ′ are identically formed spirally with respect to the central axis.
  • the roller bit 310 ′ may be formed only in a partial region.
  • the spaced apart intervals of the discharge holes 330 'formed in the large bit body unit 300' are farther than the spaced apart intervals of the discharge holes 330 formed in the small diameter bit body unit 300. Can be formed.
  • the discharge holes 330 and 330 ' may be formed separately from each other when viewed from the side where the roller bits 310 and 310' are provided, but as an example, the discharge holes 330 and 330 'are directed toward the side connected to the gear box unit 400.
  • the discharge holes 330 and 330 'spaced apart from each other may be connected to each other.
  • the slime When the slime is discharged through the discharge holes 330 and 330 ′, the slime may be easily discharged through the discharge passage 110 formed in the drill pipe 100.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a swivel joint part according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of a portion “B” of FIG. 8
  • FIG. 10A is a plan view of a fixed swivel joint and a rotary swivel joint
  • FIG. 10B is a fixed swivel Side view of the joint and the rotary swivel joint
  • FIG. 11 is an enlarged side view of the portion “C” of FIG. 10B.
  • the reverse circulation excavation device may further include a swivel joint part 500, and the swivel joint part 500 is provided in the master boom although not shown in the drawing. Can be.
  • Swivel joint portion 500 may be disposed on the upper side of the drill pipe 100 may be rotatably provided so as to be fastened by matching with the drill pipe 100, as described above is provided in the master boom It can be placed on the jack-up pants with the master boom in case of reverse circulation excavation at sea.
  • the swivel joint part 500 may include a body 501, a rod 530, a fixed swivel joint 513, a rotary swivel joint 511, and a hydraulic cylinder 550.
  • the main body 501 may be provided with a rod 530 to which the drill pipe 100 is detachably fastened. As described above, a part of the swivel joint part 500 may be rotated so as to be engaged with the drill pipe 100, and for example, the rod 530 may be rotated by a predetermined angle.
  • the rod 530 may be rotated by a predetermined angle by the fixed swivel joint 513 and the rotary swivel joint 511.
  • the fixed swivel joint 513 and the rotary swivel joint 511 are fitted in such a manner that the rod 530 can be engaged with the drill pipe 100 through the registration (rod 530 and all the fastening positions of the drill pipe 100 coincide with each other).
  • FIGS. 10A and 10B illustrate a fixed swivel joint 513 and a rotary swivel joint 511.
  • the fixed swivel joint 513 and the rotary swivel joint 511 may be formed in the same shape. have.
  • the rotary swivel joint 511 is engaged with the fixed swivel joint 513 so as to be rotatable by a predetermined angle, and for example, the fixed swivel joint 513 is disposed below the rotary swivel joint 511.
  • the swivel joints 511 and 513 protrude in one direction to the circular body, but are spaced between the uneven parts 511a and 513a which are spaced apart along the circumferential direction of the circular body and the uneven parts 511a and 513a.
  • the grooves 511b and 513b may be formed. Referring to Fig. 10A, the portions marked with the " ⁇ " shape represent the uneven parts 511a and 513a, and the portions marked with the " ⁇ " shape represent the groove parts 511b and 513b.
  • the fixed swivel joint 513 and the rotary swivel joint 511 When the fixed swivel joint 513 and the rotary swivel joint 511 are engaged with each other, the fixed swivel joint 513 is disposed below the rotary swivel joint 511, and then the uneven portion 513a of the fixed swivel joint 513 is provided. And the uneven parts 511a of the rotary swivel joint 511 may face each other.
  • the uneven portion 513a of the fixed swivel joint 513 corresponds to the uneven portion 511b of the rotary swivel joint 511, and the uneven portion 511a of the rotary swivel joint 511 is a fixed swivel joint 513.
  • the fixed swivel joint 513 and the rotary swivel joint 511 may be engaged with the recess 513b of FIG.
  • the fixed swivel joint 513 may be fixedly coupled to the main body 501 of the swivel joint part 500, and the rotary swivel joint 511 may be fixedly coupled to the rod 530 such that the rod 530 is a rotary swivel joint.
  • the rotation angle may be rotated by a predetermined angle.
  • the predetermined angle may be set larger than the center angle between the fasteners spaced apart along the circumferential direction at one end of the drill pipe 100 fastened to the rod 530.
  • the size of the center angle b of the recesses 511b and 513b may be larger than the size of the center angle a of the recesses 511a and 513a. Therefore, when the fixed swivel joint 513 and the rotary swivel joint 511 are engaged, the rotary swivel joint 511 by the difference between the center angle b of the recesses 511b and 513b and the center angle a of the recesses and recesses 511a and 513a. ) May rotate relative to the fixed swivel joint 513. That is, the difference between the angle of the center angle b of the recesses 511b and 513b and the center angle a of the recesses and protrusions 511a and 513a may be a preset angle.
  • the difference between the center angle (b) of the grooves (511b, 513b) and the center angle (a) of the uneven portions (511a, 513a) is the center angle between the fasteners spaced apart along the circumferential direction at one end of the above-described drill pipe 100 It can be set larger.
  • the difference between the center angle b of the recesses 511b and 513b and the center angle a of the recesses and recesses 511a and 513a may be 18 °, and the angle of 18 ° may be drilled.
  • One of the fasteners spaced apart in the circumferential direction at one end of the pipe 100 may have a larger value than the center angle between fasteners that are angles formed with respect to the center of the drill pipe 100.
  • the rotary swivel joint 511 may rotate with respect to the fixed swivel joint 513 within an angle range of 0 ° to 18 °. Accordingly, the rod 530 coupled with the rotary swivel joint 511 is rotated within a preset angle (0 ° to 18 ° angle) together with the rotary swivel joint 511, and the rod 530 and the drill pipe 100 are rotated.
  • the fastening position can be matched so that fastening is possible through matching.
  • recessed portions 511b and 513b are provided with recessed regions on both sides contacting the recessed and projecting portions 511a and 513a so as to have a step, and a sliding member (not shown) in the recessed region.
