Погружной пневмоударник
Владельцы патента RU 2652516:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к горному делу и строительству, а именно к буровой технике, применяется при бурении скважин ударно-вращательным способом. Погружной пневмоударник содержит инструмент, установленный в корпусе с блокировочными каналами и радиальными выхлопными окнами, в котором расположены ударник, образующий в полости корпуса камеры прямого и обратного хода, воздухораспределительное устройство с клапаном для периодического наполнения сжатым воздухом камеры прямого хода или через трубку, установленную в воздухораспределительном устройстве и в канале ударника, - камеры обратного хода и закрепленный в корпусе переходник для соединения с напорной магистралью сжатого воздуха. Снаружи ударника выполнена кольцевая канавка для периодического сообщения радиальных выхлопных окон корпуса с камерой прямого хода через карманы, образованные с внутренней поверхности корпуса, при этом в блокировочном режиме работы при подъеме инструмента от забоя скважины и смещении инструмента и ударника в крайнее переднее положение радиальные выхлопные окна корпуса перекрыты наружной цилиндрической поверхностью ударника. Обеспечивается более быстрое выключение погружного пневмоударника из работы в блокировочном режиме, улучшение продувки забоя скважины и повышение эксплуатационной надежности путем уменьшения абразивного износа. 2 ил.
Изобретение относится к горному делу и строительству, а именно к буровой технике, и может найти применение при бурении скважин ударно-вращательным способом.
Известен пневмоударник с клапанным распределением (Есин Н.Н. и др. Пневматические машины ударного действия для проходки скважин и шпуров. - Новосибирск: «Наука», Сибирское отделение, 1986, с. 17, схема 1.13), содержащий инструмент 1, установленный в корпусе 2, в котором выполнены продольные каналы А, блокировочные окна Б и карманы Г, выфрезерованные на внутренней поверхности корпуса 2, ступенчатый ударник 3, образующий в корпусе 2 камеру В обратного хода и камеру Д прямого хода, распределительное устройство с пластинчатым кольцевым клапаном 5 для подачи воздуха в камеру Д прямого хода или в камеру В обратного хода через трубку 4, установленную в распределительном устройстве и в канале ступенчатого ударника 3, и переходник 6, закрепленный в корпусе 2.
Следующие признаки аналога совпадают с признаками предлагаемого решения: инструмент 1, установленный в корпусе 2, в котором выполнены карманы Г на внутренней его поверхности, ударник 3, образующий в полости корпуса 2 камеру В обратного хода и камеру Д прямого хода, распределительное устройство с клапаном 5 для периодического наполнения сжатым воздухом камеры Д прямого хода или через трубку 4, установленную в распределительном устройстве и в канале ударника 3, камеры В обратного хода и закрепленный в корпусе переходник 6.
Главным недостатком известного пневмоударника является то, что камера В обратного хода образована меньшей ступенью ударника 3 и уменьшенной полостью корпуса 2, что существенно снижает силовой импульс обратного хода, уменьшает ход ударника 3 и увеличивает время обратного хода, уменьшая ударную мощность. Также недостатком этого пневмоударника является то, что ударник 3 выполнен ступенчатым, что усложняет изготовление пневмоударника, увеличивает его стоимость, снижая тем самым эффективность.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому техническому решению является серийно выпускаемый пневмоударник М48 с клапанным распределением сжатого воздуха (Есин Н.Н. и др. Пневматические машины ударного действия для проходки скважин и шпуров. - Новосибирск: «Наука», Сибирское отделение, 1986, с. 16, схема 1.11), содержащий инструмент 1, установленный в корпусе 2 с блокировочными окнами А и радиальными выхлопными окнами В, в котором расположены ударник 3, образующий в полости корпуса 2 камеру Б обратного хода и камеру Г прямого хода, распределительное устройство с пластинчатым кольцевым клапаном 5 для периодического наполнения сжатым воздухом камеры Г прямого хода или через трубку 4 и канал ударника 3 - камеры Б обратного хода и закрепленный в корпусе 2 переходник 6 для соединения с напорной магистралью сжатого воздуха.
Следующие признаки прототипа совпадают с признаками предлагаемого решения: инструмент 1, установленный в корпусе 2 с блокировочными окнами А и радиальными выхлопными окнами В, в котором расположены ударник 3, образующий в полости корпуса 2 камеру Г прямого хода и камеру Б обратного хода, распределительное устройство с клапаном 5 для периодического наполнения сжатым воздухом камеры Г прямого хода или через трубку 4, установленную в распределительном устройстве и в канале ударника 3, - камеры Б обратного хода и закрепленный в корпусе 2 переходник 6 для соединения с напорной магистралью сжатого воздуха.
