RU2182213C1 - Буровое долото шарошечного типа - Google Patents
Буровое долото шарошечного типа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2182213C1 RU2182213C1 RU2001102064/03A RU2001102064A RU2182213C1 RU 2182213 C1 RU2182213 C1 RU 2182213C1 RU 2001102064/03 A RU2001102064/03 A RU 2001102064/03A RU 2001102064 A RU2001102064 A RU 2001102064A RU 2182213 C1 RU2182213 C1 RU 2182213C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bit
- drilling
- sections
- cone
- shanks
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для бурения взрывных скважин на карьерах и шахтах, а также для проходки технологических скважин. Буровое долото шарошечного типа включает корпус, сменные секции (лапы) с хвостовиками и присоединенными к ним шарошками; продувочные каналы опор, сменные вставные секции, включая их цапфовые наружные части, размещены внутри корпуса литой однодетальной конструкции, имеющей удлиненную цилиндрическую поверхность нижней несущей части, в которой внутрь в проемы между шарошками просверлены цилиндрические каналы, ориентированные вверх под острым углом к образующей и боковой поверхности корпуса. Внутренняя часть корпуса имеет торцевую выемку в форме усеченного конуса, диаметр нижнего основания и ось которого совпадают соответственно с диаметром и осью вращения долота. Хвостовики секций имеют форму прямоугольного параллелепипеда, вставлены в ответные прямоугольные отверстия в торце корпуса и крепятся к корпусу горизонтальными одним или несколькими стержнями, закрепленными на корпусе резьбовым соединением с одной стороны и крепежной гайкой с другой. Крепежная гайка имеет выемки некруглого сечения с наружной стороны под торцевой ключ, а с внутренней - под некруглый конец стержня. Повышается эффективность работы долота и снижаются затраты на его изготовление и на буровые работы. 3 ил.
Description
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для бурения взрывных скважин на карьерах и шахтах, а также для проходки технологических скважин.
Известны преимущественно применяемые бескорпусные (секционные) двух- и трехшарошечные долота, состоящие из сваренных между собой в единую конструкцию лап (секций), на цапфах которых на телах качения и скольжения смонтированы шарошки, обращенные конусами внутрь долота, оснащенного присоединительным ниппелем и каналами для продувки (промывки) скважины и продувки или смазки опор. При этом для улучшения очистки скважины наряду с предпочтительными центральными продувочными каналами в верхней части лап размещают эжекционные каналы, направленные вертикально вверх (Долговечность шарошечных долот / Н.А. Жидовцев, В.Я. Кершенбаум, Э.С. Гинзбург и др. М.: Недра, 1992, стр. 190, рис. 63).
Недостатками таких долот являются неразборность конструкции и сложность технологии изготовления; однократность использования сварной конструкции; повышенный износ лап и узкая область применения долота, так как на нем монтируются шарошки какого-либо одного типа (фрезерованные, штыревые и др.), рассчитанные на бурение горной породы определенных свойств. Кроме того, чрезмерная открытость пространств между лапами и расположение эжекционных насадок в лапах высоко над шарошками близко к ниппельной части и направленность эжекторных струй вертикально вверх обуславливают хаотичность шламовых потоков и застойные явления в периферийной части забоя (у стенок скважины), где часть буровой мелочи может возвращаться к забою. Это имеет место и при гидромониторной (боковой и тангенциальной направленности струй) схеме очистки забоя. Тем самым не обеспечивается достаточная очистка забоя скважины, что снижает скорость бурения и стойкость долот. Как следствие, недостаточная эффективность работы долота, высокие затраты на изготовление долот и буровые работы.
Известно несколько модификаций подобных шарошечных долот усложненной разборной конструкции с различными способами крепления к корпусу лап (в том числе вставных), но в любом случае наружная часть лап, примыкающая к цапфам, соприкасается со стенками скважины и имеет несовершенную аэродинамическую форму.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является принятое за прототип разборное буровое долото, содержащее корпус с продувочными каналами, сменные, оснащенные шарошками секции, хвостовики которых закреплены в кольцевых канавках корпуса, эксцентричных относительно оси корпуса, с помощью вставных шпонок и винтовых стопорящихся заглушек. (Разборное буровое долото. Авторское свидетельство СССР 8615539, кл. Е 21 В 10/20, 1981).
