Соединение буровых штанг Российский патент 2004 года по МПК E21B17/42 

Изобретение относится к горному делу, а конкретнее к буровым штангам, используемым для бурения шпуров и скважин.

Известны резьбовые соединения буровых штанг ([1] стр.243, рис.VIII.8.а, б, в). Недостатком таких соединений является возможность чрезмерного затягивания резьб, приводящего к их срезу, тем более что нагрузки на витках резьб не могут распределятся равномерно, а это перегружает отдельные витки, которые разрушаются первыми (объяснение причин этого явления приведено в [1], стр.236).

Известны также конусные соединения буровых штанг ([1] стр.258, рис.VIII.16.а), они выполняются с углами конусности (2°30'...3°30') ([1] стр.266, седьмая строка снизу). Недостатками таких соединений является следующее - возможные поломки деталей при запрессовки и необходимость весьма больших усилий для распрессовки, которые технически часто невозможно осуществить в условиях шахт (см. [1] стр.257, первый абзац).

Наиболее близким к заявленному относится конусно-резьбовое соединение ([1] стр.245, рис. VIII.9.б), принятое за прототип. В этом случае крутящий момент передается от одной штанги к другой за счет того, что каждая штанга содержит два участка соединения - резьбовой и конусный. При этом конусный участок принимается несамотормозящимся и наличие его, во-первых, препятствует чрезмерной затяжки резьбового участка, во-вторых, частично позволяет передавать момент через конусное соединение и, в-третьих, центрирует штанги относительно друг друга.

Тем не менее, это соединение также имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что несамотормозящийся конусный участок не может передавать значительных крутящих моментов и поэтому резьбовой участок оказывается перегруженным, а если выполнен конусный участок самотормозящимся, то неизбежно заклинивание в нем столь существенное, что усложняет процесс рассоединения деталей.

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, т.е. устранение условий, приводящих к перегрузкам на отдельных участках соединения.

В основу решаемой технической задачи положена идея использования совместно с резьбовым участком двух видов конусного соединения - самотормозящегося и несамотормозящегося. Под самотормозящимся конусом донимается конус с углом конусности <4°, а под несамотормозящимся - с углом конусности >12° ([1] стр.266, строка 11 и далее снизу). Важно для этого участка располагать вдоль оси соединения в последовательности - резьбовой, конусный самотормозящийся и конусный несамотормозящийся.

Решение задачи достигается тем, что в соединении буровых штанг, выполненных с резьбовыми и конусными участками, буровые штанги выполняют с возможностью вкручивания одна в другую. При этом каждая из буровых штанг имеет три посадочных участка: резьбовой, конусный самотормозящийся и конусный несамотормозящийся, с последовательностью размещения их вдоль оси буровой штанги от резьбового к конусному несамотормозящемуся через конусный самотормозящийся, причем размеры участков подбирают так, что контакт деталей в конусном несамотормозящемся участке возникает после упругого замыкания на конусном самотормозящемся участке.

Предлагаемое соединение приведено на чертеже, где обозначены: 1 - первая буровая штанга; 2 - вторая буровая штанга; OO - геометрическая ось соединения, совпадающая с осью штанг; 1’- несамотормозящийся конусный участок; 1'' - самотормозящийся конусный участок; 1''' - резьбовой участок; α - угол конусности участка 1', α>12°; β - угол конусности участка 1'', β<4°.

Работает соединение следующим образом.

Штангу 1, введенную в штагу 2, вкручивают по резьбовому участку 1’" до контакта конического самотормозящегося участка 1".

При дальнейшем вкручивании происходит упругое деформирование в зоне контакта самотормозящегося участка и осевое смещение деталей (см. [1] стр.263, 5-ая строка выше формулы (VIII.27) и фиг.VIII.27), которая обеспечивает возникновение контакта на несамотормозящемся участке 1'. Таким образом, происходит первоначально контакт резьбового участка, затем конического самотормозящего участка и после его упругого деформирования - участка конического несамотормозящегося. То есть размеры участков заранее подбираются так, что контакт деталей в конусном несамотормозящемся участке 1' возникает лишь после упругого замыкания в конусном самотормозящемся участке.

При передаче штангами через соединение крутящего момента в результате плотного прилегания поверхностей участков происходит распределение моментов по всем участкам, что исключает их перегруз.

Рассоединение происходит достаточно легко за счет того, что участок 1''' обеспечивает штангам относительное вращательно-поступательное движение, приводящее к выталкиванию и разъединению штанг.

Источник информации

1. Алимов О.Д., Дворников Л.Т. Бурильные машины. М.: Машиностроение, 1976 г., с.295.

Изобретение относится к горному делу, а именно к буровым штангам, используемым для бурения шпуров и скважин. В соединении буровых штанг, в котором буровые штанги выполняют с возможностью вкручивания одна в другую, каждая из буровых штанг имеет три посадочных участка: резьбовой, конусный самотормозящийся и конусный несамотормозящийся, с последовательностью размещения их вдоль оси буровой штанги от резьбового к конусному несамотормозящемуся через конусный самотормозящийся. Размеры участков подбирают так, что контакт деталей в конусном несамотормозящемся участке возникает после упругого замыкания на конусном самотормозящемся участке. Изобретение обеспечивает устранение условий, приводящих к перегрузкам на отдельных участках соединения. 1 ил.

Соединение буровых штанг, в котором буровые штанги выполнены с резьбовыми и конусными участками, отличающееся тем, что буровые штанги выполняют с возможностью вкручивания одна в другую, при этом каждая из буровых штанг имеет три посадочных участка: резьбовой, конусный самотормозящийся и конусный несамотормозящийся, с последовательностью размещения их вдоль оси буровой штанги от резьбового к конусному не самотормозящемуся через конусный самотормозящийся, причем размеры участков подбирают так, что контакт деталей в конусном несамотормозящемся участке возникает после упругого замыкания на конусном самотормозящемся участке.