ПНЕВМОИМПУЛЬСНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1994 года по МПК E21C45/00 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для разрушения и перемещения слабосцементированных горных пород, например при скважинной гидродобыче полезных ископаемых или при создании подземных полостей хранения газообразных, жидких и твердых веществ.

Известно пневматическое устройство ударного типа, содержащее корпус, трубчатые направляющие которого образуют замкнутый контур и сведены нижними концами в наконечник, перемещаемый в корпусе ударный шар под действием давления сжатого воздуха, подаваемого в устройство через сопло и удаляемого из него через выхлопные отверстия, и наковальню, передающую ударные импульсы обрабатываемой среде [1] .

Используемые в этом устройстве трубчатые направляющие изогнуты по радиусу, что трудно согласовать с поперечными размерами скважины. Кроме того, энергия единичных ударов шаров в таком устройстве низка.

Известно также пневмоимпульсное устройство, включающее корпус по меньшей мере с одним отверстием, образующие замкнутый контур трубчатые направляющие, ударный шар, расположенный в направляющих, выполненное в верхней части одной из направляющих выхлопное отверстие и размещенные под ним подпружиненный клапан и сопло для подачи сжатого воздуха [2] .

Некоторое увеличение энергии удара шаровых бойков и энергии выхлопа, а также облегчение условий запуска расширяет возможности применения пневмоимпульсного устройства такого типа. В то же время для многих технологических процессов уровень этой энергии остается недостаточно высоким.

Задача изобретения состоит в увеличении энергии выхлопа газового рабочего агента, а также движения и ударов шаров.

Поставленная задача решается тем, что пневмоимпульсное устройство, включающее корпус по меньшей мере с одним отверстием, образующие замкнутый контур трубчатые направляющие, ударный шар, расположенный в направляющих, выполненное в верхней части одной из направляющих выхлопное отверстие и размещенные под ним подпружиненный клапан и сопло для подачи сжатого воздуха, согласно изобретению снабжено фиксатором, установленным перед выхлопным отверстием на внутренней поверхности трубчатой направляющей, при этом в трубчатой направляющей над фиксатором выполнено дополнительное отверстие для сообщения ее полости с полостью корпуса, выполненной герметичной, а выхлопное отверстие совмещено с отверстием корпуса.

Решению поставленной задачи способствует также то, что фиксатор выполнен в виде кольцевого буртика из упругого материала, а также то, что фиксатор выполнен в виде подпружиненных твердых элементов.

Наличие фиксатора, размещенного на внутренней стенке трубчатой направляющей непосредственно перед выхлопным отверстием, задерживает движение шара, перекрывающего сечение в направляющей, при этом в трубчатой направляющей увеличивается давление сжатого воздуха до тех пор, пока оно не создает усилия на шар, достаточного для преодоления фиксатора. Проскакивание шара осуществляется с высокой кинетической энергией.

На фиг. 1 показано предлагаемое пневмоимпульсное устройство, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 1; на фиг. 7 - вариант выполнения фиксатора с подпружиненными твердыми элементами.

Пневмоимпульсное устройство включает корпус 1, выполненный герметичным, с нижним сменным наконечником 2 и верхним переходником 3, снабженным камерой 4. Трубчатые направляющие 5 и 6 образуют замкнутый контур и расположены в корпусе 1. Нижние 7, 8 и верхние 9, 10 концы направляющих 5 и 6 корпуса 1 сведены соответственно в наконечники 11 и 12, которые выполнены с отражателями 13 и 14. В направляющую 5 введено сопло 15 для подачи сжатого воздуха, связанное через трубку 16 с камерой 4 переходника 3. Перед соплом 15 в направляющей 5 предусмотрено выхлопное отверстие 17 для выхода отработанного воздуха. Выхлопное отверстие 17 совмещено с отверстием корпуса 1. Непосредственно перед выхлопным отверстием 17 (по ходу потока воздуха) на внутренней поверхности трубчатой направляющей 5 установлен фиксатор 18, а между выхлопным отверстием 17 и соплом 15 установлен подпружиненный клапан 19, размещенный в кожухе 20. Пружина 21 закреплена на крышке 22 кожуха 20 таким образом, что установленный на оси 23 клапан 19, упираясь в пружину 21, частично перекрывает канал трубчатой направляющей 5 (фиг. 1 и 4). В направляющих 5 и 6 располагается ударный шарнир 24, в нерабочем состоянии находящийся в наконечнике 11. Регулирование положения и усилия пружины 21 осуществляется регулировочным винтом 25. В рассматриваемом примере пневмоимпульсного устройства фиксатор 18 выполнен в виде кольцевого бурта из упругого материала. Фиксатор 18 может быть выполнен и в виде подпружиненных твердых элементов 26, например шариков, частично выступающих в канал направляющей 5 и подпружиненных пружиной 27 (фиг. 7). Перед фиксатором 18 в направляющей 5 выполнено дополнительное отверстие 28 для сообщения полости направляющей с полостью 29, выполненной герметичной и образованной наконечником 2, корпусом 1 и переходником 3.

