Устройство для ударно-вращательного бурения

Изобретение относится к технике бурения скважин. Устройство для ударно-вращательного бурения содержит корпус, ударный механизм с электромагнитным приводом, ударник и наковальню, соединенную с породоразрушающим инструментом, и асинхронный генератор переменного тока конденсаторного возбуждения с турбинным приводом для питания электромагнитного привода ударного механизма. В качестве генератора для питания электромагнитного привода ударного механизма применен асинхронный самовозбуждающийся генератор с улучшенными тепловыми характеристиками с короткозамкнутым ротором и двумя распределенными обмотками на статоре, обмоткой возбуждения и рабочей обмоткой, уложенными по отдельности. Одна - обмотка возбуждения - уложена в основных пазах пакета статора асинхронного самовозбуждающегося генератора. Другая - рабочая обмотка - в дополнительных аксиальных каналах пакета статора, выполняющих роль закрытых пазов. К фазам обмотки возбуждения подключены конденсаторы возбуждения, соединенные в треугольник, а фазы рабочей обмотки подключены к шунтирующим конденсаторам, соединенным в треугольник, и далее через ртутный контакт и полупроводниковый вентиль подключены к обмотке электромагнитного привода ударного механизма. Обеспечивает исключение срыва самовозбуждения генератора для питания электромагнитного ударного механизма. 4 ил.

 

Изобретение относится к технике бурения скважин.

Известно устройство для ударно-вращательного бурения содержащее корпус, ударный механизм с электромагнитным приводом, ударник и наковальню, соединенную с породоразрушающим инструментом и генератор переменного тока с турбинным приводом для питания электромагнитного привода ударного механизма [А.с. SU 542814, МПК Е21В 3/12. Устройство для ударно-вращательного бурения./ С.И.Кицис, Г.А. Сипайлов, В.А. Шпилевой, А.В. Лоос. - 2177880/03. Заявл. 06.10.1975. Опубл. 15.01.1977]. При этом обмотка ротора генератора подключена через полупроводниковый вентиль к обмотке электромагнитного привода ударного механизма.

Недостатком известной конструкции является применение в качестве генератора специальной многообмоточной электрической машины, совмещающей в одном корпусе синхронный генератор и возбудитель, что приводит к усложнению и снижению надежности самого генератора и всего устройства в целом.

Прототипом предлагаемого устройства для ударно-вращательного бурения является буровое устройство, содержащее корпус, ударный механизм с электромагнитным приводом, ударник и наковальню, соединенную с породоразрушающим инструментом и асинхронным генератором переменного тока конденсаторного возбуждения с турбинным приводом для питания электромагнитного привода ударного механизма [А.с. SU 746072, МПК Е21В 5/00. Буровое устройство. / С.И. Кицис. - 2493939/22-03. Заявл. 03.06.1977. Опубл. 07.07.1980]. При этом обмотка статора асинхронного генератора через подвижный ртутный контакт соединена с обмоткой электромагнитного привода ударного механизма.

Недостатком прототипа является то, что при определенных режимах бурения (подклинивание породоразрушающего инструмента, уменьшение скорости вращения ротора и т.п.) возможна потеря питания электромагнитного механизма ударника вследствие потери возбуждения генератора и тем самым прекращение ударных воздействий на инструмент, т.к. одна и та же обмотка генератора выполняет функцию обмотки возбуждения и функцию питания электромагнитного механизма ударника. Вследствие этого уменьшается скорость проходки и снижается эффективность использования подобной конструкции для ударно-вращательного бурения скважин.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение надежности работы устройства для ударно-вращательного бурения и повышение эффективности бурения скважин при его использовании.

