Породоразрушающий инструмент

Породоразрушающий инструмент

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к породоразрушающему инструменту, в котором отверстие под штырь сверлится в дальней концевой части корпуса инструмента, который вращается вокруг осевой линии и перемещается вперед в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии, и в котором породоразрушающий штырь, выполненный из твердого материала, встраивается в отверстие под штырь так, что участок режущей кромки дальнего конца штыря выступает из него.

Приоритет испрашивается по японской патентной заявке № 2011-262526, зарегистрирована 30 ноября 2011 г., и японской патентной заявке № 2012-251357, зарегистрирована 15 ноября 2012 г., которые включены в данный документ посредством ссылки.

Предпосылки изобретения

В примере, описанном в PTL 1 и 2, известный породоразрушающий инструмент представляет собой инструмент для проходки ствола в грунте или горной породе следующего вида. Стальной корпус инструмента, на дальнем конце которого закреплено несколько породоразрушающих штырей, выполненных из металлокерамического сплава, например, из сверхтвердых металлических сплавов, крепится на дальнем концевом участке бурильной штанги или крепится с помощью некоторого устройства на дальнем концевом участке бурильной штанги. Породоразрушающий инструмент использует крутящий момент вращения вокруг осевой линии корпуса инструмента, который передается с буровой установки бурильной штангой, осевую нагрузку, действующую в направлении к дальней торцевой стороне, и ударную силу, действующую вдоль центральной осевой линии, передающуюся с погружного пневмоударника через устройство в дополнение к крутящему моменту и осевой нагрузке.

В данном случае породоразрушающий инструмент известной техники имеет следующую конфигурацию. В отверстии под штырь, просверленном в дальней концевой части корпуса инструмента, породоразрушающий штырь из металлокерамических сплавов выполнен таким, что цилиндрическая встраиваемая часть является интегрaльной со сферическим, коническим или в форме пули участком режущей кромки, расположенным в дальней торцевой стороне встраиваемой части. Породоразрушающий штырь выступает участком режущей кромки из отверстия под штырь. Встраиваемая часть прочно крепится в отверстии под штырь с помощью посадки с натягом, например, горячей запрессовкой. Таким образом, встраиваемая часть встраивается и крепится в отверстии под штырь.

В данном породоразрушающем инструменте, используемом в проходке грунта или породы, участок режущей кромки породоразрушающего штыря, который выступает из отверстия под штырь, вводится в контакт с грунтом или породой, обеспечивая проходку грунта или породы. Соответственно, происходит постепенный износ и абразивное истирание участка режущей кромки. В изношененном участке режущей кромки увеличивается радиус кривизны на криволинейной поверхности. При этом нарушается заточка режущей кромки, что снижает эффективность проходки. Кроме того, если износ породоразрушающего штыря постепенно приводит к уменьшению диаметра ствола проходки до диаметра меньше приемлемого, срок службы инструмента породоразрушающего инструмента заканчивается.

Вместе с тем, износ и абразивное истирание участка режущей кромки породоразрушающего штыря не являются равномерными. Например, среди нескольких породоразрушающих штырей, встроенных в дальней концевой части корпуса инструмента, в особенности породоразрушающих штырей, встроенных в калибрующую часть наружной периферийной стороны дальней концевой части, износ и абразивное истирание становятся значительными на поверхности, обращенной к наружной периферийной стороне. Поскольку происходит асимметричный износ, вероятно снижение показателей проходки, что вызывает уменьшение эффективности проходки. Данный износ породоразрушающего штыря в калибрующей части вызывает уменьшение диаметра ствола проходки и значительно уменьшает срок службы инструмента.

