JP6270169B2 - 削岩機及び削岩機に関わる装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、削岩機のハウジング内のシリンダと衝撃ピストンとの間を密封するピストン・シール・ユニットを保護するための液圧式削岩機用装置に関するものである。本発明はまた、該装置を備える削岩機及び方法にも関する。

ピストン・シリンダ型の液圧式削岩機では、ある動作状況の間、衝撃ピストンはその往復動作を実行すると、シリンダの作業空間における衝撃ピストンの高速動作によって、作動液にキャビテーションが起こるようなそのような大きさの圧力波動が発生する。

作動液におけるキャビテーションの気泡がピストン・シールに達する場合には、気泡が崩れる際に損傷を被る危険があり、漏出問題を引き起こして密封の作動寿命を短くしてしまうことになる。

従来公知の液圧式削岩機では、衝撃ピストンのピストン・ガイドとピストン・シールとの間の領域は一般的に削岩機の排出システムに接続されている。このため、ピストン・ガイドとピストンとの間に現れる作動液は排出され、結果として作動液の圧力を低下させることになり、このことが密封にかかる負荷の低減につながることになる。

完全に満足できるものではないが、このような構成がキャビテーションによる密封への損傷を減少させることが観察されてきた。

衝撃減衰装置におけるチャンバと密封に隣接する領域との間に延びる油路を備えた装置を設けた削岩機は、国際公開ＷＯ２０１１／１２３０２８号から従来公知である。油路を通るキャビテーション気泡の動きを防止するために、油路は一連の制限部及び油量を包含する。前記文献は、このような装置を削岩機の衝撃ピストンに対して使用され得ることを示している。

本発明の目的は、液圧式削岩機のピストン・シールを保護するため従来公知の装置をさらに発展させること、及び発生するキャビテーションがピストン・シールにもたらす問題点を少なくとも軽減することにある。

この目的は、作動液のボリュームを受けるために形成される包囲リング型の内方に開いたチャンバをビストン・ガイドとピストン・シールとの間に設け、また作動液供給用の作動液供給流路を前記チャンバに接続している前記装置によって達成される。

内方に開いたチャンバに液体の流れを供給するこの方法によって、前記液体の流れは、好ましくは、全体的に連続して及び／又は一定であり、圧力変化を和らげること、及び特にピストン・シール・ユニットに隣接する作動液がキャビテーション気泡を含まないことが効果的な仕方で保証される。すなわち、液体の流れによって、過剰の作動液が長い時間の間絶えず存在し、圧力変動は液体の弾性を介して平滑化することができ、また、この領域で影響を受けていない作動液のアクセスはの不十分であるためにキャビテーション気泡が伝搬していくことは回避することができことを保証する。

前記作動液供給流路は、削岩機の液圧式衝撃減衰装置からの戻り流路から始まるように構成するのが好ましい、なぜなら、そうすることによって、適切な大きさの作動液の流れ、すなわち、削岩機で既にアクセス可能であって且つ既にその主要な目的のために使用されてきた作動液の流れがもたらされる。従って、この戻り流れの使用は、効率のいかなる低下ともならず、朋削岩機からのさらなる出力を取り出すことにならない。代わりに、流れの源は調整可能な一定流量源であり、ある一定の動力消費をもたらすが、流れを制御する大きな可能性をもたらす。

ピストン・シール・ユニットが、前記チャンバを受ける密封ホルダによって支持されることは、生産の点で適しており合理的である。

適切には、ピストン・シール・ユニットは、軸方向に沿って相互に距離を置いて設けられる二つの密封装置を設けている。

好ましくは、前記チャンバは、少なくとも一つの接続流路を通って補助チャンバに隣接し、それによってアクセス可能な作動液の量の増加を確実にすることができる。好ましくは、前記作動液供給流路は、補助チャンバを通って前記チャンバに接続するように構成される。

本発明の液圧式削岩機では、好ましくは、前記チャンバとピストン・ガイドとの間に漏れ排出管が設けられる。この漏れ排出管は中間空間を通って収液タンクに適切に接続される。

有利には、前記チャンバと漏れ排出管との間に、衝撃ピストンに向かってスロットが設けられ、前記スロットは、可能な限り優れた効果をもたらすために幅が狭く軸方向の長さが短い。

本発明の好ましい特徴においては、液圧式削岩機は、圧力センサで感知し圧力変動に応じて前記作動液供給を調整する処理装置及び調整手段を備えている。好ましくは、圧力センサは、前記チャンバにおける圧力変動或いは生じたときには前記補助チャンバにおける圧力変動を感知する。

