EA025971B1 - Центратор - Google Patents

Abstract

В заявке описан центратор для фиксации втулки буровой штанги бурильной установки. Центратор содержит содержащий центрирующий зажим, который имеет корпус, в котором выполнено преимущественно цилиндрическое отверстие для установки втулки, и зажимной элемент, имеющий несущую поверхность, при этом зажимной элемент выполнен с возможностью перемещения относительно отверстия, в результате чего указанная несущая поверхность перемещается из положения по касательной к отверстию и упирается во втулку и тем самым фиксирует втулку в отверстии центрирующего зажима.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к центрирующему зажиму, используемому на бурильной установке, такой как забойная бурильная машина, применяемая при подземных горных работах.

Предпосылки создания изобретения

Подземная бурильная установка обычно имеет по меньшей мере одну стрелу-манипулятор, на которой установлен подающий рельс. На подающий рельс опирается бурильная установка и ее соответствующая буровая штанга.

Бурильная установка установлена на рельсе с возможностью перемещения по его длине. Когда бурильная установка находится в исходном положении сзади рельса, буровая штанга опирается спереди рельса на втулку, которую удерживает на месте центрирующий зажим.

Центрирующие зажимы обычно состоят из двух деталей, каждая из которых имеет полукруглую выемку, в которой может помещаться одна сторона втулки.

Обе детали могут быть сжаты с помощью гайки и болта, в результате чего втулка удерживается на месте между двумя деталями.

Этой конструкции присущи некоторые недостатки. Все усилие зажима действует посредством болта, что приводит к значительной концентрации напряжений вокруг болта. На удалении от оси болта усилия зажима значительно рассеиваются, что означает возможную предрасположенность втулки к перемещению или вибрации. Кроме того, вибрация во время применения способна приводить к ослаблению гайки, что усугубляет проблему. Перемещение втулки приводит к значительному увеличению скорости износа центрирующего зажима, а также к потере точности бурения.

Поскольку обе детали должны быть способны перемещаться относительно друг друга, только одна из них может быть закреплена на месте путем сварки. Это ограничивает устойчивость конструкции и может приводить к образованию трещин и отказу вследствие усталости.

Дополнительным недостатком известной конструкции является то, что втулка расположена на заданной высоте над рельсом, которая соответствует высоте бурильной установки. Если рельс изгибается, положение втулки невозможно скорректировать. Когда это происходит, центрирующий зажим необходимо отрезать и переустанавливать в новом положении. Это может приводить к значительному простою бурильной установки.

В настоящем изобретении предложен альтернативный способ зажима центрирующей втулки на месте.

Краткое изложение сущности изобретения

Согласно одной из особенностей настоящего изобретения предложен центрирующий зажим для фиксации втулки в бурильной установке, имеющий отверстие, в которое входит втулка, и зажимной элемент, имеющий несущую поверхность, при этом зажимной элемент способен перемещаться относительно отверстия для втулки, в результате чего несущая поверхность может перемещаться внутри отверстия для втулки и фиксировать втулку в отверстии. Зажимной элемент предпочтительно способен перемещаться в направлении, преимущественно перпендикулярном центральной оси втулки. Предпочтительно, чтобы зажимной элемент мог перемещаться механическими средствами. Зажимной элемент может иметь цилиндрическое отверстие с внутренней резьбой, в которое входит регулировочный болт с наружной резьбой, в результате чего поворот регулировочного болта вызывает перемещение зажимного элемента вдоль болта.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления зажим имеет корпус преимущественно с цилиндрическим отверстием, в которое входит втулка, при этом корпус имеет первую сторону напротив второй стороны, отверстие для зажимного элемента, выполненное изнутри первой стороны корпуса, и отверстие для регулировочного болта, выполненное изнутри второй стороны корпуса. Зажимной элемент предпочтительно является преимущественно призматическим. Несущая поверхность зажимного элемента может быть скошенной. При использовании этой конструкции несущая поверхность проходит преимущественно по касательной к втулке.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления втулка имеет преимущественно плоскую опорную поверхность, входящую в контакт с несущей поверхностью зажимного элемента.

Согласно второй особенности настоящего изобретения предложен центратор для фиксации втулки в бурильной установке, содержащий центрирующий зажим и соответствующую опорную конструкцию, при этом центрирующий зажим имеет отверстие, в которое входит втулка, и нижнюю часть, преимущественно перпендикулярную отверстию для втулки и прикрепленную к опорной конструкции, а высота нижней части может регулироваться относительно опорной конструкции.

