Патент на изобретение №2347880

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

(57) Реферат:

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для бурения наклонных и горизонтальных скважин, а также в строительстве для бурения скважин. Устройство содержит блок управления, буровую мачту, на которой с возможностью перемещения посредством подъемно-спускового механизма установлена каретка с буровым инструментом, лебедку с подъемно-спусковым механизмом и мачту лебедки для перемещения грузов, привод с двигателем, расположенным в верхней части буровой мачты. Нижний конец мачты лебедки закреплен в верхней части буровой мачты. Привод выполнен с возможностью передачи движения поочередно подъемно-спусковому механизму каретки и подъемно-спусковому механизму лебедки и содержит червячный редуктор и шлицевой вал, на котором жестко установлена шестерня червяка, находящаяся в зацеплении с червячным валом, приводимым в движение двигателем. Шлицевой вал выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения и поочередного взаимодействия со звездочкой подъемно-спускового механизма каретки и электромагнитным блоком сцепления подъемно-спускового механизма лебедки. Обеспечивает уменьшение веса и габаритов устройства. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано в строительстве для бурения круглых скважин в грунте под железобетонные опоры, набивные сваи и т.д., а также для бурения наклонных и горизонтальных скважин средней протяженности.

В настоящее время как в отечественной, так и в зарубежной практике наблюдается тенденция создания малогабаритного мобильного бурового оборудования, обусловленная большим объемом проведения выработок малых площадей сечений, особенно в горных местах и местах со сложным рельефом, где невозможно установить обычную крупногабаритную буровую технику.

При этом одной из основных задач при разработке малогабаритного мобильного бурового оборудования является разработка приводов для подъемно-спусковых механизмов, а также для рабочих буровых инструментов, которые обладали бы небольшими габаритами и массой, а также были бы многофункциональны.

Известно устройство для бурении скважин, содержащее базовую машину с мачтой, буровую штангу со шпонками, основной привод рабочего органа с выходным валом, рабочий орган в виде шнекового бура с хвостовиком и дополнительный привод для центробежной разгрузки с выходным валом и зубчатой передачей, при этом основной и дополнительный приводы размещены в корпусе, который установлен на мачте с возможностью перемещения относительно последней, а выходные валы приводов выполнены полыми со шпонками (Патент РФ №1808955, Е21В 7/24, 1993 г.).

За счет применения данного многофункционального привода значительно увеличена производительность бурения, однако данный привод имеет достаточно большие габариты и вес, что затрудняет его использование в труднодоступных местах и местах со сложным рельефом местности.

Известен также мобильно-буровой агрегат, содержащий транспортную базу с размещенной на ней в транспортном положении буровой вышкой, буровой лебедкой и трансмиссией привода буровой лебедки и ротора, при этом имеется съемная приводная приставка, размещенная в отдельном корпусе и включающая цилиндрические сателлит и приводную шестерню, надетую на приводной вал, выходной конец которого соединен с трансмиссией привода ротора, при этом приводной вал имеет дополнительную шестерню, первую коническую шестерню для зацепления со второй конической шестерней, вал которой соединен с трансмиссией привода ротора (Патент РФ №2260105, Е21В 3/04, 7/02, 2005 г.), выбранный в качестве прототипа.

В данном мобильно-буровом агрегате обеспечена возможность применения универсального привода ротора по типу привода с горизонтальным приводным валом, привода ротора снизу без промежуточной опоры, что обеспечило определенное снижение габаритов и веса данного агрегата.

Однако данный агрегат имеет значительные габаритные размеры и большой вес, что не позволяет использовать его в труднодоступных местах и местах со сложным рельефом местности.

Задачей настоящего изобретения является создание малогабаритного устройства для бурения скважин, обладающего небольшим весом, за счет применения универсального привода, выполненного с возможностью передачи движения поочередно подъемно-спусковому механизму каретки и подъемно-спусковому механизму лебедки.

Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение веса и габаритов устройства для бурения скважин.

Указанная выше задача решена за счет того, что двигатель, связанный с приводом, расположен в верхней части буровой мачты, причем нижний конец мачты лебедки закреплен в верхней части буровой мачты, при этом привод выполнен с возможностью передачи движения поочередно подъемно-спусковому механизму каретки и подъемно-спусковому механизму лебедки и содержит червячный редуктор и шлицевой вал, на котором жестко установлена шестерня червяка, находящаяся в зацеплении с червячным валом, приводимым в движение двигателем, при этом шлицевой вал выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения и поочередного взаимодействия со звездочкой подъемно-спускового механизма каретки и электромагнитным блоком сцепления подъемно-спускового механизма лебедки.