Технический результат, который достигается с помощью заявленного изобретения, заключается в исключении срыва самовозбуждения и снижении концентрации тепловых перенапряжений асинхронного самовозбуждающегося генератора с улучшенными тепловыми характеристиками с двумя распределенными обмотками на статоре для питания электромагнитного привода ударного механизма.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для ударно-вращательного бурения, содержащем корпус, ударный механизм с электромагнитным приводом, ударник и наковальню, соединенную с породоразрушающим инструментом и асинхронный генератор переменного тока конденсаторного возбуждения с турбинным приводом для питания электромагнитного привода ударного механизма, в качестве генератора для питания электромагнитного привода ударного механизма применен асинхронный самовозбуждающийся генератор с улучшенными тепловыми характеристиками с короткозамкнутым ротором и двумя распределенными обмотками на статоре, обмоткой возбуждения и рабочей обмоткой, уложенными по отдельности: одна - обмотка возбуждения, уложена в основных пазах пакета статора асинхронного самовозбуждающегося генератора, а другая - рабочая обмотка, в дополнительных аксиальных каналах пакета статора, выполняющих роль закрытых пазов. При этом к фазам обмотки возбуждения подключены конденсаторы возбуждения, соединенные в треугольник, а фазы рабочей обмотки подключены к шунтирующим конденсаторам, соединенным в треугольник, и далее через ртутный контакт и полупроводниковый вентиль подключены к обмотке электромагнитного привода ударного механизма.

На фиг.1 показан общий вид устройства для ударно-вращательного бурения. На фиг.2 показано сечение А-А устройства для ударно-вращательного бурения, изображенного на фиг.1. На фиг.3 показана электрическая схема питания электромагнитного привода ударного механизма асинхронным самовозбуждающимся генератором с улучшенными тепловыми характеристиками с двумя распределенными обмотками на статоре. На фиг.4 изображены, для примера, фазы А обмоток возбуждения и рабочей в основных и дополнительных пазах пакета статора асинхронной машины. Фазы В и С этих обмоток аналогичны фазе А и расположены соответственно со сдвигом в пространстве на 120° и 240° (на фиг.3 не показаны). Буквами "А" и "а" обозначены начала рабочей обмотки и обмотки возбуждения, а концы этих двух обмоток обозначены "X" и "х" соответственно.

Устройство для ударно-вращательного бурения содержит корпус 1, ударный механизм 2 с электромагнитным приводом 3 и электромагнитами 4, ударником 5 и наковальней 6, соединенной с породоразрушающим инструментом 7 через промежуточный вал 8, расположенный в отдельном корпусе 9. В корпусе 1 устройства размещен асинхронный самовозбуждающийся генератор 10 с улучшенными тепловыми характеристиками и двумя распределенными обмотками на статоре 11, обмоткой возбуждения 24 и рабочей обмоткой 25, уложенными по отдельности: одна - обмотка возбуждения 24, уложена в основных пазах 28 пакета статора 11 асинхронного самовозбуждающегося генератора 10, а другая - рабочая обмотка 25, в дополнительных аксиальных каналах 29 пакета статора 11, выполняющих роль закрытых пазов. При этом к фазам обмотки возбуждения 24 подключены конденсаторы возбуждения 12, соединенные в треугольник, а фазы рабочей обмотки 25 подключены к шунтирующим конденсаторам 13, соединенным в треугольник, и далее через ртутный контакт 14, крышки которого закреплены с помощью штанг 15 к корпусу генератора 10 подключены к обмотке 26 электромагнитного привода 3 ударного механизма 2. В цепь обмотки 26 включен полупроводниковый вентиль 27. Короткозамкнутый ротор 16 асинхронного генератора 10 соединен одним концом через вал генератора 17 с валом 18 ротора 19 турбинного привода 20, и другим - с корпусом 21 ударного механизма 2. Устройство, кроме того, содержит переводник 22 и ограничительную пружину 23.

