ПОРОДОРАЗРУШАЮЩАЯ ЧАСТЬ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА (ВАРИАНТЫ)

Заявляемая полезная модель относится к буровой технике, а именно, к универсальным конструкциям породоразрушающей части бурового лопастного инструмента для вращательного бурения сплошным забоем гидрогеологических, дренажных, сейсмических и других скважин технического назначения в породах любого типа.
Породоразрушающий инструмент предназначен для передачи энергии горной породе, при этом эффективность разрушения породы зависит от ее механических свойств и характера воздействия на нее. При бурении скважин применяют следующие виды породоразрушающего инструмента: буровые долота для бурения скважины сплошным забоем, бурильные головки для бурения скважин кольцевым забоем, расширители для расширения ствола скважины, калибраторы, стабилизаторы, центраторы для выравнивания стенок скважины. Стойкость долота определяется временем, в течение которого долото изнашивается.
Из уровня техники известна шнековая буровая коронка, содержащая вал с забурником из резцов на конце, формирующих опережающую скважину, а вокруг вала закреплены транспортирующие ленты, образующие цилиндрическую часть шнека, при этом забурник опережает коническую часть шнека таким образом, что формирует опережающую скважину цилиндрической формы. Забурник закреплен на лопасти (см. патент РФ №2234586 С1 на изобретение «Шнековая буровая коронка», дата подачи 28.03.2003 г., опубликовано 20.08.2004 г.).
Известна головка для бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах, включающая двухлопастной корпус резцы, на корпусах которых установлены твердосплавные режущие пластины, рабочая поверхность которых выполнена остроконечной, забурник с направляющим элементом, при этом на двухлопастном корпусе расположены два ряда резцов по одному ряду на каждой лопасти, причем лопасти второго ряда расположены между собой под углом 180°, а шаг между резцами первого ряда равен шагу между резцами первого ряда, резцы установлены с наклоном - режущей кромкой вперед по направлению вращения, а рабочие поверхности твердосплавных режущих пластин выполнены с наклоном к корпусам под углом 20° - концентраторами напряжений вперед по направлениям вращения при бурении (см. патент РФ №2298636 С1 на изобретение «Головка для бурения неглубоких скважин в мерзлых грунтах», дата подачи 25.08.2005 г., опубликовано 10.05.2007 г.).
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является лопастной бур, породоразрушающая часть которого включает сменный забурник в виде пластины, связанной посредством болтового соединения с полым литым корпусом, на котором с помощью болтового соединения присоединены две призматические пластины, закрепленные на лопастях, при этом на всех пластинах жестко закреплены режущие элементы - резцы, армированные твердосплавными вставками (см. http://www.zavod-sdm.ru/ru/tools/blade-drills/bk-01205. Бур лопастной БК-01205).
Недостатки данного устройства обусловлены применением только для определенного типа грунтов, громоздкостью конструкции, ненадежным присоединением резцов с помощью крепежных элементов, подверженных при эксплуатации повышенной деформации и разрушению, что затрудняет демонтаж резцов. Кроме того, известные буры за счет расположения режущих элементов в одной плоскости имеют ограниченную область применения и низкую производительность.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является создание упрощенной универсальной надежной конструкции, предназначенной для бурения грунтов расширенного перечня.
Предлагаемая группа полезных моделей представлена двумя вариантами исполнения породоразрушающей части бурового инструмента.
Заявляемый технический результат по первому варианту достигается тем, что породоразрушающая часть бурового инструмента, включающая пластины с закрепленными на них режущими элементами в виде съемных армированных резцов, согласно полезной модели дополнительно содержит основание, на котором закреплены пластины, установленные с зазором и расположенные под углом по отношению к вертикальной оси основания, при этом режущие элементы размещены внутри зазора на каждой из пластин.
Заявляемый технический результат по второму варианту достигается тем, что породоразрушающая часть бурового инструмента, включающая пластины с закрепленными на них режущими элементами в виде съемных армированных резцов и забурник, согласно полезной модели дополнительно содержит основание, на котором закреплены пластины и кронштейн, служащий для фиксации в нем забурника, при этом пластины установлены с зазором между собой и расположены под углом по отношению к вертикальной оси основания, а режущие элементы размещены внутри зазора на каждой из пластин, а также на забурнике.
Резцы и забурник армированы твердосплавными элементами.
В качестве армирующих элементов для резцов и забурника могут быть использованы элементы твердосплавного усиления, в том числе, цилиндроконические вставки, плоские напайки или наплавка.
Основание может быть выполнено любой формы.
Пластины размещены по отношению к вертикальной оси основания под углом 30°-60°, преимущественно 45°.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где
Фиг. 1 - вид спереди породоразрушающей части бурового инструмента по первому варианту;
Фиг. 2 - вид сверху породоразрушающей части бурового инструмента по первому варианту;
Фиг. 3 - вид сбоку породоразрушающей части бурового инструмента по первому варианту;
Фиг. 4 - вид спереди породоразрушающей части бурового инструмента по второму варианту;
Фиг. 5 - вид сверху породоразрушающей части бурового инструмента по второму варианту;
Фиг. 6 - вид сбоку породоразрушающей части бурового инструмента по второму варианту.
