역순환 굴착 장치{REVERSE CIRCULATION DRILL APPARATUS}
본 발명은 역순환 굴착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수중구조물을 설치하기 위해 수중구조물이 설치되는 준설면을 굴착할 수 있는 역순환 굴착 장치에 관한 것이다.
일반적으로 산업시설은 공업용수를 많이 필요로 하며, 산업시설 중 특히 발전시설은 충분한 수자원의 확보를 위해 통상 임해지역에 건설된다. 상기 발전시설 중 일례로서 원자력 발전시설은, 우라늄의 핵분열 시 발생되는 열을 이용하여 증기 발생기의 물을 증기로 만들고, 그 증기의 힘으로 터빈을 가동시켜 전기를 발생시키기 위한 발전시설이다. 상기 터빈의 가동에 이용되는 증기는 복수기에서 냉각되어 물로 만들어져 다시 증기발생기로 보내지게 된다. 이때 사용되는 냉각수는 해수로서 충분히 냉각용으로 사용되면 온배수가 되어 수중 수직구를 통해 배출된다. 그런데 온배수를 심층에서 배출하는 이유는 온배수가 해저면을 통해 방출되면 해수의 온도가 비교적 낮은 심층해수와 혼합되어 희석되기 때문에 표층해수의 온도 상승을 줄여 해양의 생태계 파괴를 최소화할 수 있기 때문이다. 이와 같이 심층 취/배수 시설은 원자력 발전소 외에 화력발전소나 제철소 및 일반 산업시설 등에 주로 적용된다. 최근에는 이러한 취/배수 시설을 시공할 때에 RCD(Reverse Circulation Drill) 공법이 많이 사용되고 있고, RCD 공법에서 준설면을 굴착하기 위해 역순환 굴착 장치가 사용되며, 등록특허공보 제 10-0880365호에는 이러한 역순환 굴착 장치가 개시되어 있다. 등록특허공보 제 10-0880365호를 통해 알 수 있듯이, 역순환 굴착 장치는 하부에 준설면을 굴착하는 비트가 구비되어 있으며, 비트가 회전을 하면서 준설면을 굴착하게 되는 것이다. 구동력을 제공하는 구동부에 연결된 기어박스에 구비되는 복수 개의 기어가 회전을 하면, 비트가 상기 복수 개의 기어에 연동하여 회전하게 된다. 그런데 이러한 역순환 굴착 장치는, 수중에서 굴착 작업이 이루어지는 특성으로 인해 비트와 연동하는 기어박스를 수면 밖으로 배치한다. 이는 기어박스가 수중에 배치되었을 때 물이 그 내부로 침투하여 기어의 구동력이 떨어져 원활하게 작동되지 않거나, 수분 접촉으로 인해 녹슬거나 손상되는 것을 방지하기 위해서이다. 그러나 이와 같이 복수 개의 기어를 수면 밖으로 배치하면 복수 개의 기어와 비트 사이의 이격된 거리가 너무 멀어지기 때문에 비트로 전달되는 구동력이 약해져 굴착 작업이 더디게 진행될 수 있는 문제점이 발생한다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 롤러 비트가 구비된 비트 바디 유닛을 회동시키는 기어 박스 유닛을 비트 바디 유닛과 직접 연결시켜 물 속에 잠길 수 있도록 구비하되 기어 박스 유닛 내부 수밀성이 유지되도록 하여 기어의 손상을 방지하고, 비트 바디 유닛의 구동력을 향상시킨 역순환 굴착 장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 연직 방향으로 복수 개 연결되는 드릴 파이프; 상기 복수 개의 드릴 파이의 수평 이동이 방지되도록 상기 복수 개의 드릴 파이프의 외주를 따라 구비되는 복수 개의 스태빌라이저; 복수 개 연결된 상기 드릴 파이프와 연결되며 준설면을 굴착하는 복수 개의 롤러 비트가 구비된 비트 바디 유닛; 및 복수 개 연결된 상기 드릴 파이프와 상기 비트 바디 유닛 사이에 구비되어 상기 비트 바디에 구동력을 전달하는 기어 박스 유닛을 포함하되, 상기 기어 박스 유닛은, 상기 기어 박스 내부로 물이 침투되는 것을 방지하도록 상기 기어 박스 유닛의 일측에 결합되어 상기 기어 박스 유닛의 수밀 유지력을 향상시키는 실링 유닛을 포함하는 역순환 굴착 장치를 제공한다.