  • the sliding member may be provided with a bearing tape, and the fixed swivel joint 513 and the rotary swivel joint 511 are provided in the direction of gravity, so that only the recess 513b of the fixed swivel joint 513 provided below is provided.
  • a sliding member may be provided.
  • the height of the sliding member provided in the recess 513b of the fixed swivel joint 513 is higher than the height of the step. Therefore, when the rotary swivel joint 511 and the fixed swivel joint 513 are engaged, the uneven portion 511a of the rotary swivel joint 511 is in direct contact with the sliding member, and the recess 513b of the fixed swivel joint 513 is different. Indirect contact with the sliding member. Accordingly, friction between the fixed swivel joint 513 and the rotary swivel joint 511 can be prevented, and the rotary swivel joint 511 can be rotated more smoothly by the sliding member.
  • the rotary swivel joint 511 that rotates by a predetermined interval with respect to the fixed swivel joint 513 is connected to the hydraulic cylinder 550 providing a rotational driving force can be rotated by the hydraulic cylinder 550.
  • the drill pipe 100 may also be rotated together by driving of the gear box unit, so that the drill pipe 100 and the swivel joint part 500 may be rotated.
  • the coupling was to rotate the drill pipe 100 was able to easily match the fastening position.
  • the gear box unit 400 is provided below the drill pipe 100 so that the drill pipe 100 is not rotated, the rod 530 of the drill pipe 100 and the swivel joint part 500. It was difficult to match the fastening position so that the mated and fastened.
  • the rotary swivel joint 511 connected to the rod 530 is a predetermined angle range
  • the rod 530 is also rotated together with the rotary swivel joint 511 so that the rod 530 and the drill pipe 100 can be easily matched to each other so that the rod 530 can be engaged by mating. It can have an effect.
  • the sealing unit is coupled to the gear box unit providing the driving force to the bit body unit, thereby maintaining the watertightness inside the gear box. Therefore, the gearbox unit can be arranged in the water even if the reverse circulation excavation device performs the excavation work underwater, and since the bit body unit and the gear box unit can be directly connected, the driving force of the bit body unit can be improved.
  • the gear box unit is directly connected to the bit body unit and positioned under the reverse circulation excavation device, the stability and verticality of the excavation work may be improved.
  • the gear box unit is located on top of the reverse circulation drilling rig and the gear box unit operates to rotate the bit body unit, the drill pipe provided between the gear box unit and the bit body unit can also rotate together. For this reason, as the reverse circulation excavation work progresses, vibrations are generated due to the rotation of the entire reverse circulation excavation device, thereby lowering the stability of the excavation work, and there is a problem in that the verticality is not kept constant.
  • the detailed description of the embodiment of the reverse circulation excavation device described the features of the reverse circulation excavation device according to the present invention on the background of the case used in the sea, but this is only an exemplary description and the reverse circulation according to the present invention.
  • the excavation device can be used equally on land as well as at sea.
  • the reverse circulation excavation device in order to discharge the slime using water during excavation, the watertightness of the gear box unit 400 needs to be maintained the same as at sea as well as at sea. Therefore, the reverse circulation excavation device according to the embodiment of the present invention is not limited to the sea or the land, but can be used anywhere the reverse circulation excavation method is applied.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 역순환 굴착 장치는 연직 방향으로 복수 개 연결되는 드릴 파이프; 상기 복수 개의 드릴 파이의 수평 이동이 방지되도록 상기 복수 개의 드릴 파이프의 외주를 따라 구비되는 복수 개의 스태빌라이저; 복수 개 연결된 상기 드릴 파이프와 연결되며 준설면을 굴착하는 복수 개의 롤러 비트가 구비된 비트 바디 유닛; 및복수 개 연결된 상기 드릴 파이프와 상기 비트 바디 유닛 사이에 구비되어 상기 비트 바디에 구동력을 전달하는 기어 박스 유닛을 포함하고, 기어가 구비된 기어 박스 유닛의 일측에 실링 유닛을 결합시킴으로써 기어 박스 수중에 배치되어도 기억 박스 내부의 수밀 유지력이 향상되어 기어 박스 내부에 수분이 침투하는 것을 방지하고, 기어 박스 유닛을 비트 바디 유닛과 직접 연결시켜 비트 바디 유닛의 구동력을 향상시킬 수 있는 역순환 굴착 장치를 제공할 수 있다.

Description

역순환 굴착 장치
본 발명은 역순환 굴착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수중구조물을 설치하기 위해 수중구조물이 설치되는 준설면을 굴착할 수 있는 역순환 굴착 장치에 관한 것이다.
일반적으로 산업시설은 공업용수를 많이 필요로 하며, 산업시설 중 특히 발전시설은 충분한 수자원의 확보를 위해 통상 임해지역에 건설된다.
상기 발전시설 중 일례로서 원자력 발전시설은, 우라늄의 핵분열 시 발생되는 열을 이용하여 증기 발생기의 물을 증기로 만들고, 그 증기의 힘으로 터빈을 가동시켜 전기를 발생시키기 위한 발전시설이다.
상기 터빈의 가동에 이용되는 증기는 복수기에서 냉각되어 물로 만들어져 다시 증기발생기로 보내지게 된다. 이때 사용되는 냉각수는 해수로서 충분히 냉각용으로 사용되면 온배수가 되어 수중 수직구를 통해 배출된다.
그런데 온배수를 심층에서 배출하는 이유는 온배수가 해저면을 통해 방출되면 해수의 온도가 비교적 낮은 심층해수와 혼합되어 희석되기 때문에 표층해수의 온도 상승을 줄여 해양의 생태계 파괴를 최소화할 수 있기 때문이다.
이와 같이 심층 취/배수 시설은 원자력 발전소 외에 화력발전소나 제철소 및 일반 산업시설 등에 주로 적용된다.
최근에는 이러한 취/배수 시설을 시공할 때에 RCD(Reverse Circulation Drill) 공법이 많이 사용되고 있고, RCD 공법에서 준설면을 굴착하기 위해 역순환 굴착 장치가 사용되며, 등록특허공보 제 10-0880365호에는 이러한 역순환 굴착 장치가 개시되어 있다.
