ПОЛАЯ ШНЕКОВАЯ КОЛОННА, ШНЕК ДЛЯ ПОЛОЙ ШНЕКОВОЙ КОЛОННЫ, КОНСТРУКЦИЯ УПОРНОГО ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ ПОЛОЙ ШНЕКОВОЙ КОЛОННЫ И ФОРМА РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ УПОРНОГО ЭЛЕМЕНТА ШНЕКА ДЛЯ ПОЛОЙ ШНЕКОВОЙ КОЛОННЫ

Полезная модель, относится к буровой технике, в частности, к бурению геологоразведочных, взрывных, гидрогеологических и скважин под буроинъекционные сваи.
Из уровня техники известна полая шнековая колонна, состоящая по меньшей мере из двух несущих труб, замкового соединения зафиксированного замковым пальцем и упорных элементов, выполненных в виде кулачковых выступов и ответных им впадин [1].
Недостатком аналога является большая трудоемкость изготовления, обусловленная необходимостью точного выполнения форм выступов и впадин.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является полая шнековая колонна, содержащая по меньшей мере два шнека, каждый из которых образован несущей трубой с закрепленной на ней ребордой, соединенных замковым соединением, зафиксированным замковым пальцем, и упорные элементы, выполненные в виде кулачковых выступов и ответных им впадин [2]. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является большая трудоемкость изготовления, обусловленная сложностью изготовления конструктивных элементов.
Задача, решаемая полезной моделью в части полой шнековой колонны заключается в упрощении ее конструкции.
Технический результат состоит в снижении трудозатрат на изготовление полой шнековой колонны.
Достижению технического результата в части полой шнековой колонны способствует то, что в полой шнековой колонне, содержащей по меньшей мере два шнека, каждый из которых образован несущей трубой с закрепленной на ней ребордой, соединенных резьбовым замковым соединением в виде ниппеля и муфты, упорные элементы размещены на концах реборд каждого шнека и выполнены с возможностью дистанцирования торцов ниппеля и муфты в положении соединения.
Из уровня техники известен шнек для полой шнековой колонны, состоящий из несущей трубы с закрепленной на ней ребордой, резьбовым замковым соединением в виде ниппеля и муфты и упорных элементов [3].
Недостатком известного устройства является малый рабочий ресурс из-за выполнения реборды в виде отдельных секции.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому шнеку для полой шнековой колонны является устройство, которое состоит из несущей трубы с закрепленной на ней ребордой и размещенных на концах трубы ниппеля и муфты резьбового замкового соединения [4]. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком устройства-прототипа является малый рабочий ресурс шнека.
Задача, решаемая полезной моделью в части шнека для полой шнековой колонны, состоит в снижении уровня ее неравномерного износа благодаря обеспечению симметризации действия тангенциальных усилий на элементы шнека.
Ожидаемый технический результат заключается в увеличении ресурса работы шнека для полой шнековой колонны.
Достижению заявленного технического результата в части шнека для полой шнековой колонны способствует то, что в шнеке, включающем несущую тубу с закрепленной на ней ребордой, размещенными на ее концах ниппеля и муфты резьбового замкового соединения и упорными элементами, приваренными к боковым поверхностям ниппеля и муфты соответственно, в пределах наружных поверхностей ниппеля и муфты, реборда выполнена двухзаходной и дополнительно скреплена с упорными элементами.
Из уровня техники известна конструкция упорного элемента шнека для полой шнековой колонны, включающая тела с выполненными на них рабочими поверхностями [5].
Недостатком данной конструкции является сложность изготовления.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому упорному элементу шнека для полой шнековой колонны является упорный элемент шнека, включающий тело в виде закладного элемента с выполненной на нем рабочей поверхностью [6]. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является сложность изготовления.
Задача, решаемая полезной моделью в части упорного элемента шнека для полой шнековой колонны, состоит в упрощении его конструкции.
Технический результат заключается в снижении трудоемкости изготовления упорного элемента для полой шнековой колонны.
Достижению технического результата в части упорного элемента шнека для полой шнековой колонны способствует то, что упорный элемент шнека для полой шнековой колонны, включающий тело с выполненной на нем рабочей поверхностью, выполнен в виде сегмента реборды.
Из уровня техники известна форма рабочей поверхности упорного элемента шнека в полой шнековой колонне, включающая поверхность крепления и рабочую поверхность [7].
Недостатком устройства является трудоемкость изготовления вследствие необходимости точного позиционирования рабочей поверхности упорного элемента в плоскости оси скважины.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой форме рабочей поверхности упорного элемента шнека в полой шнековой колонне является устройство с закладным элементом в виде пластины фигурной формы [8]. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатком устройства является сложность изготовления закладных элементов в виде пластин фигурной формы.
Задача, решаемая полезной моделью в части формы рабочей поверхности упора для полой шнековой колонны, заключается в упрощение конструкции и снижение трудозатрат на изготовление.
Технический результат состоит в снижении трудоемкости изготовления и увеличение рабочего ресурса шнека.
Указанный технический результат достигается тем, что в форме рабочей поверхности упорного элемента шнека для полой шнековой колонны, включающей поверхности транспортирования, крепления и рабочую поверхность, рабочая поверхность выполнена в форме плоского торца или ласточкиного хвоста.