Устройство работает следующим образом. Промывочная жидкость подается в корпус 1 устройства через переводник 22 на лопатки турбины. В результате вал 18 турбинного привода 20 начинает вращаться и приводит во вращение соединенный с ним вал 17 генератора, крутящий момент которого передается на связанный с ним корпус 21 ударного механизма. Последний передает крутящий момент через шлицевое соединение на наковальню 6, промежуточный вал 8 и далее - на породоразрушающий инструмент 7, приводя его во вращение. При вращении вала 17 вращается и соединенный с ним ротор 16 асинхронного самовозбуждающегося генератора 10. Поток остаточного намагничивания ротора 16 наводит электродвижущие силы в фазах обмотки возбуждения 24 статора 11. Под действием этих электродвижущих сил в конденсаторах 12 возбуждения возникает емкостной ток возбуждения. Данный ток затекает в фазы обмотки возбуждения 24, создавая поток возбуждения, который суммируется с потоком остаточного намагничивания, что приводит к увеличению электродвижущих сил, наводимых в фазах обмотки возбуждения 24. Увеличение электродвижущих сил Eµ генератора приводит к увеличению тока возбуждения и дальнейшему лавинообразному нарастанию магнитного потока. Нарастание электродвижущих сил завершается при насыщении генератора в точке пересечения характеристики намагничивания генератора и вольтамперной характеристики конденсаторов возбуждения. Одновременно в рабочей обмотке 25 генератора устанавливается рабочее напряжение в соответствии с соотношением числа витков рабочей обмотки 25 и обмотки возбуждения 24, поскольку эти обмотки находятся в жесткой трансформаторной связи.

Напряжение переменного тока, снимаемое с рабочей обмотки 25, расположенной на статоре 11 асинхронного генератора 10, с помощью ртутного электроконтакта 14 через полупроводниковый вентиль 27, срезающий отрицательную полуволну напряжения, подается на вращающуюся обмотку 26 электромагнитов 4, которые вращаются вместе с корпусом 21 ударного механизма 2 и под действием импульсного магнитного поля, создаваемого обмоткой электромагнитов 4, ударник 5 ударного механизма 2 начинает периодически ударять по наковальне 6. Ударная нагрузка с наковальни 6 через промежуточный вал 8 передается на породоразрушающий инструмент 7. Промывочная жидкость, проходя ступени турбины, между корпусом 1 и статором 11 генератора поступает в пространство между корпусом 1 и корпусом 21 ударного механизма 2, затем - в отверстия промежуточного вала 8 и далее - в породоразрушающий инструмент и к забою для выноса породы.

При возникновении отклонений технологии бурения (подклинившие породоразрушающего инструмента, уменьшение скорости вращения ротора и т.п.) срыва самовозбуждения генератора не происходит и напряжение на рабочей обмотке 25 генератора остается на уровне, достаточном для питания электромагнитного привода 3 ударного механизма 2, при этом ударная нагрузка продолжает создаваться ударником 5 и скорость проходки не снижается. При этом электрические токи, протекающие в обмотках 24 и 25, нагревают разные области пакета статора 11 асинхронного самовозбуждающегося генератора 10, в результате чего снижается концентрация тепловых напряжений в теле статора 11.

Устройство для ударно-вращательного бурения, содержащее корпус, ударный механизм с электромагнитным приводом, ударник и наковальню, соединенную с породоразрушающим инструментом, и асинхронный генератор переменного тока конденсаторного возбуждения с турбинным приводом для питания электромагнитного привода ударного механизма, отличающееся тем, что в качестве генератора для питания электромагнитного привода ударного механизма применен асинхронный самовозбуждающийся генератор с улучшенными тепловыми характеристиками с короткозамкнутым ротором и двумя распределенными обмотками на статоре - обмоткой возбуждения и рабочей обмоткой, уложенными по отдельности: одна обмотка возбуждения, уложена в основных пазах пакета статора асинхронного самовозбуждающегося генератора, а другая, рабочая обмотка - в дополнительных аксиальных каналах пакета статора, выполняющих роль закрытых пазов, при этом к фазам обмотки возбуждения подключены конденсаторы возбуждения, соединенные в треугольник, а фазы рабочей обмотки подключены к шунтирующим конденсаторам, соединенным в треугольник, и далее через ртутный контакт и полупроводниковый вентиль подключены к обмотке электромагнитного привода ударного механизма.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области бурения, а именно к устройству для сооружения скважин. .