등록특허공보 제 10-0880365호를 통해 알 수 있듯이, 역순환 굴착 장치는 하부에 준설면을 굴착하는 비트가 구비되어 있으며, 비트가 회전을 하면서 준설면을 굴착하게 되는 것이다. 구동력을 제공하는 구동부에 연결된 기어박스에 구비되는 복수 개의 기어가 회전을 하면, 비트가 상기 복수 개의 기어에 연동하여 회전하게 된다.
그런데 이러한 역순환 굴착 장치는, 수중에서 굴착 작업이 이루어지는 특성으로 인해 비트와 연동하는 기어박스를 수면 밖으로 배치한다. 이는 기어박스가 수중에 배치되었을 때 물이 그 내부로 침투하여 기어의 구동력이 떨어져 원활하게 작동되지 않거나, 수분 접촉으로 인해 녹슬거나 손상되는 것을 방지하기 위해서이다.
그러나 이와 같이 복수 개의 기어를 수면 밖으로 배치하면 복수 개의 기어와 비트 사이의 이격된 거리가 너무 멀어지기 때문에 비트로 전달되는 구동력이 약해져 굴착 작업이 더디게 진행될 수 있는 문제점이 발생한다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 롤러 비트가 구비된 비트 바디 유닛을 회동시키는 기어 박스 유닛을 비트 바디 유닛과 직접 연결시켜 물 속에 잠길 수 있도록 구비하되 기어 박스 유닛 내부 수밀성이 유지되도록 하여 기어의 손상을 방지하고, 비트 바디 유닛의 구동력을 향상시킨 역순환 굴착 장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 연직 방향으로 복수 개 연결되는 드릴 파이프; 상기 복수 개의 드릴 파이의 수평 이동이 방지되도록 상기 복수 개의 드릴 파이프의 외주를 따라 구비되는 복수 개의 스태빌라이저; 복수 개 연결된 상기 드릴 파이프와 연결되며 준설면을 굴착하는 복수 개의 롤러 비트가 구비된 비트 바디 유닛; 및 복수 개 연결된 상기 드릴 파이프와 상기 비트 바디 유닛 사이에 구비되어 상기 비트 바디에 구동력을 전달하는 기어 박스 유닛을 포함하되, 상기 기어 박스 유닛은, 상기 기어 박스 내부로 물이 침투되는 것을 방지하도록 상기 기어 박스 유닛의 일측에 결합되어 상기 기어 박스 유닛의 수밀 유지력을 향상시키는 실링 유닛을 포함하는 역순환 굴착 장치를 제공한다.
본 발명은 기어가 구비된 기어 박스 유닛의 일측에 실링 유닛을 결합시킴으로써 굴착토를 슬라임 형태로 배출시키는 작업을 위해 기어 박스가 수중에 배치되어도 기어 박스 내부의 수밀성이 유지될 수 있어 기어 박스 내부에 수분이 침투하는 것이 방지되고, 이를 통해 기어 박스 유닛이 비트 바디 유닛과 직접적으로 연결될 수 있어 비트 바디 유닛의 구동력이 크게 향상될 수 있다.
또한, 기어 박스 유닛이 비트 바디 유닛과 직접적으로 연결되도록 하부에 위치하여 구동력이 드릴 파이프를 통해 전달되는 것이 아니라 비트 바디 유닛에 바로 전달되기 때문에 역순환 굴착 작업 시 역순환 굴착 장치에서 발생되는 진동이 감소되어 굴착 작업의 안정성이 향상되는 역순환 굴착 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 역순환 굴착 장치의 일부 단면이 도시된 정면도이다.
도 2는 도 1에 따른 드릴 파이프의 일부 단면이 도시된 정면도이다.
도 3은 도 1에 따른 기어 박스 유닛의 평면도이다.
도 4는 도 1에 따른 기어 박스 유닛의 단면도이다.
도 5는 도 4의 "A" 확대 도시된 단면도이다.
도 6은 도 1에 따른 비트 바디 유닛의 저면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비트 바디 유닛의 저면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스위블 조인트부의 단면도이다.
도 9는 도 8의 "B" 부분의 확대 단면도이다.
도 10a는 고정 스위블 조인트 및 회전 스위블 조인트의 평면도이다.
도 10b는 고정 스위블 조인트 및 회전 스위블 조인트의 측면도이다.
도 11은 도 10b의 "C" 부분의 측면 일부 확대도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 역순환 굴착 장치는, 복수 개 연결되는 드릴 파이프(100)와, 드릴 파이프(100)의 외주를 따라 구비되는 복수 개의 스태빌라이저(200)와, 드릴 파이프(100)와 연결되는 비트 바디 유닛(300)과, 드릴 파이프(100)와 비트 바디 유닛(300) 사이에 구비되는 기어 박스 유닛(400)을 포함한다.
드릴 파이프(100)는 비트 바디 유닛(300)이 준설면의 굴착되는 부분까지 근접할 수 있도록 연직 방향으로 복수 개 연결하여 구비될 수 있다. 이를 통하여 역순환 굴착 장치의 전체 길이를 늘릴 수 있다. 그리고 비트 바디 유닛(300)이 굴착하는 깊이에 맞추어 단계적으로 드릴 파이프(100)를 더 연결시킬 수 있다.
예시적으로 드릴 파이프(100)는 길이 방향으로 양 측에 플랜지가 형성되어 있어 드릴 파이프(100)를 복수 개 연결할 때에는 플랜지를 맞닿게 한 후 볼트 체결하여 결합시킬 수 있다. 복수 개의 드릴 파이프(100)는 서로 다른 다양한 길이를 가질 수 있게 형성되되, 복수 개의 드릴 파이프(100)의 연결을 위해서는 동일한 직경을 갖도록 구비하는 것이 바람직하다. 다만, 굴착 깊이가 깊어짐에 따라 드릴 파이프(100)에 소정 이상의 강성이 요구되는 경우에는 이러한 요구되는 강성에 맞추어 드릴 파이프(100)의 직경이나 두께 등을 조정할 수 있다.
