Методы определения передаточного отношения долота.
Шарошечное долото представляет собой часть пространственного зубчатого механизма, схема одной секции которого показана на рисунке 5.36. Механизм включает ведущее звено – лапу (корпус) 1 и ведомое звено – шарошку 2. Третьим звеном – стойкой является забой 3 скважины, с которым взаимодействует шарошка. Исследование такого механизма не составляло бы труда, если бы зацепление шарошки с забоем не было бы случайным, т.е. передаточное отношение ij каждой из шарошек является случайной величиной.
Приближенно передаточное отношение можно определить как отношение радиуса долота Rд к радиусу шарошки rш, т.е.
| i = R д /r ш . | (5.26) | |
| Назовем это передаточное отношение геометрическим. |
У конкретного долота передаточное отношение можно определить при его испытании на стенде. Для этого необходимо измерить угловые скорости вращения долота и каждой шарошки. Тогда
i j = ω j /ω д,
где j = 1, 2, 3 –номера шарошек.
Рис. 5.36. Схема к расчету передаточного отношения долота
Вооружение шарошечных долот первого класса
Шарошечные долота первого класса для бурения в неабразивных горных породах имеют стальное зубчатое вооружение, выполненное в виде венцов притупленных зубьев заодно с шарошкой фрезерованием. Конструкция зубьев центральных и периферийных венцов неодинакова. Шарошечные долота прошли длительную эволюцию, и к настоящему времени сложились определенные соотношения их геометрических параметров.
|
|
|
Центральное вооружение выполняется в виде венцов притупленныхклиньев (рис. 5.35 а). Основные параметры вооружения: начальное притупление b 0, длина зубьев l (совпадает с шириной венца), начальная высота зубьев h, угол при вершине клина 2γ, шаг размещения зубьев в венце s. Площадка b0 l является начальной рабочей поверхностью притупленного клина.
Параметры зубьев зависят от размера и типа вооружения. Для долот диаметром от 93 до 490 мм b0 изменяется от 1 до 2,8 мм, l – от 5 до 19 мм
(на первых венцах первых шарошек l – от 10 до 48 мм), h – от 5 до 25 мм, 2γ –от36до52°и шаг–от10до80мм.Для повышения износостойкостизубья могут быть наплавлены (армированы) твердым сплавом. Схемы наплавки также показаны на рисунке 5.35.
Рис. 5.35. Вооружение шарошек первого класса (вид со стороны обратного конуса) и типы армирования зубьев наплавкой твердого сплава
Первый тип наплавки –односторонняя(рис. 5.35г).
Второй тип наплавки –двухсторонняя(рис. 5,35д).Высота наплавки одной из граней и внешнего торца зуба не менее 0,7h, а второй грани – не менее 0,3h.
Третий тип наплавки –объемная(рис. 5.35е).
Зубья центральных венцов долот типов Т и СТ не армируют, так как твердый сплав снижает сопротивление зубьев изгибу. Чем тверже горная порода, тем больше ее сопротивление сдвигу и тем больше сила, изгибающая зуб.
|
|
|
Относительное расположение венцов на шарошках показано на развертке (рис. 5.36). Приняты следующие обозначения шарошек и венцов: самая длинная (полная) шарошка – первая, средняя по длине – вторая и самая короткая – третья. Нумерация венцов на шарошках ведется от вершины. Последние венцы называются периферийными.
Из рисунка 5.36 а видно, что на основных конусах шарошек зубья венцов одних шарошек входят в межвенцовые проточки других шарошек. Этот прием позволяет увеличить объем шарошек, запас вооружения на венцах, а также размеры подшипников. В технической литературе этот прием получил название «самоочищение» шарошек, так как при их вращении межвенцовые проточки на одних шарошках очищаются от налипающего шлама зубьями других шарошек. Участки забоя между смежными центральными венцами не поражаются вооружением. Эти участки называются воротниками. Они разрушаются за счет боковых сколов породы и биений долота. Ширина воротников составляет 1,5… 2,5 мм.