본 발명은 기어가 구비된 기어 박스 유닛의 일측에 실링 유닛을 결합시킴으로써 굴착토를 슬라임 형태로 배출시키는 작업을 위해 기어 박스가 수중에 배치되어도 기어 박스 내부의 수밀성이 유지될 수 있어 기어 박스 내부에 수분이 침투하는 것이 방지되고, 이를 통해 기어 박스 유닛이 비트 바디 유닛과 직접적으로 연결될 수 있어 비트 바디 유닛의 구동력이 크게 향상될 수 있다. 또한, 기어 박스 유닛이 비트 바디 유닛과 직접적으로 연결되도록 하부에 위치하여 구동력이 드릴 파이프를 통해 전달되는 것이 아니라 비트 바디 유닛에 바로 전달되기 때문에 역순환 굴착 작업 시 역순환 굴착 장치에서 발생되는 진동이 감소되어 굴착 작업의 안정성이 향상되는 역순환 굴착 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 역순환 굴착 장치의 일부 단면이 도시된 정면도이다.
도 2는 도 1에 따른 드릴 파이프의 일부 단면이 도시된 정면도이다.
도 3은 도 1에 따른 기어 박스 유닛의 평면도이다.
도 4는 도 1에 따른 기어 박스 유닛의 단면도이다.
도 5는 도 4의 "A" 확대 도시된 단면도이다.
도 6은 도 1에 따른 비트 바디 유닛의 저면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비트 바디 유닛의 저면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스위블 조인트부의 단면도이다.
도 9는 도 8의 "B" 부분의 확대 단면도이다.
도 10a는 고정 스위블 조인트 및 회전 스위블 조인트의 평면도이다.
도 10b는 고정 스위블 조인트 및 회전 스위블 조인트의 측면도이다.
도 11은 도 10b의 "C" 부분의 측면 일부 확대도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 발명에 따른 역순환 굴착 장치는, 복수 개 연결되는 드릴 파이프(100)와, 드릴 파이프(100)의 외주를 따라 구비되는 복수 개의 스태빌라이저(200)와, 드릴 파이프(100)와 연결되는 비트 바디 유닛(300)과, 드릴 파이프(100)와 비트 바디 유닛(300) 사이에 구비되는 기어 박스 유닛(400)을 포함한다. 드릴 파이프(100)는 비트 바디 유닛(300)이 준설면의 굴착되는 부분까지 근접할 수 있도록 연직 방향으로 복수 개 연결하여 구비될 수 있다. 이를 통하여 역순환 굴착 장치의 전체 길이를 늘릴 수 있다. 그리고 비트 바디 유닛(300)이 굴착하는 깊이에 맞추어 단계적으로 드릴 파이프(100)를 더 연결시킬 수 있다. 예시적으로 드릴 파이프(100)는 길이 방향으로 양 측에 플랜지가 형성되어 있어 드릴 파이프(100)를 복수 개 연결할 때에는 플랜지를 맞닿게 한 후 볼트 체결하여 결합시킬 수 있다. 복수 개의 드릴 파이프(100)는 서로 다른 다양한 길이를 가질 수 있게 형성되되, 복수 개의 드릴 파이프(100)의 연결을 위해서는 동일한 직경을 갖도록 구비하는 것이 바람직하다. 다만, 굴착 깊이가 깊어짐에 따라 드릴 파이프(100)에 소정 이상의 강성이 요구되는 경우에는 이러한 요구되는 강성에 맞추어 드릴 파이프(100)의 직경이나 두께 등을 조정할 수 있다. 드릴 파이프(100)는 중심축을 따라 비트 바디 유닛(300, 300')에 의해 굴착된 굴착토가 물과 섞인 상태인 슬라임을 배출할 수 있는 배출통로(110)가 형성되어 있고, 배출통로(110)는 후술될 비트 바디 유닛(300)에 형성된 배출홀(330, 330')과 연결된다. 그리고 에어 공급통로(130)가 배출통로(110)을 기준으로 이를테면 상호 대칭으로 형성되어 있다. 에어 공급통로(130)는 역순환 굴착 장치의 외부에서 공급되는 에어(air)가 비트 바디 유닛(300,300')으로 전달될 수 있도록 형성되는 것으로, 에어 공급통로(130)를 통해 고압의 에어가 공급됨으로써 비트 바디 유닛(300,300')에 의해 굴착된 슬라임이 이러한 고압의 에어를 통해 밀려 올라가 외부로 배출될 수 있다. 