CN205063816U - 钻机 - Google Patents

Abstract

一种钻机，包括：基部；钻塔，所述钻塔耦合至所述基部并且从所述基部延伸出来；钻杆，所述钻杆耦合至所述钻塔并且由所述钻塔支撑；空气压缩机，所述空气压缩机耦合至所述基部；原动机，所述原动机耦合至所述空气压缩机；以及液力偶合器，所述液力耦合器设置在所述原动机和所述空气压缩机之间，并且耦合至所述原动机和所述空气压缩机。

Description

钻机

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年8月7日提交的第62/034,623号美国临时申请的优先权，其全部内容被援引并入本文。

技术领域

本实用新型涉及钻机，更具体地，涉及用于爆孔钻机的空气压缩机。

背景技术

爆孔钻机通常用于在采矿工业中钻通硬石。可在全世界的例如煤矿、铜矿以及钻石矿中发现爆孔钻机。爆孔钻机典型地包括基部、从所述基部竖直延伸出来的钻塔、以及结合于所述钻塔并且由所述钻塔支撑的一根或多根钻杆，所述钻杆延伸进入钻孔。所述爆孔钻机也包括由原动机(primemover)驱动的空气压缩机，所述空气压缩机引导压缩空气(例如，100磅/平方英寸)进入所述钻孔，以从所述钻孔的底部将钻屑冲到表面。

浸油旋转螺杆式空气压缩机因其紧凑的尺寸以及较长的工作寿命，已经典型地成为了爆孔钻机中的空气压缩机的首选类型。尽管事实上这些类型的空气压缩机在待机操作时(即，当没有钻孔时)浪费能源和燃料。例如，一些浸油旋转螺杆式空气压缩机在钻孔操作的过程中消耗大约60％或更多的钻机运行功率，但在待机运作的过程中却消耗大约95％。

然而，最近为了满足对更大的钻进速度的要求(即，钻头破坏岩石的速度)，浸油旋转螺杆式空气压缩机的尺寸已经增大。由于浸油旋转螺杆式空气压缩机尺寸的增大以及最近燃料成本的增加，已经需要一种更加节能的方式来在爆孔钻机上产生压缩空气。

为解决该问题的一个尝试是使用机械湿式离合器***，在待机操作的过程中，该***将浸油旋转螺杆式空气压缩机与柴油机断开。然而，所述机械湿式离合器***需要单独的摩擦离合器，该摩擦离合器随时间推移会显著磨损。另外，所述湿式离合器产生的断开会导致所述浸油旋转螺杆式空气压缩机完全停止，这会导致操作员要花费更多的非生产性时间来重新装满空气储存槽/空气分离槽。

为解决该问题的另一个尝试是使用改进的空气控制***，在该***中，所述浸油旋转螺杆式空气压缩机一直保持全速运作(即，满发动机转速)，但是空气从所述浸油旋转螺杆式空气压缩机的排气孔被抽出，并且同时空气被限制进入所述浸油旋转螺杆式空气压缩机，从而在仍然以全速操作所述浸油旋转螺杆式空气压缩机的同时，减小了被压缩的空气的压缩比和压缩量。然而，该空气控制***要求额外的压缩机空气阀和油阀、液压驱动真空泵以及传感器。此外，由于所述浸油旋转螺杆式空气压缩机一直保持全速运作，所述空气控制***在短时间内会遭受显著的旋转磨损。

实用新型内容

根据一个方面，一种钻机包括：基部；钻塔，所述钻塔耦合至所述基部并且从所述基部延伸出来；钻杆，所述钻杆耦合至所述钻塔并且由所述钻塔支撑；空气压缩机，所述空气压缩机耦合至所述基部；原动机，所述原动机耦合至所述空气压缩机；以及液力偶合器，所述液力耦合器设置在所述原动机和所述空气压缩机之间，并且耦合至所述原动机和所述空气压缩机。

通过参照本详细说明和附图，将可进一步明白本实用新型的其它方面。

附图说明

图1是根据一个方面的钻机的侧视图。

图2是图1中所述钻机的空气压缩机、原动机以及液力耦合器的示意图。

图3是图2中的空气压缩机和原动机图以及根据另一方面的液力耦合器的示意图。

在详细解释本实用新型的任何实施例之前，应当明白，本实用新型的应用不限于在以下描述中所讨论的以及在附图中所示出的关于众多部件的构造和排布的细节。本实用新型能够具有其它的实施例，并能够以各种不同的方式来实践或实施。另外，应当明白，本文使用的措辞和术语是用于说明目的，而不应当被认为是限制性的。

