БУРОВАЯ КОРОНКА ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ СКВАЖИН Российский патент 1997 года по МПК E21B10/26 

Изобретение относится к буровым машинам ударного действия и может быть использовано в горной и строительной промышленности для проходки скважин в крепких горных породах.

Известен буровой инструмент для бурения шпуров и скважин в горных породах средней и высокой крепости, состоящей из армированной твердосплавными вставками коронки с центральным коническим отверстием и штанги с коническим наконечником. Посредством конического соединения обеспечивается передача коронке со стороны штанги ударных импульсов и крутящего момента (см. например, коронки буровые для перфораторов и станков вращательно-ударного бурения. ГОСТ 17196-77, а также О.Д. Алимов и др. Конусные соединения бурового инструмента и методы их расчета. Фрунзе. 1974).

Недостатком конусного соединения является то, что его работоспособность достигается при сравнительно небольшой величине угла уклона конуса, который, как правило, не превышает 3 6^o. При этом в зоне контакта коронки со штангой при ударных нагрузках возникают значительные радиальные и окружные напряжения, которые часто являются причиной проломки корпуса коронки или наконечника штанги либо их рассоединения. С увеличением диаметра коронки и энергии удара вероятность потери конусным соединением работоспособности резко возрастает, что ограничивает область его применения.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является расширитель скважин, включающий головку, армированную твердосплавными вставками, и хвостовик для соединения с пневмоударником. Головка и хвостовик соединены между собой посредством последовательно расположенных по оси конического и резьбового соединения. Резьба обеспечивает прижатие друг к другу поверхностей головки и хвостовика и передачу крутящего момента, а через конусное соединение происходит передача головке ударных импульсов [1]
Недостатком расширителя является последовательное расположение элементов конусного и резьбового соединения, что при сборке приводит к относительному перекосу хвостовика и головки. Кроме того, при изготовлении практически невозможно обеспечить одинаковую геометрическую форму конических поверхностей головки и хвостовика и полную соосность их относительно резьбы. Вследствие указанного затруднено обеспечение плотного контакта между коническими поверхностями хвостовика и головки и монолитности соединения. Наличие значительных зазоров между коническими поверхностями головки и хвостовика ухудшает условия для передачи ударных импульсов, повышает нагрузки на элементы соединения и снижает надежность.

Техническая задача, решаемая в изобретении, заключается в обеспечении плотного, монолитного соединения головки буровой коронки с хвостовиком, обладающего достаточной надежностью и работоспособностью при увеличенных диаметрах коронки и значительных ударных нагрузках.

Поставленная задача решается тем, что на конических поверхностях центрального отверстия головки и на конической поверхности наконечника выполнены спиральные канавки полукруглого профиля, образующие спиральной формы полость, в которой установлена коническая пружина сжатия из круглой проволоки. Угол наклона конических поверхностей центрального отверстия головки и наконечника хвостовика выполнен в пределах 8 15^o.

Выполнение на конических поверхностях центрального отверстия головки и наконечника хвостовика спиральных канавок полукруглого профиля, образующих совместно спиральной формы полость, и установка в последней конической пружины сжатия из круглой проволоки позволяет распределить элементы резьбового соединения между коническими контактными поверхностями головки и хвостовика, обеспечить плотный контакт головки и хвостовика по коническим поверхностям, которые могут быть перед сборкой тщательно притерты, улучшить условия для передачи энергии удара и повысить надежность. Выполнение угла наклона конических поверхностей головки и хвостовика в пределах 8 15^o позволяет уменьшить величину радиальных и окружных напряжений по сравнению с коронками, у которых этот угол составляет 3 6^o.

На чертеже изображен продольный разрез буровой коронки для расширения скважин.

Коронка содержит головку 1 с центральным отверстием 2 и хвостовик 3 с наконечником 4. Головка армирована твердосплавными вставками 5, снабжена направляющим фонарем 6 и каналами 7, 8 на боковой поверхности, через которые обеспечивается подвод промывочной жидкости в призабойную зону и удаление частиц разрушенной породы. На конических поверхностях 9, 10 головки 1 и хвостовика 3 выполнены спиральные канавки 11, 12 полукруглого профиля и одинакового шага. В собранном положении канавки 11, 12 образуют спиральной формы полость, в которой установлена коническая пружина сжатия 13 из стальной проволоки. Угол уклона конуса поверхностей центрального отверстия 2 и наконечника 4 выложен в пределах 8 15^o. Для соединения с ударной буровой машиной и передачи крутящего момента на боковой поверхности хвостовика 3 выполнены шлицевые выступы 14 и поперечный паз 14 под стопор, удерживающий коронку от выпадания. Для удаления отработанного энергоносителя из ударной машины в хвостовике 3 выполнен канал 5.

В процессе работы в начальный период буровой коронке сообщается вращательное движение и обеспечивается ее прижатие к забою. Под действием крутящего момента происходит полное навинчивание головки 1 на хвостовик 3 и обеспечивается плотный контакт между коническими поверхностями 9, 10 головки 1 и хвостовика 3. Вследствие небольшой величины угла подъема спиральных канавок 11, 12 достигается заклинивание головки 1 и хвостовика 3 относительно конической пружины 13, что придает коронке монолитность и делает возможным ее ударное нагружение. После этого включается в работу ударный механизм буровой машины и ударные импульсы через торец 17 хвостовика 3, контактные поверхности 9, 10 передаются на твердосплавные вставки 5, обеспечивая разрушение горной породы в зоне забоя и процесс бурения.

Использование: относится к коронкам для расширения скважин. Сущность изобретения: коронка состоит из породоразрушающей головки с центральным коническим отверстием и хвостовика с коническим наконечником. На конических поверхностях головки и наконечника выполнены с одинаковым шагом спиральные канавки полукруглого профиля. В собранном положении спиральные канавки образуют спиральную полость круглого профиля, в которой установлена коническая пружина сжатия из круглой стальной проволоки. Угол уклона конических поверхностей отверстия головки и наконечника хвостовика выполнен в пределах 8 - 15^o. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Буровая коронка для расширения скважин, включающая соединенные между собой головку с центральным коническим отверстием и хвостовик с коническим наконечником, отличающаяся тем, что на конической поверхности центрального отверстия головки и на конической поверхности наконечника хвостовика выполнены спиральные канавки полукруглого профиля, образующие совместно спиральной формы полость, в которой установлена коническая пружина сжатия из круглой проволоки. 2. Коронка по п. 1, отличающаяся тем, что угол уклона конических поверхностей центрального отверстия головки и наконечника хвостовика выполнен в пределах 8 15^o.