Модуль вышки с зубчатой рейкой

Изобретение относится к буровым установкам и, более конкретно, к конструкции зубчатой рейки на вышке буровой установки. Модуль вышки и зубчатой рейки буровой установки для взрывных скважин, содержит вышку, проходящую вдоль направления удлинения, блок зубчатой рейки, соединенный c вышкой. Блок зубчатой рейки включает в себя наружные направляющие, каждая из которых имеет первый конец и второй, противоположный, конец, разнесенный от первого конца вдоль направления удлинения. Звенья зубчатой рейки установлены между наружными направляющими и вышкой. Каждое из звеньев зубчатой рейки включает первый конец и второй, противоположный, конец, разнесенный от первого конца вдоль направления удлинения. По меньшей мере одна из наружных направляющих перекрывает два из звеньев зубчатой рейки вдоль направления, перпендикулярного направлению удлинения, так что по меньшей мере одна из наружных направляющих проходит по второму концу одного из двух звеньев зубчатой рейки и первому концу другого из двух звеньев зубчатой рейки. Буровая установка для взрывных скважин содержит основание, гусеничную ходовую часть, соединенную c основанием и выполненную с возможностью перемещения блока бурения взрывных скважин; вышку, соединенную c основанием и проходящую вдоль направления удлинения; бурильную трубу, соединенную c вышкой; и блок зубчатой рейки, соединенный c вышкой. Блок зубчатой рейки содержит наружные направляющие и звенья зубчатой рейки. Достигается технический результат – повышение прочности вышки, эффективности монтажа и ресурса модульных элементов зубчатой рейки и направляющих. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

[1] Данная заявка испрашивает приоритет по временной патентной заявке U.S. Provisional Application No. 62/399,072, зарегистрирована 23 сентября 2016 г., полностью включена в данном документе в виде ссылки.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[2] Настоящее изобретение относится к буровым установкам и, более конкретно, к конструкции зубчатой рейки на вышке буровой установки.

[3] Буровые установки для взрывных скважин обычно применяют в горнодобывающей промышленности для бурения твердой горной породы. Буровые установки для взрывных скважин можно, например, найти на угольных, медных и алмазных рудниках по всему миру. Буровой станок для взрывных скважин обычно включает в себя основание, вышку (напр., деррик) проходящую вертикально от основания, бурильную трубу или трубы, которые соединяются c вышкой, подвешиваются на ней и проходят в ствол скважины, буровое долото, соединенное c одним концом бурильной трубы или труб в стволе скважины, бурильную головку, соединенную c другим концом бурильной трубы или труб, и приводной механизм, соединенный c вышкой, который перемещает бурильную головку и связанную бурильную трубу вверх и вниз в управляемом режиме относительно вышки.

[4] Современные приводные механизмы включают в себя конструкцию зубчатой рейки с звеньями зубчатой рейки, установленными в упор друг к другу вдоль вышки и приваренными по месту на вышке. Конструкции зубчатой рейки сцепляются с ведущей шестерней для перемещения бурильной трубы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[5] Согласно одной конструкции модуль вышки и зубчатой рейки включает в себя вышку и блок зубчатой рейки, соединенный c вышкой. Блок зубчатой рейки включает в себя наружные направляющие и звенья зубчатой рейки, установленные между наружными направляющими и вышкой. По меньшей мере одна из наружных направляющих перекрывает два из звеньев зубчатой рейки.

[6] Согласно другой конструкции установка для бурения взрывных скважин включает в себя основание, гусеничную ходовую часть, соединенную c основанием и выполненную с возможностью перемещения установки для бурения взрывных скважин, вышку соединенную c основанием, бурильную трубу, соединенную c вышкой, и блок зубчатой рейки, соединенный c вышкой. Блок зубчатой рейки включает в себя внутренние направляющие, прижатые к стенке вышки, наружные направляющие, отнесенные от внутренних направляющих, и звенья зубчатой рейки, установленные между наружными направляющими и вышкой. По меньшей мере одна из наружных направляющих перекрывает два из звеньев зубчатой рейки, и по меньшей мере одна из внутренних направляющих перекрывает два из звеньев зубчатой рейки.

