专利名称：汇集灰尘所用水的水量控制装备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在钻进设备进行钻岩时汇集灰尘的装备，所述钻进设备包括用于钻孔的钻岩机、用于供应冲洗气体至钻孔内的装置、用于从所述冲洗气体中分离出在钻进过程中产生的灰尘的装置，以及用于供应液体到在钻进过程中产生的岩尘内以汇集岩尘的装置，其中所述装备包括用于控制供应到岩尘中的液体的量的至少一个控制构件。
背景技术：
为了汇集在钻岩过程中产生的岩尘，现今通常采用液体喷雾冲洗的方法，其中气体和液体(通常是水)以雾状液滴的状态被供应到钻孔内。液体喷雾冲洗通常主要应用在地上钻进的场合。在液体喷雾冲洗中使用的液体的量，比如水或者包括不同的添加剂的溶液是非常精确的，因为太少的液体量将不能充分地汇集岩尘，而太多的液体量将堵塞除尘装备。目前，水量通过在钻进设备的控制室内的阀而被手动控制。这就意味着液体供应软管必须穿过控制室，这使得安装更复杂并且增加了必需的软管数量。过程中的压力的变化也使液体流量连续变化，因此，操作者必须不停地监测流量并且将其固定于适当的水平。 理论上，可以使用压力补偿的流量控制阀，但是，例如由于水的腐蚀作用，适用于水的流量控制阀都比较贵并且甚至对少量的污垢也是非常敏感的。因此，在实际应用中，它们并不能提供所希望的控制精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方法和装备，通过所述方法和装备，能够简单并可靠地控制与喷洒的液体喷雾冲洗相关的水的供应量。根据本发明的装备的特征在于控制构件包括多个并联的开关控制阀，其中，所述多个控制阀中的一个或多个控制阀可以在同一时间被同时打开和/或关闭，并且，通过单独地打开不同的阀或者以不同的组合形式同时打开不同的阀，能够获得不同的液体流量。本发明的本质构思在于通过数字式体积流动控制单元控制在液体喷雾冲洗或者其它的在岩尘汇集中使用的液体的量，比如水的量，所述数字式流动控制单元包括多个并联的开关阀，能够在某一时间控制所述多个开关阀中的一个或多个开关阀至开或关的位置，从而获得所希望的液体量。此外，本发明的实施例的想法在于阀的尺寸设定(sizing) 是二进制编码的，这意味着开启的阀的流量总是大体上是前面的具有较小流量的阀的两倍大。根据本发明的一个实施例，测量在所述多个阀的输入侧和输出侧之间的压差，并且根据所述压差来控制所述多个阀，从而使流量基本上保持恒定。根据本发明的另外一个实施例，基于压力补偿的控制是自动完成的。本发明的优点在于，仅通过选择恰当的组合的多个开启的阀，就能以足够的精度将液体比如水的流量调节至所希望的水平。另外一个优点在于，控制可以完全地自动执行，并且负责钻进的操作者不需要单独地关注水量的控制。而且本发明的另外一个优点在于， 为了供应液体并且执行控制，用于输送液体的软管不需要穿过控制室而可以沿着最短的路线设置，这是因为阀是电控制的。本发明的优点还在于，在技术方案中使用的阀是处于开启位置或者关闭位置的简单的阀，由此它们既不易于有缺陷也不会对污垢敏感。与比例阀相比，本发明的优点在于单个阀的失效并不会中断钻进，尽管之后液体的供应并不会如所希望的那么精确。此外，本发明的阀不昂贵并且压力补偿也不需要复杂的测量设备，而是可以通过简单的传统的压差测量装置进行。
本发明将通过附图进行详细的说明，其中，图1示意性地示出了使用液体喷雾冲洗的钻进设备，图2示意性地示出了可应用于液体喷雾冲洗和除尘的简单连接图，图3a和图北示意性地示出本发明中使用的数控的且二进制编码的阀连接图，和图3c以示意性表格的形式示出了所述阀的操作，图如示意性地示出利用多个阀执行的程序的真实特征曲线，和图4b示意性地示出以相应的方式执行的阀组合的补偿特征曲线，图5示出了压力补偿如何被用于控制水的流量，图6示意性地示出了根据本发明的实施例的连接图，以及图7示意性地示出了根据本发明的实施例的另一个连接图。