드릴 파이프(100)는 중심축을 따라 비트 바디 유닛(300, 300')에 의해 굴착된 굴착토가 물과 섞인 상태인 슬라임을 배출할 수 있는 배출통로(110)가 형성되어 있고, 배출통로(110)는 후술될 비트 바디 유닛(300)에 형성된 배출홀(330, 330')과 연결된다.
그리고 에어 공급통로(130)가 배출통로(110)을 기준으로 이를테면 상호 대칭으로 형성되어 있다. 에어 공급통로(130)는 역순환 굴착 장치의 외부에서 공급되는 에어(air)가 비트 바디 유닛(300,300')으로 전달될 수 있도록 형성되는 것으로, 에어 공급통로(130)를 통해 고압의 에어가 공급됨으로써 비트 바디 유닛(300,300')에 의해 굴착된 슬라임이 이러한 고압의 에어를 통해 밀려 올라가 외부로 배출될 수 있다.
스태빌라이저(200)는 복수 개 연결되는 드릴 파이프(100)의 외주면에 복수 개가 상호 이격되도록 구비될 수 있다. 스태빌라이저(200)는 역순환 굴착 장치가 굴착 할 때 케이싱의 내주면 또는 굴착된 부분의 측면에 접하여 역순환 굴착 장치를 안정적으로 클램핑(지지)하는 역할을 한다.
예시적으로, 스태빌라이저(200)는 유압실린더를 구비함으로써 더욱 강력하게 케이싱에 대한 클램핑이나 굴착된 부분에 대한 클램핑이 이루어져 굴착 작업을 안정적으로 할 수 있게 도와주는 역할을 할 수 있다.
한편, 스태빌라이저(200)는 케이싱의 직경 및 굴착되는 부분의 직경에 따라 사이즈 조절이 가능하기 때문에, 각기 다른 직경을 갖는 역순환 굴착 장치로 굴착을 하더라도 비트 바디 유닛(300,300')만 교체하여 연속적으로 굴착 작업을 진행할 수 있다.
기어 박스 유닛(400)은 복수 개 연결되는 드릴 파이프(100)의 일측과 비트 바디 유닛(300) 사이에 구비되어 비트 바디 유닛(300)이 회동할 수 있는 구동력을 제공하는 역할을 한다.
기어 박스 유닛(400)은 중심축을 따라 중공이 형성된 기어 박스(410)와, 기어 박스(410)의 내부에 중공측으로 삽입된 메인 기어(420)과, 메인 기어(420)의 둘레 방향을 따라 맞물리는 복수 개의 보조 기어(430)와, 기어 박스(410) 일측에는 기어 박스(410) 내부로 물이 침투되는 것을 방지하여 기어 박스 (410)의 내부의 수밀을 유지시키는 실링 유닛(450)을 포함한다.
기어 박스(410)는 원통형으로 형성될 수 있으며, 전술한 바와 같이 중심축을 따라 중공이 형성되어 있고, 기어 박스(410)의 일측은 내부에 메인 기어(420)과 보조 기어(430)들이 구비될 수 있도록 개구될 수 있다.
기어 박스(410) 내부에 구비되는 메인 기어(420)과 보조 기어(430)들은 맞물려 회전한다. 기어 박스 유닛(400)과 연결된 비트 바디 유닛(400)에 구비된 롤러 비트(410)는 메인 기어(420)과 보조 기어(430)들의 맞물림 회전에 연동되어 회동할 수 있다.
전술한 실링 유닛(450)은 기어 박스(410)의 개구된 부분에 결합되는데 기어 박스(410) 내부로 물이 침투되는 것을 방지하여 메인 기어(420)와 보조 기어(430)들이 녹슬거나 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다.
실링 유닛(450)은 아웃웨어 링(451)과, 이너웨어 링(453)과, 실 하우징(455)과, 실링 부재(457)를 포함한다.
아웃웨어 링(451)은 기어 박스(410)의 중공측 내주에 결합되되 메인 기어(420)과 볼트에 의해 체결된다. 이너웨어 링(453)은 아웃웨어 링(451)의 외주에 결합되되 메인 기어(420)와 볼트에 의해 체결된다. 마지막으로 실 하우징(455)은 이너웨어 링(451)의 외주에 결합되되 기어 박스(410)의 일측과 볼트에 의해 체결된다.
실링 부재(457)는 아웃웨어 링(451)과 이너웨어 링(453) 사이, 이너웨어 링(453)과 실 하우징(455) 사이에 구비되며, 이너웨어 링(453)과 실 하우징(455)에는 실링 부재(457)가 구비될 수 있는 실링홈(453a, 455a)이 형성된다.
실링 부재(457)는 상호 이격되어 복수 개 구비될 수 있으며, 실링 부재(457)가 구비되는 실링홈(453a, 455a)도 상호 이격되어 복수 개 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 실링 부재(457)는 예시적으로 "U"자 형 패킹에 구리스를 주입한 오일 씰(oil-seal)과 같은 형태로 구비될 수 있다. 따라서 실링 유닛(450)은 구리스를 자동으로 주입할 수 있는 구리스 자동 주입기를 더 구비할 수 있다.
이를 테면, 구리스 자동 주입기는 외부에서 공급되는 구리스를 실링 유닛(450)으로 공급하는 구리스 펌핑 장치(미도시)와, 실링 유닛(450)에 장착된 구리스 리플(459)과, 구리스 펌핑 장치와 구리스 리플(459) 사이에 구비되어 구리스 펌핑 장치와 구리스 리플(459)을 연결시키는 호스(미도시)를 포함할 수 있다. 단, 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예를 나타내는 도면에서는 실링 유닛(450)과 연결되는 부분인 구리스 자동 주입기의 구성 중 구리스 리플(459)의 구성만 도시하였다.
실링 유닛(450)에 구리스 리플(459)이 구비되는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 이너웨어 링(453)에 구비되는 실링 홈(453a)에는 아웃웨어 링(451)에 결합된 구리스 리플(459)이 구리스를 주입할 수 있고, 실 하우징(455)에 구비된 실링 홈(455a)에는 실 하우징(455)에 결합된 구리스 리플(459)이 구리스를 주입할 수 있다.
