特許 7584196 パルスキャビテーション噴流補助破岩機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-07

(45)【発行日】2024-11-15

(54)【発明の名称】パルスキャビテーション噴流補助破岩機構

(51)【国際特許分類】

   E21B 10/00 20060101AFI20241108BHJP

   E21B 10/38 20060101ALI20241108BHJP

【ＦＩ】

E21B10/00 Z

E21B10/38

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024532562

(86)(22)【出願日】2023-11-09

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-08

(86)【国際出願番号】 CN2023130813

(87)【国際公開番号】W WO2024074157

(87)【国際公開日】2024-04-11

【審査請求日】2024-05-30

(31)【優先権主張番号】202211571772.1

(32)【優先日】2022-12-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】521231444

【氏名又は名称】河南理工大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001106

【氏名又は名称】弁理士法人キュリーズ

(72)【発明者】

【氏名】▲張▼宏▲図▼

(72)【発明者】

【氏名】魏建平

(72)【発明者】

【氏名】▲劉▼勇

(72)【発明者】

【氏名】▲陳▼旭

(72)【発明者】

【氏名】▲張▼勃▲陽▼

(72)【発明者】

【氏名】姚邦▲華▼

(72)【発明者】

【氏名】王向▲陽▼

(72)【発明者】

【氏名】▲張▼志博

(72)【発明者】

【氏名】李▲陽▼

(72)【発明者】

【氏名】位▲樂▼

(72)【発明者】

【氏名】▲陳▼攀

(72)【発明者】

【氏名】王冕

(72)【発明者】

【氏名】李金▲華▼

(72)【発明者】

【氏名】李振

(72)【発明者】

【氏名】李金松

(72)【発明者】

【氏名】▲楊▼正凱

【審査官】高橋 雅明

(56)【参考文献】

【文献】実開平２－８０１８７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特表２０１０－５２８２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１６６３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－５３５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平２－１５７３８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｂ１０／００

Ｅ２１Ｂ１０／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パルスキャビテーション噴流補助破岩機構であって、
前記パルスキャビテーション噴流補助破岩機構は、ドリルビットに設けられている複合パルスアセンブリを含み、前記複合パルスアセンブリは、流体パルス噴流および機械パルスインパクトを行うことができ、
前記ドリルビットの一方にはドリルシャフトが接続され、前記ドリルシャフトにはパルス化アセンブリが設けられ、前記パルス化アセンブリは、パルス化の有無を能動的に制御するとともに、パルス化の周波数を制御することができ、
前記パルス化アセンブリは、流路構成アセンブリと、固定ディスクと、移動ディスクと、を含み、前記固定ディスクは、ドリルシャフトに固定され、前記固定ディスクのドリルビットに近い側には、前記移動ディスクが相対回転可能に設けられ、
前記流路構成アセンブリは、液体を移動ディスクから固定ディスクへ流れるとともに、液体をドリルビットから流出するように、１つの流路を構築することができ、
前記移動ディスクはモータによって駆動され、
前記複合パルスアセンブリは、パルスヘッドと、内部流路と、封止板と、スライドと、を含み、ただし、前記スライドは、ドリルビットに開設され、前記スライドには、パルスヘッドがスライドして設けられ、前記パルスヘッドのパルス化アセンブリに近い側には、環状のキャッチショルダを有し、前記スライドには、パルスヘッドの外部に外嵌されているスプリングがさらに設けられ、
前記パルスヘッドの中間部には、内部流路が貫通して開設され、前記ドリルビットには、内部流路を封止するための封止板がさらに設けられ、前記封止板には、キャッチショルダに対応する駆動流路がさらに開設されている、
ことを特徴とするパルスキャビテーション噴流補助破岩機構。

【請求項2】

前記流路構成アセンブリは、ウォーターインレットリングと、ウォーターインレットアークチャンバと、を含み、ただし、前記ウォーターインレットアークチャンバのドリルビットから離れる側には、開口部を有し、前記ウォーターインレットアークチャンバの切り欠きには、ウォーターアウトレットアークチャンバが固定され、前記ウォーターインレットアークチャンバ及びウォーターアウトレットアークチャンバは、共同で環状構造を構成することができ、環状構造のドリルビットから離れる側の内壁には、バッフルリングが固定して内蔵されることにより、ドリルシャフトにおける液体が開口部のみを介してウォーターインレットアークチャンバに入ることができ、
前記環状構造には前記固定ディスクが固定され、
前記環状構造には前記移動ディスクが回転自在に接続され、
前記ウォーターインレットリングは環状構造に固定的に接続され、かつ前記ウォーターインレットアークチャンバとウォーターインレットリングとを連通するように設けられ、
前記ウォーターインレットアークチャンバおよびウォーターインレットリングの内側には、いずれも、移動ディスクのドリルビットに近い側に位置する出水口が開設され、
前記ウォーターアウトレットアークチャンバの内側には、固定ディスクのドリルビットから離れる側に位置する排水口が開設されており、前記ウォーターアウトレットアークチャンバの外側には、排水口に連通する噴流チャンバがさらに設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスキャビテーション噴流補助破岩機構。

