Гидроударник

 

Изобретение относится к бурению и м.б. использовано в строительных работах для погружения и извлечения свай, шпунта и т.п. Цель - повышение эффективности работы устройства путем снижения потерь скорости бойка и повышения надежности работы клапанной группы. Гидроударник содержит корпус 1 с цилиндром 8, в котором размещен поршень 9 бойка 10, крышку цилиндра 5 с каналами 6 и 7, выпускной клапан 13, хвостовик 12 которого подпружинен относительно бойка 10, а также впускной клапан 19, связанный с выпускным клапаном 13 посредством толкателя 21, хвостовик 12 выпускного клапана 13 уплотнен относительно цилиндрической полости 14 бойка 10, которая связана с надпоршневой полостью цилиндра 8 гидроударника сверлениями 23, а кольцевая проточка 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 соединена с его осевым каналом 17 и выполнена с возможностью сообщения с надпоршневой полостью цилиндра 8 гидроударника посредством верхних отверстий 22 в стенках цилиндрической полости 14 бойка 10. Расстояние от кольцевой проточки 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 до отверстий 22 в стенках цилиндрической полости 14 бойка 10 при крайнем нижнем положении поршня 9 определяется из соотношения S<SB POS="POST">2</SB>/2≤A*98S<SB POS="POST">2</SB>, где S<SB POS="POST">2</SB> - ход клапанов 13 и 19 гидроударника, A - расстояние от кольцевой проточки 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 до верхних отверстий 22 в стенках цилиндрической полости 14 бойка 10 при крайнем нижнем положении его поршня 9. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (э115 Е 21 В 4/14

ГОСУДАРСТВЕ1НЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 . П ° i ° rI

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ос

О

О

Ql

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4644895/03 (22) 01.02.89 (46) 15.08.91. Бюл, М 30 (71) Донецкий политехнический институт (72) В.И,Блинов, О.Я,Тодер, А,П.Шитников, А.А.Каракозов и Г.М,Валитов (53) 622.243.92.05(088,8) (56) Неудачин Г.И., Фоменко В.С., Чаленко

А.А. и др. Разработка гидроударников для бурения инженерно-геологических скважин с буровых судов. В. сб,: Бурение морских инженерно-геологических скважин на нефть и газ, Рига: ВНИИморгео, 1987, с.2126, рис.2.

1

7

6

2l

J д

17

z2

16

12 я

ЯЛ, 1670075 А1 (54) ГИДРОУДАРНИК (57) Изобретение относится к бурению и м.б. использовано в строительных работах для погружения и извлечения свай, шпунта и т.п, Цель — повышение эффективности работы устройства путем снижения потерь скорости бойка и повышения надежности работы клапанной группы. Гидроударник содержит корпус 1 с цилиндром 8, в котором размещен поршень 9 бойка 10, крышку цилиндра 5 с каналами 6 и 7, выпускной клапан

13, хвостовик 12 которого подпружинен относительно бойка 10. а также впускной клапан 19, связанный с выпускным клапаном 13

1670075 посредством толкателя 21, хвостовик 12 выпускного клапана 13 уплотнен относительно цилиндрической полости 14 бо1ка

10, которая связана с надпоршневой полостью цилиндра 8 гидроударника сверлениями 23, а кольцевая проточка 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 соединена с его осевым каналом 17 и выполнена с воэможностью сообщения с надпорш невой полостью цилиндра 8 гидроударника посредством верхних отверстий 22 в стенках цилиндрической полости

14 бойка 10. Расстояние от кольцевой проИзобретение относится к устройствам. применяемым при бурении скважин и может быть использовано для погружения и извлечения свай, шпунта и т.п.

Цель изобретения — повышение эффективности работы устройства ni ем снижения потерь скорости бойка и повышения надежности работы клапанной группы.

На фиг.1 изображен гидроудар ик в исходном положении; на фиг,2 — гидроударник в конце рабочего хода поршня бойка вверх; на фиг.3 — гидроударник в момент удара бойка по верхней наковальне; на фиг.4 — гидроударник в конце рабочего хода поршня бойка вниз.