스태빌라이저(200)는 복수 개 연결되는 드릴 파이프(100)의 외주면에 복수 개가 상호 이격되도록 구비될 수 있다. 스태빌라이저(200)는 역순환 굴착 장치가 굴착 할 때 케이싱의 내주면 또는 굴착된 부분의 측면에 접하여 역순환 굴착 장치를 안정적으로 클램핑(지지)하는 역할을 한다. 예시적으로, 스태빌라이저(200)는 유압실린더를 구비함으로써 더욱 강력하게 케이싱에 대한 클램핑이나 굴착된 부분에 대한 클램핑이 이루어져 굴착 작업을 안정적으로 할 수 있게 도와주는 역할을 할 수 있다. 한편, 스태빌라이저(200)는 케이싱의 직경 및 굴착되는 부분의 직경에 따라 사이즈 조절이 가능하기 때문에, 각기 다른 직경을 갖는 역순환 굴착 장치로 굴착을 하더라도 비트 바디 유닛(300,300')만 교체하여 연속적으로 굴착 작업을 진행할 수 있다. 기어 박스 유닛(400)은 복수 개 연결되는 드릴 파이프(100)의 일측과 비트 바디 유닛(300) 사이에 구비되어 비트 바디 유닛(300)이 회동할 수 있는 구동력을 제공하는 역할을 한다. 기어 박스 유닛(400)은 중심축을 따라 중공이 형성된 기어 박스(410)와, 기어 박스(410)의 내부에 중공측으로 삽입된 메인 기어(420)과, 메인 기어(420)의 둘레 방향을 따라 맞물리는 복수 개의 보조 기어(430)와, 기어 박스(410) 일측에는 기어 박스(410) 내부로 물이 침투되는 것을 방지하여 기어 박스 (410)의 내부의 수밀을 유지시키는 실링 유닛(450)을 포함한다. 기어 박스(410)는 원통형으로 형성될 수 있으며, 전술한 바와 같이 중심축을 따라 중공이 형성되어 있고, 기어 박스(410)의 일측은 내부에 메인 기어(420)과 보조 기어(430)들이 구비될 수 있도록 개구될 수 있다. 기어 박스(410) 내부에 구비되는 메인 기어(420)과 보조 기어(430)들은 맞물려 회전한다. 기어 박스 유닛(400)과 연결된 비트 바디 유닛(300)에 구비된 롤러 비트(310)는 메인 기어(420)과 보조 기어(430)들의 맞물림 회전에 연동되어 회동할 수 있다. 전술한 실링 유닛(450)은 기어 박스(410)의 개구된 부분에 결합되는데 기어 박스(410) 내부로 물이 침투되는 것을 방지하여 메인 기어(420)와 보조 기어(430)들이 녹슬거나 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다. 실링 유닛(450)은 아웃웨어 링(451)과, 이너웨어 링(453)과, 실 하우징(455)과, 실링 부재(457)를 포함한다. 아웃웨어 링(451)은 기어 박스(410)의 중공측 내주에 결합되되 메인 기어(420)과 볼트에 의해 체결된다. 이너웨어 링(453)은 아웃웨어 링(451)의 외주에 결합되되 메인 기어(420)와 볼트에 의해 체결된다. 마지막으로 실 하우징(455)은 이너웨어 링(451)의 외주에 결합되되 기어 박스(410)의 일측과 볼트에 의해 체결된다. 실링 부재(457)는 아웃웨어 링(451)과 이너웨어 링(453) 사이, 이너웨어 링(453)과 실 하우징(455) 사이에 구비되며, 이너웨어 링(453)과 실 하우징(455)에는 실링 부재(457)가 구비될 수 있는 실링홈(453a, 455a)이 형성된다. 실링 부재(457)는 상호 이격되어 복수 개 구비될 수 있으며, 실링 부재(457)가 구비되는 실링홈(453a, 455a)도 상호 이격되어 복수 개 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 실링 부재(457)는 예시적으로 "U"자 형 패킹에 구리스를 주입한 오일 씰(oil-seal)과 같은 형태로 구비될 수 있다. 