Устройство для огневого бурения и расширения скважин Советский патент 1990 года по МПК E21B7/14 E21C37/16 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для бурения горных Пород с использованием тепла.

Цель изобретения - повышение производительности работы устройства за счет уменьшения тепловых потерь при одновременном увеличении надежности его работы.

На чертеже представлено устройство, продольный разрез.

Устройство содержит камеру I сгорания и сопловой аппарат 2, составленные из соос- ных кольцевых элементов 3, выполненных из жаростойкого материала, имеющего низкий коэффициент теплопроводности, преимущественно керамики. Соосные кольцевые элементы 3 расположены между башмаком 4 и распределительной головкой 5. которые стянуты металлическими трубчатыми стержнями 6, число которых четное Стержни 6 пропущены через отверстия 7 в теле соос- ных кольцевых элементов 3, Внутренние полости четных трубчатых стержней 8 через радиальные отверстия 9 и каналы 10 в распределительной головке 5 подсоединены к магистрали 11 для подачи горючего, а внутренние полости нечетных стержней 12 через радиальные отверстия 13 и каналы 14 в распределительной головке 5 подсоединены к форсунке 15 для подачи горючею в камеру 1 сгорания. Через радиальные отверстия 16 и каналы 17 в башмаке 4 полости четных 8 и нечетных 12 стержней последовав - ьчо сообщены между собой. На верхней и шж- ней части трубчатых стержней Г ыпн . juei,--, резьба 18, а торцы стержней п заг i ми чь с обеих торцов. Нижней частью рм. ни 8 и 12 ввинчены в сею. нсгг;ь ищи, им отверстия 19, выполненные в бап: маке 4, а на верхнюю их часть навинчены и законтрены гайки 20. R промеж .ткач между каналами 10 и 14 в распределительной головке 5 выполнены отверстия 21 для подачи окислителя в камеру 1 сгорания, соединенные с магистралью для подачи окислителя (не показана). Кольцевые эле- менты 3 выполнены с центрирующими выслл- пами 22 и соответствующими пазами на торцах.

Устройство работает следующим образом. Горючее из магистрали И через каналы 10 в распределительной головке 5 и радиальные отверстия 9 под давлением поступает во внутреннюю полость четных стержней 8 и. пройдя по ним, через радиальные отверстия 16 и каналы 17 в башмаке 4 поступает в полости нечетных стержней 12. откуда через радиальные отверстия 13 и ка налы 14 в распределительной головке 5 подается на форсунку 15 и распыляется в ка мере 1 сгорания, куда одновременно подается сжатый воздух через отверстия 21 в рас- пределительной головке 5. В камере 1 . го- рания горючее смешивается с воздухом и сжигается, в результате чего образуется вы5

0 0 о

сокотемпературная газовая струя, расширяющаяся в сопловом аппарате 2 и истекающая из него на забой скважины. Низкая теплопроводность материала, из которого изготовлены соосные кольцевые элементы 3, в теле которых в отверстиях 7 установлены трубчатые стержни 6, обуславливает значительный градиент температур в областях, прилегающих к стержням 8 и 12. Это определяет разогрев соосных кольцевых элементов 3 до температуры, приближающейся к температуре истекающих газовых струй, при ограниченных потерях через стенки камеры 1 гго- рания и через охлаждаемые стержни 6. го которым в качестве охлаждающего агента прокачивают горючее.

В установившемся режиме от забоя скважины продукты сгорания в виде вошрат- ных газовых струй проходят в i.uope меж ду внешней поверхностью устройства и стен ками скьал-ины и удалимте/ через у.гке скважины. При sтом длительность эффективного воздействия газовых на lopuv; ; породу 01рапичииаегся расходом тепла на нагрев горной породы и его потерями через конструктивные элементы устройства. Низкая теплопроводность материала, и ко- горою изготовлены соосные кольцевые элементы Л камеры 1 сгорания и соплового аппарата 2. и отсутствие системы охлаждения определяют снижение тепловых потерь, как в исходящих, так и , возвратных 1азовых струях В результате i а юные струн дольше сохраняют высокую температ р , -, их воздействие на горную породу оказывает с оолее длительным и имеег место на боль- ik и ,;.ине своего , что эффективно : ри расширении скважин.