Данный неровный износ участка режущей кромки породоразрушающего штыря является более значительным в условиях, где участок режущей кромки серьезно изнашивается при работе в твердом грунте или породе. В результате, срок службы инструмента уменьшается и стоимость проходки увеличивается. В дополнение, также расходуются средства и время на перетачивание участка режущей кромки породоразрушающего штыря для восстановления показателей проходки. Кроме того, если срок службы породоразрушающего инструмента заканчивается до выполнения проходки ствола на проектную глубину, расходуются средства и время для замены корпуса инструмента. В дополнение, если постоянно происходит износ и абразивное истирание участка режущей кромки и при этом проходка продолжается без ухудшения показателей проходки, износ или повреждения могут возникать в корпусе инструмента, и перегрузки могут возникать в буровой установке.

Список противопоставленных материалов

Патентная литература

[PTL 1] японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация № 2010-180551

[PTL 2] японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация 2011-042991

Сущность проблемы, решаемой изобретением

Настоящее изобретение сделано в описанных выше обстоятельствах, и задачей изобретения является создание породоразрушающего инструмента, который может поддерживать показатели проходки и эффективность проходки для породоразрушающего штыря в течение увеличенного времени, может увеличить срок службы инструмента и может уменьшить стоимость проходки на единицу глубины разрабатываемого ствола.

Средство решения проблемы

Породоразрушающий инструмент по настоящему изобретению имеет любую из следующих конфигураций.

(1) Породоразрушающий инструмент включает в себя корпус, отцентрованный по осевой линии; и породоразрушающий штырь, закрепленный в отверстии под штырь, просверленном в дальней концевой части корпуса инструмента. Корпус инструмента центрируется на осевой линии и перемещается вперед в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии. Породоразрушающий штырь выполнен так, что встраиваемая часть, имеющая снаружи цилиндрическую форму вокруг центральной оси, выполняется интегрально с участком режущей кромки дальней торцевой стороны в направлении центральной оси. Встраиваемая часть вставляется в отверстие под штырь и участок режущей кромки выступает из отверстия под штырь. По меньшей мере один породоразрушающий штырь служит вращающимся породоразрушающим штырем, который вращается вокруг центральной оси встраиваемой части во время проходки и блокируется для исключения скольжения в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии и крепится к встраиваемой части.

(2) В описанном выше (1) множество породоразрушающих штырей крепится к корпусу инструмента. Некоторые из породоразрушающих штырей служат в качестве вращающихся породоразрушающих штырей, и остальные породоразрушающие штыри крепятся неподвижно к корпусу инструмента.

(3) В описанных выше (1) или (2) множество породоразрушающих штырей крепятся к корпусу инструмента. По меньшей мере один из породоразрушающих штырей, прикрепленных к наружной периферийной части дальней торцевой поверхности корпуса инструмента, служит в качестве вращающегося породоразрушающего штыря, и остальные породоразрушающие штыри крепятся неподвижно к корпусу инструмента.

(4) В любом из описанных выше (1)-(3) между наружной периферийной поверхностью встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря и внутренней периферийной поверхностью отверстия под штырь, в котором вращающийся породоразрушающий штырь крепится, первая поверхность имеет вогнутую канавку, проходящую вокруг центральной оси, и вторая поверхность имеет выпуклый участок, размещающийся в вогнутой канавке.

(5) В описанном выше (4) одно из следующего: вогнутую канавку и выпуклый участок образует промежуточный элемент, который неподвижно крепится либо на наружной периферийной поверхности встраиваемой части или на внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь, на которых одно из следующего: вогнутая канавка и выпуклый участок расположен.

(6) В любом из описанных выше (1)-(3) вогнутая канавка, проходящая вокруг центральной оси, выполняется на наружной периферийной поверхности встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря. На внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь, в котором вращающийся породоразрушающий штырь крепится, вогнутый участок, проходящий вокруг центральной оси, или участок отверстия под блокирующий элемент, проходящий в тангенциальном направлении вогнутой канавки, выполняется на месте, противоположном вогнутой канавке в направлении центральной оси. Блокирующий элемент размещается как в вогнутой канавке, так и в вогнутом участке или в участке отверстия под блокирующий элемент.

