МЕХАНИЗМ ЗАМЕНЫ ДОЛОТ ДЛЯ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2020 года по МПК E21B19/18 

[1] Данная заявка испрашивает приоритет по временной патентной заявке U.S. Provisional Application No. 62/294,680, зарегистрирована 12 февраля, 2016, в целом включена в данном документе в виде ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[2] Настоящая заявка относится к буровым установкам и, в частности, к механизму замены долота для применения с установкой для бурения взрывных скважин.

[3] Установки для бурения взрывных скважин обычно применяют в горнодобывающей промышленности для бурения в твердой горной породе. Установки для бурения взрывных скважин можно обнаружить, например, в угольных, медных и алмазных рудниках по всему миру. Установка для бурения взрывных скважин обычно включает в себя подвышечное основание, буровую вышку, проходящую вертикально от подвышечного основания, и бурильную трубу или трубы, которые соединяют c буровой вышкой, которые она несет и которые проходят в ствол скважины. Установка для бурения взрывных скважин дополнительно включает в себя буровое долото, соединенное c бурильной трубой, взаимодействующее с разрабатываемым материалом. Периодически, оператору требуется снимать буровое долото с бурильной трубы и заменять буровое долото другим буровым долотом. Вместе с тем, буровое долото и другие компоненты буровой установки являются тяжелыми, и поэтому опасными для манипуляций, выполняемых оператором. Поэтому, существует необходимость автономных манипуляций и замены бурового долота и других тяжелых компонентов буровой установки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[4] Согласно одной конструкции узел устройства замены долота включает в себя узел исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота, выполненный с возможностью соединения c буровой установкой. Узел исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота включает в себя приспособление для навинчивания и отвинчивания долота и исполнительный механизм, который перемещает приспособление для навинчивания и отвинчивания долота. Узел устройства замены долота также включает в себя карусельный магазин долот, выполненный с возможностью соединения c буровой установкой так, что карусельный магазин долот может поворачиваться и перемещаться по вертикали относительно буровой установки.

[5] В другой конструкции узел устройства замены долота включает в себя узел исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота, выполненный с возможностью соединения c буровой установкой, узел исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота включает в себя исполнительный механизм, направляющие рельсы и приспособление для навинчивания и отвинчивания долота, которое перемещается вдоль направляющих рельсов с помощью исполнительного механизма, при этом приспособление для навинчивания и отвинчивания долота включает в себя верхнюю плиту и отверстие, расположенное в верхней плите, и при этом отверстие выполнено с размерами и формой для прохода рабочих выступов бурового долота через верхнюю плиту и для установки бурового долота с заданной ориентацией в приспособлении для навинчивания и отвинчивания долота. Узел устройства замены долота также включает в себя карусельный магазин долот, выполненный с возможностью соединения c буровой установкой так, что карусельный магазин долот может поворачиваться и перемещаться по вертикали относительно буровой установки, при этом карусельный магазин долот включает в себя раму, имеющую основную плиту, и трубы, проходящие от нижней стороны основной плиты.

[6] В другой конструкции узел устройства замены долота включает в себя карусельный магазин долот, выполненный с возможностью соединения c буровой установкой так, что карусельный магазин долот может поворачиваться и перемещаться по вертикали относительно буровой установки.

[7] Другие признаки и аспекты должны стать понятными из приведенного ниже подробного описания и прилагаемых чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[8] На фиг. 1 показан вид сбоку буровой установки согласно одной конструкции, буровая установка включает в себя узел устройства замены долота.

[9] На фиг. 2 показан вид в изометрии части буровой установки, иллюстрирующий узел устройства замены долота, узел устройства замены долота включает в себя узел исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота и карусельный магазин буровых долот.

[10] На фиг. 3 показан вид в изометрии узла исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота, иллюстрирующий исполнительные механизмы, буровое долото, вкладыш бурового пола и приспособление для навинчивания и отвинчивания долота, несущее буровое долото и вкладыш бурового пола.

[11] На фиг. 4 показан вид в изометрии приспособления для навинчивания и отвинчивания долота фиг. 3.

[12] На фиг. 5 показан вид в изометрии карусельного магазина буровых долот фиг. 2.

[13] На фиг. 6 показано сечение карусельного магазина буровых долот, по линии 6-6 на фиг. 5.

[14] На фиг. 7 показан вид в изометрии рамы карусельного магазина буровых долот, иллюстрирующий множество труб, проходящих от рамы.

[15] На фиг. 8 показан вид в изометрии держателя вкладыша для карусельного магазина буровых долот на буровом полу.

[16] На фиг. 9 показан вид в плане сверху карусельного магазина буровых долот, иллюстрирующий кинематическую цепь привода ввинчивания/вывинчивания долота.

[17] На фиг. 10 показан вид в изометрии с сечением резьбовой вставки для применения в одной из множества труб.

[18] На фиг. 11 показан вид в изометрии поворотного привода для карусельного магазина буровых долот.

[19] На фиг. 12 показан вид в изометрии узла устройства замены долота, когда буровая установка ведет бурение.

[20] На фиг. 13 показан вид в изометрии узла устройства замены долота во время операции замены долота.

[21] На фиг. 14 показан другой вид в изометрии узла устройства замены долота во время операции замены долота.

[22] На фиг. 15 показан другой вид в изометрии узла устройства замены долота во время операции замены долота.

[23] На фиг. 16 показан другой вид в изометрии узла устройства замены долота во время операции замены долота.