【請求項3】

前記モータは、前記移動ディスクを直接的に駆動できるように、前記移動ディスクのドリルビットに近い側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のパルスキャビテーション噴流補助破岩機構。

【請求項4】

前記モータは、前記バッフルリングのドリルビットから離れる側に設けられ、かつ前記モータの出力端子は、固定ディスクを通って移動ディスクに接続されていることを特徴とする請求項２に記載のパルスキャビテーション噴流補助破岩機構。

【請求項5】

前記モータは、前記固定ディスクのドリルビットから離れる側に設けられ、かつ前記モータの出力端子は、弾性レバーを採用して、バッフルリング、固定ディスクを貫通することにより、移動ディスクに接続していることを特徴とする請求項２に記載のパルスキャビテーション噴流補助破岩機構。

【請求項6】

スライドの軸線とドリルビットの軸線リニアとの角度は１５°～３５°であることを特徴とする請求項１に記載のパルスキャビテーション噴流補助破岩機構。

【請求項7】

前記ドリルビットにはパルス流路がさらに設けられ、前記パルス流路は流体パルスを行うことができることを特徴とする請求項１に記載のパルスキャビテーション噴流補助破岩機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は噴流破岩技術分野に属し、具体的にはパルスキャビテーション噴流補助破岩機構（ｐｕｌｓｅｄ ｃａｖｉｔａｔｉｎｇ ｊｅｔ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｒｏｃｋ ｂｒｅａｋｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）に関する。

【背景技術】

【0002】

パルスキャビテーション噴流技術は、効果的に、ドリルビットを補助して破岩を行うことができるが、それは、いつも、液体によってインペラを直接的に駆動することにより、インペラの回転によって出液孔と合わせて、液体を出すパルスキャビテーション噴流を実現し、その噴流形式は単一であり、かつこの駆動方式は受動式駆動であり、パルス化の有無及びパルス化の周波数を制御することができず、ターゲットは比較的に悪い。

【0003】

したがって、上記従来技術の不足に対して改善した技術案を提供する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記目的を達成するために、本発明は以下の技術案を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

パルスキャビテーション噴流補助破岩機構であって、
前記パルスキャビテーション噴流補助破岩機構は、ドリルビットに設けられている複合パルスアセンブリを含み、前記複合パルスアセンブリは、流体パルス噴流（ｆｌｕｉｄ ｐｕｌｓｅ ｊｅｔ）および機械パルスインパクトを行うことができ、
前記ドリルビットの一方にはドリルシャフトが接続され、前記ドリルシャフトにはパルス化アセンブリが設けられ、前記パルス化アセンブリは、パルス化の有無を能動的に制御するとともに、パルス化の周波数を制御することができ、
前記パルス化アセンブリは、流路構成アセンブリと、固定ディスクと、移動ディスクと、を含み、前記固定ディスクは、ドリルシャフトに固定され、前記固定ディスクのドリルビットに近い側には、前記移動ディスクが相対回転可能に設けられ、
前記流路構成アセンブリは、液体を移動ディスクから固定ディスクへ流れるとともに、液体をドリルビットから流出するように、１つの流路を構築することができ、
前記移動ディスクはモータによって駆動され、
前記複合パルスアセンブリは、パルスヘッド（ｐｕｌｓｅ ｈｅａｄ）と、内部流路と、封止板と、スライドと、を含み、ただし、前記スライドは、ドリルビットに開設され、前記スライドには、パルスヘッドがスライドして設けられ、前記パルスヘッドのパルス化アセンブリに近い側には、環状のキャッチショルダを有し、前記スライドには、パルスヘッドの外部に外嵌されているスプリングがさらに設けられ、
前記パルスヘッドの中間部には、内部流路が貫通して開設され、前記ドリルビットには、内部流路を封止するための封止板がさらに設けられ、前記封止板には、キャッチショルダに対応する駆動流路がさらに開設されている、
パルスキャビテーション噴流補助破岩機構。

【有益な効果】

【0006】

複合パルスアセンブリは、流体パルス噴流インパクトおよび機械パルスインパクトを行うことができ、２つの方式のインパクトは、破岩に対する効果を高めることができ、かつ複合パルスアセンブリはドリルビットに設けられ、ドリルビットの回転に従って回転することができ、また、パルス化アセンブリは、パルス化の有無を能動的に制御するとともに、パルス化の周波数を制御することができ、パルスを制御することができるようにし、パルスのターゲットを高め、無効パルスを減らすことに有利である。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】パルスキャビテーション噴流補助破岩機構の実施模式図である。

