Клапан шарошечного долота

ДЛЯ ( \ n / * L b 4 O r 0 HOI't ЗОНАМИ* СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАПИСГИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК (19) (5D5 КЗ J . ООI О 01) Е 21 В 10/24 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТСССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 (21)4706502/03 (22)19 06.89 (71) Научно-исследовательский горнорудный институт (72) Н М Панчошный, Н М.Бондаренко, Д.И.Малюта, В.А Литвиненко, В.И.Пахомов, В.П.Копос и Ю.Н.Бурлака (53) 622.24.051.5Б (088 8) (56) Патент США N- 4154313. кл. 175-313. опуБ-м»\ 1979 (54} КЛАПАН ШйРОШГЧНОГО ДОЛОТА (57) Изобретена относится к буровой технике, а именно к шарошечным долотам для бурения взрывных скважин в абразивных крепких обводненных горных породах, преимущественно с очисткой гэзоооразным агентом, и позволяет повысить эффективность клапана путем создания дополнительных запирающих усилий Клапан содержит цилиндрический корпус 1 с радиальными сквозными отверстиями 2. В корпусе 1 расположена вставка 4 из эластичного материала с открытой книзу внутренней полостью 5. Вставка 4 имеет выступ 9 на верхнем торце 6. а внутренняя полость 6 в продольном сечении выполнена по параболе 10. Узел крепления вставки 4 выполнен в виде проточки 3 в верхней части корпуса 1 с внутренней резьбой, расположенного в проточке 3 кольцевого буртик:, И верхнего тор'^^ 6встааки4икрышки 12 енгружмой резьЬ, и 13. Крышкз 12 установлена г < оточке 3 с возможностью взаимодействия с высупом 9. При работе выступ 9 обеспечивйег дополнительные усилия прижатия ьсгавки** к корпусу 1, а выполнение внутренней полости в продольном сечении по параболе способ-т* вует тому, что края вставки 4 ( иже отверстий 2 прижимаются к корпусу 1 сильнее, чем другие ее части 4 ил. Изобретение относится к буровой технике, а именно к шарошечным долотам для бурения взрывных скважин в збразивных крепких обводненных горных породах, преимущественно с очисткой гэзообгазным агентом. Шарошечное долото при б у д н и й взрывных скважин в абразивных крепких горных породах испытываем большие динамические нагрузки Тяжелые условия механического разрушения горных пород обуславливают преимущественно износ опор качения шарошек. По этой причине в настоящее время на карьерах Кривбасса ощущается острый дефицит в шарошечных долотах. Проведенные исследования пока зали, что при наращивании буровой штанги центральный обратный клапан создает воздушную подушку за счет герметизации забойного пространства от внутритрубього пространства буровой штанги ч т должно способствовать уменьшению попадания Оу рового шлама в опоры шарошек Однако из-за наличия продувочных каналов лап, износа тыльной части лап и плохой герметичности центрального обратного клапана опоры шарошек, как правило зашламляются. Для уменьшения зашламления опор шарошек наиболее эффектно ным направлением является уменьшение объема воздушной подушки и повышение герметичности обратных клапанов 39-91 У 1 1686870 Проблема защиты опор качения шарошек за счет уменьшения объема воздушной подушки существует давно. Для ее решения предложены и используются различные научно-технические направления. 5 Известно устройство клапана с шарошечным долотом, имеющее в каналах цапф лап шарошечного долота обратные клапаны, патрубок одного из которых пропущен через центральное отверстие долота. 10 Недостатком известной конструкции является низкая надежность защиты от попадания бурового шлама в опоры шарошек через зазор между лапой долота и шарошкой, после прекращения подачи газообраз- 15 ного агента, путем сжатия давлением со стороны забоя достаточно большого обьема воздушной подушки, состоящей из совокупности объема воздуха, находящегося в ниппельной полости, продувочных каналов лап 20 и цапф, зазорах между цапфой, опорными подшипниками и внутренней полостью шарошек. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению анало- 25 гом является клапан в шарошечном долоте, у которого корпус содержит отверстие для прохода газообразного агента и резиновую прокладку, размещенную внутри корпуса с возможностью перекрывать отверстия. 