Полезная модель поясняется чертежами. На Фиг.1 схематично представлен фрагмент полой шнековой колонны собранной из двух секций шнеков с упорными элементами, смонтированными на внешних сторонах концевых частей реборды; на Фиг.2 - с упорными элементами, смонтированными на внутренних сторонах концевых частей реборды; на Фиг.3 - с упорными элементами, смонтированными стык в стык с концами реборд. На Фиг.4 схематично представлен шнек для полой шнековой колонны с упорными элементами, связанными с концевыми частями реборд способом стык в стык с шагом спирали концевых частей двухзаходной реборды в 1,5 раза превышающим шаг основной спирали реборды; на Фиг.5 представлен вид по "А" на Фиг.4. На Фиг.6 элементами, связанными с концевыми частями реборд способом стык в стык с шагом спирали концевых частей двухзаходной реборды в 1,2 раза превышающим шаг основной спирали реборды; На Фиг.7 представлен упорный элемент шнека в трех проекциях. На Фиг.8 "а" схематично редставлен фрагмент колонны, состоящей из частей двух секций шнека с упорными элементами с формой рабочей поверхности в виде плоского торца сопрягаемые с ребордами секций шнеков способом стык в стык; на Фиг.8 "б" схематично представлен фрагмент колонны, состоящей из частей двух секций шнека с упорными элементами с формой рабочей поверхности в виде ласточкиного хвоста, сопрягаемые с ребордами секций шнеков способом стык в стык.
Перечень позиций:
1. Труба верхней секции шнека.
2. Труба нижней секции шнека.
3. Замковый ниппель.
4. Замковая муфта.
5. Реборда.
6. Тело упорного элемента верхней секции шнека.
a - рабочая поверхность тела упорного элемента верхней секции шнека.
b - рабочая поверхность тела упорного элемента нижней секции шнека.
S - Гарантированный зазор между секциями шнеков.
7. Тело упорного элемента нижней секции шнека.
8. Нижняя концевая часть реборды.
9. Верхняя концевая часть реборды.
10. Торец замкового ниппеля.
11. Торец замковой муфты.
12. Соединительная резьба.
13. δ, β и γ - углы между плоскостями рабочих поверхностей упорных элементов и осевой плоскостью шнека.
14. Транспортирующая поверхность упорного элемента шнека.
15. Поверхность крепления упорного элемента к замковому соединению.
16. Наружная поверхность упорного элемента шнека.
α - угол подъема спирали реборды и упорного элемента.
Полая шнековая колонна состоит по меньшей мере из двух секций шнеков, последовательно соединенных друг с другом, в которых имеются трубы 1 (Фиг.1) и 2 (Фиг.1), связанные с замковыми ниппелем 3 (Фиг.1) и муфтой 4 (Фиг.1) при помощи сварки. На наружной поверхности труб 1 (Фиг.1) и 2 (Фиг.1) и замковых ниппеля 3 (Фиг.1) и муфты 4 (Фиг.1) смонтированы реборды 5 (Фиг.1), на концах 8 (Фиг.1) и 9 (Фиг.1) которых размещены тела упорных элементов (далее - упорный элемент) 6 (Фиг.1) и 7 (Фиг.1), жестко связаные с ними и с резьбовыми замковыми соединениями 3 (Фиг.1) и 4 (Фиг.1), располагаясь как на внешних (Фиг.1), так и на внутренних (Фиг.2) сторонах реборд 5 (Фиг.2), предпочтительно стык в стык с концами реборд (Фиг.3). Замковые ниппель 3 (Фиг.1) и муфта 4 (Фиг.1) соединяются между собой при помощи резьбы 12 (Фиг.1).
Шнек для полой шнековой колонны (Фиг.4) состоит из трубы 1 (Фиг.4), связанной с замковыми ниппелем 3 (Фиг.4), муфтой 4 (Фиг.4, Фиг.5) при помощи сварки. На наружной поверхности трубы 1 (Фиг.4) прикреплена реборда 5 (Фиг.4) с номинальным шагом h (Фиг.4) (например, величина шага может составлять значение 100 мм). В пределах наружных поверхностей замковых ниппеля 3 (Фиг.4) и муфты 4 (Фиг.4, Фиг.5) смонтированы по крайней мере по одному витку двухзаходной спирали реборды 5 (Фиг.4, Фиг.5). На концевых частях 8 (Фиг.4) и 9 (Фиг.4) реборд 5 (Фиг.4, Фиг.5) размещены упорные элементы 6 (Фиг.4, Фиг.5) и 7 (Фиг.4, Фиг.5).
Упорный элемент шнека (Фиг.7) представляет собой сегмент реборды длиной L (Фиг.7) не менее 1/6 длины окружности наружного диаметра трубы шнека.
Упорные элементы шнека 6 (Фиг.8а) и 7 (Фиг.8а) с рабочими поверхностями в виде плоского торца (Фиг.8а) или ласточкиного хвоста (Фиг.8б), прикрепленные к замковым ниппелю 3 (Фиг.8а) с торцовой поверхностью 10 (Фиг.8а) и муфте 4 (Фиг.8а) с торцовой поверхностью 11 (Фиг.8а) полой шнековой колонны, связаны и с концевой частью реборды 5 (Фиг.8а) одним из вышеперечисленных способов.
Пример 1.
