Погружной пневмоударник



Погружной пневмоударник
Погружной пневмоударник

 


Владельцы патента RU 2433242:

Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН (RU)

Изобретение относится к горному делу и строительству - к буровой технике, применяется при бурении скважин ударно-вращательным способом. Погружной пневмоударник включает корпус с буксой, размещенной в его верхней части и образующей с корпусом кольцевую выхлопную камеру, ступенчатый ударник со сквозной центральной полостью, образующий с корпусом камеры прямого и обратного хода, распределительный шток, имеющий напорный и выхлопной каналы, и буровое долото с центральным выхлопным каналом. Между верхней ступенью ударника и корпусом, ниже буксы, образована промежуточная выхлопная камера, а в нижней части буксы выполнены наружные продольные пазы, через которые промежуточная и кольцевая выхлопные камеры сообщены между собой и с выхлопным каналом распределительного штока. Техническая задача - повышение эффективности работы за счет повышения ударной мощности машины и ее ресурса путем предотвращения всасывания шламового материала из затрубного пространства в камеру обратного хода. 2 ил.

 

Изобретение относится к горному делу и строительству, а именно к буровой технике, и может найти применение при бурении скважин ударно-вращательным способом.

Известно ударное буровое устройство по патенту США №3,229,776, кл. 173-17, приоритет от 11.03.1963 г., включающее цилиндрический корпус с буксой, размещенной в его верхней части и имеющей продольные каналы, ступенчатый ударный поршень с расточкой в его сквозной центральной полости, буровое долото с центральным выхлопным каналом и распределительный шток с напорными и выхлопными каналами, состоящий их двух коаксиально установленных труб и размещенный в буксе и в ступенчатом ударном поршне, образующем с корпусом камеры прямого и обратного хода.

Недостатком этого ударного бурового устройства является то, что после выхлопа из камеры обратного хода и при дальнейшем движении ступенчатого ударного поршня назад в камере обратного хода образуется пониженное (по сравнению с затрубным) давление, которое приводит к всасыванию шламового материала из затрубного пространства в камеру обратного хода, при этом шламовый материал оседает на ударных торцах бурового долота и ступенчатого ударного поршня, в результате резко ухудшаются условия передачи энергии удара ступенчатым ударным поршнем на буровое долото, что снижает эффективность и ресурс работы бурового устройства.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому техническому решению является погружной пневмоударник по патенту РФ №2360092, кл. Е21В 4/14, опубл. в БИ №18, 2009 г., включающий корпус с буксой, размещенной в его верхней части и имеющей продольные каналы, сообщенные с напорным трактом, ступенчатый ударник с расточкой в его сквозной центральной полости, буровое долото с центральным выхлопным каналом и распределительный шток с напорными и выхлопными каналами, состоящий из двух коаксиально установленных труб и размещенный в буксе и в ступенчатом ударнике, образующем в корпусе камеры прямого и обратного хода. Между наружной поверхностью буксы и внутренней поверхностью корпуса образована кольцевая выхлопная камера, которая соединена с выхлопными каналами распределительного штока через радиальные отверстия, выполненные в верхней части буксы, и периодически сообщена с камерой прямого хода через радиальные отверстия, выполненные в нижней части буксы.

Этот погружной пневмоударник имеет недостаток в том, что после выхлопа из камеры обратного хода при обратном ходе ступенчатого ударника в ней образуется пониженное (по сравнению с затрубным) давление, которое приводит к всасыванию шламового материала из затрубного пространства в камеру обратного хода через центральный выхлопной канал бурового долота, что неизбежно приводит к абразивному износу уплотняющих контактных поверхностей ступенчатого ударника и корпуса. Шламовый материал оседает на ударных торцах бурового долота и ступенчатого ударника, что приводит к резкому ухудшению условий передачи энергии удара ступенчатым ударником на буровое долото из-за изменения контактной жесткости и пластической деформации контактных поверхностей, дробления шламовых частиц и внедрения их в контактные поверхности. Этот недостаток, за счет ухудшения условий передачи энергии удара ступенчатым ударником на буровое долото, приводит к снижению ударной мощности и уменьшению ресурса погружного пневмоударника, а также к снижению эффективности работы погружного пневмоударника.

Техническая задача предлагаемого решения заключается в повышении эффективности работы за счет повышения ударной мощности машины и ее ресурса путем предотвращения всасывания шламового материала из затрубного пространства в камеру обратного хода.

