FI93763C - Ruuvikierrerakenne - Google Patents

Description

93763

Ruuviki errerakenne Tämä keksintö liittyy yleensä ruuvikierrerakentee-seen ja nimenomaan US-patentissa 4 799 844 julkaistun ruu-5 vikierrerakenteen parantamiseen. Tarkemmin sanottuna keksinnön kohteena on ruuvirakenne, joka sisältää ainakin yhden kierteen, joka ulottuu kierukkamaisesti erillisinä kierteen kierroksina pitkittäisakselin ympäri, jolloin mainitussa kierteessä on kantava kylki, ei-kantava kylki 10 ja harjaosa kantavan kyljen ja ei-kantavan kyljen välillä, jolloin juuri on vierekkäisten kierteen kierrosten välissä.

Iskuporauksen alalla, kuten kaivostoiminnassa, ve-sikaivoporauksessa, ja vastaavissa, erilaisia iskuporaus-15 työkalun komponentteja yhdistetään usein erilaisilla kier-teitetyillä ruuvirakenteilla. Näissä yhdistetyissä poraus-komponenteissa kierteen malli on huomattavan tärkeä, koska vahingot sattuvat usein ruuvirakenteessa. Milloin tahansa tällainen vika ruuvirakenteessa sattuu, alkusärö on taval-20 lisesti kierteen juuressa. Tämä johtuu siitä, että suuret jännityksen keskitykset kohdistuvat kierteen juureen, kun ruuvirakenne altistuu suurille kuormituksille.

Perinteisesti juuriosa on muotoiltu ympyrän osaksi, joka tangentiaalisesti yhdistää peräkkäisten kiertei-25 den kaksi kylkeä. Yleensä jännityksen keskitys kierteen : juuressa on tämän ympyrän säteen käänteisfunktio, so. mitä suurempi on ympyrän säde, sitä alempi on jännityksen keskitys. Kuitenkin, kun säteen koko ylittää sallitun maksimiarvon, jännityksen keskitykset juuren päissä, missä vie-30 rekkäisten kierteiden kyljet tangentiaalisesti liittyvät . juureen, muodostuvat hyvin suuriksi ja täten tuottavat :* alkupisteen särön etenemiselle. Vaihtoehtoisesti, kun sä teen koko, joka määrittää pyöreän juuren kaarevuuden, pienenee sallitun minimiarvon alapuolelle, jännityksen kes-35 kitys muodostuu hyvin suureksi juuren alaosassa. Täten 2 93763 ympyränmuotoiset juuren kaarevuudet on rajattu säteen kokoon, joka on tiettyjen minimi- ja maksimiarvojen välillä, riippuen sellaisista tekijöistä, kuten kierteen nousu ja vastaavat.

5 Parannettu ruuvirakenne on julkaistu US-patentissa 4 799 844, missä kunkin kierteillä yhteenliitetyn komponentin ruuvirakenne käsittää juuriosan, joka on muotoiltu ellipsin osaksi. Tämä elliptinen juuren kaarevuus tuottaa suuremman ekvivalentin säteen kierteen juuressa, mikä joh-10 taa alempaan jännityksen keskitykseen juuressa. Huolimatta tämän ruuvirakenteen avulla saavutettavista eduista, parantamistarvetta on vielä, erityisesti mikäli halutaan huojentaa lisää jännityksen keskitystä juuressa.

Keksinnön mukaiselle ruuvirakenteelle on tunnus-15 omaista, että juurella on, tarkasteltuna pitkittäisleikkauksena, kaarevuus, jonka määrää kahden aksiaalisesti limittäisen, tasopinnan yhdistämän ellipsin osat, ellipsit yhdistyvät tangentiaalisesti kantavaan kylkeen ja ei-kan-tavaan kylkeen, ja että mainittu tasopinta on yhdensuun-20 täinen mainitun akselin kanssa ja se yhdistää tangentiaalisesti mainitut ellipsit. Kierteessä on kantava (load bearing) kylki ja ei-kantava (non-load bearing) kylki, ja harjaosa kantavan ja ei-kantavan kyljen välillä. Keksinnön suositeltavat suoritusmuodot on esitetty oheistetuissa 25 patenttivaatimuksissa 2-9.

