[發明專利]用于監測鉆機中的空氣流動的配置以及方法

有效

• 申請號: 200980117148.0
• 申請日: 2009-04-29
• 公開（公告）號: CN102027188A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 佩爾·克賴納;焦德義
• 申請（專利權）人: 阿特拉斯·科普柯鑿巖設備有限公司;阿特拉斯·科普柯鉆探溶液有限公司
• 主分類號: E21B21/08
• 分類號: E21B21/08
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 魏金霞;田軍鋒

相關文件的交叉引用

根據35U.S.C.第365條，本申請要求于2008年5月13日在美國受理局提交的國際專利申請PCT/US2008/006075的權益。

技術領域

本發明涉及一種檢測通過鉆頭中的沖洗孔的減少的空氣流動的鉆機中的配置以及一種檢測通過鉆頭中的沖洗孔的減少的空氣流動的方法。

背景技術

在建筑作業中常用不同尺寸的鉆機在巖石中鉆孔。鉆機包括具有鉆頭的鉆巖機械，鉆頭適合于特定的巖石環境，用于穿透巖石并且鑿下(chip?away)破裂的巖石。以高水平的進給力或沖擊波的形式產生穿透力。由旋轉馬達產生的轉矩切斷(shear?off)碎石。

在表面巖石鉆孔過程中，標準的做法是利用壓縮空氣吹走巖石切屑并清掃巖石表面以確保鉆頭總是與新的且堅固的巖石表面接觸。如果沒有清除切屑，鉆頭將穿透切屑并且進一步將切屑破碎成更小的尺寸。由于浪費了相當多的能量并降低了鉆孔效率，因此這種二次破碎是不可取的。此外，切屑的聚積還將阻礙鉆頭的旋轉并且最終使鉆頭卡住而停止。

鉆頭包括沖洗孔，并且壓縮空氣配置成在鉆孔期間通過沖洗孔流出。然而，如果沖洗孔被泥土堵塞，或如果細小的切屑緊塞到沖洗孔中，那么空氣流動停止。巖石鉆機工作的地面條件各種各樣，并且泥土在地面中的存在大大增加了孔被堵塞的風險。在地面是軟的而鉆孔速度很快使得提供的空氣不足以清除掉切屑的情況下，由于將細小的切屑壓實到沖洗孔中從而堵塞鉆頭。

當沖洗孔被堵塞時，鉆頭被阻塞住，接著鉆孔操作完全停止。然后，必須清掃鉆孔，這需要相當長的時間。這可能涉及拔出整根鉆柱。因此，確保連續的空氣流動通過鉆頭的沖洗孔很重要。

常用的檢測鉆頭的沖洗孔中空氣流動減少或停止的方法是在壓縮機下游的空氣流動路徑中配置例如文丘里測流嘴的空氣流動監測設備。當工作壓力非常高時，這種設備產生范圍在幾個psi的較小壓差。這通常意味著小于5psi的壓差。特定的壓差指示通過孔的空氣流動正常。當特定的壓差消失時，則指示空氣流動停止。使用包括開關的機械或電氣設備來檢測壓差并發出信號給控制單元以例如使供氣反向和停止鉆孔。因為所使用的設備在壓力相對非常高的環境中工作，所以壓差的產生和檢測需要高靈敏度和高準確度。

因此，現有技術的配置需要用于在壓力相對較高的環境中檢測小壓力變化的具有非常高的靈敏度的檢測設備。這種電氣和/或機械設備非常昂貴并且維護費用較高。

此外，現有技術的監測設備在空氣流動路徑中引起壓降，這將對空氣通過鉆頭中的沖洗孔流出有不利影響。這也對能量消耗有不利影響。

因此，需要改進用于檢測巖石鉆機中通過鉆頭的沖洗孔的空氣流動減少或停止的配置和方法。

發明內容

本發明的目的是消除如上所述的空氣流動監測設備的上述缺點。

根據本發明的第一方面，以上問題得以解決的原因在于所論述的這種配置具有這樣的特定特征：其包括巖石鉆機，該巖石鉆機包括配置在位于容積式壓縮機上游的流動路徑中的進氣閥，該容積式壓縮機用于將空氣流供給至鉆頭表面中的至少一個沖洗孔。該鉆機還包括空氣調節器和檢測裝置，該空氣調節器配置用以調節位于壓縮機下游的空氣流動路徑中的系統壓力，該檢測裝置用于檢測通過鉆頭表面中的所述至少一個沖洗孔的變化的空氣流動。檢測裝置包括配置在空氣調節器與進氣閥之間的壓力傳感器，并且該壓力傳感器適于測量減小的系統壓力。

根據本發明的解決方案使得能夠將用于監測通過鉆頭中的沖洗孔的空氣流動的點配置在壓縮機的上游。通過測量減小的系統壓力和了解進氣閥，間接地監測通過系統的空氣流量。

通常，壓力調節器包括卸載器氣缸，該卸載器氣缸感測由系統中的流動變化引起的系統壓力減小。壓力調節器具有較寬的壓力變化范圍，而這是我們利用該特征來感測空氣的原因。

進氣閥配置成逆著大氣壓力工作，并且進氣閥的開口面積與壓差成反比。

知道減小的系統壓力和進氣閥的特性得到進氣閥與壓縮機之間的壓力。

調節器處的壓力變化與壓縮機下游的空氣流量成反比。因此，監測到的減小的系統壓力與系統的空氣流量成反比。

當空氣系統壓力在100psi至150psi之間時，減小的系統壓力為大約0psi至40psi。根據本發明的解決方案提供測量方法以及與現有技術的配置相比非常高的準確度。

另外，實踐中，測量調節器與進氣閥之間的減小的系統壓力比測量進氣閥與壓縮機之間的減小的系統壓力更容易。此外，進氣閥與壓縮機之間的壓力是負壓，而測量負壓力需要更復雜和更昂貴的裝置。