本発明はまた、衝撃ピストンと削岩機ハウジング内のシリンダとの間をシール（密封）するピストン・シール・ユニットを保護する方法にも関するものであリ、ピストン・シール・ユニットとシリンダの動作空間との間にピストン・ガイドが位置決めされる。作動液の容積を受けるためにピストン・ガイドとピストン・シール・ユニットとの間に設けられた包囲環状型の内方に開いたチャンバに作動液供給部から作動液が供給される。

装置に関して、前記で示した対応する特徴及び利点は、本発明の方法に関しても有効である。

感知した圧力変動に応じて作動液供給が制御される場合、典型的には、増大した圧力変動の記録に応じて前記作動液供給は増大される。

以下添付図面を参照して本発明を、実施形態について詳細に説明する。

本発明による削岩機の軸方向部分断面図。 図１に示された削岩機の一部分の拡大図。 本発明による方法を概略的に示す図。

図１には、液圧式削岩機１を軸方向断面図を示し、ハウジング２内には、シリンダ３内部で前後に動くことのできる衝撃ピストン４が設けられている。衝撃ピストン４は、案内スリーブの形状のピストン・ガイド５によって、ハウジング２内で案内される。作動液が削岩機の下方部分にのびるのを阻止するために設けられているピストン・シール・ユニット６は、ピストン・シール１０及び１１の形状の、軸方向に分離した二つの密封装置を備えている。

動作において、衝撃ピストン４は、削岩機の内部に受けられる軸アダプタ８に対して衝撃作用を行い、またそれ自体公知の方法で打撃反射を減衰させるため減衰ピストン７が軸アダプタ８に対して当接する。減衰ピストン７は、その供給のための減衰流量回路２９を備えている。

ピストン・シール・ユニット６には、環状チャンバ９が形成され、この環状チャンバ９は、衝撃ピストン４に対して内方に開いておりしかもピストン・シール１０、１１とピストン・ガイド５との間に設けられている。図示実施形態では、環状チャンバ９には、流路１２及び補助流路（或いは複数の補助流路）１３を含む供給流路を介して、減衰ユニットからの戻り流れの形状で、本質的に連続し且つ適切に一定である作動液の流れが供給される（図２参照）。この流れは、流路１２を通り、チャンバ９から短い距離に位置する補助チャンバ１４を介してチャンバ９へ流れる。補助チャンバ１４によって、環状チャンバ９の近くに余分の作動液量が供給され、これは、本発明の効果を高めるために重要である。

全体を符号番号２９で示された減衰流れ回路を通って、チャンバ９に作動液の流れを供給する変形例が示されており、減衰流れ回路２９は、液圧式ポンプ３０及び制御可能な絞り部材３１を備えている。回路２９を通って供給される作動液は、導管３３を通って減衰装置に運ばれ、そこから前記に従って減衰装置から流路１２を通り、チャンバ９へ導かれる。代わりに、流れは、液圧式ポンプ３０及び絞り部材３１（或いはその他の作動液源）から破線３２で示されるように直接チャンバ９へ導くことができる。

図２には、ピストン・シールにおける構成がより詳細に示されており、明らかにピストン・ガイド５とピストン・シール１０、１１との間には全体を符号番号３４で示された漏れ排出管が設けられている。この漏れ排出管３４には、ピストンに対し最も内側に、収液空間１５と連通する放射状にのびる流路１９を介し、次いで流路１７を介して集められた作動液を収液タンク１８に運ぶために、内方に開いた連続して伸びる周囲溝が設けられている。

本発明による装置の動作では、衝撃ピストンの動きにより、所定の動作状況の間、大きな圧力変化が衝撃ピストン４とシリンダ３の壁との間の空間３’で発生することになる。従って空間３’は、シリンダ内部の動作空間となる。

圧力変化が十分に大きい場合には、キャビテーション気泡の形成につながり、キャビテーション気泡は、作動液の漏れを引き起こして、ピストン・ガイド５と衝撃ピストン４との間に形成されるスリットを通って外に漏れ出す傾向がある。作動液中のキャビテーション気泡が大量の場合には、従来の削岩機では、キャビテーション気泡が崩壊する間に、ピストン・シール１０、１１を損傷させるような少なくとも一部の気泡がピストン・シール１０、１１に通じるすべての流路を辿る危険がある。

