Key information

Title
Høyfrekvent væskedrevet borhammer for perkusjonsboring i harde formasjoner
Application number
20111140
Case type
National
Status
26.05.2014 Patent meddelt (B1)
Filed
19.08.2011
Effective date
19.08.2011
Publicly available
20.02.2013
Next annual fee due
31.08.2027
Applicant
Pen-Rock AS (NO)
Owner
HAMMERGY AS (NO)
Inventor
Per A Vatne (NO)
Agent
HÅMSØ PATENTBYRÅ AS (NO)
Granted
26.05.2014
Patent number
334793
Expiry date
19.08.2031

Abstract and drawing

Disclaimer: This text has been machine-scanned and may contain errors – please refer to "Publications" for legally binding content.
Det er vist en væsketrykkdrevet, høyfrekvent perkusjonshammer for boring i harde formasjoner. Perkusjonshammerens hammerstempel (20) har en langsgående relativt stor boring (41) som gir minimal strømningsmotstand for en borevæske gjennom boringen (41) under hammerstempelets (20) returslag. Boringen (41) er lukkbar i oppstrømsretningen av en ventilplugg (23) som følger hammerstempelet (20) under slaget. Ventilpluggen (23) er styrt av en relativt lang og slank ventilstamme (49) som mekanisk er i stand til å stoppe ventilpluggen (23) ved om lag 75 % av hammerstempelets (20) fulle slaglengde og skiller den fra en setetetning (40). Dermed åpner boringen slik at borevæsken kan strømme gjennom, og ventilstammens (49) iboende strekkfjæregenskaper returnerer ventilpluggen (23) så raskt at det blir god gjennomstrømning under hammerstempelets (20) retur.

Publications

B1A1
Checking availability of the latest published version...