따라서 실링 유닛(450)은 구리스를 자동으로 주입할 수 있는 구리스 자동 주입기를 더 구비할 수 있다. 이를 테면, 구리스 자동 주입기는 외부에서 공급되는 구리스를 실링 유닛(450)으로 공급하는 구리스 펌핑 장치(미도시)와, 실링 유닛(450)에 장착된 구리스 리플(459)과, 구리스 펌핑 장치와 구리스 리플(459) 사이에 구비되어 구리스 펌핑 장치와 구리스 리플(459)을 연결시키는 호스(미도시)를 포함할 수 있다. 단, 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예를 나타내는 도면에서는 실링 유닛(450)과 연결되는 부분인 구리스 자동 주입기의 구성 중 구리스 리플(459)의 구성만 도시하였다. 실링 유닛(450)에 구리스 리플(459)이 구비되는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 이너웨어 링(453)에 구비되는 실링 홈(453a)에는 아웃웨어 링(451)에 결합된 구리스 리플(459)이 구리스를 주입할 수 있고, 실 하우징(455)에 구비된 실링 홈(455a)에는 실 하우징(455)에 결합된 구리스 리플(459)이 구리스를 주입할 수 있다. 구리스는 굴착 작업 시 수중에 위치하는 기어 박스 유닛(400)의 기어 박스(410) 내부로 물이 침투하는 것을 방지하기 위해 주입된다. 아울러, 실링 부재(457)가 압력이 작용하는 방향으로 "U"자의 상단(벌어진 부분)이 향하도록 "U"자형 패킹이 구비됨으로써, 압력이 작용하는 방향에 대해 "U"자의 상단(벌어진 부분)이 더욱 벌어짐으로써 수밀성이 강화될 수 있다. 이와 같이 "U"자 형 패킹 형태로 구비되는 실링 부재(457)와 함께, 틈새에 구리스가 소정의 압력으로 공급됨으로써, 압력의 작용에 대한 저항성이 보다 높아져 보다 확실한 수밀성이 확보될 수 있다. 그리고 "U"자 형 패킹의 이러한 벌어진 부분을 통해, 물 밖에서 구리스가 아웃웨어 링(451)과 이너웨어 링(453) 사이의 틈새 및 이너웨어 링(453)과 실 하우징(455) 사이의 틈새로 누유되는 것이 방지될 수 있는 효과도 있다. 예를 들면, 이너웨어 링(453)과 실 하우징(455)에 각각 4개의 실링 부재(457)가 구비되는데, 그 중 하나의 실링 부재(457)는 기어 박스(410)의 내부압을 견딜 수 있도록 구비되고 나머지는 기어 박스(410)의 외부압을 견딜 수 있으며 수밀 유지를 할 수 있도록 구비된다. 즉, 4개의 "U"자 형 패킹 중 내부압을 견딜 수 있도록 구비되는 하나는 기어 박스(410)의 내부 측으로 벌어진 부분이 배치되도록 구비되는 것이고, 나머지 3개의 "U"자 형 패킹은 기어 박스(410)의 외부 측으로 벌어진 부분이 배치되도록 구비되는 것이다. 이와 같이 구리스 리플(459)을 통해 구리스를 지속적으로 주입하게 되면 "U"자 형 패킹의 벌어진 부분이 구리스가 주입되는 압력에 의해 더 벌어지게 되어 실링 효과가 더욱 향상될 수 있다. 한편, 전술한 바와 같은 기어 박스 유닛(400)은 역순환 굴착 장치의 굴착 작업이 수중에서 이루어질 수 있기 때문에 기어 박스 드럼(401)에 의해 한번 더 커버되어 구비될 수 있으며, 기어 박스 드럼(401)에 의해 커버되면 물이 침투되는 것을 보조적으로 예방할 수 있는 효과를 가질 수 있다. 또한, 기어 박스 유닛(400)의 이러한 수밀성의 확보를 통해 기어 박스 유닛(400)이 비트 바디 유닛(300)과 이웃하여 연결될 수 있게 되므로, 비트 바디 유닛(300,300')의 구동력이 크게 향상될 수 있다. 종래에는 기어 박스 유닛의 수밀을 유지하기 어려웠기 때문에 역순환 굴착 장치가 수중 굴착 작업을 할 경우를 대비하여 기어 박스 유닛을 비트 바디 유닛과 먼 거리로 이격시켰다. 