способ изготовления шнеков

Формула изобретения

Способ изготовления шнеков преимущественно буровых штанг, включающий установку на вал-трубу с жестко связанными с ее концами замковыми соединениями винтовой спирали, растяжку винтовой спирали, закручивание вала-трубы в пределах упругой деформации кручения материала в направлении, противоположном направлению навивки винтовой спирали, и сварку последней с валом-трубой, отличающийся тем, что перед сваркой винтовой спирали с валом-трубой внутри последней концентрично размещают дополнительную трубу, которую закручивают в пределах упругой деформации кручения материала в направлении навивки спирали, а ее концы жестко соединяют с замковыми соединениями вала-трубы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам изготовления сварных конструкций, в частности буровых шнековых штанг, которые могут найти применение при бурении взрывных скважин на открытых горных работах.

Известен способ изготовления шнеков, включающий операции установки вала-трубы и винтовой спирали, растяжки винтовой спирали и сварки ее с валом-трубой (а.с. СССР №903040, кл. В23К 31/08, 1980).

Недостаток данного способа изготовления шнеков - невозможность получения предварительно напряженной конструкции, обладающей высокой изгибной жесткостью и прочностью, что крайне необходимо при бурении взрывных скважин на открытых горных работах.

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления шнеков, преимущественно для буровых штанг, включающий операции установки вала-трубы с замковыми соединениями, жестко связанными с концами вала-трубы, и винтовой спирали, растяжки винтовой спирали, закручивание вала-трубы в пределах упругой деформации кручения материала вала-трубы в направлении, противоположном направлению навивки винтовой спирали и сварки ее с валом-трубой (а.с. СССР №1444113, кл. В23К 31/08, 1988).

Данный способ позволяет получить при изготовлении предварительно напряженную конструкцию шнека, обладающую повышенной изгибной жесткостью и прочностью, за счет удерживания закрученного вала-трубы растянутой с помощью нагрева винтовой спиралью, жестко связанной с валом-трубой.

Недостаток известного способа заключается в его сложности, так как помимо обычного механического и сварочного оборудования при реализации данного способа используются дополнительные расходные материалы и дорогостоящее энергоемкое оборудование для нагрева и, соответственно, охлаждения элементов бурового шнека. При этом изготовленные данным способом буровые шнеки имеют низкую долговечность при эксплуатации, так как в качестве элемента, удерживающего вал-трубу в напряженном состоянии, используется самая быстроизнашиваемая при бурении взрывных скважин деталь шнека - винтовая спираль. При уменьшении сечения спирали, вследствие ее износа по диаметру, последняя будет терять свои прочностные свойства и способствовать раскручиванию вала-трубы (особенно в его нижней части), потери его жесткости, срезу сварных швов замковых соединений и т.п.

Изобретение направлено на упрощение технологии изготовления шнеков и повышение долговечности бурового шнека, что достигается за счет того, что в способе изготовления шнеков преимущественно для буровых штанг, включающем установку вала-трубы с замковыми соединениями, жестко связанными с концами вала-трубы, и винтовой спирали, растяжку винтовой спирали, закручивание вала-трубы в пределах упругой деформации кручения материала вала-трубы в направлении, противоположном направлению навивки винтовой спирали, и сварку ее с валом-трубой, перед сваркой винтовой спирали с валом-трубой внутри последней концентрично размещают дополнительную трубу, которую закручивают аналогичным образом в направлении навивки спирали, а ее концы жестко соединяют с замковыми соединениями вала-трубы.

При этом растяжку винтовой спирали осуществляют без ее нагрева, а ее сварку с валом-трубой, соответственно, без охлаждения.

Указанный способ изготовления шнеков позволяет создать жесткую предварительно напряженную конструкцию основного несущего элемента шнека - вала-трубы, сохраняющей свои высокие прочностные свойства, обеспечиваемые при изготовлении, практически при любой степени износа винтовой спирали, а следовательно, уменьшить подвижность материала вала-трубы в околошовной зоне замковых соединений с валом-трубой, предотвратить срез сварных швов и в целом повысить долговечность шнеков при их эксплуатации. При этом, поскольку винтовая спираль не удлиняется в пределах зоны упругих деформаций и приваривается к валу-трубе, который не стремится самопроизвольно раскрутиться, то и использование вышеуказанных источников энергии для нагрева винтовой спирали перед сваркой и охлаждения последней после сварки также не предполагается.

На чертеже показаны составные части шнека: вал-труба 1 с замковыми соединениями 2, жестко связанными с валом-трубой 1, например при помощи сварки, дополнительная труба 3 и винтовая спираль 4.

Способ изготовления шнеков осуществляется следующим образом.

Винтовую спираль 4 устанавливают на вал-трубу 1 с замковыми соединениями 2, жестко связанными с концами вала-трубы 1, и растягивают на нем до необходимых размеров известным механическим способом. Затем вал-трубу 1 закручивают в направлении, противоположном навивки винтовой спирали 4 на угол 2-3° на погонный метр вала-трубы 1 одним из известных способов, например путем нагружения постоянным моментом, что соответствует максимально допустимой упругой деформации кручения для малоуглеродистых сталей. Кроме этого, внутрь вала-трубы 1 устанавливают дополнительную трубу 3, которую закручивают аналогичным образом, но в направлении навивки винтовой спирали 4, а ее концы жестко соединяют, например, при помощи сварки, с замковыми соединениями 2 вала-трубы 1. После этого внешние скручивающие моменты убирают и получают предварительно напряженную конструкцию вала-трубы 1 повышенной изгибной жесткости и прочности, выполненной по схеме силового замкнутого контура, который и будет компенсировать незначительные, в связи с вышеизложенным, напряжения, возникающие в вале-трубе 1 при сварке последней с винтовой спиралью 4 с использованием традиционно качественных видов сварки (под слоем флюса, в среде защитных газов и т.п.).