Основные недостатки прототипа заключаются в следующем:
- основная часть секций (лап), примыкающая к цапфам, остается в традиционной форме, располагается вне корпуса, и ее наружная поверхность не защищена от износа вследствие взаимодействия со стенками скважины и шламом;
- корпус охватывает только ограниченную верхнюю часть хвостовиков секций, что снижает надежность восприятия больших крутящих моментов;
- чрезмерная открытость пространств между секциями ниже корпуса и его конструкция не позволяют применить эффективную очистку скважин с использованием рационально располагаемых эжекционных каналов;
- сложность изготовления корпуса виду эксцентричности внутренних кольцевых канавок, что требует достаточно сложной и точной металлообработки и сборки;
- основную нагрузку от крутящего момента несут шпонки и в меньшей степени внутренние поверхности корпуса, что снижает надежность долота;
- эксцентричность кольцевых внутренних канавок корпуса не исключает проникновения мелкого шлама в полости, что вместе с многодетальностью элементов крепления может существенно затруднить процесс разборки долота и замену секций;
- достаточная сложность операций сборки-разборки (необходимость точного совмещения отверстий с поворотом корпуса) делает практически невозможным быстро заменять секции без отвинчивания долота от концевой штанги.
- основная часть секций (лап), примыкающая к цапфам, остается в традиционной форме, располагается вне корпуса, и ее наружная поверхность не защищена от износа вследствие взаимодействия со стенками скважины и шламом;
- корпус охватывает только ограниченную верхнюю часть хвостовиков секций, что снижает надежность восприятия больших крутящих моментов;
- чрезмерная открытость пространств между секциями ниже корпуса и его конструкция не позволяют применить эффективную очистку скважин с использованием рационально располагаемых эжекционных каналов;
- сложность изготовления корпуса виду эксцентричности внутренних кольцевых канавок, что требует достаточно сложной и точной металлообработки и сборки;
- основную нагрузку от крутящего момента несут шпонки и в меньшей степени внутренние поверхности корпуса, что снижает надежность долота;
- эксцентричность кольцевых внутренних канавок корпуса не исключает проникновения мелкого шлама в полости, что вместе с многодетальностью элементов крепления может существенно затруднить процесс разборки долота и замену секций;
- достаточная сложность операций сборки-разборки (необходимость точного совмещения отверстий с поворотом корпуса) делает практически невозможным быстро заменять секции без отвинчивания долота от концевой штанги.
В прототипе по существу сохраняется принцип наружного (вне корпуса) расположения основной прицапфовой части секций со всеми связанными с этим недостатками.
Следствием этих недостатков являются высокие затраты на изготовление буровых долот и буровые работы.
Основными задачами изобретения являются повышение эффективности работы долота и снижение затрат на его изготовление и на буровые работы за счет увеличения надежности и простоты крепления секций; исключения износа наружных поверхностей секций; повышения эффективности очистки скважин; упрощения конструкции и технологии изготовления корпуса, секций и креплений.
Поставленные задачи решаются тем, что в буровом долоте шарошечного типа, включающем корпус, сменные секции с хвостовиками и присоединенными к ним шарошками, продувочные каналы и смазочные устройства опор, сменные вставные секции (лапы), включая их прицапфовые наружные части, размещены внутри корпуса литой однодетальной конструкции, имеющей удлиненную цилиндрическую поверхность нижней несущей части, в которой внутрь в проемы между шарошками просверлены цилиндрические каналы, ориентированные вверх под острым углом к образующей и боковой поверхности корпуса, а внутренняя часть корпуса имеет торцевую выемку в форме усеченного конуса, диаметр нижнего основания и ось которого совпадают соответственно с диаметром и осью вращения долота. При этом хвостики секций имеют форму прямоугольного параллелепипеда, вставлены в ответные отверстия прямоугольного сечения в торце корпуса и крепятся к корпусу горизонтальными одним для двухшарошечных долот или несколькими для трех- и четырехшарошечных долот стержнями, закрепляемыми на корпусе резьбовым соединением с одной стороны и крепежной гайкой с другой стороны. Причем крепежная гайка имеет выемки некруглого сечения с наружной стороны под торцевой ключ, а с внутренней - под некруглый конец стержня.
Таким образом, предлагаемая конструкция долота принципиально отличается от прототипа (и других рассмотренных разборных шарошечных долот) отсутствием лап (секций) традиционной внешней формы и внешнего расположения прицапфовой части. Последняя находится целиком внутри корпуса и прикрыта элементами корпуса от износа. Нижняя часть корпуса ограничивает межсекционное пространство (выше шарошек) и позволяет по новому расположить эжекционные каналы для эффективной очистки забоя.