具体实施例图1所示的是钻岩设备，其以本质上已知的方式包括安装有吊臂2的载运车1。在吊臂2的端部设置有具有钻岩机的进给杆3。钻岩设备通常还包括未示出的压缩机，其用于通过钻杆将压缩空气供应到钻孔内，并且当气体通过钻杆和钻孔之间的环形空间排出时， 所述气体会携带钻屑(如岩尘和粗粒材料)一起离开钻孔。这些设备及其操作在本领域中本质上是公知的，并且对本领域技术人员是显而易见的，因此这里并不需要详细解释和说明。在进给杆的前端设有吸嘴4，其中吸嘴4被绕着钻杆设置，从而在钻进过程中所述吸嘴 4能绕着钻孔被推进而紧靠着土层钻进。抽吸软管5从吸嘴4引出，连接至预分离器6，并且在预分离器6中，粗粒材料从岩尘中分离出来。灰尘和抽吸气体离开分离器6并沿着软管7前进，进入通常位于钻岩装备的后部的灰尘分离器8。在灰尘分离器中，灰尘从抽吸气体中被分离出来，并且堆积在灰尘分离器8中。堆积的灰尘以合适的时间间隔、通过被传送到地面而被从灰尘分离器8内除去。灰尘分离器的操作将参照图2中进行详细的解释。图2所示的是适于执行本发明的灰尘分离装备的图。这样的灰尘分离装备和灰尘分离器通常也是实质上已知的，因此，在本文中不必详细解释和说明。图中示出了具有吹洗阀(flushing valve) 10的吹洗空气软管9。由压缩机11供应的空气沿着由吹洗阀10控制的吹洗空气软管9通过钻杆12进入钻孔13内，以除去钻进过程中产生的钻屑。同时，液体容器14内的液体被供应通过由阀16控制的管道15，进入吹洗空气内。液体的量由单独的控制器17控制，由此，液体优选地以雾状形式混合到吹洗空气中。由吹洗空气携带的液体将湿润并且由此汇集所形成的岩尘的大部分。已经离开钻孔的吹洗空气将被抽吸风扇8a抽吸走，穿过软管5进入预分离器6并且还穿过软管7进入灰尘分离器8。在图1中的对本发明非必需的预分离器中，粗粒材料从吹洗空气中被分离出来并且灰尘状材料与空气一起继续前进，进入灰尘分离器8。在灰尘分离器8内，灰尘留在过滤器8b中，而空气流动穿过过滤器8b并且大体上以没有灰尘的方式离开灰尘分离器。灰尘分批地以合适的时间间隔从灰尘分离器8中除去。为了除尘，灰尘分离器8在其上部通过阀18而与压缩空气管9连接。当钻进已经停止并且吹洗空气不需要被抽吸到灰尘分离器内时，一股压缩空气通过阀 18而被供应到灰尘分离器8内，之后，灰尘从过滤器中被除去并且落到灰尘分离器的底部。 通过控制器19，液体从容器14通过管道20而被供应到灰尘分离器8的底部并且以雾状形式或者如非常小的液滴的形式，在压缩空气进入之前和/或压缩空气进入期间，穿过喷嘴 21等。为了供应液体，可以使用例如图中所示的方案，其中，压缩空气沿着管道22通过阀 23而被供应到液体容器的上部，使得液体在压缩空气的压力下被推出容器14。如果必要的话，则在压缩空气的推动之前和期间都供应液体，即，大体上且刚好在除尘之前供应液体和 /或在除尘的整个过程中供应液体。由于液体被供应到灰尘分离器的底部，从过滤器8a上落下的灰尘被充足地加湿，使得当其从灰尘分离器的底部掉落出时，它由非尘状物质组成。 控制器17和19的原理和操作将结合图3a-3c及如和4b更详细地说明。为了控制液体供应和除尘，可以使用单独的控制单元对，连接该控制单元M以控制阀和压缩机及灰尘分离器的抽吸风扇。控制单元最优选地通过控制管道25而连接至本身已知的装备并且通过控制通道25来接收控制信号用于控制实际的钻进，如果需要，则控制单元M根据信号而在除尘时将液体供应引导到吹洗空气中或者引导到灰尘分离器中。 