具体实施方式

参照图1，爆孔钻机10包括：钻塔14；基部18(即，机械室)，所述基部18位于所述钻塔14下方，所述基部18支撑所述钻塔14；操作员的驾驶室22，所述驾驶室22耦合至所述基部18；以及履带牵引装置26，所述履带牵引装置26通过履带牵引装置驱动器30被驱动，所述履带牵引装置26沿地面34驱动钻机10。所述钻塔14耦合至并且支撑钻杆38(例如，带有图中未显示的钻头)，所述钻杆38被配置成竖直向下穿过地面34并进入钻孔中。在一些实施例中，多根钻杆34连接在一起形成伸入到所述钻孔中的伸长的钻柱。

所述钻机10还包括：调平用千斤顶42，所述调平用千斤顶42耦合至所述基部，所述调平用千斤顶42将所述钻机42支撑在地面34上；撑杆46，所述撑杆46同时耦合至所述基部18和所述钻塔14，所述撑杆46将所述钻塔14支撑在所述机械室18上。所述钻塔14包括钻机头部马达50，所述钻机头部马达50驱动钻机头部54；以及联轴器58，所述联轴器58将所述钻机头部与所述钻杆38的上端结合在一起。

参考图1和图2，所述钻机10进一步包括空气压缩机62，所述空气压缩机耦合至所述基部18并且设置在所述基部18内，以从所述钻孔的底部将钻屑冲到地面。在所示的实施例中，所述空气压缩机62为浸油旋转螺杆式空气压缩机，然而其他实施例可以包括不同类型的空气压缩机。

如图2所示，所述空气压缩机62为注入润滑剂的旋转螺杆式空气压缩机，所述空气压缩机62包括：主旋转体66，所述主旋转体66绕轴68旋转；以及第二旋转体70，所述第二旋转体70绕轴72旋转，所述主旋转体66和第二旋转体70都设置在固定壳体74内。所述固定壳体74包括进气口78和出气口82。所述主旋转体66沿其长度具有螺旋形凸角86以及螺旋形凹槽90，同时所述第二旋转体70沿其长度具有对应的螺旋形凸角94和螺旋形凹槽98。穿过所述进气口78进入的空气填充位于每个旋转体66和70上的所述螺旋形凸角86和94之间的空间。所述旋转体66和70的旋转致使所述气体被限制在所述螺旋形凸角86和94与固定壳体74之间。随着旋转继续，位于所述主旋转体66上的所述螺旋形凸角86滚入位于所述第二旋转体70上的所述螺旋形凹槽98，并且位于所述第二旋转体70上的所述螺旋形凸角94滚入位于所述主旋转体66上的所述螺旋形凹槽90，从而减小所述空气占用的空间并导致压强增大。压缩持续进行，直到所述凸角之间的空间暴露于释放所述压缩空气的所述出气口82。在所述空气的压缩过程中，向所述固定壳体74中注入润滑剂。所述润滑剂对所述相互啮合的旋转体66和70以及关联的轴承(未显示)进行润滑。

继续参照图1和图2，所述空气压缩机62由液力耦合器102驱动。所述液力耦合器102包括输入泵106和单独隔开的输出涡轮110，该两者都绕轴108旋转，并且由位于所述液力耦合器102内的间隙112分开。如图2所示，所述输出涡轮110耦合至所述空气压缩机62的所述主旋转体66，并且所述输入泵106耦合至原动机114(例如，位于所述钻机10内的柴油机的飞轮)。在所示实施例中，所述液力耦合器102为流体动力装置，所述装置使用所述间隙112内的油将动量(momentum)从所述输入泵106转移到所述输出涡轮110。例如，当启动所述原动机114时，所述原动机114致使所述输入泵106旋转，致使靠近所述输入泵106的位于所述间隙112中的油旋转并且被泵送至所述输出涡轮110，从而致使所述输出涡轮110一起旋转。所述输出涡轮110的旋转致使位于所述空气压缩机62内的所述主旋转体66旋转。

继续参照图1和图2，所述液力耦合器102由控制***118最佳地控制。所述控制***118在保持所述原动机114以恒速运行的同时，改变所述液力耦合器102内的油量。控制所述液力耦合器102内的油量会在所述输入泵106和所述输出涡轮110之间产生不同的滑移，从而在所述空气压缩机62中产生变速控制。

