专利名称：一种助排屑耐磨螺旋钻杆熔覆设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机械领域，特别是一种助排屑耐磨螺旋钻杆熔覆设备。
背景技术：
深孔高效钻进技术是煤矿瓦斯抽采的关键技术之一，钻孔深度决定着瓦斯抽采的范围和效率。由于各地区的煤层赋存条件不同，煤层深孔钻进的难易程度差别很大。松软煤层和瓦斯突出煤层在我国可采煤层中占有很大比例，在这类煤层中钻孔，尤其是在地应力高的区域，容易出现塌孔和卡钻现象，造成钻孔成孔率低，成孔深度浅。在松软煤层和突出煤层中进行钻孔施工一直是国内外钻探技术的难题之一。目前国内瓦斯抽放常用的钻进方式有光面钻杆钻进，风力或水力排屑(这种钻进方法一般钻头比钻杆的直径大，依靠高压气流或水流将钻屑从钻杆和钻孔壁之间的空隙中排出)和螺旋叶片钻杆钻进，依靠螺旋机械动力排屑。光面钻杆风力或水力排屑在没有瓦斯突出，煤的硬度系数较高的煤层中钻速度快、成孔质量好、钻孔也比较深。但是在松软煤层和瓦斯突出煤层钻进时，由于地应力、瓦斯压力、钻杆震动等因素，在钻孔内经常出现局部塌孔抱钻杆现象，此时风力或水力排屑通道堵塞，轻者卡钻、丢钻，严重时因摩擦发热引起煤和瓦斯燃烧酿成重大安全事故。使用螺旋叶片钻杆钻进，螺旋叶片排屑需要强大的机械动动力，在钻到一定的深度时容易出现吸钻、断杆钻现象，钻孔长度受到限制。为解决该类难题，专家、学者和现场技术人员在不断的努力研究。如专利授权号为 200610111830. 5公开的一种突出煤层扒孔降温钻具及钻进方法，该专利中提供了一种在光面钻杆上车上螺旋沟槽的新型钻杆。该种钻杆在实际应用中起到了疏通因塌孔被堵塞的主排屑通道作用，但由于沟槽造成了钻杆断面积减少，再加上应力集中、磨损等因素，钻杆更易折断。专利公开号为200910064357. 5公开了双动力低螺旋钻杆及其加工方法。该专利中提供了两种方法制作螺旋钻杆，一种是将钢管轧制成一条或多条的直线凸棱然后再加热扭转成螺旋凸棱钻杆，另一种是用特制高硬度模具将普通光面钻杆辊(挤)压成螺旋凸棱钻杆。这两种方法制成的螺旋钻杆都能依靠低螺旋动力疏通主排屑通道，增加钻进长度，但其缺点是加工成本高，钻杆表面所形成的螺旋凸棱和钻杆主体是同一种材质硬度低，在钻进过程将很快被磨损掉。综上所述，设计一种能在普通光面钻杆上熔覆成耐磨螺旋凸棱的专用设备势在必行。
实用新型内容针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的，就是提供一种助排屑耐磨螺旋钻杆熔覆设备，可有效解决在钻进过程发生塌孔时，依靠螺旋动力有效带走紧抱在钻杆上的煤屑，疏通风力或水力排屑通道，提高钻进速度和成孔长度，同时还提高了钻杆的机械强度、刚度和耐磨性能，延长其使用寿命。本实用新型包括等离子电源、数控器、执行机构、氩气瓶、冷水机、送粉器和等离子炬，所述的执行机构包括底座、支架、旋转动力头、尾架、等离子炬和送粉器，底座的一端上装有旋转动力头，旋转动力头上装有第一驱动电机、减速机和卡盘，卡盘上装有起弧接杆， 底座的另一端装有尾架，尾架上装有三个调中心的滚轮，调中心的滚轮上装有收弧接杆，底座的后侧有支架，支架由两根竖梁和一根横梁构成，支架的横梁上装有连在一起的第二驱动电机、等离子炬和送粉器，送粉器的出粉口和等离子炬的进粉口相连，等离子电源与等离子炬相连，氩气瓶通过数控柜与送粉器和等离子炬相连，冷水机分别与等离子炬和收弧接杆相连，数控柜分别和两个驱动电机、等离子电源、等离子炬、送粉器和冷水机相连。本实用新型新颖、独特、结构科学合理，生产出来的助排屑耐磨螺旋钻杆机械强度、刚度和耐磨性能好，使用该种钻杆在松软煤层和瓦斯突出煤层中施工，可有效提高钻进速度和成孔长度，并能明显延长钻杆的使用寿命。