Documents

 Expand Download files (46)
Date
 Date Doc. No. Process Case number In/Out Journal description To/from
 13.10.2026 02-01 Endring av fullmektig 2026/07652 UT Tilbakemelding på generell henvendelse HÅMSØ PATENTBYRÅ AS
 07.10.2026 01-02 Endring av fullmektig 2026/07652 INN P32336NO00 Signed General Power of Attorney HÅMSØ PATENTBYRÅ AS
 07.10.2026 01-01 Endring av fullmektig 2026/07652 INN Generell henvendelse HÅMSØ PATENTBYRÅ AS
 02.07.2026 18-01 Saksbehandling 20111140(334793) UT PT Varsel om betaling av årsavgift for år 4 + (3352) (PT20111140)
02.07.2025 17-01 Saksbehandling 20111140(334793) UT PT Varsel om betaling av årsavgift for år 4 + (3352) (PT20111140)
02.07.2024 16-01 Saksbehandling 20111140(334793) UT PT Varsel om betaling av årsavgift for år 4 + (3352) (PT20111140)
05.07.2023 15-01 Saksbehandling 20111140(334793) UT PT Varsel om betaling av årsavgift for år 4 + (3352) (PT20111140)
21.11.2022 02-01 Overdragelse av søknad/rettighet 2022/15008 UT GH Forespørsel PEN-ROCK AS
 05.10.2022 01-01 Overdragelse av søknad/rettighet 2022/15008 INN Generell henvendelse PEN-ROCK AS
 28.05.2014 14-01 Saksbehandling 20111140 UT PT Registreringsbrev Nasjonal Patent
24.02.2014 12-01 Saksbehandling 20111140 UT PT Meddelelse om patent Protector Intellectual Property Consultants AS
 11.02.2014 11-04 Saksbehandling 20111140 INN Hovedbrev Protector Intellectual Property Consultants AS
 11.02.2014 11-03 Saksbehandling 20111140 INN Patenttegninger Protector Intellectual Property Consultants AS
 11.02.2014 11-02 Saksbehandling 20111140 INN Beskrivelse Protector Intellectual Property Consultants AS
 11.02.2014 11-01 Saksbehandling 20111140 INN Korrespondanse (hoved dok) Protector Intellectual Property Consultants AS
 09.11.2013 10-01 Saksbehandling 20111140 UT Realitet patent Protector Intellectual Property Consultants AS
 31.10.2013 09-03 Saksbehandling 20111140 INN Internasjonal granskingsrapport Protector Intellectual Property Consultants AS
 31.10.2013 09-02 Saksbehandling 20111140 INN Hovedbrev Protector Intellectual Property Consultants AS
 31.10.2013 09-01 Saksbehandling 20111140 INN Korrespondanse (hoved dok) Protector Intellectual Property Consultants AS
 22.10.2013 11-01 Protest 2013/00137 UT OP01: Generelt brev Protector Intellectual Property Consultants AS
 22.10.2013 10-01 Protest 2013/00137 UT OP01: Generelt brev Advokatfirmaet Grette AS
 27.09.2013 09-02 Protest 2013/00137 INN Annet dokument
27.09.2013 09-01 Protest 2013/00137 INN Korrespondanse (Hovedbrev inn)
26.06.2013 08-01 Protest 2013/00137 UT Brev til søkers fullmektig vedr berostillelse
26.06.2013 07-01 Protest 2013/00137 UT Brev til Advokatfirmaet Grette vedr berostillelse
11.06.2013 08-03 Saksbehandling 20111140 INN Krav Protector Intellectual Property Consultants AS
 11.06.2013 08-02 Saksbehandling 20111140 INN Hovedbrev Protector Intellectual Property Consultants AS
 11.06.2013 08-01 Saksbehandling 20111140 INN Korrespondanse (hoved dok) Protector Intellectual Property Consultants AS
 04.06.2013 07-01 Saksbehandling 20111140 UT Patent - Reminder of first annual fee (2013.06.04)
23.04.2013 06-02 Protest 2013/00137 UT OP01 : Generelt brev
23.04.2013 06-01 Protest 2013/00137 UT OP01 : Generelt brev Protector Intellectual Property Consultants AS
 23.04.2013 05-01 Protest 2013/00137 UT OP01 : Generelt brev Advokatfirmaet Grette AS
 04.04.2013 04-02 Protest 2013/00137 UT Nytt overprøvningskrav (OP)
04.04.2013 04-01 Protest 2013/00137 UT PR02 : Melding til søker Protector Intellectual Property Consultants AS
 04.04.2013 03-01 Protest 2013/00137 UT PR03 : Informasjon til kravstiller Advokatfirmaet Grette AS
 22.03.2013 02-02 Protest 2013/00137 INN Annet dokument
22.03.2013 02-01 Protest 2013/00137 INN Korrespondanse (Hovedbrev inn)
16.03.2013 06-01 Saksbehandling 20111140 UT Realitet patent Protector Intellectual Property Consultants AS
 08.03.2013 01-01 Protest 2013/00137 INN Nytt overprøvningskrav (OP)
08.03.2013 01-01 2013/00119 INN Nytt overprøvningskrav (OP) protest
16.11.2012 04-04 Saksbehandling 20111140 INN Hovedbrev Protector Intellectual Property Consultants AS
 16.11.2012 04-03 Saksbehandling 20111140 INN Beskrivelse Protector Intellectual Property Consultants AS
 16.11.2012 04-02 Saksbehandling 20111140 INN Krav Protector Intellectual Property Consultants AS
 16.11.2012 04-01 Saksbehandling 20111140 INN Korrespondanse (hoved dok) Protector Intellectual Property Consultants AS
 20.09.2012 03-02 Saksbehandling 20111140 INN Hovedbrev Protector Intellectual Property Consultants AS
 20.09.2012 03-01 Saksbehandling 20111140 INN Korrespondanse (hoved dok) Protector Intellectual Property Consultants AS
19.03.2012 02-02 Saksbehandling 20111140 UT PT report 02:05:48
19.03.2012 02-01 Saksbehandling 20111140 UT Realitet patent Protector Intellectual Property Consultants AS
19.08.2011 01-07 Saksbehandling 20111140 INN Fullmakt
19.08.2011 01-06 Saksbehandling 20111140 INN Figures_Figurer_1-9_207802
19.08.2011 01-05 Saksbehandling 20111140 INN Erklæring søkers rett til oppfinnelse
19.08.2011 01-04 Saksbehandling 20111140 INN Beskrivelse
19.08.2011 01-03 Saksbehandling 20111140 INN Krav
19.08.2011 01-02 Saksbehandling 20111140 INN Sammendrag
19.08.2011 01-01 Saksbehandling 20111140 INN National Patent Application Form

