Результат интеллектуальной деятельности: БУРОВАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к оборудованию, применяемому в геологоразведке, в частности к малогабаритным установкам для бурения разведочных и инженерно-геологических скважин в труднодоступных болотистых районах, а также в природоохранных зонах и стесненных условиях.

Известна буровая установка “УКБ-12/25” (Л.А.Шумов и др. Буровой унифицированный комплекс УКБ-12/25// М. Недра, 1990). Эта установка содержит основание, выполненное в виде рамы транспортной базы. На основании шарнирно установлена стойка, снабженная телескопическим подкосом для фиксации ее рабочего или транспортного положения. Стойка выполнена в виде сварной колонны из швеллеров. Внутренние поверхности полок швеллеров являются направляющими для размещенной на стойке каретки, несущей на себе вращатель и двигатель. На стойке смонтирован механизм перемещения каретки, выполненный в виде ручной лебедки, связанной с последней цепной передачей через пружинный аккумулятор.

Описанная установка имеет приемлемые габариты и вес, обеспечивающие бурение скважин в указанных выше условиях, достаточно проста по конструкции и неприхотлива в эксплуатации. Однако применение такой установки в условиях, требующих высокой производительности, не удовлетворяет современным требованиям. Существенным ее недостатком является наличие ручного механизма перемещения каретки, требующего больших физических усилий бурильщика.

Известна установка буровая самоходная гидрофицированная УБС-Г00-(01) (Руководство по эксплуатации УБСГ 01.00.00.000 РЭ, ОАО “Геомаш”, г.Щигры, 2003 г., лист 67). Эта установка содержит мачту, шарнирно закрепленную на основании с возможностью установки ее в рабочем и транспортном положении. Основание смонтировано на гусеничном транспортере в его задней части. Мачта выполнена в виде пустотелой стойки коробчатого сечения и снабжена направляющими для сопряженной с ней каретки, несущей на себе вращатель с гидромотором. В мачте размещен механизм перемещения каретки, выполненный в виде гидроцилиндра, шток которого посредством трехрядной цепной передачи, удваивающей его ход, связан с кареткой. Исполнительные органы гидросистемы приводятся в действие насосом, соединенным с валом отбора мощности двигателя транспортера.

Установка обеспечивает высокую производительность бурения за счет механизации основных и вспомогательных операций. Однако повышение производительности и облегчение условий труда на описанной установке оплачены следующими недостатками, связанными, в первую очередь, с механизмом перемещения каретки.

Во-первых, снижение массы гидроцилиндра, связанное с двукратным уменьшением его хода (950 мм против 1900 мм), многократно меньше увеличения массы механизма перемещения каретки за счет 15 метров втулочно-роликовой цепи и шести звездочек для нее с их осями и подшипниковыми узлами.

Во-вторых, цепной удвоитель хода вдвое снижает максимальное усилие подачи каретки по отношению к усилию на штоке гидроцилиндра. Это, при прочих равных условиях, приводит к необходимости или увеличивать диаметр гидроцилиндра (с соответствующим увеличением поперечных размеров и массы мачты, в которой он размещен), или ограничивать усилие подачи каретки вверх (с соответствующим ограничением возможности извлечения из скважины прихваченной колонны). Таким образом, недостатком аналога, описанного выше, являются сложность и высокая материалоемкость мачты и механизма перемещения каретки, которые ограничивают его использование в труднодоступных районах и природоохранных зонах.