附图为本实用新型的结构主视图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作详细说明。由附图给出，本实用新型包括等离子电源、数控器、执行机构、氩气瓶、冷水机、送粉器和等离子炬，所述的执行机构包括底座16、支架9、旋转动力头8、尾架、等离子炬4和送粉器14，底座16的一端上装有旋转动力头8，旋转动力头上装有第一驱动电机、减速机17 和卡盘7，卡盘7上装有起弧接杆6，底座16的另一端装有尾架1，尾架1上装有三个调中心的滚轮15，调中心的滚轮15上装有收弧接杆2，底座16的后侧有支架9，支架由两根竖梁和一根横梁构成，支架9的横梁上装有连在一起的第二驱动电机18、等离子炬4和送粉器14， 送粉器14的出粉口和等离子炬的进粉口相连，等离子电源13与等离子炬相连，氩气瓶10 通过数控柜与送粉器14和等离子炬4相连，冷水机11分别与等离子炬4和收弧接杆2相连，数控柜12分别和两个驱动电机、等离子电源、等离子炬、送粉器和冷水机相连。为了保证使用效果，所述的尾架1上有3个按120度均布的滚轮15，即所述的滚轮 15呈120度均布在尾架1上。三个滚轮既同时聚中调节，也可单独分别调节以保证收弧接杆2和起弧接杆6中同一中心线上；所述的起弧接杆和收弧接杆相对应的一端上制有螺纹， 所述的起弧接杆和收弧接杆的直径与被熔覆钻杆3直径相同。所述的等离子电源是由两个工业上通用的氩弧焊机组成，所述的收弧接杆上制有冷却水进出口，冷却水进出口也可以设计在起弧接杆6或者是被熔覆钻杆3上。即所述的收弧接杆，或起弧接杆，或被熔覆钻杆3上有冷却水进出口，图中未标示。本实用新型的工作情况是，将被熔覆钻杆3经螺纹装在起弧接杆和收弧接杆上， 并使被熔覆的钻杆和起弧接杆、收弧接杆的中心在同一条直线上，起弧接杆和收弧接杆的作用是让起弧和收弧时不规则的熔覆层落在接杆上，以保证钻杆上的熔覆层完好无缺。旋转动力头在第一驱动电机、减速机的作用下旋转带动卡盘及起弧接杆、将被熔覆钻杆和收弧接杆旋转，第二驱动电机带动送粉器和等离子炬在支架横架上水平滑动；等离子电源通过等离子炬产生等离子能量束流在钻杆表面形成熔池，送粉器通过等离子炬向熔池内同步送入合金粉末，钻杆的表面基材和粉末同步熔化，待等离子束移去后即形成螺旋熔覆层5，冷水机同时分别对等离子炬和钻杆进行冷却，数控系统控制电源、执行机构、等离子炬、送粉器、冷水机按既定程序工作，将普通的光面钻杆加工成助排屑耐磨螺旋钻杆。在使用中，本实用新型的具体实施步骤是(1)将钻杆的两端分别和起弧接杆和收弧接杆通过螺纹联接在一起，钻杆和两端的接杆直径相同，然后将起弧接杆装卡在卡盘上，收弧接杆装卡在尾架上的三个滚轮之间， 调整尾架上的三个滚轮，使钻杆和两个接杆在一条中心线上。然后再把将等离子炬移动至起弧接杆的上方，等离子炬的喷嘴底端距被熔覆钻杆之间的高度调整到8 20mm(根据被熔覆钻杆直径而定)，将喷嘴中心向钻杆旋转方向的反方向偏移1 15毫米(根据被熔覆钻杆直径而定)，将特制的合金陶瓷粉末装入送粉器；(2)将送粉量调整到30 lOOg/min之间，离子气流量调整到0. 4 1. 0m3/h之间， 送粉气流量调整到0. 2 0. 8m3/h之间，保护气流量调整到0. 4 1. 2m3/h之间，将熔覆电流调整到50 300A之间，将等离子炬的行走速度调整到30 ISOmm/min之间，卡盘的旋转速度调整到0. 5 3. Or/min，冷却水流量调整到0. 4 1. 2m3/h之间；(3)开启数控柜上熔覆按钮，数控系统控制驱动电机带动卡盘，起弧接杆，钻杆和收弧接杆一起转动，控制另一驱动电机带动等离子炬沿支架横梁作直线运动，同时控制等离子炬产生等离子能量束流，在等离子束流的作用下，瞬间将钻杆表面和送粉器通过等离子炬同步送达的合金粉末一起熔化，设备按控制系统设定好的程序协调动作，自动在普通光面钻杆表面上形成宽5 20mm，高1 IOmm螺旋熔覆层。