[7] Другие аспекты изобретения должны стать понятными из подробного описания и прилагаемых чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[8] На фиг. 1 схематично показан вид сбоку буровой установки.

[9] На фиг. 2 показана в изометрии вышка для применения на буровой установке фиг. 1, и блок зубчатой рейки, соединенный c вышкой.

[10] На фиг. 3 показаны с увеличением в изометрии часть вышки и блока зубчатой рейки.

[11] На фиг. 4 показано сечение вышки и блока зубчатой рейки.

[12] На фиг. 5 показана в изометрии вышка и блок зубчатой рейки.

[13] На фиг. 6 показан вид частично разобранного блока зубчатой рейки.

[14] На фиг. 7 показан с увеличением, вид части разобранного блока зубчатой рейки.

[15] На фиг. 8 показана в изометрии шпонка, применяемая в блоке зубчатой рейки.

[16] На фиг. 9 показан с увеличением вид части разобранного блока зубчатой рейки, иллюстрирующий положение шпонки.

[17] На фиг. 10 показан вид сверху блока зубчатой рейки, иллюстрирующий применение шпонки для предотвращения бокового смещения двух звеньев блока зубчатой рейки.

[18] Перед подробным описанием вариантов осуществления изобретения, следует разъяснить, что изобретение не ограниченно в своей заявке деталями конструкция и устройством компонентов, изложенными ниже или проиллюстрованными в чертежах. Изобретение допускает другие варианты осуществления и реализацию на практикe или осуществление различными путями. Также следует понимать, что фразеология и терминология в данном документе служит для описания и не должна считаться ограничивающей.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[19] Как показано на фиг. 1, Буровая установка 10 для взрывных скважин включает в себя вышку 14, основание 18 (например, машинное отделение) под вышкой 14, которое несет вышку 14, кабину 22 оператора, соединенную c основанием 18, и гусеничную ходовую часть 26, соединенную c основанием 18 и приводимую в движение приводом 30, которая перемещает буровую установку 10 по поверхности 34 земли. Вышка 14 соединяется c бурильной трубой 38 и несет ее, а также буровое долото (не показано), установленное на конце бурильной трубы 38. Бурильная труба 38 и буровое долото выполнены с возможностью проходить вертикально вниз через поверхность 34 земли и в ствол скважины (не показано). В некоторых конструкциях многочисленные бурильные трубы 38 соединены вместе для создания протяженной бурильной колонны, которая проходит в ствол скважины. Буровая установка 10 также включает в себя выравнивающие домкраты 42 для опирания буровой установки 10 на поверхности 34 земли, и подкос 46, который опирает вышку 14 на машинное отделение 18.

[20] Как показано на фиг. 1, Буровая установка 10 также включает в себя бурильную головку 50, приводной механизм 54, соединенный c бурильной головкой 50, и промежуточную муфту 58, соединенную c обеими, бурильной головкой 50 и бурильной трубой 38. Приводной механизм 54 приводит в действие бурильную головку 50 для перемещения бурильной трубы 38 относительно вышки 14 (например, вертикально вверх и вниз, а также в ствол скважины и из него).

[21] На фиг. 2-10 показана вышка 114 буровой установки для взрывных скважин. В некоторых конструкция вышка 114 может заменить вышку 14 на буровой установке 10 на фиг. 1. Как проиллюстрировано на фиг. 2, вышка 114 включает в себя первый конец 118 для соединения c основанием (например, основанием 18) и второй противоположный конец 122.

[22] На фиг. 2-10 также показана блок 126 зубчатой рейки, соединенный c вышкой 114. Блок 126 зубчатой рейки образует часть приводного механизма буровой установки для взрывных скважин, например, для линейного перемещения бурильной трубы или бурильной колонны. Например, блок 126 зубчатой рейки может образовывать часть приводного механизма 54, схематично показанного на фиг. 1, для линейного перемещения бурильной трубы 38 (например, вертикально вверх и вниз). В некоторых конструкциях блок 126 зубчатой рейки приводится в действие ведущей шестерней.