(7) В любом из описанных выше (1)-(6) встраиваемая часть вращающегося породоразрушающего штыря крепится в отверстии под штырь с помощью посадки с натягом, при этом натяг наружного диаметра d (мм) встраиваемой части составляет 0,5×d/1000 (мм) - 1,5×d/1000 (мм).

(8) В любом из описанных выше (1)-(7) поверхностный упрочненный слой выполняется по меньшей мере на поверхности вращающегося породоразрушающего штыря.

(9) В любом из описанных выше (1)-(8) поверхностный упрочненный слой выполняется в окрестности отверстия под штырь, в котором крепится по меньшей мере вращающийся породоразрушающий штырь корпуса инструмента.

(10) В любом из описанных выше (1)-(9) смазка помещается между наружной периферийной поверхностью встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря и внутренней периферийной поверхностью отверстия под штырь, в котором вращающийся породоразрушающий штырь крепится.

В породоразрушающем инструменте, выполненном, как описано выше, вращающийся породоразрушающий штырь вращaется вокруг центральной оси встраиваемой части, имеющей снаружи цилиндрическую форму, которая вставляется в отверстие под штырь в корпусе инструмента во время проходки. Соответственно, при вращении корпуса инструмента во время проходки вращающийся породоразрушающий штырь приводится во вращение вокруг центральной оси, воспринимая контактное сопротивление от грунта или горной породы. Поэтому участок режущей кромки вращающегося породоразрушающего штыря также равномерно изнашивается в направлении по окружности вокруг центральной оси. Форма участка режущей кромки может поддерживаться без частичного и асимметричного износа режущей кромки. Таким образом, возможно значительное уменьшение снижения показателей проходки или эффективности проходки, что предотвращает увеличение радиуса криволинейной поверхности, образующей участок режущей кромки.

Отличие состоит в том, что вращающийся породоразрушающий штырь блокируется для исключения скольжения в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии. Соответственно, отсутствует возможность нештатного выпадения породоразрушающего штыря. Например, состояние, где вращающийся породоразрушающий штырь блокируется для исключения скольжения, может включать в себя состояние, где вращающийся породоразрушающий штырь не выпадает из отверстия под штырь под действием собственного веса, когда корпус инструмента удерживается с дальней концевой частью корпуса инструмента, обращенной вниз.

Здесь, когда множество породоразрушающих штырей крепится к корпусу инструмента указанным способом, все породоразрушающие штыри могут вращаться вокруг центральной оси во время проходки. В дополнение, из множества породоразрушающих штырей некоторые породоразрушающие штыри могут служить в качестве вращающихся породоразрушающих штырей, и остальные породоразрушающие штыри могут неподвижно крепиться к корпусу инструмента. Возможно увеличение срока службы инструмента, поскольку показатели проходки или эффективность проходки поддерживаются благодаря вращающимся породоразрушающим штырям.

В частности, когда множество породоразрушающих штырей крепится к корпусу инструмента указанным способом, если по меньшей мере один из породоразрушающих штырей, прикрепленных к наружной периферийной части дальней торцевой поверхности корпуса инструмента, служит в качестве вращающегося породоразрушающего штыря, а остальные породоразрушающие штыри крепятся неподвижно к корпусу инструмента, по меньшей мере один вращающийся породоразрушающий штырь в наружной периферийной части дальней торцевой поверхности, то есть в калибрующей части, поддерживает показатели проходки или эффективность проходки. При этом можно эффективно замедлить уменьшение диаметра ствола проходки и можно надежно увеличить срок службы инструмента.