所述液力耦合器102的变速控制节约了所述原动机114的燃料和能源。例如，当待机阶段发生时(即，当没有钻孔时)，所述控制***118从所述液力耦合器102内移除一些所述油，这将增大所述输入泵106和所述输出涡轮110之间的滑移，并且致使所述输出涡轮110(以及与其结合的主旋转体66和70)减速。当所述待机阶段结束时(即，当恢复钻孔时)，所述控制***118重新向所述液力耦合器102加入油，然后所述旋转体66和70快速恢复速度以继续全速压缩空气。快速将所述旋转体66和70恢复至全速的能力减小了每次钻孔作业发生时为完全重启所述空气压缩机62典型所需的燃料和能源的量。

在一些实施例中，在操作过程中所述钻机10会经历延长的待机期(例如，当长距离运输所述钻机10时，在操作员倒班的过程中，或者在极寒的环境中，所述原动机114由于可能重启困难而没有关闭)。在这种情况中，所述控制***118从所述液力耦合器102移除全部或者基本上全部的所述油，从而在所述输入泵106和所述输出涡轮110之间形成断开。一旦所述油被排干，所述输出涡轮110和所述旋转体66和70保持静止，但是由于与所述原动机114继续连接，所述输入泵106继续旋转(例如，自由轮)。因此，所述原动机114简单地以相同的速度继续运行，而不必消耗额外的燃料来使自身减速或者重新启动。

所述液力耦合器102的变速控制也有利地提供了软启动选项，当重启所述空气压缩机62时，所述软启动选项允许所述原动机114以更高的燃料效率进行操作。例如，当所述输出涡轮110和所述空气压缩机62的所述旋转体66和70仍保持静止时，油被慢慢加入所述液力耦合器102，所述输出涡轮110和所述旋转体66和70的速度以相应的慢(或软)的方式逐渐增加。这种方式减少了从停止状态启动浸油旋转螺杆式空气压缩机典型所需的燃料和能源的量。

在一些实施例中，所述液力耦合器102也具有作为额外特征的锁定结构122，当所述液力耦合器102以全运转速度或接近全运转速度运行时(例如，当所述输入泵以最大运转速度的70％或更高运行时)，所述锁定结构122将所述输入泵106物理联接和连接至所述输出涡轮110。在一些实施例中，所述锁定结构为一些位于所述输入泵106和/或所述输出涡轮110上的垫片或其他结构，在高速时，这些结构由于离心力而径向展开啮合其他的所述输入泵106或所述输出涡轮110，并且将所述输入泵106的旋转锁定于所述输出涡轮110的旋转。其他实施例包括不同的锁定结构。所述输入泵106对于所述输出涡轮110的旋转锁定消除了在全运转速度时所述输入泵106和所述输出涡轮110之间的滑移，从而最佳地提高所述液力耦合器102和所述空气压缩机62在各种速度时的机械效率。

在一些实施例中，所述液力耦合器102也降低了将所述空气压缩机62中的过量空气排放到周围环境的需求(即，通常指的是放空)。例如，如果浸油旋转螺杆式空气压缩机对于给定的钻孔过大，并且通过所述浸油旋转螺杆式空气压缩机向所述给定的钻孔产生过多的空气，那么向环境排放过量的空气是很常见的。这种排放时常是嘈杂的且具有破坏性的。通过使用变速液力耦合器102，排放的需求量被降低了，因为所述控制***118能够用于按照期望对所述空气压缩机62的输出进行减速或加速，从而更加适当地匹配给定的钻孔所需要的空气量。

此外，所述液力耦合器102允许所述空气压缩机62的速度持续、平滑并且不同地变化，而不需要使用附加的耐磨部件(例如，上文描述的湿式离合器***中的离合器等)。这种不需要附加耐磨部件的方式为所述液力耦合器102和所述空气压缩机62提供了延长的寿命。

所述液力耦合器102也不需要额外的持续供电的气动阀或者真空泵来将所述空气从所述空气压缩机62的排气口中吸出，如同上文描述的空气控制***。

与用于湿式离合器***或空气控制***的控制***相比，当在高速锁定运行、低速启动以及空转分离运行之间进行控制时，所述控制***118也具有更为简便的控制。

在一些实施例中，与直接将所述原动机114耦合至所述空气压缩机62的***相比，所述液力耦合器102的使用能够减少几乎50％在钻机上的燃料和能源消耗。这使得对于像原动机114这样的原动机，在一年的过程中(例如，6000运转小时)可以节约成千上万美元。

