безрезьбовое соединение буровых штанг

Формула изобретения

Безрезьбовое соединение буровых штанг, содержащее соединительные элементы - ниппель и муфту, взаимодействующие своими торцевыми поверхностями при передаче усилия подачи в режиме бурения, а при извлечении бурового става из скважины они взаимодействуют посредством одного или нескольких расположенных в параллельно-поперечных плоскостях цилиндрических роликов, отличающееся тем, что на цилиндрической поверхности ниппеля изготовлены наружные пазы, а на торцевой поверхности муфты выполнены торцевые выступы - зубья, которые входят в пазы и взаимодействуют с ними своими прямобочными профилями при передаче крутящего момента.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к горной промышленности, а именно к рабочим органам буровых станков, и служит для производства скважин в горном массиве.

Известен рабочий орган буровых станков в виде бурового става, который образован набором буровых труб - штанг, соединенных между собой. Для этого каждая штанга имеет на концах соединительные элементы с резьбой (см., например, А.С. СССР № 367239). Резьбовое соединение штанг в буровом ставе нагружено при вращательном бурении скважин усилием подачи и крутящим моментом. Материал деталей испытывает при этом совместную деформацию сжатия и кручения.

Работа бурового станка происходит циклически: подача буровой головки с вращающимся инструментом на забой - процесс бурения; перехват бурового става, находящегося в скважине, и отвод буровой головки от забоя в исходную позицию; сцепление шпинделя станка со штангой бурового става и далее цикл работы повторяется (см. статью в журнале «Уголь», № 12-2008 г., стр.26-27. К обоснованию конструкции бурового станка агрегата АБГ-300). В соответствии с этим цикл изменения нормальных напряжений сжатия и касательных напряжений кручения отнулевой, что приводит к усталостному разрушению штанг. При этом соединительная резьба является сильным концентратом напряжений, что снижает запас сопротивления усталости. В результате этого происходит разрушение штанг в месте расположения резьбы и часть става остается в скважине.

Известное техническое решение в виде резьбового соединения набора штанг в буровой став (см.: Сафохин М.С., Богомолов И.Д., Скорняков Н.М. Машинист бурового станка. М.: Недра, 1990 г., стр.132, рис.5.1) принято в качестве прототипа. Недостаток прототипа заключается в том, как отмечалось выше, что резьбовое соединение штанг не обеспечивает необходимый для надежной и долговечной работы става запас сопротивления усталости, не допускает реверсирования вращения става, развинчивание штанг при разборке става является трудоемкой операцией и требует применения специальных механизмов (см., например: Сафохин М.С., Богомолов И.Д. и др. Машины и инструмент для бурения скважин на угольных шахтах. М.: Недра, 1985 г., стр.162-163, раздел - Механизмы свинчивания и развинчивания бурового става).

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение надежности и долговечности соединения штанг бурового става, обеспечение возможности реверсирования вращения бурового органа станка, упрощение операций сборки и разборки става.

Этот технический результат достигается тем, что на цилиндрической поверхности ниппеля изготовлены наружные пазы, а на торцевой поверхности муфты выполнены торцевые выступы - зубья, которые входят в пазы и взаимодействуют с ними прямобочными профилями при передаче крутящего момента.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображено соединение буровых штанг, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б фиг.1.

Соединение буровых штанг содержит соединительные элементы - ниппель 1 и муфту 2, которые могут взаимодействовать между собой в трех местах соединения. Во-первых, они могут взаимодействовать своими торцами по плоскости I-I. Во-вторых, на цилиндрической поверхности ниппеля изготовлены пазы 3, в которые входят торцевые выступы - зубья 4, выполненные на торцевой поверхности муфты. При передаче крутящего момента пазы ниппеля взаимодействуют с выступами-зубьями муфты своими прямобочными профилями. В-третьих, ниппель 1 и муфты 2 могут взаимодействовать между собой посредством цилиндрического ролика 5, расположенного в сквозном отверстии 6 муфты 2. В соединении штанг может быть установлен один ролик или установлено несколько роликов в параллельно-поперечных плоскостях. Отсутствующая срединная часть отверстия 6 в муфте дополнена окружной проточкой 7 на наружной цилиндрической поверхности выступа 8 ниппеля 1. Чтобы ролик 5 не выпал из отверстия 6 муфты 2, предусмотрено пружинное запорное кольцо 9, помещенное в наружную проточку 10 на муфте. Для удобства извлечения запорного кольца 9 из проточки 10 при разборке соединения штанг на муфте сделаны несколько выточек 11. Через осевой канал 12 водовоздушная смесь подается к забою. Сальниковое резиновое кольцо 13 обеспечивает герметичность соединения штанг.

При работе соединения штанг в режиме бурения скважины взаимодействующие торцы ниппеля 1 и муфты 2 передают осевое усилие подачи. Одновременно с этим их взаимодействующие прямобочные профили пазов 3 и выступов-зубьев 4 передают крутящий момент. При работе соединения штанг в режиме извлечения бурового става из скважины ниппель 1 и муфта 2 взаимодействуют между собой посредством цилиндрического ролика 5.