В дополнение, когда вращающийся породоразрушающий штырь крепится в отверстии под штырь с возможностью вращения вокруг центральной оси во время проходки и блокировки прижатым вплотную к дальней торцевой стороне в направлении вдоль центральной осевой линии, в первую очередь, между наружной периферийной поверхностью встраиваемой части породоразрушающего штыря и внутренней периферийной поверхностью отверстия под штырь, в котором породоразрушающий штырь крепится, предпочтительным является расположение вогнутой канавки, проходящей вокруг центральной оси на первой поверхности, и расположение выпуклого участка для размещения в вогнутой канавке на второй поверхности.

Здесь, когда вогнутая канавка и выпуклый участок выполняются непосредственно на наружной периферийной поверхности встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря и внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь в корпусе инструмента, с использованием разности в модуле упругости между вращающимся породоразрушающим штырем и корпусом инструмента, предпочтительным является увеличение диаметра отверстия под штырь с помощью упругого деформирования корпуса инструмента и запрессовка встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря. Альтернативно, с использованием разницы коэффициентов термического расширения вращающегося породоразрушающего штыря и корпуса инструмента встраиваемую часть вращающегося породоразрушающего штыря можно вставлять в отверстие под штырь после нагрева корпуса инструмента и обеспечения термического расширения отверстия под штырь.

В дополнение, без выполнения вогнутой канавки и выпуклого участка непосредственно на наружной периферийной поверхности встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря и внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь в корпусе инструмента вогнутую канавку или выпуклый участок можно выполнить в промежуточном элементе, который неподвижно крепится к наружной периферийной поверхности встраиваемой части или к внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь, на которой располагается вогнутая канавка и выпуклый участок. В данном случае также предпочтительно неподвижное крепление промежуточного элемента к наружной периферийной поверхности встраиваемой части или к внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь, на которой располагается вогнутая канавка и выпуклый участок, выполненный в промежуточном элементе, с помощью запрессовки, горячей запрессовки с использованием разницы коэффициентов термического расширения, или посадки с натягом, например, холодной посадки, описанной выше.

Во вторую очередь, без размещения выпуклого участка в вогнутой канавке указанным способом, вогнутая канавка, проходящая вокруг центральной оси, выполняется на наружной периферийной поверхности встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря. На внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь, в котором вращающийся породоразрушающий штырь крепится, вогнутый участок, проходящий вокруг центральной оси, или участок отверстия под блокирующий элемент, проходящий в тангенциальном направлении вогнутой канавки, выполняется противоположно вогнутой канавке в направлении центральной оси. При этом блокирующий элемент может размещаться в обеих вогнутых канавках и вогнутом участке или участке отверстия под блокирующий элемент.

Здесь, когда выполняется вогнутый участок, проходящий вокруг центральной оси, аналогичный вогнутой канавке на внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь, предпочтительно уменьшение диаметра разрезного кольца, служащего в качестве блокирующего элемента, размещение разрезного кольца в вогнутой канавке наружной периферийной поверхности встраиваемой части, например, и вставление разрезного кольца в отверстие под штырь. Затем, после совпадения положения вогнутой канавки с положением вогнутого участка, предпочтительно увеличение диаметра разрезного кольца с использованием упругой деформации и размещение разрезного кольца как в вогнутой канавке, так и в вогнутом участке. Альтернативно, несколько сферических элементов, служащих в качестве блокирующих элементов, можно вставлять снаружи в кольцевое отверстие, которое образуется вогнутой канавкой, совпадающей с вогнутым участком, и разрезное кольцо может размещаться как в вогнутой канавке, так и в вогнутом участке. В дополнение, когда участок отверстия под блокирующий элемент, проходящий в тангенциальном направлении вогнутой канавки, выполняется на внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь, стержень, служащий в качестве блокирующего элемента, можно вставлять в отверстие под блокирующий элемент и стержень может размещаться в обеих вогнутых канавках.

