МАГНИТОФУГАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ЭЛЕКТРОБУРА Советский патент 1942 года по МПК E21B47/22 

Известно ударное бурение с помощью магнитофугального буре, выполненное в виде асинхронного двигателя с трехфазным развернутым на плоскость статором и бегуном. В известных конструкциях, подобных двигателей возвратное движение или реверс двигателя достигается за счет переключения фаз. При количестве ударов или реверсов около 3000 в час реверсирование двигателя путем переключения фаз получается практически невыполнимым, так как ни двигатели, ни контакторы, не в состоянии выдержать такой режим.

Для питания этих двигателей возможно использовать устанавливаемые на поверхности генераторы принудительного прямолинейно-возвратного движения или коллекторные генераторы переменного тока, однако это сильно усложняет установку.

Предлагаемый магнитофугальный механизм, будучи присоединен к обычной сети переменного тока, сам приходит в прямолинейно-возвратное движение без всяких переключающих устройств.

В предлагаемом механизме, в отличие от известных, отсутствует удар при ходе вверх и отсутствует удар при удалении от забоя. В режиме противотока на зажимах обмоток статора имеется значительно пониженное напряжение, чем этот режим значительно смягчается. Реверсирование производится без разрыва тока и без переключения фаз, благодаря чему вся система получается весьма простой и надежной.

Подача долота на забой может быть произведена вручную или автоматически по показаниям амперметра, включенного в цепь статора механизма, ток которого зависит только от его расстояния от забоя, но не от характера грунта или состояния долота. Механизм должен быть расположен так, чтобы удар о забой произошел в момент, когда бегун полностью выходит из верхнего статора и заполняет нижний статор. Если механизм поднят над забоем так, что в момент удара долото частично выходят из нижнего статора, то это приведет к ослаблению силы удара и к увеличению максимального тока, так как суммарное сопротивление обеих статоров при этом будет убавляться. Таким образом увеличение силы максимального тока будет показывать, что механизм необходимо приблизить к забою.

Если механизм приближается к забою так, что удар происходит во время нахождения бегуна в верхнем статоре, то ход бегуна убавляется и он может совсем остановиться, выйдя из нижнего статора настолько, что движущая сила последнего будет недостаточна, чтобы обеспечить перемещение его вверх. При этом максимальное значение силы тока и резкость изменения тока уменьшатся, и это укажет на необходимость подъема механизма над забоем.

На чертеже фиг. 1 изображен схематически осевой разрез предлагаемого механизма и фиг. 2 - разрез на фиг. 1.

Как видно из чертежа механизм состоит из снабженного выступами 1 бегуна 2, движущегося прямолинейно по направляющим 3 и имеющего две самостоятельных обмотки 4, 4 - правую и левую, которые работают параллельно, но электрически независимо друг от друга.

Статор механизма также состоит из двух независимых частей, правой и левой, работающих параллельно, причем потоки каждой из этих частей замыкаются через железо ротора независимо друг от друга.

Статоры по высоте разделены дополнительно на две части 5 и 6, обмотки которых соединяются между собой последовательно так, что верхний статор 1 стремится двигать бегун вниз, а нижний статор стремится двигать бегун вверх; таким образом они действуют навстречу друг другу.

Статор герметически отделен от бегуна корпусом 7 и диафрагмой из немагнитного материала 8. Полость статора для защиты его обмотки заполняется маслом; для свободного температурного расширения масла предусмотрена расширительная камера 9. Бегун движется внутри корпуса 10 в закрытой маслонаполненной камере. Сверху и снизу к бегуну прикреплены штоки 11 и 12, расположенные в направляющих подшипниках 13, 14 и в самоуплотняющихся сальниках 15, 16. Сальники служат для уменьшения утечки масла из картера бегуна и для предохранения от проникновения туда глинистого раствора. Для компенсации утечки масла служит дубрикатор 17 с поршнем 18. Глинистый раствор подается по бурильным трубам 19, затем проходит по осевому отверстию верхнего штока по специальным полостям в выступах /полозьях/ бегуна, по осевому отверстию нижнего штока и выходит из выпускного отверстия 20 ударного долота 21. Ток подается по кабелю 22 через разъемные муфты 23.

