Бурильная установка Советский патент 1980 года по МПК E21B45/00 

(54) (54) БУРИЛЬНАЯ УСТАНОВКА

1

Изобретение относится к горной промышленности;

Известны буровые установки для проходки скважин во всех типах пород, j реализующее ударный и вращательный способы механического разрушения горных пород l.

Известна бурильная установка для образования скважин, преимущественно |0 в мерзлых грунтах, ударным и вращательным способом, содержащая коммутирующее устройство, винтовой исполнительный механизм, состоящий из винта, соединенного через штангу с буровым инструментом,- а через шлицевую втулку-маховик и передачу - с синхронным приводным двигателем, и гайки , установленной в подшипниках и соединенной с тормозным устройстве 2

Известная установка включает в себя два самостоятельных буровых устройства, что усложняет ее конструкцию и рнижает производительность бурения.25

Цель изобретения - повышение производительности бурения и упрощение конструкции бурильной установки.

Это достигается тем, что уставов- ка снабжена соединенным через пере- 30

дачу с гайкой дополнительным асинхронным двигателем, статорные обмотки которого соединены посредством коммутирующего устройства со статорными обмотками асинхронного приводного двигателя в режиме вращательного бурения пара.плельно или в последовательный треугольник, а в режиме ударного бурения - в последовательную звезду.

На фиг, 1 приведена кинематическая схема установки; на фиг. 2 - электрическая схема соединения приводных двигателей с диагрс1ммой замыкания контактов коммутатора.

Бурильная установка состоит из самоходной платформы 1, на которой установлена поворотная станина 2 с подвижной траверсой 3. На траверсе 3 с возможностью поворота вокруг поперечной оси и перемещения вдсшь продольной оси закреплены стрела 4, редукторы 5 и 6, тормозное устройство 7, двигатели 8 и 9. На стреле 4 в не-подвижной 10 и подвижной 11 опорах установлен винт 12, к которому крепится инструмент 13. Винт 12 через шлицевую втулку-маховик 14 и редуктор 5 соединен с двигателем 8 и проходит

через закрепленную в подшипниках гайк 15, которая через редуктор 6, имеющий две ступени выходной скорости, связана с тормозным устройством 7 и двигателем 9. На стреле 4 установлен подвижный пружинный амортизатор 16. ДЛЯ включения двигателей 8 и 9 между совой и к питающей сети служит коммутатор с контактами . Двигатели 8 и 9 одинаковые по паспортным параметрам.

Бурильная установка работает следующим образом.

Стрела 4 из транспортного положеН1 я устанавливается в рабочее положЦние под углом, необходимым для бурения в заданном направлении. Так как 4 имеет шесть степеней свободы, то направление бурения может быть любым. Если буримая порода мягкёя, то забуривание и дальнейшее бурение ведутся в режиме вращательного б рения. Для этого устройством 7 затс рмаживается гайка, замыкаются конт4кты К -К и к, -K2-K-.J. Двигатель включается в сеть и начинает вращать винт 12, который вследствие неподвижности гайки 15 перемещается поступ тельно с постоянной скоростью, про.изводя инструментом 13 забуривание и дальнейшее бурение скважины. Если 1 репс1сть породы увеличится, то это приведет к увеличению осевого усилия и увеличению реактивного момента на гайке 15 (резьба винтовой пары не самотормозящая),При этом может оказатся, что тормозной момент от устройства 7 недостаточный для удержания гайки 15 и она начнет проворачиваться. В этом случае двигатели подключаются к сети параллельно, для чего замыкаю контакты ,, тормозное устройство 7 отключается, редуктор 6 переключается в положение, когда угловая скорость на его выходе меньше, чем на выходе редуктора 5. Тогда при увеличении реактивного момента на гайке от осевого усилия на винте двигатель 9 может переходить в генераторный режим, т. е. может вып.олнять функцию тормозного устройства, возвращающего энергию в сеть. При этом будет иметь место саморегулирование удельной подачи инструмента на забой в зависимости от крепости буримой породы в пределах рабочих скольжений двигателей.

В случае, когда физико-механические своЯства буримых пород и состояние скважины и инструмента изменяются так, что резко увеличится сопротивление вращению винта, двигатели 8 и 9 включаются по схеме последователнЬ1й треугольник, для чего замыкают.ся контакты К,к;,К,,, K,.J.IS-V-i4 i5Ца последовательно включенные фазы сТаторных обмоток подается линейное напряжение. Двигатели работают в режиме электрического дифференциала.

а бурильная установка работает .в режиме саморегулирования подачи с отводом инструмента от забоя в случае повышения момента сопротивления на инструменте выше допустимого.

