КЕРНОРВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована в колонковых снарядах при геологоразведочном бурении для отбора керна.
Известен кернорватель, содержащий неразборную секцию, размещенную в корпусе кернорвателя, включающую обойму секций с окнами, корпус секции с окнами, разноразмерные подпружиненные рычажки с хвостовиками и полуосями, относительно которых осуществляется поворот рычажков с упором хвостовиков на верхний срез окон в корпусе секции (SU №112372, Е21В 25/00, 1954).
Недостатком известного кернорвателя является одноразовое использование, восприятие реактивной нагрузки при взаимодействии рычажков с керном полуосями, невозможность заклинивания рычажков в керн.
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому техническому решению является кернорватель, сочленненный с породоразрущающим наконечником, содержащий оболочку, в которой размещена неразборная многорядная секция, установленная с возможностью вращения относительно оболочки, причем каждая секция выполнена в виде кольцевого корпуса с окнами и обоймы с окнами, которые расположены в несколько рядов по вертикали одно под другим, в окнах корпуса и обоймы размещены подпружиненные рычажки с подрезающими кромками, хвостовиками и полуосями, причем относительно полуосей осуществляется поворот рычажков с упором хвостовиков в верхний срез в корпусе секции (SU №909113, Е2В 25/14, 1982).
Недостатками известной конструкции являются невозможность замены изнашиваемых рычажков, восприятие полуосями реактивной нагрузки от внедрения подрезающей кромки рычажка в керн при его заклинивании, ограниченность пространства для размещения усиленной опоры рычажков. Кроме того, корпус секции служит только для размещения упора хвостовиков в виде верхнего среза окон и необходим только для исключения попадания потока промывочной жидкости в полость кернорвателя через эти окна.
Указанные недостатки приводят к снижению прочности конструкции и надежности захвата керна.
Задачей настоящей полезной модели является повышения надежности захвата и отрыва керна, прочности конструкции и обеспечение ее ремонтоспособности.
Указанная задача достигается за счет того, что кернорватель содержит связанные между собой, по меньшей мере, две секции, каждая из которых состоит из корпуса и обоймы, при этом корпуса секций жестко связаны между собой и образуют кожух кернорвателя, нижняя часть которого соединена с породоразрушающим инструментом, а обоймы сочленены между собой с возможностью вращения относительно образованного кожуха и на них сформированы вертикальные пазы, образующие при стыковке секций окна, при этом нижние срезы указанных пазов выполнены в виде двугранного угла с образованием ребер, на боковых срезах упомянутых окон выполнены упоры, а на их нижнем срезе установлены с возможностью вращения относительно ребер подпружиненные рычажки с подрезающей кромкой и хвостовиками с боковыми приливами, причем рычажки установлены с возможностью упора их приливов в боковые срезы окон и упоры на них, их хвостовик выполнен скругленным в горизонтальной и вертикальной плоскостях, расстояние между нижним срезом окон и упорами равно толщине тела рычажков, а в корпусе каждой секции на уровне нижней плоскости рычажка выполнена кольцевая горообразная канавка.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид кернорвателя, на фиг.2 - рычажок кернорвателя, на фиг.3 - узел опоры рычажка.
Кернорватель содержит связанные между собой, по меньшей мере, две секции 1, каждая из которых состоит из корпуса 2 и обоймы 3 с вертикальными пазами 4 с образованием при стыковке секций 1 окон 5. Корпуса 2 секций 1 жестко связаны между собой и образуют кожух 6
кернорвателя. Обоймы 3 сочленены между собой с возможностью вращения относительно кожуха 6.
На нижнем срезе 7 окон 5 сформировано ребро 8 прямого двугранного угла. В окнах 5 размещены подпружиненные рычажки 9 с подрезающими кромками 10, с хвостовиками 11 и боковыми приливами 12, имеющие возможность поворота относительно ребра 8.