Полая шнековая колонна с упорными элементами, размещенными на внешних сторонах реборд шнека представлена на (Фиг.1). Полая шнековая колонна состоит по меньшей мере из двух секций шнеков, последовательно соединенных друг с другом, в которых имеются трубы 1 (Фиг.1) и 2 (Фиг.2), связанные с замковыми ниппелем 3 (Фиг.1) и муфтой 4 (Фиг.1) при помощи сварки. На наружной поверхности труб 1 (Фиг.1) и 2 (Фиг.1) и замковых ниппеля 3 (Фиг.1) и муфты 4 (Фиг.1) смонтированы реборды 5 (Фиг.1), на концах 8 (Фиг.1) и 9 (Фиг.1) которых размещены упорные элементы 6 (Фиг.1) и 7 (Фиг.1), жестко связанные с ними и с резьбовыми замковыми соединениями 3 (Фиг.1) и 4 (Фиг.1). Упорные элементы 6 (Фиг.1) и 7 (Фиг.1) своими рабочими поверхностями а (Фиг.1) и b (Фиг.1) взаимодействуют между собой с возможностью дистанцирования торцов 10 (Фиг.1) ниппеля 3 (Фиг.1) и 11 (Фиг.1) муфты 4 (Фиг.1) в свинченном положении на величину S (Фиг.1), равную 1,5 мм.
Полая шнековая колонна работает следующим образом. Пилотный шнек при помощи специального переводника подсоединяют к вращателю буровой установки. К другому концу пилотного шнека подсоединяют породоразрушающий инструмент. Приложив к пилотному шнеку осевое усилие и вращение, начинают бурение скважины. Пробурив скважину на всю величину пилотного шнека, приподнимают его от забоя и устанавливают на подкладную вилку. Отсоединив шнек от переводника подсоединяют к нему следующий шнек и продолжают бурить скважину. По мере углубления скважины производят периодическое наращивание колонны шнеков. Разрушенная породоразрушающим инструментом горная порода по винтообразной реборде выдается на устье скважины.
После завершения бурения взрывной скважины через внутреннюю полость шнековой колонны с равнопроходным сечением осуществляется доставка патронированного взрывчатого вещества на забой.
Таблица №1
№ п/п
Сопоставляемые объекты
Трудозатраты на изготовление, (норма-часы)
1.
Устройство-прототип
2,5
2.
Заявленное устройство
2,2-2,25
Трудозатраты на изготовление заявленного устройства, как следует из таблицы №1, ниже на 11,1-13,6%, чем соответствующие трудозатраты на изготовление устройства-прототипа. Это дает основание для утверждения о достижении заявленного технического результата.
Пример 2.
Полая шнековая колонна с упорными элементами, размещенными на внутренних сторонах реборд шнека представлена на (Фиг.2). Полая шнековая колонна состоит по меньшей мере из двух секций шнеков, последовательно соединенных друг с другом, в которых имеются трубы 1 (Фиг.2) и 2 (Фиг.2), связанные с замковыми ниппелем 3 (Фиг.2) и муфтой 4 (Фиг.2) при помощи сварки. На наружных поверхностях труб 1 (Фиг.2) и 2 (Фиг.2) и замковых ниппеля 3 (Фиг.2) и муфты 4 (Фиг.2) смонтированы реборды 5 (Фиг.2), на концах 8 (Фиг.2) и 9 (Фиг.2) которых размещены упорные элементы 6 (Фиг.2) и 7 (Фиг.2), жестко связанные с ними и с резьбовыми замковыми соединениями 3 (Фиг.2) и 4 (Фиг.2). Упорные элементы 6 (Фиг.2) и 7 (Фиг.2) своими рабочими поверхностями a (Фиг.2) и b (Фиг.2) взаимодействуют между собой с возможностью дистанцирования торца 10 (Фиг.2) ниппеля 3 (Фиг.2) и торца 11 (Фиг.2) муфты 4 (Фиг.2) в свинченном положении на величину S (Фиг.2), равную 1,75 мм.
Полая шнековая колонна работает следующим образом. Пилотный шнек при помощи специального переводника подсоединяют к вращателю буровой установки. К другому концу пилотного шнека подсоединяют породоразрушающий инструмент. Приложив к пилотному шнеку осевое усилие и вращение, начинают бурение скважины. Пробурив скважину на всю величину пилотного шнека, приподнимают его от забоя и устанавливают на подкладную вилку. Отсоединив шнек от переводника подсоединяют к нему следующий шнек и продолжают бурить скважину. По мере углубления скважины производят периодическое наращивание колонны шнеков. Разрушенная породоразрушающим инструментом горная порода по винтообразной реборде выдается на устье скважины.
После завершения бурения скважины через внутреннюю полость шнековой колонны с равнопроходным сечением осуществляется подача бетонной смеси на забой при сооружении буроинъекционной сваи.
Таблица №2
№ п/п
Сопоставляемые объекты
Трудозатраты на изготовление, (норма-часы)
1.
Устройство-прототип
2,5
2.
Заявленное устройство
2,2-2,25
Трудозатраты на изготовление заявленного устройства, как следует из таблицы №2, ниже на 11,1-13,6%, чем соответствующие трудозатраты на изготовление устройства-прототипа. Это дает основание для утверждения о достижении заявленного технического результата.
Пример 3.
