Пневмоударник

 

Изобретение относится к ударным механизмам, используемым в качестве буровых устройств для проходки скважин в горной промышленности при подземной и открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Пневмоударник содержит цилиндр, переходник, головку с закрепленным в ней долотом, поршень с центральным каналом, который выполнен с утолщением и имеет ударную часть, пружину. В утолщенной части поршня в его центральном канале выполнены расточки и размещен золотник. Пружина установлена между переходником и торцом поршня, для прижатия его к хвостовику долота. Поршень снабжен хвостовиком, установленным с возможностью вхождения в центральное отверстие переходника, и на его наружной поверхности образована выточка. В центральном канале поршня выполнены расточки в три яруса. Золотник выполнен трубчатым и имеет внутри сплошную перегородку и боковые окна по обе стороны от перегородки. Буртик золотника прижат к торцу хвостовика поршня пружиной, расположенной между трубчатым золотником и внутренним уступом, образованным в месте уменьшения диаметра центрального канала поршня. Изобретение обеспечивает подачу в забой скважины всего отработанного энергоносителя и при рабочем, и при обратном ходе поршня без дополнительного расхода. 1 ил.

Изобретение относится к ударным механизмам, используемым в качестве буровых устройств для проходки скважин в горной промышленности при подземной и открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

При проходке таких скважин ударный механизм располагают непосредственно у забоя скважины и по ставу бурильных труб к механизму подводят сжатый воздух.

Наиболее распространенной конструкцией является пневмоударник М-1900, разработанный под руководством докт. техн. наук Б.В. Суднишникова (см. Иванов К.И. и др. Техника бурения. М.: Недра, 1974, с. 295, рис. 184). Недостатками этой конструкции являются длинные каналы сравнительно малого сечения для подачи сжатого воздуха в рабочие камеры, выфрезерованные в толстостенном цилиндре и закрытые снаружи стальной рубашкой, что вызывает повышенные аэродинамические сопротивления при работе и требует дополнительных затрат энергии.

Указанные недостатки частично устранены в конструкции пневмоударника, разработанного по авт. свид. СССР № 184761, МПК Е 21 С от 07.04.1964 г., опубликованному в БИ № 16, 1966 г.

Этот пневмоударник является наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению и принят нами в качестве прототипа.

Он содержит цилиндр без радиальных и продольных каналов в его теле, поршень, воздухораспределительное устройство с центральным трубчатым штоком-золотником, выполненным с радиальными каналами для подвода энергоносителя, входящим в отверстие поршня и осуществляющим распределение энергоносителя через радиальные каналы в поршне и продольные вырезы на его наружной поверхности, и инструмент с центральным каналом для выхлопа отработанного энергоносителя.

Для автоматического выключения пневмоударника с продолжением продувки скважины при отсутствии контакта инструмента конец штока-золотника выполнен меньшего диаметра, а тело цилиндра имеет кольцевую проточку, являющуюся частью камеры обратного хода.

В этом заключается главный недостаток прототипа, так как примерно 40 % энергоносителя выходит в забой не только при выключении пневмоударника и продолжения продувки скважины, но и в периоды обратного и рабочего хода поршня, не производя полезного воздействия на поршень.

Для уменьшения этого расхода энергии приходится дросселировать выхлоп всего энергоносителя, подаваемого к пневмоударнику, а затраты энергии, как известно, обратно пропорциональны проходному сечению выхлопного канала в третьей степени.

Задачей изобретения является обеспечение подачи в забой скважины всего отработанного энергоносителя и при рабочем, и при обратном ходе поршня без дополнительного расхода.

