ПЫЛЕУЛАВЛИВАЮЩАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ СТАНКОВ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ И ТЕРМИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ СКВАЖИН
DUST COLLECTING INSTALLATION FOR THERMO-MECHANICAL DRILL MACHINES AND THERMAL HOLE REAMING

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам бурения и расширения скважин в крепких породах.
Известна пылеулавливающая установка для станков термомеханического бурения и термического расширения скважин (см. а.с. №1744248, МКЛ E21C 7/00, Бюл. 24, 1992), включающая кожух с отверстиями для прохода буровой штанги, соединенный с двумя вытяжными трубами, в каждой из которых установлен распылитель жидкости, приспособление для отвода шлама, состоящее из двух сопел, на внутренней поверхности каждого из которых выполнены продольные винтообразные канавки, а у большего основания - концевая канавка для сбора шлама, сообщенная как с продольными винтообразными канавками, так и с приспособлением для отвода шлама.
Недостатком является снижение эффективности очистки пылегазового потока от тонкодисперсной пыли при длительной эксплуатации пылеулавливающей установки, что обусловлено выпаданием твердых частиц из полостей продольных винтообразных канавок с последующим витанием их в потоке, выбрасыванием в атмосферу и приводящих в конечном итоге к загрязнению окружающей среды.
Известна пылеулавливающая установка для станков термомеханического бурения и термического расширения скважин (см. патент №2193645, МПК E21B 21/015, 21/07, 2002), включающая кожух с отверстиями для прохода буровой штанги, соединенный с двумя вытяжными трубами, в каждой из которых установлен распылитель жидкости, приспособление для отвода шлама, состоящее из двух сопел, корпус каждого из которых выполнен из биметалла, а на внутренней поверхности каждого выполнены продольные винтообразные канавки с профилем в виде «ласточкина хвоста» и у большего основания сопел - концевая канавка для сбора шлама.
Недостатком является снижение эффективности очистки пылегазового потока от тонкодисперсной пыли из-за неполного смачивания твердых частиц распылителем жидкости при прямоструйном ее поступлении в полость вытяжной трубы, что в конечном итоге приводит к загрязнению окружающей среды.
Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение экологической обстановки в зоне работы станков термического бурения и термического расширения скважин, достигаемое более интенсивным смачиванием тонкодисперсных твердых частиц с последующим сбором и удалением без загрязнения атмосферного воздуха.
Технический результат достигается тем, что пылеулавливающая установка для станков термомеханического бурения и термического расширения скважин включает в себя кожух с отверстиями для прохода буровой штанги, соединенный с двумя вытяжными трубами, в каждой из которых установлен распылитель жидкости, приспособление для отвода шлама, состоящее из двух сопел, корпус каждого из которых выполнен из биметалла, а на внутренней поверхности каждого сопла выполнены продольные винтообразные канавки с профилем в виде «ласточкина хвоста» и у большего основания сопел - концевая канавка для сбора шлама, при этом распылители жидкости на каждой вытяжной трубе выполнены из двух встречно направленных асимметрично расположенных суживающихся сопел, причем на внутренней поверхности одного из этих сопел выполнены продольно расположенные криволинейные канавки, направляющая которых имеет направление по ходу часовой стрелки, а на внутренней поверхности другого сопла выполнены продольно расположенные криволинейные канавки, направляющая которых имеет направление против хода часовой стрелки.
На фиг.1 изображена принципиальная схема установки; на фиг.2 - развертка сопла с приспособлением для отвода шлама; на фиг.3 - профиль винтообразной канавки с профилем в виде «ласточкина хвоста»; на фиг.4 - внутренняя поверхность суживающегося сопла с продольно расположенными криволинейными канавками, направляющая которых имеет направление по ходу часовой стрелки; на фиг.5 - внутренняя поверхность суживающегося сопла с продольно расположенными криволинейными канавками, направляющая которых имеет направление против хода часовой стрелки.
Пылеулавливающая установка для станков термомеханического бурения и термического расширения скважин состоит из кожуха 1, буровой штанги 2 с трубопроводами горячего сжатого воздуха и воды (на фиг.1 не указано), вытяжных труб 3, распылителя жидкости 4, сопел 5, выполненных из биметалла и установленных на вытяжных трубах 3, на внутренней поверхности сопел 5 выполнены продольно расположенные винтообразные канавки 6, переходящие в кольцевую канавку 7, находящуюся у большего основания каждого из сопел 5, при этом кольцевые канавки 7 соединены с приспособлением для отвода шлама 8. Распылитель жидкости 4 выполнен из суживающихся сопел 9 и 10, встречно направленных и асимметрично расположенных на каждой внешней трубе 3, причем на внутренней поверхности суживающегося сопла 9 выполнены продольно расположенные криволинейные канавки 11, направляющая которых имеет направление по ходу часовой стрелки, а на внутренней поверхности суживающегося сопла 10 выполнены продольно расположенные криволинейные канавки 12, направляющая которых имеет направление против хода часовой стрелки.