Description, claims and drawings

Disclaimer: This text has been machine-scanned and may contain errors – please refer to "Publications" for legally binding content. Description
Høyfrekvent væskedrevet borhammer for perkusjonsboring i harde formasjoner.Foreliggende oppfinnelse vedrører en væsketrykkdrevet, høyfrekvent perkusjonshammer for boring i harde formasjoner, der perkusjonshammeren omfatter et hus som i sin ene ende har påmontert en borkrone som skal virke direkte mot den harde formasjon, hvilken perkusjonshammer omfatter et hammerstempel bevegelig opptatt i huset og virker mot borkronen, hvor hammerstempelet har en langsgående boring med forutbestemt strømningskapasitet og boringen er lukkbar i oppstrømsretningen av en ventilplugg som delvis følger hammerstempelet under slaget.Perkusjonshammere av denne type er blant annet kjent fra US 3327790, US 3403739, SE 444127 og US 4450920.Hydraulisk drevet perkusjonshammer for boring i fjell har vært i kommersiell bruk i over 30 år. Disse brukes med skjøtbare borstenger hvor boredybden begrenses av at slagenergien taper seg gjennom skjøtene, samt at massen av borstangen blir for stor slik at lite energi til slutt kommer frem til borkronen.Nedihulls borhammer, dvs borhammer montert rett over borkronen, er mye mer effektiv og brukes i stor utstrekning for boring av brønner ned til 2-300 m dybde. Disse er trykkluftdrevne og med trykk opp til ca. 22 bar, som da begrenser boredybden til ca. 220 m dersom det er vanninnsig i brønnen. Høytrykks vanndrevne borhammere har vært kommersielt tilgjengelig i ca. 10 år, men disse er av begrenset størrelse, opp til ca. 130 mm hulldiameter. De er dessuten kjent for å ha begrenset levetid og er ømfintlige for urenheter i vannet. De brukes i stor utstrekning i gruveindustrien ettersom de borer meget effektivt og borer veldig rette hull. De brukes i begrenset omfang til vertikal hullboring ned til 1000 - 1500 m dybde, og da uten retningskontrollutstyr.Det er ønsket å fremstille nedihulls, borevæske drevet borhammere som kan brukes sammen med retningskontrollutstyr, som har høy virkningsgrad, kan brukes med vann som borevæske, kan også brukes med vannbasert borevæske med tilsetninger og har økonomisk levetid. Det er forventet stor anvendelse både til dypbrønnsboring for geotermisk energi samt for vanskelig tilgjengelig olje og gassressurser.Ved perkusjonsboring brukes borkroner med innsatte hardmetallknaster, såkalte "indenters". Disse er laget av wolfram karbid og er typisk fra 8 til 14 mm i diameter og med sfærisk eller konisk ende. Ideelt sett skal hver "indenter" slås med optimal slagenergi i forhold til bergets hardhet, trykkfasthet, slik at den lager et lite krater i berget. Borkronen roteres slik at neste slag ideelt sett danner et nytt krater med forbindelse til det forrige. Borediameter og geometri bestemmer antall "indenter".Optimal slagenergi bestemmes av bergets trykkfasthet, det bores i bergarter med trykkfasthet over 300 MPa. Tilførsel av slagenergi utover det optimale, er tapt energi ettersom den ikke destruerer berget, men forplanter seg som energibølger. For lite slagenergi lager ikke krater i det hele tatt. Når slagenergi per "indenter" er kjent og antall "indenter" er bestemt, da er optimal slagenergi for borkronen gitt. Inndrift, eller borsynk, (ROP - rate of penetration) kan da økes kun med å øke slagfrekvensen.Mengden borevæske som pumpes bestemmes av minimum nødvendig returhastighet (annular velocity) i ringrommet mellom borestrengen og hullveggen. Denne bør være over 1 m/s, helst 2 m/s, for at den utborede masse, borkaks, skal bli transportert til overflaten. Jo hardere og sprøere berget er, og jo høyere slagfrekvens en får til, jo finere blir borkaksen, og desto saktere returhastighet kan aksepteres. Hardt berg og høy frekvens vil produsere borkaks som fortoner seg som støv eller fin sand.Den hydrauliske effekten tilført borhammeren er bestemt av trykkfallet multiplisert med pumpet mengde per tidsenhet.Slagenergien per slag multiplisert med frekvensen gir effekten. Ser vi på et tenkt eksempel der det skal bores i granitt med 260 MPa trykkfasthet og borediameter er 190 mm, pumpes det 750 L/min (12,5 L/s) vann fra overflaten. Det kalkuleres med ca. 900 J som optimal slagenergi.Med henvisning til kjente data for tilsvarende boring, men med mindre diameter, kan en påregne en borsynk på 22 m/t med en slagfrekvens på 60 Hz. Vi regner her med å øke slagfrekvensen til 95 Hz, følgelig blir ROP da 35 m/t. Nødvendig netto effekt på borkronen blir da: 0,9 kJ x 95 = 86 kW. Vi regner den foreliggende hammerkonstruksjon til å ha en mekanisk-hydraulisk virkningsgrad på 0,89, hvilket da gir 7,7 MPa nødvendig trykkfall over hammeren.Denne borhammeren vil da bore 60 % raskere og med 60 % mindre energiforbruk enn kjente tilgjengelig vanndrevne borhammere.Dette oppnås med en perkusjonshammer av den innledningsvis nevnte type, som kjennetegnes ved at ventilpluggen er styrt av en tilhørende ventilstamme som er glidbart opptatt i en ventilstammehylse, der ventilstammen omfatter stoppinnretninger som abrupt stopper ventilpluggen ved en forutbestemt prosentandel av hammerstempelets fulle slaglengde og skiller ventilpluggen fra en setetetning på