Погружной пневмоударник

 

< 872747

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 15.08.79(21) 28 16059./22-03 с присоединением Заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.10,81. Бюллетень № 38

Дата опубликования описания 1 5. 10 81 (5! )М. Кл.

9Ьеударотинный комитет

Е 21 С 3/24 на делам нзобретений н опрытнй (53) УДК 622.233.. (088.8) (72) Автор изобретения

А. В. Зубков (71) Заявитель

Институт горного дела (54) ПОГРЯКНОЙ ПНЕВМОУДАРНИК

Изобретение относится к горному делу, а именно к погружным пневмоударникам для бурения скважин. известны погружные пневмоуднрники с внутренней породоразрушающей

5 коронкои и охватывающей ее наружной съемной насадкой, снабженной на торце упирающимися в забой скважины утолщенными армированными выступами, предназначенной для восприятия осевого

10 статического давления на забой.Это позволяет увеличить срок службы породоразрушающей коронки, так как она загружена от осевого статического давления на забой, в связи с чем

15 при повороте уменьшается сила ее трения о забой скважины, и коронка меньше изнашивается. Наивыгоднейшим режимом работы любого пневмоударника являются условия, когда коронка произ- водит односторонний скол породы, так как двухсторонний скол возможен лишь в частных случаях. Для обеспечения работы с односторонним сколом породы необходимо, чтобы после каждого удара по забою коронка повора ивалась на определенный угол P, зависящий от свойств породы и силы удара на единицу длины лезвия коронки 1).

Недостатком указанного пневмоударника является то, что при уменьшении жесткости буровых штанг по мере увеличения глубины скважины упорная насадка, зацепляясь своими выступами за неровности забоя скважины, препятствует плавноМу-повороту пневмоударника.

В результате этого угол поворота коронки после удара может быть меньше или больше оптимального, а в край.них случаях — равным нулю или вдвое превьппать оптимальный. В результате этого средняя энергоемкость разрушения породы выше, чем при одностороннем сколе,. При этом снижается и скорость бурения. Кроме того, в инвест» ном пневмоударнике часть ударной мощности теряется при передаче от поршня-ударника к породоразрушающей ко872747

50 ронке, а также быстро изнашивается насадка.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является погружной пневмоударник, содержащий корпус, упорную насадку с выступами, передающую осевое усилие подачи на забой скважины, ударник, соединенный с породоразрушающей коронкой, и воздухораспредели- >0 тельный механизм. Данный погружной пневмоударник позволяет полностью передать ударную мощность от ударниФ ка к породоразрушающей коронке f2), Недостатком указанного погружного !5 пневмоударника является то, что разрушение породы под упорной головкой происходит в результате чисто вращательного бурения. скорость которого намного ниже ударно-вращательно20

Ро. Поэтому скорость бурения скважины здесь зависит от скорости разрушения породы под упорной головкой.

При. большом осевом давлении возможно, .что упорная головка будет раздавливать со скосом выступающий из забоя скважины столбик породы, на который она опирается. Однако это приведет к смещению упорного выступа с центра скважины и заклииива30 нию всего пневмоударника. В результате этого не только уменьшится сила удара за счет торможения коронки о стенки скважины, но и возникает препятствие равномерному вращению пневмоударника. Выдержать в таких условиях оптимальный угол по ворота коронки после каждого удара будет невозможно. Все это приводит к существенному снижению скорости бурения. Кроме этого, так как пневмо- 40 ударник вращается непрерывно, то в момент внедрения лезвия породоразрушающей коронки в породу оно испытывает срезающие усилия, что приводит к его дополнительному износу и сни- 45 жению скорости бурения.

Целью изобретения является повышение скорости бурения.

Указанная цель достигается тем, что погружной пневмоударник имеет пневматический поворотный механизм, имеющий воздухораспределительные каналы, статор и ротор, при этом упорная насадка жестко соединена со стопором, а ударник соединен с ротором 55 с возможностью перемещения в продольном осевом направлении, причем воздухораспределительные каналы поворотного механизма выполнены в ударнике, а поверхности выступов упорной насадки скошены под острым углом к продольной оси пневмоударника.

Угол скоса поверхности выступов упорной насадки определяется выражением

О = СВ С Я а где с - угол скоса поверхности выступов упорной насадки; д„- наружный диаметр упорной насадки;

1 - угол поворота породоразрушающей коронки:

L — ход ударника.

В связи с этим породоразрушающая коронка и упорная насадка совершают в течение одного цикла поочередное ступенчатое вращательное движение поворачиваясь строго на угол. P, который определяется условием эффективного разрушения конкретной горной породы. Сам же пневмоударник не вращается.

На фиг. 1 изображен погружной пневмоударник, продольный разрез; на фиг. 2 — поперечный разрез А-A на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 — разрез В-В на фиг.l; на фиг. 5-8 схема цикличной работы упорной насадки и породо" разрушающей коронки.

