RU2120536C1

RU2120536C1 - Roller-cutter drilling bit

Info

Publication number: RU2120536C1
Application number: RU97105975A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Поланский; Ю.А. Павлов; Ю.Ф. Авдонин; О.А. Козлов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "УРАЛБУРМАШ"
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 1998-10-20

Abstract

FIELD: rock-cutting tools of drilling equipment, in particular, roller-cutter drilling bits with devices for protection of bit bearings from cuttings in drilling of blast holes. SUBSTANCE: roller-cutter drilling bit has installed in central hole check valve in the form of flexible tubular member with joint flange, shutoff part made in the form of flat slotted member whose flow area is overlapped by side surfaces and intermediate part made with two flat surfaces located at an acute angle with diametrically opposite to central hole axis. Flat surfaces of shutoff part in outlet hole are made by two diverging surfaces at an angle equalling the taper angle of discharge flow and interconnected by two opposite side surfaces. EFFECT: higher efficiency and service life of check valve due to change of design and conditions of passage of blowing agent. 3 dwg

Description

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту буровой техники, а более конкретно - к шарошечным долотам с устройствами для шламозащиты их подшипников при бурении скважин с очисткой забоя преимущественно сжатым воздухом или водовоздушной смесью на горизонтах карьеров с естественным притоком грунтовых вод. The invention relates to a rock cutting tool for drilling equipment, and more specifically, to roller cone bits with devices for the sludge protection of their bearings when drilling wells with bottom hole cleaning using predominantly compressed air or an air-water mixture at open pit horizons with natural groundwater inflow.

Известны шарошечные долота с устройствами для их шламозащиты [1], содержащие крепежный фланец и запорный элемент, выполненный в виде конуса, поверхность которого разрезана по образующей на ряд лепестков. Known cone bits with devices for their sludge protection [1], containing a mounting flange and a locking element made in the form of a cone, the surface of which is cut along a generatrix of a number of petals.

Общими с предложенным техническим решением признаками являются крепежный фланец и запорный элемент. Common with the proposed technical solution features are a mounting flange and a locking element.

Такое конструктивное выполнение обеспечивает пропуск потока продувочного агента в заданном направлении в процессе бурения и перекрытие центрального канала на период отключения источников продувочного агента, но надежность перекрытия недостаточна, т.к. обеспечивается непосредственное контактирование торцевых поверхностей лепестков, которые не могут быть выполнены достаточно толстыми для обеспечения необходимой плотности контакта. Кроме того, попадание в зону контакта частиц твердой составляющей шлама при закрытии запорного элемента такой конструкции приводит к смешению торцевых поверхностей лепестков относительно друг друга, что предопределяет неполное перекрытие канала и попадание шлама в наддолотное пространство. This design ensures that the flow of the purge agent in a given direction during the drilling process and the overlap of the Central channel for the period of shutdown of the sources of the purge agent, but the reliability of the overlap is insufficient, because provides direct contact of the end surfaces of the petals, which cannot be made thick enough to provide the necessary contact density. In addition, getting into the contact zone of particles of the solid component of the sludge when closing the shut-off element of this design leads to a mixing of the end surfaces of the petals relative to each other, which determines the incomplete overlap of the channel and the penetration of the sludge into the over-bit space.

Известно другое устройство [2], устанавливаемое в центральное сопло долота, выполненное в виде эластичной втулки с крепежным фланцем и запорным элементом, между которыми выполнен переход конической формы, усеченный двумя пересекающимися под острым углом плоскостями, причем линия пересечения секущих плоскостей лежит в плоскости, продольной оси втулки и перпендикулярна последней, а запорный элемент является продолжением усеченной части и выполнен в виде нормально закрытой плоской щелевой насадки. Another device [2] is known that is installed in the central nozzle of the bit, made in the form of an elastic sleeve with a mounting flange and a locking element, between which a conical shape is made, truncated by two planes intersecting at an acute angle, and the intersection line of the secant planes lies in a plane longitudinal the axis of the sleeve and is perpendicular to the latter, and the locking element is a continuation of the truncated part and is made in the form of a normally closed flat slotted nozzle.

При движении воздушной или водовоздушной продувочной смеси нормально закрытая плоская щелевая насадка запорного элемента приобретает цилиндрическую форму, при этом выходящий поток из насадки, расширяясь под некоторым углом конусности, воздействует на стенки выходного отверстия запорного элемента. При этом происходит пульсация выходной части запорного элемента и ее разрушение. When moving an air or water-air purge mixture, a normally closed flat slotted nozzle of the shut-off element acquires a cylindrical shape, while the outflow from the nozzle, expanding at a certain taper angle, acts on the walls of the outlet of the shut-off element. When this occurs, the pulsation of the output part of the locking element and its destruction.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности и долговечности работы обратного клапана путем улучшения условий взаимодействия проходившего потока и стенок устройства при выходе из запорного элемента. The aim of the present invention is to increase the efficiency and durability of the check valve by improving the conditions of interaction of the transmitted flow and the walls of the device when exiting the shut-off element.