Поставленная задача решается тем, что в погружном пневмоударнике, включающем корпус с буксой, размещенной в его верхней части и образующей с корпусом кольцевую выхлопную камеру, ступенчатый ударник со сквозной центральной полостью, образующий с корпусом камеры прямого и обратного хода, распределительный шток, имеющий напорный и выхлопной каналы, и буровое долото с центральным выхлопным каналом, согласно техническому решению между верхней ступенью ударника и корпусом, ниже буксы, образована промежуточная выхлопная камера, а в нижней части буксы выполнены наружные продольные пазы, через которые промежуточная и кольцевая выхлопные камеры сообщены между собой и с выхлопным каналом распределительного штока.

Указанная совокупность признаков позволяет устранить пониженное (по сравнению с затрубным) давление в камере обратного хода при обратном ходе ступенчатого ударника, что предотвращает всасывание шламового материала из затрубного пространства в камеру обратного хода. При этом улучшаются условия передачи энергии удара ступенчатым ударником на буровое долото и, как следствие, повышается ударная мощность и ресурс погружного пневмоударника, что приводит к повышению эффективности работы погружного пневмоударника.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного конструктивного исполнения и чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез погружного пневмоударника, общий вид в статическом состоянии; на фиг.2 - место А на фиг.1 в увеличенном масштабе.

Погружной пневмоударник (далее - пневмоударник) содержит корпус 1 (фиг.1), в нижней части которого закреплена муфта 2 с буровым долотом 3, имеющие совместное подвижное шлицевое соединение и шпонку 4, ступенчатый ударник 5 с расточкой 6 в его сквозной центральной полости и с наружными продольными пазами 7 в его нижней части. В верхней части корпуса 1 размещена букса 8, образующая с корпусом 1 кольцевую выхлопную камеру 9. Ступенчатый ударник 5 меньшей ступенью установлен в буксе 8 и разделяет полость корпуса 1 на камеру 10 обратного хода, камеру 11 прямого хода, а между верхней ступенью ударника 5 и корпусом 1, ниже буксы 8, образована промежуточная выхлопная камера 12. Последняя сообщена с кольцевой выхлопной камерой 9 через наружные продольные пазы 13 в нижней части буксы 8. Камера 11 прямого хода сообщена с кольцевой выхлопной камерой 9 через радиальные отверстия 14 (фиг.2), выполненные в нижней части буксы 8. В верхней части корпуса 1 установлен переходник 15 (фиг.1), имеющий канал 16 и полость 17 напорного тракта, сообщенную с продольными каналами 18 буксы 8, и обратный клапан 19, установленный в полости 17 напорного тракта.

Распределительный шток с напорным и выхлопным каналами состоит из установленных коаксиально наружной трубы 20 (фиг.2) и внутренней трубы 21 с образованием между ними напорного канала 22 распределительного штока, сообщенного с одной стороны с расточкой 6 в сквозной центральной полости ступенчатого ударника 5, а с другой стороны - с напорным трактом через радиальные окна 23 в верхней части наружной трубы 20 и через продольные каналы 18 буксы 8. Внутренняя труба 21 выполнена с выхлопным каналом 24, который является выхлопным каналом распределительного штока, и установлена в центральном выхлопном канале 25 бурового долота 3 (фиг.1). В нижней части внутренней трубы 21 выполнены наружные продольные пазы 26 для впуска энергоносителя в камеру 10 обратного хода. Для впуска энергоносителя в камеру 11 прямого хода в наружной трубе 20 выполнены продольные пазы 27 и радиальные отверстия 28, а для выхлопа энергоносителя кольцевая выхлопная камера 9 соединена через радиальные отверстия 29, выполненные в верхней части буксы 8, и радиальные отверстия 30 с выхлопным каналом 24 внутренней трубы 21.

Пневмоударник работает следующим образом. Энергоноситель из магистрали подается в канал 16 напорного тракта в переходнике 15 (фиг.1), обратный клапан 19 открывает полость 17 напорного тракта, сообщенную с продольными каналами 18 буксы 8, и энергоноситель через радиальные окна 23, кольцевой канал 22 поступает в расточку 6 ступенчатого ударника 5. При работе пневмоударника расточка 6 постоянно сообщена с напорным трактом и в зависимости от положения ступенчатого ударника 5 относительно наружной трубы 20 и внутренней трубы 21 происходит подача энергоносителя или в камеру 10 обратного хода через наружные продольные пазы 26 (фиг.1) или в камеру 11 прямого хода через продольные пазы 27 (фиг.2).

