НАДДОЛОТНЫЙ АМОРТИЗАТОР Российский патент 2001 года по МПК E21B17/07 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при бурении взрывных скважин шарошечными долотами для снижения динамических нагрузок на долото и вращательно-подающий механизм бурового станка.

Наддолотный амортизатор устанавливается между долотом и буровой штангой.

Известно, что при использовании в наддолотных амортизаторах в качестве упругих элементов тарельчатых пружин эффективность работы амортизатора и его надежность определяются в основном надежностью тарельчатых пружин, которые выдерживают определенное количество циклов знакопеременных нагрузок в зависимости от условий и конструкции амортизатора и условий его эксплуатации.

Известен наддолотный амортизатор, включающий соединенные телескопические трубы - наружную, соединенную с буровой штангой, и внутреннюю, соединенную с долотом, образующие полость, в которой размещены тарельчатые пружины, центрирующую трубу, узел передачи вращения, промежуточную опору и пяту с направляющим отверстием для центрирующей трубы, размещенную в нижней трубе под тарельчатыми пружинами (см. , например, а. с. СССР 281323, М.кл. E 21 B 17/07).

Недостатком известного амортизатора является то, что тарельчатые пружины в нем также не защищены от ударных нагрузок, а жесткое закрепление центрирующей трубы приводит к неравномерному износу поверхности тарельчатых пружин и поверхности центрирующей трубы, в результате чего нарушается центровка тарельчатых пружин, приводящая к их поломке.

Наиболее близким по своей технической сущности к описываемому изобретению является наддолотный амортизатор, включающий наружную трубу, выполненную с возможностью ее соединения с буровой штангой и телескопически связанную с ней внутреннюю трубу, выполненную с возможностью соединения с рабочим инструментом, размещенные в трубах пакеты тарельчатых пружин, центрирующую трубу, а также приспособление для предварительной деформации тарельчатых пружин, состоящие из опорной пяты, опорной втулки, соединенной с наружной трубой посредством резьбы, и шпонок для передачи крутящего момента на рабочий инструмент и ограничения предельного рабочего положения внутренней трубы, занимаемого ею после предварительной деформации тарельчатых пружин (см. патент РФ 2032065, М.кл. E 21 B 17/07).

Основными недостатками этого амортизатора является то, что призматическая шпонка такого типа закрепляется в шпоночном пазу посредством сварки. При эксплуатации происходит износ трубы и сварного шва. По этой причине, а также под действием динамических нагрузок, шпонки выпадают из пазов и амортизатор выходит из строя. Кроме того, такие шпонки делают неразборными наружную и внутреннюю трубы, что затрудняет ремонт амортизатора. Далее, внутренняя труба с непостоянным диаметром, имеющая непосредственно вблизи рабочего инструмента наружный диаметр больший, чем внутренний диаметр наружной трубы, не позволяет последней максимально приблизить ее к рабочему инструменту и тем самым увеличить посадочный контакт двух труб, что может приводить к поперечным колебаниям рабочего инструмента. Кроме того, это обстоятельство не позволяет сократить длину амортизатора и применить при работе с амортизатором буровые трубы стандартной длины.

В основу изобретения положено решение задачи создания такого наддолотного амортизатора, который при более простой конструкции обладал бы большей ремонтопригодностью, большей технологичностью изготовления, а также позволял бы применять его совместно со стандартными буровыми трубами.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в том, что наддолотный амортизатор предлагаемой конструкции может быть применен без переделки имеющегося оборудования, при этом увеличивается эксплуатационный срок бурового инструмента.

Поставленная задача решена за счет того, что в наддолотном амортизаторе, включающем наружную трубу, выполненную с возможностью ее соединения с буровой штангой и телескопически связанную с ней внутреннюю трубу, выполненную с возможностью соединения с рабочим инструментом, размещенные в трубах пакеты тарельчатых центрирующую трубу, а также приспособление для предварительной деформации тарельчатых пружин, состоящие из опорной пяты, опорной втулки, соединенной с наружной трубой посредством резьбы, и шпонок для передачи крутящего момента на рабочий инструмент и ограничения предельного рабочего положения внутренней трубы, занимаемого ею после предварительной деформации тарельчатых пружин, шпонки размещены в шпоночных пазах, выполненных в виде глухих отверстий, имеющих выход на торцы наружной и внутренней труб со стороны рабочего инструмента, оси этих отверстий расположены на образующих цилиндрической поверхности с диаметром, равным наружному диаметру внутренней трубы, а в стенке наружной трубы изнутри выполнена кольцевая канавка, в которой размещены стопоры для фиксации шпонок в шпоночных пазах, причем каждый из стопоров выполнен в виде кольцевого сектора с центрирущим выступом, предназначенным для фиксации стопора в части шпоночного паза, выходящего на торец внутренней трубы, при этом внутренняя труба выполнена с постоянным наружным диаметром.

Предпочтительно глухие шпоночные пазы в теле телескопически соединенных труб выполнять цилиндрическими, а шпонки выполнять в виде круговых цилиндров.

Целесообразно также глухие шпоночные пазы в теле телескопических соединенных труб выполнять прямоугольными в своем поперечном сечении, а шпонки - призматическими.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен поперечный разрез наддолотного амортизатора.

Наддолотный амортизатор включает соединенные телескопически наружную трубу 1, выполненную с возможностью соединения с буровой штангой (на чертеже не показана), и внутреннюю трубу 2, выполненную с возможностью соединения с рабочим инструментом (на чертеже не показан). В полостях наружной трубы 1 и внутренней трубы 2 размещены пакеты тарельчатых пружин 3 и центрирующая труба 4. В полости внутренней трубы 2 расположена опорная пята 5, на которую опирается один из пакетов тарельчатых пружин 3.