Указанная цель достигается тем, что в шарошечном долоте с установленным в центральном отверстии обратным клапаном в виде эластичного трубчатого элемента с крепежным фланцем, запорной частью, выполненной в виде плоского щелевого элемента, проходное сечение которого перекрыто боковыми поверхностями, а промежуточная часть выполнена с двумя размещенными под острым углом плоскими поверхностями, расположенными диаметрально противоположно относительно оси центрального отверстия, плоские поверхности запорной части в выходном отверстии выполнены двумя расходящимися поверхностями под углом, равным углу конусности выходящего потока и соединенных двумя противоположными боковыми поверхностями. This goal is achieved by the fact that in the roller bit with a non-return valve installed in the central hole in the form of an elastic tubular element with a mounting flange, a locking part made in the form of a flat slot element, the passage section of which is blocked by side surfaces, and the intermediate part is made with two placed under an acute angle with flat surfaces located diametrically opposite to the axis of the Central hole, the flat surface of the locking part in the outlet are filled with two diverging surfaces at an angle equal to the angle of the taper of the outlet stream and connected by two opposite side surfaces.

На приведенных чертежах иллюстрируется шарошечное долото с устройством шламозащиты, где на фиг. 1 показан его общий вид в установленном на долоте положении; на фиг. 2 - чертежа общего вида устройства в положении, развернутом вокруг вертикальной оси на 90^o относительно положения на фиг. 1 и на фиг. 3 - тот же вид со стороны нормально закрытой плоской щелевой насадки.The drawings illustrate a cone bit with a sludge protection device, where in FIG. 1 shows its general view in a position mounted on a chisel; in FIG. 2 is a general view drawing of the device in a position rotated 90 ^° about the vertical axis relative to the position in FIG. 1 and in FIG. 3 is the same view from the side of a normally closed flat slotted nozzle.

Шарошечное долото с устройством для шламозащиты их подшипников состоит из непосредственно долота 1 с центральным отверстием 2 и обратного клапана 3, выполненного в виде эластичного трубчатого элемента 4 с крепежным фланцем 5. Запорная часть выполнена в виде плоского щелевого элемента 6, проходное сечение которого перекрыто боковыми поверхностями 7, а промежуточная часть 8 выполнена с двумя размещенными под острым углом поверхностями 9, расположенными диаметрально противоположно относительно оси центрального отверстия 2. Боковые поверхности 7 плоского щелевого элемента 6 в выходном отверстии 10 выполнены двумя расходящимися поверхностями 11 под углом конусности выходящего потока α и соединенных двумя противоположными боковыми поверхностями 12. The cone bit with a device for the sludge protection of their bearings consists of a directly bit 1 with a central hole 2 and a check valve 3 made in the form of an elastic tubular element 4 with a mounting flange 5. The locking part is made in the form of a flat slot element 6, the passage section of which is blocked by side surfaces 7, and the intermediate part 8 is made with two surfaces 9 placed at an acute angle, located diametrically opposite to the axis of the central hole 2. Side surfaces These 7 flat slotted elements 6 in the outlet 10 are made of two diverging surfaces 11 at an angle of taper of the outlet stream α and connected by two opposite side surfaces 12.

Перед бурением в шарошечное долото 1 устанавливается в его центральное отверстие 2 обратный клапан 3 до упора его крепежного фланца 5 в выступ центрального отверстия 2. Благодаря тугой посадке обратного клапан 3 в выступ центрального отверстия 2 дополнительного крепления не требуется. Before drilling into the cone bit 1, a check valve 3 is installed in its central hole 2 until the stop of its mounting flange 5 against the protrusion of the central hole 2. Due to the tight fit of the check valve 3 into the protrusion of the central hole 2, additional fastening is not required.

В исходном положении плоская щелевая насадка запорного элемента 6 под действием упругих деформаций находится в нормально закрытом состоянии. In the initial position, the flat slotted nozzle of the locking element 6 under the action of elastic deformations is in a normally closed state.

При включении источника продувочного агента под воздействием потока нормально закрытая запорная часть плоского щелевого элемента [6] приобретает цилиндрическую форму, а все устройство, удерживающееся благодаря наличию армированного крепежного фланца [5] на плоскости выступа центрального отверстия 2, приобретает форму эластичной втулки с уменьшающимся в сторону забоя скважины диаметром. When the source of the purge agent is turned on under the influence of the flow, the normally closed locking part of the flat slot element [6] acquires a cylindrical shape, and the entire device, which is retained due to the presence of a reinforced mounting flange [5] on the protrusion plane of the central hole 2, acquires the shape of an elastic sleeve with decreasing to the side bottom hole diameter.