[24] На фиг. 17 показан вид в изометрии узла устройства замены долота другой конструкции.

[25] На фиг. 18 показан вид в изометрии узла устройства замены долота другой конструкции.

[26] На фиг. 19 показан вид в изометрии узла устройства замены долота другой конструкции.

[27] На фиг. 20 показан вид в изометрии узла устройства замены долота другой конструкции.

[28] Перед подробным описание любых конструкций изобретения следует пояснить, что изобретение не ограничено в своем применении деталями конструкции и устройством компонентов, изложенными в следующем описание или проиллюстрированными в прилагаемых чертежах. Изобретение может иметь другие конструкции и его можно реализовать на практике или осуществить различными способами. Также понятно, что фразеология и терминология, применяемая в данном документе, служит для описания и не должна рассматриваться в качестве ограничения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[29] Как показано на фиг. 1 и 2, буровой станок 10 для взрывных скважин включает в себя буровую вышку 14, подвышечное основание 18 (например, с машинным отделением) под буровой вышкой 14, которое несет буровую вышку 14, кабину 22 оператора, соединенную c подвышечным основанием 18, и гусеницы 26, приводимое в действие приводом 30 гусеничной ходовой части, на которой буровой станок 10 для взрывных скважин перемещается по поверхности 34 грунта. Буровой станок 10 для взрывных скважин также включает в себя бурильную трубу 38 (например, с буровым долотом 40, фиг. 2), которая выполнена с возможностью выдвижения вниз (например, по вертикали) через земную поверхность 34 и в ствол скважины. В некоторых конструкциях, многочисленные бурильные трубы 38 соединяют вместе для образования удлиненной бурильной колонны, которая проходит в ствол скважины. Как показано на фиг. 2, раскрепляющий трубный ключ 44 подвижно соединен c буровой вышкой 14 смежно с бурильной трубой 38 для взаимодействия и, в конечном счете, приложения крутящего момента к бурильной трубе 38 для раскрепления резьбового бурильного замка между бурильной трубой 38 и буровым долотом 40.

[30] В продолжение описания фиг. 1, буровой станок 10 для взрывных скважин также включает в себя регулируемые опоры 42, соединенные c подвышечным основанием 18, которые служат для опирания бурового станка 10 для взрывных скважин на поверхность 34 грунта, и подкос 46, соединенный как c подвышечным основанием 18, так и с буровой вышкой 14, который поддерживает буровую вышку 14 на подвышечном основании 18. Буровая вышка 14 включает в себя двигатель 50 бурильной головки, соединенный c буровой вышкой 14, который приводит во вращение бурильную головку 54 и муфту 58, которая соединяет бурильную головку 54 с верхним концом 60 бурильной трубы 38. Другие конструкции бурового станка 10 для взрывных скважин не включают в себя, например, кабину 22 оператора, подкос 46 или один или несколько других компонентов, описанных выше.

[31] Как показано на фиг. 1 и 2, буровой станок 10 для взрывных скважин дополнительно включает в себя узел 62 устройства замены долота, который с ручным управлением или автономно заменяет буровое долото 40 на нижнем конце 64 бурильной трубы 38. Узел 62 устройства замены долота также хранит не работающие буровые долота 40 во время работы бурового станка 10 для взрывных скважин. Узел 62 устройства замены долота установлен на буровом полу 66. В показанной конструкции буровой пол 66 является частью буровой вышки 14. В некоторых конструкциях буровой пол 66 является частью подвышечного основания 18. Узел 62 устройства замены долота установлен смежно с проемом 70 (фиг. 3) в буровом полу 66, через который бурильная труба 38 (и буровое долото 40) проходит при бурении скважины в поверхности 34 грунта. Вкладыш 72 для бурового пола в нормальных условиях установлен в проеме 70 во время операций бурения для создания рабочей поверхности вкладыша для бурильной трубы 38. В проиллюстрированной конструкции узел 62 устройства замены долота включает в себя узел 74 исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота, опорный узел 78, соединенный c буровым полом 66, и карусельный магазин 82 буровых долот, поворотно соединенный c опорным узлом 78.

[32] Как показано на фиг. 2-4, узел 74 исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота помогает в отвинчивании бурового долота 40 от бурильной трубы 38 и перемещении бурового долота 40 и вкладыша 72 для бурового пола между карусельным магазином 82 буровых долот и проемом 70. Узел 74 исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота соединен c буровым полом 66 и расположен между карусельным магазином 82 буровых долот и проемом 70 бурового пола 66. Узел 74 исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота включает в себя пару исполнительных механизмов 86 (например, гидравлические исполнительные механизмы, электрические или пневматические исполнительные механизмы, механизм реечной передачи, и т.д.), два направляющих рельса 88, две рамные направляющие 90, и приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота соединяемое с направляющими рельсами 88 с возможностью перемещения по ним посредством приведения в действие исполнительных механизмов 86. Приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота опирается на и перемещается вдоль направляющих рельсов 88. Две рамные направляющие 90, которые в показанной конструкции являются неподвижно закрепленными на буровом полу 66, действуют, направляя приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота во время перемещения приспособления 94 для навинчивания и отвинчивания долота. Две рамные направляющие 90 также удерживают приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота на месте и противодействуют крутящему моменту, который прикладывается к буровому долоту 40, когда буровое долото 40 отвинчивают от бурильной трубы 38. Хотя имеются два показанных исполнительных механизма 86 узла 74 исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота, в других конструкциях имеется меньше или больше двух исполнительных механизмов 86.

