로터리 드릴링 리그{ROTARY DRILLING RIG}
본 발명은 로터리 드릴링 리그에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 지면으로부터 깊은 깊이로 굴착을 수행하기 위해 다단 켈리 바들을 사용할 때, 굴착공 내에서 보이지 않는 다단 켈리 바들이 결합되는 위치를 정확하게 인식하여 켈리 바들의 결합 불량을 방지한 로터리 드릴링 리그에 관한 것이다.
일반적으로 굴착 장치는 토목공사에서 지면보다 낮게 구멍을 파내는 장치로 정의되며, 지반의 구멍을 뚫는 작업 또는 암반을 부수거나 깨트려서 퍼내는 작업에 많이 사용된다. 지면으로부터 좁고 깊은 구멍을 형성하기 위해서는 켈리 바라 불리우는 로드에 지면 또는 암반을 부수는 컷팅 툴을 장착하고 로드를 회전시켜 지면으로부터 좁고 깊은 구멍을 형성한다. 그러나, 지면으로부터 좁고 매우 깊은 구멍을 형성하기 위해서는 켈리 바를 다단으로 형성하는 기술이 개발되었다. 또한, 다단으로 겹쳐진 켈리 바를 하나씩 뽑아 내어 긴 길이로 형성할 때 인접한 켈리 바들을 상호 록킹하기 위해서 다단 켈리 바들은 각각 지정된 위치에 록 킹 부재들이 형성된다. 그러나, 다단 켈리 바들이 지면으로부터 보이지 않는 깊은 곳에 배치될 경우, 다단 켈리 바들의 록킹 위치를 정확하게 인식하지 못하는 문제점을 갖고, 록킹 위치를 정확하게 인식하지 못할 경우 켈리 바들을 록킹 시킬 수 없어 작업 효율이 감소되는 작업 시간이 매우 길어지는 문제점을 갖는다.
본 발명의 하나의 목적은 다단 켈리 바들의 록킹 위치를 정확하게 판단하여 다단 켈리 바들의 록킹 불량을 방지하여 굴착 작업 시간을 감소시키는 로터리 드릴링 리그를 제공한다.
본 발명에 따른 로터리 드릴링 리그는 베이스 머신에 결합되며 제1 및 제2 도르레들을 갖는 기둥 형상의 마스트, 상기 마스트의 하부에 고정되며, 상기 제1 도르레에 걸쳐진 제1 와이어를 권취하는 제1 윈치, 상기 제1 와이어의 단부와 결합되는 기둥 형상을 갖고 외측면 길이 방향을 따라 형성된 키 홈과 연결된 록킹홈들이 형성된 기둥 형상의 제1 켈리 바 및 상기 제1 켈리 바가 끼워지는 중공을 갖는 파이프 형상을 갖고 내측면으로부터 상기 록킹홈들과 결합되는 록킹돌기들이 돌출된 제2 켈리 바를 포함하는 켈리 바 어셈블리, 상기 제1 와이어의 권취에 대응하는 상기 제1 도르레의 회전량을 감지하여 상기 제1 와이어의 제1 권취량을 측정하는 제1 와이어 권취량 측정 장치, 상기 마스트의 하부에 고정되며, 상기 제2 도르레에 걸쳐진 제2 와이어를 권취하는 제2 윈치, 상기 제2 와이어와 결합 및 상기 마스트에 슬라이드 결합되며, 상기 제2 켈리 바와 결합되어 상기 켈리 바 어셈블리를 회전시키는 켈리 바 구동 유닛, 상기 제2 도르레의 회전을 감지하여 상기 제2 와이어의 제2 권취량을 측정하는 제2 와이어 권취량 측정 장치 및 상기 제1 및 제2 권취량들을 연산하여 상기 각 록킹홈에 대응하는 상기 각 록킹돌기의 위치를 산출하는 위치 산출 유닛을 포함한다. 로터리 드릴링 리그의 상기 제1 켈리 바의 하단부에는 상기 제2 켈리 바를 지지하는 지지 부재가 형성되고, 상기 제2 켈리 바의 상단부에는 상기 켈리 바 구동 유닛에 안착되는 헤드가 배치된다. 로터리 드릴링 리그의 상기 켈리 바 구동 유닛은 상기 헤드 및 상기 켈리 바 구동 유닛의 접촉을 센싱하는 근접 센서를 포함한다. 