В связи с тем, что плоские поверхности запорного элемента 6 в выходном отверстии выполнены двумя расходящимися поверхностями 1 под тем же углом конусности, что и угол конусности выходящего потока, т.е. выходящий поток в этой части устройства, расширяясь, проходит своими крайними слоями параллельно расходящимися поверхностями 11, при этом разрушения выходной части запорного элемента 6 не происходит. Due to the fact that the flat surfaces of the shut-off element 6 in the outlet are made by two diverging surfaces 1 at the same taper angle as the taper angle of the outlet stream, i.e. the effluent in this part of the device, expanding, passes through its extreme layers parallel to diverging surfaces 11, while the destruction of the output part of the locking element 6 does not occur.

При отключении источника продувочного агента стенки плоской щелевой насадки запорного элемента 6 под действием упругих деформаций мгновенно занимают свое первоначальное положение, надежно перекрывая центральное отверстие 2. When you turn off the source of the purge agent, the walls of the flat slotted nozzle of the locking element 6 under the action of elastic deformations instantly occupy their original position, reliably blocking the central hole 2.

С учетом того, что плотность столба шлама в затрубном пространстве скважины при отключенном источнике продувочного агента значительно выше плотности воздуха внутри буровой колонны, на наружные поверхности закрытой плоской щелевой насадки 6 будет воздействовать дополнительное давление, способствующее более надежному перекрытию центрального продувочного отверстия 2. Considering the fact that the density of the sludge column in the annulus of the well with the source of purge agent turned off is much higher than the density of air inside the drill string, additional pressure will act on the outer surfaces of the closed flat slotted nozzle 6, which contributes to a more reliable overlap of the central purge hole 2.

При возобновлении процесса бурения первые несколько оборотов шарошечного долота 1 приводят к разрушению спрессованного в зоне плоской щелевой насадки шлама, устройство для шламозащиты приобретает рабочее положение и цикл повторяется. When resuming the drilling process, the first few revolutions of the cone bit 1 lead to the destruction of the sludge compressed in the zone of the flat slit nozzle, the device for sludge protection acquires its working position and the cycle repeats.

Технические преимущества заявленного технического решения по сравнению с прототипом заключаются в следующем:
- выполнение выходного отверстия запорной части в виде двух расходящихся поверхностей обеспечивает более плавный выход продувочного агента в призабойное пространство с наименьшим давлением на его кромки:
- выходящая из эластичного трубчатого элемента, а именно его запорной части, струя продувочного агента расширяется, приобретая форму конуса, в связи с чем выходное отверстие плоских поверхностей запорного элемента выполнено в виде двух расходящихся поверхностей под углом конусности, равным углу конусности выходящего потока, способствует уменьшению давления на внутренние поверхности, что позволяет увеличить эффективность и долговечность его работы:
- наличие двух противоположных боковых поверхностей, соединяющих расходящиеся поверхности под углом конусности выходящего потока, позволяет исключить возможность выхода ширины расходящихся поверхностей за пределы конусности потока, при этом обеспечивая их прочность.The technical advantages of the claimed technical solution compared to the prototype are as follows:
- the execution of the outlet of the locking part in the form of two diverging surfaces provides a smoother outlet of the purge agent in the bottom hole with the least pressure on its edges:
- the jet of the blowing agent emerging from the elastic tubular element, namely its locking part, expands to take the form of a cone, in connection with which the outlet of the flat surfaces of the locking element is made in the form of two diverging surfaces at a taper angle equal to the taper angle of the outlet stream, which helps to reduce pressure on internal surfaces, which allows to increase the efficiency and durability of its work:
- the presence of two opposite side surfaces connecting the diverging surfaces at an angle of the taper of the output stream, eliminates the possibility of the width of the diverging surfaces beyond the taper of the stream, while ensuring their strength.

Совокупность указанных технических преимуществ заявленного объекта по сравнению с прототипом обеспечивает положительный эффект согласно цели настоящего изобретения, заключающейся в повышении эффективности и долговечности работы обратного клапана при бурении взрывных скважин на горизонтах карьеров с естественным притоком грунтовых вод. The combination of these technical advantages of the claimed object compared with the prototype provides a positive effect according to the purpose of the present invention, which is to increase the efficiency and durability of the check valve when drilling blast holes at the horizons of quarries with a natural influx of groundwater.

Источники информации
1. Патент США N 3370659 от 1968 г. Н.кл.. 175 - 318 /аналог/.Sources of information
1. US patent N 3370659 from 1968, N.C. 175 - 318 / analogue.

2. А.С. СССР N 1698414 от 1991 г. кл. E 21 B 10/24 /прототип/. 2. A.S. USSR N 1698414 from 1991 C. E 21 B 10/24 / prototype /.

Claims

Roller cone bit with a check valve installed in the central hole in the form of an elastic tubular element with a mounting flange, a locking part made in the form of a flat slot element, the passage section of which is blocked by side surfaces, and the intermediate part is made with two flat surfaces placed at an acute angle, diametrically located opposite to the axis of the Central hole, characterized in that the flat surface of the locking part in the outlet is made of two p converging surfaces at an angle equal to the angle of taper of the effluent, and connected to the two opposing side surfaces.