Устройство для бурения скважин

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для бурения взрывных скважин на карьерах и шахтах, а также для проходки технологических скважин, в том числе при бурении сложноструктурных пород. Технический результат работы устройства при бурении взрывных и технологических скважин заключается в увеличении срока службы бурового инструмента за счет повышения эффективности и увеличения скорости регулирования рабочих режимов в процессе бурения. Достигается это тем, что в устройстве для бурения скважин, содержащем корпус, вращательно-подающий механизм для бурового става,включающий соосно расположенный статор с витками и установленный внутри статора ротор,с обмотками возбуждения, обмотки возбуждения расположены внутри бурового става и имеют четырехполюсную намотку таким образом, что одноименные полюса расположены вдоль бурового става и запитаны через коллектор от источника постоянного тока, а витки статорной обмотки,взаимодействующие с магнитным полем обмотки возбуждения, огибают окружность бурового става с обмоткой возбуждения и прилегают к двум одноименным магнитным полюсам обмотки возбуждения, расположенным по горизонтальной оси, образуя минимальный рабочий воздушный зазор, а от двух других одноименных магнитных полюсов, расположенных по вертикальной оси, витки удалены на расстояние, обеспечивающее ослабляющее воздействие полей в данных четвертях обмотки возбуждения, кроме того, в корпусе по обе стороны от бурового става установлен дополнительный статор, содержащий витки, уложенные двухполюсной намоткой в два немагнитных ротора по образующей, охватывающей четверть окружности по горизонтальной оси бурового става, образуя рабочий воздушный зазор между немагнитным ротором и буровым ставом.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "СИБИРСКИЙ Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для бурения взрывных скважин на карьерах и шахтах, а также для проходки технологических скважин, в том числе при бурении сложноструктурных пород. Известно устройство для бурения скважин, содержащее вращательно-подающий механизм, состоящий из вращателя, гидропатрона и гидроцилиндров подачи (Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы. - М.: Недра, 1971, с. 55, рис. 23). К числу недостатков таких механизмов относятся жесткая связь гидроцилиндр-буровой став-буровой инструмент, а также инерционность и сложная управляемость работы гидроцилиндра. При изменении крепости пород или при необходимости быстро изменить режим работы вращательно-подающего механизма гидроцилиндр не позволяет быстро оперировать рабочими характеристиками из-за большого количества элементов в технологической цепи. Это двигатель, генератор, насос, рабочая жидкость, шток в гидроцилиндре, буровой став и буровой инструмент. В связи с этим процесс изменения подачи бурового става является медленным и недостаточно точным, а также усложняется ремонт и техническое обслуживание механизма и станка в целом. Кроме того, раздельные механизмы вращения и подачи усложняют конструкцию станка. Отмеченные недостатки ограничивают применение указанных вращательно-подающих механизмов при бурении сложноструктурных пород по причине быстрого износа бурового инструмента. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является принятое за прототип устройство для бурения скважин (патент РФ 2329368, от 27.05.2011, опубл. 20.07.2008), содержащее корпус,вращательно-подающий механизм для бурового става, включающий соосно расположенный статор с витками и установленный внутри статора ротор, с обмотками возбуждения. Основной недостаток прототипа заключается в том, что система не позволяет достаточно быстро изменять режим бурения. Также не позволяет передавать достаточно большое подающее усилие. Основными задачами изобретения являются повышение эффективности устройства при бурении взрывных и технологических скважин, в том числе при проходке сложноструктурных пород с различными физико-механическими свойствами, а также увеличение срока службы бурового инструмента за счет повышения эффективности и увеличения скорости регулирования рабочих режимов в процессе бурения. Поставленные задачи достигаются тем, что в устройстве для бурения скважин, содержащем корпус,вращательно-подающий механизм для бурового става, включающий соосно расположенный статор с витками и установленный внутри статора ротор, с обмотками возбуждения, обмотки возбуждения расположены внутри бурового става и имеют четырехполюсную намотку таким образом, что одноименные полюса расположены вдоль бурового става и запитаны через коллектор от источника постоянного тока, а витки статорной обмотки, взаимодействующие с магнитным полем обмотки возбуждения, огибают окружность бурового става с обмоткой возбуждения и прилегают к двум одноименным магнитным полюсам обмотки возбуждения, расположенным по горизонтальной оси, образуя минимальный рабочий воздушный зазор, а от двух других одноименных магнитных полюсов, расположенных по вертикальной оси,витки удалены на расстояние, обеспечивающее ослабляющее воздействие полей в данных четвертях обмотки возбуждения, кроме того, в корпусе по обе стороны от бурового става установлен дополнительный статор, содержащий витки, уложенные двухполюсной намоткой в два немагнитных ротора по образующей, охватывающей четверть окружности по горизонтальной оси бурового става, образуя рабочий воздушный зазор между