Погружной гидроударник

Изобретение относится к буровой технике, а именно к погружным буровым устройствам с объемным гидроприводом для ударно-вращательного бурения скважин, и может найти применение в геологоразведке, гидрогеологии и горной промышленности. Погружной гидроударник включает переходник, размещенные в корпусе гильзу, ступенчатый ударник с головкой, разделяющей полость гильзы на камеры прямого и обратного хода, распределительную систему со ступенчатым питающе-разрядным клапаном, установленным на штоке переходника и периодически образующим с гильзой торцевую питающую щель, а со штоком переходника - торцевую разрядную щель, соединяющую камеру прямого хода со сливным трактом через продольный канал, заклапанную полость, расположенные в районе заклапанной полости отверстия и осевой канал в указанном штоке, и наковальню, имеющую с ударником общий сливной тракт. В штоке переходника размещена подпружиненная втулка с дросселирующими отверстиями в районе заклапанной полости с возможностью периодического перекрытия ею радиальных окон, выполненных в верхней части штока переходника, которыми камера прямого хода соединена со сливным трактом через осевой канал указанного штока. Достигается повышение эффективности работы машины за счет увеличения ее мощности путем повышения частоты ударов ударника. 2 ил.

 

Техническое решение относится к буровой технике, а именно к погружным буровым устройствам с объемным гидроприводом для ударно-вращательного бурения скважин, и может найти применение в геологоразведке, гидрогеологии и горной промышленности.

Известна погружная гидроударная буровая машина по патенту РФ №2166056, кл. Е21В 4/14, опубл. в БИ №12, 2001 г., включающая корпус, переходник, ударник и наковальню, имеющие центральный сливной тракт, и распределительную систему с питающе-разрядным клапаном и штоком с центральным разрядным каналом. В верхней части корпуса, со стороны переходника, установлена гильза с подпружиненным поршнем, разделяющие внутреннюю полость корпуса на напорную и аккумуляторную камеры, последняя из которых постоянно соединена со сливным трактом через центральный разрядный канал штока.

Недостатком этой машины является увеличенное потребление энергии при обратном ходе ударника, которая необходима для вытеснения рабочей жидкости из камеры прямого хода через разрядный канал малого проходного сечения и имеющий большие местные сопротивления. Рабочая жидкость вытесняется при высоком давлении в камере прямого хода, которое в принципе допустимо при имеющейся большой площади питающе-разрядного клапана на закрытие. Но данная структура питающе-разрядного клапана предполагает возможность его преждевременного закрытия при прямом ходе ударника. Это не позволяет развить машине высокую мощность и, соответственно, эффективно работать.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является погружной гидроударник по патенту РФ №2230873, кл. Е21В 4/14, опубл. в БИ №17, 2004 г., включающий размещенные в корпусе гильзу, ступенчатый ударник с головкой и штоком и наковальню, имеющие общий сливной тракт, распределительную систему с питающе-разрядным клапаном и аккумулятор, состоящий из пружины и поршня, разделяющего полость корпуса на напорную и аккумуляторную камеры, последняя из которых постоянно соединена с общим сливным трактом. Аккумулятор размещен в корпусе в штоковой зоне ступенчатого ударника под гильзой.

Недостатком данного погружного гидроударника является увеличенное время обратного хода вследствие малого проходного сечения разрядного канала, а также больших местных сопротивлений на пути рабочей жидкости при ее вытеснении из камеры прямого хода. Размеры питающе-разрядного клапана, а именно его площадь, работающая на закрытие, не позволяют увеличить скорость вытеснения рабочей жидкости из камеры прямого хода, так как это приведет к повышению противодавления в ней и, как следствие, к преждевременному открытию питающе-разрядного клапана. Увеличенное время обратного хода ударника не позволяет добиться необходимой частоты его ударов, то есть получить достаточную мощность, что снижает эффективность работы машины.

Техническая задача - повышение эффективности работы машины за счет увеличения ее мощности путем повышения частоты ударов ударника.