キャビテーション気泡の一部は、漏れ排出管３４を介して排出されるが、前記で指摘したように完全に満足できるものではないが、このような構成によって密封への損傷の危険をなくすことが観察された。この従来の構成の問題点は、掘削機の収液空間１５が、削岩機の他の構成要素から他の排水管に接続される場合に起こることが示されてきた。従って、これらの他の構成要素にキャビテーション気泡をもたらす望まざる圧力変化を、漏れ排出管３４を介してピストン・ガイド５とピストン・シール１０、１１との間の領域に転送することができるが、ピストン・ガイド５及びピストン・シール１０、１１に損傷を与えることが観察されている。

そこで、ピストン・ガイド５とピストン・シール・ユニットとの間で、ピストンに対して内方に開いている環状チャンバ９を確立することが、この洞察のすべての背景である。このチャンバ９は作動液量を受けるために形成され、作動液供給流路１２、１３はチャンバ９への作動液の供給のために設けられる。符号番号ＰＳは、代わりの作動液源を示している。

好ましくは、この作動液供給流路は、前記に従って、削岩機の減衰装置からの戻り流路から開始する。そのうえで、チャンバ９に供給される作動液はスロット１６を介して漏れ排出管３４を通って槽に導かれる。

符号番号１４は、チャンバ９の外部に放射状に位置決めされた環状の補助チャンバを示している。チャンバ９は、放射状に伸びる複数の補助流路１３を介して補助チャンバ１４と連通している。補助チャンバ１４を設けることによって、ピストン・シールとピストン・ガイドとの間の領域に、圧力波動とそれによるキャビテーション損傷の危険の影響を減少させるのに有利な好ましい作動液量の増加をもたらす。

図示実施形態では、ピストン・シール・ユニット６は密封ホルダ６’を形成する装置で支持されたピストン・シール１０及び１１による二重の密封部材によって形成され、密封ホルダ６’には前記環状チャンバ９が受けられている。

本発明は、以下の特許請求の範囲内で変更することができる。従って、ピストン・シール・ユニット６は一つ以上のピストン・シールを包含することができる。チャンバ９と漏れ排出管３４との間のスロット１６の幅は、好ましくは、可能な限り狭く、またその軸方向の長さは可能な限り小さく保持される。スロット１６の幅はピストン径の０．５〜１％であり、スロット１６の長さはピストン径の１〜１０％に設定されるのが好ましい。チャンバ９の容積は、好ましくは可能な限り大きくするべきであるが、０．５〜５．０ｃｍ^２の容積が標準機においては非常に優れた効果をもたらすことが観察されている。補助チャンバ１４の容積は、チャンバ９の容積より大きく、好ましくは、少なくとも二倍の容積であるべきである。

作動液供給流量は、削岩機の動作及び一般的な要件に適合させることができるように調整可能であることが好ましい。それによって、好ましくは流量は、本質的に連続して及び／または一定であって、例えば削岩機の衝撃周期を超えて波動しないことが観察されるべきである。他方、チャンバ９或いは補助チャンバ１４における感知された圧力変化に応じて流量の大きさを制御できることが有利である。これらの状況で圧力変化を感知することは、寸法の小さなそれ自体公知の圧力センサによって達成することができる。図２には、補助チャンバ１４に位置決めされた圧力センサ２７を例として示している。典型的には、流量は、検知された圧力変化の増加によってチャンバ９への作動液流量の増加をもたらすように制御されている。

図３には、本発明による方法が概略的に示されている。
位置２０は、本発明の方法によるシーケンスの開始を示す、
位置２１は、削岩機の減衰ユニットからチャンバ９に例えば戻り導管などを介して作動液源からの作動液の供給を示す。
位置２２は、チャンバ９又は補助チャンバ１４における圧力変化を感知することを示す。
位置２３は、信号ケーブル２８を介して処理装置２６に送られる圧力センサ２７からの信号を評価することを示す。
位置２４は、処理装置２６での評価結果に応じてチャンバ９への作動液の流量を制御することを示す。
位置２５は、シーケンスの終了を示す。

本発明の方法によるシーケンスは、削岩機の優れた動作のために適切且つ必要な程度まで繰り返されることを理解すべきである。

１ 削岩機
２ ハウジング
３ シリンダ
３’ 空間
４ 衝撃ピストン
５ ピストン・ガイド
６ ピストン・シール・ユニット
６’ 密封ホルダ
７ 減衰ピストン
８ 軸アダプタ
９ チャンバ
１０；１１ ピストン・シール
１２ 流路
１３ 補助流路
１４ 補助チャンバ
１５ 収液空間
１７ 流路
１８ 収液槽
１９ 流路
２０；２１；２２；２３；２４；２５ フロー図の位置
２６ 処理装置
２７ 圧力センサ
２８ 信号ケーブル
２９ 減衰流量回路
３０ ポンプ
３１ 制約
３２ 破線
３３ 導管
３４ 漏れ排出管