로터리 드릴링 리그의 상기 제2 켈리 바를 회전 및 상기 제2 켈리 바를 업-다운 시키기 위해 상기 제2 켈리 바의 외측면에는 상기 제2 켈리 바의 길이 방향으로 형성된 키 홈이 형성되고, 상기 켈리 바 구동 유닛에는 상기 제2 켈리 바의 상기 키홈과 결합되는 결합 부재가 형성된다. 로터리 드릴링 리그의 상기 켈리 바 구동 유닛은 상기 제2 켈리 바를 제1 방향 및 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향 중 어느 하나로 회전된다. 로터리 드릴링 리그의 상기 제1 와이어 권취량 측정장치는 상기 제1 도르레의 회전축에 부착된 제1 기어, 상기 제1 기어와 치차 결합된 제2 기어, 상기 제2 기어와 결합된 회전축 및 상기 회전축과 연결된 측정 유닛을 포함한다. 로터리 드릴링 리그의 상기 제2 와이어 권취량 측정장치는 상기 제2 도르레의 회전축에 부착된 제1 기어, 상기 제1 기어와 치차 결합된 제2 기어, 상기 제2 기어와 결합된 회전축 및 상기 회전축과 연결된 측정 유닛을 포함한다. 로터리 드릴링 리그는 상기 위치 산출 유닛으로부터 산출된 상기 록킹홈 및 상기 록킹돌기의 위치 데이터를 표시하는 표시 유닛을 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 켈리 바와 연결된 와이어의 권취량을 정확하게 측정하여 지면으로부터 깊은 깊이에 배치 및 다단으로 형성된 켈리 바들의 록킹 홈 및 록킹 돌기를 정확하게 결합하여 작업 속도를 향상 및 켈리 바의 연결 불량을 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 로터리 드릴링 리그에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 로터리 드릴링 리그의 측면도이다. 도 1을 참조하면, 로터리 드릴링 리그(1000)는 베이스 머신(base machine;100), 마스트(mast;200), 제1 윈치(first winch;300), 켈리 바 어셈블리(400), 제1 와이어 권취량 측정 장치(500), 제2 윈치(second winch;600), 켈리 바 구동 유닛(700), 제2 와이어 권취량 측정 장치(800) 및 위치 산출 유닛(location calculation unit)을 포함한다. 베이스 머신(100)은 제1 윈치(300), 켈리 바 어셈블리(400), 제2 윈치(600), 켈리 바 구동 유닛(700) 등에 유체 압력을 제공 또는 회수하고 마스트(200)를 이송하는 역할 및 작업자가 로터리 드릴링 리그(1000)의 모든 기능을 제어할 수 있는 제어 부스(control booth)를 포함한다. 마스트(200)는 베이스 머신(100)에 결합된다. 본 실시예에서, 마스트(200)는 지면에 대하여 수직한 방향으로 세워진 기둥 형상을 갖는다. 마스트(200)는 베이스 머신(100)에 연결된 유압 실린더(110)의 실린더 로드(115)와 결합되어 지면에 대하여 경사지게 배치될 수 있다. 기둥 형상을 갖는 마스트(200)는 후술될 켈리 바 어셈블리(400)를 업-다운 시키기 위한 가이드 레일(210)을 갖고, 마스트(200)에는 제1 도르레(first sheave cathead;220) 및 제2 도르레(second sheave cathead;230)가 배치된다. 제1 도르레(220)는 마스트(200)의 상단에 고정된 브라켓(225)에 2 개가 설치되고, 제2 도르레(230)는 제1 도르레(220)의 하단부에 배치된다. 제2 도르레(230)는 마스트(200)에 직접 설치된다. 제1 도르레(220)는 제1 회전축(225)을 중심으로 회전되고, 제2 도르레(230)는 제2 회전축(235)를 중심으로 회전된다. 