구리스는 굴착 작업 시 수중에 위치하는 기어 박스 유닛(400)의 기어 박스(410) 내부로 물이 침투하는 것을 방지하기 위해 주입된다. 아울러, 실링 부재(457)가 압력이 작용하는 방향으로 "U"자의 상단(벌어진 부분)이 향하도록 "U"자형 패킹이 구비됨으로써, 압력이 작용하는 방향에 대해 "U"자의 상단(벌어진 부분)이 더욱 벌어짐으로써 수밀성이 강화될 수 있다. 이와 같이 "U"자 형 패킹 형태로 구비되는 실링 부재(457)와 함께, 틈새에 구리스가 소정의 압력으로 공급됨으로써, 압력의 작용에 대한 저항성이 보다 높아져 보다 확실한 수밀성이 확보될 수 있다.
그리고 "U"자 형 패킹의 이러한 벌어진 부분을 통해, 물 밖에서 구리스가 아웃웨어 링(451)과 이너웨어 링(453) 사이의 틈새 및 이너웨어 링(453)과 실 하우징(455) 사이의 틈새로 누유되는 것이 방지될 수 있는 효과도 있다. 예를 들면, 이너웨어 링(453)과 실 하우징(455)에 각각 4개의 실링 부재(457)가 구비되는데, 그 중 하나의 실링 부재(457)는 기어 박스(410)의 내부압을 견딜 수 있도록 구비되고 나머지는 기어 박스(410)의 외부압을 견딜 수 있으며 수밀 유지를 할 수 있도록 구비된다.
즉, 4개의 "U"자 형 패킹 중 내부압을 견딜 수 있도록 구비되는 하나는 기어 박스(410)의 내부 측으로 벌어진 부분이 배치되도록 구비되는 것이고, 나머지 3개의 "U"자 형 패킹은 기어 박스(410)의 외부 측으로 벌어진 부분이 배치되도록 구비되는 것이다.
이와 같이 구리스 리플(459)을 통해 구리스를 지속적으로 주입하게 되면 "U"자 형 패킹의 벌어진 부분이 구리스가 주입되는 압력에 의해 더 벌어지게 되어 실링 효과가 더욱 향상될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 기어 박스 유닛(400)은 역순환 굴착 장치의 굴착 작업이 수중에서 이루어질 수 있기 때문에 기어 박스 드럼(401)에 의해 한번 더 커버되어 구비될 수 있으며, 기어 박스 드럼(401)에 의해 커버되면 물이 침투되는 것을 보조적으로 예방할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
또한, 기어 박스 유닛(400)의 이러한 수밀성의 확보를 통해 기어 박스 유닛(400)이 비트 바디 유닛(300)과 이웃하여 연결될 수 있게 되므로, 비트 바디 유닛(300,300')의 구동력이 크게 향상될 수 있다.
*종래에는 기어 박스 유닛의 수밀을 유지하기 어려웠기 때문에 역순환 굴착 장치가 수중 굴착 작업을 할 경우를 대비하여 기어 박스 유닛을 비트 바디 유닛과 먼 거리로 이격시켰다. 따라서 역순환 굴착 장치가 수중 굴착 작업을 할 때에 기어 박스 유닛이 물 밖에 위치하도록 구비되었고, 기어 박스 유닛과 비트 바디 유닛과의 이격된 거리가 멀어지면서 비트 바디 유닛으로 구동력 전달이 제대로 이루어지지 않았다.
그러나 본 발명의 실시예와 같이 기어 박스 유닛(400)에 실링 유닛(450)을 결합시켜 수밀 유지력을 향상시키면 기어 박스 유닛(400)을 수중에 위치시킬 수 있으며, 기어 박스 유닛(400)과 비트 바디 유닛(300,300')을 가까이 연결시킬 수 있어 전술한 바와 같이 비트 바디 유닛(300,300')의 구동력을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
기어 박스 유닛(400)과 연결된 비트 바디 유닛(300,300')은 기어 박스 유닛(400)에 의해 연결 파이프(100)와 연결되어 있으며, 준설면을 굴착하는 역할을 하기도 한다.
비트 바디 유닛(300,300')에는 준설면과 접하는 일측에 준설면을 직접 굴착하는 롤러 비트(310,310')가 복수 개 구비되어 있다. 예를 들어 본 발명의 실시예에서는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 복수 개의 롤러 비트(310,310')가 비트 바디 유닛(300,300')의 중심축을 기준으로 나선형으로 구비될 수 있다.
비트 바디 유닛(300,300')에는 중심축을 기준으로 상호 대칭되는 배출홀(330,330')이 형성되어 있다. 복수 개의 롤러 비트(310,310')가 나선형으로 구비됨으로써 비트 바디 유닛(300,300')이 준설면을 굴착할 때 굴착토와 물이 섞인 슬라임이 롤러 비트(310,310')의 나선 형상 가이드에 의해 비트 바디 유닛(300,300')에 형성된 배출홀(310,310')로 배출될 수 있다.
한편, 도 6 와 도 7은 직경이 서로 다른 비트 바디 유닛(300, 300')이 도시된 것으로, 도 7에 도시된 비트 바디 유닛(300')은 도 6에 도시된 비트 바디 유닛(300)보다 직경이 더 큰 것이다.
비트 바디 유닛(300, 300')의 직경의 사이즈에 상관없이 롤러 비트(310, 310')는 동일하게 중심축으로 기준으로 나선형으로 형성된다. 그리고 도 7과 같이 직경이 더 큰 비트 바디 유닛(300')의 경우 일부 영역에만 롤러 비트(310')가 형성될 수도 있다. 또한, 직경이 큰 비트 바디 유닛(300')에 형성된 배출홀(330')의 상호 이격된 간격은 직경이 작은 비트 바디 유닛(300)에 형성된 배출홀(330)의 상호 이격된 간격보다 더 멀게 형성될 수 있다.
