Výzkum technologie tvrdokovového rotačního a rotačně-příklepového vrtání prokázal komplexní závislost výkonu vrtání na provozních parametrech (typ koruny a fyzikální a chemické vlastnosti hornin). Obecně platí, že s rostoucí pevností hornin ve smyku se snižuje vliv rychlosti otáčení na zvýšení rychlosti vrtání a zvyšuje se vliv osového zatížení.
Pokud lze zvýšením rychlosti rotace kolony vytvořit podmínky pro objemovou destrukci horniny, zvýší se tím účinnost procesu; pokud je pozorováno únavově-objemové selhání, pak zvýšení rychlosti otáčení povede ke snížení účinnosti bitu. Když je hornina zničena povrchovým opotřebením nebo mikrořezáním, v případě jakéhokoli omezení axiálního zatížení bude zvýšení rychlosti otáčení doprovázeno intenzivním opotřebením nástroje.
Rychlost otáčení výrazně ovlivňuje výkon bitů: změna mechanické rychlosti v závislosti na rychlosti otáčení je nelineární a odpovídá parabole; S rostoucí rychlostí otáčení se mechanická rychlost nejprve zvyšuje, dosahuje maximální hodnoty a poté klesá. Maximální hodnota mechanické rychlosti vrtání pro každý průměr vrtáku odpovídá jiné rychlosti otáčení. Bylo zjištěno, že maximální mechanická rychlost odpovídá obvodové rychlosti koruny 1,4-1,5 m/s.
Odtud můžete pomocí vzorce n =60( v/n )•D v závislosti na průměru vrtu D určit požadovanou rychlost otáčení odpovídající zadané obvodové rychlosti (tabulka 7.13).
Tabulka 7.13. Odhadovaná a doporučená rychlost otáčení pro jádrové vrtání z tvrdokovu
| Průměr sloupku | Rychlost otáčení, min -1 | |
| odhadnutý | doporučeno | |
| 36 | 760 – 800 | 600 |
| 46 | 580 – 620 | 500 |
| 59 | 450 – 480 | 400 |
| 76 | 350 – 380 | 330 |
| 93 | 290 – 310 | 250 (400) |
| 112 | 240 – 260 | 200 (300) |
| 132 | 200 – 220 | 180 (250) |
| 151 | 180 – 190 | 150 (200) |
Poznámka: Rychlost otáčení pro měkké horniny kategorie II – IV je uvedena v závorce.
Rychlost otáčení se musí měnit tak, aby vyhovovala konkrétním podmínkám vrtání. Při těžbě puklinových hornin tedy klesá, protože za těchto podmínek jsou pozorovány zlomy a třísky fréz. Přechod na abrazivnější horniny by měl být doprovázen i poklesem rychlosti rotace v důsledku zvýšeného opotřebení fréz v těchto horninách.
Při vrtání v měkkých horninách (kategorie II – IV pro vrtatelnost) může být rychlost otáčení střely mírně vyšší, ale obvodová rychlost by neměla překročit 2,5 – 3 m/s; v tomto případě by mezní hodnoty rychlosti neměly být vyšší než následující:
| Vnější průměr korunky, mm | 93 | 112 | 132 | 151 |
| Mezní hodnoty rychlosti otáčení min -1, ne více | 500 | 400 | 350 | 300 |
Uvedené hodnoty se snižují při vrtání v úsecích s mezivrstvami tvrdších hornin nebo se zahrnutím balvanů a oblázků.
Opotřebení vrtáku a tím i jeho zdroje při vrtání do středně tvrdých hornin při rychlosti otáčení 0 – 500 min -1 se mění podle lineárního zákona. Průnik na bit pomalu klesá s rostoucí rychlostí otáčení; tato změna je však nepodstatná, a proto nemusí být brána v úvahu.
V tabulce Tabulka 7.14 ukazuje výsledky studií vlivu rychlosti otáčení karbidových bitů CA-59 na hlavní parametry vrtání ve třech hlavních genetických rozdílech hornin, které jsou oblastí použití karbidových bitů s malým průměrem. Nárůst mechanické rychlosti s rostoucí frekvencí rotace střely je nejintenzivnější v horninách sedimentárních a metamorfovaných komplexů. Navíc u posledně jmenovaného bylo dosaženo hranice účelného zvýšení rychlosti otáčení (asi 500 min-1) při obvodové rychlosti (asi 1,6 m/s). V horninách vyvřelého komplexu je nárůst mechanické rychlosti s rostoucí frekvencí rotace střely méně intenzivní a racionální frekvence rotace střely je také 500 min -1.
