Предлагаемое изобретение касается буровых устройств для вращательного бурения, в которых применяется дифференциальная передача, и имеет целью улучшение производительности и уменьшение напряжений в буровом устройстве, путем автоматического регулирования усилий, прилагаемых к стержню сверла.
С этой целью, вращающий момент передается от главного вала к стержню сверла или посредством вращательного стола, или с помощью канатной передачи, удерживающей буровой инструмент с определенным нажатием на забой скважины. Одновременное применение обеих передач позволяет придать буровому инструменту желаемое вращательное и поступательное движение.
На чертеже фиг. 1 изображает боковой вид предлагаемого устройства для бурения; фиг. 2 - схематический план приспособления для передачи энергии; фиг. 3 - детальный разрез дифференциала, показанного на фиг. 2.
В верхней части вышки 12, установленной на основании 10, имеется головной блок 11, поддерживающий разные тросы или канаты полиспаста. Подвижной блок полиспаста 13 соединен, при помощи тросов 14, перекинутых через головной блок 11, с барабаном 32, который, вместе с управляющим им механизмом, обычно носит название подъемного приспособления. Кроме того, блок 13 соединен помощью вертлюга 9 со стержнем 24, входящим в буровую скважину и поддерживающим укрепленный к его нижнему концу буровой инструмент. Таким образом стержень 24 получает, посредством барабана 32, продольное перемещение, одновременно с движением от вращательного стола 22.
Буровое устройство получает энергию от главного вала 15, соединенного надлежащим образом с каким-нибудь первоисточником энергии 15′, например, паровою машиною, двигателем внутреннего горения, электрическим двигателем и т.д. Соединение вращательного стола 22 с валом 15 двигателя производится с помощью дифференциальной передачи 8 (фиг. 2), заключенной в коробке 19 (фиг. 3) и соединенной с валами 17 и 18. Вал 17 снабжен на свободном конце червяком 20, сцепленным с винтовым колесом 21, которое соединено с вращательным столом 22. Вал 18 оканчивается в сцепной коробке 25 и соединен с валом 26 передаточного механизма, при помощи сцепной муфты 27, расположенной в коробке и приводимой в действие снаружи коробки, при помощи рычага 28. Посредством последнего можно производить также разобщение сцепной муфты 27 с валом 26 и одновременно с с этим надевать затвор 27а на вал 18, с целью удержания его от вращательного движения, что необходимо для производства некоторых вспомогательных операций при буровых работах. Вал 26 входит в коробку скоростей 29, заключающую в себе селективную передачу с переменою скоростей, приводимую в действие рукояткою 30 и дающую возможность менять передаточное число между валами 26 и 36. Последний служит для вращения барабана 32, посредством червячной передачи 33 реверсивного типа, допускающей передачу движения от барабана 32 на вал 36 и обратно. Между червячною передачею и барабаном 32 располагается сцепная муфта 33а, которая приводится в действие рукояткою 34а и назначение которой описано ниже.
Валы 17 и 18 снабжены соответственными фрикционными тормозами 100 и 101, при чем тормоз 100 соединен непосредственно с валом 17, между тем как тормоз 101 сидит на валу 36, находящемся в соединении с валом 18. Можно, однако, располагать этот тормоз и непосредственно на оси 18 или на оси 26,
На фиг. 3 изображена в разрезе дифференциальная передача 8. Валы 17 и 18 сидят в подшипниках 37, 38, поддерживаемых коробкою 19. Коробка 39 поддерживает центральную колодку 40 и сидит в подшипниках 42, укрепленных к коробке 19. Противолежащие концы коробки 39 утонены и снабжены сцепными поверхностями 43 и 44. На цапфах 47 и 48 сидит пара конических зубчаток 45, 46, сцепляющихся с шестернями 41. Коробка 39 приводится во вращение вместе с колодкою 40, при помощи зубчатки 49, которая, в свою очередь, приводится во вращение (не показанною на чертеже) шестернею, сидящею на внутреннем конце главного вала 15. Цапфы 47 и 48 прилегают соответственно к валам 17 и 18, соединяясь с ними или закрепляясь в коробке при помощи двух сцепных муфт 51 и 52. Это достигается сцеплением муфт 51, 52 либо с соответствующими сцепными поверхностями коробки, либо с частями сцепных муфт 53, 54, сидящими на внутренних концах валов 17 и 18. Из коробки 19 выступают рычаги 55, 56, для ручного управления соответствующими сцепными муфтами 51 и 52.
