本發(fā)明涉及一種具有加固沖洗孔區(qū)域的巖石鑿鉆鉆柄轉(zhuǎn)接器，并且特別但不是排它地涉及一種相對于沿著超過加固區(qū)域的轉(zhuǎn)接器的軸向位置具有通常增大的橫截面面積的轉(zhuǎn)接器的沖洗孔區(qū)域。

背景技術(shù)：

沖擊鑿鉆是一種沿用已久的技術(shù)，其通過從安裝在鉆柱的一端的鑿巖鉆頭將錘打沖擊傳遞至鉆孔底部處的巖石來破碎巖石。破碎巖石所需的能量由液壓驅(qū)動活塞產(chǎn)生，該液壓驅(qū)動活塞接觸位于鉆柱的與鉆具相對的一端的鉆柄轉(zhuǎn)接器。轉(zhuǎn)接器上的活塞撞擊產(chǎn)生了傳播通過鉆柱并且最終至鉆孔的巖石底部的應(yīng)力(或振動)波。鉆柄轉(zhuǎn)接器典型地包括內(nèi)孔，從而允許將沖洗流體傳遞至鉆具的區(qū)域。沖洗流體用于冷卻鉆具以及從鉆孔排出鉆屑和粉末。通常地，流體通過在轉(zhuǎn)接器的壁上徑向延伸的孔而被引入鉆柄轉(zhuǎn)接器，該轉(zhuǎn)接器的壁上的徑向延伸的孔被浸沒在流體箱內(nèi)，該流體箱在孔的任一側(cè)軸向地密封在轉(zhuǎn)接器的外表面上。在CA 2,247,842；GB 2352671；WO 2012/032485以及WO 2004/079152中描述了帶有內(nèi)沖洗孔的鉆柄轉(zhuǎn)接器的示例。

現(xiàn)有的鉆柄轉(zhuǎn)接器的常見問題是：轉(zhuǎn)接器的壁對從沖洗孔產(chǎn)生并傳播的裂縫而斷裂的敏感性，這部分地是由沖擊活塞產(chǎn)生的壓縮和拉伸應(yīng)力并且特別是傳輸通過轉(zhuǎn)接器至鉆柱并且最終至鉆具的振動波造成的。在地下的應(yīng)用中，空化破壞助推了裂縫的產(chǎn)生，這加重了上述問題。鉆柄轉(zhuǎn)接器失效對于使用者尤其是問題，因?yàn)槠浣?jīng)常損毀位于圍繞轉(zhuǎn)接器的流體外殼處的橡膠密封件。部件維修中所需要的消耗時間的更換導(dǎo)致非常不希望的機(jī)器停機(jī)時間。WO2004/079152公開了一種沖洗孔，其試圖減小在孔的區(qū)域處的應(yīng)力，從而減輕斷裂。然而，仍然存在對響應(yīng)于通過轉(zhuǎn)接器施加并傳輸通過轉(zhuǎn)接器的壓縮和拉伸應(yīng)力進(jìn)一步減小或消除斷裂的可能性的具有沖洗孔的鉆柄轉(zhuǎn)接器的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種巖石鑿鉆鉆柄轉(zhuǎn)接器，其具有用于引導(dǎo)沖洗流體進(jìn)入轉(zhuǎn)接器的縱向沖洗孔的進(jìn)入孔，該轉(zhuǎn)接器被構(gòu)造用以最小化或消除轉(zhuǎn)接器的壁通過從沖洗孔傳播的裂縫的開裂的可能性。進(jìn)一步的目的是提供一種被構(gòu)造用以承受在沖洗孔區(qū)域處受到的拉伸和壓縮應(yīng)力的鉆柄轉(zhuǎn)接器。

