СОЕДИНЕНИЕ ШТАНГ БУРОВОГО СТАВА Российский патент 1995 года по МПК E21B17/46 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для соединения штанг бурового става бурошнековых, бурозакладочных и других машин для проведения скважин вращательным бурением, например по углю.

В машинах подобного типа используется буровой (в том числе шнековый) став, секции которого при наращивании става соединяются специальными соединительными устройствами.

Известны соединительные устройства [1, 2] которые обеспечивают угловое ориентирование и передачу вращения в нескольких взаимных угловых положениях штанг, но конструкция узла осевой фиксации требует предварительного углового ориентирования бурового става по крайней мере при его разборке.

Известна также конструкция [3] узла осевой фиксации соединения, выполненная в виде разрезного пружинного кольца с радиальными выступами, размещенными в кольцевой канавке в средней части соединения, которая не требует такого предварительного ориентирования, однако выполнение замкового устройства в виде разрезного пружинного кольца существенно ограничивает допустимое осевое усилие при растяжении бурового става и снижает надежность соединения.

Для устранения указанных недостатков и связанного с ними снижения эффективности бурения предлагается выполнить соединение с торцовыми кулачками и узлом осевой фиксации в виде неразрезного кольца с выступами, установленного с возможностью углового поворота на внешней цилиндрической поверхности торцевых кулачков. Выступы кольца размещены в кольцевой канавке, выполненной на внешней цилиндрической поверхности торцевых кулачков в средней части их длины. Ширина выступов кольца меньше угловой ширины впадин между торцовыми кулачками соединения.

На фиг.1 показано предлагаемое соединение в сборе, продольный разрез; на фиг. 2 то же, вариант исполнения с двумя кольцами, установленными на внешней цилиндрической поверхности обеих кулачковых полумуфт; на фиг.3 разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.1 и 2; на фиг.5 разрез В-В на фиг.2.

Соединение представляет собой приваренные к торцам штанг 1 концевые втулки 2 и 3 с взаимно сопряженными торцовыми кулачками с внешней цилиндрической поверхностью и внутренним отверстием. В отверстии одной из кольцевых втулок закреплен центральный цилиндрический направляющий элемент 4.

На внешней цилиндрической поверхности концевых втулок выполнена кольцевая канавка К, расположенная в средней части длины кулачков. На внешней цилиндрической поверхности по крайней мере одной из втулок (кулачков) установлено с возможностью поворота кольцо 5, внутри которого имеются радиальные выступы, угловая ширина которых α меньше угловой ширины впадин β между кулачками соединения. Эти выступы размещены в кольцевой канавке на внешней поверхности кулачков.

На торце кольца 5 могут быть выполнены впадины и соответственно образованы выступы, при наличии которых на внешней поверхности второй концевой втулки может быть установлено второе кольцо 6, аналогичное первому, с радиальными выступами, также размещенными в канавке на внешней поверхности кулачков. Угловая ширина взаимно сопряженных впадин и выступов α₁ не равна или больше угловой ширины радиальных выступов α.

Наличие второго кольца в соединении в два раза увеличивает несущую способность узла осевой фиксации соединения.

Для обеспечения необходимого угла поворота колец 5 и 6 и их угловой фиксации в крайних угловых положениях устройство снабжено штифтами 7 и шариковыми фиксаторами 8 с пружинами 9, установленными в радиальных отверстиях концевых втулок 2 и 3 и взаимодействующими с отверстиями е и пазами k, выполненными в кольцах 5 и 6.

Соединение штанг бурового става работает следующим образом.

При наращивании бурового става предварительно сориентированная со ставом в осевом направлении буровая штанга надвигается центральным отверстием в концевой втулке 3 на направляющий элемент 4. При этом втулки 5 и 6 находятся в зафиксированных шариковыми фиксаторами исходных положениях, при которых радиальные (и торцевые) выступы их расположены над соответствующими кулачками концевых втулок 2 и 3. В таком угловом положении колец осуществляется беспрепятственно сдвижка буровых штанг на полную длину кулачков концевых втулок 2 и 3. После этого ключом 10 осуществляют поворот колец 5 и 6 (одновременно за счет взаимодействия их торцовых выступов) во второе крайнее угловое положение на угол 90^o/n где n количество кулачков. Необходимая величина угла поворота обеспечивается и ограничивается взаимодействием штифтов 7 с пазами k во втулках 5 и 6, а фиксация углового положения втулок 5 и 6 относительно кулачков соединения взаимодействием шариковых фиксаторов 8 с отверстиями е. Каждый радиальный выступ колец, находясь в кольцевой канавке, взаимодействует с кулачками обеих концевых втулок и, препятствуя размыканию соединения, запирает его.