Погружной пневмоударник для бурения скважин содержит корпус l,óïîðную насадку 2 с выступами 3, имеющими скошенные поверхности (скосы) 4. В корпусе 1 расположены каналы 5 для подачи сжатого воздуха, выпускные отверстия 6 и 7 и каналы 8. Внутри корпуса 1 установлен статор 9 и ротор 1О пневматического поворотного механизма, Статор 9 закрыт передней крышкой II к которой жестко крепится упорная насадка 2, Внутри корпуса расположен также воздухораспределительный механизм — цилиндр 12 с крышкой 13, центральными выступом !4 и продувочной трубкой 15. В стенках воздухораспределительного цилиндра

12 имеются впускные 16 и выпускные

17 отверстия для сжатого воздуха при рабочем ходе и впускные 18 и выпускные 19 отверстия при холостом ходе работы пневмоударника.

Внутри воздухораспределительного цилиндра 12 находится силовой цилиндр

10 с выступами 21, впусиными 22 и выпускными 23 отверстиями при рабочем ходе, а также выпускными 24 отверстиями при холостом ходе работы пневмоударника. Внутри силового цилиндра 20 находится ударник-поршень

25 со штоком 26, внутри которых имеются воздухораспределительные кана872747 . Пневмоударник прижат к забою скважины с силой F,,находящейся в пределах а„р вя 9

I лы. 27 поворотного механизма и проду20

Торцы выступов 4 упорной насадки

3 армирояаны твердым сплавом 52. Силовой цилиндр 20 крепится к крышке

37 штифтом 53, входящим в зацепление с выступами 21, В крьппке 36 имеется также продувочное отверстие 54.

55

Погружной пневмоудапник для бурения скважин работает следующим образом. вочное отверстие 28. На штоке 26 закреплена породоразрушающая коронка

29, армированная твердым сплавом 30. B породоразрушающей коронке 29 имеются отверстия 3! для продувки забоя скважины и отверстия 32 для обдува !5 скошенных поверхностей 4 выступов 3.

На шток 26 надета стопорная втулка

ЗЗ, которая связана с ним и с ротором !

О поворотного механизма шлицевым соединением 34. В стопорной втулке

33 имеются отверстия 35 для подачи сжатого воздуха в.пневматический поворотный механизм через каналы 27 и отверстие 36 в роторе 10 поворотного механизма. 25

Корпус 1 сзади закрыт крьппкой 37, в которой имеются каналы 38 для подачи сжатого воздуха в каналы 5 и продувочные окна 39. Внутри крьппки 37, закрытой крышкой-сальником 40, находится компенсационный поршень 41 и компенсационная пружина 42. Шток 43 компенсационного поршня 41 соединен с опорным фонарем 44, армированным по наружному диаметру твердым сплю вом 45. В силовом цилиндре 20 нахо35 дятся камера рабочего хода 46 и камера холостого хода 47 поршня 25. Для сообщения камеры 47 с полостью 48, расположенной между крышкой 19 и статором 9 поворотного механизма, в крыш!

0 ке 13 имеются отверстия 49.

Для продувки забоя скважины предназначены отверстия 50, проходящие через упорную насадку 2 и переднюю крышку 11 и соединяющиеся с выпускными каналами 8 через кольцевую проточку

51 в корпусе 1. где Г= 3,14;

d — диаметр. компенсационного поршня 4; р — давление сжатого воздуха;

f — сила максимального сжатия компенсационной пружины 42.

Пневмоударник опирается на забой скважины направляющими выступами 3 упорной наладки 2. При рабочем хо де поршня 25 воэдухораспределительный цилиндр 12 находится в крайнем заднем положении, и фланец стопорной втулки 33 зажат между торцом силового цилиндра 20 и крьппкрй 13.

Сжатый воздух через каналы 38 и 5 и впускные отверстия 16 и 22 пос тупает в камеру рабочего хода 46, толкая поршень 25 вперед. Поршень

25 совершает прямолинейное движение за счет.шлицевого соединения 34 с зажатой стопорной втулкой 33, вытесняя воздух через выпускные отверстия 23 и 17 и каналы 8, кольцевую проточку 51 и отверстия 50. На поршень 25 действует сила

Cd+ P

4 где d„ — диаметр поршня 25.

Такая же сила действует и на дно силового цилиндра 20. Так как 4 >д и к и Гр„> Г, то пневмоударник начинает обратное поршню движение, т ° е. происходит отдача(фиг.5).

В момент нанесения породорвзру1 шающей коронкой 29 удара по забою ,скважины весь пневмоударник эа счет отдачи уже отходит от забоя и продувочная трубка 15 через каналы 27, отверстия 35 и 36 открывает доступ сжатого воздуха в поворотный механизм, в результате чего статор 9 поворотного механизма вместе с передней крышкой ll и закрепленной на ней упорной накладкой 2 поворачивается в направлении общего вращения породоразрушающей коронки 29 относительно непоцвижного ротора 10 поворотного меха872747 низма, так как он соединен с породоразрушающей коронкой 29, а она внедряется в забой скважины (фиг. 6).Поворот упорной насадки 2 происходит до соприкосновения выступов 3 с перьями породоразрушаюфей коронки 29.