這些目的通過在沖洗孔區(qū)域處加固鉆柄轉(zhuǎn)接器的壁以使得在孔的區(qū)域處的壁厚大于在軸向超過該加固區(qū)域的位置處的對應(yīng)壁厚而實(shí)現(xiàn)。可以通過參考沿著轉(zhuǎn)接器的長度的不同的分別的軸向位置處的轉(zhuǎn)接器主體的相對橫截面面積和/或縱向沖洗孔的內(nèi)徑而進(jìn)一步限定加固區(qū)域。特別地，這些目的還通過構(gòu)造帶有等于或大于超過加固區(qū)域的軸向位置處的轉(zhuǎn)接器的橫截面面積的(沖洗孔處的)軸向加固區(qū)域處的橫截面面積的鉆柄轉(zhuǎn)接器來實(shí)現(xiàn)。在沖洗孔區(qū)域處增加壁厚和橫截面面積能夠有效減小在轉(zhuǎn)接器的壁中的局部應(yīng)力集中，從而有效地補(bǔ)償由于各自用作沖洗孔的兩個直徑方向相對的孔的存在而造成的鉆柄主體的橫截面面積的相對減小。通過朝向中心縱向軸線徑向向內(nèi)增加壁厚，實(shí)現(xiàn)了在沖洗孔的區(qū)域處相對增加的橫截面面積與壁度。因此，鉆柄轉(zhuǎn)接器的外徑未變化，但是縱向沖洗孔的內(nèi)徑小于在軸向超過加固區(qū)域的位置處的內(nèi)徑。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種巖石鑿鉆鉆柄轉(zhuǎn)接器，包括：伸長的主體，所述伸長的主體具朝向活塞定位的第一端部以及朝向鉆柱定位的第二端部；該主體具有軸向延伸的內(nèi)孔，以允許沖洗流體經(jīng)由第二端部至鉆柱；其特征在于：轉(zhuǎn)接器包括不超過兩個徑向延伸通過主體至內(nèi)孔的沖洗孔；并且在沖洗孔處的軸向加固區(qū)域處的橫截面面積等于或大于軸向超過加固區(qū)域的內(nèi)孔的軸向位置處的主體的橫截面面積。

此說明書中的“主體的橫截面面積”指的是垂直對準(zhǔn)伸長的主體的縱向軸線的橫截面。

優(yōu)選地，該加固區(qū)域在任一側(cè)軸向延伸或者至少延伸至沖洗孔的一個軸向側(cè)，使得至沖洗孔的至少一個軸向側(cè)的主體的橫截面面積大于沿軸向超過加固區(qū)域的內(nèi)孔的長度的位置處的主體的橫截面面積。這種構(gòu)造有利于在沖洗孔區(qū)域處提供應(yīng)力集中的分散，從而減小在沖洗孔區(qū)域處的疲勞以及裂縫產(chǎn)生和傳播的可能性。因此，本發(fā)明構(gòu)造有利于顯著增加轉(zhuǎn)接器的服務(wù)壽命。

優(yōu)選地，鉆柄轉(zhuǎn)接器的加固可以被限定為：在加固區(qū)域處的主體的壁厚大于軸向超過加固區(qū)域的位置處的主體的壁厚。為了保持基本一致的沿著鉆柄轉(zhuǎn)接器的長度區(qū)域的外徑，在加固區(qū)域處的主體的內(nèi)徑優(yōu)選地小于在軸向超過加固區(qū)域的位置處的主體的內(nèi)徑。因此，在加固區(qū)域處的材料的體積大于限定軸向超過加固區(qū)域的位置處的轉(zhuǎn)接器壁的轉(zhuǎn)接器的材料體積。

優(yōu)選地，在沖洗孔的軸向位置處的主體的橫截面面積在0％至50％或者0％至40％的范圍內(nèi)?？蛇x地，在加固區(qū)域之內(nèi)但是至沖洗孔的一個軸向側(cè)的軸向位置處的主體的橫截面面積在大于軸向超過加固區(qū)域的位置處的橫截面面積10％至50％、20％至40％或25％至35％的范圍內(nèi)。因此，橫截面面積的相對增加被構(gòu)造用以消除由于沖擊活塞并且特別是通過轉(zhuǎn)接器傳遞的沖擊波造成的沖洗孔區(qū)域處的應(yīng)力。因此，這些優(yōu)勢通過在加固區(qū)域處的主體的壁厚大于軸向超過加固區(qū)域的位置處的壁厚的30％至60％或35％至50％或更加優(yōu)選的38％至48％而實(shí)現(xiàn)。已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明構(gòu)造降低應(yīng)力集中的局部化(否則這將會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生與傳播)，并且降低阻抗失配?？蛇x地是，并且為了進(jìn)一步最小化任何阻抗失配，加固區(qū)域的軸向長度在轉(zhuǎn)接器的總體軸向長度的2％至20％、4％至15％或6％至10％以及更加優(yōu)選的7％至9％的范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，主體的橫截面面積通過逐漸漸縮的輪廓在軸向方向上從加固區(qū)域至軸向超過加固區(qū)域的位置減小。即，可以認(rèn)為軸向孔的內(nèi)徑以線性或非線性的方式在內(nèi)孔區(qū)域處的加固區(qū)域與轉(zhuǎn)接器的剩余主要長度的過渡區(qū)處增加。可選地，軸向孔的面向內(nèi)部的表面在過渡區(qū)可以是曲線形的，由此限定一段球形外表面。