[23] Как показано на фиг. 4, блок 126 зубчатой рейки включает в себя по меньшей мере один внутренний элемент 130, установленный во внутреннем пространстве 134 вышки 114. Внутренний элемент 130 включает в себя отверстия 138 для приема крепежных элементов 142 (например, резьбовых болтов, винтов и т.д.). В некоторых конструкциях внутренний элемент 130 входит в контакт и прижимается к стенке 144 вышки 114. В некоторых конструкциях внутренний элемент 130 выполнен интегрaльно, как единая деталь со стенкой 144 вышки 114. В некоторых конструкциях внутренний элемент 130 приварен к стенке 144 вышки 114. В некоторых конструкциях внутренний элемент 130 съемно соединен cо стенкой 144 вышки 114. В показанной конструкции внутренний элемент 130 является удлиненной рейкой, установленной во внутреннем пространстве 134 вышки 114.

[24] Как показано на фиг. 4-7 и 9, блок 126 зубчатой рейки также включает в себя наружные направляющие 146. Наружные направляющие 146 установлены снаружи вышки 114. Каждая наружная направляющая 146 включает в себя отверстия 150 (фиг. 4) для приема крепежных элементов 142. Наружные направляющие 146 отнесены от вышки 114. В показанной конструкции наружные направляющие 146 являются отдельными, удлиненными, съемными деталями.

[25] Как показано на фиг. 4-7 и 9, блок 126 зубчатой рейки также включает в себя внутренние направляющие 154. Внутренние направляющие 154 установлены снаружи вышки 114. Каждая внутренняя направляющая 154 включает в себя отверстия 158 (фиг. 4 и 9) для приема крепежных элементов 142. В некоторых конструкциях внутренние направляющие 154 находятся в контакте и прижимаются к стенке 144 вышки 114. В некоторых конструкциях внутренние направляющие 154 выполнены интегрaльно, как единая деталь со стенкой 144 вышки 114. В некоторых конструкциях внутренние направляющие 154 приварены к стенке 144 вышки 114. В некоторых конструкциях внутренние направляющие 154 съемно соединены со стенкой 144 вышки 114. В показанной конструкции внутренние направляющие 154 являются отдельными, удлиненными, съемными деталями.

[26] Как показано на фиг. 4-8 и 10, блок 126 зубчатой рейки также включает в себя звенья 162 зубчатой рейки. Звенья 162 зубчатой рейки установлены снаружи вышки 114. Каждое звено 162 зубчатой рейки включает в себя отверстия 166 (фиг. 4, 9, и 10) для приема крепежных элементов 142. Звенья 162 зубчатой рейки установлены между наружными направляющими 146 и внутренними направляющими 154. В показанной конструкции звенья 162 зубчатой рейки являются отдельными, удлиненными, съемными деталями.

[27] В показанной на фиг. 5 конструкции звенья 162 зубчатой рейки имеют поверхности 168 с зубьями для сцепления с ведущей шестерней, чтобы бурильная труба (например, бурильная труба 38) могла перемещаться вдоль вышки 114. Колеса, ролики, и т.д. (например, конструкции смежной с ведущей шестерней) могут перемещаться вдоль внутренних направляющих 154 и наружных направляющих 146 с ведущей шестерней, при этом ведущая шестерня поддерживает нужное сцепление поверхностями 168 с зубьями и также остается на нужном расстояние относительно звеньев 162 зубчатой рейки (например, без вдавливания в звенья 162 зубчатой рейки или их разрушения).

[28] Как показано на фиг. 4, каждый крепежный элемент 142 проходит по меньшей мере частично через одну наружную направляющую 146, одно звено 162 зубчатой рейки, одну внутреннюю направляющую 154, стенку 144 вышки 14, и внутренний элемент 130. В некоторых конструкциях многочисленные крепежные элементы 142 проходят навстречу друг другу через блок 126. Например, в некоторый конструкциях один крепежный элемент 142 проходит через наружную направляющую 146 и участок звена 162 зубчатой рейки в одном направлении, и другой крепежный элемент 142 проходит через внутренний элемент 130, стенку 144, внутреннюю направляющую 154, и звено 162 зубчатой рейки в противоположном направлении. В некоторых конструкциях блок 126 зубчатой рейки не включает в себя внутренние направляющие 154. Вместо этого, звенья 162 зубчатой рейки находятся в прямом контакте и прижимаются к стенке 144 вышки 114, и установлены между наружными направляющими 146 и стенкой 144 вышки 114. В некоторых конструкциях блок 126 зубчатой рейки не включает в себя внутренний элемент 130. Вместо этого, крепежные элементы 142 проходят через стенку 144 вышки, и гайки или другие конструкции применяются для скрепления крепежных элементов 142 в вышке 114.