Поставленная задача решается тем, что в погружном гидроударнике, включающем переходник, размещенные в корпусе гильзу, ступенчатый ударник с головкой, разделяющей полость гильзы на камеры прямого и обратного хода, распределительную систему со ступенчатым питающе-разрядным клапаном, установленным на штоке переходника и периодически образующим с гильзой торцевую питающую щель, а со штоком переходника - торцевую разрядную щель, соединяющую камеру прямого хода со сливным трактом через продольный канал, заклапанную полость, расположенные в районе заклапанной полости отверстия и осевой канал в указанном штоке, и наковальню, имеющую с ударником общий сливной тракт, согласно техническому решению в штоке переходника размещена подпружиненная втулка с дросселирующими отверстиями в районе заклапанной полости с возможностью периодического перекрытия ею радиальных окон, выполненных в верхней части штока переходника, которыми камера прямого хода соединена со сливным трактом через осевой канал указанного штока.

Данное техническое решение позволяет увеличить проходное сечение разрядного канала, а также уменьшить местные сопротивления на пути рабочей жидкости, что приводит к существенному снижению противодавления в камере прямого хода при обратном ходе ударника, тем самым увеличивается его скорость, сокращается время обратного хода, следовательно, возрастает частота ударов ударника, что приводит к повышению мощности машины и, соответственно, эффективности ее работы.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами - фиг.1, 2, где на фиг.1 показан общий вид погружного гидроударника, продольный разрез; на фиг.2 - узел А на фиг.1 (в увеличенном масштабе): левая половина - прямой ход, происходит питание камеры рабочего хода, правая половина - обратный ход, происходит разрядка камеры рабочего хода при обратном ходе ударника.

Погружной гидроударник (фиг.1, 2) состоит из размещенных в корпусе 1 гильзы 2, имеющей напорные пазы 3, окна 4 и командные пазы 5, переходника 6 с напорными каналами 7 и штоком 8, имеющим осевой канал 9, отверстия 10 и радиальные окна 11, расположенные в верхней части штока 8 переходника 6 (далее - шток 8), которыми камера 12 прямого хода соединена со сливным трактом 13 через осевой канал 9, ступенчатого ударника 14 с головкой 15, разделяющей полость гильзы 2 на камеру 12 прямого хода и камеру 16 обратного хода и имеющей торцевой выступ 17, штоком 18 и сливным трактом 13. Распределительная система погружного гидроударника представляет собой установленный на штоке 8 питающе-разрядный клапан 19 (далее - клапан 19), периодически образующий с гильзой торцевую питающую щель 20, а со штоком 8 - торцевую разрядную щель 21, соединяющую камеру 12 прямого хода со сливным трактом 13 через продольный канал 22, заклапанную полость 23, дросселирующие отверстия 24 и осевой канал 9 в штоке 8. Внутри штока 8 установлена подпружиненная втулка 25 (далее - втулка 25), имеющая дросселирующие отверстия 24 в районе заклапанной полости 23, пружину 26, упирающуюся в заглушку 27, и периодически перекрывающая радиальные окна 11 в штоке 8. Заклапанная полость 23 между клапаном 19 и втулкой 25 состоит из двух объемов (28 - между клапаном 19 и штоком 8 и 29 - между втулкой 25 и штоком 8), соединенных между собой отверстиями 10 в штоке 8. В головной части корпуса 1 закреплена подвижно по оси наковальня 30, имеющая общий со ступенчатым ударником 14 сливной тракт 13.