可選地，沖洗孔包括被構(gòu)造用以減小沖洗孔區(qū)域處的應(yīng)力的形狀輪廓?？蛇x地，沖洗孔的形狀輪廓(在平行于縱向軸線的平面中)是橢圓的或者包括曲線段?？蛇x地，沖洗孔包括超橢圓形輪廓。

優(yōu)選地，主體在加固區(qū)域的內(nèi)徑小于軸向超過加固區(qū)域的位置的主體的內(nèi)徑。

根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供包含如本文所要求保護(hù)的鉆柄轉(zhuǎn)接器的巖石鑿鉆設(shè)備。

優(yōu)選地，該設(shè)備進(jìn)一步包括具有主要長度以及能量傳輸端部以接觸轉(zhuǎn)接器的第一端部的伸長活塞；以及由多個聯(lián)接起來的伸長鉆桿形成的鉆柱，其中鉆柱的最后的鉆桿聯(lián)接到轉(zhuǎn)接器的第二端部。

在加固區(qū)域處的相對橫截面面積、壁厚和/或加固區(qū)域處的鉆柄轉(zhuǎn)接器的內(nèi)徑和/或加固區(qū)域的軸向長度被特別地構(gòu)造，使得在轉(zhuǎn)接器和最后的鉆桿之間的阻抗失配小于5％并且優(yōu)選地小于2％。

附圖說明

現(xiàn)在將描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式，僅通過示例的方式并且參照附圖，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式的形成包括伸長的鉆柱和液壓驅(qū)動往復(fù)活塞的巖石鑿鉆設(shè)備的組成部分的鉆柄轉(zhuǎn)接器的外部視圖。

圖2是圖1的轉(zhuǎn)接器的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖3是圖2的鉆柄轉(zhuǎn)接器的加固區(qū)域的放大的橫截面視圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖1，巖石鑿鉆設(shè)備包括一個伸長的能量傳輸轉(zhuǎn)接器100，轉(zhuǎn)接器100包括具有相對于縱向軸線109的前端103和后端104的主體(或長度部分)101。多個軸向平行的伸長的花鍵106從伸長的主體101后部區(qū)域處的外表面102朝向后端104徑向向外凸出。花鍵106被構(gòu)造成與旋轉(zhuǎn)電機(jī)(未示出)的對應(yīng)花鍵相接合，從而在鑿鉆操作期間引起轉(zhuǎn)接器100圍繞軸線109的旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)接器100進(jìn)一步包括沖洗孔(或孔)105，該沖洗孔(或孔)105軸向上位于端部103、104之間并且從外表面102徑向延伸通過轉(zhuǎn)接器主體101至在轉(zhuǎn)接器100內(nèi)軸向延伸的內(nèi)部空腔或區(qū)域。

轉(zhuǎn)接器100被構(gòu)造成聯(lián)接到伸長的鉆柱并且允許應(yīng)力波傳輸至位于鉆孔最深區(qū)域處的鉆具(未示出)，從而傳遞沖擊鑿鉆動作。特別地，轉(zhuǎn)接器前端103可以聯(lián)接到形成鉆柱的一部分的伸長的鉆桿107的最后的后端部。最后的轉(zhuǎn)接器端部104被構(gòu)造用以接觸液壓驅(qū)動活塞108，該液壓驅(qū)動活塞108在轉(zhuǎn)接器100和鉆柱內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力波。這種設(shè)備進(jìn)一步包括流體箱以及位于轉(zhuǎn)接器表面102外周的相關(guān)的密封件、閥以及泵(未示出)，使得沖洗孔105被浸沒在箱中，從而允許流體引入轉(zhuǎn)接器100中并且隨后軸向通過伸長的鉆桿107。

參照圖2和圖3，轉(zhuǎn)接器100包括從孔105區(qū)域軸向延伸至最前端103的內(nèi)部伸長的孔200。特別地，孔200包括最后端206以及開口的最前端207，該開口的最前端207被定位為與延伸通過每個鉆桿107的內(nèi)孔(未示出)流體連通。

