Кільцевий буровий робочий орган

Кільцевий буровий робочий орган, який включає трубчатий корпус з хвостовиком і шнеком на зовнішній поверхні, секційний ґрунторуйнівний вінець, в кожну секцію якого входять зміщені в плані косокутні і двогранні різці та відгрібаючий скребок, який відрізняється тим, що центральний передній різець секції - двогранний - розташований з можливістю утворення в плоскому кільцевому забої центрального прорізу, а наступні два, що по черзі зрізають ґрунт в бік центрального прорізу, - косокутні, кожен з двома різальними кромками, вертикальною та горизонтальною, нахиленими до напрямку різання на кут g = 35 ¸ 40o , горизонталь Корисна модель належить до землерийного машинобудування, а саме до робочих органів машин циклічної дії. Відомі робочі органи, призначені для кільцевого буріння свердловин, що включають полий циліндричний корпус із шнеком на зовнішній поверхні, бурову коронку закріплену на його робочому торці, на якій закріплені свердлиностворюючі, центральні і керностворюючі різці. Вони розвернуті відносно радіуса коронки в протилежних напрямках таким чином, що свердлиностворюючі різці розвернуті відносно радіуса за напрямком обертання коронки, а керностворюючі - проти напрямку обертання. Передня грань центральних різців виконана клиноподібної форми а самі різці зміщені в плані відносно свердлино і керностворюючих різців, [авторське свідоцтво СРСР SU №1781408 А1 кл. Е 21 В 10/46, 1992]. Недоліком даного технічного рішення є те, що бокові свердловини та керноутворюючі різці працюють в умовах блокованого різання, при якому, крім опору руйнування ґрунту перед лобовою гранню, діють опори в бокових розширеннях прорізу та біля бокових ребер ножа. Це пояснюється тим, що під час відокремлення стружки ґрунт руйнується внаслідок розвитку в ньому складного напруженого стану: перед лобовою гранню руйнування відбувається зрізом різальною кромкою, зсувом і сколюванням, в бокових розширеннях прорізу -відривом, а біля бокових ребер ножа поруч з різальною кромкою - зрізом. Після досягнення товщини зрізу так званої критичної глибини різання, що має місце по краям кільцевого прорізу біля його циліндричних стінок, де бокові розширення відсутні, виникає інтенсивне зростання зон бокового зрізу ґрунту ребрами ножа. Крім того ґрунт за межами критичної глибини вдавлюється в масив по боках ножів і від масиву не відокремлюється. Це створює значне збільшення опору різання ґрунту ножами в кільцевому прорізу. Таким чином в основі корисної моделі стоїть задача підвищити ефективність буріння свердловин великого діаметру за рахунок використання в кільцевому бурі секційного ґрунторуйнівного вінця нової конструкції. Поставлена задача вирішується тим, що зменшення опору руйнування ґрунту при створенні кільцевого прорізу досягається за рахунок використання ґрунторуйнівного вінця з косокутними різальними елементами, в яких різальна кромка розташована під кутом до напрямку різання, та раціональної схеми їх розстановки в плані і, для врахування швидкості осьової подачі бура, змінної висоти. Схема запропонованої конструкції грунторуйнівного вінця кільцевого бура подана на Фіг.1-5. (19) UA (11) 20663 (13) U на кромка відокремлює ґрунт від торцевої поверхні забою (вверх), вертикальна - відокремлює ґрунт в бік центрального прорізу, і різці виконані кожен із зменшенням висоти відносно до попереднього за напрямком руху на величину вертикальної подачі бура за час проходження відстані між ними. 3 20663 Ґрунторуйнівний вінець оснащений кількома ріжучими секціями, які повторюються з певним кроком по всій довжині вінця. Кожна секція складається з трьох різців: переднього - 1, середнього - 2 та заднього - 3, а також відгрібаючого скребка 4, який відгрібає зруйнований різцями ґрунт до стінки свердловини для подальшого транспортування його на поверхню шнеком, що закріплений над ґрунторуйнівним вінцем на зовнішній поверхні циліндричного корпусу бура. При обертанні і осьовій подачі бура передній різець, що являє собою двогранний ніж (Фіг.1-4), розташований фронтально, робить центральний проріз посередині кільцевої щілини, а наступні бокові різці 2 і 3 являють собою косокутні ножі з двома різальними кромками (Фіг.6, 7), одна з яких 1 відокремлює ґрунт від торцевої поверхні забою (вверх), друга 2, яка одночасно являється і опереджуючим ребром, відокремлює ґрунт в бік центрального прорізу. Обидві різальні кромки, що знаходяться на перетині передньої та задніх граней контактують з переднім d та заднім d' кутами різання і створюють з нормаллю до напрямку різання кут gпл.г - в горизонтальній та gлд.в - в вертикальній площинах. Така схема різання ґрунту дозволяє уникнути наявності поверхонь бокових зрізів, отже відсутні бокові розвали і розрахунок сил різання, з деяким припущенням, можна вести як для вільного різання. Для визначення геометричних параметрів різців та їх раціональності розстановки на ґрунторуйнівному вінці слід враховувати величину швидкості руху різця в забої Vр, яка складається з колової швидкості Vw , що визначається частотою обертання бура, і швидкості подачі бура VN (Фі г.5) 2 2 Vp = Vw + VN . З аналізу траєкторії руху різців та відгрібаючого скребка в межах однієї секції довжиною l в умовах одночасної дії двох швидкостей випливає, що 4 лінії різання ріжучих елементів не збігаються по глибині, а знаходяться в різних площинах, тобто кожний наступний різець порівняно з попереднім заглиблюється на певну величину. Це приводить до утворення ступінчатого забою, що створює додаткові труднощі відокремлення стружки боковими поверхнями різців в бік виступ у, який при цьому утворюється і, отже, сприяє збільшенню сили різання. Сумарна величина заглиблення h елементів в межах однієї секції довжиною l h=l×tga, V де tga = N . Vw Кожний елемент секції заглиблюється відповідно на величину h1, h2 та h3, тому h=h1+h2+h3 При рівних інтервалах розташування елементів секції h h1 = h 2 = h 3 = . 3 З метою утворення плоского забою (Фіг.7) для виключення впливу швидкості подача бура, різальні елементи секції виконуються перемінної висоh ти з інтервалами . 3 Застосування запропонованої конструкції ґрунторуйнівного вінця кільцевого бура з косокутними різальними елементами порівняно з існуючими рішеннями дає змогу зменшити енергоємність процесу кільцевого буріння свердловин за рахунок зменшення сил різання, підвищити продуктивність буріння в складних гірничо-геологічних умовах при створенні свердловин великих діаметрів для стовпчастих опор і фундаментів будівельних споруд. 5 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 20663 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601