可以通过不同的方式连接控制单元M以控制所述装备。因此，控制可以基于例如将钻岩机转换成返回运动或者转换成标识特定钻进阶段的其它信号或者标志。控制单元M也可以形成为控制实际钻进的装备的一部分并且作用为被特定地设置用于此目的的单元，或者如果控制实际钻进过程的装备是电脑或者类似设备，则控制单元M可以通过软件实现。如果需要的话，加压空气可以通过阀26而供应到灰尘分离器8的底部，但是这并不是必需的。图3a和图3c示意性地示出了数控式控制器的结构，其中，使用了具有不同流量的多个并联的开关阀Vl至V4。在理论上，流量可以通过多种不同的方式进行选择，但优选地是不同阀的阀端口具有不同的尺寸，由此对水流起到了由节流口 Kl至K4示意性地示出的扼流作用，所述扼流作用在每个阀上是不相同的。最简单的，这可以通过如下地选择阀的阀端口或者扼流而获得即使流过具有相同的作用于阀上的压差的阀的液体的流量Q总是前面的低的水流量的两倍，即如图中所示的lxQ、2xQ、4xQ和8xQ。但在实际中，并不绝对可能地制造这样成比例的阀，而且特别地是使阀在市场上容易购买到，因此，为了保持精度， 可以如图如和图4b所示地进行控制。图北以一个阀的形式示意性地示出了根据图3a的四个并联阀的连接图。这里， 图3示出了阶梯式控制阀，其中通过四位二进制码(n = 4)进行控制。图3c示意性地示出了由四位二进制码控制的如图3a所示的阀的流量。通过阀Vl 的液体的流量是Ix Q，通过阀V2的是h Q，通过阀V3的是虹Q，并且通过阀V4的是8x Q0 当二进制码是0时，没有液体流过任何一个阀。当二进制码是1000，只有阀Vl是开启的并且液体流量是Q。当二进制值是0100时，只有阀V2是开启的并且流量是h Q0当二进制值是3即1100时，阀Vl和V2同时都是开启的并且流量是3x Q0因此，通过改变二进制码，二进制码1111(即15)产生最大的流量15x Q0因此，在理论上，当使用四个并联的开关阀时能够以确切的15级控制液体的流量，并且通过这些具有同样的压差的阀的液体的流量以如下成比例即，通过阀的液体的流量总是恰好是紧接的较小流量的阀的液体流量的两倍。利用这个数字式体积流动控制系统，可以避免由已知比例阀的压力变动及杂质而导致的缺陷，同时实现足够的控制精度。根据需要，通过如下地并联安装足够数量的开关阀来选择控制精度使最小的阀的流量对应于所需的最小的流量或者流量的变化，且所有阀的组合流量对应于所需的最大流量。此外，如果其中一个阀被损坏或者其流动管道被堵塞， 仍能够调节水的流量，尽管控制精度和最大流量将会降低。同样的，与可靠的具有良好品质的比例阀相比，这样的阀的价格相当低并且用新的能工作的阀替换故障阀也非常便宜。图如示出了设置有包括多个(即7个)阀的阀组的控制器的真实流量，图4b示出了由二进制码校正提供的可用工作特征曲线。图如示出了在用全部连续的二进制值0 至127来逻辑地控制控制器时的控制器的流量。图如示出了在8位的倍数的控制信号时和更显著地在32位的控制信号时的流量上的明显偏离。在这些点，水的流量在连续值处下降或保持相同，而不管二进制值增大。这是因为阀的比例并不是绝对地与二进制码对应，而是在一定程度上相互不同。在这个实验中，这一现象的原因在于市场上供应的阀的流动管道的特性，即这些阀提供的扼流作用在一定程度上偏离标准阀的二进制值。图4b所示的是最终的流量曲线，其中，使流量减小的二进制值已经从控制器的控制中删除，因此获得的具有大约95级控制的控制器，在控制器内，流量以几乎线性的方式符合输入的二进制值。在实际中，例如如下执行控制将可接受的二进制值编译到一个表中，然后控制系统从表中取得必需的与流量成比例的二进制码，以控制控制器中的阀。