Известна установка разведочного бурения УРБ-1В2, выпускаемая ЗАО Завод имени Воровского, г. Екатеринбург (паспорт В.00.00.000-1 ПС, 1998 г., лист 3, 6). Эта установка наиболее близка к заявляемой по технической сущности и принята в качестве прототипа. Так же, как в УБС-Г00-(01), описанной выше, ее транспортной базой является гусеничный транспортер. Установка содержит основание, шарнирно установленную на нем мачту, выполненную в виде прямоугольной рамы. Мачта за счет поворота вокруг оси шарнира может занимать рабочее и транспортное положение с помощью гидроцилиндра подъема мачты. Стойки мачты являются направляющими, на которых подвижно установлена каретка, несущая на себе вращатель с двигателем, выполненным в виде гидромотора. Для перемещения каретки служит гидроцилиндр подачи, расположенный штоком вниз. Его гильза расположена над верхней поперечиной мачты и жестко соединена с ней нижней частью, а шток соединен с кареткой. Установка содержит также гидросистему для приведения в действие исполнительных органов установки. Бак для рабочей жидкости и насосы гидросистемы размещены в десантном отсеке транспортера. При этом насосы приводятся в действие силовой установкой транспортера и связаны с ней через коробку отбора мощности и раздаточную коробку.

Установка, принятая в качестве прототипа, имеет, по сравнению с установкой УБС-Г00-(01), значительно более простые по конструкции и менее металлоемкие мачту и механизм перемещения каретки, что удешевляет установку при изготовлении и упрощает ее эксплуатацию.

Однако недостатком прототипа является громоздкость его конструкции. Причины этого недостатка заключаются в том, что гильза гидроцилиндра перемещения каретки, будучи расположенной на верхней поперечине мачты, в два раза удлиняет ее металлоконструкцию, а бак для рабочей жидкости гидросистемы и насосы с гидроразводкой, размещены в транспортном отсеке, уменьшая его полезный объем и ограничивая возможность его использования по прямому назначению.

Таким образом, прототип имеет простую, но громоздкую конструкцию, что препятствует использованию ее в малогабаритных буровых установках типа УКБ-12/25.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является разработка простой, но компактной, гидрофицированной малогабаритной буровой установки.

Поставленная задача решается тем, что в буровой установке, содержащей основание, шарнирно установленную на нем мачту в виде прямоугольной рамы, телескопический элемент для изменения ее углового положения, каретку с двигателем и вращателем, подвижно размещенную на стойках мачты, гидроцилиндр перемещения каретки, расположенный штоком вниз, а также гидросистему, в отличие от прототипа, гидроцилиндр размещен между верхней и нижней поперечинами мачты, его гильза жестко закреплена в каретке, а шток соединен с нижней поперечиной, при этом верхняя поперечина и/или корпус каретки выполнены в виде бака для рабочей жидкости гидросистемы.

Технический эффект изобретения - компактность буровой установки - обеспечивается описанными выше размещением гидроцилиндра, не выступающего при нижнем положении каретки за габарит мачты, и совмещением функций силовых элементов установки - корпуса каретки и верхней поперечины рамы - с функцией емкости для рабочей жидкости гидросистемы.

Насос гидросистемы, так же, как и в установке-прототипе, может быть размещен на транспортной базе и кинематически связан с ее силовой установкой. Однако более целесообразным вариантом конструкции заявляемой установки является размещение насоса гидросистемы на вращателе. Это позволит обеспечить автономность гидросистемы установки от транспортной базы и использовать в этом качестве прицепные сани, буксируемые снегоходом.

Кинематическая связь двигателя установки с насосом и/или вращателем может быть выполнена в виде механической передачи. Наиболее оптимальным ее вариантом является ременная передача (клиновым или зубчатым ремнем). Это позволяет снизить требования к точности изготовления и монтажа передачи и ее материалоемкость.

Для дополнительного упрощения привода, в отличие от традиционных шлицевых или шпоночных соединений, сопряжения ведущего и ведомого шкивов со своими валами могут быть выполнены резьбовыми, с противоположно направленной нарезкой. Такое сопряжение одновременно и центрирует шкив на валу, и передает крутящий момент.

Для защиты штока между вращателем и гидроцилиндром может быть размещен фартук, выполненный в виде ленты, закрепленной на концах мачты. Это позволяет без увеличения габаритов мачты и усложнения ее конструкции защитить шток гидроцилиндра, расположенного близко к рабочей зоне, от возможных ударов при монтаже и демонтаже бурового инструмента на вращателе и от попадания на шток шлама.