30 Недостатком конструкции этого клапана шарошечного долота является недостаточная герметичность, низкая надежность работы и отсутствие возможности регулирования прижатия резиновой прокладки к 35 корпусу клапана. Кроме того, из-за износа рабочей поверхности резиновой прокладки под действием газообразного агента требуется создание дополнительных внутренних напряжений в резиновой прокладке. Отсут- 40 ствие такого механизма обуславливает малоэффективную эксплуатацию такого клапана и всего шарошечного долота в целом. Работа такого клапана приводит к пропуску шлама в опоры шарошек и быстрому 45 выходу их из строя. Целью изобретения является увеличение срока службы и улучшение качества его работы за счет повышения герметичности клапана путем создания дополнительных 50 внутренних напряжений в резиновой прокладке в зоне расположения отверстий, а следовательно и уменьшение количества шлама лопадаемого в опоры шарошек долота, повышение проходки долота и экономии 55 материальных затрат при бурении взрывных скважин. Цель достигается тем, что в известном клапане шарошечного долота содержащем корпус с отверстиями для прохода газооб разного агента и резиновую прокладку, размещенную внутри корпуса с возможностью перекрывать отверстия, корпус клапана выполнен составным из цилиндра и крышки, в верхней части корпуса - кольцевая проточка, на крышке и кольцевой проточке - резьба с возможностью взаимодействия этой крышки и корпуса, в верхней части резиновой прокладки - буртик для фиксации ее в кольцевой проточке корпуса, при этом на торце резиновой прокладки выполнен выступ, а внутренняя поверхность ее - по кривой, например параболе. Выступ, выполненный на торце резиновой прокладки с буртиком для фиксации ее в кольцевой проточке корпуса, размещен под крышкой и с помощью резьбы прижат к корпусу клапана, в результате чего крышка клапана выгибает этот выступ в противоположную сторону от первоначального положения и благодаря этому создает в резиновой прокладке дополнительные внутренние напряжения, которые передаются на ее внутреннюю поверхность в зоне расположения отверстий. Это обуславливает более сильное прижатие резиновой прокладки к корпусу клапана в зоне расположения отверстий, чем и обеспечивается повышение герметичности клапана. Эта необходимость вызвана тем, что в процессе работы происходит ослабление прижатия к корпусу резиновой прокладки у известного устройства за счет внутренних усталостных явлений и из-за износа наружной поверхности резиновой прокладки. Наличие крышки с резьбой позволяет осуществлять во время эксплуатации необходимую регулировку прижатия резиновой прокладки к корпусу клапана в зоне отверстий за счет соответствующего воздействия на выступ. Кроме того, наличие у резиновой прокладки внутренней поверхности, выполненной по кривой параболе* позволяет осуществлять передачу внутренних напряжений деформированного выступа от торца резиновой прокладки в зоне расположения отверстий и увеличить тем самым прижатие резиновой прокладки к корпусу клапана. Такое конструктивное выполнение позволяет совмещэть функции по повышению герметичности клапана в процессе эксплуатации, уменьшению попадания бурового шлама непосредственно в опоры шарошек, а следовательно, и обеспечению длительного срока службы опор шарошек. Это позволяет значительно уменьшить трудоемкость и эксплуатационные затраты на бурение взрывных скважин, повысить проходку долот и увеличить производительность буровых станков и горных работ в целом. 1686870 1, продувочные каналы лап 15, опоры шарошек 18 и дальше череч зазоры - на стенки забоя буровой скважины. Деформация резиновой прокладки 5 относительно корпуса клапана 1 происходит на величину, необходимую для обеспечения продувки її охлаждения опоры шарошек потоком газообразного агента. При деформации резиновой прокладки 5 возникают внутренние напряжения, которые распределяются около внутренней поверхности 8 резиновой прокладки 5, выполненной по криоой параболе. Эти внутренние напряжения обеспечивают после прекращения подачи газообразного агента прилегание наружной поверхности резиновой прокладки 5 к внутренней поверхности корпуса клапана 1 и надежное перекрытие отверстий 2. Однако в процессе зксплуатзции надежность прилегания резиновой прокладки 5 к корпусу клапана 1 снижается и герметичность клапана ухудшаеіся. Для увеличения внутренних напряжений и улучшения прилегания наружной поверхнести