由于在控制器17和/或19上的压差决不会保持恒定，而是在一定程度上变化，所以所供应的水的体积流会依照压差的改变而改变，这必要地不是可接受的。这一问题可以通过测量控制器17和/或19的输入侧和输出侧之间的压差来解决。通过借助于全部可用的二进制码并且相应地在零流量和最大流量之间测量不同的压差值下的整个区域中水的流量，能够对控制器进行校正。之后，可以例如生成限定了在不同压差值时针对每个二进制码的水的流量的表格。在自动控制中，可以采用压差测量以控制控制器17和/或19的操作，使得随着压力改变，控制单元自动地选择最接近每个压力值的表格，从表格中选择出与预设流量对应的二进制码并使用该二进制码而在特别的时刻控制阀。在图5中结合控制器 17示意性地并且作为示例示出了这一控制连接图，其中压力计Mp被连接以测量控制器17 的输入侧的压力Pl和在其输出侧的压力P2从而获得在控制器17上的压差Δρ。之后，压差值Δρ能够由控制单元M使用，并且控制单元M切换到用于控制器的数字二进制码以根据压差值如下地开启和关闭阀即，由控制单元M控制，使供给水的流量值以足够的精度保持为所期望的值。可选择的是，基于压差测量结果，例如根据预定的公式可以校正与每个二进制码对应的流量值，在这种情况下不必要使用一个以上的表。同样的，可以如下地应用压差测量结果g卩，使用少量的表，并且基于压差测量结果以线性方式或者根据适当的曲线在表格的值之间对一个或多个中间值进行插值计算。这也可以结合控制器19类似地进行。
图6示意性地示出了根据本发明的实施例的另一个连接图。这一连接图在其它方面对应于图2的连接图，并且不再说明相应的部分。这个实施例包括另外的三位阀27，所述三位阀也可以是传统的三通阀，通过该三位阀，可以关闭与控制器17和19及液体容器14 连接的通道15，并且终止于控制器17和19的通道可以被转换成向大气开放。因此，加压空气能够从压缩机沿与通常流过控制器17和19的流动方向相反的方向通过控制器17和19 而被供应，由此阀被清理掉在其内累积的污垢，并且阀可以在长的时间内保持可靠的操作。图7所示的是根据本发明的实施例的再一个另外的连接图。这一连接图同样对应于图2中的连接图，并且这里不再说明对应的部分。在这个实施例中，省略了单独的加压空气管22及相关联的部件，在图2中，该加压空气管22通到液体容器14。在本实例中，向容器14供应空气能够通过将用于吹洗控制器的空气供应通过控制器17并沿着通道15进入容器14来实现，由此容器14的容积被选择成使得被供应到容器的空气的量足以在至少一个钻进时间段内供应液体。在钻进阶段中，优选地在清洗控制器17和/或19的同时，将与用于在下一个钻进阶段中供应水或者其它的液体所需要的那样多的空气供应到容器14。采用这个技术方案，较少的管道、软管和部件的数量将更少。在说明书和附图中仅以实例方式如上说明了本发明，并且本发明决不局限于所述实例。如上结合控制器17所说明的待供应到灰尘分离器8的液体的量能够借助于控制器 19进行精确控制。控制器19的结构和操作与上述的控制器17的结构和操作一致，并且类似地可以采用压差测量结果以改进控制精度并提供更为简单的控制。
权利要求
1.用于在通过钻进设备进行钻岩时汇集灰尘的装备，所述钻进设备包括用于钻孔的钻岩机、用于供应冲洗气体至钻孔内的装置、用于从所述冲洗气体中分离出在钻进过程中产生的灰尘的装置、以及用于供应液体到在钻进过程中产生的岩尘以汇集岩尘的装置，其中所述装备包括用于控制待供应到岩尘的液体的量的至少一个控制构件，所述控制构件(17， 19)包括多个并联的开关控制阀，所述多个控制阀中的一个或多个控制阀可以在同一时间被同时打开和/或关闭，并且，通过单独地打开不同的阀(V1-V4)或者以不同的组合方式同时打开不同的阀，能够获得不同的液体流量，其特征在于，所述装备包括用于确定在所述控制构件(17，19)上有效的压差的装置(Mp)，并且控制单元04)被设置用以基于所测量到的压差来控制所述控制构件(17，19)。