따라서 역순환 굴착 장치가 수중 굴착 작업을 할 때에 기어 박스 유닛이 물 밖에 위치하도록 구비되었고, 기어 박스 유닛과 비트 바디 유닛과의 이격된 거리가 멀어지면서 비트 바디 유닛으로 구동력 전달이 제대로 이루어지지 않았다. 그러나 본 발명의 실시예와 같이 기어 박스 유닛(400)에 실링 유닛(450)을 결합시켜 수밀 유지력을 향상시키면 기어 박스 유닛(400)을 수중에 위치시킬 수 있으며, 기어 박스 유닛(400)과 비트 바디 유닛(300,300')을 가까이 연결시킬 수 있어 전술한 바와 같이 비트 바디 유닛(300,300')의 구동력을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 기어 박스 유닛(400)과 연결된 비트 바디 유닛(300,300')은 기어 박스 유닛(400)에 의해 연결 파이프(100)와 연결되어 있으며, 준설면을 굴착하는 역할을 하기도 한다. 비트 바디 유닛(300,300')에는 준설면과 접하는 일측에 준설면을 직접 굴착하는 롤러 비트(310,310')가 복수 개 구비되어 있다. 예를 들어 본 발명의 실시예에서는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 복수 개의 롤러 비트(310,310')가 비트 바디 유닛(300,300')의 중심축을 기준으로 나선형으로 구비될 수 있다. 비트 바디 유닛(300,300')에는 중심축을 기준으로 상호 대칭되는 배출홀(330,330')이 형성되어 있다. 복수 개의 롤러 비트(310,310')가 나선형으로 구비됨으로써 비트 바디 유닛(300,300')이 준설면을 굴착할 때 굴착토와 물이 섞인 슬라임이 롤러 비트(310,310')의 나선 형상 가이드에 의해 비트 바디 유닛(300,300')에 형성된 배출홀(310,310')로 배출될 수 있다. 한편, 도 6 와 도 7은 직경이 서로 다른 비트 바디 유닛(300, 300')이 도시된 것으로, 도 7에 도시된 비트 바디 유닛(300')은 도 6에 도시된 비트 바디 유닛(300)보다 직경이 더 큰 것이다. 비트 바디 유닛(300, 300')의 직경의 사이즈에 상관없이 롤러 비트(310, 310')는 동일하게 중심축으로 기준으로 나선형으로 형성된다. 그리고 도 7과 같이 직경이 더 큰 비트 바디 유닛(300')의 경우 일부 영역에만 롤러 비트(310')가 형성될 수도 있다. 또한, 직경이 큰 비트 바디 유닛(300')에 형성된 배출홀(330')의 상호 이격된 간격은 직경이 작은 비트 바디 유닛(300)에 형성된 배출홀(330)의 상호 이격된 간격보다 더 멀게 형성될 수 있다. 배출홀(330, 330')은 롤러 비트(310, 310')가 구비된 측에서 보면, 상호 이격되어 개별적으로 형성될 수 있지만, 예시적으로는 기어 박스 유닛(400)과 연결되는 측으로 향할수록 상호 이격된 배출홀(330, 330')이 연결되어 형성될 수도 있다. 이렇게 슬라임이 배출되는 배출홀(330, 330') 연결되어 형성되면 슬라임이 드릴 파이프(100)에 형성된 배출통로(110)를 통해 보다 수월하게 배출될 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스위블 조인트부의 단면도이고, 도 9는 도 8의 "B" 부분의 확대 단면도이며, 도 10a는 고정 스위블 조인트 및 회전 스위블 조인트의 평면도이고, 도 10b는 고정 스위블 조인트 및 회전 스위블 조인트의 측면도이며, 도 11은 도 10b의 "C" 부분의 측면 일부 확대도이다. 도 8 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 역순환 굴착 장치는 스위블 조인트부(500)를 더 포함할 수 있고, 스위블 조인트부(500)는 도면에는 도시되지 않았지만 마스터 붐에 구비될 수 있다. 