Целесообразно, чтобы буровая мачта была выполнены из полого профиля, а подъемно-спусковой механизм каретки содержал замкнутую на каретке через стальные пружины роликовую цепь, установленную на двух звездочках, расположенных в верхней и нижней частях буровой мачты, при этом роликовая цепь проходила через полость профиля буровой мачты.

Желательно, чтобы мачта лебедки была выполнены из полого профиля, а подъемно-спусковой механизм лебедки содержал роликовый блок с тросом, на одном конце которого имеется средство для крепления грузов, а другой конец которого закреплен на барабане лебедки, жестко соединенном с муфтой электромагнитного блока сцепления, при этом барабан лебедки размещен вблизи верхней части буровой мачты, а трос проходит через полость профиля мачты лебедки.

Желательно, чтобы на каретке размещался вращатель бурового инструмента с автономным двигателем и редуктором.

Предпочтительно, чтобы автономный двигатель был выполнен в виде электродвигателя.

Возможно, чтобы в устройстве для бурения скважин автономный двигатель был выполнен в виде гидродвигателя.

Предпочтительно, чтобы в устройстве для бурения скважин вращатель бурового инструмента был выполнен планетарным.

Приведенное выше конструктивное выполнение устройства для бурения скважин позволило за счет применения многофункционального привода значительно уменьшить вес и сократить габариты устройства, что обеспечило возможность его использования на малых площадях, в горных местах и местах со сложным рельефом при одновременном обеспечении высоких параметров бурения, в частности глубины бурения и диаметра бурения.

Для более подробного раскрытия настоящего изобретения далее приводится описание конкретных возможных его вариантов исполнения с соответствующими чертежами.

Фиг.1 – общий вид устройства для бурения скважин, выполненного согласно изобретению.

Фиг.2 – функциональная схема привода двигателя подъемно-спусковых механизмов каретки и лебедки согласно изобретению.

Устройство для бурения скважин (см. фиг.1, 2) содержит буровую мачту 1 с размещенным на ней приводом 2 подъемно-спускового механизма лебедки 3 и подъемно-спускового механизма каретки 4, на которой установлен вращатель 5 бурового инструмента с автономным двигателем 6. При этом вращатель 5 и автономный двигатель 6 могут быть выполнены в одном моноблоке, а в качестве автономного двигателя 6 может использоваться как электродвигатель, так и гидромотор.

Мачта 7 лебедки 3 может быть выполнена в виде полого профиля и имеет регулируемый угол наклона, и в собранном состоянии имеет высоту от земли и до ее верхней части около 10 метров, что позволяет устанавливать в скважину металлокаркас длиной около 10 метров. Подъемно-спусковой механизм мачты 7 лебедки 3 имеет роликовый блок 8 с тросом, на одном конце которого имеется средство 9 для крепления грузов, а другой конец которого закреплен на барабане 10 лебедки 3, размещенном вблизи верхней части буровой мачты 1, при этом трос проходит внутри полости профиля мачты 7 лебедки 3.

Подъемно-спусковой механизм каретки 4 содержит замкнутую на каретке через стальные пружины роликовую цепь 11 (см. фиг.2), установленную на двух звездочках 12, расположенных в верхней и нижней частях буровой мачты 1, которая может быть выполнена из полого профиля, при этом роликовая цепь 11 проходит через полость профиля буровой мачты 1, а каретка 4 установлена на игольчатых подшипниках (не показаны).

Привод 2 выполнен с возможностью передачи движения или подъемно-спусковому механизму каретки 4, или подъемно-спусковому механизму лебедки 3 и содержит червячный редуктор 13 и шлицевой вал 14, на котором жестко установлена шестерня червяка 15, которая находится в зацеплении с червячным валом 16, приводимым в движение двигателем (не показано).

При этом шлицевой вал 14 выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения и поочередного взаимодействия со звездочкой 12 подъемно-спускового механизма каретки 4 и с электромагнитным блоком сцепления 17 подъемно-спускового механизма лебедки 3, при этом муфта 18 электромагнитного блока сцепления 17 жестко соединена с барабаном 10 лебедки 3.

На каретке 4 может быть расположено тормозное устройство (не показано), выполненное с возможностью регулировки скорости подачи каретки 4 в зависимости от грунта.

Применение данного тормозного устройства под определенным давлением обеспечивает стабильную подачу каретки 4.