Полая шнековая колонна с упорными элементами, размещенными способом стык в стык с концами реборд шнека представлена на (Фиг.3). Полая шнековая колонна состоит по меньшей мере из двух секций шнеков, последовательно соединенных друг с другом, в которых имеются трубы 1 (Фиг.3) и 2 (Фиг.3), связанные с замковыми ниппелем 3 (Фиг.3) и муфтой 4 (Фиг.3) при помощи сварки. На наружной поверхности труб 1 (Фиг.3) и 2 (Фиг.3) и замковых ниппеля 3 (Фиг.3) и муфты 4 (Фиг.3) смонтированы реборды 5 (Фиг.3), на концах 8 (Фиг.3) и 9 (Фиг.3) которых размещены упорные элементы 6 (Фиг.3) и 7 (Фиг.3) способом стык в стык, жестко связаные с ними и с резьбовыми замковыми соединениями 3 (Фиг.3) и 4 (Фиг.3). Упорные элементы 6 (Фиг.3) и 7 (Фиг.3) своими рабочими поверхностями а (Фиг.3) и b (Фиг.3) взаимодействуют между собой с возможностью дистанцирования торца 10 (Фиг.3) ниппеля 3 (Фиг.3) и торца 11 (Фиг.3) муфты 4 (Фиг.3) в свинченном положении на величину S (Фиг.3), равную 2 мм.
Работа полой шнековой колонны в примерах 1-3 идентична. Полая шнековая колонна работает следующим образом. Пилотный шнек при помощи специального переводника подсоединяют к вращателю буровой установки. К другому концу пилотного шнека подсоединяют породоразрушающий инструмент. Приложив к пилотному шнеку осевое усилие и вращение, начинают бурение скважины. Пробурив скважину на всю величину пилотного шнека, приподнимают его от забоя и устанавливают на подкладную вилку. Отсоединив шнек от переводника подсоединяют к нему следующий шнек и продолжают бурить скважину. По мере углубления скважины производят периодическое наращивание колонны шнеков. Разрушенная породоразрушающим инструментом горная порода по винтообразной реборде выдается на устье скважины.
После завершения бурения гидрогеологической скважины в образовавшуюся полость опускают обсадную колонну с фильтром для последующей откачки воды.
Таблица №3
№ п/п
Сопоставляемые объекты
Трудозатраты на изготовление, (норма-часы)
1.
Устройство-прототип
2,5
2.
Заявленное устройство
2,2-2,25
Трудозатраты на изготовление заявленного устройства, как следует из таблицы №3, ниже на 11,1-13,6%, чем соответствующие трудозатраты на изготовление устройства-прототипа. Это дает основание для утверждения о достижении заявленного технического результата.
Для воплощения заявленного устройства могут использоваться известные технологии металлообработки и существующие металлообрабатывающие станки (например, станок токарно-винторезный 1М63, 16К20, пресс гтдравлический ПД-476, сварочный полуавтомат со сваркой в газовой среде). Следовательно, предложение соответствует критерию патентоспособности полезных моделей «промышленная применимость».
Пример 4.
Шнек для полой шнековой колонны (Фиг.4) состоит из трубы 1 (Фиг.4), связанной с замковыми ниппелем 3 (Фиг.4), муфтой 4 (Фиг.4-5) при помощи сварки. На наружной поверхности трубы 1 (Фиг.4) прикреплена реборда 5 (Фиг.4) с номинальным шагом h (Фиг.4) (например, величина шага может составлять значение 100 мм). В пределах наружных поверхностей замковых ниппеля 3 (Фиг.4) и муфты 4 (Фиг.4, Фиг.5) смонтированы по крайней мере по одному витку двухзаходной спирали реборды 5 (Фиг.4-5) с межвитковым шагом, превышающим межвитковый шаг основной спирали реборды в 1,5 раза (1,5h Фиг.4). На концевых частях 8 (Фиг.4) и 9 (Фиг.4) реборд 5 (Фиг.4, Фиг.5) размещены упорные элементы 6 (Фиг.4-5) и 7 (Фиг.4-5) с рабочими поверхностями a (Фиг.4-5) и b (Фиг.4-5), жестко связанные с ними способом стык в стык и с резьбовыми замковыми соединениями 3 (Фиг.4) и 4 (Фиг.4-5), при этом концевые части двухзаходной спирали реборды 8 (Фиг.4) и 9 (Фиг.4), контактирующие с упорными элементами 6 (Фиг.4-5) и 7 (Фиг.4-5), располагаются напротив друг друга (Фиг.5).
Увеличение шага концевых частей двухзаходной спиралей реборд в 1,5 раза обеспечивает компенсацию межвиткового пространства спиралей реборд, потерянного из-за размещения в нем тел упорных элементов 6 (Фиг.4-5) и 7 (Фиг.4-5) шнека, что обеспечивает беспрепятственное продвижение разрушенной породы по спирали реборд.
Наличие как минимум одного витка двухзаходной спирали реборды с упорными элементами на замковых ниппеле и муфте обеспечивает симметричность действия крутящего момента на шнек, передаваемого ему вращателем бурового станка. В результате исключается возможность искривления шнековой колонны и, как следствие, возникновение знакопеременных нагрузок на резьбовое соединение и неравномерный износ реборды, что увеличивает срок работы резьбового соединения и реборды шнека.
Таблица №4
№ п/п
Сопоставляемые объекты
Рабочий ресурс шнека, м
1.
Устройство-прототип диаметром 135 мм
1200
2.
Заявленное устройство диаметром 135 мм
1500
Таким образом, наличие в шнеке для полой шнековой колонны концевой двухзаходной спирали реборды, как видно из табл.4, обеспечивает повышение его рабочего ресурса на 25%.
Пример 5.