스위블 조인트부(500)는 드릴 파이프(100)의 상측에 배치되어 드릴 파이프(100)와의 정합을 통한 체결을 할 수 있도록 일부가 회전 가능하게 구비될 수 있으며, 전술한 바와 같이 마스터 붐에 구비될 수 있고 해상에서 역순환 굴착 작업을 하는 경우에는 마스터 붐에 구비된 채로 잭 업 바지에 배치될 수 있다. 이와 같은 스위블 조인트부(500)는 본체(501), 로드(530), 고정 스위블 조인트(513), 회전 스위블 조인트(511) 및 유압 실린더(550)를 포함할 수 있다. 본체(501)에는 드릴 파이프(100)가 착탈 가능하게 체결되는 로드(530)가 구비될 수 있다. 전술한 바와 같이 스위블 조인트부(500)가 드릴 파이프(100)와 정합을 통한 체결을 하기 위해서는 일부가 회전될 수 있으며, 예시적으로는 로드(530)가 미리 설정된 각도만큼 회전될 수 있다. 보다 상세하게는 로드(530)가 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)에 의해 미리 설정된 각도만큼 회전될 수 있다. 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)는 로드(530)가 드릴 파이프(100)와 정합을 통한 체결을 할 수 있도록(로드(530)와 드릴 파이프(100)의 모든 체결 위치가 일치될 수 있도록) 로드(530)를 미리 설정된 각도만큼 회전시키는 역할을 할 수 있다. 도 10a 및 도 10b는 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)가 도시된 것으로, 도면에 도시된 바와 같이 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)는 동일한 형태로 형성될 수 있다. 그리고 회전 스위블 조인트(511)가 미리 설정된 각도만큼 회전 가능하도록 고정 스위블 조인트(513)와 맞물려 결합되고, 예시적으로 고정 스위블 조인트(513)는 회전 스위블 조인트(511)의 하측에 배치된다. 스위블 조인트(511, 513)는 원형의 몸체에 일측 방향으로 돌출되되, 원형의 몸체 둘레 방향을 따라 이격되어 형성되는 요철부(511a, 513a)와, 요철부(511a, 513a)사이의 이격 공간에 형성되는 요홈부(511b, 513b)를 포함할 수 있다. 도 10a를 참고하면, "凸" 형상이 표시된 부분이 요철부(511a, 513a)를 나타내는 것이고, "凹" 형상이 표시된 부분이 요홈부(511b, 513b)를 나타내는 것이다. 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)를 맞물려 구비할 때에는 고정 스위블 조인트(513)를 회전 스위블 조인트(511)의 하측에 배치한 후, 고정 스위블 조인트(513)의 요철부(513a)와 회전 스위블 조인트(511)의 요철부(511a)가 상호 마주하도록 구비할 수 있다. 이 때, 고정 스위블 조인트(513)의 요철부(513a)는 회전 스위블 조인트(511)의 요홈부(511b)와 대응되고, 회전 스위블 조인트(511)의 요철부(511a)는 고정 스위블 조인트(513)의 요홈부(513b)와 대응되어 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)가 맞물릴 수 있다. 고정 스위블 조인트(513)는 스위블 조인트부(500)의 본체(501)에 고정되게 결합될 수 있고, 회전 스위블 조인트(511)는 로드(530)에 고정되게 결합되어 로드(530)가 회전 스위블 조인트(511)와 함께 미리 설정된 각도만큼 회전할 수 있다. 여기서 미리 설정된 각도는 로드(530)와 체결되는 드릴 파이프(100)의 일단에 둘레 방향을 따라 이격 형성되는 체결구 사이의 중심각보다 크게 설정될 수 있다. 도 10a를 참고하여 보면, 요홈부(511b, 513b)의 중심각(b)의 크기는 요철부(511a, 513a)의 중심각(a)의 크기보다 크게 형성될 수 있다. 