孔105由具有閉環(huán)構(gòu)造的外部邊緣202限定，在該閉環(huán)構(gòu)造中，環(huán)包括直線區(qū)域和曲線區(qū)域?？?05從外表面102徑向延伸通過轉(zhuǎn)接器壁203至限定了內(nèi)孔200的內(nèi)表面201。因此，沖洗孔105進(jìn)一步由具有與外部邊緣202相同的形狀輪廓的最內(nèi)或內(nèi)部邊緣205限定，并且邊緣202、205由徑向延伸表面204聯(lián)接，該表面垂直對準(zhǔn)軸線109并限定了孔105的徑向壁。表面204在垂直于軸線109的平面中基本筆直并且沒有彎曲，使得孔105的形狀輪廓在徑向方向上從外部邊緣202至內(nèi)部邊緣205是一致的。在使用中，流體經(jīng)由孔105被引入轉(zhuǎn)接器100并且隨后被迫使通過孔200并進(jìn)入最后的鉆桿107，從而提供對來自鉆具周圍區(qū)域(未示出)的鉆屑的沖洗并冷卻鉆桿107和切削工具(當(dāng)轉(zhuǎn)接器100和鉆柱107在切割操作期間圍繞軸線109旋轉(zhuǎn)時)。

對應(yīng)于沿著轉(zhuǎn)接器100長度的位置的轉(zhuǎn)接器100的一部分包括總的由附圖標(biāo)記208所表示的位于相對于孔最前端207朝向孔最后端206的加固區(qū)域。在加固區(qū)域208處的轉(zhuǎn)接器壁203的厚度通常大于在軸向超過此區(qū)域208的位置處的對應(yīng)的壁厚。并且此位置總的用附圖標(biāo)記209表示。也就是，由位于主要長度的未加固區(qū)域209處的面向內(nèi)部的圓柱表面201限定的孔200的直徑大于由面向內(nèi)部的圓柱表面301限定的加固區(qū)域208的對應(yīng)的直徑?？偟挠筛綀D標(biāo)記210表示的過渡區(qū)域軸向位于區(qū)域208和209之間。根據(jù)具體實(shí)施方式，位于過渡區(qū)域210處的面向內(nèi)部的表面300是彎曲的，從而在最后端303和最前端304之間相對于軸線109凹入。后端303表示在加固區(qū)域208和過渡區(qū)域210之間的軸向連接部，并且前端304對應(yīng)于過渡區(qū)域210和主要長度區(qū)域209之間的軸向連接部。加固區(qū)域208被限定了最后的孔端206的圓錐形或穹頂形表面302終止于其最后端305。

因此，在沖洗孔105的區(qū)域處的通過轉(zhuǎn)接器100的主體的橫截面面積(對應(yīng)于橫截面C)等于或大于在橫截面D處的通過轉(zhuǎn)接器100的主體的橫截面面積(軸向位于區(qū)域209的主要長度之內(nèi))。轉(zhuǎn)接器壁203的橫截面面積的相對增大在沖洗孔105的位置上以及軸向鄰近沖洗孔105的位置有效加固了轉(zhuǎn)接器。因此，轉(zhuǎn)接器100在區(qū)域208處可以有效承受圍繞沖洗孔105的應(yīng)力集中，該應(yīng)力集中第一是由于活塞108產(chǎn)生的高應(yīng)力和/或第二是由于沖洗孔處以及沖洗孔105周圍并且特別是外部及內(nèi)部邊緣202、205處的表面缺陷。

此外，加固區(qū)域的壁厚E比區(qū)域209中的壁厚F大35％至50％。為了進(jìn)一步最小化由于阻抗失配導(dǎo)致通過轉(zhuǎn)接器100的能量損失以及減小沖洗孔105處以及沖洗孔105周圍的應(yīng)力集中，加固區(qū)域208的軸向長度B相對于轉(zhuǎn)接器100的總體軸向長度A被優(yōu)化。特別地，以及根據(jù)具體的實(shí)施方式，軸向長度B大約為軸向長度A的8至12％。

根據(jù)具體的實(shí)施方式，加固區(qū)域208在孔105的軸向前方以及軸向后方延伸。因此，在孔105(軸向鄰接橫截面C)的軸向前方和軸向后方的加固區(qū)域208內(nèi)的主體101的橫截面面積大于對應(yīng)的橫截面D處的橫截面面積。此外，以及根據(jù)具體的實(shí)施方式，在加固區(qū)域208處的孔200的內(nèi)徑在區(qū)域最前端303(對應(yīng)于與過渡區(qū)域210的軸向連接部)和區(qū)域最后端305(對應(yīng)于與圓錐形或穹頂形端表面302的軸向連接部)之間基本一致。此外，并且如在圖2和圖3中所圖示的，由面向內(nèi)部的表面201限定的孔200的內(nèi)徑沿著主要長度區(qū)域209的長度基本一致。