При нижнем положении ступенчатого ударника 5 энергоноситель из расточки 6 поступает через наружные продольные пазы 26 (фиг.1) в камеру 10 обратного хода и начинается обратный ход. При движении ступенчатого ударника 5 расточка 6 уходит из зоны расположения наружных продольных пазов 26, и подача энергоносителя в камеру 10 обратного хода прекращается. При этом на некотором пути движения ступенчатого ударника 5 энергоноситель в камере 10 обратного хода работает с расширением, обеспечивая увеличение скорости его движения. При дальнейшем перемещении ступенчатого ударника 5 камера 10 обратного хода сообщается с промежуточной выхлопной камерой 12 через наружные продольные пазы 7 ступенчатого ударника 5 и далее через наружные продольные пазы 13 буксы 8, кольцевую выхлопную камеру 9, радиальные отверстия 29 буксы 8 и радиальные отверстия 30 сообщается с выхлопным каналом 24 внутренней трубы 21. Происходит выхлоп энергоносителя через центральный выхлопной канал 25 бурового долота 3. При дальнейшем движении ступенчатого ударника 5 расточка 6 сообщается с продольными пазами 27, выполненными в наружной трубе 20, и энергоноситель поступает в камеру 11 прямого хода.

Ввиду того что результирующая сила, действующая на ступенчатый ударник 5, меняет знак, ударник 5 останавливается и начинается прямой ход. При прямом ходе ступенчатого ударника 5 его расточка 6 уходит из зоны расположения продольных пазов 27 и впуск энергоносителя в камеру 11 прямого хода прекращается, а после открытия ступенчатым ударником 5 радиальных отверстий 14, выполненных в нижней части буксы 8, из камеры 11 прямого хода происходит выхлоп энергоносителя через кольцевую выхлопную камеру 9, радиальные отверстия 29, радиальные отверстия 30 в выхлопной канал 24 внутренней трубы 21. Ступенчатый ударник 5 наносит удар по буровому долоту 3 и цикл повторяется.

При подъеме пневмоударника от забоя скважины буровое долото 3 перемещается до упора в шпонку 4 и вместе с буровым долотом 3 перемещается и ступенчатый ударник 5. При этом энергоноситель через открывшиеся радиальные отверстия 28 (фиг.2) поступает в камеру 11 прямого хода, через радиальные отверстия 14 в нижней части буксы 8 в кольцевую выхлопную камеру 9, через радиальные отверстия 29 и 30 поступает в выхлопной канал 24 внутренней трубы 21 и центральный выхлопной канал 25 бурового долота 3. Происходит интенсивная продувка забоя энергоносителем. Камера 11 прямого хода находится под давлением энергоносителя и пневмоударник выключается из работы.

Ввиду того, что в предлагаемом пневмоударнике между верхней ступенью ступенчатого ударника 5 и корпусом 1, ниже буксы 8, образована промежуточная выхлопная камера 12, которая периодически сообщена с камерой 10 обратного хода, а в буксе 8 в нижней ее части выполнены наружные продольные пазы 13, через которые промежуточная выхлопная камера 12 и кольцевая выхлопная камера 9 сообщены между собой и с выхлопным каналом 24 внутренней трубы 21, происходит перетекание энергоносителя из камеры 10 обратного хода в промежуточную выхлопную камеру 12, давление в них выравнивается. Благодаря принудительному демпферному вытеснению отработанного энергоносителя из промежуточной выхлопной камеры 12 при обратном ходе ступенчатого ударника 5 в камере 10 обратного хода не образуется пониженного (по сравнению с затрубным) давления и не происходит всасывания шламового материала из затрубного пространства. Шламовый материал не оседает на ударных торцах бурового долота 3 и ступенчатого ударника 5, что приводит к улучшению условий передачи энергии удара ступенчатым ударником 5 на буровое долото 3, и, как следствие, повышается ударная мощность и ресурс погружного пневмоударника, что приводит к повышению эффективности работы погружного пневмоударника.

Предлагаемое устройство целесообразно использовать для работы в широком диапазоне давления энергоносителя.

Погружной пневмоударник, включающий корпус с буксой, размещенной в его верхней части и образующей с корпусом кольцевую выхлопную камеру, ступенчатый ударник со сквозной центральной полостью, образующий с корпусом камеры прямого и обратного хода распределительный шток, имеющий напорный и выхлопной каналы, и буровое долото с центральным выхлопным каналом, отличающийся тем, что между верхней ступенью ударника и корпусом ниже буксы образована промежуточная выхлопная камера, а в нижней части буксы выполнены наружные продольные пазы, через которые промежуточная и кольцевая выхлопные камеры сообщены между собой и с выхлопным каналом распределительного штока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительству и горной промышленности, в частности к пневматическим устройствам ударного действия. .