В буровом устройстве необходимо иметь приспособление, допускающее производство некоторых вспомогательных операций (например, введение стержня сверла в колодец или извлечение его оттуда). Для этого применяется вал 57 (фиг. 2), сидящий в подшипниках 58 и 59, укрепленных к вышке над подъемным приспособлением. Вал 57 снабжен на свободных концах барабанами 60 и 61, в виде блоков, с вогнутой боковою поверхностью, приводимых во вращение посредством конической зубчатки 62 от вертикального вала 63, который, в свою очередь, приводится во вращение валом 64, посредством конической шестерни 65. Вал 64 сидит в подшипниках 66, при чем показанное устройство располагается под полом вышки так, что не мешает работе. Вал 64 приводится во вращение главным валом 15, посредством конической шестерни и вертикального вала 67, снабженного не показанной на чертеже сцепной муфтой, управляемой при помощи рычага 69, действием которого вал 67 можно соединять и разобщать с валом 15. По другую сторону соединения вала 64 с главным валом, на последнем располагается сцепная муфта 16, которая может быть разобщена с остальною частью устройства.
Если нужно поднять стержень сверла без вращения, расходуя на это всю энергию двигателя 151, рычаг 55 передвигают, для разобщения части 51 сцепной муфты со сцепным приспособлением 53 на валу 17 и для сцепления ее с сцепляющею поверхностью 43 на коробке 39, чем достигается сцепление цапфы 47 с коробкою и вращение ее с последнею. При этих условиях, можно, насколько нужно, переместить передаточный механизм с целью сообщения барабану желаемого отношения усилий, при котором можно поднять буровое сверло из колодца. Подобным же действием рычага 56 можно всю силу двигателя приложить к валу 17 для исключительного вращения стержня сверла; при таких условиях, подъемным механизмом можно управлять вручную или регулировать от руки давление на сверло, при чем опускание стержня сверла производится, в таком случае, при содействии тормоза. Расположенная между червячной передачей 33 и барабаном 32 подъемного механизма, сцепная муфта 33а может служить для разгрузки этого механизма, например, с целью опускания блока 13 без буровой трубы или с весьма незначительною нагрузкою. Затвор 27а, управляемый рукояткой 28, позволяет удерживать от вращения вал 18 с тем, чтобы вращающийся стол можно было приводить в движение от двигателя при нормальной скорости, и с утилизациею всей энергии такового. Это является добавочным управлением к тому, которое производится сцепной муфтой, соединенной с рычагом 55, и допускающей вращение стола, при одинаковых условиях, лишь с половинной скоростью.
В начальных стадиях бурения, общий вес короткого стержня сверла является недостаточным для получения на валу 18 достаточного усилия, способного поддерживать вращающий момент на валу 17. Применением добавочного трения во фрикционном тормозе 101, можно получить добавочное трение оси 18 и, следовательно, передавать через ось 17 желаемый вращающий момент. При позднейших стадиях бурения, когда стержень сверла получает чрезмерно большой вес, вращающая же нагрузка, вследствие малого диаметра сверла, становится незначительной, применение фрикционного тормоза 100 дает возможность производить на ось 17 добавочное сопротивление, компенсирующее приложенное к оси 18 и обусловливаемое весом стержня сверла усилие и допускающее приложение к оси 18 усилия, достаточного для подъема сверла, без приложения растягивающих усилий к его стержню.
Буровое устройство для вращательного бурения скважин, отличающееся применением коробки скоростей 29 и дифференциальной передачи 8, имеющих целью передавать вращательный момент от главного вала 15, через посредство валов 17, 18, 26 и 36, или вращательному столу 22 и штангам или барабану 32 с навитым на нем канатом, удерживающим буровой инструмент с определенным нажатием на забой скважины, регулируемым тормозами 100 и 101 (фиг. 2, 3).