Сущность изобретения поясняется чертежами на примере двухшарошечного долота. На фиг. 1 показан основной вид долота в разрезе по диаметральной плоскости. На фиг. 2 показано сечение долота горизонтальной плоскостью в месте прохождения крепежного стержня. На фиг. 3 дана схема расположения на корпусе эжекторных каналов и движения воздушных потоков.
Долото состоит из корпуса 1, выполненного в виде сплошной несварной конструкции, нижняя рабочая внешняя часть которого имеет удлиненную цилиндрическую поверхность с технологическими вырезками для продувки, а внутренняя часть имеет торцевую выемку в форме усеченного конуса (трапеция БВГД), диаметр БД нижнего основания и ось которого совпадают соответственно с диаметром и осью вращения долота. В верхней части долота имеется ниппель 2, и продувочные каналы 3. Шарошки 4 смонтированы на подшипниках наклонных цапф сменных (лап) 5, хвостовики 6 которых имеют форму прямоугольного параллелепипеда и входят в ответные прямоугольные отверстия в торце внутри корпуса и закрепляются в корпусе горизонтальным стержнем 7, который проходит через цилиндрические отверстия, сделанные в верхней части хвостовиков. Один конец стержня вставляется в отверстие 8 корпуса с резьбовым соединением или без него. Другой конец стержня имеет некруглое сечение (четырехугольное, шлицевое и др.), входит в ответное отверстие крепежной гайки 9, которая наружной резьбой закрепляется в отверстии 10 путем ввертывания торцевым ключом благодаря выемке 11 некруглого (например, четырехугольного) сечения, сделанной с наружной стороны крепежной гайки. Цапфы шарошек и их внутренние поверхности выполняются по типовым схемам, включающим подшипники скольжения и замковый подшипник качения 12. В хвостовике лап делаются каналы 13, сообщающиеся с каналами в цапфах (не показаны) для смазки подшипников с помощью известных устройств, например, лубрикаторов (не показаны). Подшипники цапф герметизируются прокладочными шайбами 14. Крепежный стержень 7 в двухшарошечном долоте (фиг. 1 и 2) ориентирован по диаметру долота, в остальных случаях (трех- и четырехшарошечные долота) - по хордам окружности корпуса долота. Технологические вырезы 15 и выемки облегчают корпус и продувку долота. С цилиндрической поверхности в нижней части корпуса внутрь долота в проемы между шарошками просверлены цилиндрические каналы 16, ориентированные вверх под острым углом α (фиг. 3) как к образующей, так и к боковой поверхности корпуса.
В отличие от прототипа отсутствие больших открытых межсекционных пространств обуславливает повышенное избыточное давление сжатого воздуха в торцевой выемке долота, поэтому каналы 16 обеспечивают создание дополнительного потока Е, направленного под углом α к оси долота в сторону вращения долота. Этот поток эжектирует внутридолотную зону, суммируется с образованным через канал З потоком К, поднимающимся от забоя, увеличивает скорость восходящего общего потока "И" в наддолотной зоне, активизирует удаление буровой мелочи в периферийной части забоя 17, препятствует возвращению буровой мелочи на забой и образованию "сальников". Принятая форма нижней части корпуса и приближенность квазиэжекторных каналов 16 к забою обеспечивают упорядоченный и безвозвратный выход буровой мелочи в затрубное пространство, а косая направленность дополнительных воздушных струй под углом α к оси долота создаст при вращении долота спиральный вдоль штанги поток с большой скоростью, который улучшает процесс эвакуации буровой мелочи из скважины.
