Результат интеллектуальной деятельности: Промывочный узел бурового долота (варианты)

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, преимущественно гидромониторного типа, а именно к их промывочным узлам.

Известен промывочный узел бурового долота, включающий корпус с каналом для подачи очистного агента, гнездом под насадку и кольцевой канавкой, превышающий двойную толщину стопорного разрезного кольца, концы которого выполнены в виде соединения «шип-паз» и размещенное между дном гнезда и торцом насадки уплотнительное кольцо (см. SU 1148956, МПК Е21В 10/18, 07.04.1985).

Недостатком данного промывочного узла является недостаточная надежность в работе, связанная с возможностью размыва концевых участков стопорного кольца отраженным потоком промывочной жидкости и увеличением радиально сжимающих усилий, действующих на стопорное кольцо и выдавливающих его из гнезда из-за увеличенной толщины кольцевой канавки.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является промывочный узел бурового долота, содержащий корпус с каналом и гнездом, выполненным с кольцевой расточкой, и установленные в гнезде насадку с уплотнительным элементом и размещенный в кольцевой расточке гнезда стопор (в виде стопорного разрезного кольца) с фиксатором (SU 1601310, МПК Е21В 10/18, 23.10.1990).

Данный промывочный узел имеет достаточно высокую надежность в работе за счет использования фиксатора в виде выступа на верхнем торце стопорного кольца, предотвращающего выдавливание насадки из гнезда корпуса.

К недостаткам его можно отнести сравнительно высокую сложность монтажа и демонтажа, так как для установки стопорного кольца необходимо деформировать уплотнительный элемент на величину бурта стопорного кольца. Другим недостатком известного устройства является его гидравлическое несовершенство, связанное с образованием свободной полости между торцом насадки и дном гнезда. При сильных перепадах давления в этой зоне это может привести к размыву размещенного в этой полости уплотнительного кольца и, как следствие, к разгерметизации промывочного узла.

В связи с вышеизложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы промывочного узла за счет упрощения его монтажа и демонтажа, за счет надежной его фиксации, за счет улучшения гидравлического совершенства и за счет надежной защиты от износа.

Указанный технический результат решается тем, что по первому варианту в промывочном узле бурового долота, содержащем корпус с каналом и гнездом, выполненным с кольцевой расточкой, установленные в гнезде насадку с уплотнительным элементом и размещенное в кольцевой расточке гнезда стопорное разрезное кольцо, фиксирующий узел, согласно первому варианту фиксирующий узел состоит из пластины, щеколды и защитного кожуха, при этом один из концевых участков стопорного разрезного кольца снабжен пластиной, жестко соединенной со стопорным разрезным кольцом и выполненной с глухим пазом на верхнем торце, а другой концевой участок стопорного разрезного кольца снабжен щеколдой, соединенной со стопорным разрезным кольцом с возможностью поворота посредством оси, при этом свободный конец щеколды в рабочем положении размещен в пазу пластины для взаимодействия с боковой стенкой пластины и закреплен относительно пластины посредством винта, причем щеколда и пластина для этого закрепления имеют соосные отверстия и внутреннюю резьбу в отверстии пластины, кроме того, защитный кожух выполнен цилиндрическим двухступенчатым с внутренним каналом, ступень большего диаметра имеет наружную резьбу, ответную внутренней резьбе в гнезде промывочного узла, и своим торцом в рабочем положении поджимает пластину и щеколду к стопорному разрезному кольцу и насадке, а ступень меньшего диаметра оканчивается возле торца насадки и своим торцом в рабочем положении поджимает насадку к корпусу промывочного узла посредством упругого элемента в виде уплотнительного кольца, жестко закрепленного в кольцевой проточке на том торце насадки, который взаимодействует с торцом ступени меньшего диаметра защитного кожуха, причем пластина и щеколда находятся в пространстве между ступенью меньшего диаметра и внутренней поверхностью гнезда, при этом защитный кожух на выходном торце, расположенном заподлицо с корпусом, имеет не менее четырех продольных сквозных отверстий на радиальном расстоянии, равном радиальному расстоянию до указанного винта, причем по меньшей мере в двух продольных сквозных отверстиях запрессованы твердосплавные цилиндрические вставки, длина каждой из которых больше толщины ступени большего диаметра защитного кожуха, а на границе защитного кожуха и корпуса установлен стопорный резьбовой штифт.

