ЭЛЕКТРОТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙОРГАН Советский патент 1974 года по МПК E21C37/18 E21B7/15 

1

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может использоваться в качестве рабочего органа буровых установок и проходческих машин при проведении выработок в крепких породах методом комбинированного разрушения с использованием механического инструмента и электромагнитного поля сверхвысокой частоты.

Известны электротермомеханические породоразрушаюш,ие органы, включающие долото с шарошками, в корпус которого встроень 1 волновод с рупорной антенной и проводники коаксиальных линий.

Предлагаемый породоразрушающий орган отличается от известных тем, что он снабжен излучающей биконической антенной, размещенной в приемной рупорной антенне и выполненной цодсоединением наружных поверхностей шарошек к внутренним проводникам коаксиальных линий, причем в корпусе его установлены фазосдвигатели, включенные параллельно антеннам и соединенные на выходах коаксиальными линиями шарошек, а на входах - двойным волноводным тройником, одно плечо которого связано с рупорной антенной, а другое - с передающим волноводом. Это обеспечивает направленность излучения и передачу энергии электромагнитного поля в породу.

На чертеже изображен предлагаемый порооразрушающий орган и разрезы по А-А, Б-Б и В-В.

Породоразрушающий орган имеет две шарошки 1, закрепленные на осях 2 с помощью подшипников 3. Наружные конические поверхности 4 шарошек армированы твердосплавными штырями 5, подключены к внутренним проводникам коаксиальных линий 6, проходящих сквозь оси шарошек и служат излучающей биконической антенной, расположенной в приемной рупорной антенне 7. В корпусе 8 долота закреплены два мостовых фазосдвигателя 9, включенные параллельно антеннам и соединенные на выходах через волновод о-Коаксиальные переходы Юс коаксиальными линиями шарошек, а на входах- с двойным волноводным тройником 11, к одному из несимметричных плеч которого прикреплена приемная рупорная антенна, а к другому передающая волноводная линия 12. Фазосдвигатели имеют поршни 13, скрепленные винтами 14, на которых навинчены гайки 15, входящие в прорези втулки 16. Фазосдвигатели, волноводно-коаксиальные переходы и коаксиальные линии шарошек образуют две параллельные резонансные цепи бегущей волны, в общую ветвь которых включены антенны. Длина одной из параллельных цепей установлена с помощью поршня 13 больше

другой на половину длины волны А/2. Втулка 16 свободно посажена на цилиндрическую часть корпуса 8 на шпонке 17. В отверстиях втулки расположены пружины 18, поджимающие гайки через винты к нижним поверхностям прорезей. Между втулкой 16 и гайкой 19 ручной настройки резонансных цепей помещен цилиндр 20, связанный с последними резьбовыми подвижными соединениями 21 и 22 с левой и правой резьбой. Внутри цилиндра на корпусе 8 расположен порщень 23, имеющий винтовые пазы 24 и 25, один из которых имеет левую, а другой правую нарезку. В винтовые пазы поршня входят соответственно шпонка 26, прикрепленная к корпусу и шпонка 27, прикрепленная к цилиндру. Поршень разделяет камеру, образованную цилиндром и корпусом на две части, каждая из которых сообщается с одним из отверстий 28 или 29 в корпусе. Эти отверстия соединены с кольцевыми проточками 30 и 31 на торце втулки 32. Втулка прикреплена штифтами 33 к корпусу долота. Уплотнение камеры и поршня выполнено с помощью колец 34. В кольцевом зазоре между втулкой 16 и корпусом 8 помещена пружина 35, выбирающая люфты в резьбовых подвижных соединениях 21 и 22. Подсоединение рабочего органа к установке производят с помощью конусной резьбы 36, при этом происходит одновременное подключение к тракту волноводного тройника 11, имеющего на входе переход с круглого волновода на прямоугольный 37, и проточек 30 и 31 к воздухоподводящим каналам установки.

Перед началом работы, если необходимо, настраивают параллельные резонансные цепи бегущей волны в резонанс вручную вращением гайки 19, после чего ее контрят, например, винтом 38. Резонансные цепи дистанционно подстраивают сжатым воздухом, подаваемым в цилиндр через отверстия 28 или 29. Поршень перемещается и под действием шпонки 26, входящей в его винтовой паз 24, поворачивается вместе с цилиндром относительно корпуса, а также сообщает цилиндру, навинчивающемуся или свинчивающемуся с втулки и с гайки, дополнительный угол поворота посредством винтового паза 25 и шпонки 27. При этом поршни 13 перемещаются одновременно в обоих фазосдвигателях, и параллельные цепи настраиваются в резонанс. Углы наклона винтовых пазов 24 и 25 выбраны такими, что кинематическая цепь корпус-поршень-цилиндр является необратимой. Это исключает произвольную перестройку резонансных цепей при работе, когда корпус рабочего органа, вращаясь, может касаться стенок выработки.

Разрушение пород рабочим органом производят комбинированным способом с одновременным воздействием на породу электромагнитным полем СВЧ и шарошками. При вращении рабочего органа из передающей волноводной линии 12 в одно из несимметричных плеч двойного волноводного тройника 11 подают энергию электромагнитных колебаний, которая разветвляется в симметричных плечах и через фазосдвигатели, волноводнокоаксиальные переходы и коаксиальные линии поступает к конусам шарошек. В результате

того, что длина одной из параллельных цепей больше другой на половину длины волны, конуса имеют противоположную полярность, что обеспечивает излучение электромагнитной энергии с поверхностей шарошек. При этом

часть излученной энергии поглощается породой, а остальная часть поступает в приемную рупорную антенну, складывается в параллельных цепях с энергией, поступающей из передающей линии, и вновь возвращается к конусам, причем этот цикл повторяется до полного поглощения ее в породе. Применение в рабочем органе настраиваемых резонансных цепей бегущей волны обеспечивает согласование волноводного

тракта с различными породами. В результате воздействия электромагнитного поля происходит или ослабление прочности пород, или отделение от массива чешуек породы. Доразрушепие ослабленной полем СВЧ или отделенной от забоя породы производят механическим способом с помощью шарошек. В случае бурения скважин разгруженная порода удаляется с забоя сжатым воздухом, подаваемым в скважину через волноводпую линию

12, тройник И и рупорную антенну 7. Часть сжатого воздуха поступает на забой через фазосдвигатели и коаксиальные линии, благодаря чему исключается попадание разрушенной породы в волноводные элементы.

Предмет изобретения

Электротермомеханический породораэрушающий орган, включающий долото с шарошками, в корпус которого встроены волновод с рупорной антенной и проводники коаксиальных линий, отличающийся тем, что, с целью обеспечения направленности излучения и передачи энергии электромагнитного поля в

породу, он снабжен излучающей биконической антенной, размещенной в приемной рупорной антенне и выполненной подсоединением наружных поверхностей шарошек к внутренним проводникам коаксиальных линий,

причем в корпусе его установлены фазосдвигатели, включенные параллельно антеннам и соединенные на выходах с коаксиальными линиями шарошек, а на входах - двойным волповодным тройником, одно плечо которого связапо с рупорпой антенной, а другое - с передающим волноводом.

3 Щ Р.,п

ш-шш

т

36 55

I tf№