[33] Как показано на фиг. 3 и 4, в проиллюстрированной конструкции исполнительные механизмы 86 крепят на первых концах 98 к буровом полу 66 (или к плите, установленной на нем, такой как плита 158, проиллюстрированная на фиг. 3). Второй конец 102 каждого исполнительного механизма 86 закреплен штифтом в приспособлении 94 для навинчивания и отвинчивания долота на соответствующих шарнирных соединениях 106 (фиг. 4), которые допускают небольшой поворот приспособления 94 для навинчивания и отвинчивания долота относительно исполнительных механизмов 86. Как показано на фиг. 3 и 4, шарнирные соединения 106 достаточно отнесены друг от друга по ширине для исключения помех от исполнительных механизмов 86 для любого бурового долота 40, установленного в приспособлении 94 для навинчивания и отвинчивания долота. Шарнирные соединения 106 установлены на внутренней части приспособления 94 для навинчивания и отвинчивания долота так, что по меньшей мере часть исполнительных механизмов 86 проходит через внутреннее пространство приспособления 94 для навинчивания и отвинчивания долота при соединении c приспособлением 94 для навинчивания и отвинчивания долота. Приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота дополнительно включает в себя отверстие 110, расположенное в верхней плите 114 приспособления 94 для навинчивания и отвинчивания долота. Отверстие 110 выполнено с размерами и геометрией, обеспечивающими проход рабочих выступов 118 бурового долота 40 (например, трехшарошечного долота) через верхнюю плиту 114 и установку бурового долота 40 в заданной ориентации. Отверстие 110 включает в себя три выступа 122, которые выступают внутрь для дополнительного закрепления бурового долота 40 в приспособлении 94 для навинчивания и отвинчивания долота. Например, когда буровое долото 40 установлено в приспособлении 94 для навинчивания и отвинчивания долота, выступы 122 входят в зацепление и противодействуют крутящему моменту на рабочих выступах 118 бурового долота 40, когда раскрепляющий трубный ключ 44 вращает бурильную трубу 38 для отвинчивания бурового долота 40 от бурильной трубы 38. Кроме того, рамные направляющие 90 противодействуют крутящему моменту, передаваемому на приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота (через выступы 122), когда буровое долото 40 отвинчивают раскрепляющим трубным ключом 44.

[34] Как показано на фиг. 5 и 6, карусельный магазин 82 буровых долот применяется для крепления привинчиванием буровых долот 40, которые не работают. Карусельный магазин 82 буровых долот может поворачиваться и перемещаться по вертикали относительно бурового пола 66 с помощью опорного узла 78. Опорный узел 78 расположен между буровым полом 66 и карусельным магазином 82 и включает в себя стабилизирующий блок 126 и исполнительный механизм 130. Стабилизирующий блок 126 содействует направлению карусельного магазина 82 буровых долот посредством смещения по вертикали, противодействуя крутящему моменту, генерируемому от вращения карусельного магазина 82 буровых долот (или привинчивания/отвинчивания буровых долот 40), и по меньшей мере частично несет вес карусельного магазина 82 буровых долот. Стабилизирующий блок 126 включает в себя несущее устройство 134 и набор направляющих 138, установленных с возможностью скольжения в несущем устройстве 134. Вкладыш 142 (например, линейная опора качения) установлен соосно вокруг каждой направляющей 138 для обеспечения рабочей поверхности вкладыша между несущим устройством 134 и направляющей 138. Исполнительный механизм 130 (например, гидравлический цилиндр, электрический или пневматический исполнительный механизм, и т.д.) опорного узла 78 поднимает и опускает несущее устройство 134 (и, в свою очередь, карусельный магазин 82 буровых долот) вдоль направляющей 138. Первый конец 146 исполнительного механизма 130 соединен c установочной площадью 150 несущего устройства 134, а второй конец 154 исполнительного механизма 130 закреплен между плитой 158 (фиг. 3) и буровым полом 66 посредством фланца 162. Исполнительный механизм 130 включает в себя индикатор положения с обратной связью (не показано) для обеспечения обнаружения смещения по вертикали несущего устройства 134 и автоматизированной работы. Как также показано на фиг. 5, в проиллюстрированной конструкции карусельный магазин 82 буровых долот также включает в себя поворотный патрубок 164, который направляет рабочую текучую среду гидросистемы (или другой текучей среды или материала) в двигатель 238 (фиг. 9). В другой конструкции поворотный патрубок 164 направляет рабочую текучую среду гидросистемы (или другой материал) на дополнительные или альтернативные исполнительные механизмы. В некоторых конструкциях поворотный патрубок 164 обеспечивает канал для электропитания и сигналов для обратной связи по положению.