배출홀(330, 330')은 롤러 비트(310, 310')가 구비된 측에서 보면, 상호 이격되어 개별적으로 형성될 수 있지만, 예시적으로는 기어 박스 유닛(400)과 연결되는 측으로 향할수록 상호 이격된 배출홀(330, 330')이 연결되어 형성될 수도 있다.
이렇게 슬라임이 배출되는 배출홀(330, 330') 연결되어 형성되면 슬라임이 드릴 파이프(100)에 형성된 배출통로(110)를 통해 보다 수월하게 배출될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스위블 조인트부의 단면도이고, 도 9는 도 8의 "B" 부분의 확대 단면도이며, 도 10a는 고정 스위블 조인트 및 회전 스위블 조인트의 평면도이고, 도 10b는 고정 스위블 조인트 및 회전 스위블 조인트의 측면도이며, 도 11은 도 10b의 "C" 부분의 측면 일부 확대도이다.
도 8 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 역순환 굴착 장치는 스위블 조인트부(500)를 더 포함할 수 있고, 스위블 조인트부(500)는 도면에는 도시되지 않았지만 마스터 붐에 구비될 수 있다.
스위블 조인트부(500)는 드릴 파이프(100)의 상측에 배치되어 드릴 파이프(100)와의 정합을 통한 체결을 할 수 있도록 일부가 회전 가능하게 구비될 수 있으며, 전술한 바와 같이 마스터 붐에 구비될 수 있고 해상에서 역순환 굴착 작업을 하는 경우에는 마스터 붐에 구비된 채로 잭 업 바지에 배치될 수 있다.
이와 같은 스위블 조인트부(500)는 본체(501), 로드(530), 고정 스위블 조인트(513), 회전 스위블 조인트(511) 및 유압 실린더(550)를 포함할 수 있다.
본체(501)에는 드릴 파이프(100)가 착탈 가능하게 체결되는 로드(530)가 구비될 수 있다. 전술한 바와 같이 스위블 조인트부(500)가 드릴 파이프(100)와 정합을 통한 체결을 하기 위해서는 일부가 회전될 수 있으며, 예시적으로는 로드(530)가 미리 설정된 각도만큼 회전될 수 있다.
보다 상세하게는 로드(530)가 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)에 의해 미리 설정된 각도만큼 회전될 수 있다. 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)는 로드(530)가 드릴 파이프(100)와 정합을 통한 체결을 할 수 있도록(로드(530)와 드릴 파이프(100)의 모든 체결 위치가 일치될 수 있도록) 로드(530)를 미리 설정된 각도만큼 회전시키는 역할을 할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)가 도시된 것으로, 도면에 도시된 바와 같이 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)는 동일한 형태로 형성될 수 있다. 그리고 회전 스위블 조인트(511)가 미리 설정된 각도만큼 회전 가능하도록 고정 스위블 조인트(513)와 맞물려 결합되고, 예시적으로 고정 스위블 조인트(513)는 회전 스위블 조인트(511)의 하측에 배치된다.
스위블 조인트(511, 513)는 원형의 몸체에 일측 방향으로 돌출되되, 원형의 몸체 둘레 방향을 따라 이격되어 형성되는 요철부(511a, 513a)와, 요철부(511a, 513a)사이의 이격 공간에 형성되는 요홈부(511b, 513b)를 포함할 수 있다. 도 10a를 참고하면, "凸" 형상이 표시된 부분이 요철부(511a, 513a)를 나타내는 것이고, "凹" 형상이 표시된 부분이 요홈부(511b, 513b)를 나타내는 것이다.
고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)를 맞물려 구비할 때에는 고정 스위블 조인트(513)를 회전 스위블 조인트(511)의 하측에 배치한 후, 고정 스위블 조인트(513)의 요철부(513a)와 회전 스위블 조인트(511)의 요철부(511a)가 상호 마주하도록 구비할 수 있다. 이 때, 고정 스위블 조인트(513)의 요철부(513a)는 회전 스위블 조인트(511)의 요홈부(511b)와 대응되고, 회전 스위블 조인트(511)의 요철부(511a)는 고정 스위블 조인트(513)의 요홈부(513b)와 대응되어 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)가 맞물릴 수 있다.
고정 스위블 조인트(513)는 스위블 조인트부(500)의 본체(501)에 고정되게 결합될 수 있고, 회전 스위블 조인트(511)는 로드(530)에 고정되게 결합되어 로드(530)가 회전 스위블 조인트(511)와 함께 미리 설정된 각도만큼 회전할 수 있다. 여기서 미리 설정된 각도는 로드(530)와 체결되는 드릴 파이프(100)의 일단에 둘레 방향을 따라 이격 형성되는 체결구 사이의 중심각보다 크게 설정될 수 있다.
도 10a를 참고하여 보면, 요홈부(511b, 513b)의 중심각(b)의 크기는 요철부(511a, 513a)의 중심각(a)의 크기보다 크게 형성될 수 있다. 따라서 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)가 맞물리면 요홈부(511b, 513b)의 중심각(b)과 요철부(511a, 513a)의 중심각(a) 크기의 차이만큼 회전 스위블 조인트(511)가 고정 스위블 조인트(513)에 대해 회전할 수 있다. 즉, 요홈부(511b, 513b)의 중심각(b)과 요철부(511a, 513a)의 중심각(a)의 각도의 차이가 미리 설정된 각도일 수 있다.
따라서 요홈부(511b, 513b)의 중심각(b)과 요철부(511a, 513a)의 중심각(a) 크기의 차는 전술한 드릴 파이프(100)의 일단에 둘레 방향을 따라 이격 형성된 체결구 사이의 중심각보다 크게 설정될 수 있다.
예시적으로 본 발명의 실시예에서 요홈부(511b, 513b)의 중심각(b)과 요철부(511a, 513a)의 중심각(a)의 차이는 18˚ 일 수 있는데, 이 18˚의 각도는 드릴 파이프(100)의 일단에 둘레 방향을 따라 이격 형성된 체결구 중 서로 이웃하는 체결구가 드릴 파이프(100)의 중심에 대해 이루는 각도인 체결구 사이의 중심각보다 큰 값일 수 있다.