hammerstempelet, idet boringen dermed blir åpen og tillater borevæsken å strømme gjennom boringen, og at ventilstammens iboende strekkfjæregenskaper returnerer ventilpluggen med stor hastighet ved hjelp av mekanisk rekyl.Med fordel omfatter stoppinnretningene en stopperplate på ventilstammens oppstrømsende og en samvirkende innvendig stoppflate i ventilstammehylsen.I en utførelse kan den forutbestemte prosentandel av hammerstempelets fulle slaglengde være i størrelsesorden 75 %.Hensiktsmessig er det ventilstammens iboende strekkfjæregenskaper som returnerer ventilpluggen, idet ventilstammen er lang og slank.Med fordel kan perkusjonshammeren videre være utstyrt med en innløpsventilsammenstilling som ikke åpner for drift av hammerstempelet før trykket er bygget opp til omtrent 95 % av fullt arbeidstrykk, idet innløpsventilsammenstillingen er tilpasset til å stenge et hovedløp og at et sideløp i hammerhuset trykksetter et ringrom mellom hammerstempelet og huset som løfter hammerstempelet til tetning mot ventilpluggen.Hensiktsmessig returnerer hammerstempelet og ventilsammenstillingen med rekyl, der både hammerstempelet og ventilsammenstillingen er utstyrt med hydraulisk demping som kontrollerer retardasjonen av returslaget til stopp.Hensiktsmessig skjer den hydrauliske demping med et ringstempel som blir presset inn i en motsvarende ringsylinder med kontrollerte klaringer, og dermed struper evakueringen av den innesperrede væsken.Videre kan en åpning være anordnet i toppen av ventilstammehylsen, i hvilken åpning ventilstammens stopperplate er i stand til å entre, idet stopperplatens radielle parti tetter, med relativt trang radiell klaring, mot innsiden av åpningen.Videre kan en ringformet tilbakeslagsventil være anordnet i et ringspor under åpningen, hvilken tilbakeslagsventil er i stand til å åpne og etterfyller væske gjennom boringer ventilstammehylsen.Perkusjonshammerhuset kan være inndelt i et innløpsventilhus, et ventilhus og et hammerhus.Hammerkonstruksjonen ifølge den foreliggende oppfinnelse er av typen såkalt direktevirkende hammer (Direct Acting Hammer), dvs at det er en lukkeventil på hammerstempelet som i lukket stilling gjør at trykket driver den frem, og i åpen stilling gjør at hammerstempelet utsettes for rekyl. Den tidligere varianten av en hydraulisk hammer har et ventilsystem som trykkdriver hammerstempelet begge veier. Dette gir dårligere virkningsgrad, men mer presis styring av stempelet.Nøkkelen til god virkningsgrad og høy slagfrekvens ligger i ventilkonstruksjonen. Den må virke med høy frekvens og har god gjennomstrømmingskarakteristikk i åpen stilling.Borhammerkonstruksjonen kan med stor fordel også anvendes som overflatemontert hydraulisk drevet hammer for boring med borstenger, men det blir anvendelse som nedihulls borhammer som blir detaljbeskrevet her.Andre og ytterlige formål, særtrekk og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen, som er gitt for beskrivelsesformål og gitt i forbindelse med de vedlagte tegninger, hvor: Fig. 1 viser skjematisk en typisk hydraulisk borhammer ifølge oppfinnelsen,Fig. 3A viser et lengdesnitt av borhammeren vist i fig. 2A der de innvendige hoveddelene er vist,Fig. 4A viser tilsvarende det som er vist i figur 3A, men i slutten av en akselrasjonsfase,Fig. 5A viser tilsvarende det som er vist i fig. 3A og 4A, men i det øyeblikk når hammerstempelet slår mot anslagflaten i borkronen,Fig. 6A viser tilsvarende det som er vist i fig. 3A, 4A og 5A, men når hammerstempelet er i full retur,Fig. 7A viser tilsvarende det som er vist i fig. 3A, 4A, 5A og 6A, men når hammerstempelet er i siste del av returen,Fig. 8 viser kurver som illustrerer hammerstempelets og ventilens arbeidssyklus, Fig. 9A viser kurven som illustrerer ventilens bratte lukkekarakteristikk med hensyn til trykkfall, ogFig. 1 viser en typisk hydraulisk borhammer for montering på toppen av skjøtbare borstenger hvor hammermekanismen er innebygget i et hus 1 bygget i flere husseksjoner, der en rotasjonsmotor 2 roterer en borstang via en transmisjon 3 som roterer en aksel med et gjengeparti 4 som skrus til borstangen og en borkrone (ikke vist). Hammermaskinen er vanligvis utstyrt med en festeplate 5 for montering til en mateanordning på en borerigg (ikke vist). Tilførsel av hydraulisk driwæske skjer via rør og kobling 6 og hydraulisk retur via rør med kobling 7. Fig. 2 A og 2B viser en nedihulls borhammer med borkrone. Denne vil bli brukt i den følgende detaljbeskrivelse. Det viste hus 1 har en første husseksjon 8 som rommer det som senere vil bli beskrevet som innløpsventilen, mens en andre husseksjon 9 rommer en ventil, en tredje husseksjon 10 rommer et hammerstempel og henvisningstallet 11 angir borkronen. Gjennom en åpning eller hovedløp 12 blir borevæsken pumpet inn og et gjengeparti 13 kobler hammeren til borestrengen (ikke vist). Et flatt parti 14 er til for bruk av momentnøkkel for å skru hammeren til/fra borestrengen. Et dreneringshull 15 er nødvendig for funksjonen til den senere forklarte innløpsventilen, utløpshull 16 er til for retur av borevæsken i ringrommet mellom borehullet og borhammerhuset (ikke vist) tilbake til overflaten. Hardmetallknaster 17 er de elementer som knuser berget det blir boret i. Fig. 2C