本实用新型具有以下有益的技术效果(1)螺旋凸棱一步成形，钻杆无变形，不需要后期校直处理，生产效率高、成本低。(2)加工的螺旋凸棱硬度高、耐磨性能好，熔覆层和钻杆体呈深度冶金结合，抗冲击性能好，钻杆的使用寿命明显延长。(3)熔覆后增大了钻杆的断面面积，明显提高了钻杆的机械强度和刚度。(4)加工的钻杆在松软煤层和瓦斯突出煤层使用时，在主排屑动力(风力或水力) 和螺旋助动力的双重作用下，加快排屑速度，从而是提高了钻进速度。当出现塌孔形成钻穴时，依靠螺旋推动力，排出堵钻的煤屑，疏通主排屑通道，减少卡钻、断钻等钻穴危害，延长成孔长度、提高成孔质量。(5)钻杆在岩层中使用，耐磨螺旋起保径作用，可有效避免钻杆和岩壁的直接摩擦，可显著延长钻杆的使用寿命。
权利要求1.一种助排屑耐磨螺旋钻杆熔覆设备，包括等离子电源、数控器、执行机构、氩气瓶、冷水机、送粉器和等离子炬，其特征在于，所述的执行机构包括底座(16)、支架(9)、旋转动力头(8)、尾架(1)、等离子炬(4)和送粉器(14)，底座(16)的一端上装有旋转动力头(8)， 旋转动力头上装有第一驱动电机、减速机(17)和卡盘(7)，卡盘(7)上装有起弧接杆(6)， 底座(16)的另一端装有尾架(1)，尾架(1)上装有三个调中心的滚轮(15)，调中心的滚轮 (15)上装有收弧接杆O)，底座(16)的后侧有支架(9)，支架由两根竖梁和一根横梁构成， 支架(9)的横梁上装有连在一起的第二驱动电机(18)、等离子炬(4)和送粉器(14)，送粉器(14)的出粉口和等离子炬的进粉口相连，等离子电源(13)与等离子炬相连，氩气瓶(10) 通过数控柜与送粉器(14)和等离子炬(4)相连，冷水机(11)分别与等离子炬(4)和收弧接杆( 相连，数控柜(1 分别和两个驱动电机、等离子电源、等离子炬、送粉器和冷水机相连。
2.根据权利要求1所述的助排屑耐磨螺旋钻杆熔覆设备，其特征在于，所述的滚轮 (15)呈120度均布在尾架(1)上。
3.根据权利要求1所述的助排屑耐磨螺旋钻杆熔覆设备，其特征在于，所述的起弧接杆和收弧接杆的中心在同一水平轴线上，起弧接杆和收弧接杆相对应的一端上有螺纹。
4.根据权利要求1所述的助排屑耐磨螺旋钻杆熔覆设备，其特征在于，所述的起弧接杆和收弧接杆的直径与被熔覆钻杆C3)直径相同，并且三者中心在一条直线上。
5.根据权利要求1所述的助排屑耐磨螺旋钻杆熔覆设备，其特征在于，所述的等离子电源是由两个氩弧焊机组合而成。
6.根据权利要求1所述的助排屑耐磨螺旋钻杆熔覆设备，其特征在于，所述的收弧接杆，或起弧接杆，或被熔覆钻杆C3)上有冷却水进出口。
专利摘要本实用新型涉及一种助排屑耐磨螺旋钻杆熔覆设备，可有效解决在钻进过程发生塌孔时，疏通风力或水力排屑通道，提高钻进速度和成孔长度问题。结构是，底座的一端上装有旋转动力头，其上装有第一驱动电机、减速机和卡盘，卡盘上装有起弧接杆，底座的另一端装有尾架，其上有装有收弧接杆滚轮，底座的后侧支架的横梁上装有第二驱动电机、等离子炬和送粉器，送粉器的出粉口和等离子炬的进粉口相连，等离子电源与等离子炬相连，氩气瓶通过数控柜与送粉器和等离子炬相连，冷水机分别与等离子炬和收弧接杆相连，数控柜分别和两个驱动电机、等离子电源、等离子炬、送粉器和冷水机相连。本实用新型有效提高钻进速度和成孔长度，并能明显延长钻杆的使用寿命。
文档编号C23C24/10GK201990729SQ20102066286
公开日2011年9月28日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者刘鸣放, 张文平, 李会玲, 李运宏, 温少安, 牛小平, 陈涛, 马宗彬 申请人:山西潞安环保能源开发股份有限公司, 河南省煤科院耐磨技术有限公司