Шнек для полой шнековой колонны (Фиг.6) состоит из трубы 1 (Фиг..6), связанной с замковыми ниппелем 3 (Фиг.6), муфтой 4 (Фиг.6) при помощи сварки. На наружной поверхности трубы 1 (Фиг.6) прикреплена реборда 5 (Фиг.6) с номинальным шагом h (Фиг.6) (например, величина шага может составлять значение 100 мм). В пределах наружных поверхностей замковых ниппеля 3 (Фиг.6) и муфты 4 (Фиг.6) смонтированы по крайней мере по одному витку двухзаходной спирали реборды 5 (Фиг.6) с межвитковым шагом, превышающим межвитковый шаг основной спирали реборды в 1,2 раза (1,2h Фиг.6). На концевых частях 8 (Фиг.6) и 9 (Фиг.6) реборд 5 (Фиг.6) размещены упорные элементы 6 (Фиг.6) и 7 (Фиг.6) с рабочими поверхностями а (Фиг.6) и b (Фиг.6), жестко связанные с ними способом стык в стык и с резьбовыми замковыми соединениями 3 (Фиг.6) и 4 (Фиг.6), при этом концевые части двухзаходной спирали реборды 8 (Фиг.6) и 9 (Фиг.6), контактирующие с упорными элементами 6 (Фиг.6) и 7 (Фиг.6), располагаются напротив друг друга (Фиг.5).
Увеличение шага концевых частей двухзаходной спиралей реборд в 1,2 раза обеспечивает компенсацию межвиткового пространства спиралей реборд, потерянного из-за размещения в нем тел упорных элементов 6 (Фиг.6) и 7 (Фиг.6) шнека, что обеспечивает беспрепятственное продвижение разрушенной породы по спирали реборд.
Наличие как минимум одного витка двухзаходной спирали реборды с упорными элементами на замковых ниппеле и муфте обеспечивает симметричность действия крутящего момента на шнек, передаваемого ему вращателем бурового станка. В результате исключается возможность искривления шнековой колонны и, как следствие, возникновение знакопеременных нагрузок на резьбовое соединение и неравномерный износ реборды, что увеличивает срок работы резьбового соединения и реборды шнека.
Таблица №5
№ п/п
Сопоставляемые объекты
Рабочий ресурс шнека, м
l.
Устройство-прототип диаметром 135 мм
1100
2.
Заявленное устройство диаметром 135 мм
1350
Таким образом, наличие в шнеке для полой шнековой колонны концевой двухзаходной спирали реборды, как видно из табл.5, обеспечивает повышение его рабочего ресурса на 22,7%.
Пример 6.
Упорный элемент шнека (Фиг.7) представляет собой сегмент реборды длиной L (Фиг.7) не менее 1/6 длины окружности наружного диаметра трубы шнека, что обеспечивает его достаточную прочность при передаче крутящего момента в пределах 0,8-1,0 кНм для шнеков диаметром 108-180 мм.
Ширина упорного элемента А (Фиг.7) равной ширине реборды шнека 5 (Фиг.7), контактирующей с замковыми соединениями, чтобы соответствовать номинальному диаметру шнека. Высота упорного элемента шнека В (Фиг.7) должна быть в пределах 20-25% от величины большего шага спирали реборды (1,2-1,5h Фиг.4 и Фиг.6) при размещении его на внешней или внутренней сторонах реборды, и в 3-4 раза толще тела реборды С (Фиг.7) при размещении его стык в стык с концом реборды 5 (Фиг.7). Такие параметры высоты упорных элементов обеспечивают достаточную их прочность для передачи вышеуказанных величин крутящего момента и не создает заметного дополнительного сопротивления движению разрушенной горной породы по поверхности 14 (Фиг.7) упорного элемента шнека и далее по спирали реборды 5 (Фиг.7).
Угол подъема спирали α (Фиг.7) упорного элемента шнека 6 (Фиг.7) равен углу подъема спирали реборды 5 (Фиг.7), контактирующей с упорным элементом 6 (Фиг.7), что способствует безпрепятственному движению разрушенной породы по транспортирующей поверхности 14 (Фиг.7) упорного элемента шнека 6 (Фиг.7) и по поверхности основной реборды шнека 5 (Фиг.7). Рабочий торец а (Фиг.7) упорного элемента 6 контактирует с рабочим торцом b (Фиг.7) упорного элемента выше расположенной секции шнека. Поверхность 15 (Фиг.7) упороного элемента шнека выполнена радиусом, равным радиусу наружного диаметра трубы шнека, а поверхность 16 (Фиг.7) выполнена радиусом, равным радиусу шнека.
Упорный элемент шнека работает следующим образом. Пилотный шнек устанавливают во вращателе бурового станка и проходят интервал скважины на всю его длину. Затем производят наращивание колонны присоединением к пилотному шнеку последующего шнека путем свинчивания резьбовых замковых ниппеля 3 (Фиг.1-3) и муфты 4 (Фиг.1-3) до контакта рабочих поверхностей а (Фиг.1-3) упорных элементов 7 (Фиг.1-3) с рабочими поверхностями b (Фиг.1-3) упорных элементов 7 (Фиг.1-3).
Вращая колонну полых шнеков, прилагая к ней осевую нагрузку, продолжают процесс бурения скважины. Крутящий момент от вращателя бурового станка к колонне полых шнеков передается через взаимодействие рабочих поверхностей упорных элементов шнека а (Фиг.1-3) и b (Фиг.1-3). Такая последовательность наращивания колонны шнеков сохраняется до достижения проектной глубины скважины.
