RU2166060C1

RU2166060C1 - Gear for thermal power drilling

Info

Publication number: RU2166060C1
Application number: RU99121150A
Authority: RU
Inventors: Н.С. Кобелев; Г.В. Викторов; В.Н. Кобелев
Original assignee: Курский государственный технический университет
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2001-04-27

Abstract

FIELD: mining industry, equipment of drilling and expanding boreholes in hard rocks. SUBSTANCE: helical grooves in the form of dovetail are made in internal surface of narrowing nozzle in filter of gear and circular groove is located after inlet hole of narrowing nozzle. Slime collector is connected to lower part of circular groove. EFFECT: reduced energy consumption for generation of compressed air in process of thermal power drilling. 3 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для бурения и расширения скважин в крепких породах. The invention relates to the mining industry, in particular to devices for drilling and expansion of wells in hard rocks.

Известно устройство для совмещенного механического бурения и термического расширения скважин (Великий М.И. и др. Техника бурения скважин комбинированными способами. М.: Недра, 1977 г., с. 35-41), включающее компрессор с всасывающим фильтром, водяной бак с топливом, буровой став с породоразрушающими элементами и огнеструйной горелкой, соединенной с магистралями подачи воздуха, воды и топлива. A device is known for combined mechanical drilling and thermal expansion of wells (Great M.I. et al. Technique for drilling wells using combined methods. M .: Nedra, 1977, p. 35-41), including a compressor with an intake filter, a water tank with fuel, a drilling rig with rock cutting elements and a fire-jet burner connected to the air, water and fuel supply lines.

Недостатком этого устройства является высокая энергоемкость процесса бурения, обусловленная низким качеством сжатого воздуха, поступающего к огненной горелке. The disadvantage of this device is the high energy intensity of the drilling process, due to the low quality of the compressed air entering the fire burner.

Известно устройство для термомеханического бурения скважин (см. патент РФ 2131014, МКИ E 21 B 7/14, Бюл. N 15, 1999), включающее буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды и воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательным патрубком компрессора и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром с днищем конической формы и суживающимся соплом, конденсатоотводчиком-поплавком, разделяющим внутреннюю полость корпуса на камеры, сообщающиеся, соответственно, со всасывающими патрубком компрессора и суживающимся соплом, при этом на внутренней поверхности суживающегося сопла выполнены винтообразные канавки, продольно расположенные от входного к выходному отверстиям и кольцевая канавка. A device for thermomechanical drilling of wells is known (see RF patent 2131014, MKI E 21 B 7/14, Bull. N 15, 1999), including a drilling body in the form of a drill stand, at the end of which rock-cutting elements and a fire burner with fuel supply lines are installed , water and air, the latter through the heat exchanger and adsorber is in communication with the compressor discharge pipe and the compressor with a filter with a conical bottom located at the inlet of its suction pipe and a tapering nozzle, a steam trap-separator separating the nnyuyu body cavity into chambers communicating respectively with the suction pipe of the compressor and a tapered nozzle, wherein the inner surface of a tapered nozzle formed helical grooves longitudinally extending from the inlet to the outlet openings and the annular groove.

Недостатком данного устройства является энергоемкость процесса бурения и продувки скважин в сложных погодно-климатических и эксплуатационных условиях, обусловленных необходимостью сброса части всасываемого воздуха в виде горячего потока в атмосферу с загрязнениями, без поступления его через воздушный фильтр в компрессор, при этом для движения атмосферного воздуха в качестве всасываемого по суживающемуся соплу с последующей закруткой затрачивается энергия, потребляемая двигателем компрессора, т.е. наблюдаются дополнительные энергозатраты процесса бурения и продувки скважин. The disadvantage of this device is the energy consumption of the process of drilling and blowing wells in difficult weather, climate and operating conditions, due to the need to discharge part of the intake air in the form of a hot stream into the atmosphere with pollution, without entering it through the air filter into the compressor, while for the movement of atmospheric air into the energy absorbed by the compressor engine is consumed as suction through a tapering nozzle with subsequent swirling additional energy costs of the drilling and purging wells are observed.

