ПОГРУЖНОЙ ПНЕВМОУДАРНИК Российский патент 1996 года по МПК E21C3/24 E21B4/14 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в погружных пневмоударниках, предназначенных для бурения скважин в породах различной крепости.

Известен пневмоударник погружной, содержащий корпус, размещенный в корпусе с образованием камер рабочего и холостого ходов, сообщенных с атмосферой посредством радиальных отверстий в корпусе, и возможностью возвратно-поступательного движения поршень-ударник с центральным каналом и клапан с трубкой, входящей свободным концом в центральный канал поршня-ударника [1]
Недостатком этого пневмоударника является использование в нем системы воздухораспределения, при которой выхлоп из камер рабочего и холостого хода осуществляется через радиальные отверстия корпуса, расположенные выше забоя скважины. При такой системе воздухораспределения на забой скважины поступает только часть идущего через пневмоударник сжатого воздуха, что существенно ухудшает очистку поверхности забоя от разрушенной породы и охлаждение породоразрушающего инструмента. В результате производительность бурения и стойкость инструмента снижаются.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является пневмоударник погружной, содержащий корпус, на одном конце которого закреплен переходник для соединения с колонной штанг, а на другом переходная втулка с буксой для присоединения буровой колонки, размещенный в корпусе с образованием камер рабочего и холостого ходов и возможностью возвратно-поступательного движения трехступенчатый полый поршень ударник с уменьшающимся в направлении ударного торца диаметром ступеней, выхлопным отверстием, выполненным в ступени наименьшего диаметра, и двумя последовательно расположенными внутренними расточками, одна из которых выполнена в средней ступени и сообщена с камерой рабочего хода, а вторая в наибольшей по диаметру ступени и сообщена с камерой холостого хода, и жестко закрепленную в переходнике одним концом воздухораспределительную трубку с участком меньшего диаметра на свободном конце, входящим в полость поршня-ударника, глухим осевым каналом и выполненными в стенках трубки радиальными отверстиями, поочередно сообщающими осевой канал с камерами рабочего и холостого ходов через соответствующие расточки поршня-ударника [2]
В этом пневмоударнике использована прямоточная система воздухораспределения, при которой весь проходящий через пневмоударник сжатый воздух поступает на забой, что улучшает очистку забоя от продуктов разрушения и охлаждение буровой коронки.

Недостаток этого пневмоударника состоит в малой прочности поршня-ударника, что объясняется наличием в теле поршня-ударника зон с повышенной концентрацией напряжений и участков с пониженной прочностью вследствие сложной конфигурации наружного и внутреннего контура поршня-ударника. Неравнопрочность поршня-ударника по длине приводит к его преждевременному разрушению по наиболее опасным сечениям. Особенно опасны в этом отношении участки перехода одной ступени поршня-ударника в другую.

Задача изобретения обеспечение равнопрочности поршня-ударника по длине и повышение за счет этого общей работоспособности пневмоударника.

Для этого в известном ударнике погружном, содержащем корпус, на одном конце которого закреплен переходник для соединения с колонной штанг, а на другом переходная втулка с буксой для присоединения буровой коронки, размещенный в корпусе с образованием камер рабочего и холостого ходов и возможностью возвратно-поступательного движения трехступенчатый полый поршень-ударник с уменьшающимся в направлении ударного торца диаметром ступеней, выхлопным отверстием, выполненным в ступени наименьшего диаметра, и двумя последовательно расположенными внутренними расточками, одна из которых выполнена в средней ступени и сообщена с камерой рабочего хода, а вторая в наибольшей по диаметру ступени и сообщена с камерой холостого хода, и жестко закрепленную в переходнике одним концом воздухораспределительную трубку с участком меньшего диаметра на свободном конце, входящим во внутрь поршня-ударника, глухим осевым каналом и выполненными в стенках трубки радиальными отверстиями, поочередно сообщающими осевой канал с камерами рабочего и холостого ходов через соответствующие расточки поршня-ударника, согласно изобретению диаметр выхлопного отверстия составляет 0,45-0,5, а диаметр расточек 0,6-0,7 диаметра соответствующих ступеней поршня-ударника.

Указанные соотношения между диаметрами выхлопного отверстия и расточками поршня-ударника и диаметрами его соответствующих ступеней позволяют получить равнопрочный по длине поршень-ударник и тем самым увеличить срок его службы.

Изобретение поясняется чертежом.

Пневмоударник содержит корпус 1 с переходником 2 для соединения с колонной штанг на одном конце и с переходной втулкой 3 в комплекте с буксой 4 для присоединения буровой коронки 5 на другом конце. В корпусе 1 размещен с образованием камер рабочего 6 и холостого 7 ходов и возможностью возвратно-поступательного движения трехступенчатый поршень-ударник 8. Диаметр ступеней поршня-ударника уменьшаются в направлении ударного торца, т.е. D₁ > D₂ > D₃. В ступени наименьшего диаметра (D₃) выполнено выхлопное отверстие 9, диаметр которого (d₁) составляет 0,45-0,5 диаметра этой ступени, т.е. d₁ (0,4-0,5D₃). В средней ступени выполнена внутренняя расточка 10, сообщенная посредством боковых наклонных каналов и наружных продольных пазов 12 сообщена с камерой рабочего хода 6. В наибольшей по диаметру ступени выполнена внутренняя расточка 13, сообщенная посредством аналогичных каналов 14 и пазов 15 с камерой холостого хода 7. Диаметр расточек 10 и 13 составляют 0,6-0,7 диаметра соответствующих ступеней поршня-ударника 8, т.е. d₂/D₂= d₃/D₃ 0,6-0,7. В переходнике 2 жестко закреплена воздухораспределительная трубка 16. Свободный конец трубки, который заканчивается участком 17 меньшего диаметра входит в полость поршня-ударника 8. В трубке 16 выполнены глухой осевой канал 18 и боковые радиальные отверстия 19, поочередно сообщающие канал 18 с камерами рабочего 6 и холостого 7 ходов через расточки 10 и 13 поршня-ударника 8.

Пневмоударник погружной работает следующим образом.

В процессе бурения на буровую коронку 5 передается осевая нагрузка и крутящий момент, а в скважину через колонну штанг подается сжатый воздух. Поступающий в пневмоударник воздух через осевой канал 18 и боковые радиальные отверстия 19 воздухораспределительной трубки 16, расточки 10 или 13, боковые наклонные каналы 11 или 14 и наружные продольные пазы 12 или 15 поршня-ударника 8 поочередно подается в камеры рабочего 6 или холостого 7 ходов. В результате поршень-ударник 8 совершает возвратно-поступательное движение, нанося удары по хвостовику буровой коронки 5. Под действием осевой нагрузки, крутящего момента и ударных импульсов рабочие элементы коронки внедряются в породу и разрушают ее. Отработанный в пневмоударнике сжатый воздух по продувочному каналу коронки поступает на забой скважины для удаления разрушенной породы.

Благодаря оптимальным соотношениям между диаметрами выхлопного отверстия, расточек и соответствующих ступеней поршня-ударника, обеспечивающим последнему равнопрочность по всей его длине, сводится к минимуму возможность преждевременного разрушения поршня-ударника, чем достигается увеличение срока его службы.

Таким образом при осуществлении изобретения может быть получен технический результат, состоящий в повышении общей работоспособности пневмоударника.

Использование: бурение скважин в породах различной крепости. Сущность изобретения: пневмоударник содержит корпус, на одном конце которого закреплен переходник для соединения с колонной штанг, а на другом - переходная втулка с буксой для присоединения буровой коронки. В корпусе размещен с образованием камер рабочего и холостого ходов и возможностью возвратно-поступательного движения трехступенчатый полый поршень-ударник. Диаметр ступеней уменьшается в направлении ударного торца. В ступени меньшего диаметра выполнено выхлопное отверстие, диаметр которого составляет 0,45 - 0,5 диаметра этой ступени. В средней ступени выполнена внутренняя расточка, сообщенная с камерой рабочего хода. В наибольшей по диаметру ступени выполнена внутренняя расточка, сообщенная с камерой холостого хода. Диаметр расточек составляет 0,6 - 0,7 диаметра соответствующих ступеней поршня-ударника. 1 ил.

ПОГРУЖНОЙ ПНЕВМОУДАРНИК, содержащий корпус, на одном конце которого закреплен переходник для соединения с колонной штанг, а на другом - переходная втулка с буксой для присоединения буровой коронки, размещенный в корпусе с образованием камер рабочего и холостого ходов с возможностью возвратно-поступательного перемещения трехступенчатый полый поршень-ударник с уменьшающимся в направлении ударного торца диаметром ступеней, выхлопным отверстием, выполненным в ступени наименьшего диаметра, и двумя последовательно расположенными внутренними расточками, одна из которых выполнена в средней ступени и сообщена с камерой рабочего хода, а другая - в наибольшей по диаметру ступени и сообщена с камерой холостого хода, и жестко закрепленную в переходнике одним концом воздухораспределительную трубку с участком меньшего диаметра на свободном конце, входящим в полость поршня-ударника, глухим осевым каналом и выполненными в стенках трубки радиальными отверстиями, поочередно сообщающими осевой канал с камерами рабочего и холостого ходов через соответствующие расточки поршня-ударника, отличающийся тем, что диаметр выхлопного отверстия составляет 0,45 - 0,5 а диаметр расточек - 0,6 - 0,7 диаметра соответствующих ступеней поршня-ударника.