viser et riss sett i retning pilene A-A i fig. 2A, og Fig. 2D viser et riss sett mot borkronen 11 i retning pilene B-B i fig. 2A. Fig. 3 A viser et lengdesnitt av borhammeren der de innvendige hoveddelene er: en innløpsventilsammestilling 18, en ventilsammenstilling 19 og et hammerstempel 20. Borevæsken pumpes inn gjennom innløpet 12, passerer innløpsventilen 18 i åpen stilling gjennom boringer 21 vist på snitt A-A i fig. 3B, videre gjennom boringer 22 i snitt B-B i fig. 3C til en ventilplugg 23 som er vist i lukket stilling i snitt C-C i fig. 3D mot hammerstempelet 20 og driver dette til anslag mot borkronens bunnparti 24. Snitt D-D i fig. 3E viser et langsgående rilleparti 25 i borkronen 11 og hammerhusets 10 nederste parti som overfører dreiemomentet samtidig som borkronen 11 kan bevege seg aksialt innen tillatte klaringer bestemt av en låseringmekanisme 26. Dette for at ved anslag av hammerstempelet 20 mot borkronen 11 er det kun massen av denne som forflyttes i takt med hardmetallknastenes 17 inntrenging i berget. Det er en forutsetning at borestrengen utøver en viss frammatingskraft slik at hammerhuset 10 trykkes mot borkronen 11 slik at klaringen mot låseringmekanismen 26 tillater aksial forflytning av kun borkronen 11 i takt med inntrengningen i berget. Dette for at mest mulig av slagenergien skal overføres til knusing av berget og minst mulig skal gå tapt til masseforflytning av den relativt lette borkronen 11.Detaljutsnittet i fig. 3F, som viser innløpsventilen 18 i lukket stilling er hentet fra H i fig. 3A. Når hammerfunksjonen skal igangsettes, startes pumpingen av borevæsken i innløpet 12. En sideboring 27 gjennom veggen til ventilhuset 8 har hydraulisk kommunikasjon med en pilotboring 28 i innløpsventilens 18 montasjeplate 29. Montasjeplaten 29 er stasjonær i ventilhuset 8 og inneholder en pilotventil 30 som blir holdt i åpen stilling av en fjær 31. Borevæsken strømmer fritt til et første pilotkammer over et første pilotstempel 32 hvis diameter og areal er større enn arealet av innløpet 12. Under trykkoppbygging vil en begrenset bevegbar ventilplugg 33 bli presset til lukking mot et sete 34 i huset 8. Under trykkoppbygging mot stengt innløpsventil 18 blir et ringrom 35 mellom huset 10 og hammerstempelet 20 trykksatt gjennom sideboringen 27 som via langsgående boringer 36 i ventilhuset 9 mater et innløp 37, se detaljutsnitt F.Detaljutsnittene i fig. 3H og fig. 31 er hentet fra F og G i fig. 3A og viser hammerstempelets 20 anlegg mot innerveggen i hammerhusene 9, 10. Diameteren til et stempel 38 er litt større enn diameteren til et andre stempel 39. Ved anvendelse av borhammeren til boring vertikalt nedover vil hammerstempelet 20 i trykkløs tilstand, pga tyngdekraften, opplagt sige mot anslagflaten 24 i borkronen 11.1 denne tilstand vil det være klaring mellom ventilpluggen 23 og dens sete 40 (se detaljutsnitt F) i hammerstempelet 20. Følgelig vil borevæsken strømme fritt gjennom ventilen ved pluggen 23, gjennom en boring 41 i hammerstempelet 20 og boringene 16 (se fig. 2A), og derfor får vi for liten trykkoppbygging til at hammeren starter.Det i detaljutsnitt fig. 3F viste arrangement med stengt innløpsventil 18 og trykkoppbygging i ringrommet 35 løfter hammerstempelet 20 til tetting mot ventilpluggen 23. Pga den nødvendige klaringen mellom stempelets 38 flate og innerveggen i huset 9, lekker det borevæske ut i rommet over ventilpluggen 23 gjennom smørekanaler 42 og en boring 43 slik en pil viser i detaljutsnitt F. For å forhindre at dette lekkasjevolumet skal gi trykkoppbygging i rommet over ventilpluggen 23 dreneres dette gjennom en boring 44 i ventilmontasjeplaten 29 og en åpning 45 som pilotventilen 30 i denne stillingen tillater, og videre ut gjennom dreneringshullet 15. Når trykket har steget til over 90 % av arbeidstrykket som hammeren er konstruert for, overvinner stempelkraften i et andre pilotkammer 46 lukkekraften til fjæren 31 og pilotventilen 30 skifter stilling slik som vist i fig. 3G.Det første pilotkammeret over pilotstempelet 32 dreneres og innløpsventilen 18 åpner. Samtidig stenges åpningen 45 slik at drenering gjennom boringen 44 blir tett slik at det ikke tapes trykk gjennom denne i operasjonsmodus. Trykket i rommet over hammerstempelet 20 og den lukkede ventilpluggen 23 fører til start av arbeidssyklusen med umiddelbar full kraft. Arrangementet med en tilbakeslagsventil 47 og en dyse 48 er til for å ha en redusert dreneringstid av det andre pilotkammeret 46 for dermed å oppnå relativt sakte lukking av innløpsventilen 18. Dette for at innløpsventilen 18 forblir fullt åpen og ikke skal forstyrre i operasjonsmodus da trykket svinger med slagfrekvensen.Fig. 4A viser borhammeren i slutten av en akselrasjonsfase. Hammerstempelet 20 har på dette tidspunkt kommet opp i full hastighet, typisk cirka 6 m/s. Dette er et resultat av tilgjengelig trykk, eksempelvis som her i underkant av 8 MPa, det hydrauliske arealet av hammerstempelet, eksempelvis som her med diameter 130 mm og hammerstempelets vekt, eksempelvis som her er 49 kg. Ventilpluggen 23 holdes lukket mot hammerstempelets seteåpning da det hydrauliske arealet av ventilpluggen 23, eksempelvis som her med diameter 95 mm, er litt større, ca. 4 %, enn