При этом обеспечивается удобство и возможность поворота втулок ключом 10 сверху независимо от углового положения бурового става и присоединяемой буровой штанги. Разборка бурового става производится аналогичным поворотом ключом 10 на тот же угол в противоположную сторону колец 5 и 6 до исходного положения, также из верхнего положения ключа и независимо от углового положения бурового става с последующей раздвижкой буровых штанг.

Таким образом, сущность изобретения состоит в том, что запирающий элемент узла осевой фиксации соединения, выполненный в виде кольца с радиальными выступами, размещен на внешней цилиндрической поверхности кулачков с возможностью поворота, причем радиальные выступы кольца, размещенные в кольцевой канавке, выполненной в средней части длины взаимно сопряженных кулачков соединения, имеют угловую ширину меньше угловой ширины впадин между кулачками соединения.

Предлагаемое соединение обеспечивает сокращение времени на стыковку элементов бурового става и его разборку за счет сокращения времени на ориентирование в угловом направлении бурового става и его элементов, а также высокую несущую способность и надежность соединения при эксплуатации.

Конструкция узла осевой фиксации соединения, с одной стороны, обеспечивает возможность доступа оператора к замковому устройству при любом угловом положении бурового става и штанг, а с другой, относительно безразлична к взаимному угловому положению соединяемых буровых штанг. Число взаимных угловых положений двух буровых штанг, при которых возможно соединение, определяется только числом кулачков торцового соединения и не требует дублирования узла осевой фиксации (замка).

Выполнение соединения с двумя втулками с впадинами и выступами на их торцах с угловой шириной, не меньшей угловой ширины радиальных выступов (в два раза), повышает прочность и надежность узла осевой фиксации соединения.

использование: в горной промышленности, в частности в соединениях штанг бурового става бурозакладочных, бурошнековых и других машин для проведения скважин вращательным бурением, например, по углю. Сущность изобретения: соединение включает цилиндрический направляющий элемент и узел осевой фиксации соединения выполненный в виде кольца с радиальными выступами, размещаемыми в кольцевой канавке на внешней цилиндрической поверхности кулачков соединения в средней части их длины. Угловая ширина радиальных выступов кольца по угловой ширине меньше угловой ширины впадин между кулачками соединения. Соединение может содержать второе кольцо со взаимно сопряженными впадинами и выступами, угловая ширина которых равна или большей угловой ширины радиальных выступов колец. При работе соединения исключается необходимость предварительного взаимного ориентирования буровых штанг в угловом направлении как при сборке бурового става, так и при разборке. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. СОЕДИНЕНИЕ ШТАНГ БУРОВОГО СТАВА, включающее центральный цилиндрический направляющий элемент на одной штанге, отверстие под него на другой штанге, взаимно сопряженные поверхности, образующие кулачковое соединение, имеющее цилиндрическую внешнюю поверхность с кольцевой канавкой в средней части соединения и узел осевой фиксации, содержащий кольцо с радиальными выступами на внутренней поверхности, расположенными в кольцевой канавке соединения и средства фиксации кольца от поворота, отличающееся тем, что кольцо установлено на внешней цилиндрической поверхности кулачкового соединения, а радиальные выступы кольца по угловой ширине выполнены меньше угловой ширины впадин между кулачками соединения. 2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено вторым кольцом с радиальными выступами, установленным на внешней цилиндрической поверхности торцевых кулачков второй штанги, а на торцах обоих колец выполнены взаимно сопряженные впадины и выступы, причем их угловая ширина равна или больше угловой ширины радиальных выступов.