На боковых срезах 13 окон 5 на расстоянии от их нижнего среза 7, равном толщине рычажка 9, выполнены упоры 14.
Рычажки 9 установлены с возможностью упора их приливов 12 в боковые срезы 13 окон 5 и упоры 14 на них.
Хвостовик 11 рычажка 9 выполнен скругленным в горизонтальной и вертикальной плоскостях и взаимодействует с кольцевой канавкой 15 торообразного сечения, выполненной в корпусе 2 секции 1 на уровне нижней плоскости рычажка 9.
Нижняя часть кожуха 6 соединена с породоразрушающим инструментом 16.
Радиальный вылет F подрезающей кромки 10 рычажка 9 в рядах секций от ребра 8 нижнего среза 7 окон 5 во внутреннюю полость обоймы 3 определяют из экспериментально установленного соотношения:
где:
n - порядковый номер ряда окон 5 в направлении сверху вниз,
f - радиальное расстояние от ребра 8 прямого двугранного угла на нижнем срезе 7 окна 5 обоймы 3 до кернообразующей кромки 17 породоразрушающего наконечника 16.
Кернорватель работает следующим образом.
При бурении кольцевым породоразрушающим наконечником 16 образуется керн, продвигающийся в полость кернорвателя, отжимает подпружиненные посредством пружины 18 равноразмерные рычажки 9 в секциях 1, но различной длины в рядах окон 5. При этом рычажки занимают положение под разными углами к поверхности керна. Рычажки верхнего ряда, имеющие вылет, рассчитанный по формуле (1) и обеспечивающий оптимальный угол заклинивания при подъеме колонкового снаряда (на фиг.1 не показан), связанного с кернорвателем, заклиниваются в керн на небольшую глубину. При этом они либо оторвут керн от массива, либо образуют на поверхности керна борозды, в которые попадут рычажки следующего ряда с большим расчетным вылетом, но с обеспечением заданного оптимального угла заклинивания, который отражен в формуле (1) значением коэффициента. Последовательная работа рычажков приведет к достаточному внедрению их в керн для его отрыва.
При создании кернорвателя, пригодного для отбора пород широкого диапазона по твердости от крепких, типа гранит, до мягких необходимо использовать значение коэффициента 1,15. Для отбора пород средней твердости и мягких коэффициент может быть увеличен. Для отбора керна из материалов, отличающихся по физикомеханическим свойствам от горных пород, коэффициент может иметь значение меньше 1,15 и должен быть определен опытным путем.
Для внедрения заклинивающегося рычажка в керн необходимы большие нагрузки, которые возрастают по мере поворота его относительно ребра нижнего среза 6 окон 5.
При этом тело рычажка 9 работает на сжатие, а реактивная нагрузка воспринимается поверхностью кольцевой горообразной канавки 15 до разворота рычажка в горизонтальное положение, когда приливы рычажка 12 упираются в выступы 14 на боковых срезах 13 окон 5. Приливы 12 рычажка 9, контактируя с боковыми срезами 13 окон 5, предотвращают выпадение рычажков во внутреннюю полость кернорвателя.
1
Оптимальные значения R и r округления хвостовика 11 в горизонтальной и вертикальной плоскостях рычажка 9 определяются расчетным путем в зависимости от конструктивных параметров опорного узла: ширины хвостовика Н; толщины хвостовика h; радиуса r поперечного сечения горообразной поверхности кольцевой канавки 15, а так же ее радиуса R.
Применение обособленных секций 1 позволяет исключить дополнительный корпус кернорвателя, так как его функции выполняют жестко связанные между собой корпуса секций 1, и увеличить пространство для размещения усиленной опоры рычажка. Кроме того, использование обособленных секций 1 позволяет упростить изготовление окон 5 в целиковой цилиндрической обойме 3, заменив их пазами 4, а так же осуществлять замену изношенных деталей.
Осуществить сборку описываемой конструкции при целиковом корпусе и обойме невозможно.