【図2】実施例１に示すパルスキャビテーション噴流補助破岩機構の構成模式図である。

【図3】実施例２に示すパルスキャビテーション噴流補助破岩機構の構成模式図である。

【図4】実施例３に示すパルスキャビテーション噴流補助破岩機構の構成模式図である。

【図5】パルスキャビテーション噴流補助破岩機構におけるウォーターインレットアークチャンバ（ｗａｔｅｒ ｉｎｌｅｔ ａｒｃ ｃｈａｍｂｅｒ）およびウォーターインレットリング（ｗａｔｅｒ ｉｎｌｅｔ ｒｉｎｇ）の構成模式図である。

【図6】パルスキャビテーション噴流補助破岩機構における液体の流れの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

実施例１：図１、図２、図５および図６を参照し、パルスキャビテーション噴流補助破岩機構であって、パルスキャビテーション噴流補助破岩機構は、ドリルビット３に設けられている複合パルスアセンブリ１を含み、複合パルスアセンブリ１は、流体パルス噴流および機械パルスインパクトを行うことができる。

【0009】

ドリルビット３の一方にはドリルシャフト４が接続され、ドリルシャフト４にはパルス化アセンブリ５が設けられ、パルス化アセンブリ５は、パルス化の有無を能動的に制御するとともに、パルス化の周波数を制御することができる。

【0010】

従来技術では、いつも、液体によってインペラを直接的に駆動することにより、インペラの回転によって出液孔と合わせて、液体を出すパルスキャビテーション噴流を実現し、その噴流形式は単一であり、かつこの駆動方式は受動式駆動であり、パルス化の有無及びパルス化の周波数を制御することができず、ターゲットは比較的に悪い。

【0011】

一方、本実施例では、複合パルスアセンブリ１は、流体パルス噴流および機械パルスインパクトを行うことができ、２つの方式のインパクトは、破岩に対する効果を高めることができ、かつ複合パルスアセンブリ１はドリルビット３に設けられ、ドリルビット３の回転に従って回転することができ、ドリルビット３はドリルシャフト４に接続され、具体的には、ドリルシャフト４に回転自在に接続されることができ、ドリルシャフト４に固定的に接続されることができる。

【0012】

また、パルス化アセンブリ５は、パルス化の有無を能動的に制御するとともに、パルス化の周波数を制御することができ、パルスを制御することができるようにし、パルスのターゲットを高め、無効パルスを減らすことに有利である。

【0013】

図２のように、パルス化アセンブリ５は、流路構成アセンブリと、固定ディスク５４と、移動ディスク５５と、を含む。固定ディスク５４は、ドリルシャフト４に固定され、固定ディスク５４のドリルビット３に近い側には、移動ディスク５５が相対回転可能に設けられる。

【0014】

流路構成アセンブリは、液体を移動ディスク５５から固定ディスク５４へ流れるとともに、液体をドリルビット３から流出するように、１つの流路を構築することができる。

【0015】

移動ディスク５５はモータ５６によって駆動されている。

【0016】

固定ディスク５４の構造および移動ディスク５５の構造は同じであり、いずれも、ディスク構造であり、ディスク構造には流通孔が設けられる。

【0017】

固定ディスク５４上の流通孔の位置は移動ディスク５５上の流通孔の位置に対応する。

【0018】

固定ディスク５４上の流通孔が移動ディスク５５上の流通孔に対応する場合、流体は移動ディスク５５および固定ディスク５４を流れることができて、固定ディスク５４上の流通孔が移動ディスク５５上の流通孔に対応しない場合、流体は移動ディスク５５および固定ディスク５４を流れることができない。

【0019】

流体が移動ディスク５５および固定ディスク５４を流れ続ける場合、固定ディスク５４上の流通孔および移動ディスク５５上の流通孔が対応しないように、移動ディスク５５の回転を制御し、このとき、流体の流れ状態が遮断され、外部の流体が移動ディスク５５位置に補充し続けることにより、瞬間的な増圧を実現し、パルスを発生し、かつ、このパルスはドリルビット方向に作用し、モータ５６によって制御されるので、このパルスは制御可能である。

【0020】

モータ５６の移動ディスク５５の回転を駆動する回転数を制御することにより、パルスの周波数を能動的に変更することができ、モータ５６により移動ディスク５５の位置を制御することにより、パルス化の有無を能動的に制御することができる。