При отключении статора бегун под влиянием собственного веса стремится занять самое низшее положение. Механизм автоматически или вручную устанавливается на таком расстоянии от забоя, что при наинизшем положении бегун совершенно выходит из верхнего статора, но заполняет полностью нижний статор. При этом сопротивление верхнего статора относится к сопротивлению нижнего статора как , при трехкратной величине пускового тока, соответствующего неподвижному бегуну, и при девятикратной величине тока при вынутом бегуне.

Если теперь включить напряжение, то в соответствующей пропорции оно распределится между обоими статорами, при этом на верхний статор приходится 25% напряжения, а на нижний 75% напряжения. Движущая сила верхнего статора, приложенная к бегуну, равна нулю; движущая сила нижнего статора равна 56% его пусковой движущей силы. Под влиянием этой движущей силы бегун начинает ускоряться вверх. Достигая верхнего статора и войдя в него бегун имеет почти синхронную скорость по отношению к магнитному потоку нижнего статора и скольжение равное двум /режим противотока/ по отношению к потоку верхнего статора.

Соотношение сопротивлений верхнего статора к нижнему равно . На верхний статор приходится 25% напряжения и он развивает около 6% момента противотока, а на нижний статор приходится 75% напряжения и он развивает 56% своего номинального момента. Под влиянием разности моментов равной 50% от номинального бегун будет продолжать движение вверх под влиянием накоплений живой силы выйдет из нижнего статора. По мере выхода из нижнего статора соотноешние моментов меняется в сторону избытка момента верхнего статора, под влиянием которого бегун тормозится. Когда бегун полностью выйдет из нижнего статора он теряет всю свою живую силу, останавливается и под влиянием движущей силы верхнего статора начинает двигаться вниз. Так как вес бегуна также способствует движению его вниз, то он весьма быстро достигает синхронной скорости и верхний статор переходит на генераторный режим поддерживая скорость бегуна равной скорости магнитного поля. Сопротивление верхнего статора при этом значительно выше сопротивления нижнего статора и все напряжение приходится в основном на верхний статор. Движущая сила нижнего статора при атом практически равна нулю. С этой скоростью бегун почти полностью выходит из верхнего статора. В этот момент долото встречает забой, ударяется в породу, превращая кинетическую энергию движущейся системы в энергию удара, и мгновенно останавливается. В момент останова соотношение сопротивлений верхнего и нижнего статора мгновенно меняется приблизительно в вышеприведенной пропорции и весь цикл начинается снова. В случае, если механизм поднят над забоем, то бегун полностью выходит из верхнего статора и двигается в нижнем статоре в режиме противотока, благодаря чему он затормаживается и с весьма малой скоростью, приходит в крайнее нижнее положение; при этом он выходит на некоторую часть из нижнего статора и не производит никакого удара.

Синхронная скорость зависит от длины полюсного деления и равно 100 полюсным делениям в секунду, например, при длине полюсного деления в 0,25 мтр. синхронная скорость равна 25 м/сек.

Число ударов в час зависит от длины хода бегуна и может дойти до 2000-3000.

Регулировка числа ударов может быть произведена изменением частоты тока.

Магнитофугальный механизм для электробура, выполненный в виде асинхронного двигателя с трехфазным развернутым на плоскость статором и бегуном с короткозамкнутой обмоткой, отличающийся тем, что статор выполнен из двух независимых друг от друга частей, снабженных последовательно соединенными с различным порядком следования фаз трехфазными обмотками, в то время как актичная часть бегуна имеет длину, равную суммарной длине указанных статоров с тем, чтобы при нижнем положении инструмента бура активная часть бегуна находилась лишь в расточке нижнего статора и, следовательно, рабочее усилие двигателя определялось бы лишь нижним статором.