Заявляемое устройство по первому варианту состоит из основания 1, на котором с помощью неразъемного соединения, например, сварки, закреплены пластины 2.1-2.2, установленные с зазором и на каждой из которых размещены режущие элементы - резцы (зубья) 3.1-3.n, при этом пластины 2.1-2.2 расположены под углом по отношению к вертикальной оси основания 1. Резцы 3.1-3.n закреплены внутри зазора на каждой из пластин 2.1-2.2, например, посредством шплинта.
Основание 1 и пластины 2.1-2.2 изготовлены из листового проката, при этом форма основания определяется технологической необходимостью, а форма пластины преимущественно прямоугольная. Режущие элементы-резцы (зубья) 3.1-3.n армированы твердосплавными элементами (на чертеже не показаны), при этом в качестве армирующих элементов резцов могут быть использованы элементы твердосплавного усиления, в том числе, цилиндроконические вставки, плоские напайки и наплавка. Резцы на пластинах размещают, как правило, в шахматном порядке по направлению вращения бура.
Устройство может быть дополнительно оснащено ребрами жесткости 4.1-4.n.
Устройство по второму варианту состоит из основания 1, на котором с помощью неразъемного соединения, например, сварки, закреплены пластины 2.1-2.2, установленные с зазором и на каждой из которых размещены режущие элементы-резцы (зубья) 3.1-3.n, при этом пластины 2.1-2.2 расположены под углом по отношению к вертикальной оси основания 1. Резцы 3.1-3.n закреплены внутри зазора на каждой из пластин 2.1-2.2, например, с помощью шплинта.
Устройство может быть дополнительно оснащено ребрами жесткости 4.1-4.n.
Кроме того, на основании жестко закреплен кронштейн 5, в который вставлен забурник 6, связанный с кронштейном 5 с помощью крепежного соединения 7, например, болтового соединения или шпильки.
Основание 1, пластины 2.1-2.2, забурник 6 изготовлены из листового проката, при этом форма основания и забурника определяется технологической необходимостью, а форма пластин - преимущественно прямоугольная. Кроме того, забурник 6 может быть выполнен объемным, при этом его форма определяется технологической необходимостью. Режущие элементы-резцы (зубья) 3.1-3.n армированы твердосплавными элементами (на чертеже не показаны), при этом в качестве армирующих элементов резцов могут быть использованы элементы твердосплавного усиления, в том числе, цилиндроконические вставки, плоские напайки или наплавка. Резцы на пластинах размещают, как правило, в шахматном порядке по направлению вращения бура.
На основании 1 с помощью неразъемного соединения - сварки закрепляют полый корпус (на чертеже не показан), в котором размещают или хвостовик шнека, или буровую штангу, связанную с базовой машиной (на чертеже не показаны), при этом корпус представляет собой, например, втулку, вал, служащий для сообщения общего вращательного движения. Для надежной установки буровой штанги в корпусе выполняют крепежные отверстия.
На основании 1 может быть закреплен хвостовик или выполнено резьбовое соединение (на чертеже не показаны), служащие для размещения в них или буровой штанги, или шнека, либо закреплен непосредственно сам шнек.
Армирование резцов 3.1-3.n выполняют с помощью, например, твердосплавных вставок.
Осуществление полезной модели подтверждается примерами конкретного выполнения.
Базовую установку (машину) размещают на поверхности грунта.
При погружении в грунт заявляемому устройству сообщают вращательное и направленное вниз поступательное движение от привода базовой машины, при этом происходит разрушение породы. В зависимости от применяемых резцов: с цилиндроконическим, плоским или наплавным армированием, производят выработку одно или многоуровневой скважины соответственно. При этом ступеньки воронки образуются из-за срезания и/или скалывания породы, происходящего за счет возникающих касательных напряжений пропилов и срезов в разрушаемом грунте. Касательные напряжения пропилов и срезов создаются благодаря воздействию резцов и забурника 3.1-3.n на грунт.
Замену изношенных или поврежденных режущих элементов осуществляют путем их демонтажа.
Преимуществами заявляемой породоразрушающей части бурового инструмента является простота и прочность конструкции, обеспечивающая быстрый монтаж/демонтаж изношенных по мере истирания или повреждения резцов.
Кроме того, устройство является универсальным, т.к. на пластинах могут быть закреплены любые типы режущих элементов, а в кронштейне различные типы забурников, необходимых для разрушения породы различного типа. Конструкция проста в изготовлении и при эксплуатации, позволяет сократить время на замену режущих элементов, что, в свою очередь, повышает производительность буровой установки.
Кроме того, стоимость изготовления и эксплуатации конструкции значительно ниже по сравнению с прототипом.