Keksinnön kohteet ja edut ilmenevät seuraavasta edullisten suoritusmuotojen yksityiskohtaisesta kuvauksesta ja oheisista piirustuksista, joissa samoja viitenumerolta käytetään merkitsemään samoja elementtejä, ja jois- 30 sa: kuvio 1 on osittain katkaistu perspektiivikuva tavanomaisen alassuunnatun reiän muodostavan iskuporan etu-päästä; kuvio 2 on osiinsa hajoitettu perspektiivikuva ta-35 vanomaisista komponenteista, jotka muodostavat iskuporan etupään; 3 93763 kuvio 3 on pitkittäisleikkaus tavanomaisen ruuvi-kierrerakenteen osasta; kuvio 4 on kuviota 3 vastaava kuvio tämän keksinnön mukaisesta ruuvikierrerakenteesta; 5 kuvio 5 on suurennettu katkaistu pitkittäisleik- kauskuva tämän keksinnön mukaisesta ruuvikierrerakenteesta; kuvio 6 on kuviota 5 vastaava kuva ennen tasopinnan muodostamista ruuvikierrerakenteen juureen; ja 10 kuvio 7 on suurennettu kuva kuviosta 5.

Kuvioissa 1 ja 2 esitetään tavanomainen alassuunna-tun reiän muodostava iskupora, joka käsittää poranterän 10, joka on asennettu poran asennuskappaleen (drill string) etupäähän. Poran asennuskappale käsittää upotet-15 tavan istukan 12 muotoisen kierteitetyn elementin, joka liukuu poran terän takapään päälle ja joka on liitetty poran terään 10 uraliitoksella, so. ulkopuoliset kiilat 14 poran terässä ja sisäpuoliset urat (ei kuvassa) istukka-kappaleessa 12. Poran terää 10 estetään näin pyörimästä . 20 istukkakappaleen 12 mukana, mutta se pystyy suorittamaan rajoitettua aksiaalista liikettä siihen nähden.

Istukkakappale 12 käsittää ulkopuolisen kierteen 16, joka liitetään ruuvikierteellä yhteensopivaan sylin-terimäisen tupen 20 muotoisen kappaleen sisäpuolisiin ruu-25 vikierteisiin 18. Tupen 20 sisälle on sijoitettu liuku- * vasti mäntä 22, joka tavanomaisen mekanismin avulla liikkuu akselin suunnassa edestakaisin iskuvoimien kohdistamiseksi poran terän takaosaan poran terän lävistysnopeuden parantamiseksi. Tupen 20 yläpää on kierteillä liitetty 30 yläkappaleeseen (ei kuvassa), ja jälkimmäinen on liitetty poran asennuskappaleen toiseen komponenttiin, ja niin * edelleen.

Aiemman tekniikan mukainen, US-patentissa 4 799 844 julkaistu kierrerakenne on esitetty kuviossa 3. Kummatkin 35 kierteet 16 ja 18 ovat rakenteeltaan identtiset ja täten 4 93763 vain istukkaosan 12 ulkopuoliset kierteet 16 on kuvattu kuviossa 3. Nämä tavanomaiset kierteet 16 käsittävät ei-kantavan kylkipinnan 26, kantavan kylkipinnan 28, ja har-jaosan 30 kantavan ja ei-kantavan kyljen välissä. Kun po-5 ran asennusosa altistuu kuormitukselle, voimat siirtyvät yhteenliitettyjen ulkopuolisten ja sisäpuolisten kierre-rakenteiden välillä vierekkäisten yhteensopivien kantavien kylkien kautta. Harja 30 on tasainen ja akselin suuntainen. Toisin sanoen harjaosa 30 ulottuu kierteiden kylkien 10 26, 28 välissä suorana ja yhdensuuntaisena istukkaosan 12 pitkittäisakseliin nähden.