Это достигается тем, что в пневмоударнике, содержащем цилиндр, соединенный с одной стороны с переходником, имеющим центральное отверстие, с другой стороны - с головкой с закрепленным в ней долотом, расположенный внутри цилиндра с образованием полостей, одна из которых обращена к головке, а другая - к переходнику, поршень с центральным каналом, который выполнен с утолщением и имеет ударную часть, выполненную с возможностью вхождения в осевой канал головки, а в утолщенной части поршня в его центральном канале выполнены расточки и размещен золотник, пружину, установленную между переходником и торцом поршня, для прижатия его к хвостовику долота, при этом поршень снабжен хвостовиком, установленным с возможностью вхождения в центральное отверстие переходника, и на его наружной поверхности образована выточка, а расточки в центральном канале поршня выполнены в три яруса, причем ближняя к переходнику и дальняя расточки F-образными каналами соединены между собой и с полостью цилиндра, обращенной к головке, средняя расточка ; -образными каналами соединена с полостью цилиндра, обращенной к переходнику, при этом золотник выполнен трубчатым и имеет внутри сплошную перегородку и боковые окна по обе стороны от перегородки, причем ближние к переходнику окна до перегородки совмещены с ближней к переходнику расточкой, а окна за перегородкой совмещены со средней расточкой, дальняя расточка перекрыта цилиндрической поверхностью золотника, при этом над ближними к переходнику окнами на наружной поверхности золотника образован кольцевой буртик, который разделяет ближнюю к переходнику расточку на две полости, одна из которых, обращенная к торцу хвостовика поршня, сообщена с выточкой поршня, а другая полость сообщена с F-образными каналами, причем буртик золотника прижат к торцу хвостовика поршня пружиной, расположенной между трубчатым золотником и внутренним уступом, образованным в месте уменьшения диаметра центрального канала поршня.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан вертикальный разрез пневмоударника для бурения скважин.

Пневмоударник содержит цилиндр 1, соединенный с одной стороны с переходником 2, с другой стороны - с головкой 3 с закрепленным в ней долотом 4, поршень 5 с центральным каналом 6, расположенный внутри цилиндра 1 и выполненный с утолщением в средней части, имеющий с одной стороны хвостовик 7, входящий в центральное отверстие 8 переходника 2, с другой стороны - ударную часть 9, которая входит в осевой канал 10 головки 3, пружину 11, установленную между переходником 2 и торцом 12 поршня 5 и прижимающую его к хвостовику 13 долота 4.

В утолщенной части поршня 5 в центральном канале 6 выполнены расточки 14, 15 и 16, расположенные в три яруса, при этом ближняя к переходнику 2 расточка 14 и дальняя расточка 16 F-образными каналами 17 соединены между собою и с полостью 18 цилиндра 1, обращенной к головке 3, средняя расточка 15 ; -образными каналами 19 соединена с полостью 20 цилиндра 1, обращенной к переходнику 2.

Ближняя расточка 14 с резьбой 21 поршня 5 соединена с хвостовиком 7, радиальными каналами 22, расположенными на уровне конца резьбы, она сообщена с выточкой 23, образованной по наружной поверхности поршня 5, которая посредством дренажного отверстия 24 в цилиндре 1 постоянно сообщена с затрубным пространством.

В центральном канале 6 поршня 5 установлен трубчатый золотник 25, имеющий внутри сплошную перегородку 26 и боковые окна по обе стороны от перегородки. Ближние к переходнику 2 окна 27 до перегородки 26 совмещены с ближней расточкой 14, а окна 28 за перегородкой 26 совмещены со средней расточкой 15, дальняя расточка 16 перекрыта цилиндрической поверхностью золотника 25, над ближними окнами 27 по наружной поверхности золотника 25 образован кольцевой буртик 29, который входит в ближнюю расточку 14, разделяя ее камеру на две полости, одна из которых 30, обращенные к хвостовику 7, сообщены радиальными каналами 22 с проточкой 23, образованной на наружной поверхности поршня 5, а другая 31 сообщена с F-образными каналами 17.

Пружиной 32, расположенной между трубчатым золотником 25 и внутренним уступом 33, образованным в месте уменьшения диаметра центрального канала 6, буртик 29 золотника 25 прижат к хвостовику 7. Для нормальной работы пневмоударника в цилиндре 1 предусмотрены щелевые отверстия 34 и 35, а для подачи в забой скважины отработанного энергоносителя на удаление продуктов разрушения в головке 3 выполнены наклонные каналы 36.

Предлагаемый пневмоударник работает следующим образом. Для проходки скважины переходник 2 соединяют с буровым ставом, по которому подают энергоноситель (сжатый воздух или воздушно-водяную смесь, далее РА - рабочий агент), из центрального отверстия 8 переходника 2 РА под давлением поступает в осевое отверстие хвостовика 7 поршня 5, затем попадает в канал трубчатого золотника 25, из него через боковые окна 27 РА поступает в расточку 14, заполняет полость 31, давит на кольцевую площадь буртика 29 и, так как в полости 30, сообщенной радиальными каналами 22 с выточкой 23 в поршне 5 и через дренажные отверстия 24 с затрубным пространством, где давление значительно меньше, чем в полости 31, поэтому буртик 29 золотника 25 прижимается к хвостовику 7 поршня 5 и надежно удерживает золотник 25 в этом положении, чему способствует также давление на перегородку 26 предварительно затянутой пружины 32. Из полости 31 РА по F-образным каналам 17 идет в полость 18, давит на кольцевую площадь поршня 5, обращенную к головке 3, и перемещает поршень к переходнику 2, сжимая пружину 11, из полости 20 РА вытесняется через щелевое отверстие 35 и через ; - образные каналы 19, расточку 15, окна 28, центральный канал 6, наклонные каналы 36 в головке 3 в забой скважины. Это холостой ход поршня 5. Он будет продолжаться до тех пор, пока кольцевой торец поршня 5, обращенный к головке 3, не откроет щелевое отверстие 34.