ringarealet for hammerstempelet vist i snitt B-B i fig. 4C med henholdsvis 23 og 24. På dette tidspunkt har hammerstempelet tilbakelagt ca. 75 % av full slaglengde, ca. 9 mm. Klaringen mellom hammerstempelet 20 og borkronens anslagsflate 24 er ca. 3 mm, vist på forstørret detaljutsnitt C i fig. 4E.En bevegelig ventilstamme 49 med en stopperplate 50 lander nå mot anslaget i en i huset 9 stasjonær ventilstammehylse 51 og stopper ventilstammen 49 fra videre vandring, som vist på forstørret detaljutsnitt A i fig. 4D, hvorpå ventilpluggen 23 blir separert fra setet 40 i hammerstempelet 20 og dermed åpnes. Den bevegelige ventilenhet 23, 49, 50 er vist i oppriss i fig. 4B.Den kinetiske energien i ventilpluggens 23 massefart vil ved dennes bråstopp strekke den relativt lange og slanke ventilstammen 49 marginalt og dermed gå over til en relativt stor fjærkraft som veldig raskt akselererer ventilen i retur. Den marginale strekkingen av ventilstammen 49, her eksempelvis beregnet til ca. 0,8 mm, må være under utnyttelsesgraden for materialet, som i dette tilfellet er høyfartfjærstål. Massen av ventilpluggen 23 bør være minst mulig, her eksempelvis laget i aluminium, kombinert med lengden, diameteren samt materialegenskapene i ventilstammen 49, bestemmer ventilsammenstillingens egensvingning.For praktisk anvendelse bør denne være minimum 8-10 ganger frekvensen den skal anvendes for. Egensvingefrekvensen bestemmes av formlene:Massen og fjærkonstanten betyr mest. Egensvingefrekvensen for den viste konstruksjonen er ca. 1100 - 1200 Hz og derfor anvendbar for en arbeidsfrekvens på over 100Hz.Den viste konstruksjonen har her i dette eksempelet en rekylhastighet som er 93 % av anslagshastigheten.Fig. 5A viser posisjonen og tidspunktet for når hammerstempelet 20 slår mot anslagsflaten 24 i borkronen 11. Ventilpluggen 23 med stammen 49 og stopperplaten 50 er på full fart i retur, se detaljutsnitt A i fig. 5B, slik at det relativt raskt dannes en stor åpning mellom ventilpluggen 23 og hammerstempelets 20 ventilsete 40 slik at borevæsken nå strømmer med relativt liten motstand gjennom hammerstempelets 20 langsgående boring 41, se detaljutsnitt B i fig. 5C.Den kinetiske energien i hammerstempelets 20 massefart går delvis over i en fjærkraft i hammerstempelet 20 da dette blir litt sammentrykket under sammenstøtet. Når energibølgen fra sammenstøtet har vandret gjennom hammerstempelet 20 til motsatt ende og tilbake, akselererer hammerstempelet 20 i retur. Returhastigheten er ved start her beregnet til ca. 3,2 m/s, ca. 53 % av anslaghastigheten, dette fordi at en del av energien har gått med til masseforflytning av borkronen 11, mens resten har gått med til "indentenes" inntrykking i berget.Fig. 6A viser det tidspunkt når hammerstempelet 20 er i full returhastighet. Ventilpluggen 23 har på dette tidspunkt nesten returnert til endestopp der detaljutsnitt A i fig. 6C viser stammen 49 med stopperplaten 50 som entrer en åpning 52 i toppen av ventilstammehylsen 51.Detaljutsnitt D i fig. 6C viser hvordan stopperplatens 50 radielle parti tetter, med relativt trang radiell klaring, mot innsiden av åpningen 52. Det dannes et lite undertrykk i kammeret under stopplaten 50 når denne vandrer de siste 2 mm til stopp. En ringformet tilbakeslagsventil 58 åpner og etterfyller væske gjennom boringer 59. Det innestengte volumet under stopperplaten 50 forhindrer at ventilpluggen 23 foretar rekyl bevegelse og forblir i posisjon til neste syklus starter.Tilbakeslagsventilen 58 av typen "ringtilbakeslagsventil", som i utførelse er en ringformet bladfjær, er valgt da denne har liten masse og relativt stor fjærkraft og følgelig kan arbeide med høy frekvens.Detaljutsnitt B i fig. 6E viser den relativt store åpningen mellom ventilpluggen 23 og ventilsetet 40 i hammerstempelet 20 slik at borevæsken strømmer gjennom med minimal motstand. Undersiden av ventilstammehylsen 51 er formet som en ringformet sylindergrop 53 vist på detaljutsnitt C i fig. 6D. Toppen av ventilpluggen 23 er formet som et ringstempel 54 som med relativt trange klaringer passer inn i den ringformede sylindergropen 53. Det innestengte væskevolum blir, ettersom ventilen returnerer helt til endestopp, evakuert på kontrollert måte gjennom de radielle klaringene mellom ringstempelet 54 og ringsylinderen 53 pluss et evakueringshull 55. Denne kontrollerte evakuering virker som dempende kraft og stopper returen av ventilen slik at den ikke foretar rekylbevegelser. Samme type dempearrangement er det på hammerstempelet 20. På detaljutsnitt B vises et ringstempel 56 på toppen av hammerstempelet 20, samt et ringformet sylinderspor 57 i nedre del av ventilhuset 9.Fig. 7A viser siste del av returen til hammerstempelet 20. Avslutningen avreturslaget blir kontrollert dempet til full stans samtidig som ventilsetet 40 møter ventilpluggen 23, vist på detaljutsnitt A i fig. 7C. Detaljutsnitt B i fig. 7B illustrerer hvordan det innestengte væskevolumet i den ringformede sylindergropen 57 blir fortrengt gjennom de radielle klaringene mellom ringstempelet 56 og et dreneringshull 60.Gapet mellom ventilsetet 40 og ventilpluggen 23 trenger ikke lukkes fullstendig for at trykket bygger seg opp og en ny syklus starter. Beregninger viser at ved en