Согласно второму варианту промывочный узел бурового долота содержит корпус с каналом и гнездом, выполненным с кольцевой расточкой, установленные в гнезде насадку с уплотнительным элементом и размещенный в кольцевой расточке гнезда стопор, а также фиксирующий узел. Отличием по второму варианту является то, что стопор состоит из двух шарнирно соединенных полуколец со свободным концевым участком на каждом, причем фиксирующий узел состоит из пластины, щеколды и защитного кожуха, при этом свободный концевой участок одного полукольца снабжен пластиной, жестко соединенной с этим полукольцом и выполненной с глухим пазом на верхнем торце, а свободный концевой участок второго полукольца снабжен щеколдой, соединенной с этим полукольцом с возможностью поворота посредством оси, при этом свободный конец щеколды в рабочем положении размещен в пазу пластины для взаимодействия с боковой стенкой пластины и закреплен относительно пластины посредством винта, причем щеколда и пластина для этого закрепления имеют соосные отверстия и внутреннюю резьбу в отверстии пластины, защитный кожух выполнен цилиндрическим двухступенчатым с внутренним каналом, ступень большего диаметра имеет наружную резьбу, ответную внутренней резьбе в гнезде промывочного узла, и своим торцом в рабочем положении поджимает пластину и щеколду к стопору и насадке, а ступень меньшего диаметра оканчивается возле торца насадки и своим торцом в рабочем положении поджимает насадку к корпусу промывочного узла посредством упругого элемента в виде уплотнительного кольца, жестко закрепленного в кольцевой проточке на том торце насадки, который взаимодействует с торцом ступени меньшего диаметра защитного кожуха, причем пластина и щеколда находятся в пространстве между ступенью меньшего диаметра и внутренней поверхностью гнезда, при этом защитный кожух на выходном торце, расположенном заподлицо с корпусом, имеет не менее четырех продольных сквозных отверстий на радиальном расстоянии, равном радиальному расстоянию до указанного винта, причем по меньшей мере в двух продольных сквозных отверстиях запрессованы твердосплавные цилиндрические вставки, длина каждой из которых больше толщины ступени большего диаметра защитного кожуха, а на границе защитного кожуха и корпуса установлен стопорный резьбовой штифт.

Такое выполнение промывочного узла позволяет, при одновременном улучшении гидродинамических характеристик промывочного узла и сохранении высокой надежности его работы, упростить его монтаж и демонтаж, повысить износостойкость, и в целом - повысить эффективность работы бурового долота.

На фиг. 1 изображен общий вид промывочного узла в разрезе; на фиг. 2 - вид снизу без защитного кожуха (для наглядности); на фиг. 3 - стопор в виде двух шарнирно закрепленных между собой полуколец; на фиг. 4 - стопор в виде стопорного разрезного кольца; на фиг. 5 - пластина в увеличенном масштабе; на фиг. 6 - щеколда в увеличенном масштабе.