В начальный период эксплуатации шнеков при свинчивании замковых ниппеля 3 (Фиг.1-6) и муфты 4 (Фиг.1-6) крутящий момент помимо рабочих поверхностей упорных элементов а (Фиг.1-6) и b (Фиг.1-6), предотвращеющих затяжку соединения, частично воспринимается и самим резьбовым соединением 12 (Фиг.1-4 и 6), а осевое усилие при бурении скважины воспринимается резьбовым соединением 12 (Фиг.1-4 и 6) и частично рабочими поверхностями упорных элементов а (Фиг.1-6) и b (Фиг.1-6). Затем по мере износа ниток резьбы и рабочих поверхностей упорных элементов а (Фиг.1-6) и b (Фиг.1-6), крутящий момент будет передаваться только через рабочие поверхности упорных элементов а (Фиг.1-6) и b (Фиг.1-6), предотвращая затяжку резьбового соединения, при этом осевое усилие будет частично восприниматься и передаваться и рабочими поверхностями а (Фиг.1-6) и b (Фиг.1-6) упорных элементов 6 (Фиг.1-6) и 7 (Фиг.1-6).
Таблица 6
№ п/п
Сопоставляемые объекты
Трудозатраты на изготовление, (норма-часы)
1.
Устройство-прототип диаметром 135 мм
1,2
2.
Заявленное устройство диаметром 135 мм
0,3
Таким образом, заявляемая конструкция упорного элемента шнека значительно проще устройства-прототипа, обеспечивает снижение трудозатрат на его изготовление в 4 раза.
Пример 7.
Упорный элемент шнека (Фиг.7) представляет собой сегмент реборды длиной L (Фиг.7) не менее 1/6 длины окружности наружного диаметра трубы шнека, что обеспечивает его достаточную прочность при передаче крутящего момента в пределах 1,6-2,5 кНм для шнеков диаметром 220-370 мм.
Ширина упорного элемента А (Фиг.7) равной ширине реборды шнека 5 (Фиг.7), контактирующей с замковыми соединениями, чтобы соответствовать номинальному диаметру шнека. Высота упорного элемента шнека В (Фиг.7) должна быть в пределах 20-25% от величины большего шага спирали реборды (1,2-1,5h Фиг.4 и Фиг.6) при размещении его на внешней или внутренней сторонах реборды, и в 3-4 раза толще тела реборды С (Фиг.7) при размещении его стык в стык с концом реборды 5 (Фиг.7). Такие параметры высоты упорных элементов обеспечивают достаточную их прочность для передачи вышеуказанных величин крутящего момента и не создает заметного дополнительного сопротивления движению разрушенной горной породы по поверхности 14 (Фиг.7) упорного элемента шнека и далее по спирали реборды 5 (Фиг.7).
Угол подъема спирали α (Фиг.7) упорного элемента шнека 6 (Фиг.7) равен углу подъема спирали реборды 5 (Фиг.7), контактирующей с упорным элементом 6 (Фиг.7), что способствует безпрепятственному движению разрушенной породы по транспортирующей поверхности 14 (Фиг.7) упорного элемента шнека 6 (Фиг.7) и по поверхности основной реборды шнека 5 (Фиг.7). Рабочий торец а (Фиг.7) упорного элемента 6 контактирует с рабочим торцом b (Фиг.7) упорного элемента выше расположенной секции шнека. Поверхность 15 (Фиг.7) упороного элемента шнека выполнена радиусом, равным радиусу наружного диаметра трубы шнека, а поверхность 16 (Фиг.7) выполнена радиусом, равным радиусу шнека.
Упорный элемент шнека работает следующим образом. Пилотный шнек устанавливают во вращателе бурового станка и проходят интервал скважины на всю его длину. Затем производят наращивание колонны присоединением к пилотному шнеку последующего шнека путем свинчивания резьбовых замковых ниппеля 3 (Фиг.1-3) и муфты 4 (Фиг.1-3) до контакта рабочих поверхностей а (Фиг.1-3) упорных элементов 7 (Фиг.1-3) с рабочими поверхностями b (Фиг.1-3) упорных элементов 7 (Фиг.1-3).
Вращая колонну полых шнеков, прилагая к ней осевую нагрузку, продолжают процесс бурения скважины. Крутящий момент от вращателя бурового станка к колонне полых шнеков передается через взаимодействие рабочих поверхностей упорных элементов шнека а (Фиг.1-3) и b (Фиг.1-3). Такая последовательность наращивания колонны шнеков сохраняется до достижения проектной глубины скважины.
В начальный период эксплуатации шнеков при свинчивании замковых ниппеля 3 (Фиг.1-6) и муфты 4 (Фиг.1-6) крутящий момент помимо рабочих поверхностей упорных элементов а (Фиг.1-6) и b (Фиг.1-6), предотвращеющих затяжку соединения, частично воспринимается и самим резьбовым соединением 12 (Фиг.1-4 и 6), а осевое усилие при бурении скважины воспринимается резьбовым соединением 12 (Фиг.1-4 и 6) и частично рабочими поверхностями упорных элементов а (Фиг.1-6) и b (Фиг.1-6). Затем по мере износа ниток резьбы и рабочих поверхностей упорных элементов а (Фиг.1-6) и b (Фиг.1-6), крутящий момент будет передаваться только через рабочие поверхности упорных элементов а (Фиг.1-6) и b (Фиг.1-6), предотвращая затяжку резьбового соединения, при этом осевое усилие будет частично восприниматься и передаваться и рабочими поверхностями а (Фиг.1-6) и b (Фиг.1-6) упорных элементов 6 (Фиг.1-6) и 7 (Фиг.1-6).