Juuri 32 sijaitsee kierteen vierekkäisten kierrosten välissä. Juuriosa on kaareva, jota katkoviivoin 34 esitetyn ellipsin osa rajaa. Ellipsissä on pidempi akseli 15 36 ja lyhyempi kohtisuorassa edelliseen nähden oleva pie nempi akseli 38. Pidempi akseli on akselin suuntainen, so. yhdensuuntainen istukkakappaleen 12 pitkittäisakselin kanssa, ja ellipsin pienempi akseli on säteen suuntainen, - so. kohtisuorassa pitkittäisakseliin nähden. Johtuen isku- 20 porausympäristössä ruuvirakenteisiin kohdistuvista äärimmäisen suurista kuormituksista, kierteen ei-kantavalla kyljellä 26 on suurempi pinta-ala kuin kantavalla kyljellä 28. Näin ollen kierteen profiili muistuttaa tyypillistä käänteistä trapetsoidikierteen profiilia. Vaihtoehtoisesti 25 kierre voitaisiin muotoilla trapetsoidikierteeksi, jossa kantavan kyljen 28 pinta-ala on suurempi kuin ei-kantavan kyljen 26 pinta-ala.

Vaikka kuvioissa on esitetty yksi kierteen nousu, ruuvirakenne voisi sen sijaan käsittää lukuisia kierteen 30 nousuja.

Kantava ja ei-kantava kylki ulottuu tangentiaali-sesti ellipsistä 34 juuresta 32 suoraan harjaosiin 30. Edullisesti ei-kantavan kyljen 26 kulmakaltevuus A, mitattuna aksiaalisesti harjaosasta, on noin 30° ja kantavan 35 kyljen 28 kulmakaltevuus B on noin 60°, vaikka muitakin sopivia kulmia voitaisiin tuottaa.

5 >5763

Elliptisellä juurella 34 on suurempi ekvivalentti säde kuin pyöreällä juurella ja siten se tuottaa suuremman helpotuksen jännityksen keskitykseen juuressa. Lisäksi elliptinen juuri on vahvempi kuin pyöreä juurirakenne joh-5 tuen suuremmasta seinämäpaksuudesta, joka jää elliptisen juuren muodostamisen jälkeen. Lisäksi elliptinen juurimuo-to tekee mahdolliseksi suuremman kierteiden välisen kontaktin toisiaan koskettavien kantavien kylkien välillä. Näitä etuja kuvataan yksityiskohtaisemmin US-patentissa 10 4 799 844, joka julkaisu on tässä viitteenä.

Tämän keksinnön mukaisesti tuotetaan vieläkin suurempi kevennys jännityksen keskityksessä juurialueella. Tämä suoritetaan uuden juurimuodon avulla, jonka edullista suoritusmuotoa kuvataan kuvioissa 4, 5 ja 7. Noissa kuvi-15 oissa esitetyille osille on annettu samat viitenumerot lisättynä loppuliitteellä A kuin vastaaville elementeille kuviossa 3. Sanalla sanoen, havaitaan, että kuvioissa 4, 5 ja 7 esitetty kierre 16A on tyypiltään käänteinen tra-petsoidikierre, jolla on sama yleisluonne kuin kuvion 3 20 yhteydessä kuvatulla kierteellä. Se on, kierteellä on kantavat ja ei-kantavat kyljet 26A ja 28A, joita tasaiset harjaosat 30A yhdistävät, ja juuri 39, joka liittyy kylkiin tangentiaalisesti. Kuten on kuitenkin ilmeistä, tätä keksintöä voidaan myös soveltaa muihin kierremuotoihin, 25 käsittäen trapetsoidikierteet.

: Kuvioissa 4, 5 ja 7 kuitenkin juuri 39 ei ole jat kuvasti kaarevaa muotoa, kuten kuviossa 3 esitetyssä tapauksessa. Mieluummin juuri 39 on tämän keksinnön mukaisesti muotoa 40, joka koostuu kahden identtisen ellipsin 42, 44 30 päätyosista ja tasopinnasta 46, joka tangentiaalisesti yhdistää ellipsien päätyosat, tarkasteltaessa kierrettä pit-kittäisleikkauksena.

Kuviossa 6 on esitetty kaksi ellipsiä, jotka muodostavat juuren 39 ennen tasopinnan muodostamista. Nuo 35 kaksi ellipsiä 42, 44 limittyvät akselin suunnassa, so. ne 6 93763 ovat limittäin pitkittäisakselin A suuntaisesti. Ellipsien 42, 44 pidemmät akselit ovat saman pituisia Y ja lyhyempi-en akselin pituus Y' on myös sama. Ellipsit 42, 44 liittyvät tangentiaalisesti kylkiin 26, 28, kuten parhaiten ku-5 viosta 7 nähdään.