Кроме того, встраиваемую часть вращающегося породоразрушающего штыря можно крепить в отверстие под штырь с помощью посадки с натягом, в которой натяг относительно наружного диаметра d (мм) встраиваемой части находится в диапазоне от 0,5×d/1000 (мм) до 1,5×d/1000 (мм). Если посадка с натягом выполняется с натягом в данном диапазоне, вращающийся породоразрушающий штырь не вращaющается, когда проходку не выполняют. Вместе с тем вращающийся породоразрушающий штырь может приводиться во вращение с противодействием трению в отверстии под штырь с использованием контактного сопротивления, возникающего от грунта или горной породы, которое обусловлено вращением корпуса инструмента во время проходки. В дополнение, возможно блокирование вращающегося породоразрушающего штыря для исключения его выпадения из отверстия под штырь.

Поверхностный упрочненный слой можно выполнить по меньшей мере на поверхности вращающегося породоразрушающего штыря. Например, выполнить обработку для устройства покрытия, такую как из алмазоподобного углерода, конденсацией из паровой фазы, химическим осаждением из газовой среды и т.п. на поверхности встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря для образования поверхностного упрочненного слоя. При этом возможно увеличение прочности встраиваемой части и улучшение показателей вращения и скольжения встраиваемой части внутри отверстия под штырь. В дополнение, поверхностный упрочненный слой выполняется на поверхности участка режущей кромки вращающегося породоразрушающего штыря с использованием описанной выше обработки для устройства покрытия, или поверхностный упрочненный слой, образованный из поликристаллического алмаза, выполняется на поверхности участка режущей кромки. Таким образом, возможно дополнительное увеличение срока службы инструмента с помощью улучшения износостойкости участка режущей кромки. Описанный выше поверхностный упрочненный слой можно выполнить на поверхности породоразрушающего штыря, который неподвижно крепится к корпусу инструмента.

В дополнение, описанный выше поверхностный упрочненный слой можно выполнить в окрестности отверстия под штырь, в котором крепится по меньшей мере вращающийся породоразрушающий штырь корпуса инструмента. Таким способом, возможно предотвращение износа отверстия под штырь, обусловленного вращением вращающегося породоразрушающего штыря во время проходки. В частности, предпочтительно, когда вогнутая канавка или выпуклый участок выполняются непосредственно на внутренней периферийной поверхности отверстия под штырь в корпусе инструмента. Поверхностный упрочненный слой в окрестности отверстия под штырь, как описано выше, можно выполнить с помощью высокочастотного упрочнения, карбюризации, лазерного упрочнения, азотирования или т.п., например, в дополнение к описанный выше обработке для устройства покрытия из алмазоподобного углерода, конденсацией из паровой фазы, химическим осаждением из газовой среды и т.п.

Кроме того, смазку можно помещать между наружной периферийной поверхностью встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря и внутренней периферийной поверхностью отверстия под штырь, в котором вращающийся породоразрушающий штырь крепится. Такая смазка обеспечивает плавное вращение вращающегося породоразрушающего штыря. Так можно дополнительно уменьшить износ встраиваемой части и отверстия под штырь.

Кроме того, буферный материал можно размещать между задней концевой поверхностью встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря и поверхностью дна отверстия под штырь, в котором вращающийся породоразрушающий штырь крепится. Например, буферный материал, имеющий жесткость, меньше жесткости вращающегося породоразрушающего штыря, или корпус инструмента, такой как медная пластина, размещают между ними. Таким способом возможно предотвращение повреждения корпуса инструмента благодаря исключению приложения напрямую нагрузки, генерируемой во время проходки на корпус инструмента от вращающегося породоразрушающего штыря.