резиновой прокладки 5 к внутренней поверхности корпуса клапана 1 на торце резиновой прокладки 5 выполнен выступ 7. Дозированное увепичение внутренних напряжений осуществляется следующич образом. В период предэксплуатзционной подготовки шарошечного долота к работе крышка 9 ввинчивается по резьбе в кольцевую проточку 3 корпуса клапана 1 до момента, когда нижняя горизонтальная плоскость 10 соприкаснется г, выступом 7. В дальнейшем после некоторого периода работы шарошечною долота, когда из-за усталостных явлении ухудшится герметичность клапана и прилегание резиновой прокладки 5 к корпусу клапана 1, крышка 9 по резьбе ввинчивается на половину высоты выступа 7. При этом выступ 7 на половину своей высоты вдавливается в торец резиновой прокладки 1. Вдавливание выступа 7 сопровождается созданием дополнительных внутренних напряжений и некоторым изменением профиля внутренней поверхности 8, т.е. кривизны кривой параболы Предложенные клапана шарошечного долота 14 установлены в продувочных кана- 50 Увеличение внутренних напряжений в лах лап 15, а клапана 16 - з центральной торце резиновой прокладки 5 передается по втулке 17 в ниппельной части шаооіиечного телу резиновой прокладки 5 в зону отвердолота. Они работают следующим образом. стий 2 Это сопровождается увеличением В процессе бурения поток газообразного прчжатия наружной цилиндрической пооерагента попадает из конусный рассекатель 55 хности резиновой прокладки 5 к внутренней 12 и корпус клэпача 1 с отверстиями 2. Поповерхности корпуса клапана 1, а следоваток газообразного агента сооим действием тельно, и к увеличению герметичности клав зоне отверстии 2 отжимает нижнюю часть пана. Максимальное создание внутренних резиновой прокладки 5 si проходит через дополнительных напряжений в резиновой отверстия 2, внутреннюю полость корпуса прокладке 5 будет при полном вдлзливании На фиг.1 изображен клапач шарошечного долота со снятой крышкой корпуса, общий вид; на фиг,2 - то же, в рабочем состоянии; на фигЗ дан вид шарошечного долота с установленным клапаном а проду- 5 вочном канале лапы; на фиг,А - вид шарошечного долота с установленным клапаном в центральной втулке. Клапан шарошечного долота содержит корпус клапана 1 с отверстиями 2 для про- 10 хода газообразного агента. Корпус клапана 1 выполнен в виде цилиндра внутри которого в верхней части выполнена кольцевая проточка 3. На кольцевой проточке 3 выполнена резьба. В нижней части корпуса клапа- 15 на 1 выполнена наружная резьба 4 для крепления клапана в продувочных каналах шарошечного долота. Во?можмы и другие варианты крепления клапана к продупочным каналам шарошечного долота в виде 20 прессовой посадки конусной или цилиндрической поверхности. В корпусе кпапана 1 со стороны кольцевой проточки 3 установлена резиновая прокладка 5, наружная цилиндрическая поверхность которой соответству- 25 ет внутреннему диаметру корпуса клапана 1. Резиновая прокладка 5 имеет в верхней части торец с буртиком 6, который входит в кольцевую проточку 3, а наружная цилиндрическая поверхность резиновой проклад- 30 ки 5 перекрывает нее отверстия 2 в корпусе 1. На торце резиновой прокладки 5 выполнен выступ 7 для создания дополнительных внутренних напряжений, а внутренняя поверхность 8 резиновой прокладки 5 выпол35 нена по кривой параболе. На торец резиновой прокладки 5, установленной в кольцевой проточке 3 корпуса клапана 1, устанавливается крышка 9, которая является составной частью корпуса клапана 1. Крышка 9 имеет нижнюю горизонтальную 40 плоскость 10, наружную резьбу 11, конусный рассекатель 12 и шлиц 13 под отвертку. Крышка 9 с помощью резьбы И завинчена в кольцевую протолку 3 корпуса клапана 1 до взаимодействия своей нижней горизон- 45 тальной плоскостью 10 с выступом 7 резиновой прокладки 5. 1686870 вьктупз 7, когда ни: .