Предлагаемое буровое долото эксплуатируется следующим образом. Из комплекта сменных лап, оснащенных шарошками с различным вооружением (типов М, Т, ТЗ, К, ОК и других), выбираются наиболее соответствующие свойствам буримых пород, вставляются хвостовиками 6 в прямоугольные отверстия в торце корпуса. Затем через отверстие 10 в корпусе и цилиндрические отверстия в верхних частях хвостовиков вставляется крепежный стержень 7 до соприкосновения с резьбовым отверстием 8 корпуса; на другой некруглый конец стержня надевается крепежная гайка 9 и с помощью торцевого ключа через выемку 11 ввертывается в отверстие 10. При этом одновременно в отверстие 8 корпуса ввертывается другой конец стержня. В собранном виде долото с помощью ниппеля 2 навинчивается на концевую штангу бурового става, который вращается вращателем станка с определенной подачей на забой, и тем самым осуществляется бурение скважины. После износа шарошек производится их демонтаж с поднятого долота следующим образом. Торцевым ключом через выемку 11 отвертывается крепежная гайка 9 и вместе с ней вывертывается другой конец стержня из отверстия 8 корпуса; стержень вынимается, освобождая хвостики 6. После этого съемником или через специальные каналы (не показаны) вынимаются лапы с изношенными шарошками и направляются на утилизацию или ремонт. Затем в корпус вставляются новые лапы с новыми шарошками соответствующего буримой породе типа описанными выше операциями и бурение продолжается.
Характерно, что замена шарошек может производиться без снятия корпуса долота с концевой штанги. Этим исключаются значительные потери времени и энергии на вспомогательные операции, что приводит к повышению производительности бурения.
Преобладающая удлиненная цилиндрическая поверхность корпуса способствует уменьшению вибраций при бурении и соблюдению заданной направленности бурения, что особенно важно при проходке наклонных скважин на карьерах и вейерных скважин в очистных блоках рудных шахт.
Предложенное внутреннее размещение лап (хвостиков) шарошек не ведет к существенному уменьшению диаметра, длины образующих конусов и рабочей поверхности шарошек, обеспечивает надежную защиту сменных лап от износа. В перспективе замена замкового шарикового подшипника более совершенной съемной деталью, удерживающей шарошку на цапфе, сделает сменные секции пригодными во многих случаях для повторного использования и ремонта.
Корпус предлагаемого долота целесообразно изготавливать методом литья без использования сварки. Литая заготовка подвергается несложной чистовой обработке поверхностей, отверстий с операциями нарезки резьбы на ниппеле и в двух отверстиях в корпусе для крепления стержней, фиксирующих в корпусе хвостовики секций. Последние (цапфы с хвостиками) могут изготавливаться методом литья с последующей чистовой доводкой поверхностей, или штамповкой с последующей обработкой на металлорежущих станках.
В отличие от прототипа подытоживаются следующие основные преимущества предлагаемого долота:
- хвостовики секций размещены внутри корпуса вместе с прицапфовой частью, наружная поверхность которой закрыта элементами корпуса от износа и при этом создается большая опорная площадь связи секций с корпусом, что обеспечивает надежное их крепление для восприятия высоких крутящих моментов при заклинивании опор;
- корпус имеет более приближенную к забою цилиндрическую часть поверхности, уменьшающую открытость межсекционных (межлапных) окон (выше шарошек) и позволяющую рационально разместить и ориентировать эжекционные каналы для повышения эффективности очистки забоя от выбуренной породы;
- упрощается технология изготовления долота ввиду отсутствия эксцентрических кольцевых канавок внутри корпуса, возможности литья корпуса и секцией, более простой конструкции и меньшего количества деталей для крепления секций.
- хвостовики секций размещены внутри корпуса вместе с прицапфовой частью, наружная поверхность которой закрыта элементами корпуса от износа и при этом создается большая опорная площадь связи секций с корпусом, что обеспечивает надежное их крепление для восприятия высоких крутящих моментов при заклинивании опор;
- корпус имеет более приближенную к забою цилиндрическую часть поверхности, уменьшающую открытость межсекционных (межлапных) окон (выше шарошек) и позволяющую рационально разместить и ориентировать эжекционные каналы для повышения эффективности очистки забоя от выбуренной породы;
- упрощается технология изготовления долота ввиду отсутствия эксцентрических кольцевых канавок внутри корпуса, возможности литья корпуса и секцией, более простой конструкции и меньшего количества деталей для крепления секций.
Указанные основные преимущества конструкции долота вместе с эксплуатационными преимуществами (простота и быстрота замены шарошек без снятия долота с концевой штанги, возможность применения на одном корпусе шарошек различного вооружения, снижение длительности вспомогательных операций в процессе бурения, улучшение очистки забоя скважины) обеспечивают повышение экономичности и производительности буровых работ, снижение затрат на изготовление долот.
