Предлагаемое изобретение касается устройств для автоматического регулирования давления бурильной колонны и натяжения каната, регулирование которых ранее известно в применении к буровым станкам. Автоматическое регулирование при изменении давления бурильной колонны, подвешенной при помощи блока, охватываемого канатом, один конец которого намотан на барабан, а другой конец - на ворот вала, получающего движение через цепную передачу непосредственно от главного ведущего вала, производится в предлагаемом изобретении путем включения или выключения тока из цепи, питающей реверсивный мотор для медленного вращения ворота в обоих направлениях для спуска или подъема каната, частично поддерживающего буровую штангу. Для этой цели применена червячная передача и цепь, охватывающая цепное колесо, прикрепленное к вороту, причем переменные движения червяка, могущего перемещаться в продольном направлении, служат для варьирования давления несжимаемой жидкости, заполняющей гидравлический прибор, под воздействием каковой жидкости на диафрагму прибора происходит замыкание и размыкание электрических цепей, управляющих электрическим мотором.
Фиг. 1 схематического чертежа изображает вид сбоку устройства для автоматического регулирования давления бурильной колонны, в частичном разрезе; фиг. 2 - вид сверху на приводные, контрольные и указывающие механизмы его же в частичном разрезе и схему электрических соединений; фиг. 3 - вид сверху варианта устройства контрольного механизма; фиг. 4 - вид сверху зажима для пуска в ход или остановки главного вала.
На неподвижной платформе 11 или на передвигаемой по рельсам в продольном направлении платформе 28 установлен на подшипнике 33 полый червячный вал 34 и ведомый вал 39, расположенный перпендикулярно к червячному валу с насаженной на нем червячной шестеренкой и цепным колесом 41 (на обоих противоположных концах вала). Червячный пустотелый вал 34 может скользить в продольном направлении в подшипниках 35 и 36 и скреплен шпонкой с промежуточным валом 37, который, в свою очередь, приводится во вращение валом 38 реверсивного мотора 27 (фиг. 1).
Цепное колесо 41 снабжено одной половиной соединительной сцепной муфты 42. Другая половина этой муфты 43 закреплена на валу 39 в подшипнике 44. Передвижение скользящей части муфты 43 при помощи рычага 45, который соединен стержнем 46 с рычагом 18, контролирующим связь между главным ведущим валом 13 и цепным колесом 16, снабженного зажимом для пуска в ход вала 13, будет включать муфты как вала 13, приводящего во вращение ворот 14 при помощи цепи 15, так и вала 39. Когда одна из этих муфт включена, то другая муфта выключена и, таким образом, цепь 15, обхватывающая цепные колеса 16 и 17, может перемещаться либо от вала 13, либо от вала 39. Реверсивный мотор 27 получает нужную электрическую энергию от источника 47 путем ручного включения рубильников 48 и 49, замыкающих цепи 50 или 51 для прямого и обратного хода мотора.
Буровой станок снабжен автоматическим приспособлением, работающим под влиянием продольного давления, передаваемого червячным валом 34 для автоматического замыкания и прерывания ответвляющихся цепей 50′ и 51′, находящихся в параллельной связи. Эти вспомогательные цепи снабжены реле 58 и 58′, которые обычно открыты либо под влиянием силы тяжести, либо под воздействием пружин 59 и 60. Действие механизма основано на том, что червяк и червячное колесо не реверсивны одно по отношению к другому.
Так, например, вращение червячного колеса 40 не повлечет за собой вращения червяка 34′, который сцепляется с колесом, но сообщит продольный толчок валу 34, каковой толчок передается диафрагме 54 гидравлического прибора 52, состоящего из камеры 53, наполненной несжимаемой жидкостью и закрытой гибкой диафрагмой 54, закрепленной на кольце 55 и перемещаемой от надавливания на нее пальца 56 концом 57 червячного вала 34. Использование уменьшения емкости камеры 53 для целей замыкания и размыкания шунтовых (ответвленных) цепей 50′ и 51′ происходит при помощи дополнительной цепи, состоящей из ветвей 61а и 61b, каждая из которых имеет катушку 62а и 62b и неподвижные контакты 63а и 63b. Между последними контактами расположен неподвижный контакт 64, установленный на стержне 65, могущем передвигаться в продольном направлении. Концы стержня снабжены дисками 66, 66′, скрепленными с диафрагмами 67, аналогичными диафрагме 54. Камера 68, одной из стенок которой является диафрагма с диском 67, соединена с гидравлической камерой 53 трубкой. 69, а камера 70, одной из стенок которой является расположенная с другой стороны диафрагма с диском 66′, находится под давлением жидкости, подаваемой через трубу 71. В камере 70 поддерживается определенное контр-давление, чем и определяется, какое натяжение должен испытать трос 20, один конец которого прикреплен и намотан на ворот 23, другой же конец - на специальный барабан 24, дабы, действуя через продольно перемещающийся червячный вал 34, замкнуть цепь 61 и подать ток к реверсивному мотору 27, который произведет нужное перемещение троса 20, с целью приспособить его к изменившимся условиям работы.
