ВИБРАТОР Российский патент 2003 года по МПК E21B7/24 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для бурения скважин с отбором керна при геолого-разведочных работах и инженерных изысканиях, а также для посадки свай при строительстве.

Известны вибраторы БТ-6, ВПМ-2, ВБЛ-3 и др. (Технология и техника разведочного бурения. Учебник для вузов. Изд. 2 перераб. и доп. -М.: Недра, 1973).

В указанных вибраторах взаимное уравновешивание горизонтальной составляющей центробежных сил при работе связано с тем, что размещение эксцентриков в существующих конструкциях производится обычно в одной вертикальной плоскости. Иногда для сокращения габаритов вибрамеханизма дебалансы (эксцентрики) располагают на сближенных горизонтально и паралельно расположенных валах таким образом, что один дебаланс удвоенной массы находится в середине одного из валов, а два другие дебаланса одинарной массы близко к концам другого вала. Так устроен, например, подрессоренный вибратор ВБЛ-3. При этом как вибратор ВБЛ-3, так и другие, создают возмущающую силу только в вертикальном направлении и обеспечивают при этом определенную скорость вибропогружения в мягких, слабосвязных грунтах. Однако по данным ряда специалистов при использовании вибраторов только с вертикально направленной возмущающей силой наблюдались случаи уплотнения грунта, искажения данных о глубине залегания отдельных напластований, а главное затруднительной проходки плотных грунтов.

Известен подрессоренный вибратор БТ-6 (Технология и техника разведочного бурения. Учебник для вузов, изд. 2 перераб. и доп. М.: "Недра", 1973 , с. 171), взятый за прототип, состоящий из двух горизонтально расположенных валов, на которых насажены эксцентрики, вращающиеся в разные стороны. Жестко закрепленный на коробке-корпусе двигатель при помощи клиновых ремней передает движение одному из валов вибратора, а второй вал с эксцентриками приводится во вращение при помощи двух шестеренок, сидящих на валах. . При работе этого вибратора горизонтальные составляющие центробежных сил при любом положении эксцентриков равны и, будучи всегда направлены в противоположные стороны, взаимоуравновешиваются. Вертикальные составляющие также равны, но направлены только вверх или вниз, поэтому результирующая этих сил действует как их сумма, эти силы и создают только вертикальные колебания, направленные по оси бурового инструмента, связанного с вибратором.

Задача изобретения заключается в устранении указанных выше недостатков существующих буровых вибраторов, т.е. в использовании не только вертикальной, но и горизонтальной возмущающей силы, что позволит осуществлять вибро-вращательный способ бурения, позволяющий проходить более плотные грунты, улучшающий обработку стенок скважины, повышающий скорость бурения и КПД виброустановок.

Задача решается тем, что вибратор, содержащий жестко соединенный с буровым снарядом подпружиненный корпус с верхней и нижней платформами и с двумя горизонтальными параллельными валами, связанными между собой шестернями с одинаковым количеством зубьев и клиноременной передачей через систему шкивов с электродвигателем и насаженными на валы дебалансами, согласно изобретению дебалансы одинаковой массы расположены по одному на противоположных концах каждого из валов, а электродвигатель установлен на дополнительной платформе, расположенной над верхней платформой и связанной с ней через подшипник и ограничительные втулки.

На фиг. 1 представлен общий вид вибратора в профиль с вертикальной возмущающей силой F. На фиг.2 - его поперечный разрез со схемой действия тангенциально направленной возмущающей силы.

Вибратор содержит корпус 1, электродвигатель 2, верхнюю платформу 3, подшипник 4, клиноременные передачи 5 и 6, шкивы 7 и 8, валы вибратора 9 и 10, дебалансы 11, виброзонд 12, зубчатые шестерни 13 и 14, коронку 15, бурильные трубы 16, наголовник 17, пружинные амортизаторы 18, дополнительную платформу 19 и резиновые ограничительные втулки 20.