【0021】

図２及び図５のように、流路構成アセンブリは、ウォーターインレットリング５２と、ウォーターインレットアークチャンバ５１と、を含み、ただし、ウォーターインレットアークチャンバ５１のドリルビット３から離れる側には、開口部を有し、ウォーターインレットアークチャンバ５１の切り欠きには、ウォーターアウトレットアークチャンバ（ｗａｔｅｒ ｏｕｔｌｅｔ ａｒｃ ｃｈａｍｂｅｒ）５７が固定され、ウォーターインレットアークチャンバ５１及びウォーターアウトレットアークチャンバ５７は、共同で環状構造を構成することができ、環状構造のドリルビット３から離れる側の内壁には、バッフルリング５８が固定して内蔵されることにより、ドリルシャフト４における液体が開口部のみを介してウォーターインレットアークチャンバ５１に入ることができる。

【0022】

環状構造には固定ディスク５４が固定される。環状構造には移動ディスク５５が回転自在に接続される。

【0023】

ウォーターインレットリング５２は環状構造に固定的に接続され、かつウォーターインレットアークチャンバ５１とウォーターインレットリング５２とを連通するように設けられる。

【0024】

ウォーターインレットアークチャンバ５１およびウォーターインレットリング５２の内側には、いずれも、移動ディスク５５のドリルビット３に近い側に位置する出水口５３が開設される。

【0025】

ウォーターアウトレットアークチャンバ５７の内側には、固定ディスク５４のドリルビット３から離れる側に位置する排水口５９が開設されており、ウォーターアウトレットアークチャンバ５７の外側には、排水口５９に連通する噴流チャンバ５１０がさらに設けられている。

【0026】

モータ５６は、移動ディスク５５を直接的に駆動できるように、移動ディスク５５のドリルビット３に近い側に設けられている。

【0027】

複合パルスアセンブリ１は、パルスヘッド１１と、内部流路１３と、封止板１５と、スライド１６と、を含み、ただし、スライド１６は、ドリルビット３に開設され、スライド１６には、パルスヘッド１１がスライド１６して設けられ、パルスヘッド１１のパルス化アセンブリ５に近い側には、環状のキャッチショルダ１２を有し、スライド１６には、パルスヘッド１１の外部に外嵌されているスプリング１４がさらに設けられている。

【0028】

パルスヘッド１１の中間部には、内部流路１３が貫通して開設され、ドリルビット３には、内部流路１３を封止するための封止板１５がさらに設けられ、封止板１５には、キャッチショルダ１２に対応する駆動流路がさらに開設されている。

【0029】

実施時には、移動ディスク５５のドリルビット３に近い側に発生したパルス流体は、駆動流路を経てキャッチショルダ１２をインパクトするとともに、パルスヘッド１１を押し込み移動させることにより、パルスヘッド１１が機械的パルスの方式でインパクトできるようにして、かつパルス流体はパルスヘッド１１を封止板１５から遠ざけるように押し込み移動させた後、パルス流体は内部流路１３に入って排出することができ、パルスキャビテーションを実現することができる。

【0030】

スライド１６の軸線とドリルビット３の軸線リニアとの角度は１５°～３５°である。

【0031】

ドリルビット３にはパルス流路（ｐｕｌｓｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｎｎｅｌ）２がさらに設けられ、パルス流路２は流体パルスを行うことができる。

【0032】

実施例２：図３のように、実施例１と異なる点は、モータ５６は、バッフルリング５８のドリルビット３から離れる側に設けられ、かつモータ５６の出力端子は、固定ディスク５４を通って移動ディスク５５に接続されていることである。

【0033】

本実施例では、モータ５６は、バッフルリング５８のドリルビット３から離れる側に設けられていることにより、モータ５６をよりよく保護することができ、固定ディスク５４のドリルビット３から離れる側は依然としてパルスを持っているが、そのパルス強度は低く、主に液体供給のオン／オフによって液体圧力の小幅な変化を実現する。

【0034】

実施例３：図４のように、実施例１と異なる点は、モータ５６は、バッフルリング５８のドリルビット３から離れる側に設けられ、かつモータ５６の出力端子は、弾性レバーを採用して、バッフルリング５８、固定ディスク５４を貫通することにより、移動ディスク５５に接続していることである。

【0035】

本実施例では、モータ５６は、固定ディスク５４のドリルビット３から離れる側に設けられ、かつモータ５６の出力端子は、弾性レバーを採用して、バッフルリング５８、固定ディスク５４を貫通することにより、移動ディスク５５に接続していることにより、モータ５６がパルスインパクトを受けることを直接的に回避することができる。

【符号の説明】

【0036】

１ 複合パルスアセンブリ
２ パルス流路
３ ドリルビット
４ ドリルシャフト
５ パルス化アセンブリ
１１ パルスヘッド
１２ キャッチショルダ
１３ 内部流路
１４ スプリング
１５ 封止板
１６ スライド
５１ ウォーターインレットアークチャンバ
５２ ウォーターインレットリング
５３ 出水口
５４ 固定ディスク
５５ 移動ディスク
５６ モータ
５７ ウォーターアウトレットアークチャンバ
５８ バッフルリング
５９ 排水口
５１０ 噴流チャンバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】