Для того, чтобы регулировать контр-давление в камере 70 с какого-нибудь удаленного от камеры пункта, где обыкновенно находится бурильщик, труба 71 (фиг. 1), проходящая под платформой 11, присоединяется к цилиндру 72, в который входит винтовой плунжер, перемещаемый рычагом 74. Цилиндр снабжен наполняющим краном 75. С целью создать возможность регулирования давления, возвращающего червячный вал 34 к внутреннему положению, в трубе 71 создается небольшой воздушный мешок 76, снабженный краном 77 для ввода или выпуска воздуха или другой жидкости.
Предлагается и другой вариант устройства контрольного механизма, согласно которому червяк 34′ (фиг. 3) скользит на промежуточном валу 37′ и снабжен упорным подшипником 57′. Давление на упорный подшипник производится скользящим органом 65′, снабженным упорным воротником 78. Между этим воротником и винтовым стопорным органом 80 установлена пружина 79, работающая на сжатие. Положение воротников внутри снабженного нарезкой подшипника 81 регулируется рукояткой 82. Скользящий орган 65′ может быть непосредственно снабжен контактом 64′ или же оканчиваться зубчатой рейкой 85, сцепляющейся с зубчаткой 83, вращающейся вокруг оси 84, к каковой зубчатке прикрепляется контакт 64′. Последний может включаться в любой из двух регулируемых контактов 63а′ и 63b′, замыкая электрические цепи (фиг. 3).
Замыкая рубильники 48, 49 можно дать мотору 27 обратный ход. Такие же результаты можно получить автоматически при помощи вышеописанного механизма, работающего давлением. Однако, для того, чтобы ручные рубильники 48, 49 играли главную роль, когда они замкнуты, шунтовые цепи 50 и 50′ снабжаются рубильниками 50а′ и 51а, которые должны быть механически или как-нибудь иначе связаны соответственно с рубильником 48 и 49, хотя бы при помощи стержней 86 и 87.
Таким образом., рубильники 48 и 49 и рубильники 50а и 51а могут быть включены альтернативно, но когда желательна полная автоматичность управления, необходимо, чтобы рубильники 50а и 51а были включены.
Начальное наполнение камеры 53 и трубки 69 можно осуществить через отверстие, которое обычно имеет регулирующий винт, причем наполнение идет сообразно прибору 26, указывающему результирующее давление указателя веса системы Мартин-Люмис 25, установленного таким образом, чтобы вызвать определенный изгиб на некотором участке троса 20, на котором висит блок 19.
В случае, если мотор 27 работает на электрической энергии, необходимо предусмотреть возможность быстрой его остановки, что осуществляется при помощи тормоза 31, включающегося пружиной и выключающегося магнетически, действие которого длится все время, пока цепи 50, 51 остаются разомкнутыми. Однако, отсутствие реверсивности в червячной передаче 34, 40, имеющей следствием зависимость продольного положения червяка 34 (установленного так, чтобы продольное перемещение его было возможно) от натяжения троса 20, вполне достаточно, чтобы главная нагрузка не касалась тормоза 31 и тормоз этот обычно выключается (электромагнитным путем), когда одна из электрических цепей 50 или 51 находится под током.
Когда начинается работа, муфта на валу 13 выключается, освобождая трос 20, и буровая штанга 51, свисающая с блока 19, может быть опущена в такое положение, при котором бур 22 может приступить к бурению. Когда бур спущен до нужного положения, на буровой инструмент накладывается такой вес или производится нужное для работы давление, каковое точно определяется и указывается указателем веса 25, Мартин-Люмис показания которого видны на приборе 26, дающем натяжение троса 20, что дает возможность определить нагрузку бурильного инструмента 22. После первоначального регулирования троса 20 и буровой штанги 21 вращением ворота 23 сцепная муфта вала 13 на время выключается рычагом 18, передающим свое движение через стержень 46 рычагу 45, который сцепляет вместе части 42 и 43 сцепной муфты. Таким образом, цепное колесо 41 сцепляется с валом 39 и цепь 15 вместе с цепным колесом 41 образует приводной механизм с червячным колесом 40 и червяком 34′. Если в процессе бурения усилия буровой штанги вызывает слишком большое натяжение троса 20, ворот 23 повернется в направлении стрелки а, что вызовет передвижение нижней части цепи 15 в направлении стрелки b (фиг. 1). В результате цепное колесо 41, сцепленное с цепью 15, повернется в направлении стрелки с (фиг. 1 и 2), а так как вращение цепного колеса 41 и червячного колеса 40 не вызовут вращения червяка 34′, червяк и его вал 34 будут передвинуты в направлении стрелки d (фиг. 2).
Продольное перемещение вала 34 сквозь подшипники 35 и 36 вызывает давление на палец 56 диафрагмы 54, а несжимаемая жидкость камеры 53 через трубку 69 переходит в камеру сжатия 68 механизма, регулирующего положение рубильников (фиг. 2). В нормальных условиях контакт 64 будет вне всякого соприкосновения с контактами 63а и 63b. Если равновесие механизма, управляющего положением контактов, будет нарушено, контакт 64 войдет в соприкосновение с одним из контактов 63а и 63b. В данном случае надавливание пальца 56 передается диафрагме 54, и контакт 64 войдет в соприкосновение с контактом 63а, замыкая цепь, снабжаемую энергией от источника 88 (фиг. 2) через провода 61, контакт 64, контакт 63а, провод 61а, катушку реле 62а и заземление 89.