따라서 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)가 맞물리면 회전 스위블 조인트(511)가 고정 스위블 조인트(513)에 대해 0˚ 내지 18˚ 각도 범위 내에서 회전할 수 있다. 이에 따라 회전 스위블 조인트(511)와 결합된 로드(530)는 회전 스위블 조인트(511)와 함께 미리 설정된 각도(0˚ 내지 18˚ 각도)내에서 회전되면서, 로드(530)와 드릴 파이프(100) 가 정합을 통한 체결이 되도록 체결위치를 일치시킬 수 있다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 요홈부(511b, 513b)에는 요철부(511a, 513a)와 접하는 양 측에 단차를 가질 수 있게 함몰된 영역이 형성되고, 함몰된 영역에는 미끄럼 부재(미도시)가 구비될 수 있다. 예시적으로 미끄럼 부재는 베어링 테이프로 구비될 수 있으며, 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)가 중력 방향으로 구비되므로 하측에 구비되는 고정 스위블 조인트(513)의 요홈부(513b)에만 미끄럼 부재가 구비될 수 있다.
고정 스위블 조인트(513)의 요홈부(513b)에 구비되는 미끄럼 부재의 높이는 단차의 높이보다 높다. 그러므로 회전 스위블 조인트(511)와 고정 스위블 조인트(513)가 맞물렸을 때 회전 스위블 조인트(511)의 요철부(511a)는 미끄럼 부재와 직접 접하고, 고정 스위블 조인트(513)의 요홈부(513b)와는 미끄럼 부재에 의해 간접적으로 접한다. 따라서 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511) 사이에 마찰이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 미끄럼 부재에 의해 회전 스위블 조인트(511)가 보다 부드럽게 회전될 수 있다.
한편, 고정 스위블 조인트(513)에 대해 미리 설정된 간격만큼 회전하는 회전 스위블 조인트(511)는 회전 구동력을 제공하는 유압 실린더(550)가 연결되어 있어 유압 실린더(550) 에 의해 회전될 수 있다.
종래의 역순환 굴착 장치에서는 기어 박스 유닛이 드릴 파이프의 상측에 구비되어 있었기 때문에 기어 박스 유닛의 구동에 의해 드릴 파이프(100)도 함께 회전될 수 있어 드릴 파이프(100)와 스위블 조인트부(500)가 결합을 할 때 드릴 파이프(100)를 회전시켜 체결 위치를 손쉽게 일치시킬 수 있었다.
본 발명의 실시예에서는 기어 박스 유닛(400)이 드릴 파이프(100)의 하측에 구비되어 드릴 파이프(100)가 회전되지 않기 때문에 드릴 파이프(100)와 스위블 조인트부(500)의 로드(530)가 정합되어 체결되도록 체결 위치를 일치시키기 어려웠다. 그러나 본 발명의 실시예에서와 같이 스위블 조인트부(500)에 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)를 구비함으로써, 로드(530)와 연결된 회전 스위블 조인트(511)를 미리 설정된 각도 범위 내에서 회전시킬 수 있으며, 로드(530)도 회전 스위블 조인트(511)와 함께 회전되기 때문에 로드(530)와 드릴 파이프(100)가 정합을 통한 체결을 할 수 있도록 체결 위치를 보다 용이하게 일치시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 역순환 굴착 장치를 사용하게 되면, 비트 바디 유닛으로 구동력을 제공하는 기어 박스 유닛에 실링 유닛이 결합되어 기어 박스 내부의 수밀성을 유지시킬 있다. 따라서 역순환 굴착 장치가 수중에서 굴착 작업을 하더라도 기어 박스 유닛을 수중에 배치할 수 있으며, 비트 바디 유닛과 기어 박스 유닛이 직접 연결될 수 있기 때문에 비트 바디 유닛의 구동력을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 준설면을 굴착하는 비트 바디 유닛의 롤러 비트가 중심축을 기준으로 나선형으로 복수 개 구비되기 때문에 비트 바디 유닛에 의해 굴착되어 생성되는 슬라임이 롤러 비트의 나선 형상에 가이드되어 배출홀을 통해 배출될 수 있다.
그리고 기어 박스 유닛이 비트 바디 유닛과 직접적으로 연결되어 역순환 굴착 장치의 하부에 위치하기 때문에 굴착 작업의 안정성과 수직도가 향상될 수 있다. 종래에는 기어 박스 유닛이 역순환 굴착 장치의 상부에 위치하여 기어 박스 유닛이 비트 바디 유닛을 회전시키기 위해 작동하면 기어 박스 유닛과 비트 바디 유닛 사이에 구비된 드릴 파이프도 함께 회전을 할 수 있었다. 이렇기 때문에 역순환 굴착 작업을 진행할수록 역순환 굴착 장치 전체에 회전으로 인한 진동이 발생되어 굴착 작업의 안정성이 낮아지고, 수직도도 일정하게 유지되지 않는 문제점이 있었다.
그러나 본 발명의 일 실시예에서와 같이 기어 박스 유닛이 비트 바디 유닛과 직접적으로 연결되어 역순환 굴착 장치의 하부에 위치하게 되면 비트 바디 유닛을 회전시키기 위해 기어 박스 유닛이 작동되어도 비트 바디 유닛만 회전되기 때문에 굴착 작업으로 인한 진동이 현저히 줄어들어 안정성이 향상되고, 굴착 작업의 수직도도 일정하게 유지시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 역순환 굴착 장치의 실시예에 대한 상세한 설명에서는 해상에서 사용되는 경우를 배경으로 본 발명에 따른 역순환 굴착 장치의 특징을 설명하였으나, 이는 예시적인 설명일 뿐이며 본 발명에 따른 역순환 굴착 장치는 해상뿐 아니라 육상에서도 동일하게 사용될 수 있다.