Рис. 5.36. Развертка (а) долота типа Т и перекрытие (б) забоя его венцами зубьев
|
|
|
Зубья центральных венцов разрушают каждый свой кольцевой участок забоя, т.е. они однократно перекрывают забой по радиусу долота (рис. 5.36 б). Зубья периферийных венцов размещены на дополнительном конусе шарошек, следуют друг за другом и у стенки скважины перекрывают забой по радиусу кратно числу шарошек.
Тип вооружения шарошек определяется шагом зубьев в венцахи углом при вершине клина. Чем больше ожидаемое сопротивление горной породы скалыванию, тем больше должен быть угол при вершине зубьев 2γ (см. рис. 5.35 а). Для ограничения роста угла 2γ с увеличением твердости горных пород в конструкциях долот предусматривается снижение их скалывающей способности (см. табл. 5.12).
Фактические углы 2γ для разных типов долот:
| Тип долота | М, МС | С | СТ | Т |
| 2γ, градус | 36–42 | 42–44 | 44–46 | 48–52 |
Геометрические параметры шарошек, кроме угловых, зависят от размеров долота, поэтому удобнее рассматривать их относительные величины. За единицу принимаем параметры долота типа М (для мягких горных пород).
Высота зубьев h определяется шагом, углом 2γ и ограничивается минимально допустимой толщиной тела шарошки, т.е. зависит и от размеров внутренней полости шарошки, где размещаются цапфа и опора. В таблице 5.13 приведены относительные высота и шаг зубьев на основном и периферийном конусах шарошек для основных типов долот 1-го класса.
|
|
|
Таблица 5.13
Относительные высота и шаг зубьев шарошечных долот
| Тип вооружения | Основной конус | Периферийный венец | ||
| долота | высота | шаг | высота | шаг |
| М | 1 | 1 | 1 | 1 |
| С | 0,8 | 0,6 | 0,9 | 0,5 |
| Т | 0,6 | 0,5 | 0,7 | 0,4 |
Тип долота определяется двумя основными признаками:скалывающей способностью и типом его вооружения. Например, долото типа М должно иметь высокую скалывающую способность (относительное смещение осей шарошек в плане 0,08…0,10 и трехконусные шарошки) и вооружение типа М.
Коэффициент перекрытия ηхарактеризует полноту разрушения забоя по радиусу скважины. Он вычисляется по формуле
, (5.27)
где Rд – радиус долота; m – число венцов; li – ширина i-го венца.
Трехшарошечные долота имеют коэффициент перекрытия от 0,7 до
1,3.Если бы долота имели сплошные зубья вдоль образующей, то η ≈ 3.
Следовательно, выполнение вооружения в виде венцов позволило кратно
увеличить давление вооружения на забой при неизменной нагрузке на
долото.
Интенсивность поражения забоя определяется как количество элементов вооружения долота, приходящееся на единицу длины кольцевого забоя. Забой разбивается на кольцевые участки, соответствующие венцам шарошек, и вычисляется количество зубьев, приходящихся на единицу длины участка:
Bi = 
, (5.28)
где B i –интенсивность поражения i-го участка забоя; z i –количествозубьев, работающих по i-му участку забоя; D i – средний диметр i-го участка забоя. Более наглядно величину B i вычислить в % от интенсивности поражения забоя у стенки скважины:
Bi о = 
, (5.29)
B п –количество зубьев,приходящихся на единицу длины периферийного участка забоя.
На рисунке 5.37 показано распределение по радиусу забоя относительной интенсивности поражения трехшарошечным долотом типа М диаметром 215,9 мм. Из рисунка 5.37 видно, что наибольшая интенсивность поражения на периферийном участке забоя 1 , который перекрывают зубья всех трех шарошек . По мере уменьшения радиуса величина B iо уменьшается скачком, так как следующий кольцевой участок забоя 2 перекрывает вооружение двух шарошек, и, наконец, достигает минимума, где участок 3 забоя перекрывает только внутренняя часть зубьев наиболее широкого периферийного венца. Далее, начиная со смежного с ним участка забоя 4, интенсивность поражения возрастает. Такое неравномерное распределение интенсивности поражения забоя приводит и к соответствующему неравномерному износу вооружения долота по венцам шарошек.
Рис. 5.37. Относительная интенсивность поражения забоя долотом 215,9 М-ГВ
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 572; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!