Вибратор состоит из корпуса 1, электродвигателя 2, соединенного с корпусом 1 через верхнюю платформу 3 и подшипник 4, при этом электродвигатель 2 передает вращение с помощью клиноременных передач 5 и 6 на шкивы 7, 8 и на вал 9 вибратора. Валы вибратора 9 и 10 с закрепленными на них дебалансами (эксцентриками) 11 с одинаковыми массами размещаются в корпусе вибратора 1 таким образом, чтобы их вращение осуществлялось в параллельных вертикальных плоскостях, находящихся на определенном расстоянии S относительно вертикальной оси вибратора и связанного с ним бурового снаряда. Вращение с вала 9 на вал 10 передается с помощью закрепленных на валах зубчатых шестерен 13 и 14 с одинаковым количеством зубьев, обеспечивая синхронное вращение обоих валов. Виброзонд 12, включающий коронку 15 и бурильные трубы 16 через наголовник 17 присоединяется жестко к корпусу вибратора. Для обеспечения длительной безотказности вибромеханизма и электродвигателя, вибратор оснащен пружинными амортизаторами 18, а электродвигатель соединен с верхней платформой вибратора 3 через подшипник 4 и резиновые ограничительные втулки 20, наличие которых исключает воздействие на электродвигатель вращающего момента.

Вибратор, собранный совместно с буровым снарядом, подвешивается на тросе лебедки буровой установки и размещается над устьем скважины. После включения электродвигателя 2 валы вибратора 9, 10 с закрепленными на них дебалансами 11 начинают вращаться, создавая возмущающую силу в вертикальной плоскости, равную 2 F в крайнем верхнем и в крайнем нижнем положениях дебалансов 11, (где F - центробежная сила одного эксцентрика), заставляя вибратор и буровой снаряд совершать колебательные движения в вертикальном направлении. Одновременно под действием тех же сил возникает крутящий момент, достигающий при горизонтальном положении дебалансов 11 максимальной величины 2 F S (где S - плечо приложения сил), заставляя вибратор совершать колебательные движения в горизонтальной плоскости. При жестком соединении вибратора с буровым снарядом происходит принудительное возвратно-поступательное вращение снаряда Угловое перемещение бурового снаряда зависит от величины момента, создаваемого вибратором, скорости вращения валов вибратора, величины сопротивления буримых пород.

При работе вибратора крутящий момент будет поворачивать вибратор в разные стороны. Таким образом появится возможность осуществлять вибробурение скважин с одновременным возвратно-поступательным вращением виброзонда, что позволит производить разрушение горной породы не только за счет нетрационного воздействия, но и за счет резания.

Совмещение вибрации в вертикальном и тангенциальном направлениях позволит сохранять керн в виброзонде, близком естественному. Наличие режущего инструмента на рабочем торце виброзонда повышает скорость проходки скважины и КПД процесса.

Обычно вибробурение используется только при проходке мягких слабосвязных грунтах и пород, а вибробурение с возвратно-поступательным вращением даст возможность бурить скважины в плотных грунтах и породах малой твердости. Возможность совмещения вертикальных колебаний с тангенциальными нагрузками позволит с помощью предлагаемого вибратора с меньшими затратами и более эффективно производить посадку свай при строительстве, а также ликвидировать аварии в скважинах, когда необходимо освободить прихваченный буровой снаряд или колонну обсадных труб. Применяемые для этих целей существующие установки громоздки, неудобны в эксплуатации и малоэффективны.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для бурения скважин с отбором керна при геологоразведочных работах и инженерных изысканиях, а также для посадки свай при строительстве. Вибратор содержит жестко соединенный с буровым снарядом подпружиненный корпус с верхней и нижней платформами и с двумя горизонтальными параллельными валами, связанными между собой шестернями с одинаковым количеством зубьев и клиноременной передачей через систему шкивов с электродвигателем и насаженными на валы дебалансами. Дебалансы одинаковой массы расположены по одному на противоположных концах каждого из валов. Электродвигатель установлен на дополнительной платформе, расположенной над верхней платформой и связанной с ней через подшипник и ограничительные втулки. Изобретение обеспечивает повышение скорости бурения и КПД виброустановок. 2 ил.

Вибратор, содержащий жестко соединенный с буровым снарядом подпружиненный корпус с верхней и нижней платформами и с двумя горизонтальными параллельными валами, связанными между собой шестернями с одинаковым количеством зубьев и клиноременной передачей через систему шкивов с электродвигателем и насаженными на валы дебалансами, отличающийся тем, что дебалансы одинаковой массы расположены по одному на противоположных концах каждого из валов, а электродвигатель установлен на дополнительной платформе, расположенной над верхней платформой и связанной с ней через подшипник и ограничительные втулки.