[29] Как показано на фиг. 2-10, блок 126 зубчатой рейки соединен c вышкой 114 с помощью расположения звеньев 162 зубчатой рейки друг за другом вдоль вышки 114, с расположением наружных направляющих 146 поверх звеньев 162 зубчатой рейки и вставлением крепежных элементов 142. Как проиллюстрировано на фиг. 5 и 6, звенья 162 зубчатой рейки и наружные направляющие 146 располагают вразбежку относительно друг друга во время выполнения указанного. Например, как проиллюстрировано на фиг. 5, каждое звено 162 зубчатой рейки включает в себя первый конец 170 и второй конец 174. Каждая наружная направляющая 146 включает в себя первый конец 178 и второй конец 182. Первые и вторые концы 170, 174, 178, 182 звеньев 162 зубчатой рейки и наружные направляющие 146 расположены вразбежку по длине вышки 114 так, что по меньшей мере некоторые из наружных направляющих 146 перекрывают участки двух отличающихся звеньев 162 зубчатой рейки. Дополнительно, в показанной конструкции внутренние направляющие 154, каждая, включает в себя первый конец 186 и второй конец 190. Первые концы 186 внутренних направляющих 154 совмещаются с первыми концами 178 наружных направляющих 146, и вторые концы 190 внутренних направляющих 154 совмещаются с вторыми концами 182 наружных направляющих 146. Таким образом, звенья 162 зубчатой рейки также расположены вразбежку относительно внутренних направляющих 154. Другие конструкции включают в себя устройства и интервалы, отличающиеся от показанных. Например, в некоторых конструкциях внутренние направляющие 154 не совмещаются с наружными направляющим 146, как показано.

[30] Как показано на фиг. 7-10, блок 126 зубчатой рейки также включает в себя шпонки 194, установленные между каждым из блоков 126 зубчатой рейки. Как проиллюстрировано на фиг. 9, звенья 162 зубчатой рейки включают в себя пазы 198 на первом и/или втором концах 170, 174. Когда звенья 162 зубчатой рейки выставлены друг за друг вдоль вышки 114, пазы 198 вместе образуют открытые камеры 202 с размерами и формой для приема шпонки 194. В показанной конструкции шпонка 194 является в общем удлиненным штифтом квадратного сечения, вставляемым в камеры 202, другие конструкции могут иметь формы и размеры, отличающиеся от показанного. Как показано на фиг. 10, шпонки 194 предотвращают боковое смещение звеньев 162 зубчатой рейки относительно друг друга по меньшей мере в одном направлении (см. двойные стрелки на фиг. 10).

[30] По меньшей мере в некоторых конструкциях, применение в целом индивидуальных звеньев 162 зубчатой рейки, наружных направляющих 146 и крепежных элементов 142 (и в некоторых конструкция внутренних направляющих 154 и/или внутреннего элемента или элементов 130) может увеличивать в целом прочность вышки 114, уменьшать в целом время монтажа вышки 114 и блока 126 зубчатой рейки, и уменьшать в целом время обслуживания (например, замены) секции вышки 114 по сравнению с другими блоками зубчатой рейки. Звенья 162 зубчатой рейки и наружных направляющих 146 можно легко удалять и/или заменять, если требуется. Дополнительно, благодаря применению индивидуальных наружных направляющих 146 и звеньев 162 зубчатой рейки, стоимость в целом блока 126 зубчатой рейки можно уменьшить в сравнении с изготовленным в виде одной детали блоком 126 зубчатой рейки. Кроме того, применение различных съемных наружных направляющих 146 и звеньев 162 зубчатой рейки может также обеспечивать крепежным элементам 142 более высокий эксплуатационный ресурс и надежность.

[32] Хотя изобретение подробно описано для конкретных предпочтительных вариантов осуществления, существуют вариации и модификации в объеме и сущности одного или нескольких описанных независимых аспектов изобретения.

