Наддолотный амортизатор

 

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при бурении взрывных скважин на карьерах. Наддолотный амортизатор включает наружную трубу, размещенные коаксиально с ней внутреннюю и центрирующую трубы. Во внутренних полостях наружной и внутренней труб размещены упругие элементы, выполненные в виде пакетов тарельчатых пружин. Крутящий момент от бурового става на долото передается через шпонки, размещенные аксиально между внутренней и наружной трубами. Применение амортизатора позволяет снизить вибрации на буровом ставе и увеличить срок службы рабочего инструмента. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при бурении взрывных скважин шарошечными долотами для снижения динамических нагрузок на долото и вращательно-подающий механизм бурового станка.

Наддолотный амортизатор устанавливается между долотом и буровой штангой.

Известно, что при использовании в наддолотных амортизаторах в качестве упругих элементов тарельчатых пружин эффективность работы амортизатора и его надежность определяются в основном надежностью тарельчатых пружин, которые выдерживают определенное количество циклов знакопеременных нагрузок в зависимости от условий и конструкции амортизатора и условий его эксплуатации.

Известен наддолотный амортизатор, включающий соединенные телескопические трубы - наружную, соединенную с буровой штангой, и внутреннюю, соединенную с долотом, образующие полость, в которой размещены тарельчатые пружины, центрирующую трубу, узел передачи вращения, промежуточную опору и пяту с направляющим отверстием для центрирующей трубы, размещенную в нижней трубе под тарельчатыми пружинами (см. , например, а. с. СССР 281323, М.кл. E 21 B 17/07).

Недостатком известного амортизатора является то, что тарельчатые пружины в нем также не защищены от ударных нагрузок, а жесткое закрепление центрирующей трубы приводит к неравномерному износу поверхности тарельчатых пружин и поверхности центрирующей трубы, в результате чего нарушается центровка тарельчатых пружин, приводящая к их поломке.

Наиболее близким по своей технической сущности к описываемому изобретению является наддолотный амортизатор, включающий наружную трубу, выполненную с возможностью ее соединения с буровой штангой и телескопически связанную с ней внутреннюю трубу, выполненную с возможностью соединения с рабочим инструментом, размещенные в трубах пакеты тарельчатых пружин, центрирующую трубу, а также приспособление для предварительной деформации тарельчатых пружин, состоящие из опорной пяты, опорной втулки, соединенной с наружной трубой посредством резьбы, и шпонок для передачи крутящего момента на рабочий инструмент и ограничения предельного рабочего положения внутренней трубы, занимаемого ею после предварительной деформации тарельчатых пружин (см. патент РФ 2032065, М.кл. E 21 B 17/07).

Основными недостатками этого амортизатора является то, что призматическая шпонка такого типа закрепляется в шпоночном пазу посредством сварки. При эксплуатации происходит износ трубы и сварного шва. По этой причине, а также под действием динамических нагрузок, шпонки выпадают из пазов и амортизатор выходит из строя. Кроме того, такие шпонки делают неразборными наружную и внутреннюю трубы, что затрудняет ремонт амортизатора. Далее, внутренняя труба с непостоянным диаметром, имеющая непосредственно вблизи рабочего инструмента наружный диаметр больший, чем внутренний диаметр наружной трубы, не позволяет последней максимально приблизить ее к рабочему инструменту и тем самым увеличить посадочный контакт двух труб, что может приводить к поперечным колебаниям рабочего инструмента. Кроме того, это обстоятельство не позволяет сократить длину амортизатора и применить при работе с амортизатором буровые трубы стандартной длины.

В основу изобретения положено решение задачи создания такого наддолотного амортизатора, который при более простой конструкции обладал бы большей ремонтопригодностью, большей технологичностью изготовления, а также позволял бы применять его совместно со стандартными буровыми трубами.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в том, что наддолотный амортизатор предлагаемой конструкции может быть применен без переделки имеющегося оборудования, при этом увеличивается эксплуатационный срок бурового инструмента.

Поставленная задача решена за счет того, что в наддолотном амортизаторе, включающем наружную трубу, выполненную с возможностью ее соединения с буровой штангой и телескопически связанную с ней внутреннюю трубу, выполненную с возможностью соединения с рабочим инструментом, размещенные в трубах пакеты тарельчатых центрирующую трубу, а также приспособление для предварительной деформации тарельчатых пружин, состоящие из опорной пяты, опорной втулки, соединенной с наружной трубой посредством резьбы, и шпонок для передачи крутящего момента на рабочий инструмент и ограничения предельного рабочего положения внутренней трубы, занимаемого ею после предварительной деформации тарельчатых пружин, шпонки размещены в шпоночных пазах, выполненных в виде глухих отверстий, имеющих выход на торцы наружной и внутренней труб со стороны рабочего инструмента, оси этих отверстий расположены на образующих цилиндрической поверхности с диаметром, равным наружному диаметру внутренней трубы, а в стенке наружной трубы изнутри выполнена кольцевая канавка, в которой размещены стопоры для фиксации шпонок в шпоночных пазах, причем каждый из стопоров выполнен в виде кольцевого сектора с центрирущим выступом, предназначенным для фиксации стопора в части шпоночного паза, выходящего на торец внутренней трубы, при этом внутренняя труба выполнена с постоянным наружным диаметром.

Предпочтительно глухие шпоночные пазы в теле телескопически соединенных труб выполнять цилиндрическими, а шпонки выполнять в виде круговых цилиндров.

Целесообразно также глухие шпоночные пазы в теле телескопических соединенных труб выполнять прямоугольными в своем поперечном сечении, а шпонки - призматическими.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен поперечный разрез наддолотного амортизатора.