Конструкция предлагаемой буровой установки иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид установки при нижнем положении каретки, на фиг.2 - вид А - каретка с гидроцилиндром (вариант с верхней поперечиной в виде гидробака), на фиг.3 - вид А - каретка с гидроцилиндром (вариант с корпусом каретки в виде гидробака), на фиг.4 - вид А - каретка с гидроцилиндром (вариант с корпусом каретки и верхней поперечиной в виде объединенного гидробака), на фиг.5 - разрез Б-Б - вариант соединения двигателя с насосом клиноременной передачей, на фиг.6 - разрез Б-Б - вариант соединения двигателя с вращателем клиноременной передачей, на фиг.7 - разрез Б-Б - вариант соединения двигателя с насосом и вращателем клиноременной передачей, на фиг.8 - общий вид установки при верхнем положении каретки.

Предлагаемая буровая установка состоит из основания 1 (см. фиг.1), шарнирно установленной на нем мачты 2 с телескопическими подкосами 3, имеющими зажимы 4 для фиксации положения мачты. Мачта 2, выполненная в виде прямоугольной рамы, состоит из двух трубчатых стоек 5, соединенных верхней 6 и нижней 7 поперечинами. На стойках 5, выполняющих функцию направляющих, размещена каретка 8 с вращателем 9 и двигателем 10. Механизм перемещения каретки 8 выполнен в виде гидроцилиндра 11, установленного штоком 12 вниз (см. фиг.2). Гильза гидроцилиндра 11 жестко закреплена в каретке 8, а шток соединен с нижней поперечиной 7. Параллельно плоскости стоек 5 между вращателем и гидроцилиндром размещен фартук 13 (см. фиг.1, фиг.2) для защиты штока гидроцилиндра, выполненный в виде ленты. Концы фартука 13 закреплены на верхней 6 и нижней 7 поперечинах мачты 2.

Для повышения компактности и уменьшения материалоемкости установки в виде гидробака 14 может быть выполнена верхняя поперечина 6 (см. фиг.2), корпус подвижной каретки 8 (см. фиг.3) или обе одновременно (см. фиг.4), соединенные гибким трубопроводом 15. На гидробаке имеются заливное и сливное отверстия, закрытые соответственно пробками 16 и 17. С этой же целью насос гидросистемы установлен на вращателе 9.

Кинематическая связь двигателя 10 с насосом 18 гидросистемы (см. фиг.5), двигателя с вращателем 9 (см. фиг.6) или двигателя с вращателем и двигателя с насосом одновременно (см. фиг.7) может быть выполнена в виде клиноременных передач 19 и 20, причем соединения шкивов со своими валами выполнены резьбовыми и имеют противоположную нарезку с направлением резьбы на затягивание при передаче крутящего момента.

Все эти меры ведут к уменьшению веса и габаритов установки, а кинематическое соединение насоса с двигателем установки позволяет обеспечить ее автономность и возможность использования на прицепе с малогабаритным высокопроходимым транспортным средством.

Предлагаемая буровая установка работает следующим образом. После запуска двигателя 10 одновременно включается в работу насос 18 гидросистемы. Рукояткой управления гидрораспределителя (не показан) перемещают каретку 8 с вращателем 9 и двигателем 10 в крайнее верхнее положение (см. фиг.8). К выходному валу 21 вращателя присоединяют буровой инструмент 22, опускают буровой инструмент на грунт, включают муфту сцепления (не показана), после чего, управляя гидрораспределителем, направляют каретку с вращателем и буровым инструментом вниз. В конце хода выключают вращение выходного вала, отсоединяют буровой инструмент от вала вращателя и поднимают каретку в верхнее положение. Далее наращивают буровой инструмент и повторяют последовательность операций бурения. При достижении необходимой глубины скважины поднимают буровую колонну, последовательно отсоединяя секции бурового инструмента до полного извлечения всей буровой колонны.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволит повысить компактность и мобильность буровой установки, используя ее в труднодоступных районах и стесненных условиях в автономном варианте независимо от транспортной базы. Следовательно, оно обеспечивает технический эффект и может быть осуществлено с помощью известных в технике средств, т.е. обладает промышленной применимостью.