Гидроударник состоит из корпуса 1, жестко связанного с верхним переходником 2, верхней 3 и нижней 4 наковальней. С верхним переходником 2 соединена крышка цилиндра 5, оборудованная впускными б и выпускными 7 каналами, В цилиндре 8 установлен поршень 9 бойка 10. Шток 11 бойка

10 установлен в нижней наковальне 4 гидроударника и имеет диаметр меньший, чем диаметр поршня 9, Хвостовик 12 выпускного клапана 13 установлен в цилиндрической полости 14 бойка 10 и уплотнен относительно нее манжетами 15. При этом хвостовик 12 выпускного клапана 13 снабжен кольцевой проточкой 16, которая связана с осевым каналом 17, выполненным в выпускном клапане 13, и подпружинен относительно бойка 10 пружиной 18, Впускной клапан 19 подпружинен относительно верхнего переходника 2 пружиной 20 и связан c B cKH ;ëàïàíîì 13 толкателями 21, Стенки цилиндрической полости

14 бойка 10 снабжены верхними отверстиями 22, выполненными с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 и сверлениями 23, соединяющими надпорш5

40 точки 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 до отверстий 22 в стенках цилиндрической полости 14 бойка 10 при крайнем нижнем положении поршня 9 определяется из соотношения S2/2 5 а < Sz, где Sy— ход клапанов 13 и 19 гидроударника, а— расстояние от кольцевой проточки 16 хвостпвика 12 выпускного клапана 13 до верхних отверстий 22 в стенках цилиндрической полости 14 бойка 10 при крайнем нижнем положении его поршня 9. 1 э,п, флы, 4 ил. невую полость цилиндра 8 с цилиндрической полостью 14 бойка 10, Гидроударник работает следующим образом.

В исходном положении боек 10 под действием собственного веса находится в крайнем нижнем положении, выпускной клапан 13 открыт, а впускной клапан 19 перекрывает впускные каналы 6 в крышке цилиндра 5 под действием собственного веса и усилия сжатой пружины 20. Жесткость пружины 20 подбирается таким образом, чтобы преодолеть силу трения манжет

15 хвостовика 12 выпускного клапана 13, но не вызывать сжатия пружины 18, которая при крайнем нижнем положении бойка 10 гидроударника не имеет предварительного натяга. т.е. находится в свободном состоянии. Для запуска гидроударника в механизм о каналам в верхнем переходнике 2 подается рабочая жидкость, которая попадает под поршень 9 бойка 10 и вызывает подъем последнего.

По мере подъема бойка 10 вверх жидкость, находящаяся в надпоршневой полости цилиндра 8, через выпускной канал 7 в крышке цилиндра 5 вытесняется в окружающую среду, а пружина 18 сжимается, так как связанные между собой толкателями

21 впускной 19 и выпускной 13 клапаны удерживаются в исходном положении давлением рабочей жидкости на площадь поверхности прилегания впускного клапана

19 к впускным каналам 6 в крышке цилиндра 5, Благодаря тому, что хвостови. 12 выпускного клапана 13 уплотнен относительно цилиндрической полости 14 бойка

10, которая связана с надпоршневой полостью цилиндра 8 сверлениями 23, обеспечивается вытеснение жидкости иэ-под хвостовика 12 в надпоршневую полость цилиндра 8 и далее в окружающую среду.

Пройдя расстояние, равное рабочему ходу

1670075

Sg и определяемое как разность полного хода Si и половины хода клапанов Sg, боек

10 своим верхним торцом наносит удар по тарелке выпускного клапана 13, вызывая тем самым перестановку клапанов 13 и 19 в верхнее положе ие. При этом оставшийся до верхней наковальни 3 путь, равный половине хода клапанов Sz, боек 10 проходит совместно с клапанами 13 и 19 за счет накопленной во время рабочего хода вверх Яв кинетической энергии, испытывая при этом некоторое гидроторможение, так как через уменьшающийся зазор между выпускными клапаном 13 и его седлом в крышке цилиндра 5 вытесняется возросший эа счет притока через впускные отверстия 6 объем рабочей жидкости. Эта фаза рабочего цикла механизма заканчивается ударом бой а 10 по верхней наковальне 3 который в виде волны напряжения передается корпусу 1.

Оставшуюся половину своего хода Sz клапаны 13 и 19 проходят за счет инерционных сил и усилия сжатой пружины 18. В верхнем положении впускной клапан 19 открывает впускные каналы 6, выпускной клапан 13 перекрывает выпускные каналы 7 и удерживается на своем посадочном месте давлением рабочей жидкости со стороны надпоршневой полости цилиндра 8. На этой фазе рабочего цикла механизма рабочая жидкость получает доступ как в подпоршневую полость цилиндра 8, так и в его надпоршневую полость. Благодаря тому, что рабочая площадь поршня 9 со стороны надпоршневой полости цилиндра 8 больше его рабочей площади со стороны подпоршневой полости на величину площади поперечного сечения уплотненной части штока 11 бойка 10, последний начинает двигаться вниз.