В основу изобретения поставлена задача снижение энергоемкости процесса бурения путем уменьшения энергозатрат на производство сжатого воздуха, потребляемого в качестве окислителя в огненной горелке бурового става и основного элемента при продувке скважин, что достигается при очистке всасываемого воздуха в воздушном фильтре компрессора, без последующих затрат части его на удаление загрязнений в виде твердых и капелеобразных частиц. The basis of the invention is the task of reducing the energy intensity of the drilling process by reducing the energy consumption for the production of compressed air consumed as an oxidizing agent in a fire burner of a drill head and a main element when blowing wells, which is achieved by cleaning the intake air in the compressor air filter, without the subsequent cost of part of it removal of contaminants in the form of solid and droplet-like particles.

Технический результат изобретения обеспечивает уменьшение энергозатрат при производстве сжатого воздуха в процессе термомеханического бурения и продувки скважин за счет поступления всей массы всасываемого в компрессор воздуха с высокими качественными параметрами по очистке, достигаемыми дополнительным удалением твердых и капелеобразных частиц без затрат на продувку части всасываемого воздуха, а лишь посредством перемещения в полости в виде "ласточкина хвоста" винтообразных канавок с последующей транспортировкой в сборник загрязнений, соединенный с кольцевой канавкой, расположенной за входным отверстием суживающегося сопла. The technical result of the invention provides a reduction in energy consumption in the production of compressed air during thermomechanical drilling and purging of wells due to the intake of the entire mass of air sucked into the compressor with high quality cleaning parameters, achieved by the additional removal of solid and droplet-like particles without purging part of the intake air, but only by moving in the form of a "dovetail" helical grooves with subsequent transportation to the collection of contaminants eny connected to an annular groove located over a tapered inlet nozzle.

На фиг. 1 изображено устройство термомеханического бурения (общий вид); на фиг. 2 - развертка суживающегося сопла воздушного фильтра компрессора, на фиг. 3 - профиль винтообразной канавки в виде "ласточкина хвоста". In FIG. 1 shows a thermomechanical drilling device (general view); in FIG. 2 is a scan of a tapering nozzle of a compressor air filter; FIG. 3 is a dovetail profile of a helical groove.

Устройство включает буровой орган в виде бурового става 1, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка 2, к которой присоединены: магистраль 3 подачи воды, магистраль 4 подачи топлива, магистраль 5 подачи воздуха через теплообменник 6, находящийся в баке 7, и адсорбер 8, по нагнетательному патрубку 9 от компрессора 10, связанного посредством всасывающего патрубка 11 с фильтром 12, размещенного на компрессоре 10, и соответствующего ему корпуса 13 с днищем конической формы и суживающимся соплом 14, отражателя 15, прикрепленного к корпусу 13, конденсатоотводчика-поплавка 16, внутренних камер 17 и 18, сообщающихся, соответственно, со всасывающим патрубком 11 и суживающимся соплом 14, на внутренней поверхности которого выполнены продольно расположенные от входного 19 до выходного 20 отверстия винтообразные канавки 21 в виде "ласточкина хвоста", при этом за входным отверстием 19 выполнена кольцевая канавка 22, в нижней части которой укреплен сборник загрязнений 23. The device includes a drilling body in the form of a drill stand 1, at the end of which rock-cutting elements and a fire-jet burner 2 are installed, to which are connected: a water supply line 3, a fuel supply line 4, an air supply line 5 through a heat exchanger 6 located in the tank 7, and an adsorber 8, along the discharge pipe 9 from the compressor 10, connected by means of a suction pipe 11 with a filter 12, located on the compressor 10, and its corresponding body 13 with a conical bottom and a tapering nozzle 14, a reflector 15, prik replicated to the housing 13, the steam trap 16, the inner chambers 17 and 18, respectively, communicating with the suction pipe 11 and the tapering nozzle 14, on the inner surface of which there are helical grooves 21 longitudinally arranged from the inlet 19 to the outlet 20 in the form of a “dovetkin” tail ", while behind the inlet 19 is made an annular groove 22, in the lower part of which is attached a collection of contaminants 23.