[35] Как показано на фиг. 7 и 8, карусельный магазин 82 буровых долот дополнительно включает в себя раму 166, имеющую основную плиту 170, трубы 174, проходящие от и закрепленные (например, приваренные) на нижней стороне 178 основной плиты 170, и придающие жесткость распорки 182, расположенные между трубами 174 для уменьшения отклонения рамы 166, обусловленного вибрацией во время работы бурового станка 10 для взрывных скважин. Как показано на фиг. 10, каждая труба 174 включает в себя резьбовую вставку 186, закрепленную с возможностью поворота в трубе 174 с помощью вкладыша 190 и шайбы 194. Резьбовая вставка 186 образует резьбовую зону 196, имеющую аналогичный рельеф резьбы с резьбовой зоной 197 (фиг. 14) каждого бурового долота 40, при этом обеспечивается ввинчивание/ вывинчивание каждого бурового долота 40 в соответствующую трубу 174 и из нее и хранение на карусельном магазине 82 буровых долот. В результате, резьбовая зона 197 каждого бурового долота 40 защищена от повреждений, когда долото находится в нерабочем положении. Как показано на фиг. 8, рама 166 дополнительно включает в себя держатель 198 вкладыша для бурового пола для избирательного удерживания вкладыша 72 для бурового пола. Держатель 198 вкладыша для бурового пола включает в себя верхнюю плиту 202, две боковых плиты 206, и нижнюю плиту 210, имеющую удлиненный паз 214 (например, арочный паз), который обеспечивает размещение вкладыша 72 для бурового пола. Как проиллюстрировано на фиг. 5 и 6, держатель 198 вкладыша для бурового пола соединен c нижней стороной 178 основной плиты 170.

[36] Как показано на фиг. 9 и 10, карусельный магазин 82 буровых долот дополнительно включает в себя кинематическую цепь 218 привода ввинчивания/вывинчивания долота для ввинчивания каждого бурового долота 40 в соответствующий трубы 174 и вывинчивания каждого бурового долота 40 для установки бурового долота 40 в приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота. Кинематическая цепь 218 привода ввинчивания/вывинчивания долота включает в себя трубные звездочки 220, паразитные звездочки 224, ведущую звездочку 228 и приводной элемент 232 (например, ремень, цепь и т.д.) для приведения во вращения каждой звездочки. Каждая трубная звездочка 220 соединена c соответствующей резьбовой вставкой 186 (фиг. 10) смежно с верхней стороной 236 основной плиты 170. Резьбовая вставка 186 стоит и вращается в трубе 174. Как проиллюстрировано на фиг. 9 и 10, паразитные звездочки 224 установлены на верхней стороне 236 основной плиты 170 между смежными трубными звездочками 220. Паразитные звездочки 224 направляют приводной элемент 232 вдоль контуров основной плиты 170, укорачивают не имеющие поддержки отрезки приводного элемента 232 и увеличивают обхват или ʺконтактʺ приводного элемента 232 для каждой трубной звездочки 220 и ведущей звездочки 228. По меньшей мере одна из паразитных звездочек 224 обеспечена возможностью регулирования для увеличения или уменьшения натяжения в приводном элементе 232. Ведущая звездочка 228, приводимая во вращение двигателем 238 (проиллюстрирован схематично), установлена на нижней стороне 178 основной плиты 170. Приводной элемент 232 сцеплен с каждой звездочкой (т.e. трубными звездочками 220, паразитными звездочками 224 и ведущей звездочкой 228) так, что ведущая звездочка 228, которую приводит во вращение двигатель 238, вращает каждую трубную звездочку 220 и при этом каждую резьбовую вставку 186 одновременно и в одном направлении. Другие конструкции включают в себя отличающиеся количества и устройство звездочек. В некоторых конструкциях защитное устройство (не показано) соединено c верхней стороной 236 основной плиты 170 для защиты движущегося приводного элемента 232 и каждой звездочки 220, 224, 228. Хотя кинематическая цепь 218 привода ввинчивания/вывинчивания долота показанной конструкции включает в себя приводной элемент 232 в виде ремня, в других конструкциях кинематическая цепь 218 привода ввинчивания/вывинчивания долота включает в себя цепь, шестерни и/или прямые приводы/двигатели (например, четыре двигателя прямого привода), соединенные c каждой трубной звездочкой 220. В некоторых конструкциях применяются муфты для сцепления и расцепления каждой трубной звездочки 220.

[37] Как показано на фиг. 6 и 11, в проиллюстрированной конструкции поворотный привод 240 установлен на несущем устройстве 134 и соединен c нижней стороной основной плиты 170 так, что поворотный привод 240 перемещается с несущим устройством 134 и вращает основную плиту 170. Поворотный привод 240 включает в себя двигатель 242 (фиг. 11). В ответ на активирование поворотного привода 240 основная плита 170 карусельного магазина 82 буровых долот и рама 166 в целом поворачиваются относительно несущего устройства 134 стабилизирующего блока 126. В некоторых конструкциях поворотный привод 240 имеет индикатор положения с обратной связью (не показано) для обеспечения информации по угловому смещению рамы 166 относительно несущего устройства 134. В некоторых конструкциях поворотный привод 240 также, или альтернативно, имеет самоблокирующий элемент (не показано), исключающий необходимость тормоза между рамой 166 и несущим устройством 134. В некоторых конструкциях рама 166 поворачивается относительно несущего устройства 134 посредством двигателей и зубчатых передач отличающегося типа (или числа).

[38] В некоторых конструкциях процесс замены и хранения буровых долот 40 бурового станка 10 для взрывных скважин является в целом автоматизированным, а в других конструкциях существенная часть или части процесса являются автоматизированными. В показанной конструкции до четырех буровых долот 40 могут храниться в карусельном магазине 82 буровых долот одновременно после ввинчивания буровых долот 40 в резьбовую вставку 186, как рассмотрено дополнительно с подробностями ниже. Вместе с тем, имеются три буровых долота 40, хранящихся в карусельном магазине 82 буровых долот во время бурения, по меньшей мере с одной из резьбовых вставок 186, остающейся пустой для бурового долота 40, которое находится на бурильной трубе 38, как показано на фиг. 2. В другой конструкции в карусельном магазине 82 буровых долот хранится меньше или больше четырех буровых долот 40 (например, имеется меньше или больше четырех труб 174).