Устройство для бурения скважин может быть размещено на транспортной базе 19, в качестве которой в данном варианте исполнения используется гусеничный минитранспортер.

Кроме того, для использования устройства для бурения скважин в труднодоступных местах оно может быть установлено на автономном устройстве (не показано).

Устройство также содержит блок управления (не показан), который может иметь частотный преобразователь тока для управления двигателем и автономным двигателем, при этом блок управления может быть расположен как на данном устройстве для бурения, так и на транспортной базе.

Работает устройство следующим образом.

При бурении шнековый бур вращается при помощи вращателя 5, управляемого автономным двигателем 6. После окончания бурения каретка 4 с вращателем 5 поднимается в верхнюю часть буровой мачты 1 за счет подъемно-спускового механизма каретки 4, управляемого приводом 2 двигателя. При этом на шлицевой вал 14 передается вращение от двигателя через червячный редуктор 13. При продольном перемещении шлицевого вала 14 в одно положение он входит во взаимодействие со звездочкой 12, которая приходит в движение, осуществляя запуск подъемно-спускового механизма каретки 4. При продольном перемещении шлицевого вала 14 в другое положение он входит в зацепление с электромагнитным блоком сцепления 17, с которым посредством муфты 18 соединен барабан 10 подъемно-спускового механизма лебедки 3. При этом происходит запуск подъемно-спускового механизма лебедки 3, и груз, установленный на средстве крепления груза 9, опускается до уровня вращателя 5. Кроме того, при включении функции «свободный сброс» привод 2 переходит в режим свободного падения груза, установленного на средстве крепления груза 9. При этом данный груз используется в качестве разрушающего инструмента, установленного на лебедке 3.

Таким образом, за счет применения универсального привода 2, имеющего небольшой вес и габариты, а также за счет выполнения привода 2 двигателя с червячным редуктором 13 и шлицевым валом 14, передающим поочередно движение на звездочку 12 и электромагнитный блок сцепления 17, удалось значительно снизить вес и габариты устройства для бурения скважин, что обеспечило возможность его использования в труднодоступных местах и местах со сложным рельефом местности.

Как очевидно специалистам в данной области техники, данное изобретение легко разработать в других конкретных формах, не выходя при этом за рамки сущности данного изобретения.

При этом настоящие варианты осуществления необходимо считать просто иллюстративными, а не ограничивающими, причем объем изобретения представлен его формулой, и предполагается, что здесь включены все возможные изменения и область эквивалентности пунктам формулы данного изобретения.

Формула изобретения

1. Устройство для бурения скважин, содержащее блок управления, буровую мачту, на которой с возможностью перемещения посредством подъемно-спускового механизма установлена каретка с буровым инструментом, лебедку с подъемно-спусковым механизмом и мачту лебедки для перемещения грузов, привод с двигателем, отличающееся тем, что двигатель, связанный с приводом, расположен в верхней части буровой мачты, причем нижний конец мачты лебедки закреплен в верхней части буровой мачты, при этом привод выполнен с возможностью передачи движения поочередно подъемно-спусковому механизму каретки и подъемно-спусковому механизму лебедки и содержит червячный редуктор и шлицевой вал, на котором жестко установлена шестерня червяка, находящаяся в зацеплении с червячным валом, приводимым в движение двигателем, при этом шлицевой вал выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения и поочередного взаимодействия со звездочкой подъемно-спускового механизма каретки и электромагнитным блоком сцепления подъемно-спускового механизма лебедки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что буровая мачта выполнена из полого профиля, а подъемно-спусковой механизм каретки содержит замкнутую на каретке через стальные пружины роликовую цепь, установленную на двух звездочках, расположенных в верхней и нижней частях буровой мачты, при этом роликовая цепь проходит через полость профиля буровой мачты.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что мачта лебедки выполнена из полого профиля, а подъемно-спусковой механизм лебедки содержит роликовый блок с тросом, на одном конце которого имеется средство для крепления грузов, а другой конец которого закреплен на барабане лебедки, жестко соединенном с муфтой электромагнитного блока сцепления, при этом барабан лебедки размещен вблизи верхней части буровой мачты, а трос проходит через полость профиля мачты лебедки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на каретке размещен вращатель бурового инструмента с автономным двигателем и редуктором.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что автономный двигатель выполнен в виде электродвигателя.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что автономный двигатель выполнен в виде гидродвигателя.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что вращатель бурового инструмента выполнен планетарным.

РИСУНКИ