1. Модуль вышки и зубчатой рейки буровой установки для взрывных скважин, содержащий:

вышку, проходящую вдоль направления удлинения;

блок зубчатой рейки, соединенный c вышкой, причем блок зубчатой рейки включает в себя наружные направляющие, каждая из которых имеет первый конец и второй, противоположный, конец, разнесенный от первого конца вдоль направления удлинения и звенья зубчатой рейки, установленные между наружными направляющими и вышкой, причем каждое из звеньев зубчатой рейки включает первый конец и второй, противоположный, конец, разнесенный от первого конца вдоль направления удлинения, при этом по меньшей мере одна из наружных направляющих перекрывает два из звеньев зубчатой рейки вдоль направления, перпендикулярного направлению удлинения, так что по меньшей мере одна из наружных направляющих проходит по второму концу одного из двух звеньев зубчатой рейки, и первому концу другого из двух звеньев зубчатой рейки.

2. Модуль вышки и зубчатой рейки по п. 1, в котором наружные направляющие и звенья зубчатой рейки включают в себя множество отверстий, выполненных с возможностью приема крепежных элементов.

3. Модуль вышки и зубчатой рейки по п. 1, в котором каждое из звеньев зубчатой рейки включает в себя поверхности с зубьями, выполненные с возможностью сцепления с ведущей шестерней.

4. Модуль вышки и зубчатой рейки по п. 1, в котором звенья зубчатой рейки включают два звена зубчатой рейки, причем первый конец одного из двух звеньев зубчатой рейки и второй конец другого из двух звеньев зубчатой рейки, каждый, включают в себя паз, при этом два звена зубчатой рейки установлены друг за другом, чтобы пазы совмещались для образования открытой камеры, и при этом модуль вышки и зубчатой рейки дополнительно включает в себя шпонку, выполненную с возможностью размещения в открытой камере для предотвращения бокового смещения двух звеньев зубчатой рейки относительно друг друга.

5. Модуль вышки и зубчатой рейки по п. 4, в котором шпонка является удлиненным штифтом квадратного сечения.

6. Модуль вышки и зубчатой рейки по п. 1, в котором блок зубчатой рейки дополнительно включает в себя внутренние направляющие, при этом звенья зубчатой рейки установлены между наружными направляющими и внутренними направляющими.

7. Модуль вышки и зубчатой рейки по п. 6, в котором вышка включает в себя стенку, и при этом внутренние направляющие являются элементами отдельными от вышки, которые прижимаются к стенке вышки.

8. Модуль вышки и зубчатой рейки по п. 6, в котором внутренние направляющие выполнены интегрaльно, как единая деталь с вышкой.

9. Модуль вышки и зубчатой рейки по п. 6, в котором каждое из следующего: наружные направляющие, внутренние направляющие и звенья зубчатой рейки включают в себя множество отверстий, выполненных с возможностью приема крепежных элементов.

10. Модуль вышки и зубчатой рейки по п. 6, в котором по меньшей мере одна из внутренних направляющих перекрывает два из звеньев зубчатой рейки.

11. Модуль вышки и зубчатой рейки по п. 1, в котором блок зубчатой рейки включает в себя внутренний элемент, установленный в вышке, при этом каждое из следующего: наружные направляющие, звенья зубчатой рейки, и внутренний элемент включают в себя множество отверстий, выполненных с возможностью приема крепежных элементов.

12. Модуль вышки и зубчатой рейки по п. 11, в котором внутренний элемент является удлиненной рейкой.

13. Модуль вышки и зубчатой рейки по п. 11, в котором внутренний элемент приварен к стенке вышки.

14. Модуль вышки и зубчатой рейки по п. 11, в котором блок зубчатой рейки дополнительно включает в себя внутренние направляющие, при этом звенья зубчатой рейки установлены между наружными направляющими и внутренними направляющими, и при этом стенка вышки установлена между по меньшей мере одним из внутренних направляющих и внутренним элементом.

15. Модуль вышки и зубчатой рейки по п. 14, в котором внутренние направляющие включают в себя отверстия для приема крепежных элементов.

16. Модуль вышки и зубчатой рейки по п. 1, в котором блок зубчатой рейки дополнительно включает внутренние направляющие, причем звенья зубчатой рейки установлены между наружными направляющими и внутренними направляющими, причем блок зубчатой рейки включает внутренний элемент, расположенный внутри вышки, и при этом стенка вышки расположена между по меньшей мере одной из внутренних направляющих и внутренним элементом.