В дополнение, задняя концевая поверхность встраиваемой части вращающегося породоразрушающего штыря может включать в себя выпуклой и конической формы участок, отцентрованный по центральной оси, и поверхность дна отверстия под штырь, в котором вращающийся породоразрушающий штырь крепится, может включать в себя участок с вогнутой и конической поверхностью, противоположный выпуклому и конической формы участку. Участок с вогнутой и конической поверхностью и выпуклый и конической формы участок вводятся в скользящий контакт друг с другом или противостоят друг другу через буферный материал. Таким образом, вращающийся породоразрушающий штырь может надежно вращаться вокруг центральной оси во время проходки. Участок с вогнутой и конической поверхностью и выпуклый и конической формы участок, или буферный материал, как описано выше, может включаться в состав во встраиваемой части или в отверстие под штырь, который неподвижно крепится к корпусу инструмента.

Эффект от изобретения

Как описано выше, согласно настоящему изобретению, в породоразрушающем штыре, который крепится с возможностью вращения вокруг центральной оси встраиваемой части во время проходки и блокируется для исключения скольжения в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии, возможно получение равномерного износа участка режущей кромки с исключением выпадения породоразрушающего штыря. Даже в условиях, когда участок режущей кромки серьезно изношен в результате взвимодействия с твердым грунтом или породой, нет необходимости перетачивать участки режущей кромки благодаря предотвращению неровного износа, такого как асимметричный износ. Поэтому возможно увеличение срока службы инструмента и уменьшение стоимости проходки на единицу глубины ствола с поддержанием показателей проходки и эффективности проходки породоразрушающего штыря в течение увеличенного периода времени.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан в изометрии образец для вариантов осуществления настоящего изобретения с первого по четвертый.

На фиг. 2A показан вид спереди первого варианта осуществления настоящего изобретения с дальней торцевой стороны в направлении осевой линии.

На фиг. 2B показано сечение первого варианта осуществления настоящего изобретения по линии ZOZ фиг. 2A.

На фиг. 3A показан вид спереди второго варианта осуществления настоящего изобретения с дальней торцевой стороны в направлении осевой линии.

На фиг. 3B показано сечение второго варианта осуществления настоящего изобретения по линии ZOZ фиг. 3A.

На фиг. 4A показан вид спереди третьего варианта осуществления настоящего изобретения с дальней торцевой стороны в направлении осевой линии.

На фиг. 4B показано сечение третьего варианта осуществления настоящего изобретения по линии ZOZ фиг. 4A.

На фиг. 5A показан вид спереди четвертого варианта осуществления настоящего изобретения с дальней торцевой стороны в направлении осевой линии.

На фиг. 5B показано сечение четвертого варианта осуществления настоящего изобретения по линии ZOZ фиг. 5A.

На фиг. 6A показано сечение по центральной оси первого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.

На фиг. 6B показано сечение по центральной оси второго примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показанным на фиг. 1-5B.

На фиг. 6C показано сечение по центральной оси третьего примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показанным на фиг. 1-5B.

На фиг. 7A показано сечение по центральной оси четвертого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показанным на фиг. 1-5B.

На фиг. 7B показано сечение по центральной оси пятого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.

На фиг. 8A показано сечение по центральной оси шестого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.

На фиг. 8B показано сечение по центральной оси седьмого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.

На фиг. 9A показано сечение по центральной оси восьмого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.

На фиг. 9B показано сечение по линии ZZ фиг. 9A вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.

На фиг. 9C показано сечение по центральной оси девятого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.

Фиг. 9D показано сечение по линии ZZ фиг. 9C вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.

На фиг. 9E показано сечение по центральной оси десятого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.

На фиг. 9F показано сечение по линии ZZ фиг. 9E вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.

На фиг. 10A показано сечение по центральной оси одиннадцатого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.

На фиг. 10B показано сечение по центральной оси двенадцатого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.

На фиг. 11A показано сечение по центральной оси тринадцатого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.

На фиг. 11B показано сечение по центральной оси четырнадцатого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.

На фиг. 12A показано сечение по центральной оси пятнадцатого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.

На фиг. 12B показано сечение по центральной оси шестнадцатого примера вращающегося породоразрушающего штыря и отверстия под штырь согласно вариантам осуществления, показaнным на фиг. 1-5B.