В полости наружной трубы со стороны ее соединения с буровой штангой, выполнена внутренняя резьба, на которой посажена опорная втулка 6 с центральным отверстием для прохода центрирующей трубы 4, на которой жестко установлена промежуточная опора 7, имеющая возможность продольного перемещения в полости внутренней трубы 2. Последняя выполнена с постоянным наружным диаметром по всей ее длине. Опорная втулка 6, соединенная с наружной трубой 1 посредством резьбы, шпонки 8, предназначенные для передачи крутящего момента на рабочий инструмент, совместно с опорной пятой 5 образуют приспособление для предварительной деформации тарельчатых пружин.

Шпонки 8 размещены в шпоночных пазах (на чертеже не обозначены), выполненных в виде глухих отверстий, имеющих выход на торцы наружной 1 и внутренней 2 труб со стороны рабочего инструмента. Оси этих шпоночных пазов расположены на образующих цилиндрической поверхности с диаметром, равным наружному диаметру внутренней трубы 2, а в стенке наружной трубы 1 изнутри выполнена кольцевая канавка 9, в которой размещены стопоры 10 для фиксации шпонок 8 в шпоночных пазах. Каждый из указанных стопоров выполнен в виде кольцевого сектора с центрирующим выступом 11, предназначенным для фиксации стопора в части шпоночного паза, выходящего на торец внутренней трубы 2, которая выполнена с постоянным наружным диаметром.

Для большей технологичности амортизатора, глухие шпоночные пазы в теле телескопически соединенных труб целесообразно выполнять цилиндрическими, получаемыми, например, сверлением собраных вместе наружной 1 и внутренней 2 труб. В этом случае шпонки выполняются цилиндрической формы.

Не исключен вариант выполнения шпоночных пазов с прямоугольным поперечным сечением. Такие пазы могут быть получены, например, путем раздельного фрезерования шпоночных пазов на обеих трубах. В этом случае шпонки могут быть выполнены призматическими.

Принцип работы наддолотного амортизатора заключается в следующем. При бурении динамические нагрузки, которые предназначен снимать наддолотный амортизатор, генерируются как шарошечным долотом в результате его взаимодействия с забоем скважины, так и вращающимся буровым ставом.

Промежуточная опора 7, жестко закрепленная на центрирующей трубе 4, обладает возможностью осевого перемещения как относительно пяты 5, так и относительно опорной втулки 6, а это создает благоприятные условия для работы тарельчатых пружин 3 при динамических нагрузках одновременно снизу - со стороны рабочего инструмента и сверху - со стороны буровой штанги. При этом уменьшается величина относительного перемещения тарельчатых пружин 3 относительно центрирующей трубы 4, что снижает ее износ, а также износ контактирующих кромок тарельчатых пружин 3, в результате чего не нарушается их центровка.

При бурении скважин с подачей в нее одновременно со сжатым воздухом, используемым для удаления бурового шлама, воды для пылеподавления, последняя, двигаясь по стенкам буровых штанг, попадает во внутреннюю полость наддолотного амортизатора, в которой размещены тарельчатые пружины 3, и заполняет ее. Работа тарельчатых пружин в полости, заполненной водой, создает дополнительное сопротивление деформации тарельчатых пружин 3 при ударных нагрузках при бурении очень крепких или трещиноватых пород, что защищает тарельчатые пружины от перегрузки и повышает ресурс работы наддолотного амортизатора. Отсутствие наружного бурта на внутренней трубе 2, позволяет максимально сократить его длину, что дает возможность применять амортизатор со штангами стандартной длины.

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при бурении взрывных скважин на карьерах. Наддолотный амортизатор включает наружную трубу, размещенные коаксиально с ней внутреннюю и центрирующую трубы. Во внутренних полостях наружной и внутренней труб размещены упругие элементы, выполненные в виде пакетов тарельчатых пружин. Крутящий момент от бурового става на долото передается через шпонки, размещенные аксиально между внутренней и наружной трубами. Применение амортизатора позволяет снизить вибрации на буровом ставе и увеличить срок службы рабочего инструмента. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Наддолотный амортизатор, включающий наружную трубу, выполненную с возможностью ее соединения с буровой штангой, и телескопически связанную с ней внутреннюю трубу, выполненную с возможностью соединения с рабочим инструментом, размещенные в трубах пакеты тарельчатых пружин, центрирующую трубу, опорную пяту, а также приспособление для предварительной деформации тарельчатых пружин, состоящее из опорной втулки, соединенной с наружной трубой посредством резьбы, и шпонок для передачи крутящего момента на рабочий инструмент и ограничения предельного рабочего положения внутренней трубы, занимаемого ею после предварительной деформации тарельчатых пружин, отличающийся тем, что шпонки размещены в шпоночных пазах, выполненных в виде глухих отверстий, имеющих выход на торцы наружной и внутренней труб со стороны рабочего инструмента, оси этих отверстий расположены на образующих цилиндрической поверхности с диаметром, равным наружному диаметру внутренней трубы, а в стенке наружной трубы изнутри выполнена кольцевая канавка, в которой размещены стопоры для фиксации шпонок в шпоночных пазах, причем каждый из стопоров выполнен в виде кольцевого сектора с центрирующим выступом, предназначенным для фиксации стопора в части шпоночного паза, выходящего на торец внутренней трубы, при этом внутренняя труба выполнена с постоянным наружным диаметром. 2. Наддолотный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что глухие шпоночные пазы в теле телескопически соединенных труб выполнены цилиндрическими, а шпонки выполнены в виде круговых цилиндров. 3. Наддолотный амортизатор по п.1, отличающийся тем, что глухие шпоночные пазы в теле телескопически соединенных труб выполнены прямоугольными в своем поперечном сечении, а шпонки - призматическими.