Устройство работает следующим образом. При термомеханическом разрушении горных пород и в процессе удаления выбуренной массы наблюдается интенсивное загрязнение атмосферного воздуха технологическими загрязнениями в виде твердых частиц и капелеобразной влаги. В результате, даже при усовершенствованной очистке от мелкодисперсных загрязнений над установкой пылепарогазоподавления на выходе из вытяжных труб постоянно находится значительная масса парогазовой смеси, насыщенная твердыми частицами, которая в процессе работы компрессора 10 при производстве сжатого воздуха смещается в сторону всасывающего фильтра 12. The device operates as follows. During thermomechanical destruction of rocks and in the process of removing cuttings, intense atmospheric air pollution with technological pollution in the form of solid particles and droplet-like moisture is observed. As a result, even with improved cleaning of fine contaminants above the dust and gas suppression unit, a significant mass of vapor-gas mixture saturated with solid particles is constantly located at the outlet of the exhaust pipes, which during the operation of compressor 10 during the production of compressed air shifts toward the suction filter 12.

Суживающееся сопло 14, работая по принципу воронки для полусферы окружающего атмосферного воздуха с пылепарогазовой смесью, всасывает данную массу. В результате уменьшения проходного сечения суживающегося сопла 14, возрастания скорости всасываемого воздуха и перемещения его периферийных слоев по винтообразным канавкам 21, движущийся поток закручивается, и твердые частицы с капелеобразной влагой под действием центробежных сил оттесняются к внутренней поверхности суживающегося сопла 14 и попадают в полости, начинающиеся от входного отверстия 19 винтообразных канавок 21. Выполнение винтообразных канавок 21 в виде "ласточкина хвоста" гарантирует надежное задержание поступающих загрязнений, которые по мере накопления в полостях сталкиваются с другими частицами (твердыми и капелеобразными), укрупняются с становятся "ядрами конденсации" водяного пара. Закручивание в винтообразных канавках 21 более плотного потока пограничного слоя интенсифицирует завихрение всасываемого воздуха, что в конечном итоге обеспечивает улучшение качества его очистки. По мере накопления в полостях винтообразных канавок 21, выполненных в виде "ласточника хвоста", загрязнения начинают перемещаться в сторону кольцевой канавки 22 и далее к сборнику загрязнений 23, из которого по мере наполнения удаляются вручную или автоматически. Надежность перемещения загрязнений по винтообразным канавкам 21 гарантируется постоянным вибрационным воздействием на корпус воздушного фильтра, т.к. известно, что в процессе термомеханического бурения и продувки скважин наблюдаются продольные и поперечные вибрации корпуса бурового става и, соответственно, элементов пневмосети в диапазоне от 1 до 30 Гц/см (см. например, Кутузов Б.И. Теория, техника и технология буровых работ - М.: Недра, 1982 - 312 с.). В результате совместного действия сил тяжести и вибрации на суживающееся сопло с корпусом воздушного фильтра, загрязнения в полостях в виде "ласточника хвоста" постоянно перемещаются к сборнику загрязнений 23, исключая образование "пробок" в винтообразных канавках 22. The tapering nozzle 14, working on the principle of a funnel for the hemisphere of ambient air with a dust-gas mixture, sucks this mass. As a result of a decrease in the orifice of the tapering nozzle 14, an increase in the velocity of the intake air and the movement of its peripheral layers along the helical grooves 21, the moving flow swirls, and solid particles with droplet-like moisture are pushed to the inner surface of the tapering nozzle 14 and enter the cavities starting from the inlet 19 of the helical grooves 21. The execution of the helical grooves 21 in the form of a "dovetail" ensures reliable retention of incoming pollution which, as they accumulate in the cavities, collide with other particles (solid and droplet-like), become larger and become “nuclei of condensation” of water vapor. Twisting in the screw-shaped grooves 21 of a denser flow of the boundary layer intensifies the swirl of the intake air, which ultimately provides an improvement in the quality of its cleaning. As they accumulate in the cavities of the helical grooves 21, made in the form of a “dovetail”, the contaminants begin to move towards the annular groove 22 and further to the contaminant collector 23, from which they are removed manually or automatically as they fill. The reliability of the movement of contaminants along the helical grooves 21 is guaranteed by constant vibration exposure to the air filter housing, since it is known that in the process of thermomechanical drilling and purging of wells, longitudinal and transverse vibrations of the body of the drill string and, accordingly, elements of the pneumatic network in the range from 1 to 30 Hz / cm are observed (see, for example, Kutuzov B.I. Theory, drilling technique and technology - M .: Nedra, 1982 - 312 p.). As a result of the combined action of gravity and vibration on the tapering nozzle with the air filter housing, contaminants in the cavities in the form of a “tail swallow” constantly move to the contaminant collector 23, excluding the formation of “plugs” in the helical grooves 22.