Описание вариантов осуществления изобретения

На фиг. 1-5B соответственно показaны варианты осуществления с первого по четвертый настоящего изобретения. В данных вариантах осуществления корпус 1 инструмента выполнен из стали. Как показано на фиг. 1, дальний конец инструмента (левый участок на фиг. 1, нижний участок на фиг. 2В, 3В, 4В, 5B) имеет большой диаметр. Наружный диаметр инструмента постепенно уменьшается к заднему концевому участку корпуса 1 инструмента (правый участок на фиг., верхний участок на фиг. 2В, 3В, 4В, 5B). Корпус 1 инструмента имеет по существу многоступенчатую цилиндрическую форму с центровкой по осевой линии O.

Задний концевой участок корпуса 1 инструмента служит в качестве хвостовика 2. Хвостовик 2 прикрепляется к погружному пневмоударнику (не показано). Таким образом, корпус 1 инструмента принимает ударную силу, действующую на дальнем конце, в направлении осевой линии O от погружного пневмоударника. В дополнение, буровая установка соединяется с задним концом погружного пневмоударника бурильной штангой (не показано). Корпус 1 инструмента принимает крутящий момент, действующее на осевой линии O и осевую нагрузку, действующую на дальний конец в направлении осевой линии O от буровой установки.

Дальняя концевая часть 3 корпуса 1 инструмента выполнена такой, что внутренняя периферийная часть 3A его дальней торцевой поверхности имеет круглую поверхность, перпендикулярную осевой линии O и отцентрованную по осевой линии O, и наружная периферийная часть 3B дальней торцевой поверхности служит конической калибрующей частью с небольшим наклоном к задней торцевой стороне, при этом корпус 1 инструмента обращен к наружной периферийной стороне. В дополнение, наружная периферийная поверхность дальней концевой части 3, соединенная с задней концевой стороной наружной периферийной части 3B дальней торцевой поверхности, образует коническую поверхность с небольшим наклоном к внутренней периферийной стороне, при этом корпус 1 инструмента обращен к задней торцевой стороне. Кроме того, наружная периферийная поверхность образует вогнутую криволинейную форму, выступает к наружной периферийной стороне и затем соединяется с хвостовиком 2 через уступ.

Для выпуска шлама, постоянно генерируемого во время проходки, несколько (восемь в настоящем варианте осуществления) наружных периферийных выпускных канавок 4A, проходящих параллельно осевой линии O, выполнены через равные интервалы по периметру на наружной периферийной поверхности дальней концевой части 3 инструмента. Данные наружные периферийные выпускные канавки 4A выполнены в такой конфигурации, что в сечении, ортогональном осевой линии O, образуется вогнутая криволинейная форма, такая как вогнутая дуга. Радиус от осевой линии O до дна канавки немного больше радиуса окружности, образованной внутренней периферийной частью 3A дальней торцевой поверхности.

В двух из восьми наружных периферийных выпускных канавок 4A (вертикально расположенные наружные периферийные выпускные канавки на фиг. 2A, 3А, 4А, 5А), расположенных противоположно друг другу поперек осевой линии O, от дальнего конца выполнены выпускные канавки 4B дальнего конца, которые проходят к внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности к внутренней периферийной стороне, достигающие приблизительно радиального положения окружности, образованной внутренней периферийной частью 3A дальней торцевой поверхности. В дополнение, продувочное отверстие 1A для сжатого воздуха выполнено проходящим от заднего конца к дальней торцевой стороне вдоль осевой линии O в корпусе 1 инструмента. Продувочное отверстие 1A раздваивается в дальней концевой части 3 и открывается на внутреннем периферийном конце выпускной канавки 4B дальнего конца.

