Устройство корпуса бура и способ его изготовления

Изобретение относится к области машиностроения, конкретно к производству буров для бурильных машин, работающих способом вращательного бурения. Технический результат заключается в том, что корпус бура с переменным шагом винтовой лопасти, переменной толщиной винтовой лопасти, переменным диаметром сердцевины корпуса бура позволяет повысить эффективность работы бура, заключающееся в снижении сил резания при бурении скальных пород и в улучшении выноса разрушенного грунта из зоны резания. Корпус бура для вращательного бурения состоит из пилота-забурника, хвостовика и отличается тем, что включает сварные наборные диски и зубья, установленные в отверстия дисков. Корпус бура собирают посредством сварки наборных дисков, выполненных из листового материала, и располагают относительно друг друга таким образом, что две воображаемые линии, проходящие через вершины режущих элементов зубьев, являющиеся максимальными габаритными размерами дисков, образуют две одинаковые конические симметричные спирали с переменным шагом. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области машиностроения, конкретно к производству буров для бурильных машин, работающих способом вращательного бурения.

Известны буры для бурильных машин, работающих способом вращательного бурения, которые выпускаются российскими компаниями ОАО «Стройдормаш», ОАО «Геомаш», ООО «Уральские Буровые Технологии», ЗАО «Мостинжстрой», ООО «Дельта», иностранными компаниями «Carandina», «SIP&T», «UNIVERSAL Augers», «GAGGIOTTI», «STDS-Jantz GmbH & Co. KG, «BARAT CARBIDE». Информация о продукции вышеуказанных компаний приведена в каталогах этих компаний и на их интернет-сайтах. В основном известные буры представляют собой цельные монолитные конструкции.

Техническим результатом заявляемого изобретения является то, что корпус бура с переменным шагом винтовой лопасти, переменной толщиной винтовой лопасти, переменным диаметром сердцевины корпуса бура позволяет повысить эффективность работы бура, заключающуюся в снижении сил резания при бурении скальных пород и в улучшении выноса разрушенного грунта из зоны резания.

Предлагается корпус бура для вращательного бурения, состоящий из пилота-забурника, хвостовика, отличающийся тем, что включает сварные наборные диски и зубья, установленные в отверстия дисков. Способ изготовления указанного бура заключается в том, что корпус бура собирают посредством сварки наборных дисков, выполненных из листового материала, и располагают относительно друг друга таким образом, что две воображаемые линии, проходящие через вершины режущих элементов зубьев, являющиеся максимальными габаритными размерами дисков, образуют две одинаковые конические симметричные спирали с переменным шагом.

На Фиг.1 (а-г) представлены общий вид бура, сечение по А-А, Б-Б и вид сверху, где:

1 - пилот-забурник;

2 - диски;

3 - зуб цилиндрический самозатачивающийся;

4 - хвостовик.

На Фиг.2-3 приведена иллюстрация сущности технического решения, где:

5 - мнимая линия;

6 - прямая, образующая цилиндр постоянного диаметра, выполненного из трубы при обычной технологии изготовления корпуса бура;

7 - ступеньки, выработанные на дне скважины;

8 - область выхода разрушенного грунта в случае использования данного изобретения;

9 - область выхода разрушенного грунта в случае применения обычной технологии изготовления корпуса бура.

Пилот-забурник, диски и хвостовик, сваренные между собой, являются корпусом бура для вращательного бурения.

Используя данное техническое решение можно изготавливать буры для бурильных машин, работающих способом вращательного бурения.

Принцип работы указанного бура заключается в выработке на дне скважины ступенчатой воронки, ступеньки которой скалываются от возникающих касательных напряжений в скальном грунте. Касательные напряжения создаются воздействием на горизонтальную плоскость ступеньки поворотных зубьев, закрепленных в корпусе бура, которые оказывают давление на ступеньку с необходимой силой за счет массы бурильной машины. Размещение дисков под разными углами относительно друг друга позволяет получить непостоянный шаг конической спирали, что дает возможность оптимального установления поворотных зубьев.

Улучшение выноса разрушенного грунта из зоны резания является следствием применения переменного диаметра сердцевины корпуса бура, а именно уменьшения диаметра сердцевины по мере приближения сердцевины к пилоту-забурнику. Данное техническое решение позволяет увеличить площадь поперечного сечения межвиткового пространства, что благоприятно влияет на процесс беспрепятственного прохождения через него крупных обломков скальной породы, разрушенной зубьями, установленными в пилоте-забурнике. Наглядно суть данного технического решения иллюстрируется Фиг.3, на которой изображено: 5 - мнимая линия; 6 - прямая, образующая цилиндр постоянного диаметра, выполненного из трубы при обычной технологии изготовления корпуса бура; 7 - ступеньки, выработанные на дне скважины; 8 - область выхода разрушенного грунта в случае использования данного изобретения; 9 - область выхода разрушенного грунта в случае применения обычной технологии изготовления корпуса бура. Также из Фиг.3 видно, что расстояние А больше расстояния Б.

Снижение сил резания достигается за счет получения оптимального размера ступенек (длина горизонтальной полки 25 мм, высота ступеньки 20-25 мм), сформированных на дне скважины благодаря расположению зубьев в корпусе бура и возможности снимать по одному зубу с каждого диска в шахматном порядке.

Для эффективной работы бура необходимо приложить к буру осевую нагрузку, вектор которой направлен на забой, а величина определяется по формуле F=700n,

где F - осевая нагрузка, кг;

n - количество зубьев в буре.

Решающее влияние на эффективность работы бура оказывает осевая нагрузка, приложенная к нему, а не крутящий момент и частота вращения.

В том случае, если осевая нагрузка ограничена конструктивными особенностями бурильной машины, допускается снять по одному зубу из каждого уровня бура в шахматном порядке, кроме уровня, определяющего наружный диаметр и пилота-забурника.

При эксплуатации должно проводиться ежесменное техническое обслуживание:

- проверка надежности крепления зубьев;

- осмотр зубьев и оценка их износа, при необходимости зубья меняются местами или заменяются;

- проверка состояния сварочных швов, при необходимости производится разделка трещин и заварка.

Используя данное техническое решение, можно изготавливать буры для бурения инженерных скважин в грунтах IV-VI категории буримости по СНиП IV-2-82, эксплуатационных скважин на воду и водопонижающих скважин, в составе бурильных машин, работающих по принципу вращательного бурения. Наиболее эффективно использование данных буров при бурении мергелей, песчаника, мела. Технические характеристики соответствуют указанным в таблице (см. Фиг.2).

1. Корпус бура для вращательного бурения, состоящий из пилота-забурника, хвостовика, отличающийся тем, что включает сварные наборные диски и зубья, установленные в отверстия дисков.

2. Способ изготовления бура по п.1, отличающийся тем, что корпус бура собирают посредством сварки наборных дисков, выполненных из листового материала, и располагают относительно друг друга таким образом, что две воображаемые линии, проходящие через вершины режущих элементов зубьев, являющиеся максимальными габаритными размерами дисков, образуют две одинаковые конические симметричные спирали с переменным шагом.