Вибробур // 2239040
Изобретение относится к бурению глубоких скважин и может быть использовано как забойный двигатель вибрационного бурения. .

Изобретение относится к буровой технике, а именно к забойным двигателям, предназначенным для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин. .

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для бурения скважин, оно может быть также использовано в строительстве и в металлообрабатывающей промышленности.

Изобретение относится к области бурения скважин в твердых горных породах, а именно к устройствам для комбинированного ударно-вращательного бурения. .

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено для забойных машин ударно-вращательного бурения. .

Группа изобретений относится к гидравлической бурильной установке с погружным ударным перфоратором, предназначенной для бурения скважин в земной поверхности, и способу ее сборки. Установка содержит гидравлический перфоратор, содержащий поршень, предназначенный для воздействия на буровое долото, маятниковый клапан, предназначенный для управления возвратно-поступательным движением поршня, аккумулятор для гидравлической жидкости и соединительный клапан перфоратора, по меньшей мере одну буровую штангу, содержащую первый соединительный клапан, предназначенный для соединения буровой штанги с перфоратором, и второй соединительный клапан, предназначенный для соединения буровой штанги с первым соединительным клапаном подобной буровой штанги или с механизмом вращения. Поршень и маятниковый клапан расположены, по существу, в одну линию с осью перемещения перфоратора, аккумулятор расположен вблизи маятникового клапана, а соединительный клапан перфоратора, первый соединительный клапан и второй соединительный клапан содержат по меньшей мере один тарельчатый клапан, расположенный вблизи соответствующего седла клапана. Соединительный клапан перфоратора, первый соединительный клапан и второй соединительный клапан выполнены с обеспечением предотвращения обратного потока возвратной гидравлической жидкости. Обеспечивается предотвращение потерь масла при вытекании возвратной гидравлической жидкости в скважину в случае повреждения оборудования. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 14 ил., 2 пр.

Изобретение относится к технике и оборудованию, используемым в строительстве несущих фундаментных свай для бурения грунта. Устройство для бурения содержит кластерный бур погружных ударных молотов, состоящий из двух или более погружных ударных молотов, каждый из которых оснащен буровой головкой, распределитель для распределения сжатого воздуха или жидкости под давлением из двух или более независимых источников подачи в кластерный бур погружных ударных молотов и поворотную головку для обеспечения угловой скорости вращения и крутящего момента для устройства. Распределитель подключен к кластерному буру погружных ударных молотов. Вращающаяся головка подключена к распределителю, в котором по меньшей мере два ударных молота снабжаются сжатым воздухом или жидкостью под давлением из двух независимых источников подачи. Обеспечивается бурение смешанного грунта, состоящего из материалов различной твердости. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для создания свайных фундаментов. Устройство содержит узел бурильных молотов с погружным устройством ударного действия, включающий в себя один или более бурильных молотов с погружным устройством ударного действия, кольцевой корпус, имеющий наружный диаметр и внутренний диаметр, вмещающий бурильные молоты с погружным устройством ударного действия в пространстве между наружным и внутренним диаметрами кольцевого корпуса, верхнюю трубу с одним или более выходным отверстием, причем верхняя труба подключается к узлу бурильного молота с погружным устройством ударного действия; пневмо- или гидрораспределитель, который подключен к верхней трубе, привод-вращатель, обеспечивающий вращение устройства, причем привод-вращатель подключен к пневмораспределителю или гидрораспределителю, в котором каждый бурильный молот с погружным устройством ударного действия содержит буровую коронку, фиксируемую на месте в кольцевом корпусе смежными делительными узлами, поршень в верхней части буровой коронки для передачи ударного воздействия во время бурения и выпускное отверстие, расположенное в нижней части буровой коронки и служащее для выхода сжатого воздуха или жидкости под давлением, в котором выпускаемый сжатый воздух или жидкость под давлением удаляет размельченные обломки или частицы породы, перемещая их вдоль внутренней и внешней поверхностей кольцевого корпуса. Обеспечивается высокая ударная мощность устройства. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для бурения глубоких скважин в рыхлых, слабосвязных и средне-твердых горных породах, а также для посадки свай при строительстве. Устройство для бурения горных пород, включающее долото, механизм ударного действия, элемент подвеса и механизм подъема долота, снабжено центратором, кабельным замком, электродвигателем, редуктором и ножницами. Механизм ударного действия выполнен в виде вращающего шпинделя-ударника, верхняя торцевая часть которого соединена с центратором через редуктор, электродвигатель и кабельный замок. Верхняя торцевая часть вращающего шпинделя-ударника соединена с редуктором-валом, выполненным со шлицами, а нижняя часть вращающего шпинделя-ударника соединена через ножницы и наковальню, оснащенную сегментами с выступами, с буровым долотом. Нижняя часть вращающего шпинделя-ударника жестко соединена с термообработанным наконечником, оснащенным сегментами с выступами, а элемент подвеса выполнен в виде грузонесущего кабеля. Обеспечивается увеличение производительности бурения скважин. 3 ил.