Опорная конструкция предпочтительно содержит верхнюю плиту, на которой может быть закреплена нижняя часть зажима, и по меньшей мере одну распорную деталь, находящуюся между верхней плитой и нижней частью и задающую высоту втулки относительно опорной конструкции.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение будет описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления центрирующего зажима. Возможны другие варианты осуществления, и, следовательно, подробности дальнейшего описания не следует считать заменяющими собой применимость предыдущего описания изо- 1 025971 бретения.

На чертежах на фиг. 1 схематически показана забойная бурильная установка, в которой может применяться центрирующий зажим согласно настоящему изобретению, на фиг. 2 показан перспективный вид центратора согласно настоящему изобретению, на фиг. 3 показан увеличенный перспективный вид центрирующего зажима внутри проиллюстрированного на фиг. 2 центратора, на фиг. 4 показано поперечное сечение проиллюстрированного на фиг. 3 центрирующего зажима, на фиг. 5 показан вид сбоку с обратной стороны проиллюстрированного на фиг. 3 центрирующего зажима, на фиг. 6 показан перспективный вид с обратной стороны проиллюстрированного на фиг. 3 центрирующего зажима с удаленной втулкой и штифтом, на фиг. 7 показан перспективный вид зажимного элемента внутри проиллюстрированного на фиг. 2 центратора, на фиг. 8 показан перспективный вид втулки для применения в сочетании с проиллюстрированным на фиг. 2 центратором, на фиг. 9 показан перспективный вид второго варианта осуществления центрирующего зажима для применения в проиллюстрированном на фиг. 2 центраторе, и на фиг. 10 показан перспективный вид третьего варианта осуществления центрирующего зажима для применения в проиллюстрированном на фиг. 2 центраторе.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Рассмотрим чертежи, на которых на фиг. 1 показана забойная бурильная установка 10, применяемая при подземных горных работах. Бурильная установка 10 имеет стрелу-манипулятор 12, на которой установлен рельс 14. На рельсе 14 установлен бур 16 с возможностью перемещения по рельсу 14 под управлением оператора. От бурильной установки 16 отходит буровая штанга 18, параллельная рельсу. 14. На наружном конце рельса 14 находится центратор 20, удерживающий наружный конец буровой штанги 18.

На фиг. 2 показан центратор 20, имеющий опорную конструкцию 22 и центрирующий зажим 24. Опорная конструкция 22 содержит преимущественно прямоугольную верхнюю плиту 26 с отверстием для болта вблизи каждого из ее углов. Верхняя плита 26 имеет преимущественно плоскую верхнюю поверхность, преимущественно горизонтальную, когда центратор 20 и бурильная установка 10 находятся в положении, проиллюстрированном на фиг. 1.

Центрирующий зажим 24 содержит преимущественно прямоугольную нижнюю часть или основание 30, имеющее преимущественно плоскую нижнюю поверхность такого же размера, как и верхняя поверхность верхней плиты 26. В основании 30 имеются отверстия 28 для болтов, которые совмещены с отверстиями для болтов в верхней плите 26, когда основание 30 помещается на верхней плите 26. Болты (не показанные) могут входить в совмещенные отверстия и крепить центрирующий зажим 24 к опорной конструкции 22.

Центратор 20 содержит распорную деталь 32, находящуюся между верхней плитой 26 опорной конструкции 22 и основанием 30 центрирующего зажима 24.

Распорная деталь 32 является призматической, при этом ее концы имеют такой же размер и форму, как у плоских поверхностей верхней плиты 26 и основания 30. В ней имеются отверстия, совмещенные с отверстиями 28 для болтов в верхней плите 26 и основании 30.

Назначением распорной детали 32 является изменение высоты центрирующего зажима 24 относительно опорной конструкции 22. Предусмотрено, что может использоваться несколько распорных деталей 32 различной ширины с возможностью выбора соответствующей распорной детали или деталей 32, что предоставляет пользователю возможность выбирать желаемую высоту для центрирующего зажима 24.

Центрирующий зажим 24 лучше виден на фиг. 3-6.

Центрирующий зажим 24 имеет передний конец 34, задний конец 36, первую сторону 38 и вторую сторону 40. Их можно считать соответствующими четырем сторонам прямоугольного основания 30.