제1 윈치(300)는 마스트(200)의 하단부에 고정된다. 제1 윈치(300)에는 제1 와이어(310)가 권취되어 있고, 제1 와이어(310)는 제1 도르레(220)에 걸쳐진다. 제1 와이어(310)의 단부는 후술될 켈리 바 어셈블리(400)와 연결되며, 켈리 바 어셈블리(400)는 제1 와이어(310)에 대하여 독자적으로 회전할 수 있도록 힌지 연결 구조를 갖는다. 도 2는 켈리 바 어셈블리를 도시한 단면도이다. 도 3은 도 2의 제4 켈리 바의 키 홈 및 록킹홈을 도시한 측면도이다. 도 2를 참조하면, 켈리 바 어셈블리(400)는, 예를 들어, 제1 내지 제4 켈리 바(410,420,430,440)들을 포함한다. 제4 켈리 바(440)는 중공을 갖는 파이프 형상을 갖고, 제4 켈리 바(440)의 상단에는 플랜지 형상의 헤드(445)가 배치된다. 헤드(445)에는 제1 와이어(310)가 통과하는 개구를 갖는다. 도 3을 참조하면, 제4 켈리 바(440)의 외측면에는 제4 켈리 바(440)의 길이 방향으로 길게 형성된 키 홈(446)이 형성되고, 키 홈(446)에는 키 홈(446)으로부터 제4 켈리 바(440)의 원주 방향으로 향해 연장된 포켓 형상의 록킹 홈(447)이 형성된다. 본 실시예에서, 록킹 홈(447)은 제4 켈리 바(440) 상에 지정된 간격으로 적어도 2 개가 형성될 수 있다. 또한, 제4 켈리 바(440)의 내측면에는 내측면으로부터 돌출된 록킹 돌기(448)가 형성된다. 제3 켈리 바(430)는 중공을 갖는 파이프 형상을 갖는다. 제3 켈리 바(430)는 제4 켈리 바(440)의 내부에 끼워진다. 제3 켈리 바(430)의 외측면에는 제3 켈리 바(430)의 길이 방향으로 길게 형성된 키 홈(미도시)이 형성되고, 키 홈에는 키 홈으로부터 제3 켈리 바(430)의 원주 방향으로 향해 연장된 포켓 형상의 록킹 홈(437)이 형성된다. 본 실시예에서, 록킹 홈(437)은 제3 켈리 바(430) 상에 지정된 간격으로 적어도 2 개가 형성될 수 있다. 제3 켈리 바(430)의 록킹 홈(437)에는 제4 켈리 바(440)의 록킹 돌기(448)가 결합된다. 또한, 제3 켈리 바(430)의 내측면에는 내측면으로부터 돌출된 록킹 돌기(438)가 형성된다. 제2 켈리 바(420)는 중공을 갖는 파이프 형상을 갖는다. 제2 켈리 바(420)는 제3 켈리 바(430)의 내부에 끼워진다. 제2 켈리 바(420)의 외측면에는 제2 켈리 바(420)의 길이 방향으로 길게 형성된 키 홈(미도시)이 형성되고, 키 홈에는 키 홈으로부터 제2 켈리 바(420)의 원주 방향으로 향해 연장된 포켓 형상의 록킹 홈(427)이 형성된다. 본 실시예에서, 록킹 홈(427)은 제2 켈리 바(420) 상에 지정된 간격으로 적어도 2 개가 형성될 수 있다. 제2 켈리 바(420)의 록킹 홈(427)에는 제3 켈리 바(430)의 록킹 돌기(438)가 결합된다. 또한, 제2 켈리 바(420)의 내측면에는 내측면으로부터 돌출된 록킹 돌기(428)가 형성된다. 제1 켈리 바(410)는 기둥 형상을 갖는다. 제1 켈리 바(410)는 제2 켈리 바(420)의 내부에 끼워진다. 제1 켈리 바(410)의 상단부에는 제1 와이어(310)가 힌지 결합된다. 제1 켈리 바(410)의 외측면에는 제1 켈리 바(410)의 길이 방향으로 길게 형성된 키 홈(미도시)이 형성되고, 키 홈에는 키 홈으로부터 제1 켈리 바(410)의 원주 방향으로 향해 연장된 포켓 형상의 록킹 홈(417)이 형성된다. 