따라서 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)가 맞물리면 요홈부(511b, 513b)의 중심각(b)과 요철부(511a, 513a)의 중심각(a) 크기의 차이만큼 회전 스위블 조인트(511)가 고정 스위블 조인트(513)에 대해 회전할 수 있다. 즉, 요홈부(511b, 513b)의 중심각(b)과 요철부(511a, 513a)의 중심각(a)의 각도의 차이가 미리 설정된 각도일 수 있다. 따라서 요홈부(511b, 513b)의 중심각(b)과 요철부(511a, 513a)의 중심각(a) 크기의 차는 전술한 드릴 파이프(100)의 일단에 둘레 방향을 따라 이격 형성된 체결구 사이의 중심각보다 크게 설정될 수 있다. 예시적으로 본 발명의 실시예에서 요홈부(511b, 513b)의 중심각(b)과 요철부(511a, 513a)의 중심각(a)의 차이는 18˚ 일 수 있는데, 이 18˚의 각도는 드릴 파이프(100)의 일단에 둘레 방향을 따라 이격 형성된 체결구 중 서로 이웃하는 체결구가 드릴 파이프(100)의 중심에 대해 이루는 각도인 체결구 사이의 중심각보다 큰 값일 수 있다. 따라서 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)가 맞물리면 회전 스위블 조인트(511)가 고정 스위블 조인트(513)에 대해 0˚ 내지 18˚ 각도 범위 내에서 회전할 수 있다. 이에 따라 회전 스위블 조인트(511)와 결합된 로드(530)는 회전 스위블 조인트(511)와 함께 미리 설정된 각도(0˚ 내지 18˚ 각도)내에서 회전되면서, 로드(530)와 드릴 파이프(100) 가 정합을 통한 체결이 되도록 체결위치를 일치시킬 수 있다. 한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 요홈부(511b, 513b)에는 요철부(511a, 513a)와 접하는 양 측에 단차를 가질 수 있게 함몰된 영역이 형성되고, 함몰된 영역에는 미끄럼 부재(미도시)가 구비될 수 있다. 예시적으로 미끄럼 부재는 베어링 테이프로 구비될 수 있으며, 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)가 중력 방향으로 구비되므로 하측에 구비되는 고정 스위블 조인트(513)의 요홈부(513b)에만 미끄럼 부재가 구비될 수 있다. 고정 스위블 조인트(513)의 요홈부(513b)에 구비되는 미끄럼 부재의 높이는 단차의 높이보다 높다. 그러므로 회전 스위블 조인트(511)와 고정 스위블 조인트(513)가 맞물렸을 때 회전 스위블 조인트(511)의 요철부(511a)는 미끄럼 부재와 직접 접하고, 고정 스위블 조인트(513)의 요홈부(513b)와는 미끄럼 부재에 의해 간접적으로 접한다. 따라서 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511) 사이에 마찰이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 미끄럼 부재에 의해 회전 스위블 조인트(511)가 보다 부드럽게 회전될 수 있다. 한편, 고정 스위블 조인트(513)에 대해 미리 설정된 간격만큼 회전하는 회전 스위블 조인트(511)는 회전 구동력을 제공하는 유압 실린더(550)가 연결되어 있어 유압 실린더(550) 에 의해 회전될 수 있다. 종래의 역순환 굴착 장치에서는 기어 박스 유닛이 드릴 파이프의 상측에 구비되어 있었기 때문에 기어 박스 유닛의 구동에 의해 드릴 파이프(100)도 함께 회전될 수 있어 드릴 파이프(100)와 스위블 조인트부(500)가 결합을 할 때 드릴 파이프(100)를 회전시켜 체결 위치를 손쉽게 일치시킬 수 있었다. 본 발명의 실시예에서는 기어 박스 유닛(400)이 드릴 파이프(100)의 하측에 구비되어 드릴 파이프(100)가 회전되지 않기 때문에 드릴 파이프(100)와 스위블 조인트부(500)의 로드(530)가 정합되어 체결되도록 체결 위치를 일치시키기 어려웠다. 