Claims (1)
- Буровое долото шарошечного типа, включающее корпус, сменные секции с хвостовиками и присоединенными к ним шарошками, отличающееся тем, что сменные вставные секции в виде лап, включая их цапфовые наружные части, размещены внутри корпуса литой однодетальной конструкции, имеющей цилиндрическую поверхность нижней части, в которой внутрь в проемы между шарошками просверлены цилиндрические каналы, ориентированные вверх под острым углом к образующей и боковой поверхности корпуса, а внутренняя часть корпуса имеет торцевую выемку в форме усеченного конуса, диаметр нижнего основания и ось которого совпадают соответственно с диаметром и осью вращения долота, при этом хвостовики секций имеют форму прямоугольного параллелепипеда, вставлены в ответные прямоугольные отверстия в торце корпуса и прикреплены к корпусу горизонтальными одним для двухшарошечных долот или несколькими для трех- и четырехшарошечных долот стержнями, закрепленными на корпусе резьбовым соединением с одной стороны и крепежной гайкой с другой, причем крепежная гайка имеет выемки некруглого сечения с наружной стороны под ключ, а с внутренней - под некруглый конец стержня.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001102064/03A RU2182213C1 (ru) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | Буровое долото шарошечного типа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001102064/03A RU2182213C1 (ru) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | Буровое долото шарошечного типа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2182213C1 true RU2182213C1 (ru) | 2002-05-10 |
Family
ID=20245148
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001102064/03A RU2182213C1 (ru) | 2001-01-23 | 2001-01-23 | Буровое долото шарошечного типа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2182213C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2579821C1 (ru) * | 2015-03-27 | 2016-04-10 | Николай Митрофанович Панин | Буровая коронка |
RU2598250C1 (ru) * | 2015-11-26 | 2016-09-20 | Дмитрий Юрьевич Сериков | Буровое шарошечное долото |
CN108626500A (zh) * | 2017-08-09 | 2018-10-09 | 蒙会霞 | 旋转密封导流装置 |
CN109630024A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-04-16 | 沧州格锐特钻头有限公司 | 一种分体式牙轮钻头 |
-
2001
- 2001-01-23 RU RU2001102064/03A patent/RU2182213C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2579821C1 (ru) * | 2015-03-27 | 2016-04-10 | Николай Митрофанович Панин | Буровая коронка |
RU2598250C1 (ru) * | 2015-11-26 | 2016-09-20 | Дмитрий Юрьевич Сериков | Буровое шарошечное долото |
CN108626500A (zh) * | 2017-08-09 | 2018-10-09 | 蒙会霞 | 旋转密封导流装置 |
CN108626500B (zh) * | 2017-08-09 | 2020-07-21 | 克拉玛依市科能防腐技术有限责任公司 | 旋转密封导流装置 |
CN109630024A (zh) * | 2019-01-25 | 2019-04-16 | 沧州格锐特钻头有限公司 | 一种分体式牙轮钻头 |
CN109630024B (zh) * | 2019-01-25 | 2024-02-02 | 沧州格锐特钻头有限公司 | 一种分体式牙轮钻头 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2378480C2 (ru) | Буровое долото | |
US3382940A (en) | Percussion drill bit | |
RU2315169C2 (ru) | Шахтная буровая коронка вращательного действия для выполнения шпуров | |
US4478297A (en) | Drill bit having cutting elements with heat removal cores | |
RU2468177C2 (ru) | Буровое долото для ударно-поворотного бурения горной породы и способ его изготовления | |
US4381825A (en) | Drill bit nozzle | |
US7392863B2 (en) | Rock drill bit | |
US4442909A (en) | Drill bit | |
US3433331A (en) | Diamond drill bit | |
RU2360096C1 (ru) | Долото для бурения горизонтальных скважин | |
US2704204A (en) | Drill bit for drilling over-size hole | |
US2648526A (en) | Rotary earth boring bit | |
US3536150A (en) | Rotary-percussion drill bit | |
US6116361A (en) | Boring tool | |
US6021856A (en) | Bit retention system | |
RU2182213C1 (ru) | Буровое долото шарошечного типа | |
US5372209A (en) | Polycentric reamer | |
CA2331177C (en) | A roller bit with parallel inlayed compacts | |
US4085809A (en) | Reconditionable drill bit assembly | |
US2751196A (en) | Rotary bit for dry rock drilling | |
CA2619175C (en) | Method and device for releasing a block on a bore-crown during a boring process | |
GB2352671A (en) | Shank adapter | |
US2557619A (en) | Removable pin installation for well drilling cutter assemblies | |
US4069880A (en) | Excavation tool | |
SU791889A1 (ru) | Буровое долото |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040124 |