Principio de trituración de rocas mediante broca cónica de rodillo
Dado que la perforación con broca cónica de rodillo es un método de rotura de rocas que combina cargas dinámicas y estáticas, tiene una alta eficiencia de rotura de rocas y actualmente se utiliza ampliamente en la perforación de formaciones de roca dura.
1. El movimiento de la broca cónica del rodillo en el fondo del pozo.
El movimiento de la broca cónica del rodillo en el fondo del pozo consta de tres partes: la "revolución". " del cono alrededor del eje de la broca; la broca gira en sentido antihorario sobre su propio eje; mientras la broca gira, también realiza un movimiento alternativo (vibración) hacia arriba y hacia abajo debido al contacto alternativo entre dientes individuales y dobles. dientes en el fondo del pozo. Por lo tanto, cuando la broca de cono de rodillo real funciona en el fondo del pozo, es una combinación de los movimientos mencionados anteriormente, basándose en los efectos de trituración y corte por impacto generados por el movimiento compuesto para romper la roca.
2. El impacto y efecto aplastante de la broca cónica del rodillo.
El rodillo tiene una cierta velocidad al rodar y hace que los dientes impacten la roca bajo la carga dinámica, provocando la roca para someterse a trituración volumétrica y formar un pozo de trituración. Este efecto excede el efecto de presión estática, es decir, la carga axial ejercida por la broca sobre la roca incluye dos partes: presión estática y carga de impacto, y el efecto de aplastamiento por impacto es la forma principal para que la broca cónica rompa la roca. .
El efecto del impacto está relacionado con la velocidad del impacto, es decir, a mayor velocidad del impacto, mayor será el efecto del impacto. Luego, la relación entre la velocidad de impacto y los parámetros estructurales de la broca cónica del rodillo se muestra en la siguiente fórmula:
Ingeniería de trituración de rocas
Donde: R es el radio del cono ; ω es la velocidad angular del engranaje; Z es el número de dientes en la corona más externa del engranaje; β es el ángulo de inclinación horizontal del eje del engranaje.
Se puede ver en la fórmula anterior que cuanto mayor es el diámetro de la rueda dentada, mayor es la velocidad de rotación, menos dientes tiene la corona, mayor es la velocidad de impacto y mayor es el impacto. efecto aplastante.
Según la ley del impulso:
Ingeniería de trituración de rocas
En la fórmula: P es la fuerza de impacto de los dientes sobre la capa de roca (piedra) ; M es la vibración longitudinal involucrada es la masa de la sarta de perforación inferior, que equivale a la longitud del collar de perforación que produce elongación o compresión elástica dentro del medio ciclo de vibración longitudinal T0 es el momento en que los dientes impactan la roca; .
M en la fórmula anterior se puede determinar mediante la siguiente fórmula: M=
En la fórmula: T es el período de vibración longitudinal; C es la velocidad de la onda de deformación elástica (equivalente) a la velocidad de la onda de sonido que se propaga en el acero, su valor es 5100 m/s); F es el área de la sección transversal del collar de perforación; γ es la gravedad específica del acero; g es la aceleración de la gravedad;
Sustituyendo la fórmula vmax y la fórmula M en la fórmula P, se obtienen las siguientes reglas:
Ingeniería de trituración de rocas
De la fórmula anterior, se obtiene lo siguiente Se extraen las siguientes conclusiones:
(1) La fuerza del impacto es inversamente proporcional a T0. Para rocas elásticas y frágiles, T0 es muy pequeño, por lo que se puede obtener una fuerza de impacto grande; para rocas plásticas, T0 es grande y solo se puede obtener una fuerza de impacto pequeña; Por lo tanto, el efecto del impacto en la trituración de rocas plásticas no es significativo;
(2) El tamaño de la fuerza del impacto solo está relacionado con el área de la sección transversal del collar de perforación inferior, pero tiene nada que ver con la longitud del collar de perforación presurizado, por lo que es necesario aumentar. Para fuerzas de impacto grandes, se deben usar collares de perforación de gran tamaño;
(3) La fuerza de impacto es proporcional al radio del cono de la broca e inversamente proporcional al cuadrado del número de dientes de la fila exterior. Por tanto, aumentar el diámetro de la rueda dentada y reducir el número de dientes puede aumentar la energía del impacto.
Además, en el caso de roca dura, para aumentar el efecto rompedor del impacto, el cono a menudo se convierte en un solo cono sin deslizarse.
3. El efecto de corte de la broca de cono de rodillo.
El efecto de corte se debe principalmente a tres aspectos: uno es el efecto de corte cuando los dientes se clavan en la roca; el efecto de corte cuando la broca gira El efecto de corte producido la tercera razón es que hay deslizamiento cuando el engranaje gira Cuanto mayor es la cantidad de deslizamiento, mayor es el efecto de corte.
Hay tres formas de aumentar la cantidad de deslizamiento del engranaje: utilizando engranajes aéreos, con eje de cambio y de cono compuesto.
Sobresuperior: La parte superior del cono excede la línea central de la broca.
Desplazamiento del eje: se refiere a la distancia de traslación del eje del engranaje a lo largo de la dirección horizontal.
Cono compuesto: La rueda dentada está compuesta por dos o más conos con diferentes conos. La distancia entre las crestas del cono se llama distancia de la cresta del cono. Cuanto mayor es la distancia de la cresta del cono, mayor es la cantidad de deslizamiento del cono.