[39] Как показано на фиг. 2 и 12-16, для замены бурового долота 40, которое соединено c бурильной трубой 38, буровое долото 40 должно вначале быть поднято над буровым полом 66. После выполнения указанного, вкладыш 72 для бурового пола, который в нормальных условиях установлен в проеме 70 и вокруг бурильной трубы 38 (угол вкладыша 72 для бурового пола показан на фиг. 12) зацепляет буровое долото 40 так, что вкладыш 72 для бурового пола поднимается из проема 70 и над буровым полом 66 вместе с буровым долотом 40 (фиг. 2). Хотя вкладыш 72 для бурового пола зацепляет буровое долото 40, когда буровое долото 40 поднимается из проема 70, вкладыш 72 для бурового пола просто опирается на верх бурового долота так, что образуется не жесткое соединение между вкладышем 72 для бурового пола и буровым долотом 40. Когда буровое долото 40 поднято до требуемой высоты, приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота приводится в действие посредством исполнительных механизмов 86 для перемещения из первого, или ʺположения храненияʺ, в котором приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота отнесено от проема 70 (фиг. 12), во второе, или ʺвыдвинутое положениеʺ, в котором отверстие 110 приспособления 94 для навинчивания и отвинчивания долота становится, по существу, соосным с проемом 70 и буровым долотом 40 (фиг. 2). Буровое долото 40 затем опускается в приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота (фиг. 2). Когда буровое долото 40 опускается, буровое долото 40 ориентируется в приспособлении 94 для навинчивания и отвинчивания долота каждым выступом 122 смежным с отверстием 110, выступы 122 входят с прилеганием между смежными рабочими выступами 118 бурового долота 40. Как также показано на фиг. 2, раскрепляющий трубный ключ 44 затем поворачивается в направлении к бурильной трубе 38 и сцепляется с ней для отвинчивания бурового долота 40 от бурильной трубы 38. Когда бурильная труба 38 и буровое долото 40 рассоединены, бурильная труба 38 приводится в действие для перемещения по вертикали, обеспечивающего зазор между бурильной трубой 38 и вкладышем 72 для бурового пола.

[40] Как показано на фиг. 13, с держателем 198 вкладыша для бурового пола, ориентированным в направлении к бурильной трубе 38, приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота приводится в действие для перемещения к положению хранения, перемещая буровое долото 40 и вкладыш 72 для бурового пола вместе с приспособлением 94 для навинчивания и отвинчивания долота в направлении к держателю 198 вкладыша для бурового пола. Вкладыш 72 для бурового пола скользит в удлиненный паз 214 держателя 198 вкладыша для бурового пола, когда приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота расположено в положении хранения.

[41] В показанной конструкции процесс замены буровых долот 40 происходит после фиксации вкладыша 72 для бурового пола в держателе 198 вкладыша для бурового пола и подъема над буровым долотом 40. Например, и как показано на фиг. 14, карусельный магазин 82 буровых долот поднимается с приведением в действие исполнительного механизма 130 опорного узла 78. Поворотный привод 240 затем активируют для поворота рамы 166 карусельного магазина 82 буровых долот до установки пустой трубы 174 рамы 166 соосно с буровым долотом 40, установленным в приспособлении 94 для навинчивания и отвинчивания долота.

[42] Как показано на фиг. 15, карусельный магазин 82 буровых долот затем опускают (посредством приведения в действие исполнительного механизма 130) в тандеме с активированием двигателя 238 кинематической цепи 218 привода ввинчивания/вывинчивания долота. При этом каждая трубная звездочка 220 и резьбовая вставка 186 вращаются в унисон. Буровое долото 40, установленное в приспособлении 94 для навинчивания и отвинчивания долота ввинчивается в пустую резьбовую вставку 186, когда соответствующие резьбовые зоны входят в зацепление друг с другом. Вместе с тем, остальные буровые долота 40, соединенные c карусельным магазином 82 буровых долот просто вращаются вместе со своими резьбовыми вставками 186, поскольку отсутствует компонент (например, приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота), взаимодействующий с буровым долотом 40 для передачи крутящего момента на рабочие выступы 118 бурового долота 40. После ввинчивания бурового долота 40 на карусельный магазин 82 буровых долот, карусельный магазин 82 буровых долот вновь поднимают, поворачивают до выставления нового бурового долота 40 соосно с приспособлением 94 для навинчивания и отвинчивания долота, и затем опускают до приема бурового долота 40 в приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота. В этот момент двигатель 238 кинематической цепи 218 привода ввинчивания/вывинчивания долота активируют для вращения в обратном направлении для вывинчивания нового бурового долото 40 из его резьбовой вставки 186.

[43] Как показано на фиг. 16, после вывинчивания нового бурового долота 40 из карусельного магазина 82 долот карусельный магазин 82 буровых долот поворачивают так, что вкладыш 72 для бурового пола надлежащим образом встает над верхом нового бурового долота 40. Карусельный магазин 82 буровых долот затем опускают так, что вкладыш 72 для бурового пола располагается поверх верхней части нового бурового долота 40. Приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота (с вкладышем 72 для бурового пола и новым буровым долотом 40, заключенном в нем) приводят в действие для перемещения к выдвинутому положению для установки нового бурового долота 40 и вкладыша 72 для бурового пола соосно, или, по существу, соосно, с проемом 70 бурового пола 66. Бурильную трубу 38 затем соединяют c буровым долотом 40 с помощью двигателя 50 бурильного вращателя, и бурильную трубу 38 можно немедленно поднять для обеспечения зазора для приведения в действие приспособления 94 для навинчивания и отвинчивания долота для перемещения обратно в положение хранения. Бурение затем возобновляют с новым буровым долотом 40.