Центрирующий зажим 24 имеет корпус 42, который проходит вертикально вверх от основания 30 и примыкает к заднему концу 36. Корпус 42 является призматическим, а его концы и являются изогнутыми, при этом он имеет толщину, составляющую около половины ширины основания 30.

В корпусе 42 имеется цилиндрическое отверстие 44, в которое входит втулка 46, как показано на фиг. 8. Отверстие 44 для втулки проходит через задний конец 36 корпуса 42 до передней стороны 48, обращенной в сторону переднего конца 34 центрирующего зажима 24.

Зажим втулки 46 в отверстие 44 достигается за счет использования зажимного элемента 50. Зажимной элемент 50, который показан на фиг. 7, образован преимущественно призматическим элементом, имеющим восьмиугольные концы 52. Каждый из концов 52 имеет две вертикальные кромки 54, на которые приходится около 60% высоты концов; две горизонтальные кромки 56, длина которых составляет около трети длины вертикальных кромок 54; и четыре диагональные кромки 58, проходящие под углом 45° к вертикальным кромкам 54 и горизонтальным кромкам 56, при этом длина каждой из них составляет

- 2 025971 около половины длины вертикальных кромок 54. Зажимной элемент 50 имеет первый конец 62, второй конец 64, верхнюю стенку 66, расположенную между соответствующими верхними горизонтальными кромками 56 концов 52; нижнюю стенку, расположенную между соответствующими нижними горизонтальными кромками 56 концов 52; две боковые стенки 68, расположенные между соответствующими вертикальными кромками 54 концов 52; две верхние диагональные стенки 70, расположенные между соответствующими диагональными кромками 58 вблизи верхних горизонтальных кромок 56 концов 52; и две нижние диагональные стенки, расположенные между соответствующими диагональными кромками 58 вблизи нижних горизонтальных кромок 56 концов 52. Через центр зажимного элемента 50 от его первого конца 62 до его второго конца 64 проходит продольное отверстие 72 с внутренней резьбой. Зажимной элемент 50 имеет скошенную несущую поверхность 74, проходящую вдоль его верхней стенки 66 от его второго конца 64. Несущая поверхность 74 проходит на протяжении около 40% верхней стенки 66 под углом около 15° к верхней стенке 66. Несущая поверхность 74 обеспечивает сужение верхних диагональных стенок 70 в сторону второго конца 64.

В корпусе 42 центрирующего зажима 24 имеется отверстие 76 для зажимного элемента, которое проходит внутри корпуса 42 от первой стороны 38. Размер и форма отверстия 76 для зажимного элемента рассчитаны на свободную скользящую посадку в нем зажимного элемента 50, при этом отверстие 76 выполнено таким образом, что, когда первый конец 62 зажимного элемента 50 находится в целом заподлицо с первой стороной 38 корпуса 42, несущая поверхность 74 проходит преимущественно по касательной к отверстию 44 для втулки. Отверстие 76 для зажимного элемента образует проход 78 в отверстии 44 для втулки, как показано на фиг. 6.

В корпусе 42 центрирующего зажима 24 также имеется отверстие 80 для регулировочного болта, проходящее от второй стороны 40 корпуса 42 ниже отверстия 44 для втулки до отверстия 76 для зажимного элемента. Размер и ориентация отверстия 80 для регулировочного болта таковы, что, когда зажимной элемент 50 находится в отверстия 76 для зажимного элемента, отверстие для регулировочного болта 82 совмещено с продольным отверстием 72 с внутренней резьбой зажимного элемента 50.

Через вторую сторону 40 корпуса 42 может быть вставлен регулировочный болт 82 с наружной резьбой, который входит в продольное отверстие 72 с внутренней резьбой зажимного элемента 50.

Втулка 46 является, в целом, цилиндрической. Она имеет внутренний канал 84, в который входит буровая штанга 18. Внутренний канал 84 сужается на каждом конце втулки 46, образуя вводные участки для облегчения сборки.

Втулка 46 имеет ступенчатый наружный радиус, при этом участок 86 меньшего радиуса рассчитан на свободную посадку в отверстии 44 для втулки, а участок 88 большего радиуса находится снаружи отверстия 44 для втулки вплотную к заднему концу 36 корпуса 42.

Втулка 46 имеет плоскую несущую поверхность 90 на участке 86 меньшего радиуса. Плоская несущая поверхность 90 содержит участок наружной поверхности втулки 46, который является преимущественно плоским и параллельным центральной оси втулки 46.