Главным недостатком пневмоударника М48 является то, что в блокировочном режиме работы при подъеме инструмента 1 от забоя скважины и смещении инструмента 1 и ударника 3 в крайнее переднее положение радиальные выхлопные окна В корпуса 2 остаются открытыми из камеры Г прямого хода в затрубное пространство скважины, в которое происходит интенсивный выхлоп сжатого воздуха из этой камеры Г через большое проходное сечение радиальных выхлопных окон В. Такое исполнение не позволяет создать избыточный перепад давления сжатого воздуха в камере Г прямого хода по отношению к давлению сжатого воздуха в камере Б обратного хода для более быстрого выключения пневмоударника из работы за счет открытия инструментом 1 блокировочных окон А. Происходит разрядка камеры Г прямого хода и камеры Б обратного хода до минимального давления сжатого воздуха, при котором работа пневмоударника прекращается. Такое исполнение ухудшает условия блокировки, существенно увеличивает время работы в блокировочном режиме и происходит выхлоп сжатого воздуха из камеры Г прямого хода на стенки скважины, что уменьшает отбор сжатого воздуха из камеры Б обратного хода на очистку и охлаждение забоя скважины, снижая эксплуатационную надежность и, как следствие, эффективность пневмоударника.
Кроме того, в нисходящих обводненных скважинах во время спуско-подъемных операций абразивные частицы шлама со стенок скважины могут попадать вместе с водой в полость корпуса 2 через открытые радиальные выхлопные окна В, что снижает эксплуатационную надежность пневмоударника и, следовательно, его эффективность.
Недостатком этого пневмоударника также является то, что для каждой из указанных камер Г и Б выполнен свой кольцевой ряд радиальных выхлопных окон B в корпусе 2, что уменьшает прочность корпуса 2, снижая эксплуатационную надежность и, как следствие, снижает его эффективность.
Проблема - создание погружного пневмоударника с повышенной эффективностью работы за счет более быстрого его выключения из работы в блокировочном режиме, улучшения продувки забоя скважины и повышения эксплуатационной надежности путем уменьшения абразивного износа.
Поставленная проблема решается тем, что в погружном пневмоударнике, содержащем инструмент, установленный в корпусе с блокировочными каналами и радиальными выхлопными окнами, в котором расположены ударник, образующий в полости корпуса камеры прямого и обратного хода, воздухораспределительное устройство с клапаном для периодического наполнения сжатым воздухом камеры прямого хода или через трубку, установленную в воздухораспределительном устройстве и канале ударника, - камеры обратного хода и закрепленный в корпусе переходник для соединения с напорной магистралью сжатого воздуха, согласно техническому решению снаружи ударника выполнена кольцевая канавка для периодического сообщения радиальных выхлопных окон корпуса с камерой прямого хода через карманы, образованные с внутренней поверхности корпуса, при этом в блокировочном режиме работы при подъеме инструмента от забоя скважины и смещении инструмента и ударника в крайнее переднее положение радиальные выхлопные окна корпуса перекрыты наружной цилиндрической поверхностью ударника.
Указанная совокупность признаков, по сравнению с прототипом, обеспечивает в блокировочном режиме работы перекрытие выхлопа сжатого воздуха из камеры прямого хода, что позволяет создать избыточное давление сжатого воздуха в камере прямого хода по отношению к давлению сжатого воздуха в камере обратного хода для остановки ударника в крайнем переднем положении и более быстрого выключения пневмоударника, что улучшает условия блокировки.
В отличие от прототипа, после выключения пневмоударника в блокировочном режиме работы более интенсивный отбор сжатого воздуха происходит только из камеры обратного хода через блокировочные каналы на очистку и охлаждение забоя скважины, что увеличивает отбор сжатого воздуха на забой и повышает эксплуатационную надежность инструмента и, как следствие, эффективность работы погружного пневмоударника.
При спуско-подъемных операциях в нисходящих обводненных скважинах, в отличие от прототипа, наружная цилиндрическая поверхность ударника закрывает радиальные выхлопные окна корпуса, что защищает полость корпуса от попадания вместе с водой абразивных частиц шлама со стенок скважины. Такое исполнение уменьшает абразивный износ погружного пневмоударника, повышая его эксплуатационную надежность и, как следствие, эффективность его работы.
Сущность технического решения поясняется примером конструктивного исполнения погружного пневмоударника и чертежами (фиг. 1 и фиг. 2), где показаны общий вид устройства в продольном разрезе в статическом состоянии (фиг. 1) и в блокировочном режиме (фиг. 2) после выключения его из работы.