Согласно первому варианту промывочный узел бурового долота содержит корпус 1 (фиг. 1, 2) с каналом 2 и гнездом 3 под насадку 4, выполненным с кольцевой расточкой 5 под стопор в виде стопорного разрезного кольца 6 (фиг. 1, 2, 4). В гнезде 3 установлены насадка 4 с уплотнительным элементом 7. Фиксирующий узел 8 фиксирует стопор от возможных перемещений. Фиксирующий узел 8 состоит из пластины 9 (фиг. 5), щеколды 11 (фиг. 6) и защитного кожуха 16 (фиг. 1). При этом один из концевых участков 20 стопорного разрезного кольца 6 снабжен пластиной 9, жестко соединенной со стопорным разрезным кольцом 6 и выполненной с глухим пазом 10 на верхнем торце, а другой концевой участок 21 стопорного разрезного кольца 6 снабжен щеколдой 11, соединенной с кольцом 6 с возможностью поворота посредством оси 12, при этом свободный конец щеколды 11 в рабочем положении размещен в пазу 10 пластины 9 для взаимодействия с боковой стенкой пластины (в случае сжатия стопорного кольца 6) и закреплен относительно пластины посредством винта 15. Щеколда 11 и пластина 9 для этого закрепления имеют соосные отверстия 13,14 и внутреннюю резьбу в отверстии 14 пластины. Винт 15 вкручивается в резьбу отверстия 14 и своим концом свободно входит в отверстие 13, фиксируя щеколду 11 от проворота вокруг оси 12.

Защитный кожух 16 выполнен цилиндрическим двухступенчатым с внутренним каналом 25 для прохода промывочной жидкости после насадки 4 к забою. Ступень большего диаметра (см. фиг. 1) имеет наружную резьбу 17, ответную внутренней резьбе в гнезде 3 промывочного узла, и своим торцом в рабочем положении эта ступень поджимает пластину 9 и щеколду 11 к стопорному разрезному кольцу 6 и насадке 4, предотвращая возможное разъединение перечисленных элементов. Ступень меньшего диаметра оканчивается возле торца насадки 4 и своим торцом в рабочем положении поджимает насадку 4 к корпусу 1 промывочного узла посредством упругого элемента в виде уплотнительного кольца 27, жестко закрепленного (запрессованного, приклеенного, привулканизированного и т.п.) в кольцевой проточке 28 на том торце насадки 4, который взаимодействует с торцом ступени меньшего диаметра защитного кожуха 16. Уплотнительное кольцо 27 не дает промывочной жидкости попасть в пространство между ступенью меньшего диаметра и внутренней поверхностью гнезда 3, тем самым предотвращая разрушение фиксирующего узла 8 и обеспечивая гидравлическое совершенство. Пластина 9 и щеколда 11 находятся в пространстве между ступенью меньшего диаметра и внутренней поверхностью гнезда 3. На выходном, расположенном заподлицо с корпусом 1 (краем гнезда 3) торце защитного кожуха имеются продольные отверстия 26 под специальный ключ. Защитный кожух имеет эти продольные сквозные отверстия 26 на радиальном расстоянии, равном радиальному расстоянию до указанного винта 15 для обеспечения ревизии состояния винта 15. Продольных отверстий 26 не менее 4. По меньшей мере в двух отверстиях 26 запрессованы твердосплавные цилиндрические вставки 29. При этом длина каждой вставки 29 больше толщины ступени большего диаметра защитного кожуха 16, для того чтобы край вставки 29 выступал наружу из защитного кожуха 16 и края гнезда 3 (за пределы корпуса 1) и тем самым защищал кожух 16 от возможного износа со стороны горной породы. Такое выполнение защитного кожуха обеспечивает дополнительную фиксацию насадки в промывочном узле, защиту от износа и защиту от промывочной жидкости всех внутренних крепежных элементов, то есть обеспечивает гидравлическое совершенство.

На границе защитного кожуха 16 и корпуса 1 установлен по меньшей мере один стопорный резьбовой штифт 30, стопорящий защитный кожух 16 от вращения по резьбе 17 относительно гнезда 3 корпуса 1

Согласно второму варианту вместо стопорного разрезного кольца 6 (фиг. 4) используется там же стопор, выполненный из двух шарнирно соединенных полуколец 18 и 24 (например, с помощью шарнира-оси 19) со свободным концевым участком на каждом (поз.22 и 23 на фиг. 3). Фиксирующий узел 8 фиксирует стопор от возможных перемещений. Свободный концевой участок 22 полукольца 24 снабжен пластиной 9, жестко соединенной с этим полукольцом 24 и выполненной с глухим пазом 10 на верхнем торце. Свободный концевой участок 23 второго полукольца 23 снабжен щеколдой 11, соединенной с этим полукольцом 23 с возможностью поворота посредством оси 12. Остальные элементы и их взаимосвязь аналогичны первому варианту выполнения. Полукольца в данном варианте не имеют упругих деформаций в рабочем положении, которые имеет разрезное кольцо по первому варианту, что обеспечивает еще большую безотказность в работе и облегчение монтажа-демонтажа.