Если встретится порода, бурение которой вращательным способом малопроизводительно, привод буровой установки переводится в режим ударного бурения. Для этого двигатели 8 и 9 соединяются в последовательную звезду замыканием контактов и К. Д Устройством 7 фиксируется гайка 15. Редуктор 6 переключается на ступень большей выходной скорости. Замыканием контактов К К К-Подается напряжение на двигатели 8 и 9, которое распределяется меж.ду фазами двигателей пропорционально их полным сопротивлениям. Так как двигатели имеют одинаковые паспортные данные, то напряжения на их фазах практически равны половине номинального. Осуществляется запуск ненагруженного двигателя 8 в режиме реакторного пуска с пониженными в два раза пусковым током и в четыре раза пусковым моментом. Двигатель 9 остается неподвижным, так как он заторможен устройством 7. По мере запуска двигателя 8 уменьшается его скольжение и увеличивается полное сопротивление. Это приводит к увеличению напряжения и момента на двигателе 8 и уменьшению напряжения и момента на двигателе 9. В соответствии с величиной разност угловых скоростей винта и гайки, а также с направлением вращения двигателей и направлением нарезки резьбы винт движется поступательно по направлению к забою.

По достижении инструментом буримой породы сопротивление.поступательному перемещению винга резко возрастает, что приводит к его стопорению вследствие удара инструмента о породу Из-за резкого увеличения осевого усилия возрастает реактивный момент н гайке и по достижении заданного значения момента устройство 7 отключается, а двигатель.9 нач:нет интенсивный разгон под действием момента от осевого усилия собственного возрастающего вращающего момента. Кроме того, ускоренному запуску этого двигателя способствует тот факт, что инерционность масс, связанных с двигателем 8 больше инерционности масс, связанных с двигателем 9. По мере разгона двигателя 9 происходит отвод инструмента от забояfэтому способствует то, что редуктор 6 имеет меньшее передаточное число по сравнению с редуктором 5). Еще до окончания полног разгона .двигателя 9 начнется запуск двигателя 8, так как при отводе инструмента от забоя двигатель 8 так.же становится малонагруженным. Кроме того, при отходе инструмента на заданнбе расстояние подвижная опора 11 на чинает сжимать пружину 16, что нагружает двигатель 9 и облегчает запуск двигателя 8. После того как скорости винта и гайки сравняются, отвод инструмента прекратится. Пружина 16 разжимает ся и поступательно перемещает винт в сторону забоя. Передаточные числа редукторов подобраны таким образом, что при равенстве скоростей винта и гайки число оборотов двигателя 9 меньше, чем у двигателя 8. Это значит, что двигатель 8 имеет меньшее скольжение, большее полное внутренн сопротивление соответственно большее напряжение на фазах обмотки статора и больший момент на валу по сравнению с двигателем 9. Поэтому двигатель 8 интенсивно разгоняется, а двигатель 9 затормаживает и включающееся после полного разжатия пружины 16 тормозное устройство 7 тормозит, его до згщанного значения угловой скорости. Двигатель 8 выходи на заданный режим и цикл повторяется Таким образом, конструкция машины упрсяцается, так как для вращательног движения инструмента и возвратнопоступательного движения инструмента используются один и тот же винтовой податчик и один и тот же привод, изменение режимов бурения осуществля ется простым переключением обмоток приводных двигателей, что при исполь зовании универсального инструмента и устройств автоматики может быть ос ществлено без прекращения бурения. Возможность реализовать одной машиной различные способы бурения без сложной перенастройки повышает производительность бурения скважин. Формула изобретения Бурильная установка, содержащая коммутирующее устройство, винтовой исполнительный механизм, состоящий из винта, соединенного через штангу с буровым инструментом, а через шлицевую втулку-маховик и передачу с асинхронным приводным двигателем, и гайки, установленной в подшипниках и соединенной с тормозным устройством, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности бурения и упрощения конструкции, она снабжена дополнительным асинхронным двигателем, статорные обмотки которого соединены посредством коммутирующего устройства со статорными обмотками асинхронного приводного двигателя в режиме вращательного бурения параллельно или в последовательный треугольник, а в режиме ударного бурения - в последовательную звезду. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3407888, кл. 175-173, опублик. 1968. 2.Авторское свидетельство СССР № 160482, кл. Е 21 В 45/00, 1962. (прототип).

( «., / .:.(: -V/. /

/и .;

, ;;

. /. у (-

; л.;

y, в сЛВС

it L tu

рввинвния

схма

XX

X