В это время происходит переток рабочей жидкости, вытесняемой из-под поршня

9 в надпоршневую полость цилиндра 8 через открытые впускные каналы 6 в крышке цилиндра 5, а пружина 18 разжимаетсл до своего исходного положения. Пройдя расстояние, равное рабочему ходу вниз S„и определяемое как разность полного хода

Si и размера А, боек 10 начинает перестановку клапанов 13 и 19 в нижнее положение. Благодаря тому, что кольцевая проточка 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 соединена с его осевым каналом

17 и выполнена с возможностью сообщения с надпоршневой полостью цилиндра 8 гидроударника посредством отверстий 22 в стенках цилиндрической полости 14 бойка

10, происходит совмещение отверстий 22 с кольцевой прс точкой 16 хвос овика 12, над5

55 поршневая полость через осевой канал 17 выпускного клапана 13 соединяется с окружающей средой, давление в механизме выравнивается, впускной клапан 19 под действием собственного веса, скоростного напора поступающей из каналов в верхнем переходнике 2 жидкости и усилия пружины 20 движется вниз совместно с выпускным клапаном 13, который увлекается вниз силами трения манжет 15 о стенки цилиндрической полости 14 бойка 10.

Поскольку пружина 18 в исходном положении была установлена беэ предварительного натяга. она не оказывает сопротивления перемещению клапанов 13 и 19 вниз. При этом полностью отсутствует механическое соударение хвостовика 12 выпускного клапана 13 и бойка 10 что снижает эатрагы энергии бойка 10 на перестановку клапанной группы и не вызывает напряжений растяжения в теле выпускного клапана 13.

В связи с тем, что расстояние А от кольцевой проточки 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 до отверстий 22 в стенках цилиндрической полости 14 бойка 10 при крайнем нижнем положении его поршня 9 определяется из соотношения 5г/2 А < Яг, где Sz — ход клапанов 13 и 19, свободный ход бойка 10 вниз S< не превышает половины хода клапанов Sg и может быть сведен до минимума. Выполнение неравенства S < Sz/2 обуславливает уменьшение пути, проходимого бойком 10 до нижней наковальни 4 по инерции, сокращение времени действия на его поршень 9 тормозящей силы, вызванной гидравлическими сопротивлениями перетоку рабочей жидкости в крышке цилиндра 5, и снижение потерь скорости бойка 10 перед соударением с нижней наковальней 4.

В конце своего перемещения вниз боек

10 наносит удар по нижней наковальне 4. а клапаны 13 и 19 занимают исходное положение. Жидкость вновь поступает под поршень 9 цилиндра 8, вы ывая повторение рабочего цикла гидроударника.

Ударные импульсы, передающиеся на корпус 1 от наковальни 3 и 4 в виде волн упругой деформации, используются для совершения работы по погружению в грунт илн извлечению из него различных элементов.

Формула изобретения

1. Гидроударник, включающий корпус, полый цилиндр, размещенный внутри корпуса, боек с полым поршнем, установленным с воэможностью осевого переме1670075 щения в цидлиндре с образованием надпоршневой и подпоршневой полостей, крышку цилиндра с каналами для прохода промывочной жидкости, выпускной клапан с подпружиненным хвостовиком с центральным осевым каналом, установленным с возможностью осевого перемещения в полом поршне бойка, клапэнную группу, связанную между собой посредством толкателя, о т л и,ч э ю шийся тем, что. с целью повышения эффективности работы устройства путем снижения потерь скорости бойка и повышения надежности работы клапанной группы, в нижней части хвостовика выпускного клапана выполнена кольцевая проточка, гидравлически сообщающаяся с его центральным осевым каналом, причем выше и ниже проточки на хвостовике установлены уплотнения, а в полом поршне в верхней и нижней части выполнены отверстия, гидравлически сообщающие полость поршня с надпоршневой полостью бойка, п ричем верхнЕе отверстие периодически со5 общает надпоршневую полость бойка с кольцевой проточкой хвостовика.

2. Гидроударник по п.3, о т л и ч а юшийся тем, что расстояние верхних отверстий в стенках полого поршня бойка

10 при крайнем нижнем положении поршня определяется из соотношения

$ /2 А <Яг, где $г — ход клапанов гидроударникэ;

А — расстояние от кольцевой проточки

15 хвостовика выпускного клапана до верхних отверстий в стенках цилиндрической полости бойка при крайнем нижнем положении его поршня.

1670075

1

70 я в, s

12

Ю

Составитель А. Хромин

Редактор М, Товтин Техред М.Моргентал Корректор В, Гирняк

Заказ 2721 Тираж 350 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ьъ

1б

Д

Д

У б

71

1

Р

Zz

1Ю