ИЙЯ горизонтальная плоскость 10 займет положение показанное на фиг.2. При этом НИЖНИЙ горизонтальная плоскость 10 всей своей поверхностью прижмется к торчу резиновой прокладки 5 и 5 обеспечит наибольшее ее прилегание к корпусу клапана 1 в зоне отверстии 2. Необходимости создания наибольших внутренних напряжений в резиновой прокладке 5 появлчется з конце предусмотренного срока 10 службы клапана. После прекращения подЙЧИ газообразного агента на забой скважин« клэпан работает следующим образом. При отсутствии давления со стороны компрессора резиновая прокладка 5 s зоне от- 15 верстий 2 прижимается за счет внутренних своих напряжений к корпусу клапана 1, При этом за счет давления со стороны забоя воздушной подушки шарошечного долота, образованной полостями опор шарошек 18 20 и продувочных каналов 15 на внутреннюю поверхность 8 резиновой прокладки 5, оказывается обратное воздействие. Под действием давления воздушной подушки на внутреннюю поверхность 8 резиновая про- 25 кладка 5 прижимается к корпусу клапана 1, причем это лрижзки& не будет одинаковое пс всей длине резиновой ярохлздки 5. Г (рижа гие резиновой прокладки 5 it корпусу клг,п з к а 1 бу,:.ет дифференцированным 30 благодаря параболической фор^е внутренней поверхности ЇЇ. Б этой с&язи нижняя кромка резиновой г.роісладки 5 ниже отверстий 2 будет прижиматься к корпусу клапана 1 сильнее, чем, пю&аа другая ее часть, расголоженкая в зоне отверстий wm выше них. 35 Таглм образом, после прекращения годами газообразного агента на ззбо^ скважины клапан, предложенной конструкции 40 обеспечивает надежную герметичность, сохранение относительного постоянного обтьs^ia воздушной тодушки, G следовательно, и снижение до минимума попадание бурового іипаиії в опоры шарошек. Установка предло- 45 женного клапана целесообразна как в продувочных каналах лап (фиг.З), так и.в центральной втулке {фиг.4) Крепление корпуса хлалагя ^ к шарошечному долоту может быТЬ К Е На резьбе, Т8К И ПрИ ПОМОЩИ 50 Зч редственно D опоры шарошек и обеспечение уЗЄЛИЧеНИЯ СТОЙКОСТИ И ПрОХОДКИ ДО1О та. Преимущества изобретения перед эналогами заключается в следующем. Оно позволяет за счьт создания дополнительных внутренних напряжений и передачи их в зону отверстий повысить герметичность клапана и полностью исключить его заклинивание, так как в его конструкции нет пружин и других подвижных металлических деталей. Это в свою очередь способствует уменьшению до минимума згшламление опор шарошек буровым шламом. В резуяьтате значительно (до 20%) повышается стойкость опор шарошек Й проходка на долото. Улучшение технико-эксплуатационных показателей позволяет уменьшить трудоемкость буровых работ & сократить эксплуатационные затраты на подготовку горной массы к транспортированию. Конструкция клапана шарошечного долота не предъявляет высоких требований к точности изготовления его элементов, что позволяет упросить и удешевить технологию серийного его изготовления. Кроме того, предложенная конструкция клапана шарошечного долота обеспечивает увеличение стойкости и проходки долота, что позволяетснизитьдефицитшйрошечиыхдог.от на карьерах страны. Благодаря повышению проходки долот значительно (до 20%) повышается производительное ь буровых работ. Повышение производительности буровых работ дает возможность получить значительный экономический эффект. Формула изобретай и я Клепан шарошечного долота, содержащий цилиндрический корпус с радиальными сквозными отверстиями, расположенную в корпусе вставку из эластичного р^спериаяа с открытой внутренней полостью, расширяющейся книзу и верхним торцом и узел крепления вставки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения зффективї юстк клалана путем создания дополнителен :л запирающих усилий, вста&ка выполнена с выступом на наружной поверхности верхнего торца и поверхностью внутренней полости в продольном сечении по кривой в виде параболы, а узел крепления вставки выполПри подаче газообразного агента на занен в виде проточки в верхней части корпуса бой скважяхы дальнейшая работа предлос внутренней резьбой, расположенного ? женного клапана с шарошечным долотом 55 проточке кольцевого буртика верхнего торпродолжается по описанной выше схвкз. ца вставки и крышки с нзрухной резибои Такое техническое решение позволяет с установленной з проточке с возможностью высокой вероятностью гарантироызть исквзаимодействия с выступом вставки. лючение попадания бурового шпаыа непос 1686870 Фі/Є.З 168687C П Редактор Л Лашкова Составитель А, Скалуиов Техред М Моргентал Корректор М. Шароши Заказ 3948/ДСП Тираж 214 Подписное 8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035. Москва, Ж-35 Раушская нао , 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул Гагарина,