특히, 역순환 굴착(RCD)에 있어서, 굴착 시 물을 이용하여 슬라임을 배출하기 위해서는 해상뿐 아니라 육상에서도 기어 박스 유닛(400)의 수밀성이 해상에서와 동일하게 유지될 필요가 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 역순환 굴착 장치는 해상 또는 육상에 한정되어 적용되는 것이 아니라, 역순환 굴착 방식이 적용되는 모든 곳에 이용될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 역순환 굴착 장치에 있어서,
    연직 방향으로 복수 개 연결되는 드릴 파이프;
    상기 복수 개의 드릴 파이의 수평 이동이 방지되도록 상기 복수 개의 드릴 파이프의 외주를 따라 구비되는 복수 개의 스태빌라이저;
    복수 개 연결된 상기 드릴 파이프와 연결되며 준설면을 굴착하는 복수 개의 롤러 비트가 구비된 비트 바디 유닛; 및
    복수 개 연결된 상기 드릴 파이프와 상기 비트 바디 유닛 사이에 구비되어 상기 비트 바디에 구동력을 전달하는 기어 박스 유닛을 포함하되,
    상기 기어 박스 유닛은,
    상기 기어 박스 내부로 물이 침투되는 것을 방지하도록 상기 기어 박스 유닛의 일측에 결합되어 상기 기어 박스 유닛의 수밀 유지력을 향상시키는 실링 유닛을 포함하는 역순환 굴착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기어 박스 유닛은,
    상기 기어 박스 유닛의 내주 측에 결합되는 메인 기어; 및
    상기 메인 기어의 둘레 방향을 따라 상기 메인 기어와 맞물리게 결합되는 복수 개의 보조 기어를 포함하는 역순환 굴착 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 실링 유닛은,
    상기 기어 박스 유닛의 일측 내주에 결합되며, 상기 메인 기어와 볼트 체결되는 아웃웨어 링;
    상기 아웃웨어 링의 외주에 결합되며, 상기 메인 기어에 볼트 체결되는 이너웨어 링; 및
    상기 이너웨어 링의 외주에 결합되되 상기 기어 박스 유닛의 일측에 볼트 체결되는 실 하우징을 포함하되,
    상기 아웃웨어 링과 상기 이너웨어 링 사이 및 상기 이너웨어 링과 상기 실 하우징 사이에는 수밀 유지를 위한 실링 부재가 구비되는 역순환 굴착 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 실링 부재는 구리스가 주입되는 오일 씰(oil-seal)인 것이며,
    상기 기어 박스 유닛에는 상기 구리스가 주입되기 위한 구리스 자동 주입기가 더 구비되는 역순환 굴착 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 실링 부재는 "U"자 형 패킹인 것인 역순환 굴착 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 이너웨어 링 및 상기 실 하우징에는 상기 실링 부재가 구비될 수 있는 실링 홈이 형성되고,
    상기 실링 홈은 상호 이격되어 복수 개 형성되는 것인 역순환 굴착 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 실링 부재는 복수 개 구비되며,
    상기 실링 부재 중 적어도 하나는 상기 기어 박스 유닛 내부압을 견딜 수 있도록 구비되고,
    상기 실링 부재 중 적어도 하나 이상은 상기 기어 박스 유닛 외부압을 견딜 수 있으며, 수밀 유지를 할 수 있도록 구비되는 역순환 굴착 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 롤러 비트는 상기 비트 바디 유닛이 상기 준설면과 마주하는 일측면에 상기 비트 바디 유닛의 중심축을 기준으로 나선형으로 배치되어 복수 개 구비되는 것인 역순환 굴착 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 비트 바디 유닛에는 상기 롤러 비트에 의해 굴착된 굴착토가 배출될 수 있는 배출홀이 형성되는 역순환 굴착 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 굴착토는 나선형으로 배치된 상기 롤러 비트에 의해 안내되어 상기 배출홀을 통해 배출되는 것인 역순환 굴착 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 배출홀은 상기 드릴 파이프와 연결되는 역순환 굴착 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 드릴 파이프에는 상기 드릴 파이프의 중심축을 따라 상기 배출홀과 연결되게 형성된 배출통로; 및
    상기 배출 통로를 기준으로 상호 대칭되어 외부에서 에어를 공급할 수 있도록 형성된 에어 공급통로를 포함하는 역순환 굴착 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 드릴 파이프의 상측에 배치되어, 상기 드릴 파이프와의 정합을 통한 체결을 위해 일부가 회전 가능하게 구비되는 스위블 조인트부를 더 포함하는 역순환 굴착 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 스위블 조인트부는,
    본체;
    상기 본체의 하부에 구비되며, 상기 드릴 파이프가 착탈 가능하게 체결되는 로드;
    상기 본체에 고정 결합되는 고정 스위블 조인트;
    상기 로드에 고정 결합되며, 상기 고정 스위블 조인트에 대해 상대적으로 회전하는 회전 스위블 조인트; 및
    상기 회전 스위블 조인트에 회전 구동력을 제공하는 유압 실린더를 포함하는 역순환 굴착 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 회전 스위블 조인트는 미리 설정된 각도만큼 회전 가능하도록 상기 고정 스위블 조인트와 맞물려 결합되고,
    상기 고정 스위블 조인트는 상기 회전 스위블 조인트의 하측에 배치되는 역순환 굴착 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 회전 스위블 조인트 및 상기 고정 스위블 조인트는,
    몸체의 일측에 상기 몸체의 둘레 방향을 따라 이격되어 돌출 형성되는 요철부; 및
    상기 요철부의 사이의 이격된 공간에 형성되는 요홈부를 포함하고,
    상기 회전 스위블 조인트의 요철부는 상기 고정 스위블 조인트의 요홈부에 상기 미리 설정된 각도만큼 회전 가능하도록 맞물리는 역순환 굴착 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 미리 설정된 각도는 상기 드릴 파이프의 일단에 둘레 방향을 따라 이격 형성되는 체결구 사이의 중심각보다 크게 설정되는 것인 역순환 굴착 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 요홈부에는 상기 요철부와 접하는 양 측에 단차를 갖도록 함몰된 영역이 형성되고, 상기 함몰된 영역에 미끄럼 부재가 구비되는 역순환 굴착 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 미끄럼 부재는 베어링 테이프인 것인 역순환 굴착 장치.
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