Taso 46 on suunnattu yhdensuuntaisesti kierteen akselin A ja ellipsien pidempien akselien kanssa. Taso 46 liittyy tangentiaalisesti ellipseihin 42, 44.

Esitetyn tasopinnan pituus on X. Juuren kokonaispi-10 tuus L on yhtä suuri kuin puolet molempien pidempien akselien pituudesta y + tason pituus X, so. Y/2 + Y/2 + X; tai Y + X.

Tällaisen juuren 16A muodon, jossa on tasoviiva 46, on havaittu minimoivan juuren jännityksen keskityksen. 15 Seurauksena oleva jännityksen keskitys on pienempi kuin mikä syntyisi yhden ellipsin tapauksessa, missä pidempi akseli olisi yhtä suuri kuin pituus L. Sen lisäksi tällaisessa yhden ellipsin tapauksessa kierrettä tukisi pienempi seinämäpaksuus (koska tasopinta 46 olisi korvattu kaare-20 valla segmentillä).

Seurauksena alentuneesta juureen kohdistuvasta jännityksen keskityksestä, kierre on vähemmän altis jännitys-murtumille ja siten sillä on pidempi elinikä. Tämä pidempi elinikä merkitsee harvempia porakomponenttien vaihtoja ja 25 niihin liittyviä työseisokkeja.

Vaikka tätä keksintöä on kuvattu sen edullisen suoritusmuodon avulla, alan ammattilaiset käsittävät, että lisäyksiä, muunnoksia, korvauksia ja poistoja, joita ei nimenomaisesti ole tässä kuvattu, voidaan suorittaa poik-30 keamatta keksinnön hengestä ja suoja-alasta, jotka ilmene- : vät oheisista patenttivaatimuksista.

Claims (9)

93763

1. Ruuvirakenne, joka sisältää ainakin yhden kierteen (16A), joka ulottuu kierukkamaisesti erillisinä kier-5 teen kierroksina pitkittäisakselin (A) ympäri, jolloin mainitussa kierteessä (16A) on kantava kylki (26A), ei-kantava kylki (28A) ja harjaosa (30A) kantavan kyljen (26A) ja ei-kantavan kyljen (28A) välillä, jolloin juuri (39) on vierekkäisten kierteen kierrosten välissä, t u n -10 n e t t u siitä, että mainitulla juurella (39) on, tarkasteltuna pitkittäisleikkauksena, kaarevuus, jonka määrää kahden aksiaalisesti limittäisen, tasopinnan (46) yhdistämän ellipsin (42, 44) osat, ellipsit (42, 44) yhdistyvät tangentiaalisesti kantavaan kylkeen (26A) ja ei-kantavaan 15 kylkeen (28A), ja että mainittu tasopinta (46) on yhdensuuntainen mainitun akselin (A) kanssa ja se yhdistää tangentiaalisesti mainitut ellipsit (42, 44).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ruuvirakenne, tunnettu siitä, että ellipsien (42, 44) pidemmät 20 akselit (36) ovat yhtä pitkät.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen ruuvirakenne, tunnettu siitä, että harjaosat (30A) ovat tasaiset ja mainitun akselin (A) kanssa yhdensuuntaiset.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen . 25 ruuvirakenne, tunnettu siitä, että kantavan kyl- « jen (26A) pinta-ala on suurempi kuin mainitun ei-kantavan kyljen (28A) pinta-ala.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen ruuvirakenne, tunnettu siitä, että ei-kantavan kyl- 30 jen (28A) pinta-ala on suurempi kuin mainitun kantavan • kyljen (26A) pinta-ala.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen ruuvirakenne, tunnettu siitä, että ellipsien (42, 44) lyhyemmät akselien (38) pituudet (Y') ovat lyhyempiä 35 kuin säteen suuntainen etäisyys mainitun harjaosan (30A) ja mainitun juuren (39) välillä. 93763

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen ruuvirakenne, tunnettu siitä, että kantavan kyljen (26A) kulmakaltevuus, mitattuna aksiaalisesti harja-osasta, on noin 30° ja että ei-kantavan kyljen (28A) kul- 5 makaltavuus vastaavasti mitattuna on noin 60°.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen ruuvirakenne, tunnettu siitä, että kierteessä (16A) on yksi ainoa nousu.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen 10 ruuvirakenne, tunnettu siitä, että kierteessä (16A) on moninkertainen nousu. 93763