Таблица 6
№ п/п
Сопоставляемые объекты
Трудозатраты на изготовление, (норма-часы)
1.
Устройство-прототип диаметром 135 мм
1,4
2.
Заявленное устройство диаметром 135 мм
0,35
Таким образом, заявляемая конструкция упорного элемента шнека значительно проще устройства-прототипа, обеспечивает снижение трудозатрат на его изготовление в 4 раза.
Пример 8.
Упорный элемент шнека (Фиг.7) представляет собой сегмент реборды длиной L (Фиг.7) не менее 1/6 длины окружности наружного диаметра трубы шнека, что обеспечивает его достаточную прочность при передаче крутящего момента в пределах 3,0-4,5 кНм для шнеков диаметром 420-530 мм.
Ширина упорного элемента А (Фиг.7) равной ширине реборды шнека 5 (Фиг.7), контактирующей с замковыми соединениями, чтобы соответствовать номинальному диаметру шнека. Высота упорного элемента шнека В (Фиг.7) должна быть в пределах 20-25% от величины большего шага спирали реборды (1,2-1,5h Фиг.4 и Фиг.6) при размещении его на внешней или внутренней сторонах реборды, и в 3-4 раза толще тела реборды С (Фиг.7) при размещении его стык в стык с концом реборды 5 (Фиг.7). Такие параметры высоты упорных элементов обеспечивают достаточную их прочность для передачи вышеуказанных величин крутящего момента и не создает заметного дополнительного сопротивления движению разрушенной горной породы по поверхности 14 (Фиг.7) упорного элемента шнека и далее по спирали реборды 5 (Фиг.7).
Угол подъема спирали α (Фиг.7) упорного элемента шнека 6 (Фиг.7) равен углу подъема спирали реборды 5 (Фиг.7), контактирующей с упорным элементом 6 (Фиг.7), что способствует безпрепятственному движению разрушенной породы по транспортирующей поверхности 14 (Фиг.7) упорного элемента шнека 6 (Фиг.7) и по поверхности основной реборды шнека 5 (Фиг.7). Рабочий торец а (Фиг.7) упорного элемента 6 контактирует с рабочим торцом b (Фиг.7) упорного элемента выше расположенной секции шнека. Поверхность 15 (Фиг.7) упороного элемента шнека выполнена радиусом, равным радиусу наружного диаметра трубы шнека, а поверхность 16 (Фиг.7) выполнена радиусом, равным радиусу шнека.
Упорный элемент шнека работает следующим образом. Пилотный шнек устанавливают во вращателе бурового станка и проходят интервал скважины на всю его длину. Затем производят наращивание колонны присоединением к пилотному шнеку последующего шнека путем свинчивания резьбовых замковых ниппеля 3 (Фиг.1-3) и муфты 4 (Фиг.1-3) до контакта рабочих поверхностей a (Фиг.1-3) упорных элементов 7 (Фиг.1-3) с рабочими поверхностями b (Фиг.1-3) упорных элементов 7 (Фиг.1-3).
Вращая колонну полых шнеков, прилагая к ней осевую нагрузку, продолжают процесс бурения скважины. Крутящий момент от вращателя бурового станка к колонне полых шнеков передается через взаимодействие рабочих поверхностей упорных элементов шнека а (Фиг.1-3) и b (Фиг.1-3). Такая последовательность наращивания колонны шнеков сохраняется до достижения проектной глубины скважины.
В начальный период эксплуатации шнеков при свинчивании замковых ниппеля 3 (Фиг.1-6) и муфты 4 (Фиг.1-6) крутящий момент помимо рабочих поверхностей упорных элементов а (Фиг.1-6) и b (Фиг.1-6), предотвращеющих затяжку соединения, частично воспринимается и самим резьбовым соединением 12 (Фиг.1-4 и 6), а осевое усилие при бурении скважины воспринимается резьбовым соединением 12 (Фиг.1-4 и 6) и частично рабочими поверхностями упорных элементов а (Фиг.1-6) и b (Фиг.1-6). Затем по мере износа ниток резьбы и рабочих поверхностей упорных элементов а (Фиг.1-6) и b (Фиг.1-6), крутящий момент будет передаваться только через рабочие поверхности упорных элементов а (Фиг.1-6) и b (Фиг.1-6), предотвращая затяжку резьбового соединения, при этом осевое усилие будет частично восприниматься и передаваться и рабочими поверхностями а (Фиг.1-6) и b (Фиг.1-6) упорных элементов 6 (Фиг.1-6) и 7 (Фиг.1-6).
Таблица 6
№ п/п
Сопоставляемые объекты
Трудозатраты на изготовление, (норма-часы)
1.
Устройство-прототип диаметром 135 мм
1,6
2.
Заявленное устройство диаметром 135 мм
0,4
Таким образом, заявляемая конструкция упорного элемента шнека значительно проще устройства-прототипа, обеспечивает снижение трудозатрат на его изготовление в 4 раза.
Форма рабочей поверхности упорного элемента шнека для полой шнековой колонны (далее - рабочая поверхность упорного элемента шнека) играет важную роль в конструкции шнека и выполняет роль передачи крутящего момента от одной секции шнека к другой и частично в передаче осевого усилия при контакте рабочих поверхностей упорных элементов последовательно соединяемых секций шнека.
Пример 9.
