книги из ГПНТБ / Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник

§ 3. Г И Д РА В Л И Ч Е С К А Я СИСТЕМА СТАНКОВ КОЛОНКОВОГО Б У Р Е Н И Я

Гидравлический привод применяется для регулирования подачи бурового инструмента, подъема и опускания мачты, работы гидрав­ лических зажимных патронов и перемещения станка вдоль рамы. В аварийных случаях гидропривод используется как домкрат. Гидропривод может быть использован при свинчивании и развинчи­ вании бурильных труб (см. рис. 50).

В гидросистемах применяются насосы двух типов: шестеренча­ тые (зубчатые) с давлением до 30 кгс/см2 и лопастные с давлением

до 75 кгс/см2 и выше.

Гидравлическая система буровых станков (рис. 53) состоит из двух неподвижных цилиндров 1, в которых передвигаются поршни 2 со штоками 3. Верхние концы штоков траверсой 7 связаны со шпин­ делем 8, посаженным на упорных шарикоподшипниках. Для уси­ ления жесткости конструкции к траверсе 7 прикреплены два направ­ ляющих штока 6, перемещающихся в бронзовых втулках 5, уста­ новленных на приливах 4 к цилиндрам 1; на одном из направляющих штоков нанесены деления, позволяющие наблюдать за скоростью

подачи.

Лопастный маслонасос 10 подает масло из бачка 9 в нагнетатель­ ный маслопровод 13, в который включены коробка обратных кла­ панов 12, предохранительный клапан 14 и дроссель 15. Параллельно маслонасосу 10 подключается аварийный ручной маслонасос 11.

Далее масло подается или в цилиндры подачи бурового инстру­ мента, или по маслопроводу 22 в цилиндр перемещения стайка.

Регулировка давления масла в цилиндрах подачи осуществляется дроссельным краном 15. Для контроля давления установлен мано­ метр 16. Нагрузка на коронку контролируется по индикатору веса и нагрузки (дриллометру) 20.

С помощью распределительного крана 17 можно верхнюю или

в верхние полости цилиндров, для чего распределительный кран 17 ставят в положение 1.

По мере углубления скважины и увеличения веса бурильной колонны надо уменьшать давление масла в верхней полости цилинд­ ров с помощью крана 17. Если колонна труб собственным весом будет создавать нагрузку на забой больше требуемой, необходимо произвести разгрузку колонны путем нагнетания масла в нижние полости цилиндров. Для этого распределительный кран 17 устанав­ ливают в положение IV. Если дроссель 15 закрыть, поршни будут поднимать инструмент от забоя. При бурении необходимо через дроссель 15 сбрасывать все масло, нагнетаемое насосом 10 и вытесняе­ мое опускающимися поршнями 2, и, регулируя скорость истечения масла, создавать тем большее давление под поршнями, чем больше разница между весом бурильной колонны и требуемой нагрузкой на коронку. Бурение с разгрузкой можно вести и при выключенном насосе. Для этого поднимают поршни в крайнее верхнее положение и, включив вращатель, начинают через дроссель спускать масло, поддерживая под поршнем требуемое давление жидкости (рис. 53, IV).

Для быстрого подъема ненагруженного шпинделя распредели­ тельный кран устанавливают в положение II. В этом случае жидкость из маслонасоса направляется в обе полости цилиндров. Так как площадь поршня снизу больше, чем сверху, то и сила, действующая снизу, будет больше, что заставит поршни быстро подниматься. Чтобы остановить подачу, распределительный кран устанавливают в положение II I. При этом поступление жидкости из маслонасоса

вцилиндры прекратится, так же как и истечение жидкости из них.

Вначале подъема инструмента станок должен откатываться, чтобы освободить рабочее место над устьем скважины.В конце спуска, перед постановкой коронки на забой, шпиндель станка должен быть установлен над устьем скважины. Для перемещения станка имеется горизонтальный подвижной цилиндр, расположенный в раме под станиной. Для перемещения станка кран 23 ставится в положение V или VI. Тогда масло направляется через маслопровод 22 и распре­ делительный кран 23 в правую или левую полости подвижного цилиндра 24 и будет перемещать его вместе со станком к устью скважины или от устья. Шток 26 и поршень 25 этого гидравлического

В начале бурения, когда требуемая нагрузка па коронку С > qL, дают дополнительную нагрузку, и давление масла над поршнями должно быть

передаваться на забой и давление под поршнями должно быть

где р о — давление масла под поршнем при вращающейся коронке, приподнятой над забоем.

На манометрах, служащих для контроля за осевой нагрузкой, цифры указывают не давление р, а силу pF (см. рис. 53).

При бурении с разгрузкой увеличение давления в гидравличе­ ских цилиндрах свидетельствует об уменьшении нагрузки на ко­ ронку, что происходит автоматически при переходе коронки из твердой породы в более мягкую. Наоборот, резкое уменьшение да­ вления в гидроприводе будет указывать на увеличение нагрузки на коронку, что наблюдается при смене мягкой породы крепкой. Постоянное уменьшение давления жидкости под поршнями обуслов­ ливается затуплением резцов коронки.

При скоплении шлама у забоя индикатор покажет при подъеме бурильной колонны силу, значительно превосходящую вес инстру­ мента, а при опускании — снижение нагрузки на шпинделе. Инди­ катор давления позволяет отмечать обрыв бурильной колонны и оп­ ределять примерную глубину обрыва.

Масло, заполняющее систему гидропривода, должно быть мало­ вязким, обладать хорошими смазывающими способностями, не со­ держать кислот, щелочей, смол и механических примесей.

Перед заполнением гидросистемы масло необходимо профильтро­ вать, так как незначительные механические примеси могут спо­ собствовать порче маслонасоса и других деталей гидросистемы.