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к буровому инструменту, предназначенному для работы с погружными пневмоударниками, и может быть использовано для проходки скважин в горных породах.

Изобретение относится к области горного дела и предназначено для бурения скважин различного назначения в твердых и крепких породах. .

Изобретение относится к горному делу и строительству, а именно к буровой технике, и может найти применение при бурении скважин ударно-вращательным способом. .

Изобретение относится к горному делу, а именно к погружным пневмоударникам для проходки скважин по породам средней и высокой крепости, и может найти применение в строительстве.

Изобретение относится к погружным устройствам для бурения скважин ударно-вращательным способом и может найти применение в горной промышленности, геологоразведке и гидрогеологии.

Изобретение относится к распределительным элементам гидравлических ударных устройств (ГУУ), служащим для управления потоком рабочей жидкости между участками и агрегатами гидравлической системы.

Изобретение относится к области горного дела, а именно к ударно-вращательному инструменту для бурения. .

Изобретение относится к области горного дела, а именно к погружным пневмоударникам для проходки скважин по породам средней и высокой крепости, и может найти применение в строительстве.

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.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено, преимущественно, для бурения мелких скважин в твердых породах, а также для разрушения цементных мостов

Изобретение относится к горному делу и строительству - к буровой технике, применяется при бурении скважин ударно-вращательным способом

Изобретение относится к погружным устройствам для бурения скважин ударно-вращательным способом, применяется в горной промышленности, строительстве и геологоразведке

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при прокладке труб, кабелей высокого напряжения и телефонных, а также водоспусковых и дренажных коммуникаций

Изобретение относится к средствам автоматизации производственных процессов в различных отраслях промышленности - к распределительным элементам гидравлических ударных устройств (ГУУ) для управления потоком рабочей жидкости между участками и агрегатами гидравлической системы

Изобретение относится к горному делу и строительству - к буровой технике, применяется при бурении скважин ударно-вращательным способом. Погружной пневмоударник включает буровое долото с центральным продувочным каналом, полый корпус с разрядными каналами, ударник, разделяющий полость корпуса на камеры рабочего и обратного хода, переходник с основным напорным трактом и расточкой, закрепленный в полом корпусе, и распределительную систему, содержащую расположенные в верхней части полого корпуса седло с каналами и центральным отверстием, в котором установлена трубка, выполненная с напорными каналами и центральным продувочным отверстием, сообщенным с центральным продувочным каналом бурового долота, коробку с разрядными каналами и питающими отверстиями, установленную на седле, ступенчатый клапан, установленный между седлом и коробкой и образующий своей внутренней поверхностью с коробкой разрядную заклапанную полость, и кольцевой объем, образованный в полости корпуса между коробкой и наружной поверхностью ступенчатого клапана и сообщенный через питающие отверстия коробки с основным напорным трактом переходника, сопло с центральным каналом, суженным по ходу потока энергоносителя, которое установлено в расточке переходника торцом с широким проходным сечением центрального канала, а противоположным торцом - в центральном отверстии седла. В стенке сопла в зоне торца с широким проходным сечением центрального канала выполнены окна, которыми основной напорный тракт переходника сообщен через питающие отверстия коробки с указанным кольцевым объемом распределительной системы. Задача - повышение мощности и надежности при использовании в качестве энергоносителя воздушно-водяной смеси за счет сепарации ее на входе в погружной пневмоударник и подачи се очищенной газообразной фракции в кольцевой объем распределительной системы, а более плотной фракции - на забой скважины для охлаждения бурового долота, пылеподавления и промывки скважины. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области горного дела, в частности к оборудованию для бурения скважин, преимущественно погружным пневмоударником большого диаметра. Пневмоударник включает корпус, поршень-боек, камеры прямого и обратного хода, воздухораспределительную систему, скрепленные с корпусом посредством резьб шлицевую муфту и переходник бурильной колонны. Пневмоударник имеет кольцевые регулировочные элементы, которые размещены соответственно между корпусом и шлицевой муфтой и между корпусом и переходником бурильной колонны. Каждый из кольцевых регулировочных элементов выполнен в виде заключенных в оболочку сегментов. Оболочка выполнена с размещенными между сегментами направляющими выступами. Пространство между сегментами, оболочкой, корпусом и, соответственно, шлицевой муфтой и переходником бурильной колонны заполнено смазкой. Обеспечивает уменьшение времени вспомогательных операций. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к механизмам, применяемым в машинах ударного действия для прокладки скважин бестраншейным способом для коммунальных целей, забора проб грунта в инженерно-геологических изысканиях для строительства. Пневматический ударный механизм содержит заключенный в цилиндрическую полость корпуса пневмоударный механизм с выпускными отверстиями, воздухоподводящую коробку с предкамерой сетевого воздуха и наковальню, ударник с золотником в виде ступенчатой трубки с большей ступенью, управляющей выпуском воздуха, бесступенчатую трубку для грунтового керна, пропущенную через корпус, ударник и золотник. Ударник разделяет цилиндрическую полость корпуса на выпускную камеру со стороны воздухоподводящей коробки и камеру холостого хода со стороны наковальни, выполнен с выпускными боковыми отверстиями и внутренней кольцевой камерой рабочего хода, связанной с золотником, и установлен с зазором относительно корпуса. Большая ступень ступенчатой трубки постоянно перекрывает выпускные боковые отверстия ударника со стороны внутренней кольцевой камеры рабочего хода. Коаксиально с зазором между бесступенчатой и ступенчатой трубками установлена дополнительная бесступенчатая трубка, образующая кольцевой канал, соединяющий постоянно предкамеру сетевого воздуха в воздухораспределяющей коробке с камерой холостого хода посредством бокового отверстия в стенке дополнительной бесступенчатой трубки с опиранием ее в наковальне. Обеспечивается повышение энергии удара пневматического ударного механизма. 1 ил.