Пневмоимпульсное устройство работает следующим образом.

Пневмоимпульсное устройство спускают на трубах в скважину. Затем через камеру 4, трубки 16 подают в сопло 15 сжатый воздух. Струя сжатого воздуха, встречая сопротивление со стороны шара 24, поворачивает в направляющей 5 в сторону выхлопного отверстия 17, при этом воздух захватывает клапан 19, который полностью перекрывает канал в трубчатой направляющей 5. При дальнейшей подаче сжатого воздуха через сопло 15 внутрь направляющей 5 струя воздуха захватывает ударный шар 24 и перемещает его по замкнутому контуру внутри направляющих 5 и 6. Пройдя по направляющим 5 и 6 и изменяя направление в наконечниках 11 и 12, ударный шар 24 устанавливается на фиксаторе 18, выполненном, например, в виде кольцевого буртика. Так как выход воздуха из выхлопного отверстия 17 прекращается из-за перекрытия клапаном 19 канала направляющей 5, в каналах направляющих 5 и 8 начинает повышаться давление до момента срабатывания фиксатора 18 при деформации кольцевого буртика. После этого шар 24 выскакивает из фиксатора 18, проходит участок направляющей 5, получая высокую кинетическую энергию, ударяет по клапану 19 и, открывая его, попадает под струю сжатого воздуха, выходящего из сопла 15. Открытие клапана 19 шаром 24 способствует снижению давления внутри направляющих 5 и 6, а следовательно, и уменьшению прижимающего усилия, действующего на клапан со стороны сопла 15, в момент выхлопа воздуха из выхлопных отверстий 17. Далее цикл повторяется. После прохождения шара 24 клапан 19 под действием пружины 21 и обратного потока сжатого воздуха вновь перекрывает канал в направляющей 5. Проходя через клапан 19, шар 24, подхваченный струей сжатого воздуха, выходящего из сопла 15, вновь разгоняется по направляющим 5 и 6. При отбрасывании ударным шаром 24 клапана 19 к крышке 22 кожуха 20 удар о крышку смягчается пружиной 21, регулируемой винтом 25. Вырывающийся из выхлопного отверстия сжатый воздух в виде импульса воздействует на скважинную жидкость. Далее ударный импульс сжатого воздуха уже в виде пневмогидравлического удара вызывает разрушение стенок и потолочных частей ранее образовавшихся камер и перемещение частиц породы по естественным откосам к пульпосборнику.

Исходя из давления, развиваемого компрессорным оборудованием, с учетом сопротивления среды, в которую происходит выхлоп, а также усилия, необходимого ударному шару 24 для открытия подпружиненного клапана и вхождения в поток сжатого воздуха, подбирают различные материалы и размеры шара и фиксатора. Путем подбора конструктивных параметров устройства, производительности и давления струи сжатого воздуха можно изменять энергию выхлопа, движения ударного шара, частоту циклов работы, а следовательно, и степень пневмогидравлического воздействия на окружающую среду через выхлопное устройство. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 615207, кл. E 21 C 3/24, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР N 1434095, кл. E 21 C 3/24, 1988.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для разрушения и перемещения слабосцементированных горных пород. Сущность изобретения: пневмоимпульсное устройство включает корпус с рабочим отверстием, образующими замкнутый контур трубчатые направляющие, ударный шар и подпружиненный клапан, расположенные в направляющей. Фиксатор задерживают шар, перекрывая сечение трубчатой направляющей, что повышает давление и продавливает шар. Потоком сжатого воздуха шар поднимается и цикл его движения повторяется. Ударный импульс сжатого воздуха выходит через выхлопное отверстие и воздействует на скважинную жидкость. 2 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. ПНЕВМОИМПУЛЬСНОЕ УСТРОЙСТВО, включающее корпус по меньшей мере с одним отверстием, образующие замкнутый контур трубчатые направляющие, ударный шар, расположенный в направляющих, выполненное в верхней части одной из направляющих выхлопное отверстие и размещенные под ним подпружиненный клапан и сопло для подачи сжатого воздуха, отличающееся тем, что оно снабжено фиксатором, установленным перед выхлопным отверстием на внутренней поверхности трубчатой направляющей, при этом в трубчатой направляющей над фиксатором выполнено дополнительное отверстие для сообщения ее полости с полостью корпуса, выполненной герметичной, а выхлопное отверстие совмещено с отверстием корпуса. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фиксатор выполнен в виде кольцевого буртика из упругого материала. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фиксатор выполнен в виде подпружиненных твердых элементов.