Погружной пневмоударник содержит инструмент 1 (фиг. 1), установленный в корпусе 2 с радиальными выхлопными окнами 3, в котором расположены ударник 4, образующий в полости корпуса 2 камеру 5 прямого хода и камеру 6 обратного хода, воздухораспределительное устройство 7 с клапаном 8 для периодического наполнения сжатым воздухом камеры 5 прямого хода или через трубку 9, установленную в воздухораспределительном устройстве 7 и в канале 10 ударника 4, - камеры 6 обратного хода и закрепленный в корпусе 2 переходник 11 для соединения с напорной магистралью сжатого воздуха. Снаружи ударника 4 выполнена кольцевая канавка 12 для периодического сообщения радиальных выхлопных окон 3 корпуса 2 с камерой 5 прямого хода через карманы 13, образованные с внутренней поверхности корпуса 2. Стопор 14 размещен в корпусе 2 для ограничения хода инструмента 1 в блокировочном режиме работы, при котором для выключения погружного пневмоударника из работы в трубке 9 выполнены радиальные отверстия 15 для сообщения камеры 5 рабочего хода с камерой 6 обратного хода, а в корпусе 2 - блокировочные каналы 16 (см. фиг. 2). В инструменте 1 выполнен канал 17 для отбора сжатого воздуха.
Погружной пневмоударник работает следующим образом (см. фиг. 1). Сжатый воздух из напорной магистрали поступает через переходник 11 закрепленный в корпусе 2, в воздухораспределительное устройство 7 с клапаном 8 и подается в камеру 6 обратного хода через трубку 9 и канал 10 ударника 4, происходит обратный ход. После открытия выхлопа сжатого воздуха из камеры 6 обратного хода ударником 4 через радиальные выхлопные окна 3 корпуса 2 клапан 8 перекидывается в крайнее заднее положение и открывает впуск сжатого воздуха в камеру 5 прямого хода. Ударник 4 останавливается и начинается прямой ход. При выхлопе сжатого воздуха из камеры 5 прямого хода через карманы 13, кольцевую канавку 12 и радиальные выхлопные окна 3 в корпусе 2 клапан 8 перекидывается в крайнее переднее положение и начинается впуск сжатого воздуха в камеру 6 обратного хода. Ударник 4 передает энергию удара инструменту 1 и происходит разрушение забоя скважины. При этом в блокировочном режиме работы (фиг. 2) после подъема погружного пневмоударника с инструментом 1 от забоя скважины инструмент 1 отходит вперед до упора в стопор 14 и открывает блокировочные каналы 16, а ударник 4 также отходит вперед до упора в корпус 2, открывая в камеру 5 прямого хода радиальные отверстия 15 в трубке 9 и закрывая наружной цилиндрической поверхностью ударника 4 радиальные выхлопные окна 3 корпуса 2. Такое исполнение, в отличие от прототипа, позволяет создать избыточный перепад давления сжатого воздуха в камере 5 прямого хода по отношению к давлению сжатого воздуха в камере 6 обратного хода, из которой происходит интенсивный отбор сжатого воздуха через блокировочные каналы 16 и канал 17 в инструменте 1 при более высоком давлении, что улучшает очистку забоя скважины, повышая эксплуатационную надежность инструмента 1 и, как следствие, эффективность работы погружного пневмоударника.
Такое исполнение улучшает условия блокировки, уменьшает время работы в блокировочном режиме до выключения погружного пневмоударника, что повышает эксплуатационную надежность и, как следствие, эффективность его работы.
При спуско-подъемных операциях в нисходящих обводненных скважинах за счет закрытия радиальных выхлопных окон 3 корпуса 2 наружной цилиндрической поверхностью ударника 4 абразивные частицы шлама со стенок скважины не могут попадать вместе с водой в камеру 5 прямого хода, что снижает абразивный износ, повышает эксплуатационную надежность и, как следствие, эффективность работы погружного пневмоударника.
Погружной пневмоударник, содержащий инструмент, установленный в корпусе с блокировочными каналами и радиальными выхлопными окнами, в котором расположены ударник, образующий в полости корпуса камеры прямого и обратного хода, воздухораспределительное устройство с клапаном для периодического наполнения сжатым воздухом камеры прямого хода или через трубку, установленную в воздухораспределительном устройстве и канале ударника, - камеры обратного хода и закрепленный в корпусе переходник для соединения с напорной магистралью сжатого воздуха, отличающийся тем, что снаружи ударника выполнена кольцевая канавка для периодического сообщения радиальных выхлопных окон корпуса с камерой прямого хода через карманы, образованные с внутренней поверхности корпуса, при этом в блокировочном режиме работы при подъеме инструмента от забоя скважины и смещении инструмента и ударника в крайнее переднее положение радиальные выхлопные окна корпуса перекрыты наружной цилиндрической поверхностью ударника.
