ロックドリルビットの油圧：フラッシング設計が掘削性能を向上させる方法
岩盤掘削ビットは、岩を砕くだけではありません。穴の底から砕いた岩屑を迅速かつ確実に除去する必要もあります。ビット周辺に岩屑が残っていると、再び砕かれてしまい、掘削エネルギーが無駄になり、掘削速度が低下し、粉塵の発生量が増加する可能性があります。
このため、フラッシング設計は岩盤掘削ビットの設計において重要な要素となる。フラッシング溝の形状、水や空気の排出方向、ビットの回転方向など、すべてが切削屑の排出効率に影響を与える。
挿し穂の除去が重要な理由
衝撃掘削では、超硬ボタンまたはインサートが岩石を破砕します。これらの破片は、孔の底からビットの洗浄路を通って掘削孔の外へ排出される必要があります。
切削屑の除去が不十分な場合、切削屑は穴の底に溜まります。すると、ビットは新しい岩盤に食い込むのではなく、既に砕かれた材料に繰り返し衝突することになります。これにより、いくつかの問題が発生します。
浸透率が低い。
掘削メートルあたりのエネルギー消費量が増加する。
超硬合金とビット鋼の摩耗が速くなる。
切断面の温度上昇。
微細粉塵の増加と視界の悪化。
ビットの詰まりや掘削の不安定化のリスクが高まる。
効率的なフラッシングは、各打撃が有効な作業を行うのに役立ちます。また、ビットの温度上昇を抑え、ドリルストリングを不要な振動や負荷から保護します。
伝統的なフラッシンググルーブ設計
従来の多くの削岩ビットは、ビット軸とほぼ平行なフラッシング溝を採用している。この構造は、明確な流路を確保し、製造も容易である。しかし、掘削中の切削屑を含んだ流体の実際の流れを必ずしも反映しているとは限らない。
岩盤掘削ビットは静止しているわけではありません。衝撃を与えながら回転し、同時に前進します。その結果、岩石の微粒子を運ぶ水や空気は、直線的な軸方向ではなく、曲線的な経路をたどります。ビットの回転速度が速いほど、この回転効果は強くなります。
溝の形状が洗浄流の自然な動きを妨げている場合、抵抗が増加する。その結果、切削屑を溝を通して穴の上部へ運ぶのに、より多くのエネルギーが必要となる。
合理化された溝形状
流線型のフラッシング溝は、水、空気、切削屑をよりスムーズな流れ経路に沿って導くように設計されています。この溝を単なる直線状の水路として扱うのではなく、軸方向のフラッシング流とビットの回転が複合的に作用する効果を考慮して設計されています。
最適な溝角度は、いくつかの要因によって決まります。
ビットの回転速度。
ビット径。
洗浄媒体：水、空気、または両者を組み合わせたシステム。
穴の直径と穴あけ深さ。
岩石の種類と生成される切削サイズ。
ビット面のデザインとボタンのレイアウト。
実際には、回転速度が高いほど切削屑の流れの円周方向成分が強くなるため、溝の角度をより大きくする必要がある場合があります。低速掘削の場合は、角度を小さくすればよいでしょう。目標は、切削屑を確実に排出するために十分な通路面積を確保しつつ、乱流と不要な流れ抵抗を低減することです。
フラッシング穴の方向も同様に重要です
フラッシング穴の位置と方向は、切削屑がビット面からどれだけ効率的に排出されるかに影響します。面フラッシング穴は、微細な切削屑を中央部から外側へ移動させるのに役立ちます。溝フラッシング穴は、この切削屑を主戻り流に運ぶのに役立ちます。
これら2つの流れが互いに逆向きになると、エネルギーが失われ、切削屑がゲージ付近で循環したり沈殿したりする可能性があります。より良い設計では、流路が互いに支え合うように出口の方向を調整します。
目的は単に水圧を最大にすることではありません。効果的な洗浄は、利用可能な水圧を効率的に活用することによって実現します。適切に設計されたシステムは、切削屑が最も溜まりやすい場所、特に孔底の縁付近やゲージ部に沿って水流を誘導することができます。
Better Bit Hydraulicsの利点
フラッシング形状の改善は、いくつかの運用上の利点をもたらします。
岩屑の除去速度が向上します。
浸透率が高い。
破損した材料の再粉砕量を削減する。
ビット面温度の低下。
超硬合金および鋼製ボディの寿命が向上しました。
より安定した掘削条件。
微細な空気中の粉塵の発生量を低減する。
その結果、ドリルの衝撃エネルギーをより効率的に利用できるようになる。微細な岩石を繰り返し粉砕するのではなく、ドリルビットは新鮮な岩石との接触を維持し、より効果的に掘削を進めることができる。
実際の現場での使用においては、改善効果は岩盤の状態、掘削パラメータ、および掘削システム全体によって異なります。硬く乾燥した岩盤で良好な性能を発揮するビット設計でも、軟弱地盤、亀裂地盤、または含水地盤では異なる洗浄特性が必要となる場合があります。
設計は掘削システム全体に適合していなければならない
フラッシング設計は、ビットの他の部分と切り離すことはできません。ボタンの配置、面の形状、ゲージの保護、ビットの直径、削岩機の設定など、すべてが油圧性能に影響を与えます。
例えば、優れたフラッシング溝を備えたビットであっても、給水量が不足していたり、ロッドのフラッシング穴が詰まっていたり、掘削作業員が不適切な送り速度や回転速度設定を使用していたりすると、性能が低下する可能性があります。同様に、適切な溝形状は、利用可能な圧力と予想される切削屑量に適合している必要があります。
工具メーカーは、新しいビット設計を評価するために、実験室試験、流体流動解析、および現場試験を実施すべきである。掘削チームは、ビットの選択肢を比較する際に、掘削速度、粉塵レベル、ビットの摩耗、洗浄性能、および孔の状態を監視する必要がある。
より良い流路は、より良い掘削を支える
岩盤掘削の効率は、打撃力や超硬合金の品質だけで決まるものではありません。水、空気、切削屑がビット周辺をどのように流れるかも同様に重要です。流線型の溝と調整された洗浄穴を備えたビットは、流体抵抗を低減し、孔底をより効果的に清掃し、あらゆる打撃の効率を向上させます。
鉱山、採石場、建設業者にとって、適切に設計されたフラッシング形状のビットを選択することは、摩耗を軽減し、生産性を向上させ、より安全でクリーンな掘削作業を支援することにつながります。