본 실시예에서, 록킹 홈(417)은 제1 켈리 바(410) 상에 지정된 간격으로 적어도 2 개가 형성될 수 있다. 제1 켈리 바(410)의 록킹 홈(417)에는 제2 켈리 바(420)의 록킹 돌기(428)가 결합된다. 제1 켈리 바(410)의 하단부에는 제2 내지 제4 켈리 바(440,430,420)들을 지지하는 지지 부재(417)들이 배치되며, 제1 켈리 바(410)의 하단부에는 도 1에 도시된 바와 같이 굴착을 수행하는 커팅 유닛(470)이 배치된다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 권취량 측정 장치를 도시한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 제1 와이어 권취량 측정 장치(500)는 제1 도르레(220)와 인접한 곳에 배치된다. 제1 와이어 권취량 측정 장치(500)는 제1 기어(226), 제2 기어(520), 제1 회전축(225) 및 측정장치를 포함한다. 제1 와이어 권취량 측정 장치(500)는 제1 도르레(220)의 제1 회전축(225)에 설치되어 제1 회전축(225)의 회전량을 측정하여 제1 도르레(220)의 회전수 및 이에 따른 제1 와이어(310)의 권취량을 측정 장치가 정밀하게 측정한다. 제1 도르레(220)의 제1 회전축(225)에는 제1 기어(226)가 설치되고, 제1 와이어 권취량 측정 장치(500)의 회전축(510)에는 제1 기어(226)와 치차 결합되는 제2 기어(520)가 배치된다. 제1 와이어 권취량 측정 장치(500)에 의하여 제1 켈리 바(410)의 하측 단부가 지면으로부터 얼마만큼의 깊이에 위치하는지는 물론 제2 내지 제4 켈리 바(420,430,440)들의 록킹 돌기(428,438,448)들 및 제1 내지 제3 켈리 바(410,420,430)들의 록킹 홈(417.427,437)들의 위치를 정확하게 산출할 수 있어, 쉽게 록킹 돌기(428,438,448)들 및 록킹 홈(417.427,437)들을 결합 또는 분리할 수 있다. 도 1을 다시 참조하면, 제2 윈치(600)는 마스트(200)의 하단부에 고정되며, 제2 윈치(600)는 제2 와이어(610)를 권취한다. 제2 와이어(610)는 제2 회전축(235)을 갖는 제2 도르레(230)에 걸쳐진다. 켈리 바 구동 유닛(700)은 마스트(200)의 가이드 레일(210)에 슬라이드 가능 하게 배치된다. 켈리 바 구동 유닛(700)은 가이드 레일(210)을 따라서 업-다운된다. 켈리 바 구동 유닛(700)이 가이드 레일(210)을 따라서 업-다운 될 수 있도록 켈리 바 구동 유닛(700)에는 제2 도르레(230)에 걸쳐진 제2 와이어(230)가 결합된다. 켈리 바 구동 유닛(700)은 원형 홀을 갖는 회전 유닛(미도시)을 포함하고, 켈리 바 구동 유닛(700)의 회전 유닛에는 도 2의 켈리 바 어셈블리(400)의 제4 켈리 바(440)가 결합된다. 켈리 바 구동 유닛(700)의 회전 유닛은 제4 켈리 바(440)의 키 홈(446)과 록킹되는 결합 부재를 포함한다. 켈리 바 구동 유닛(700)은 제4 켈리 바(440)의 헤드(445)와 접촉되어 제4 켈리 바(440)를 지지한다. 켈리 바 구동 유닛(700)은 켈리 바 구동 유닛(700) 및 헤드(445)의 접촉을 센싱하는 근접 센서(720,도 2 참조)를 포함한다. 