Прочностные характеристики предложенного устройства обеспечиваются за счет ти- го, что при нагревании длина соосных кольцевых элементов 3 увеличивается, а расстояние между башмаком 4 н распределительной головкой 5 остается прежним, так как стягивающие их трубчатые стержни 5 охлаждены прокачиваемым по ней горючим, т. е. на соосные кольцевые элементы 3 действует напряжение сжатия, которое увеличивает прочность используемою материала. Одновременно в трубчатых стержнях (i возникают напряжения рзчгтяжения, т. е стержни 6 становятся напряженной ар.маг рой, что повышает прочность устройства при поперечных и дарных .х

Конструкция элементов камеры 1 сгорания позволяет использовать в качестве основного конструкционного материала жаростойкие керамики с низким коэффициентом теплопроводности, а также исключить необходимость организации охлаждения камеры сгорания что позволяет уменьшить тепловые потери через стенки камеры 1 сгорания, тем самым повусив КПД горелки до 85 - 92%

(в зависимости от марки применяемой керамики), кроме того, разница в нагреве стержней 6 и стенок камеры 1 сгорания обеспечивает за счет неодинакового для стержней 6 и камеры сгорания термическо го расширения создание механических напряжений сжатия, увеличивающих прочностные характеристики керамики и, соответственно, всей конструкции. Использование горючего в качестве агента для охлаждения стержней 6 позволяет при работе горелки облегчить зажигание горючего при поступлении eiо в камеру 1 сгорания, так как на выходе из стержней 6 температура горючего (если используется керосин) достигает 40°С.

Формула изобретения

1 Устройство для огневого бурения и расширения скважин, включающее камеру сгорания, соединенную с одной стороны с сопловым аппаратом и с другой стороны с распределительной головкой с каналами, форсунку для подачи горючего в камеру сгорания, соединенный с сопловым аппаратом башмак с каналами и магистрали для по- дачи горючего и окислителя, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности его работы за счет уменьшения тепловых потерь при одновременном увеличении надежности е:о работы, камера сгора

0

0

5

ния и сопловой аппарат образованы набором кольцевых элементов из жаростойкого материала, имеющего низкий коэффициент теплопроводности, с равномерно расположенными по их торцам отверстиями, продольные оси симметрии которых параллельны продольной оси симметрии устройства, а соединение распределительной головки с камерой его рання, сопловым аппаратом и башмаком выполнено в виде заглушенных с обоих гор цов металлических трубчатых стержней с радиальными отверстиями на их концах, при этом магистраль для подачи горючего счюб- щена с форсункой через внутренние полости стержней, которые последовательно попарно сообщены между собой через радиальные отверстия в стержнях и каналы в распределительной головке и башмаке, причем стержни расположены в отверстиях кольцевых элементов камеры сгорания и соплового аппарата и жестко соединены одним концом с башмаком, а другим - с распределительной головкой.

2.Устройство по п. 1. отличающееся тем, что кольцевые элементы выполнены из керамики.

3.Устройство по п. . отличающееся тем. что кольцевые элементы выполнены с центрирующими выступами и со ответствующими пазами на торнах

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для бурения горных пород с использованием тепла. Цель - повышение производительности работы устройства за счет уменьшения тепловых потерь при одновременном увеличении надежности его работы. Устройство включает камеру 1 сгорания и сопловый аппарат 2, образованные набором кольцевых элементов (КЭ) 3 из жаростойкого материала, например керамики, который имеет низкий коэффициент теплопроводности. Соосные КЭ 3 расположены между башмаком 4 и распределительной головкой (РГ) 5, которые стянуты заглушенными с обоих торцов металлическими трубчатыми стержнями (ТС) 6, пропущенными через отверстия 7, выполненные в КЭ 3. Внутренние полости четных ТС 8 через радиальные отверстия 9 и каналы 10 и РГ 5 подсоединены к магистрали 11 для подачи горючего. Внутренние полости нечетных ТС 12 через радиальные отверстия 13 и каналы 14 в РГ 5 подсоединены к форсунке 15 для подачи горючего в камеру 1 сгорания. При подаче горючего в камеру 1 сгорания одновременно через отверстия 21 в РГ 5 подается сжатый воздух. Образуется высокотемпературная газовая струя, расширяющаяся в сопловом аппарате 2 и истекающая из него на забой скважины. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.