Группа изобретений относится к области бурения. Устройство для работы в качестве генератора механического усилия с близким к синусоидальному выходом мощности, или в качестве средства механического возбуждения с близким к синусоидальному выходом мощности, имеет продольную ось и содержит: удлиненный внутренний элемент, аксиально выставленный по продольной оси; массу, установленную вокруг внутреннего элемента и выполненную с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно него в продольном направлении; наружный элемент вокруг массы и вокруг внутреннего элемента и относительно которого масса может перемещаться аксиально в продольном направлении и удерживаться от любого существенного вращения относительно наружного элемента вокруг продольной оси; вращающийся элемент, выполненный с возможностью вращения вокруг продольной оси и при вращении обеспечивать аксиальное возвратно-поступательное перемещение массы относительно наружного элемента; и привод вращения для ввода мощности для вращения вращающегося элемента; путь выхода мощности без ударного воздействия или без существенного ударного воздействия от массы в наружный элемент. Обеспечивается минимизация сил трения и/или освобождение бурильной колонны от прихвата. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к технике бурения скважин. Устройство для ударно-вращательного бурения содержит корпус, ударный механизм с электромагнитным приводом, ударник и наковальню, соединенную с породоразрушающим инструментом, и асинхронный генератор переменного тока конденсаторного возбуждения с турбинным приводом для питания электромагнитного привода ударного механизма. В качестве генератора для питания электромагнитного привода ударного механизма применен асинхронный самовозбуждающийся генератор с улучшенными тепловыми характеристиками с короткозамкнутым ротором и двумя распределенными обмотками на статоре, обмоткой возбуждения и рабочей обмоткой, уложенными по отдельности. Одна - обмотка возбуждения - уложена в основных пазах пакета статора асинхронного самовозбуждающегося генератора. Другая - рабочая обмотка - в дополнительных аксиальных каналах пакета статора, выполняющих роль закрытых пазов. К фазам обмотки возбуждения подключены конденсаторы возбуждения, соединенные в треугольник, а фазы рабочей обмотки подключены к шунтирующим конденсаторам, соединенным в треугольник, и далее через ртутный контакт и полупроводниковый вентиль подключены к обмотке электромагнитного привода ударного механизма. Обеспечивает исключение срыва самовозбуждения генератора для питания электромагнитного ударного механизма. 4 ил.

Наверх