继续参照图2，在一些实施例中，所述液力耦合器102额外地，或作为替换，耦合至液压泵130(或者其他可以通过原动机和/或液力耦合器驱动的泵或装置)。在所示的实施例中，例如，所述输出涡轮110耦合至动力输送传动装置134，所述动力输送传动装置134耦合至所述液压泵130，以致所述输出涡轮110的旋转能向所述液压泵提供动力。在一些实施例中，所述液压泵130(或者所述液压泵130和所述动力输送传动装置134)反而耦合至所述液力耦合器102的所述输入泵106，以致所述输入泵106的旋转能向所述液压泵130提供动力。

参照图3，在一些实施方式中，使用变扭液力耦合器202代替所述液力耦合器102。除提供了介于所述输入泵206和所述输出涡轮210之间的附加涡轮207外，所述变扭液力耦合器202与所述液力耦合器102相同。为了在高的滑移速度下提高效率并且增大扭矩，所述附加涡轮207将至少一部分油流引导回到所述输入泵206。所述变扭液力耦合器202在启动的过程中产生了增大的扭矩，以使所述原动机114在所述变扭液力耦合器202启动的过程中不必同样吃力地运转，从而为所述原动机114节约甚至更多的燃料。

虽然本实用新型已参照某些优选实施例进行了详细描述，但在本实用新型的如所描述的一个或多个独立的方面的范围和精神内可以存在变化和更改。

Claims (13)

1.一种钻机，其特征在于，包括：

基部；

钻塔，所述钻塔耦合至所述基部并且从所述基部延伸出来；

钻杆，所述钻杆耦合至所述钻塔并且由所述钻塔支撑；

空气压缩机，所述空气压缩机耦合至所述基部；

原动机，所述原动机耦合至所述空气压缩机；以及

液力偶合器，所述液力耦合器设置在所述原动机和所述空气压缩机之间，并且耦合至所述原动机和所述空气压缩机。

2.根据权利要求1所述的钻机，其特征在于，所述液力耦合器包括输入泵和单独隔开的输出涡轮，所述输入泵和所述输出涡轮均绕着共享的轴旋转并且由位于所述液力耦合器内的间隙分开。

3.根据权利要求2所述的钻机，其特征在于，所述液力耦合器为液体动力装置，所述液体动力装置包括位于所述间隙中的油以将动量从所述输入泵转移到所述输出涡轮。

4.根据权利要求3所述的钻机，其特征在于，所述原动机耦合至所述输入泵并且被配置成致使所述输入泵旋转，从而致使靠近所述输入泵的位于所述间隙中的油旋转并被泵送至所述输出涡轮，从而致使所述输出涡轮旋转。

5.根据权利要求2所述的钻机，其特征在于，所述空气压缩机包括主旋转体，所述输出涡轮耦合至所述空气压缩机的所述主旋转体，从而所述输出涡轮的旋转引起所述主旋转体的旋转。

6.根据权利要求2所述的钻机，其特征在于，进一步包括附加涡轮，所述附加涡轮设置于所述输入泵和所述输出涡轮之间。

7.根据权利要求2所述的钻机，其特征在于，所述液力耦合器包括锁定结构，当所述输入泵增加速度并且达到预定的速度阀值时，所述锁定结构将所述输入泵物理连接和联接至所述输出涡轮。

8.根据权利要求7所述的钻机，其特征在于，所述预定的速度阀值为所述输入泵最大运行速度的70％。

9.根据权利要求7所述的钻机，其特征在于，所述锁定结构包括垫片，所述垫片位于所述输入泵和所述输出涡轮中的至少一个上，并且由于离心力而径向展开。

10.根据权利要求1所述的钻机，其特征在于，进一步包括控制***，所述控制***耦合至所述液力耦合器以控制所述液力耦合器，其特征在于，所述控制***在保持所述原动机以恒速运行的同时改变所述液力耦合器内的油量，从而在所述空气压缩机中产生变速控制。

11.根据权利要求1所述的钻机，其特征在于，所述空气压缩机为浸油旋转螺杆式空气压缩机，所述浸油旋转螺杆式空气压缩机具有绕着第一轴旋转的主旋转体和绕着第二轴旋转的耦合至所述主旋转体的第二旋转体，所述主旋转体和所述第二旋转体均设置在固定壳体内。

12.根据权利要求11所述的钻机，其特征在于，所述固定壳体包括进气口和出气口，所述主旋转体包括沿其长度的螺旋形凸角和螺旋形凹槽，并且所述第二旋转体包括沿其长度的螺旋形凸角和螺旋形凹槽。

13.根据权利要求2所述的钻机，其特征在于，进一步包括液压泵，所述液压泵耦合至所述输出涡轮并且由所述输出涡轮提供动力。