[44] В некоторых конструкциях карусельный магазин 82 долот установлен достаточно близко к бурильной трубе (трубам) 38, при этом исполнительные механизмы 86, рамные направляющие 90 и приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота удалены в целом из узла 62 устройства замены долота. В данных конструкциях карусельный магазин 82 долот может поворачиваться до зацепления держателем 198 вкладыша для бурового пола (или другой подходящей конструкцией либо на карусельном магазине 82 долот или снаружи карусельного магазина 82 долот) вкладыша 72 для бурового пола и подъема вкладыша 72 для бурового пола с бурового долота 40. Карусельный магазин 82 долот можно затем поворачивать до установки пустой трубы 174 над буровым долотом 40, и буровое долото 40, которое включает в себя наружную резьбу, можно затем ввинчивать в пустую трубу 174. Когда, карусельный магазин 82 буровых долот не используется, его можно поворачивать так, чтобы он не мешал бурильной трубе (трубам) 38 и работе бурового станка 10 для взрывных скважин.

[45] На фиг. 17 показано устройство 1062 замены долота, включающее в себя карусельный магазин 1082 буровых долот другой конструкции. Карусельный магазин 1082 буровых долот является аналогичным карусельному магазину 82 буровых долот, описанному выше и показанному на фиг. 1-16, и аналогичные части имеют те же ссылочные позиции плюс 1000. Описаны только отличия конструкций.

[46] Как показано на фиг. 17, карусельный магазин 1082 буровых долот включает в себя поворотный привод 1240, установленный на нем для поворота карусельного магазина 1082 буровых долот относительно бурового пола 1066. В данной частной конфигурации карусельного магазина 1082 буровых долот поворотный привод 1240 подвешен так, что поворотный привод 1240 установлен смежно с верхней стороной 1236 карусельного магазина 1082 буровых долот. Данная конфигурация обеспечивает карусельному магазину 1082 буровых долот уменьшение периметра, где буровые долота 1040 могут быть установлены ближе по отношению к друг другу, поскольку буровые долота 1040 больше не способны создавать помех на большой площади ометания поворотного привода 1240.

[47] На фиг. 18 проиллюстрировано устройство 2062 замены долота, включающее в себя карусельный магазин 2082 буровых долот другой конструкции. Карусельный магазин 2082 буровых долот является аналогичным карусельному магазину 82 буровых долот, описанному выше и показанному на фиг. 1-16, и аналогичные части имеют те же ссылочные позиции плюс 2000. Описаны только отличия конструкций.

[48] Как показано на фиг. 18, карусельный магазин 2082 буровых долот включает в себя поворотный привод 2240, установленный на нем для поворота карусельного магазина 2082 буровых долот относительно бурового пола 2066. Аналогично конструкции фиг. 17 поворотный привод 2240 подвешен так, что поворотный привод 2240 расположен смежно с верхней стороной 2236 карусельного магазина 2082 буровых долот. Вместе с тем, вместо крепления карусельного магазина 2082 буровых долот снизу, карусельный магазин 2082 буровых долот крепится сверху с помощью опорного узла 2078. Конкретно, подвесной поворотный привод 2240 установлен на более крупной конструкции с несущим устройством 2134, направляющими 2138 и исполнительным механизмом 2130, установленными снаружи радиуса ометания карусельного магазина 2082 буровых долот.

[49] На фиг. 19 проиллюстрирован карусельный магазин 3082 буровых долот другой конструкции. Карусельный магазин 3082 буровых долот является аналогичным карусельному магазину 82 буровых долот, описанному выше и показанному на фиг. 1-16, и аналогичные части имеют те же ссылочные позиции плюс 3000. Описаны только отличия конструкций.

[50] Как показано на фиг. 19, площадь ометания поворотного привода 3240 создает в основном двигатель 3242, который выступает от корпуса поворотного привода 3240, поворачивающийся относительно рамы 3166 карусельного магазина 3082 буровых долот. Поэтому для минимизации площади ометания поворотного привода 3240 относительно рамы 3166 карусельного магазина 3082 буровых долот (и поэтому множество труб 3174), двигатель 3242 поворотного привода 3240 жестко установлен на раме 3166. Соответственно, вращающаяся часть поворотного привода 3240 установлена на несущем устройстве 3134, и двигатель 3242 поворотного привода 3240 поворачивается вместе с рамой 3166. Хотя это не показано, увеличенный поворотный патрубок, дополнительная система трубопроводов, и скользящее кольцо могут также быть предусмотрены для данной конфигурации.

[51] На фиг. 20 показан карусельный магазин 4082 буровых долот другой конструкции. Карусельный магазин 4082 буровых долот является аналогичным карусельному магазину 82 буровых долот, описанному выше и показанному на фиг. 1-16, и аналогичные части имеют те же ссылочные позиции плюс 4000. Описаны только отличия конструкций.