Rychlost otáčení korunky
Rychlost otáčení vrtáku se nastavuje v závislosti na konkrétních podmínkách vrtání při lámání horniny, hloubce a zakřivení vrtu, výkonu motoru vrtací jednotky, rychlosti otáčení rotátoru, průměru vrtáku a přijaté axiální zatížení.
Změna rychlosti otáčení výrazně ovlivňuje výkon korunek. Bylo zjištěno, že maximální hodnota mechanické rychlosti odpovídá obvodové rychlosti koruny 1,4-1,5 m/s.
Při vrtání rozlámaných a abrazivních hornin je nutné snížit rychlost otáčení z důvodu zvýšeného opotřebení fréz v těchto horninách. Vrtání měkkých hornin kategorií II-IV z hlediska vrtatelnosti se provádí při zvýšené rychlosti otáčení vrtáku, nepřesahující obvodovou rychlost 2,5-3 m/s.
Propagační nabídky na základě vašich zájmů:
Další související materiály:
Množství proplachovací kapaliny. Množství proplachovací kapaliny přiváděné do vrtu závisí na tvrdosti hornin, průměru vrtáku, erozi jádra a rychlosti vrtání.
V měkkých horninách je rychlost vrtání vysoká, takže je zapotřebí více vrtné kapaliny, protože na dně se tvoří velké množství odřezků z vyvrtaných hornin. S rostoucím průměrem koruny a vrtu se zvyšuje i množství proplachovací kapaliny. Při stanovení množství vrtné kapaliny při jádrovém vrtání je věnována zvláštní pozornost výtěžnosti jádra. Pokud dojde k erozi jádra, množství mycí kapaliny se sníží na nejnižší hodnoty, které zajistí odstranění odřezků. Snížením množství kapaliny je nutné zahrnout do sestavy jádra kalovou trubku a pro zvýšení rychlosti vzestupného proudu zvětšit průměr vrtných trubek. Pokud tato opatření nezvyšují výtěžnost jádra, používá se bezpumpové vrtání nebo dvoujádrové potrubí, u kterého jádro vstupuje do vnitřního potrubí a nenarazí na proud vrtné kapaliny v mezeře mezi vnějším a vnitřním potrubím. Vnitřní trubka dvoužilových trubek může být při vrtání nehybná, což dodatečně chrání jádro před rázovým zatížením.
V případě katastrofální absorpce vrtné kapaliny se někdy používají ponorná vzduchová čerpadla k vytvoření místní (spodní díry) cirkulace vrtné kapaliny během procesu vrtání. Airlift čerpadla se používají při výšce sloupce kapaliny ve studni nad 50-60 m. Míchačka je ponořena do hloubky 50 m pod hladinu vody ve studni.
Když je do směšovače přiváděn stlačený vzduch, dochází k opačné cirkulaci. Ponorná vzduchová čerpadla umožňují vrtat studny s lokální reverzní cirkulací do hloubky 350–500 m při použití kompresorů s tlakem vzduchu 0,6–0,8 MPa a průtokem vzduchu 0,75–3 m3/min.
Spodní otvor se vyčistí od kalu a korunka se ochladí stlačeným vzduchem.
Vrtání s čištěním spodního otvoru stlačeným vzduchem se obvykle provádí při vrtání písčitých, jílovitých, poloskalních a zmrzlých zemin (I-IV kategorie z hlediska vrtatelnosti). V tomto případě se jako nástroj pro řezání horniny používají žebrované karbidové bity typu M, které zajišťují volné vypouštění vzduchu zpod konce a jeho expanzi při výstupu z jádrového nástroje. Stlačený vzduch je přiváděn vrtným potrubím (stejně jako proplachovací kapalina) do studny. K tomuto účelu se používají mobilní kompresory s průtokem 5 až 12 m3/min a tlakem do 0,8-1 Pa.
Rychlost stoupavého proudění vzduchu v prstencové mezeře mezi stěnami studny a vrtnou kolonou by se měla pohybovat v rozmezí 8–14 m/s a při vrtání bity, které ničí celé dno, rychlost stoupání průtok vzduchu by měl být v rozmezí 15–20 m/s.
Rychlost otáčení korunky je udržována v rozmezí 150-300 ot./min. Axiální zatížení je přibližně stejné jako při vrtání s oběhem.
Při vývoji návrhu studny je nutné zvolit průměr vrtných trubek tak, aby se poměr ploch průřezu prstencového prostoru studny a kanálu ve vrtných trubkách blížil jednotě. Je nutné se vyvarovat stupňovitého provedení vrtu, protože v místech, kde se rozšiřuje, se rychlost proudění směrem nahoru snižuje a hromadí se odřezky.