Устройство дифференциальной подачи показано на рис. 56. От вала 1, на конце которого закреплена коническая шестерня 2, при­ водится во вращение коническая шестерня 3, заклиненная на втулке 4, которая при помощи скользящих шпонок вращает винтовой шпиндель 5 с крупной левой ленточной резьбой. Шпиндель имеет несколько длинных канавок под шпонки втулки, поэтому он не только вращается, но и имеет осевое перемещение. Сквозь шпин­ дель пропущена штанга 12 с промывочным сальником 13, зажатая

По схеме, изображенной на рис. 56, шпиндель имеет четыре скорости подачи, которые должны подбираться в соответствии с буримостью пород. Если фактическая скорость бурения меньше ско­ рости подачи шпинделя, то осевая нагрузка и крутящий момент будут возрастать до тех пор, пока не начнет проскальзывать конус или диски фрикциона подачи.

Для быстрого подъема шпинделя надо отключить шестерню z2, затормозить гайку подачи и включить вращатель. Так как в этом случае п„ равно нулю, то

т. е. шпиндель будет быстро двигаться вверх.

На рис. 57 показан легкий станок для подземного бурения с диф­ ференциальной винтовой подачей и приводом от пневматического двигателя, установленный в подземной выработке на распорных колонках. Он может бурить скважины под любым углом. Вместо лебедки имеется пневматический экстрактор, шток которого,

Рис. 57. Буровой станок с дифференциальной винтовой подачей и штанго-

извлекателем для подземного бурения.

1 — коронка; 2 — бурильная труба; 3 — зажимной патрон; 4 — пусковое устройство вра­ щателя; 5 — указатель осевого усилия; в — штурвал регулятора подачи; 7 — шпиндель винтовой; 8 — шланг водяной; 9 — буровой промывочный сальник; 10 — пневматический шлангоизвлекатель; 11 — шланг для сжатого воздуха; 12 — распорные колонки; 13 — трубозахватчик; 14 — автоматическая масленка; 15 — выкидной шланг; 16 — глушитель;

17 — кран управления штангоизвлекателем.

передвигаемый под давлением сжатого воздуха, при помощи специаль­ ного захвата извлекает из скважины или заталкивает в нее буровой снаряд. Управляется экстрактор распределительным краном.

§ 5. ЗАЖИМНЫЕ ПАТРОНЫ СТАНКОВ КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ

Основным приспособлением для надежного крепления ведущей (рабочей) трубы является зажимной патрон (или два патрона), ко­ торый передает от шпинделя вращателя бурильной колонне осевое усилие и крутящий момент.

До последнего времени применялись механические зажимные патроны, которые закреплялись и раскреплялись вручную.

Теперь для крепления рабочей трубы часто применяют пружинно­ гидравлические патроны.

Зажимной механический патрон показан на рис. 58, а. Закрепление бурильной трубы осуществляется кулачками 7

и 8. Патроны комплектуются несколькими парами зажимных ку^- лачков для крепления бурильных труб разного диаметра. Насечка (резьба) на рабочей части кулачка 7 правая, а кулачка 8 левая, она предотвращает возможность проворота и проскальзывания ведущей штанги в кулачках патрона. Кулачки изготовляются из инструментальной стали; рабочая поверхность нарезанной части ку­ лачка после закалки должна иметь твердость 50—56 RC.

Ход шпинделя станков невелик (не более 600—700 мм). При проходке мягких пород механическая скорость бурения достигает 15—20 м/ч и более, в связи с чем процесс бурения часто приходится прерывать для подъема шпинделя.

Чем больше скорость бурения, тем больше затрата времени на перекрепление патронов. Для устранения этих потерь в комплект станков входит ведущая штанга для бурения с подачей инструмента с барабана лебедки.

Для вращения ведущей штанги применяется специальный пат­ рон с трехгранным отверстием, который навинчивается на верхний конец шпинделя (см. рис. 58, б). Нижний шарнирный патрон заменя­ ется при этом направляющим патроном с круглым отверстием, ко­ торый направляет и сдерживает радиальное биение нижнего конца ведущей штанги.

Верхняя часть трехгранной штанги соединяется с вертлюгомсальником при помощи левого переводника. Нижняя часть штанги соединена с колонной бурильных труб.

Подача инструмента на забой по мере углубления регулируется тормозом спуска. Величина осевой нагрузки на забой контроли­ руется динамометром, установленным на неподвижном конце талевого каната (см. рис. 27).

Перейдем к описанию пружинно-гидравлического патрона (рис. 58,б), которым часто оснащаются современные станки (см. рис. 48, 49, 52, 54). Шпиндель 1 пружинно-гидравлического патрона соединен со шпинделем 10 вращателя при помощи прямоугольной резьбы, которая передает осевые усилия, и шлицевой муфты 9, передающей крутящий момент. Такое комбинированное соединение предотвращает затяжку по резьбе.

Ведущая труба зажимается четырьмя кулачками 7 с помощью тарельчатых пружин 2, передающих осевое усилие через клиновые соединения. Разжимаются кулачки усилием гидравлического да­ вления.

Гидравлический цилиндр 3 патрона установлен на фланце 11 траверсы вращателя и соединен маслопроводом с краном управления. При повышении давления в цилиндре поршень 4 через упорный

механического патрона и шпинделем вращателя установлена цент­ рирующая втулка.

Для работы ведущей трехгранной штангой с подачей от лебедки к нижнему патрону предусматриваются специальные кулачки.

производится с промывкой скважин технической водой или глини­ стым раствором.

Для промывки геологоразведочных скважин обычно применяют два типа насосов: а) поршневые двойного действия, двухцилиндро­ вые и б) плунжерные, одинарного (простого) действия, двухили трехцилиндровые.