Claims (15)

1. 削岩機のハウジング（２）内における衝撃ピストン（４）とシリンダ（３）との間を密封するピストン・シール・ユニット（６）を保護するための液圧式削岩機用の装置（１）であって、
   前記シリンダ（３）における、前記ピストン・シール・ユニット（６）と作動空間との間にピストン・ガイド（５）が位置決めされている
   液圧式削岩機用の装置（１）において、
   前記ピストン・シール・ユニット（６）が、衝撃ピストン（４）とシリンダ（３）との間を密封する密封装置（１０，１１）を備えた密封ホルダ（６’）を備え、
   前記密封ホルダ（６’）における、前記ピストン・ガイド（５）と前記密封装置（１０，１１）との間に、ある量の作動液を受け入れるように形成された内方に開いた環状周囲チャンバ（９）を設け、かつ、
   作動液供給用の作動液供給流路（１２、１３）が前記環状周囲チャンバ（９）に接続されていること
   を特徴とする装置。
2. 前記作動液供給流路（１２、１３）が、削岩機の液圧式衝撃減衰構成からの戻り流路及び／又は調整可能な一定流量源から始まるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記密封装置（１０、１１）が軸方向に沿って相互に距離を置いて設けられる複数のピストンシールから成る
   を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記環状周囲チャンバ（９）が、少なくとも一つの補助流路（１３）を介して補助チャンバ（１４）に接続されている
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の装置。
5. 前記作動液供給流路（１２、１３）が、前記補助チャンバ（１４）を介して前記環状周囲チャンバ（９）に接続するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の装置を備えることを特徴とする液圧式削岩機。
7. 前記環状周囲チャンバ（９）と前記ピストン・ガイド（５）との間に漏れ排出管（３４）が設けられている
   ことを特徴とする請求項６に記載の液圧式削岩機。
8. 前記漏れ排出管（３４）が収液空間（１５）を介して収液槽（１８）に接続されている
   ことを特徴とする請求項７に記載の液圧式削岩機。
9. 前記環状周囲チャンバ（９）と前記漏れ排出管（３４）との間に、衝撃ピストンと対向するようにスロット（１６）を設けることを特徴とする請求項７又は８に記載の液圧式削岩機。
10. 圧力センサ（２７）で感知された圧力変化に応じて前記作動液の供給を制御する処理装置（２６）を備える
    ことを特徴とする請求項６〜９の何れか一項に記載の液圧式削岩機。
11. 削岩機のハウジング（２）内における衝撃ピストン（４）とシリンダ（３）との間を密封するピストン・シール・ユニット（６）を保護するための方法であって、
    前記シリンダ（３）における前記ピストン・シール・ユニット（６）と作動空間との間にピストン・ガイド（５）が位置決めされている方法において、
    前記ピストン・シール・ユニット（６）を、衝撃ピストン（４）とシリンダ（３）との間を密封する密封装置（１０，１１）を備えた密封ホルダ（６’）で構成し、
    前記密封ホルダ（６’）における、前記ピストン・ガイド（５）と前記密封装置（１０，１１）との間に、ある量の作動液を受け入れるように形成された内方に開いた環状周囲チャンバ（９）を設け、かつ、
    作動液供給用の作動液供給流路（１２、１３）を前記環状周囲チャンバ（９）に接続して、作動液を前記環状周囲チャンバ（９）に供給すること
    を特徴とする方法。
12. 前記作動液供給流を、補助チャンバ（１４）を介して前記環状周囲チャンバ（９）に流す
    ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記作動液供給流を、削岩機の液圧式衝撃減衰構成からの戻り流路及び／又は調整可能な一定流量源から始まるように構成した
    ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記作動液の供給を、前記環状周囲チャンバ（９）又は前記補助チャンバ（１４）で発生した圧力変化に応じて制御する
    ことを特徴とする請求項１１〜１３の何れか一項に記載の方法。
15. 前記環状周囲チャンバ（９）又は前記補助チャンバ（１４）で発生した圧力変化の増大に応じて前記作動液の供給を増大させる
    ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。

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