немагнитным ротором и буровым ставом. Устройство поясняет кинематическая схема устройства для бурения скважин (фиг. 1), содержащее электродвигатель 1, редуктор 2, шинно-зубчатую муфту 3, опорный узел 4, буровой став 5, корпус 6, дополнительную статорную обмотку, уложенную в немагнитные роторы 7, статорную обмотку 8, буровой инструмент 9, находящийся в скважине 10. Устройство статорной обмотки поясняет схема (фиг. 2), где витки статорной обмотки 8, взаимодействующие с магнитным полем обмотки возбуждения 11, огибают окружность бурового става 5 с обмоткой возбуждения 11, имеющей четырехполюсную намотку и проложенной в магнитопроводе 12. Устройство дополнительного статора обмотки поясняет схема (фиг. 3), где витки 13 дополнительного статора взаимодействуют с магнитным полем обмотки возбуждения 11, имеющей четырехполюсную намотку и проложенной в магнитопроводе 12. Витки 13 дополнительного статора уложены двухполюсной намоткой в два немагнитных ротора 7 по образующей, охватывающей четверть окружности по горизонтальной оси бурового става 5, образуя рабочий воздушный зазор между немагнитным ротором 7 и буровым ставом 5. Немагнитный ротор 7 расположен на валу 14, закрепленном в подшипниковых опорах 15. Устройство для бурения скважин работает следующим образом. Электродвигатель 1, через редуктор 2 и шинно-зубчатую муфту 3, вращает буровой став 5, закрепленный при помощи опорного узла 4 в корпусе 6 (фиг. 1). Ток в витках статорной обмотки 8, взаимодействуя с магнитным полем, наводимым током в обмотке возбуждения 11 (фиг. 2), имеющей четырехполюсную намотку и проложенной в магнитопроводе 12, создает подающее усилие посредством бурового става 5 на буровой инструмент и осуществляет бурение скважины 10. Витки статорной обмотки 8 прилегают к двум одноименным магнитным полюсам обмотки возбуждения, расположенным по горизонтальной оси, образуя минимальный рабочий воздушный зазор. В этих областях происходит взаимодействие магнитных полей. А от двух других одноименных магнитных полюсов, расположенных по вертикальной оси, витки статорной обмотки удалены на расстояние, обеспечивающее ослабляющее воздействие полей в данных четвертях обмотки возбуждения. Ток в витках 13 дополнительного статора (фиг. 3), взаимодействуя с магнитным полем обмотки возбуждения 11, имеющей четырехполюсную намотку и проложенной в магнитопроводе 12, создает дополнительное подающее усилие посредством бурового става 5 на буровой инструмент и осуществляет бурение скважины 10. Дополнительная подача осуществляется путем взаимодействия тока в части витков 13 дополнительного статора, уложенных двухполюсной намоткой в два немагнитных ротора 7 по образующей, охватывающей четверть окружности по горизонтальной оси бурового става 5, образуя рабочий воздушный зазор между немагнитным ротором 7 и буровым ставом 5. Благодаря немагнитному материалу ротора взаимодействие тока в остальной части витков 13 дополнительного статора с магнитным полем, наводимым в обмотке возбуждения 11, ослаблено. Благодаря тому что обмотка дополнительного статора уложена в роторы, а также несимметричному взаимодействию полей возникает вращательный момент, пытающийся повернуть немагнитный ротор 7 против направления подающего усилия. Вал 14, закрепленный в подшипниковых опорах 15, имеет ограниченную свободу вращения, рассчитанную на предельный момент. В случае возникновения ударной нагрузки предельный момент превышается и немагнитный ротор 7 проворачивается, выравнивая величину момента на валу 14. Тем самым величина ударной нагрузки на буровой инструмент 9 и буровой став 5 снижается. Технический результат заявляемого устройства для бурения скважин заключается в том, что создание основного подающего усилия при взаимодействии обмотки возбуждения и статорной обмотки через минимальный рабочий воздушный зазор обеспечивает высокую эффективность работы, а взаимодействие обмотки дополнительного статора, проложенной в немагнитном роторе, с обмоткой возбуждения позволяет создать дополнительное подающее усилие и компенсировать ударные нагрузки при бурении сложно-структурных пород. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство для бурения скважин, содержащее корпус, вращательно-подающий механизм для бурового става, включающий соосно расположенный статор с витками и установленный внутри статора ротор, с обмотками возбуждения, отличающееся тем, что обмотки возбуждения расположены внутри бурового става и имеют четырехполюсную намотку таким образом, что одноименные полюса расположены вдоль бурового става и запитаны через коллектор от источника постоянного тока, а витки статорной обмотки, взаимодействующие с магнитным полем обмотки возбуждения, огибают окружность бурового става с обмоткой возбуждения и прилегают к двум одноименным магнитным полюсам обмотки возбуждения, расположенным по горизонтальной оси, образуя минимальный рабочий воздушный зазор, а от двух других одноименных магнитных полюсов, расположенных по вертикальной оси, витки удалены на расстояние, обеспечивающее ослабляющее воздействие полей в данных четвертях обмотки возбуждения,кроме того, в корпусе по обе стороны от бурового става установлен дополнительный статор, содержащий витки, уложенные двухполюсной намоткой в два немагнитных ротора по образующей, охватывающей четверть окружности по горизонтальной оси бурового става, образуя рабочий воздушный зазор между немагнитным ротором и буровым ставом.