В этот момент давление РА в полости 18, F-образных каналах 17, расточке 14, в полости 31 резко упадет, и суммарное усилие, действующее на перегородку 26 со стороны подачи РА и сжатой пружины 11, будет больше, чем силы, удерживающие золотник 25 и перемещающие поршень 5 к переходнику 2. В связи с этим золотник 25 будет переброшен в направлении к долоту 4. Окна 27 после переброски золотника 25 займут положение окон 28, а окна 28 будут совмещены с расточкой 16.

Теперь РА под сетевым давлением будет поступать через окна 27, расточку 15 и ; -образные каналы 19 в полость 20, поршень 5 остановится. Полость 18 через F-образные каналы 17, расточку 16, окна 28, центральный канал 6 поршня 5 и каналы 36 в головке 3 будет соединена с забоем скважины, куда сможет вытесняться РА из полости 18, поэтому поршень 5, ускоряясь, пойдет к хвостовику 13 долота 4. Это рабочий ход поршня 5.

Перед ударом в конце рабочего хода кольцевой торец 12 поршня 5 откроет щелевое отверстие 35 в цилиндре 1, давление РА в полости 20 упадет, упадет оно и в полости трубчатого золотника 25, обращенной к переходнику 2, поэтому сжатая пружина 32 перебросит золотник 25 в положение, показанное на чертеже, и цикл работы повторится в описанной выше последовательности.

Как следует из описания и чертежа, при работе предлагаемого пневмоударника весь РА, подаваемый в скважину, за исключением небольшого расхода у выбрасываемого в затрубное пространство в краткие моменты переброски золотника 25, выходит в забой скважины на продувку, что существенно улучшит очистку забоя, уменьшит пылевыделение и износ долота. Кроме этого, конструкция предлагаемого пневмоударника позволяет выполнить все подводящие и отводящие каналы и отверстия достаточно большого сечения, что резко уменьшит аэродинамические сопротивления при его работе и позволит сократить расход энергии.

Формула изобретения

Пневмоударник, содержащий цилиндр, соединенный с одной стороны с переходником, имеющим центральное отверстие, с другой стороны – с головкой с закрепленным в ней долотом, расположенный внутри цилиндра с образованием полостей, одна из которых обращена к головке, а другая – к переходнику, поршень с центральным каналом, который выполнен с утолщением и имеет ударную часть, выполненную с возможностью вхождения в осевой канал головки, а в утолщенной части поршня в его центральном канале выполнены расточки и размещен золотник, отличающийся тем, что он имеет пружину, установленную между переходником и торцом поршня, для прижатия его к хвостовику долота, при этом поршень снабжен хвостовиком, установленным с возможностью вхождения в центральное отверстие переходника, и на его наружной поверхности образована выточка, а расточки в центральном канале поршня выполнены в три яруса, причем ближняя к переходнику и дальняя расточки F–образными каналами соединены между собой и с полостью цилиндра, обращенной к головке, средняя расточка ;-образными каналами соединена с полостью цилиндра, обращенной к переходнику, при этом золотник выполнен трубчатым и имеет внутри сплошную перегородку и боковые окна по обе стороны от перегородки, причем ближние к переходнику окна до перегородки совмещены с ближней к переходнику расточкой, а окна за перегородкой совмещены со средней расточкой, дальняя расточка перекрыта цилиндрической поверхностью золотника, при этом над ближними к переходнику окнами на наружной поверхности золотника образован кольцевой буртик, который разделяет ближнюю к переходнику расточку на две полости, одна из которых, обращенная к торцу хвостовика поршня, сообщена с выточкой поршня, а другая полость сообщена с F–образными каналами, причем буртик золотника прижат к торцу хвостовика поршня пружиной, расположенной между трубчатым золотником и внутренним уступом, образованным в месте уменьшения диаметра центрального канала поршня.

РИСУНКИ

Рисунок 1