그러나 본 발명의 실시예에서와 같이 스위블 조인트부(500)에 고정 스위블 조인트(513)와 회전 스위블 조인트(511)를 구비함으로써, 로드(530)와 연결된 회전 스위블 조인트(511)를 미리 설정된 각도 범위 내에서 회전시킬 수 있으며, 로드(530)도 회전 스위블 조인트(511)와 함께 회전되기 때문에 로드(530)와 드릴 파이프(100)가 정합을 통한 체결을 할 수 있도록 체결 위치를 보다 용이하게 일치시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 역순환 굴착 장치를 사용하게 되면, 비트 바디 유닛으로 구동력을 제공하는 기어 박스 유닛에 실링 유닛이 결합되어 기어 박스 내부의 수밀성을 유지시킬 있다. 따라서 역순환 굴착 장치가 수중에서 굴착 작업을 하더라도 기어 박스 유닛을 수중에 배치할 수 있으며, 비트 바디 유닛과 기어 박스 유닛이 직접 연결될 수 있기 때문에 비트 바디 유닛의 구동력을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 준설면을 굴착하는 비트 바디 유닛의 롤러 비트가 중심축을 기준으로 나선형으로 복수 개 구비되기 때문에 비트 바디 유닛에 의해 굴착되어 생성되는 슬라임이 롤러 비트의 나선 형상에 가이드되어 배출홀을 통해 배출될 수 있다. 그리고 기어 박스 유닛이 비트 바디 유닛과 직접적으로 연결되어 역순환 굴착 장치의 하부에 위치하기 때문에 굴착 작업의 안정성과 수직도가 향상될 수 있다. 종래에는 기어 박스 유닛이 역순환 굴착 장치의 상부에 위치하여 기어 박스 유닛이 비트 바디 유닛을 회전시키기 위해 작동하면 기어 박스 유닛과 비트 바디 유닛 사이에 구비된 드릴 파이프도 함께 회전을 할 수 있었다. 이렇기 때문에 역순환 굴착 작업을 진행할수록 역순환 굴착 장치 전체에 회전으로 인한 진동이 발생되어 굴착 작업의 안정성이 낮아지고, 수직도도 일정하게 유지되지 않는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명의 일 실시예에서와 같이 기어 박스 유닛이 비트 바디 유닛과 직접적으로 연결되어 역순환 굴착 장치의 하부에 위치하게 되면 비트 바디 유닛을 회전시키기 위해 기어 박스 유닛이 작동되어도 비트 바디 유닛만 회전되기 때문에 굴착 작업으로 인한 진동이 현저히 줄어들어 안정성이 향상되고, 굴착 작업의 수직도도 일정하게 유지시킬 수 있다. 전술한 바와 같이 역순환 굴착 장치의 실시예에 대한 상세한 설명에서는 해상에서 사용되는 경우를 배경으로 본 발명에 따른 역순환 굴착 장치의 특징을 설명하였으나, 이는 예시적인 설명일 뿐이며 본 발명에 따른 역순환 굴착 장치는 해상뿐 아니라 육상에서도 동일하게 사용될 수 있다. 특히, 역순환 굴착(RCD)에 있어서, 굴착 시 물을 이용하여 슬라임을 배출하기 위해서는 해상뿐 아니라 육상에서도 기어 박스 유닛(400)의 수밀성이 해상에서와 동일하게 유지될 필요가 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 역순환 굴착 장치는 해상 또는 육상에 한정되어 적용되는 것이 아니라, 역순환 굴착 방식이 적용되는 모든 곳에 이용될 수 있다. 전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 드릴 파이프 110: 배출통로
130: 에어 공급통로 200: 스태빌라이저
300, 300': 비트 바디 유닛 310, 310': 롤러 비트
330, 330': 배출홀 400: 기어 박스 유닛
410: 기어 박스 420: 메인 기어
430: 보조 기어 450: 실링 유닛
451: 아웃웨어 링 453: 이너웨어 링
455: 실 하우징 457: 실링 부재 |