[52] Как показано на фиг. 20, карусельный магазин 4082 буровых долот подвешен и его несет поворотная консоль 4244, которую, в свою очередь, несет опорный элемент 4078 на соединении 4248, вместо закрепления снизу карусельного магазина 4082 буровых долот. Поворотная консоль 4244 поворачивает карусельный магазин 4082 буровых долот над приспособлением для навинчивания и отвинчивания долота для замены бурового долота 4040. В проиллюстрированной конструкции рама 4166 карусельного магазина 4082 буровых долот подвешена на поворотном приводе 4240. В некоторых конструкциях поворотная консоль 4244 соединена c той-же установочной конструкцией, которая несет раскрепляющий трубный ключ 4044 (см., например, фиг. 12, показывающую опорный элемент 4078 и раскрепляющий трубный ключ 4044).

[53] Возможна установка платформы для техобслуживания карусельного магазина 82, 1082, 2082, 3082, 4082 буровых долот (не показано) сверху карусельного магазина 82, 1082, 2082, 3082, 4082 буровых долот, (защитное устройство может быть модифицировано для превращения в платформу), на котором может стоять оператор. Указанное может являться простым усиленным защитным устройством с не скользящим пленочным покрытием или комплексом с дополнительной конструкцией для установки решетчатого настила на нем.

[54] Дополнительно, поскольку буровые долота 40 подвешивают в карусельных магазинах 82, 1082, 2082, 3082, 4082 буровых долот, а не установлены в контейнер, обеспечена защита для резьбы буровых долот 40 во время хранения буровых долот 40. В некоторых конструкциях вместо ввинчивания буровых долот 40 в карусельные магазины 82, 1082, 2082, 3082, 4082 буровых долот можно применять другое средство удержания для хранения буровых долот 40 закрепленными в карусельных магазинах 82, 1082, 2082, 3082, 4082 буровых долот. Например, в некоторых конструкциях постоянный магнит или электрoмагнит могут прикладывать магнитную силу на верх бурового долота 40 для удержания бурового долота 40 в карусельных магазинах 82, 1082, 2082, 3082, 4082 буровых долот. Альтернативно, в других конструкциях расширяющийся шпиндель или шпиндели, например, аналогичные применяемым в переработке бумаги, опускают в кольцевое отверстие, применяемое для подачи воздуха в буровое долото 40 и расширяется для подъема бурового долота 40. В некоторых конструкциях расширяющиеся зажимные патроны или шпиндели расширяют радиально наружу в упор с внутренней поверхностью бурового долота 40 для удержания бурового долота 40 на месте в трубе 174.

[55] Как указано выше, замена буровых долот бурового станка для взрывных скважин является одной из наиболее опасных операций во время применения бурового станка для взрывных скважин, в основном вследствие массы подвижных компонентов, с которыми работают в процессе замены. Например, в некоторых конструкциях буровые долота 40 имеют массу приблизительно 70 кг каждое (для машины класса B1), вкладыш 72 для бурового пола имеет массу приблизительно 81 кг, и приспособление 94 для навинчивания и отвинчивания долота имеет массу приблизительно 37 кг. Другие конструкции включают в себя отличающиеся значения и диапазоны значений. Предлагая автономного решения для замены буровых долот 40, такое, как описанное выше, обеспечивают безопасную окружающую среду на борту бурового станка 10 для взрывных скважин, ограничивая взаимодействие оператора с движущимися компонентами. В некоторых конструкциях, например, узел 62 устройства замены бурового долота уменьшает время, требуемое для замены буровых долот 40 с 60 минут до 10 минут. Кроме того, буровые долота 40, которые обычно хранятся не закрепленными на буровом полу 66, хранятся эффективно в карусельном магазине 82 буровых долот. Хранение буровых долот 40 в резьбовом соединении защищает резьбовые зоны буровых долот 40 и увеличивает эксплуатационный ресурс буровых долот 40, таким образом обеспечивая согласованное, повторяющееся соединение буровых долот 40 с бурильной трубой 38.

Хотя изобретение описано подробно со ссылкой на некоторые предпочтительные конструкции, существуют вариации и модификации в объеме и сущности описанных одного или нескольких независимых аспектов изобретения.

Группа изобретений относится к узлам устройства замены долота и горной машине. Технический результат заключается в повышении эффективности замены бурового долота. Узел устройства замены долота содержит узел исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота, выполненный с возможностью соединения c буровой установкой, и карусельный магазин долот, выполненный с возможностью соединения c буровой установкой так, что карусельный магазин долот может поворачиваться и перемещаться по вертикали относительно буровой установки. Узел исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота включает в себя приспособление для навинчивания и отвинчивания долота и исполнительный механизм, который перемещает приспособление для навинчивания и отвинчивания долота. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Узел устройства замены долота, содержащий:

узел исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота, выполненный с возможностью соединения c буровой установкой, при этом узел исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота включает в себя приспособление для навинчивания и отвинчивания долота и исполнительный механизм, который перемещает приспособление для навинчивания и отвинчивания долота; и

карусельный магазин долот, выполненный с возможностью соединения c буровой установкой так, что карусельный магазин долот может поворачиваться и перемещаться по вертикали относительно буровой установки.

2. Узел устройства замены долота по п. 1, в котором исполнительный механизм включает в себя первый конец и второй конец, при этом первый конец выполнен с возможностью крепления к буровой установке, и при этом второй конец соединен штифтом с приспособлением для навинчивания и отвинчивания долота в шарнирном соединении, при этом шарнирное соединение представляет возможность поворота приспособления для навинчивания и отвинчивания долота относительно исполнительного механизма.