åpning på 0,5 mm er trykkfallet nesten det samme som arbeidstrykket. Dette gjør at flatetrykket på kontaktflaten mellom ventilpluggen 23 og setet 40 blir lavt og komponentene kan ha lang levetid.Fig. 8 viser kurver som illustrerer hammerstempelets 20 og ventilens arbeidssyklus. Kurve A viser hastighetsforløpet og kurve B posisjonsforløpet gjennom en arbeidssyklus. For begge kurvene gjelder at horisontalaksen er tidsaksen, inndelt i mikrosekunder.Vertikalaksen for kurve A viser hastigheten i m/s, slagretning mot borkronen 11 som + oppover og - nedover, her returhastigheten.Vertikalaksen for kurve B viser avstand i mm fra startposisjonen. Kurveseksjon 61 viser akselrasjonsfasen, der punkt 62 er da ventilen blir stoppet og dennes retur starter. Punkt 63 er hammerstempelets 20 anslag mot borkronen 11. Kurveseksjon 64 er forflytningen av borkronen 11 ved framdrift i berget, 65 er rekylens akselerasjon, 66 er returhastigheten uten demping og 67 er returhastigheten med demping. Kurveseksjon 68 er rekylakselrasjonen for ventilen, 69 er returhastigheten for ventilen uten demping og 70 er neddempingsfasen for ventilens retur.Fig. 9A viser en kurve 71 som illustrerer ventilens bratte lukkekarakteristikk med hensyn til trykkfall og åpning mellom ventilpluggen 23 og setet 40 i hammerstempelet. Denne situasjon er vist i fig. 9B. Horisontalaksen er åpningsgap i mm og vertikalaksen beregnet trykkfall i bar ved nominell mengde pumpet borevæske som eksempelvis her er 12,5 L/sek. Som vist må lukkegapet komme under 1,5 mm før en får vesentlig trykkmotstand.
Claims
1.Væsketrykkdrevet, høyfrekvent perkusjonshammer for boring i harde formasjoner, der perkusjonshammeren omfatter et hus (8, 9,10) som i sin ene ende har påmontert en borkrone (11) som skal virke direkte mot den harde formasjon, hvilken perkusjonshammer omfatter et hammerstempel (20) bevegelig opptatt i huset (8, 9, 10) og virker mot borkronen (11), hvor hammerstempelet (20) har en langsgående boring (41) med forutbestemt strømningskapasitet og boringen (41) er lukkbar i oppstrømsretningen av en ventilplugg (23) som delvis følger hammerstempelet (20) under slaget, karakterisert ved at ventilpluggen (23) er styrt av en tilhørende ventilstamme (49) som er glidbart opptatt i en ventilstammehylse (51), der ventilstammen (49) omfatter stoppinnretninger (50, 51) som abrupt stopper ventilpluggen (23) ved en forutbestemt prosentandel av hammerstempelets (20) fulle slaglengde og skiller ventilpluggen (23) fra en setetetning (40) på hammerstempelet (20), idet boringen (41) dermed blir åpen og tillater borevæsken å strømme gjennom boringen (41), og at ventilstammens (49) iboende strekkfjæregenskaper returnerer ventilpluggen (23) med stor hastighet ved hjelp av mekanisk rekyl.2.Perkusjonshammer som angitt i krav 1, karakterisert ved at stoppinnretningene (50, 51) omfatter en stopperplate (50) på ventilstammens (49) oppstrømsende og en samvirkende innvendig stoppflate i ventilstammehylsen (51).3.Perkusjonshammer som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den forutbestemte prosentandel av hammerstempelets (20) fulle slaglengde er i størrelsesorden 75 %.4.Perkusjonshammer som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at det er ventilstammens (49) iboende strekkfjæregenskaper som returnerer ventilpluggen (23), idet ventilstammen (49) er lang i forhold til dens diameter.5.Perkusjonshammer som angitt i ett av kravene 1-4, karakterisert ved at hammeren er videre utstyrt med en innløpsventilsammenstilling (18) som ikke åpner for drift av hammerstempelet (20) før trykket er bygget opp til i størrelsesorden 95 % av fullt arbeidstrykk, idet innløpsventilsammenstillingen (18) er tilpasset til å stenge et hovedløp (12) og at et sideløp (27) i hammerhuset trykksetter et ringrom (35) mellom hammerstempelet (20) og huset (10) som løfter hammerstempelet (20) til tetning mot ventilpluggen (23).6.Perkusjonshammer som angitt i krav 5, karakterisert ved at hammerstempelet (20) og ventilsammenstillingen (19) returnerer med rekyl, der både hammerstempelet (20) og ventilsammenstillingen (18) er utstyrt med hydraulisk demping som kontrollerer retardasjonen av returslaget til stopp.7.Perkusjonshammer som angitt i krav 6, karakterisert ved at den hydrauliske demping skjer med et ringstempel (54) som blir presset inn i en motsvarende ringsylinder (53) med kontrollerte klaringer, og dermed struper evakueringen av den innesperrede væsken.8.Perkusjonshammer som angitt i ett av kravene 1-7, karakterisert ved at en åpning (52) er anordnet i toppen av ventilstammehylsen (51), i hvilken åpning (52) ventilstammens (49) stopperplate (50) er i stand til å entre, idet stopperplatens (50) radielle parti tetter, med relativt trang radiell klaring, mot innsiden av åpningen (52).9.Perkusjonshammer som angitt i krav 8, karakterisert ved at en ringformet tilbakeslagsventil (58) er anordnet i et ringspor under åpningen (52), hvilken tilbakeslagsventil (58) er i stand til å åpne og etterfyller væske gjennom boringer (59) ventilstammehylsen (51).10.Perkusjonshammer som angitt i ett av kravene 1-9, karakterisert ved at perkusjonshammerhuset (1) er inndelt i et innløpsventilhus (8), et ventilhus (9) og et hammerhus (10).
Drawings

