УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШНЕКОВОГО БУРЕНИЯ

Устройство относится к буровым снарядам, предназначенным для выноса разрушенной породы из скважины на ее устье без использования промывочных жидкостей, сжатого воздуха или газожидкостных очистных агентов и может быть использовано при создании буровых снарядов для проходки скважин технического назначения.
Разработчиками устройств для шнекового бурения являются:
ЗАО Московский опытный завод буровой техники (RU) Москва ул.Академика Семенова, 21.
Карагандинский научно-исследовательский проектно-конструкторский и экспериментальный институт «Гипроуглегормаш».
НИИ и проектно-конструкторский институт по добыче полезных ископаемых и Карпинский машиностроительный завод.
Новочеркасский политехнический институт и др.
Известна буровая штанга /1/, имеющая трубчатый элемент и навитый вдоль него съемный шнек для транспортировки буровой мелочи.
Съемный шток своими лопастями установлен между витками спирали, которая надета на трубчатый элемент и витки которой поджаты в осевом направлении для фиксирования лопастей шнека. На одном конце трубчатого элемента имеется ограничительный бурт, а на другом конце - резьба с навинченной на нее гайкой.
Известна буровая установка, включающая опорную раму с установленным на ней приводом вращателя, подвижный вращатель, соединенный с приводом вращателя специальным валом и установленный в направляющих мачты механизм для создания осевой подачи и шнековый бур /2/.
Недостатком этих устройств является неустойчивость их из-за наличия направляющей мачты с установленным на ней подвижным вращателем.
Наиболее близким техническим решением является устройство /3/ для шнекового бурения, содержащее опорную раму 1, установленные на ней вращатель с механизмом подачи, в корпусе 2 которых коаксиально установлен шнековый бур 3 и привод вращателя, включающий мотор-редукторы 4 и 5. Корпус 2 установлен на опорной раме 1 в опоре вращения 6 и имеет направляющую для шнекового бура 3 в виде цилиндра 7. На корпусе 2 закреплено коническое колесо 8, эксцентрично корпусу 2 расположены нижняя и верхняя опоры вращения 9 и 10, в которых подвижно установлен вал-барабан 11 с навитым на него гибким канатом 12. Концы гибкого каната закреплены на шнековом буре 3 в районе верхнего и нижнего торца цилиндра 7 с навитыми на него с заданным шагом витками. Коническое колесо 8 находится в зацеплении с выходной конической шестерней 13 мотор-редуктора 4 для обеспечения вращения корпуса вращателя с вал-барабаном. Зубчатое колесо 14 жестко закреплено на оси вал-барабана и имеет зацепление с внутренней цилиндрической зубчатой нарезкой комбинированной шестерни 15, которая подвижно установлена в опоре вращения 16 корпуса 2. Комбинированная шестерня 15 с наружным коническим колесом расположена в зацеплении с конической шестерней 17, которая через муфту 18 связана с выходным валом мотор-редуктора 5.
В зоне вал-барабана 11 к шнеку приложена сила, которая в зависимости от производимой операции направлена в ту или иную сторону по винтовой линии, а так как канат 12 перевивается из участка шнекового бура выше цилиндра 7 на участок ниже этого цилиндра или наоборот, то участок приложения результирующей силы перемещается к верхнему или нижнему торцу бура 3 по мере его осевого движения.
Недостатком данного технического решения является низкая надежность устройства, большие габариты и вес, наличие 2-х приводных механизмов усложняющих конструкцию.
Технической задачей предлагаемой конструкции является повышение надежности, снижение габаритов и веса.
Для решения поставленной задачи устройство для шнекового бурения содержит опорную раму с установленными на ней приводом вращателя, вращателем, в корпусе которого коаксиально установлен шнековый бур и механизм подачи. На периферии рабочей винтовой линии шнекового бура предусмотрены продольные пазы, которые соответствуют по размерам шлицам, выполненным в центральной втулке вращателя. (Фиг.2) Соосно расположен механизм осевой подачи в виде план-шайбы с установленным на ней опорным роликом, опирающимся на боковую винтовую поверхность шнека с возможностью регулирования отставания угловой скорости план-шайбы от угловой скорости вращателя. Чем больше запаздывание при вращении план-шайбы, тем больше осевая подача.
Предлагаемое техническое решение представлено на Фиг.1 и Фиг.2
Устройство для шнекового бурения содержит опорную раму 4, с размещенным на ней вращателем 6, в корпусе которого коаксиально установлен шнековый бур 1 и механизм осевой подачи в виде план-шайбы 2 с упорным роликом 3, опирающимся на рабочую винтовую боковую поверхность шнека с возможностью регулирования отставания угловой скорости план-шайбы 2 от угловой скорости вращателя.
Устройство работает следующим образом:
При включении вращателя 6 происходит передача крутящего момента на шнек с помощью шлицов через пазы в шнеке. Одновременно, шнек заставляет синхронно вращаться механизм осевой подачи через контакт опорного ролика 3 на рабочую винтовую поверхность шнека.
При управляемом торможении план-шайбы 2 осевое воздействие на боковую поверхность винтовой части шнека, заставляет шнек перемещаться в осевом направлении и чем больше запаздывание при вращении план-шайбы, тем больше осевая подача. При полной остановке упорного ролика устройство позволяет с соответствующей буровой головкой завинчивать шнек в грунт как шуруп.
Обратные процессы - аналогичны при реверсировании, что позволяет извлекать шнек из скважины.
Данная конструкция позволяет при малых габаритах осуществлять все необходимые операции для производства бурения скважин.
Опытный образец данного устройства проходит испытания со следующими заданными характеристиками:
- крутящий момент на шнеке - 600 нм;
- диаметр шнека 115;
- глубина бурения 10 м,
- усилие осевой подачи - 500 кГ,
Устройство выполнено с гидравлической трансмиссией с применением аксиально-поршневых гидронасоса и гидромотора 310 и 313 моделей. В качестве энергоустановки применялся двигатель «Хонда» мощностью в 24 лошад. силы. Вес установки составляет менее 150 кГ.
Устройство удобно в эксплуатации и в транспортировке на дальние расстояния, что невозможно в существующих мачтовых конструкциях.
Источники информации:
1. Патент 332196 «Буровая штанга».
2. Кардаш В.Г. и др. Бурение неглубоких скважин, М. «Недра», 1971 г.
3. Патент №1029668.