Монтаж промывочного узла осуществляется следующим образом. В гнезде 3 устанавливают уплотнительный элемент 7 и насадку 4. После этого сжимают стопорное кольцо 6, устанавливают его в кольцевой расточке 5 гнезда 3 и крепят от радиального сжатия фиксирующим узлом 8. Либо сдвигают два шарнирно закрепленных друг с другом полукольца 18 и 24, устанавливают их в кольцевой расточке 5 гнезда 3 и крепят от радиального сдвига фиксирующим узлом 8. С этой целью совмещают щеколду 11 с пазом 10 и фиксируют там щеколду 11. Таким образом, использование фиксирующего узла 8 исключает возможность сжатия стопорного кольца 6 или сдвига полуколец по шарниру 19, а следовательно, предотвращает вероятность выпадения насадки 4 из гнезда 3, вызываемой радиальной составляющей осевого усилия от перепада давления промывочной жидкости на насадке 4, возникающей из-за наличия монтажных допусков и неточности изготовления как самого стопорного кольца 6, так и кольцевых расточек 5 под него. Винт 15 дополнительно закрепляет щеколду с пластиной и препятствует провороту относительно оси 12. Наличие внутренней резьбы только в отверстии 14 пластины облегчает монтаж, поскольку винт 15 легко навинтить на открытую поверхность пластины (при еще не навернутом защитном кожухе). Затем ключом навинчивают защитный чехол (при помощи свободных продольных отверстий 26, открывающихся на выходной торец защитного кожуха), тем самым полностью предотвращая попадание промывочной жидкости в элементы крепления и дополнительно фиксируя их. Промывочная жидкость тем самым без помех попадает на забой, обеспечивая гидравлическое совершенство промывочного узла.

Благодаря наличию продольных (выполненных параллельно оси защитного чехла) отверстий 26, выполняющих роль и ревизионных, и монтажных, и для размещения вставок 29 для уменьшения износа кожуха 16, на радиальном расстоянии от оси промывочного узла, равном радиальному расстоянию от оси промывочного узла до указанного винта, возможен осмотр крепления винта 15 при плановых подъемах долота без демонтажа его промывочного узла. Для этого при необходимости приоткручивают защитный кожух 16 специальным ключом за эти же отверстия 26 до совпадения осей одного из отверстий 26 с отверстиями 13 и 14 и проверяют затяжку винта 15. Отверстия 26 могут быть расположены равномерно распределенными по окружности, или по полуокружности, их может быть 4, 6, 8 или другое количество, и они могут служить для установки защитного кожуха, тем самым отпадает необходимость в прорезях под ключ, которые могут исказить движение промывочной жидкости к забою. Промывочная жидкость тем самым без помех попадает на забой, обеспечивая еще большее гидравлическое совершенство промывочного узла, а твердосплавные вставки 29 надежно защищают чехол 16 и весь промывочный узел от возможного износа со стороны горной породы.

Демонтаж промывочного узла осуществляют в обратной последовательности, т.е. вначале выкручивают защитную втулку (кожух) 16, затем выкручивают винт 15, освобождают щеколду 11, затем снимают стопорное разрезное кольцо 6, а после этого производят замену изношенных элементов: насадки 4, стопора 6 или 18 с 24 и уплотнительного элемента 7.

Применение предложенного узла снижает его износ, упрощает его монтаж и демонтаж, улучшает гидродинамику промывочного узла и сохраняет надежность его работы, повышая тем самым эффективность работы долота в целом.