В го же время как поршень 25, связанный с породоразрушающей коронкой 29 остается на месте, пневмоударник продолжает движение назад, что приводит к перекрйтищ поршнем 25 выпускных отверстий 23 и сжатию воздуха в камере холостого хода 47. В момент, когда сила давления сжатого воздуха на фланец стопорной втулки 33 превысит силу давления сжатого воздуха на центральный выступ !

4, воздухораспределительный цилиндр !

2 перемещается в крайнее переднее положение. Это приводит к .закрытию впускных 22 и выпускных 23 отверстий, соединению выпускных отверстий 24 с внешней средой и каналов 5 с камерой холостого хода 47 через отверстия 18.

В каяере рабочего хода 46 и поворотном механизме давление воздуха понижается, а .в камере холостого хода

47 — достигает максимума.

Поршень 25 начинает холостой ход и одновременно с ним весь пневмоудар ник перемещается вперед (к забою), причем намного быстрее, чем он отходит от забоя (фиг. 7). Это вызвано тем, что если при давлении от забоя на пневмоударник действует сила

F =. FpX - F, то при движении к забою йа него действует сила

F2 = Fax+ F 1 где F>> — сила давления на поршень

25 при холостом ходе и

< (dП- ш)Р

F)(gгде 4ш — диаметр штока 29.

Следователь|о, сила F >> Г!

Упорная насадка 2 своими выступами 3 приходит в соприкосновение с забоем. Породоразрушающая коронка

29, отходя назад и скользя своими перьями по наклонным поверхностям, 4 выступов 3, совершает поворот я по достижении крайнего заднего положения этот поворот составляет угол для предотвращения попадания раэдвобленной породы в зону контакта ко5

1О

55 ранки 28 и поверхностей выступов 4 последние обдуваются воздухом через отверстия 32.

Одновременно с поступлением сжатого воздуха в камеру холостого хода

47 он по отверстиям 49 поступает в полость 48. Ввиду того, что отверстия 49 малы, давление сжатого воздуха в полости 48 выравнивается с давлением в камере холостого хода 41 лишь в конце холостого хода поршня

25, когда он перекрывает выпускные отверстия 24. Дальнейшее движениепоршня 25 приводит к сжатию воздуха в камере рабочего хода 46, и давлением сжатого воздуха на выступ 14 воздухораспределительный цилиндр 12 перемещается в крайнее заднее положение. Это приводит к перекрытию подачи сжатого воздуха в камеру холостого хода 47, открытие выпускных 23, впускных 22 отверстий и закрытию выпускных отверстий 24. Воздух иэ полости 48 через отверстия 7, каналы

8, кольцевую проточку 51 и отверстия

50 выходит наружу. 3а счет этого и постоянной подачи сжатого воздуха по продувочной трубке !5 через отверстия 28 и 31 осуществляется продувка забоя скважин.

Так заканчивается цикл и начинается новый.

При отведении пневмоударника от забоя скважины компенсационный поршень 41, переместившись назад, откры вает продувочные окна 32. Большая часть сжатого .воздуха выходит через низ в скважину, осуществляя интенсивную ее продувку.

Опорный фонарь 44 предназначен для разгрузки пневмоударника от.веса буровых штанг в йаправлении, перпендикулярном оси скважины, что облегчает вращение системы упорная насадка — породораэрушающая коронка.

Формула изобретения

Погружной пневмоударник, содеряйщйи корпус, упорную насадку с выступами, передающую осевое усилие подачи на забой скважины, ударник соединенный с породоразрушающей корон кой и воздухораспределительный меха" низм а т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения скорости бурения, он имеет пневматический поворотный механизмр имеющий воздухораспределительные каналь|, статор и ротор, при этом упорная насадка жестко соединена со статором, а ударник соединен с ротором с возможностью перемещения в продольном осевом направлении, причем воздухораспределительные каналы поворотного механизма вы-. полнены в ударнике, а поверхности выступов упорной насадки скошены под острым углом и продольной оси пневмоупарника.

2. Пневмоударник по п. 1, о т л и., ч а ю шийся тем, что угол скоса поверхности выступов упорной насадки определяется выражением =агент

Жди

Ь ъ60@

872747

l0 где с - угол скоса поверхности выступов упорной насадки;

d -наружный диаметр упорной наМ садки;

5 (Ь- угол поворота породоразрушающей коронки;

1-ход ударника.

Источники информации, гринятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство CCCR

В 508588, кл. E 21 С 3/24, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 206468, кл. E 21 С 3 24, 1966. (прототип).

872747 г

tli

puz 7

Составитель О. Серегина

Техред М. Рейвес Корректор Г. Решетник

Редактор М. Погориляк

Подписное

Заказ 9872/50 Тираж 630

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4