Priority

No priority

Patent classes

IPC classesE21B 4/14E21B 4/06E21B 1/00

Citations

US 3327790 A (A)US 3403739 A (A)US 3387671 A (A)US 2774334 A (A)

Applicants, owners and inventors

Owners
HAMMERGY AS
Malmvegen 2 4735 EVJE NO (EVJE OG HORNNES Municipality, Agder county)Org. number: 912496902Inventors
Per A Vatne
Vardåsvn. 154 4638 KRISTIANSAND S NO (KRISTIANSAND Municipality, Agder county)

Agent

HÅMSØ PATENTBYRÅ AS
HÅMSØ PATENTBYRÅ AS

Org. number: 918752900

Name and address are automatically synchronized with the Brønnøysund Register Centre.

Open in The Brønnøysund Register Centre
Postboks 9 4068 STAVANGER NO (STAVANGER Municipality, Rogaland county)
Org. number: 918752900
Reference: -

Status history

Payment history

Oppositions and appeals

ProtestReceived: 08.03.2013 NIPO's case No.: 2013/00137Current status: Avgjort. Detaljstatus ikke tilgjengelig
RequestorPer Andreas Vatne Vardåsveien 154 4638 KRISTIANSAND S NO
Requestor's agentADVOKATFIRMAET GRETTE AS Postboks 1397 Vika 0114 OSLO NO (OSLO Municipality, Oslo county)
Org. number: 820203542Reference: 500474-501

Administrative limitation

No administrative limitation

Liens and licences

No liens or licenses registered

Gazette entries

No Gazette entries foundOnly events from 2024.03.04 and onwards are shown.