В процессе применения опорную конструкцию 22 центратора 20 приваривают к стрелеманипулятору 12. Устанавливают бур 16 на рельсе 14. Затем привинчивают центрирующий зажим 24 к опорной конструкции 22 с использованием соответствующих распорных деталей 32, чтобы обеспечить согласование осей втулки 46 и бурильной установки 16.

Когда втулка 46 находится в отверстии 44 для втулки, она может поворачиваться, пока плоская несущая поверхность 90 не окажется вблизи прохода 78. В отверстие 76 с первой стороны 38 центрирующего зажима 24 может быть вставлен зажимной элемент 50, а в отверстие 80 для регулировочного болта со второй стороны 40 может быть вставлен регулировочный болт 82. После того, как регулировочный болт 82 входит в продольное отверстие 72 с внутренней резьбой зажимного элемента 50, поворот регулировочного болта 82 преобразуется в боковое перемещение зажимного элемента 50.

Регулировочный болт 82 поворачивают, чтобы вызвать перемещение зажимного элемента 50 внутрь корпуса 42 и несущей поверхности 74 в отверстие 44 для втулки. Несущая поверхность 74 прижимается к плоской несущей поверхность 90 втулки 46, зажимая втулку 46 в отверстии 44 для втулки. Это действие аналогично расклинивающему действию и позволяет плотно зажимать втулку 46 на месте, несмотря на различия в обработки поверхности и т.п. Если происходит незначительно ослабление, зажимной элемент 50 можно легко затянуть повторно. В корпусе 42 имеется отверстие 92 для доступа, проходящее от переднего конца 34 до заднего конца 36 через основание отверстия 76 для зажимного элемента. Отверстие для доступа предусмотрено на случай, если в отверстии 76 застрянут осколки или мелкие частицы, их можно будет легко удалить.

Следует учесть, что форма центрирующего зажима 24 может регулироваться в пределах объема настоящего изобретения в расчете на конкретные бурильные установки 10. На фиг. 9 и 10 показаны два таких центрирующих зажима 24, при этом одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.

Модификации и изменения, которые могут быть предложены специалистами в данной области техники, считаются входящими в объем настоящего изобретения.

Claims (7)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Центратор (20) для фиксации втулки (46) буровой штанги (18) бурильной установки (10), содержащий центрирующий зажим (24), который имеет корпус (42), в котором выполнено преимущественно цилиндрическое отверстие (44) для установки втулки (46), и зажимной элемент (50), имеющий несущую поверхность (74), при этом зажимной элемент (50) выполнен с возможностью перемещения относительно отверстия (44), в результате чего указанная несущая поверхность (74) перемещается из положения по касательной к отверстию (44) и упирается во втулку (46) и тем самым фиксирует втулку (46) в отверстии (44) центрирующего зажима (24), при этом зажимной элемент (50) имеет цилиндрическое отверстие (72) с внутренней резьбой, в которое входит регулировочный болт (82) с наружной резьбой, при повороте которого происходит перемещение зажимного элемента (50) вдоль болта (82), при этом указанный корпус (42) также имеет первую сторону (38) и противоположно расположенную вторую сторону (40), отверстие (76), которое проходит внутри корпуса (42) от первой стороны (38) корпуса (42) и которое открыто в отверстие (44), отверстие (80)), проходящее от второй стороны (40) корпуса (42) до отверстия (76), и в котором также установлен регулировочный болт (82), а зажимной элемент (50) установлен в отверстии (76) корпуса (42).
2. 2. Центратор (20) по п.1, в котором зажимной элемент (50) выполнен с возможностью перемещения в направлении, преимущественно перпендикулярном центральной оси фиксирумой втулки.
3. 3. Центратор (20) по пп.1, 2, в котором цилиндрическое отверстие (72) выполнено в продольном направлении зажимного элемента (50).
4. 4. Центратор по пп.1-3, в котором зажимной элемент (50) является призматическим.
5. 5. Центратор по пп.1-4, в котором несущая поверхность (74) является скошенной.
6. 6. Центратор по пп.1-5, который предназначен для фиксации втулки (46) с плоской опорной поверхностью (90), входящей в контакт с несущей поверхностью (74) зажимного элемента (50).
7. 7. Центратор по пп.1-6, в котором несущая поверхность (74) зажимного элемента (50) проходит по касательной к фиксируемой втулке (46).