Погружной гидроударник работает следующим образом. Рабочая жидкость из магистрали через напорные каналы 7 переходника 6 поступает в полость корпуса 1 и через напорные пазы 3 и окна 4 гильзы 2 - в камеру 16 обратного хода. Ударник 14 начинает движение вверх, совершая обратный ход. В это время камера 12 прямого хода через общий сливной тракт 13 соединена с затрубным пространством. По мере перемещения ударника 14 общий сливной тракт 13 перекрывается нижним торцом штока 8, но камера 12 прямого хода продолжает сообщаться с затрубным пространством, и рабочая жидкость малым потоком пойдет через продольный канал 22, торцевую разрядную щель 21, заклапанную полость 23 и дросселирующие отверстия 24 в общий сливной тракт 13, тем самым создавая перепад давления на втулке 25. Сила, обусловленная давлением, действующим на втулку 25 со стороны заклапанной полости 23, становится больше, чем силы, удерживающие ее в нижнем положении. Это - сила пружины 26 и сила, обусловленная давлением рабочей жидкости в общем сливном тракте 13, действующая на верхний торец втулки 25. Втулка 25 перемещается вверх, тем самым открывая радиальные окна 11 на штоке 8, и рабочая жидкость большим потоком пойдет напрямую из камеры 12 прямого хода в общий сливной тракт 13, минуя участки с большими местными сопротивлениями. В конце обратного хода ударник 14 входит своей головкой 15 в зону командных пазов 5 гильзы 2, и рабочая жидкость под магистральным давлением из камеры 16 обратного хода поступает в камеру 12 прямого хода. В это время продольный канал 22 перекрывается торцевым выступом 17 головки 15 ударника 14. Давление в камере 12 прямого хода резко возрастает, что приводит к увеличению результирующей силы, действующей на нижний торец клапана 19 и, как следствие, к перекидке его в верхнее положение «питание». В это время рабочая жидкость из заклапанной полости 23 поступает в общий сливной тракт 13 через дросселирующие отверстия 24, в ней падает давление, и под действием пружины 26 втулка 25 возвращается в нижнее положение, тем самым, перекрывая радиальные окна 11. При этом образуется торцевая питающая щель 20, через которую рабочая жидкость из магистрали поступает в камеру 12 прямого хода. Ударник 14 резко тормозится до полной остановки и изменяет направление движения с обратного хода на прямой. По мере перемещения ударника 14 его головка 15 перекрывает командные пазы 5 гильзы 2, но питание камеры 12 прямого хода из магистрали продолжается через торцевую питающую щель 20. В конце прямого хода торцевой выступ 17 ударника 14 сойдет с нижнего торца штока 8 и камера 12 прямого хода сообщится с общим сливным трактом 13. Давление в камере 12 прямого хода резко упадет, а клапан 19 под действием высокого давления рабочей жидкости из магистрали переместится в нижнее положение "разрядка", что приведет к прекращению подачи рабочей жидкости в камеру 12 прямого хода. Ударник 14 наносит удар по наковальне 31, и цикл повторяется.

Погружной гидроударник, имеющий в своей распределительной системе втулку 25 с дросселирующими отверстиями 24 и радиальные окна 11 в штоке 8, полностью исключает недостатки прототипа и позволяет сократить время обратного хода ударника 14 до минимума, существенно снизив противодавление в камере 12 прямого хода. К тому же при этом можно регулировать это противодавление посредством изменения жесткости пружины 26. В результате погружной гидроударник имеет высокую частоту ударов, что увеличивает его мощность и, как следствие, повышает эффективность.

Погружной гидроударник, включающий переходник, размещенные в корпусе гильзу, ступенчатый ударник с головкой, разделяющей полость гильзы на камеры прямого и обратного хода, распределительную систему со ступенчатым питающе-разрядным клапаном, установленным на штоке переходника и периодически образующим с гильзой торцевую питающую щель, а со штоком переходника - торцевую разрядную щель, соединяющую камеру прямого хода со сливным трактом через продольный канал, заклапанную полость, расположенные в районе заклапанной полости отверстия и осевой канал в указанном штоке, и наковальню, имеющую с ударником общий сливной тракт, отличающийся тем, что в штоке переходника размещена подпружиненная втулка с дросселирующими отверстиями в районе заклапанной полости с возможностью периодического перекрытия ею радиальных окон, выполненных в верхней части штока переходника, которыми камера прямого хода соединена со сливным трактом через осевой канал указанного штока.