Изобретение относится к горному делу и строительству, а именно к буровой технике, и может найти применение при бурении скважин ударно-вращательным способом. Пневматический ударный механизм включает корпус, в котором установлены переходник с магистральным каналом и кольцевой канавкой, поршень с центральным отверстием, образующий с цилиндрической поверхностью корпуса камеры рабочего и холостого хода, эластичный клапан в форме тора, установленный в указанной кольцевой канавке переходника с предварительным натягом и возможностью периодического образования контактной кромкой тора и цилиндрической поверхностью корпуса питающего канала для камеры рабочего хода, шток-золотник с центральным, радиальным и наружными каналами для подвода энергоносителя в камеры рабочего и холостого хода, закрепленный в переходнике и установленный в центральном отверстии поршня, и буровой инструмент. Тор эластичного клапана по контактной кромке имеет цилиндрическую поверхность, а наружные каналы штока-золотника смещены от торца переходника с образованием уплотнительного пояска, выполненного с возможностью вхождения в центральное отверстие поршня для создания в конце холостого хода воздушной буферной подушки в камере рабочего хода, сообщенной с магистральным каналом переходника через указанный питающий канал. Обеспечивается улучшение условий работы эластичного клапана в форме тора путем увеличения результирующих сил при открытии и закрытии питающего канала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной и строительной технике, предназначено для проходки скважин в грунте, разрушения горных пород и т.д. Устройство содержит корпус с патрубком, имеющим впускное отверстие, и выхлопным/выхлопными отверстиями в стенке задней части, установленный в корпусе с возможностью перемещения ударник, камеру прямого хода, образованную патрубком и ударником, и камеру обратного хода, канал в ударнике для сообщения камер прямого и обратного хода и запорный клапан. На наружной поверхности ударника в передней его части выполнена кольцевая канавка, корпус содержит наковальню. На внутренней поверхности корпуса выполнены передний кольцевой выступ и ограничитель обратного хода ударника. Запорный клапан выполнен в виде упругого кольца, установленного в указанной кольцевой канавке ударника с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса. Наковальня, передний кольцевой выступ и ограничитель обратного хода ударника выполнены в средней части корпуса, упругое кольцо запорного клапана установлено с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью средней части корпуса. Корпус в передней части имеет накопительную камеру сжатого воздуха с размещенным в ней клапаном отсечки. Камера прямого хода сообщена с камерой обратного хода через эту накопительную камеру, для чего последняя снабжена центральной трубкой, пропущенной в указанный канал ударника через отверстие в наковальне для подачи сжатого воздуха из накопительной камеры в камеру обратного хода, а центральная трубка имеет отверстие для подачи сжатого воздуха в накопительную камеру из магистрали. Клапан отсечки установлен на наружной поверхности центральной трубки с возможностью осевого смещения по ней и взаимодействия верхним торцом с ударником через указанное отверстие в наковальне, а нижним торцом - с буртиком наружной поверхности указанной трубки. Технический результат - уменьшение удельного расхода сжатого воздуха путем отсечки выхлопа сжатого воздуха в атмосферу с момента выхлопа до окончания прямого хода ударника. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх