Вибромолот Советский патент 1992 года по МПК E21B11/02 E21B7/24 

Изобретение относится к горному делу, а именно к вибрационным механизмам для бурения скважин, забивки в грунт труб и свой на суще и на акваториях.

Известна погружная виброударная морская буровая установка с кольцевым вибромолотом, который включает верхнюю и нижнюю плиты, установленный между ними на подпружиненных штоках герметичный корпус с центральным проходным кольцевым, каналом, смонтированные в корпусе и жестко соединенные с его стенками два электровибратора, а также верхний и нижний патроны с клиновыми захватами грунтоноса, установленные е проходном канале.

Недостаток таких вибромолотов малый моторесурс электропривода, так как он жестко соединен с вибромассой и во время работы вместе с ней совершает высокочастотные колебания, наносит удары по наковальне и, тем самым, испытывает большие динамические нагрузки.

Известен вибратор, содержащий полый корпусе центральным проходным отверстием, валы с дебалансами, установленные о корпусе, два приводных электродвигателя, установленных на верхней плите корпуса, втулку с кольцевым буртом, установленную в центральном отверстии корпуса, и скрепленный с втулкой переходник буровых труб.

Недостаток таких вибраторов низкая надежность их работы из-за малого моторесурса электропривода, так как он жестко соединен с вибромассой и во время работы вместе с ней совершает высокочастотные колебания и испытывает большие динамические нагрузки. В результате образуется провис обмоток статора до упора во вращающийся ротор и происходит их замыкание, быстро ослабевает крепление приводов к корпусу и крепежные элементы ломаются, разрушаются, разрушаются подшипники приводов и валов вибраторов. Поэтому моторесурс электропривода таких вибраторов не превышает 300 ч.

(Л

С

VI

4 СЛ 00

о

Сл

Цель изобретения - повышение надежности в работе вибромолота за счет снижения воздействия ударных нагрузок на его привод (электродвигатели).

Указанная цель достигается тем, что вибромолот, содержащий полый корпус с центральным отверстием, валы с дебалан- сами и с приводами их вращения, установленные в корпусе, втулку с кольцевым буртом, установленную в центральном отверстии корпуса, и переходник буровых труб, скрепленный с втулкой, снабжен кольцевым ударником, размещенным на наружной поверхности втулки с возможностью ограниченного осевого перемещения, и тягами, одни концы, которых шарнирно соединены с валами, а другие - с ударниками, при этом в корпусе выполнены.криволинейные пазы с центрами кривизны на осях приводом валов, в которых размещены концы валов с возможностью перемещения вдоль пазов.

Размещение-кольцевого ударника на наружной поверхности втулки позволяет ему перемещаться только возвратно-поступательно по прямолинейной втулке.

Соединение кольцевого ударника с валами с дебалансами при помощи тяг и шарниров не препятствует одновременному перемещению ударника по втулке, а валов с дебалансами по криволинейным пазам, т.е. при забивке груб или свай вертикально позволяет перемещаться ударнику по вертикали, а валам с дебалансами по дуге.

Выполнение криволинейных пазов с центрами кривизны на осях приводов позволяет валам с дебалансами совершать колебательные перемещения относительно неподвижного корпуса и соединенных с ним приводов. При этом координаты валов с дебалансами постоянно меняются во времени относительно координат приводов, а сила натяжения приводных ремней между шкивами приводов и валов остается неизменной.

Перемещение валов с дебалансами в криволинейных пазах неподвижного корпуса обеспечивает возвратно-поступательные движения ударника при неизменном положении приводов. А так как корпус и установленные на нем приводы не участвуют в колебательных перемещениях, то на них уменьшается воздействие динамических нагрузок. Это существенно повышает надежность работы привода, корпуса и вибромолота в целом.

Размещение кольцевого ударника на втулке, установленной в центральном отверстии корпуса, обеспечивает строго заданное центральное соударение ударника с

переходником буровых труб. Кроме того, соединение ударника с валами при помощи тяг и размещение его на втулке обеспечивают синхронизацию вращения валов с дебалансами, которые приводятся во вращение независимыми друг от друга электроприводами. Так при несколько различных значениях коэффициентов скольжения электроприводов одинаковых частот вращения у них со временем могла бы нарушаться синфаэность вращения. Однако рассогласо-- вания вращения валов с дебалансами не происходит, так как при рассогласовании оба вала с дебалансами находились бы на

различной высоте от горизонтали. А так как валы связаны с ударником тягами одинаковой длины, то ударник при этом отклонился бы от вертикали.

Но это невозможно, так как кольцевой

ударник соосно размещен на вертикально установленной втулке.

На фиг. 1 показан предлагаемый вибромолот, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1: на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Вибромолот состоит из полого корпуса, расположенных в нем электроприводов и вибромеханизма. Корпус выполнен с центральным отверстием и включает поддон 1, две боковые стенки 2, верхнюю стенку 3,

жестко соединен н ые меж ду собой, две боковые крышки 4, втулку 5 с кольцевым буртом, установленную с центральном отверстии корпуса и жестко соединенную своими концами с поддоном 1 и верхней стенкой 3, а

также переходник 6 буровых труб, скрепленный с втулкой 5. На верхнем конце втулки 5 и на переходнике 6 выполнена резьба для соединения вибромолота с погружаемыми в породы трубами. В теле боковых крышек 4 корпуса выполнены симметрично криволинейные пазы 7 с центрами кривизны на осях электроприводов.

Вибромеханизм включает кольцевой ударник 8, размещенный соосно с втулкой 5

на ее наружной поверхности с возможностью ограниченного осевого перемещения по ней, валы 9, концы которых установлены с возможностью вращения и поступательного перемещения в криволинейных пазах

7, дебалансы 10 и шкивы 11. установленные на валах 9, и тяги 12, одни концы которых шарнирно соединены с валами, а другие - с ударником.

Электропривод включает два электродвигателя 13, установленные на поддоне 1, шкивы 14 и ремии 15, передающие вращение на валы.

Работа вибромолота заключается в следующем.

При помощи буровой лебедки (не показана) вибромолот на тросокабеле 16 вывешивают на очке бурения, соединяют с забиваемыми элементами (трубы, сваи и т.п.) и по тросокабелю 16 к электродвигате- лям 13 подают электроэнергию. Электродвигатели 13 через шкивы 14,11 и ремни 15 вращают валы 9 с дебалансами 10, причем в противоположные стороны, что обеспечивает соответствующей схемой подключения токоподводящих жил тросокабеля 16 к электродвигателям 13. Вращающиеся дебалан- сы 10 создают знакопеременные, направленные вдоль вертикальной оси силы. Под действием этих сил виброударная масса поднимается вверх и опускается вниз, нанося удар по наковальне. При этом валы с дебалансами движутся вверх и вниз по дуге, так как концы валов 9 установлены с возможностью перемещения в криволи- нейных пазах 7. А так как пазы 7 выполнены по радиусу, равному расстоянию между осями электродвигателя и приводимого им во вращение вала, то валы 9 и дебалансы 10 движутся вверх и вниз относительно непод- вижных электродвигателей 13 по дугам того же радиуса. Это обеспечивает постоянство натяжения приводных ремней между шкивами электродвигателей и валов несмотря на то, что координаты валов с дебалансами относительно электродвигателей постоянно меняются во времени при работе вибромолота. Постоянство натяжения приводных ремней обеспечивает стабильность режима нагружения приводных электродвигателей, не ограничивает возможности вибромолотов по их мощности и не снижает КПД вибромолота по мере увеличения мощности.

Вибромолот можно применять для бурения скважин на суше и на акваториях. При

бурении на суше каждый раз после погружения очередной трубы забиваемой колонны на всю ее длину вибромолот снимают с колонны, наращивают следующую трубу и на нее снова устанавливают вибромолот. При бурении на акваториях трубы наращивают по мере забивки колонны без снятия с нее вибромолота. При этом корлус вибромолота должен быть в герметичном исполнении, так как по мере забивки колонны он погружается под воду. Выбуриваемые породы извлекают из скважины известными способами (желонки, стаканы и пр.) через колонну труб. Надежность и моторесурс предлагаемого вибромолота при работе как на суше, так и на акваториях значительно выше, чем вибромолотов известных конструкций, так как в конструкции предлагаемого вибромолота электропривод не используются в качестве ударной массы и не подвержен динамическим сотрясениям.

Формула изобр.етения Вибромолот, включающий полый корпус с центральным отверстием, валы с дебалансами и с приводами их вращения, установленные в корпусе, втулку с кольцевым буртом, установленную с центральном отверстии корпуса, и переходник бурильных труб, скрепленный с втулкой, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе, он снабжен кольцевым ударником, размещенным на наружной поверхности втулки с возможностью ограниченного осевого перемещения, и тягами, одни концы которых шарнирно соединены с валами, а другие - с ударниками, при этом в корпусе выполнены криволинейные пазы с центрами кривизны на осях приводов валов, в которых размещены концы валов с возможностью перемещения вдоль пазов.

14

15

9

Использование: бурение скважин и забивка в грунт труб. Сущность изобретения: вибромолот содержит корпус, валы с деба- лансами, втулку и установленный на ее поверхности кольцевой ударник. При бурении вращающиеся дебалансы создают знакопеременные нагрузки. Кольцевой ударник под их действием наносит удары по наковальне. При этом валы с дебалансами перемещаются по дугообразным пазам корпуса, сохраняя постоянное натяжение ремней между шкирами валов и их привсдов. 3 ил.

12

15

$иг. 2

IX

JУ

тг

1

Фиг. э