켈리 바 구동 유닛(700)은 제1 방향 또는 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 회전될 수 있고, 켈리 바 구동 유닛(700)이 제1 방향으로 회전됨에 따라 록킹홈 및 록킹 돌기는 상호 결합되고, 켈리 바 구동 유닛(700)이 제1 방향과 반대 방향으로 회전될 경우 록킹 홈 및 록킹 돌기는 상호 해제된다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제2 와이어 권취량 측정 장치를 도시한 단면도이다. 도 5를 참조하면, 제2 와이어 권취량 측정 장치(800)는 제1 기어(236), 제2 기어(820), 제2 회전축(235) 및 측정 장치를 포함한다. 제2 와이어 권취량 측정 장치(800)는 제2 도르레(230)와 인접한 곳에 배치된다. 제2 와이어 권취량 측정 장치(800)는 제2 도르레(230)의 제2 회전축(235)에 설치되어 제2 회전축(235)의 회전량을 측정하여 제2 도르레(230)의 회전수 및 이에 따른 제2 와이어(610)의 권취량을 정밀하게 측정한다. 제2 도르레(230)의 제2 회전축(235)에는 제1 기어(236)가 설치되고, 제2 와이어 권취량 측정 장치(800)의 회전축(810)에는 제1 기어(236)와 치차 결합되는 제2 기어(820)가 배치된다. 제2 와이어 권취량 측정 장치(800)에 의하여 제4 켈리 바(440)가 켈리 바 구동 유닛(700)에 의하여 이송된 위치를 정밀하게 측정할 수 있어, 제1 와이어 권취량 측정 장치(800)와 연계하여 켈리 바 구동 유닛(700)이 이송되더라도 제2 내지 제4 켈리 바(420,430,440)들의 록킹 돌기(428,438,448)들 및 제1 내지 제3 켈리 바(410,420,430)들의 록킹 홈(417.427,437)들의 위치를 정확하게 산출할 수 있어, 쉽게 록킹 돌기(428,438,448)들 및 록킹 홈(417.427,437)들을 결합 또는 분리할 수 있다. 위치 산출 유닛은 제1 와이어 권취량 측정 장치(500)로부터 입력된 데이터 및 제2 와이어 권취량 측정 장치(800)로부터 입력된 데이터를 연산하여 제2 내지 제4 켈리 바(420,430,440)들의 록킹 돌기(428,438,448)들 및 제1 내지 제3 켈리 바(410,420,430)들의 록킹 홈(417.427,437)들의 위치를 정확하게 산출한다. 위치 산출 유닛으로부터 산출된 결과 데이터, 예를 들어, 록킹 돌기 및 록킹 홈의 위치가 표시 유닛으로부터 표시되어 작업자가 특정 켈리 바의 록킹 돌기 및 록킹 홈의 위치를 육안으로 인식하면서 특정 켈리 바들을 쉽고 정확하게 결합할 수 있다. 이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 켈리 바와 연결된 와이어의 권취량을 정확하게 측정하여 지면으로부터 깊은 깊이에 배치 및 다단으로 형성된 켈리 바들의 록킹 홈 및 록킹 돌기를 정확하게 결합하여 작업 속도를 향상 및 켈리 바의 연결 불량을 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다. 앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 로터리 드릴링 리그의 측면도이다. 도 2는 켈리 바 어셈블리를 도시한 단면도이다. 도 3은 도 2의 제4 켈리 바의 키 홈 및 록킹홈을 도시한 측면도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 권취량 측정 장치를 도시한 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 제2 와이어 권취량 측정 장치를 도시한 단면도이다. |