Упорные элементы шнека 6 (Фиг.8а) и 7 (Фиг.8а) с рабочими поверхностями в виде плоского торца (Фиг.8а), прикрепленные к замковым ниппелю 3 (Фиг.8а) с торцовой поверхностью 10 (Фиг.8а) и муфте 4 (Фиг.8а) с торцовой поверхностью 11 (Фиг.8а) полой шнековой колонны, связаны и с концевой частью реборды 5 (Фиг.8а) способом стык в стык. Рабочий торец а (Фиг.8а) упорного элемента шнека 7 (Фиг.8а) контактирует с рабочей поверхностью b (Фиг.8а) упорного элемента шнека 6 (Фиг.8а), дистанцируя торец 10 (Фиг.8а) ниппеля 3 (Фиг.8а) и торец 11 (Фиг.8а) муфты 4 (Фиг.8а) относительно друг друга на величину гарантированного зазора S (Фиг.8а), исключают возможность затягивания резьбового соединения 12 (Фиг.8а).
Рабочие поверхности а (Фиг.8а) и b (Фиг.8а) лежат в плоскости под углом δ (Фиг.8а) относительно осевой плоскости полой шнековой колонны, что обеспечивает возможность при бурении скважины передачи шнекам полой шнековой колонны не только крутящего момента, но и частично осевой нагрузки, разгружая резьбовое соединение шнеков 12 (Фиг.8а). Последнее способствует увеличению рабочего ресурса резьбового соединения и, как следствие, росту рабочего ресурса шнека и в целом полой шнековой колонны.
Таблица 7
№ п/п
Сопоставляемые объекты
Трудозатраты на изготовление, (норма-часы)
Предельное значение рабочего ресурса, м
1.
Устройство-прототип диаметром 135 мм
1,2
1200
2.
Заявленное устройство диаметром 135 мм
0,3
1300
Таким образом, шнек с упорными элементами, форма рабочей поверхности которых выполнена в виде плоского торца, как видно из табл.7, обеспечивает снижение трудозатрат на изготовление в 4 раза и увеличение рабочего ресурса более чем на 8%.
Пример 10.
Упорные элементы шнека 6 (Фиг.8б) и 7 (Фиг.8б) с рабочими поверхностями в виде ласточкиного хвоста (Фиг.8б), прикрепленные к замковым ниппелю 3 (Фиг.8б) с торцовой поверхностью 10 (Фиг.8б) и муфте 4 (Фиг.8б) с торцовой поверхностью 11 (Фиг.8б) полой шнековой колонны, связаны и с концевыми частями реборд 5 (Фиг.8б) способом стык в стык. Рабочая поверхность а (Фиг.8б) упорного элемента шнека 7 (Фиг.8б) контактирует с рабочей поверхностью b (Фиг.8б) упорного элемента шнека 6 (Фиг.86), дистанцируя торец 10 (Фиг.8б) ниппеля 3 (Фиг.8б) и торец 11 (Фиг.8б) муфты 4 (Фиг.8б) относительно друг друга на величину гарантированного зазора S (Фиг.8б), исключают возможность затягивания резьбового соединения 12 (Фиг.8б).
Рабочие поверхности a (Фиг.8б) и b (Фиг.8б) лежат в плоскостях под углом β (Фиг.8б) и γ (Фиг.8б) относительно осевой плоскости колонны и ориентированы как в сторону его вращения, так и в сторону противоположную направлению вращения шнека. При бурении скважины это способствует передаче не только крутящего момента, но и частично осевой нагрузки на колонну, а при выполнении спуско-подъемных операций частичному восприятию осевой нагрузки от веса колонны, разгружая резьбовое соединение шнеков. Все выше сказанное способствует увеличению рабочего ресурса резьбового соединения и, как следствие, росту рабочего ресурса полой шнековой колонны.
Таким образом, заявляемые формы рабочих поверхностей упорных элементов шнека для полой шнековой колонны значительно проще устройства-прототипа и способствуют передаче не только крутящего момента от бурового станка полой шнековой колонне, но и части осевой нагрузки, разгружая резьбовое соединение шнеков, увеличивая рабочий ресурс полой шнековой колонны.
Таблица 8
№ п/п
Сопоставляемые объекты
Трудозатраты на изготовление, (норма-часы)
Предельное значение рабочего ресурса, м
1.
Устройство-прототип диаметром 135 мм
1,2
1200
2.
Заявленное устройство диаметром 135 мм
0,4
1350
Таким образом, шнек с упорными элементами, форма рабочей поверхности которых выполнена в виде ласточкиного хвоста, как видно из табл.5, обеспечивает снижение трудозатрат на изготовление в 3 раза и увеличение рабочего ресурса на 12,5%.
Источники информации:
1. Патент РФ, №2017929, кл. Е21В 17/046, опуб. 15.08.1994. Бюл. №15.
2. Патент РФ, №2061832, кл. Е21В 17/04, опуб. 10.06.1996. Бюл. №16.
(прототип)
3. А.с. СССР, №374445, кл. Е-21В 17/22, опуб. 26.04.1973. Бюл. №15.
4. А.c. СССР, №1571201, кл. Е21В 17/00, 17/22, 19/00, опуб. 15.06.90. Бюл. №22.
(прототип)
5. А.c. СССР, №794171, кл. Е21В 17/046, опуб. 07.01.1981. Бюл. №1.
6. А.с. СССР №1326722, кл. Е21В 17/046, опуб. 30.07.1987. Бюл. №28.
(прототип)
7. Патент США, №2671682, кл. 287-103, опуб. 1954.
8. Патент РФ, №2224870, кл. Е21В 17/046, опуб. 27.02.2004. Бюл. №6.
(прототип)