При автоматической работе рубильники 50а и 51а′ находятся во включенном положении. Рубильник реле 62а замыкает цепь, снабжаемую энергией из источника 47 через провод 50′, провод 51 и полюс 90 мотора 27. В цепь входит обмотка мотора и мотор вращается в таком направлении, при котором цепное колесо 41 подает нижнюю часть цепи в направлении стрелки b, вызывая опускание бура 22. Цепь замыкается через полюс 91 мотора 27, провод 51, катушки магнитного тормоза 31 и противоположную сторону источника тока 47.
Вал 38 мотора вращает червячный вал 34 и передает вращение червячному колесу 40 через посредство червяка 34′. Благодаря этому цепное колесо 41 поворачивается в направлении стрелки с и усиливает перемещение нижней части цепи 15 в направлении стрелки а до тех пор, пока ворот 23 не освободит достаточный кусок троса 20 для опускания бура 22 в такое положение, которое соответствует установленному заранее давлению на бур. В этом положении давление на вал 34 прекращается. В результате давление несжимаемой жидкости в камере 53 уменьшится и жидкость, производя давление на диафрагму 67′, возвращает контакт 64 в его промежуточное положение. Давление на бур, способное уравновесить давление червячного вала 34, определяется и поддерживается регулировкой плунжера в цилиндре 72 и величиной давления в камере 70, сообщающейся с цилиндром 72 через трубку 71. В результате в различных частях машины устанавливается равновесие давлений и вся машина настроена на наивыгоднейшее давление на бур для данной геологической породы.
Если бурильщик считает, что для данных условий давление на бур слишком велико и регулирует аппарат в смысле увеличения давления в камере 70, то диафрагма 54 выпячивается наружу, что уменьшает давление в камере 53 и 68, так что контакт 64 под влиянием давления на диафрагиу 67 будет передвинут в направлении контакта 63b и войдет с ним в соприкосновение. Это вызовет обратный ход мотора 27 благодаря замыканию следующей цепи: источник энергии 88, провод 61, контакты 64, 63b, провод 61b, катушка 62b, реле 58 и заземление 89. Когда реле 58′ замкнуто, цепь идет от источника электрической энергии 47 через рубильник 51а по проводу 51′ через рубильник 58′ по проводу 92 и проводу 50, соединенному с полюсом 93 мотора 27. Затем ток идет через обратные катушки мотора к полюсу 94 и затем по проводу 51 через катушку магнитного тормоза к источнику энергии. При этом мотор 27 будет вращаться в обратном направлении и колесо 41 будет повернуто в направлении, противоположном стрелке с (фиг. 2), а нижняя часть цепи 15 переместится в направлении, противоположном стрелке b (фиг. 1). Благодаря этому ворот 23 повернется и навернет на себя трос 20. Наматывание троса продолжается до тех пор, пока натяжение цепи 15 не создаст такого давления на червячный вал 34, которое заставило бы несжимаемую жидкость в камере 53 произвести такое давление на диафрагму 67, чтобы вывести контакт 64 из соприкосновения с контактом 63b, после чего вращение мотора прекращается. Магнитный тормоз 31 нормально работает на установление торможения, причем ток, идущий по проводу 51 и через магнитную катушку тормоза, выключает тормоз на все время работы мотора. В тот же момент, когда цепь мотора 27 прерывается, тормоз включается автоматически и, действуя через червяк 34 и червячную передачу 41, моментально приостанавливает движение цепи 15 и предупреждает заклинивание механизма, перемещающего трос 20. Тормоз 31 до тех пор будет удерживать вал 37 и червячный вал 34 отвращения, пока не создастся достаточное продольное давление на вал 34 для того, чтобы автоматически включить мотор для вращения в том или другом направлении.
Между валом 38 и валом 37 находится гибкое соединение, допускающее продольное перемещение этих валов одного по отношению к другому. Если бурильщик предпочитает ручное регулирование, ему нужно только манипулировать с рубильниками 48 и 49, расположенными на соответствующем месте.
Устройство для автоматического регулирования давления бурильной колонны, в котором бурильная колонна подвешена при помощи блока, схватываемого канатом, один конец которого намотан на специальный барабан, а другой конец - на ворот вала, получающего движение через цепную передачу непосредственно от главного ведущего вала, отличающееся тем, что на неподвижной платформе 11 или продольно передвигаемой по рельсам платформе 28 установлен на подшипнике 33 червячный вал 34, от которого червячной шестерней 40 передается движение валу 39 и цепному колесу 41, сцепленному с цепью, служащей для передачи движения от главного ведущего вала 13 к лебедке, каковой вал 34 имеет продольное скольжение для надавливания концом 57 на диафрагму 54 гидравлического прибора 52, действующего на контакт 64, служащий для пуска в действие реверсивного мотора 27, при нарушении установленного давления.