Наддолотный амортизатор включает соединенные телескопически наружную трубу 1, выполненную с возможностью соединения с буровой штангой (на чертеже не показана), и внутреннюю трубу 2, выполненную с возможностью соединения с рабочим инструментом (на чертеже не показан). В полостях наружной трубы 1 и внутренней трубы 2 размещены пакеты тарельчатых пружин 3 и центрирующая труба 4. В полости внутренней трубы 2 расположена опорная пята 5, на которую опирается один из пакетов тарельчатых пружин 3.

В полости наружной трубы со стороны ее соединения с буровой штангой, выполнена внутренняя резьба, на которой посажена опорная втулка 6 с центральным отверстием для прохода центрирующей трубы 4, на которой жестко установлена промежуточная опора 7, имеющая возможность продольного перемещения в полости внутренней трубы 2. Последняя выполнена с постоянным наружным диаметром по всей ее длине. Опорная втулка 6, соединенная с наружной трубой 1 посредством резьбы, шпонки 8, предназначенные для передачи крутящего момента на рабочий инструмент, совместно с опорной пятой 5 образуют приспособление для предварительной деформации тарельчатых пружин.

Шпонки 8 размещены в шпоночных пазах (на чертеже не обозначены), выполненных в виде глухих отверстий, имеющих выход на торцы наружной 1 и внутренней 2 труб со стороны рабочего инструмента. Оси этих шпоночных пазов расположены на образующих цилиндрической поверхности с диаметром, равным наружному диаметру внутренней трубы 2, а в стенке наружной трубы 1 изнутри выполнена кольцевая канавка 9, в которой размещены стопоры 10 для фиксации шпонок 8 в шпоночных пазах. Каждый из указанных стопоров выполнен в виде кольцевого сектора с центрирующим выступом 11, предназначенным для фиксации стопора в части шпоночного паза, выходящего на торец внутренней трубы 2, которая выполнена с постоянным наружным диаметром.

Для большей технологичности амортизатора, глухие шпоночные пазы в теле телескопически соединенных труб целесообразно выполнять цилиндрическими, получаемыми, например, сверлением собраных вместе наружной 1 и внутренней 2 труб. В этом случае шпонки выполняются цилиндрической формы.

Не исключен вариант выполнения шпоночных пазов с прямоугольным поперечным сечением. Такие пазы могут быть получены, например, путем раздельного фрезерования шпоночных пазов на обеих трубах. В этом случае шпонки могут быть выполнены призматическими.

Принцип работы наддолотного амортизатора заключается в следующем. При бурении динамические нагрузки, которые предназначен снимать наддолотный амортизатор, генерируются как шарошечным долотом в результате его взаимодействия с забоем скважины, так и вращающимся буровым ставом.

Промежуточная опора 7, жестко закрепленная на центрирующей трубе 4, обладает возможностью осевого перемещения как относительно пяты 5, так и относительно опорной втулки 6, а это создает благоприятные условия для работы тарельчатых пружин 3 при динамических нагрузках одновременно снизу - со стороны рабочего инструмента и сверху - со стороны буровой штанги. При этом уменьшается величина относительного перемещения тарельчатых пружин 3 относительно центрирующей трубы 4, что снижает ее износ, а также износ контактирующих кромок тарельчатых пружин 3, в результате чего не нарушается их центровка.

При бурении скважин с подачей в нее одновременно со сжатым воздухом, используемым для удаления бурового шлама, воды для пылеподавления, последняя, двигаясь по стенкам буровых штанг, попадает во внутреннюю полость наддолотного амортизатора, в которой размещены тарельчатые пружины 3, и заполняет ее. Работа тарельчатых пружин в полости, заполненной водой, создает дополнительное сопротивление деформации тарельчатых пружин 3 при ударных нагрузках при бурении очень крепких или трещиноватых пород, что защищает тарельчатые пружины от перегрузки и повышает ресурс работы наддолотного амортизатора. Отсутствие наружного бурта на внутренней трубе 2, позволяет максимально сократить его длину, что дает возможность применять амортизатор со штангами стандартной длины.

Формула изобретения

1. Наддолотный амортизатор, включающий наружную трубу, выполненную с возможностью ее соединения с буровой штангой, и телескопически связанную с ней внутреннюю трубу, выполненную с возможностью соединения с рабочим инструментом, размещенные в трубах пакеты тарельчатых пружин, центрирующую трубу, опорную пяту, а также приспособление для предварительной деформации тарельчатых пружин, состоящее из опорной втулки, соединенной с наружной трубой посредством резьбы, и шпонок для передачи крутящего момента на рабочий инструмент и ограничения предельного рабочего положения внутренней трубы, занимаемого ею после предварительной деформации тарельчатых пружин, отличающийся тем, что шпонки размещены в шпоночных пазах, выполненных в виде глухих отверстий, имеющих выход на торцы наружной и внутренней труб со стороны рабочего инструмента, оси этих отверстий расположены на образующих цилиндрической поверхности с диаметром, равным наружному диаметру внутренней трубы, а в стенке наружной трубы изнутри выполнена кольцевая канавка, в которой размещены стопоры для фиксации шпонок в шпоночных пазах, причем каждый из стопоров выполнен в виде кольцевого сектора с центрирующим выступом, предназначенным для фиксации стопора в части шпоночного паза, выходящего на торец внутренней трубы, при этом внутренняя труба выполнена с постоянным наружным диаметром.

2. Наддолотный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что глухие шпоночные пазы в теле телескопически соединенных труб выполнены цилиндрическими, а шпонки выполнены в виде круговых цилиндров.

3. Наддолотный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что глухие шпоночные пазы в теле телескопически соединенных труб выполнены прямоугольными в своем поперечном сечении, а шпонки - призматическими.

РИСУНКИ

Рисунок 1