Установка работает следующим образом.
При бурении устье скважины плотно закрыто кожухом 1. В процессе продувки скважины для удаления разрушенной породы в виде частиц различной фракции по соответствующим трубопроводам буровой штанги 2 наряду с горячим и сжатым воздухом подается вода, которая после охлаждения теплонапряженных элементов огнеструйной горелки и каналов породоразрушающих элементов бурового става выбрасывается в скважину, где интенсивно испаряется за счет тепла продуктов сгорания топлива. Буровой шлам под действием напора смеси выносится к устью скважины, плотно закрытой кожухом 1. Меньшие фракции породы (тонкодисперсная пыль), не успевшие смочиться водой в скважине, поступают с парогазовой смесью в вытяжные трубы 3, где смачиваются водой из распылителя 4.
Выполнение распылителя 4 в виде суживающихся, встречно направленных и асимметрично расположенных сопел 9 и 10 приводит к следующему. При движении потока жидкости по криволинейным канавкам 11 суживающегося сопла 9 он закручивается, образуя на выходе микрозавихрения, вращающиеся по ходу часовой стрелки. Одновременно поток жидкости, движущийся по криволинейным канавкам 12 суживающегося сопла 10, также закручивается, образуя на выходе микрозавихрения, вращающиеся против хода часовой стрелки. Закрученные в противоположные стороны микрозавихрения сталкиваются, что приводит к микровзрывам с резкой интенсификацией образования микродисперсных частиц жидкости (см., например, Меркулов Л.П. Вихревой эффект и его применение в промышленности. - Куйбышев, - 1973 - 348 с, ил.), достигающих образования туманообразной массы и, как следствие, практически полностью осуществляя смачивание тонкодисперсных частиц, находящихся в полости вытяжных труб 3.
В результате максимально уплотненный вращающимися в вихре мелкодисперсными каплями воды пылепарогазовый поток поступает в сопла 5, корпус которых выполнен из биметалла, где завихряется, перемещаясь по продольным винтообразным канавкам 6, с образованием винтообразного движения потока снизу вверх. Смоченные мелкодисперсной жидкостью взвешенные частицы тонкодисперсных загрязнений пылепарогазового потока центробежной силой отбрасываются к внутренней стенке сопел 5 и попадают в полости винтообразных канавок 6, имеющих профиль в виде «ласточкина хвоста», где под действием возросшего гидравлического сопротивления винтообразных канавок 6 резко уменьшают свою скорость, сталкиваясь с другими частицами, укрупняются, становятся «ядром конденсации» парогазового потока.
Наличие полости в виде «ласточкина хвоста» у винтообразных канавок 6 предотвращает выпадение скапливаемых частиц тонкодисперсных загрязнений в движущийся пылепарогазовый поток, предотвращая возможность выброса пыли в окружающую термомеханический станок среду.
Температура движущегося пылепарогазового потока внутри сопла 5 значительно превышает температуру воздуха окружающей термомеханический станок среды. Поэтому корпус сопел 5, выполненный из биметалла, постоянно в процессе работы станков термомеханйческого бурения и термического расширения скважины, находятся под воздействием температурного напора, приводящего к возникновению в биметаллической конструкции корпусов сопел 5 продольных колебаний. В результате наблюдается разрушение образующихся «пробок» в полостях винтообразных канавок, выполненных в виде «ласточкина хвоста», и осуществляется бесперебойное поступление загрязнений, отделяемых от движущегося пылепарогазового потока, в кольцевую канавку 7, находящуюся у большего основания сопла 5. Под совместным действием гравитационных сил и термовибрации корпуса сопла 5 загрязнения поступают в приспособление для отвода шлама 8, из которого удаляются вручную или автоматически.
Оригинальность предлагаемого технического решения состоит в том, что оно обеспечивает высокую степень очистки выбрасываемого в атмосферу парогазового потока от твердых частиц, в том числе и от тонкодисперсных, за счет более интенсивного процесса смачивания загрязнений мелкодисперсной жидкостью, полученной в распылителе путем образования на выходе из него микрозавихрений смачивающей влаги. При этом образующиеся микрозавихрения имеют взаимопротивоположное вращение, что при последующем соприкосновении приводит к возникновению микровзрывов, сопутствующих интенсификации получения мелкодисперсных капелек, смачивающих загрязнения, перемещающиеся в полости вытяжных труб. Конструктивное выполнение каждого распылителя жидкости на вытяжных трубах в виде двух встречно направленных асимметрично расположенных суживающихся сопел, на внутренней поверхности каждого из которых выполнены продольно расположенные криволинейные канавки с направляющими, имеющими противоположные направления, приводит к активному смешиванию смачивающей жидкости и твердых загрязнений различной фракции и в том числе особенно тонкодисперсных твердых частиц, что в конечном счете улучшает экологическую обстановку в зоне эксплуатации станков термомеханического бурения и термического расширения скважин.