СОПЛО ДЛЯ МОНОБЛОЧНОГО БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 1996 года по МПК E21B10/60 

Изобретение относится к соплу для бурового инструмента, воздействующего на породу натиранием или скольжением, например, для моноблочного инструмента, снабженного лопастями или коронками из алмаза, кристаллического полиалмаза, карбида вольфрама и т.д.

Известно сопло, устанавливаемое на буровой инструмент или демонтируемое с него с помощью торцевого ключа. Это обеспечивает компактность конструкции инструмента /см. патент США N 4703814, кл. 175-393, опубл. 1987/.

Недостатками является недостаточно хорошее охлаждение лопастей и коронок, их очистка и в недостаточной степени удаление пробки из сопла.

Известно сопло с кавитационным эффектом, предназначенным для осуществления разрушения породы кавитацией /см. патент США N 4185706, кл. 175-340, опубл. 1980/.

Недостатками являются недостаточное охлаждение лопастей и коронок, их очистка от шлама и недостаточное удаление шламовых пробок из сопла.

Известно сопло для моноблочного инструмента, закрепляемое на этом инструменте и содержащее канал для потока омывающей жидкости, подводимой изнутри инструмента /см. патент ЕР N 0146252, кл. F 16 J 15/48, опубл. 1985/.

Недостатками являются то, что конструкция сопла не позволяет улучшить очистку, распределение текучей среды и охлаждение бурового инструмента.

Задачей изобретения является создание сопла, обладающего хорошими качествами омывания, самоочистки и охлаждения бурового инструмента, а также легко освобождаем от шламовой пробки.

Поставленная задача решается тем, что в известном сопле для моноблочного бурового инструмента, закрепляемом на этом инструменте и содержащем канал для потока омывающей жидкости, подводимой изнутри инструмента, согласно изобретению, канал расширяется от своего входного конца и до выходного конца с углом расширения, меньшим 30^oC таким образом, что жидкость выливается вдоль боковой стенки канала и как бы приклеивается к ней вследствие эффекта Коанды без образования вихревых противотоков.

Канал может иметь сходящуюся часть, поперечное сечение которой сокращается в направлении течения омывающей жидкости и которая занимает часть длины канала от его входного конца. За этой сходящейся частью канала расположена его расходящаяся часть, занимающая оставшуюся длину этого канала.

Канал может иметь цилиндрическую часть, которая занимает часть длины канала от его входного конца. За этой цилиндрической частью расположена расходящаяся часть, занимающая оставшуюся длину канала.

На боковой стенке канала может быть выполнен сдвиг или уступ в зоне соединения сходящейся или цилиндрической части канала с его расходящейся частью. Сдвиг или уступ проходит по всей окружности боковой стенки и ориентирован в направлении выходного конца канала. Сдвиг или уступ определяет вместе с расходящейся частью канала кольцевую полость, в которой устанавливается некоторое разрежение при истечении потока жидкости через сопло.

На фиг.1 показано сопло для моноблочного бурового инструмента; на фиг.1
с углом расширения канала выше предельного значения; на фиг.3 со сдвигом или уступом; на фиг.4 выносной элемент 1 на фиг.3 в увеличенном масштабе.

Буровой инструмент 1 имеет сопло 2. Сопло 2 содержит канал 3 для потока омывающей жидкости, подводимой изнутри инструмента 1.

Канал 3 расширяется от своего входного конца и до выходного конца. Угол α расширения канала 30^o. Работа сопла осуществляется следующим образом. При работе сопла омывающая жидкость, которая поступает в турбулентном режиме, прилипает в результате эффекта Коанды к расходящейся стенке 4 канала 3 и выбрасывается в виде расходящейся струи 5 без образования противотоков.

В случае, если угол a превышает 30^o /на фиг.2/, то текучая среда не приклеивается к стенке 4. В результате возникают вихревые противотоки 6, а наибольшая часть потока текучей среды отклоняется очень мало.