На выходе из отверстия 20 суживающегося сопла 14 вращающийся охлажденный всасываемый воздух во внутренней камере 17 внезапно расширяется, дополнительно снижая свою температуру на 3-5 градусов и ударяется об отражатель 15. Вследствие этого, не поступившие в полости винтообразных канавок 21 загрязнения падают в днище 13 конической формы, где накапливаются до определенного уровня, после чего выбрасываются через конденсатоотводчик-поплавок 16. При дальнейшем движении охлажденный всасываемый воздух огибает отражатель 15 и поступает в камеру 18, сообщенную со всасывающим патрубком 11 и далее в компрессор 10. Откуда после сжатия по нагнетательному патрубку 9 через теплообменник 6, находящийся в баке 7, и адсорбер 8 по магистрали 5 бурового става 1 поступает к огненной горелке 2, обеспечивая, наряду с поступающими туда же топливом по магистрали 4 и водой по магистрали 3, процесс термического разрушения и удаления горных пород. At the outlet from the opening 20 of the tapering nozzle 14, the rotating cooled intake air in the inner chamber 17 suddenly expands, further reducing its temperature by 3-5 degrees and hits the reflector 15. As a result, the dirt that does not enter the cavity of the helical grooves 21 falls into the bottom 13 of the conical forms where they accumulate to a certain level, after which they are thrown out through the steam trap-float 16. With further movement, the cooled intake air goes around the reflector 15 and enters the chamber 18, connected with the suction pipe 11 and then to the compressor 10. From where after compression along the discharge pipe 9 through the heat exchanger 6 located in the tank 7, and the adsorber 8 through the pipe 5 of the drill stand 1 enters the fire burner 2, providing, along with the fuel coming in there on line 4 and water on line 3, the process of thermal destruction and removal of rocks.

Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в повышении эксплуатационной и технологической надежности процесса термодинамического бурения и расширения скважин, обеспечиваемой более эффективной очисткой всасываемого атмосферного воздуха от твердых и капелеобразных частиц путем их сбора посредством полостей винтообразных канавок в виде "ласточкина хвоста" с последующим удалением через сборник загрязнений. В результате возрастает надежность работы элементов термомеханического станка: огнеструйной горелки, воздушного фильтра и компрессора в целом, что достигается устранением дополнительного влияния процесса истирания (витающих в зоне суживающегося сопла и движущих с потоком атмосферного и сжатого воздуха), твердыми частицами трущихся поверхностей данных пневмоэнергопотребителей. The originality of the invention consists in increasing the operational and technological reliability of the process of thermodynamic drilling and expansion of wells, which provides more efficient cleaning of the intake air from solid and droplet-like particles by collecting them through the cavities of helical grooves in the form of a "dovetail" with subsequent removal through the collection of contaminants. As a result, the reliability of the operation of the elements of the thermomechanical machine increases: a fire-jet burner, an air filter, and the compressor as a whole, which is achieved by eliminating the additional influence of the abrasion process (floating in the zone of the converging nozzle and moving with the flow of atmospheric and compressed air), solid particles of rubbing surfaces of these pneumatic energy consumers.

Claims

A device for thermomechanical drilling, including a drilling body in the form of a drill stand, at the end of which rock-cutting elements and a fire-jet burner with fuel, water, air supply lines are installed, the latter is connected through the heat exchanger and adsorber to the compressor discharge pipe and the compressor with the suction pipe located at the inlet filter, in the form of a body with a conical bottom and a tapering nozzle, a steam trap-float and a reflector separating the internal cavity of the body on the chamber s, communicating, respectively, with the suction port of the compressor and the tapering nozzle, while on the inner surface of the tapering nozzle there are helical grooves longitudinally spaced from the inlet to the outlet and an annular groove, characterized in that the helical grooves are made in the form of a "dovetail" and the annular groove is located behind the inlet of the tapering nozzle, while the pollution collector is connected to the annular groove in the lower part.