17. Модуль вышки и зубчатой рейки по п.16, дополнительно содержащий крепежный элемент, который проходит через одну из наружных направляющих, через одно из звеньев зубчатой рейки, через одну из внутренних направляющих, через стенку вышки и через внутренний элемент.

18. Буровая установка для взрывных скважин, содержащая:

основание;

гусеничную ходовую часть, соединенную c основанием и выполненную с возможностью перемещения блока бурения взрывных скважин;

вышку, соединенную c основанием и проходящую вдоль направления удлинения;

бурильную трубу соединенную c вышкой; и

блок зубчатой рейки, соединенный c вышкой, причем блок зубчатой рейки включает в себя внутренние направляющие, прижатые к стенке вышки, наружные направляющие отнесенные от внутренних направляющих, и звенья зубчатой рейки, установленные между наружными направляющими и внутренними направляющими, причем наружные направляющие, каждая, включают первый конец и второй, противоположный конец, разнесенный от первого конца вдоль направления удлинения, причем звенья зубчатой рейки, каждое, включают первый конец и второй противоположный конец, разнесенный от первого конца вдоль направления удлинения, при этом по меньшей мере одна из наружных направляющих перекрывает два из звеньев зубчатой рейки вдоль направления, перпендикулярного направлению удлинения, так что по меньшей мере одна из наружных направляющих проходит по второму концу одного из двух звеньев зубчатой рейки и первому концу другого из двух звеньев зубчатой рейки, и при этом по меньшей мере одна из внутренних направляющих перекрывает два из звеньев зубчатой рейки.

19. Буровая установка по п. 18, причем звенья зубчатой рейки включают два звена зубчатой рейки, при этом первый конец одного из двух звеньев зубчатой рейки и второй конец другого из двух звеньев зубчатой рейки, каждый включает в себя паз, при этом два звена зубчатой рейки установлены друг за другом, чтобы пазы совмещались для образования открытой камеры, и при этом модуль вышки и зубчатой рейки дополнительно включает в себя шпонку, выполненную с возможностью размещения в открытой камере для предотвращения бокового смещения двух звеньев зубчатой рейки относительно друг друга.

20. Буровая установка по п. 19, в которой шпонка является удлиненным штифтом квадратного сечения.

21. Буровая установка по п. 18, в которой блок зубчатой рейки включает в себя внутренний элемент, установленный в вышке, при этом каждое из следующего: наружные направляющие, внутренние направляющие, звенья зубчатой рейки и внутренний элемент включают в себя множество отверстий, выполненных с возможностью приема крепежных элементов.

22. Буровая установка по п. 21, в которой внутренний элемент является удлиненной рейкой.

23. Блок зубчатой рейки для вышки на буровой установке для взрывных скважин, содержащий:

наружные направляющие, каждая из которых имеет первый конец и второй, противоположный конец, разнесенный от первого конца вдоль направления удлинения; и

звенья зубчатой рейки, выполненные с возможностью соединения с наружными направляющими, причем каждое из звеньев зубчатой рейки включает первый конец и второй, противоположный конец, разнесенный от первого конца вдоль направления удлинения, причем по меньшей мере одна из наружных направляющих выполнена с возможностью перекрывать два из звеньев зубчатой рейки вдоль направления, перпендикулярного направлению удлинения, так что по меньшей мере одна из наружных направляющих проходит по второму концу одного из двух звеньев зубчатой рейки и первому концу другого из звеньев зубчатой рейки.

24. Блок зубчатой рейки по п.23, в котором звенья зубчатой рейки включают два звена зубчатой рейки, причем первый конец одного из двух звеньев зубчатой рейки и второй конец другого из двух звеньев зубчатой рейки, каждый, включает паз, причем два звена зубчатой рейки выполнены с возможностью установки друг за другом, так, чтобы пазы совмещались для образования открытой камеры,

и при этом модуль вышки и зубчатой рейки дополнительно включает в себя шпонку, выполненную с возможностью размещения в открытой камере для предотвращения бокового смещения двух звеньев зубчатой рейки относительно друг друга.