Сопло 2 с углом a, меньшим 30^o, легко освобождается от шламовой пробки, т. к. канал 3 расширяется в направлении циркуляции текучей среды, т.е. сопло 2 эквивалентно соплу с широким сечением канала 3. Сопло 2 создает значительную потерю напора, как у сопла с малым сечением канала 3.

Благодаря расходящемуся потоку сопло широко омывает инструмент равномерно по всей поверхности.

Сопло 2 может иметь любую форму сечения канала 3, например круглую квадратную, прямоугольную. Стенка 4 канала 3 может быть с прямолинейной образующей или выпуклой. Расходящаяся часть канала 3 может располагаться после сужающейся части 7. Сужающаяся часть 7 может быть цилиндрической.

В зоне соединения сходящейся 7 или цилиндрической части канала 3 с его расходящейся частью на боковой стенке 4 может быть выполнен сдвиг или уступ 8. Сдвиг или уступ 8 проходит по всей окружности стенки 4 и ориентирован в направлении выходного конца канала 3. Сдвиг или уступ 8 определяет вместе с расходящейся частью канала 3 кольцевую полость 9. Сдвиг или уступ 8 создает небольшое разрежение в полости 9. Это разрежение всасывает текучую среду и, тем самым, усиливает эффект прилипания текучей среды к расходящейся стенке 4. ЫЫЫ2

Использование: буровой инструмент, в частности моноблочный инструмент с лопастями или коронками из алмаза, кристаллического полиалмаза, карбида вольфрама и т.д. Сущность: в сопле для моноблочного бурового инструмента канал 3 расширяется от входного конца до выходного конца. Угол α расширения канала 3 меньше 30<198>. Канал 3 может иметь сходящуюся часть 7, поперечное сечение которой сокращается в направлении течения омывающей жидкости. Сходящаяся часть 7 занимает часть длины канала 3 от его входного конца. За сходящейся частью 7 расположена расходящаяся часть, которая занимает оставшуюся длину канала 3. Канал 3 может содержать цилиндрическую часть. Цилиндрическая часть занимает часть длины канала 3 от его входного конца. За цилиндрической частью расположена расходящаяся часть канала 3, которая занимает оставшуюся длину канала 3. В зоне соединения сходящейся 7 или цилиндрической части канала 3 с его расходящейся частью на боковой стенке 4 имеется сдвиг или уступ. Сдвиг или уступ проходит по всей окружности стенки 4 и ориентирован в направлении выходного конца канала. Сдвиг или уступ определяет вместе с расходящейся частью канала 3 кольцевую полость. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Сопло для моноблочного бурового инструмента, закрепляемое на этом инструменте и содержащее канал для потока омывающей жидкости, подводимой изнутри данного инструмента, отличающееся тем, что этот канал расширяется от своего входного конца и до выходного конца с углом расширения меньше 30° таким образом, что жидкость выливается вдоль боковой стенки канала и как бы приклеивается к ней вследствие эффекта Коанда без образования вихревых противотоков. 2. Сопло по п.1, отличающееся тем, что канал содержит сходящуюся часть, поперечное сечение которой сокращается в направлении течения омывающей жидкости и которая занимает часть длины этого канала от его входного конца, причем за этой сходящейся частью канала расположена его расходящаяся часть, занимающая оставшуюся длину этого канала. 3. Сопло по п. 1, отличающееся тем, что канал содержит цилиндрическую часть, которая занимает часть длины этого канала от его входного конца, причем за этой цилиндрической частью расположена расходящаяся его часть, занимающая оставшуюся длину этого канала. 4. Сопло по п.2 или 3, отличающееся тем, что в зоне соединения сходящейся или цилиндрической части канала с его расходящейся частью на боковой стенке канала выполнен сдвиг или уступ, проходящий по всей окружности этой боковой стенки и ориентированный в направлении выходного конца канала, причем этот сдвиг или уступ определяет вместе с расходящейся частью канала кольцевую полость, в которой устанавливается некоторое разрежение при истечении потока жидкости через данное сопло.