Породоразрушающие штыри 5 встраиваются во внутреннюю периферийную часть 3A дальней торцевой поверхности и наружную периферийную часть 3B дальней торцевой поверхности дальней концевой части 3 корпуса 1 инструмента. Породоразрушающий штырь 5 выполняется из металлокерамических сплавов, таких как сверхтвердые металлические сплавы с твердостью выше, чем у корпуса 1 инструмента. Как показано на фиг. 6A-12B, встраиваемая часть 6 дальней торцевой стороны (нижняя сторона на фиг. 6A-8B, 9A, 9C, 9E и 10A-12B), образующая по существу цилиндрическую форму, отцентрованную по центральной оси C, отливается под давлением интегрaльно с участком 7 режущей кромки дальней торцевой стороны (верхняя сторона на фиг. 6A-8B, 9A, 9C, 9E и 10A-12B).

В породоразрушающем штыре 5, показанном на фиг. 6A-12B, участок 7 режущей кромки образует полусферическую форму, отцентрованную по центральной оси C, с радиусом немного больше радиуса дальнего конца встраиваемой части 6. Вместе с тем участок 7 режущей кромки может образовывать коническую форму, дальний конец которой закруглен до сферической формы, и отцентрованную по центральной оси C, или может образовывать форму пули, отцентрованную по центральной оси C.

Описанный выше породоразрушающий штырь 5 встраивается таким способом, что встраиваемая часть 6 вставляется и встраивается в отверстие 8 под штырь, выполненное в корпусе 1 инструмента в виде выемки по существу цилиндрической формы. Породоразрушающий штырь 5 крепится в отверстии с выступающим участком 7 режущей кромки. В вариантах осуществления с первого по четвертый множество породоразрушающих штырей 5 крепится к дальней концевой части корпуса 1 инструмента. По меньшей мере несколько из породоразрушающих штырей 5, показaнные штриховкой на фиг. 2A-5B, вращаются вокруг центральной оси C во время проходки и блокируются так, что не скользят в направлении к дальней торцевой стороне вдоль центральной осевой линии C и служат в качестве вращающихся породоразрушающих штырей 5A, закрепленных в отверстии 8 под штырь.

В любом из вариантов осуществления с первого по четвертый множество породоразрушающих штырей 5 соответственно крепятся во внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности и наружной периферийной части 3B дальней торцевой поверхности дальней концевой части 3 корпуса 1 инструмента. Восемь породоразрушающих штырей 5 (соответственно один за другим) закреплены в наружной периферийной части 3B дальней торцевой поверхности так, что соответствующие породоразрушающие штыри 5 один за другим установлены по существу через равные интервалы по периметру между наружными периферийными выпускными канавками 4A, смежными друг с другом в направлении по окружности.

Породоразрушающий штырь 5, встроенный в наружную периферийную часть 3B дальней торцевой поверхности, встраивается так, что центральная ось C проходит к наружной периферийной стороне, поскольку она обращена в дальнюю торцевую сторону корпуса 1 инструмента и приблизительно перпендикулярна наружной периферийной части 3B его дальней торцевой поверхности. Максимальный наружный диаметр от осевой линии O участка 7 режущей кромки породоразрушающего штыря 5, встроенного в наружную периферийную часть 3B дальней торцевой поверхности, если смотреть с дальней торцевой стороны в направлении осевой линии O (диаметр окружности отцентрованной по осевой линии O и описывающей участок режущей кромки породоразрушающего штыря 5, встроенного в наружную периферийную часть 3B дальней торцевой поверхности, если смотреть от дальнего конца в направлении осевой линии O), немного больше максимального наружного диаметра дальней концевой части 3 корпуса 1 инструмента (диаметр по линии пересечения между наружной периферийной частью 3B дальней торцевой поверхности и наружной периферийной поверхностью дальней концевой части 3, который соединяется с задней концевой стороной).

В дополнение, четыре породоразрушающих штыря 5 крепятся на наружной периферийной стороне внутри внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности. Породоразрушающие штыри 5 наружной периферийной стороны внутри внутренней периферийной части 3A дальней торцевой поверхности крепятс