2.如权利要求1所述的装备，其特征在于，至少一些所述控制阀的流动通道的横截面面积与其它控制阀的不同。
3.如权利要求2所述的装备，其特征在于，所述控制阀的流动通道的横截面面积以如下方式成比例即一个控制阀的流动通道的横截面面积与下一个最大的控制阀的流动通道的横截面面积大体上具有12的比率，由此可以根据二进制码来控制所述控制阀。
4.如先前权利要求中任一项所述的装备，其特征在于，所述装备包括用于控制所述控制构件(17，19)的控制单元04)。
5.如权利要求4所述的装备，其特征在于，在根据所述阀的号码的每个二进制码的值时测量通过所述控制构件(17，19)的水的流量，并且仅那些被连续使用时使所述流量大体上线性变化的二进制码的值被选择用于控制所述控制构件(17，19)。
6.如权利要求5所述的装备，其特征在于，所选择的二进制码的值被编译到至少一个控制表内，所述控制单元04)每次基于输入的流量的值来从所述控制表中选取所需的二进制码。
7.如权利要求4-6中的任一项所述的装备，其特征在于，所述控制单元04)设置成根据预定公式、基于所述压差的测量值来校正对应于每个二进制码的流量的值。
8.如权利要求4-7中的任一项所述的装备，其特征在于，在许多不同的压差值下测量通过所述控制构件(17，19)的水的流量，并且针对每个测量到的压差值，将所述二进制码值相应地编译到一控制表中，并且所述控制单元04)被设置成在所述控制表中的与两个压力值对应的流量值之间对与所测量到的压差对应的流量值进行插值计算，其中所述两个压力值中的一个压力值比所测量到的压力值高并且另一个压力值比所测量到的压力值低。
9.如权利要求4-8中的任一项所述的装备，其特征在于，在许多不同的压差值下测量通过所述控制构件(17，19)的水的流量，并且针对每个测量到的压差值，将所述二进制码值相应地编译到一控制表中，并且所述控制单元04)被设置成从所述压差值的控制表中选择出与每次所测量到的压差最接近的二进制码，以便用于所述控制构件(17，19)。
10.如先前权利要求中的任一项所述的装备，其特征在于，设置至少一个控制构件(17)以控制待被供应到冲洗气体的液体的量，所述冲洗气体待被供应到钻孔内。
11.如先前权利要求中的任一项所述的装备，其特征在于，用于从所述冲洗气体中分离出灰尘的装置包括分离旋流器(8)和用于向将被从所述旋流器内除去的灰尘供应水的装置，并且至少一个控制构件(19)被设置用于控制水向将被从所述分离旋流器(8)中除去的灰尘的供应。
全文摘要
本发明涉及一种用于在通过钻进设备进行钻岩时汇集灰尘的装备，所述钻进设备包括用于供应冲洗气体至钻孔内的装置(11，9，22)、用于从所述冲洗气体中分离出产生的灰尘的装置(5-8)、以及用于供应液体到在钻进过程中产生的岩尘内以汇集灰尘的装置(4-17，19-21)。所述装备包括至少一个控制构件(17；19)用于控制供应到岩尘的液体的量，所述控制构件(17；19)包括多个并联的开关阀，所述多个开关阀中的一个或多个开关阀可以在同一时间同时地打开，从而获得不同的液体流量。
文档编号E21B21/08GK102165137SQ200980138016
公开日2011年8月24日 申请日期2009年9月24日 优先权日2008年9月25日
发明者佩卡·安托宁, 塔帕尼·索尔穆宁, 尤哈·海拉拉, 阿托·拉马宁, 马蒂·利尼亚马 申请人:山特维克矿山工程机械有限公司