3. Узел устройства замены долота по п. 2, в котором шарнирное соединение установлено на внутренней части приспособления для навинчивания и отвинчивания долота так, что часть исполнительного механизма проходит через внутреннюю часть приспособления для навинчивания и отвинчивания долота.

4. Узел устройства замены долота по п. 1, в котором узел исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота дополнительно включает в себя рамные направляющие, выполненные с возможностью соединения c буровой установкой, при этом рамные направляющие направляют приспособление для навинчивания и отвинчивания долота во время перемещения приспособления для навинчивания и отвинчивания долота и противодействуют крутящему моменту, который прикладывается к буровому долоту в приспособлении для навинчивания и отвинчивания долота.

5. Узел устройства замены долота по п. 1, в котором приспособление для навинчивания и отвинчивания долота включает в себя верхнюю плиту и отверстие, расположенное в верхней плите, при этом отверстие выполнено с размерами и формой для прохода рабочих выступов бурового долота через верхнюю плиту и для установки бурового долота с заданной ориентацией в приспособлении для навинчивания и отвинчивания долота.

6. Узел устройства замены долота по п. 1, в котором исполнительный механизм является линейным исполнительным механизмом.

7. Узел устройства замены долота по п. 1, дополнительно содержащий опорный узел, выполненный с возможностью крепления на буровой установке, при этом карусельный магазин долот поворотно соединен c опорным узлом, при этом опорный узел включает в себя стабилизирующий блок и исполнительный механизм, при этом исполнительный механизм выполнен с возможностью смещения карусельного магазина долот по вертикали, и при этом стабилизирующий блок направляет карусельный магазин долот посредством смещения по вертикали.

8. Узел устройства замены долота по п. 7, в котором стабилизирующий блок включает в себя несущее устройство и комплект направляющих, установленных с возможностью скольжения в несущем устройстве.

9. Узел устройства замены долота по п. 1, в котором карусельный магазин долот включает в себя поворотный патрубок для направления рабочей текучей среды гидросистемы.

10. Узел устройства замены долота по п. 1, в котором карусельный магазин долот включает в себя раму с основной плитой и трубы, проходящие от нижней стороны основной плиты.

11. Узел устройства замены долота по п. 10, в котором рама включает в себя держатель вкладыша для бурового пола, выполненный с возможностью избирательно удерживать вкладыш бурового пола на буровой установке, при этом держатель вкладыша для бурового пола включает в себя верхнюю плиту, две боковые плиты и нижнюю плиту, имеющую удлиненный паз для размещения вкладыша бурового палубы.

12. Узел устройства замены долота по п. 10, в котором каждая труба включает в себя резьбовую вставку, закрепленную с возможностью вращения в трубе.

13. Узел устройства замены долота по п. 12, дополнительно содержащий буровое долото с наружной резьбой, выполненной с возможностью свинчивания с резьбовой вставкой.

14. Узел устройства замены долота по п. 12, в котором карусельный магазин долот включает в себя приводную кинематическую цепь для свинчивания буровых долот с резьбовыми вставками в трубах.

15. Узел устройства замены долота по п. 14, в котором ввинчивающая/вывинчивающая приводная кинематическая цепь включает в себя двигатель, приводной элемент, паразитные звездочки, соединенные c рамой, которая направляет приводной элемент, ведущую звездочку, приводимую во вращение двигателем и соединенную c приводным элементом, и трубные звездочки, соединенные как с ведущей звездочкой, так и с резьбовыми вставками в трубах.

16. Узел устройства замены долота по п. 15, в котором паразитные звездочки являются регулируемыми для увеличения и уменьшения натяжения в приводном элементе.

17. Узел устройства замены долота по п. 10, в котором карусельный магазин долот включает в себя поворотный привод, соединенный c основной плитой для вращeния карусельного магазина долот.

18. Горная машина содержащая:

буровую установку, имеющую подвышечное основание, буровую вышку, проходящую от подвышечного основания, и бурильную трубу, соединенную c и выдвигающуюся от буровой вышки; и

узел устройства замены долота по п. 1, соединенный c буровой установкой.

19. Узел устройства замены долота, содержащий:

узел исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота, выполненный с возможностью соединения c буровой установкой, при этом узел исполнительного механизма приспособления для навинчивания и отвинчивания долота включает в себя исполнительный механизм, направляющие рельсы и приспособление для навинчивания и отвинчивания долота, перемещающееся вдоль направляющих рельсов с помощью исполнительного механизма, при этом приспособление для навинчивания и отвинчивания долота включает в себя верхнюю плиту и отверстие, расположенное в верхней плите, и при этом отверстие выполнено с размерами и формой для прохода рабочих выступов бурового долота через верхнюю плиту и для установки бурового долота с заданной ориентацией в приспособлении для навинчивания и отвинчивания долота; и

карусельный магазин долот, выполненный с возможностью соединения c буровой установкой так, что карусельный магазин долот может поворачиваться и перемещаться по вертикали относительно буровой установки, при этом карусельный магазин долот включает в себя раму с основной плитой и трубы, проходящие от нижней стороны основной плиты.

20. Узел устройства замены долота по п. 19, в котором рама включает в себя держатель вкладыша для бурового пола для избирательного удержания вкладыша для бурового пола на буровой установке, при этом держатель вкладыша для бурового пола включает в себя верхнюю плиту, две боковые плиты и нижнюю плиту с удлиненным пазом для размещения вкладыша бурового палубы.