ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОНАПОРНЫХ СТРУЙ Российский патент 1997 года по МПК E21B7/18 

Изобретение относится к буровой технике и может найти применение в качестве гидравлического устройства, использующего энергию истечения высоконапорных струй жидкости, для разрушения горных пород.

Известно гидравлическое устройство, включающее корпус с цилиндрическими камерами, расположенными по периметру, причем вдоль оси корпуса выполнен центральный канал с расточкой, в которой помещен вращающийся золотник.

Недостаток известного устройства заключается в ограниченном размере цилиндрических камер, что снижает коэффициент мультипликации.

Известно также гидравлическое устройство для создания высоконапорных струй, включающее корпус, переходник, полый клапан, насадки, полый поршень, связанный с полым штоком.

Недостатком данного устройства является малый расход рабочей жидкости и низкий коэффициент мультипликации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гидравлическое устройство для создания высокнапорных струй, которое включает корпус, переходник, полый клапан, насадки, полый поршень, связанный с полым штоком, переходник, снабженный сливным клапаном с тягой, проходящей внутри полого поршня и штока, при этом в переходнике выполнен обводной канал.

Недостатком данного гидравлического устройства является циклическая подача высоконапорных струй через насадки на забой, т. е. при рабочем ходе образуются высоконапорные струи, а при холостом ходе истечение жидкости происходит без высокого давления, что уменьшает производительность устройства.

Цель изобретения повышение производительности устройства путем создания непрерывном подачи высоконапорных струй.

Указанная цель достигается тем, что в гидравлическом устройстве для создания высоконапорных струй, содержащем корпус, на нижнем конце которого закреплена головка с насадками, размещенный в корпусе полый поршень с плунжером, устройство снабжено гильзой с окнами, образующей с корпусом кольцевые каналы для подвода и отвода энергоносителя к поршню, золотником с перепускными каналами на обоих концах и проточками на внешней поверхности, закрепленным в нижней части корпуса вытеснителем в виде поршня в двухсторонним штоком, имеющим радиальные, осевой и выполненный концентрично осевому кольцевой каналы, при этом поршень имеет выполненные по периметру параллельно оси устройства перепускные каналы и центральный канал, в котором установлен золотник и радиальные расточки в теле поршня для сообщения кольцевых каналов для подвода и отвода энергоносителя с центральным каналом, надпоршневой и подпоршневой полостями, образованными между гильзой и поршнем с плунжером, при этом последний установлен с возможностью перемещения относительно вытеснителя и образует с ним две полости для подачи высоконапорных струй как в процессе рабочего, так и холостого ходов поршня посредством соответственно радиальных, осевого и кольцевого каналов в вытеснителе, которые связаны с насадками головки посредством выполненных в нижней части корпуса каналов и системы обратных клапанов.

Сопоставительный анализ предлагаемого устройства с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается тем, что оно снабжено гильзой с окнами, образующей с корпусом кольцевые каналы для подвода и отвода энергоносителя к поршню, золотником с перепускными каналами на обоих концах и проточками на внешней поверхности, закрепленным в нижней части корпуса вытеснителем в виде поршня с двухсторонним штоком, имеющим радиальные, осевой и выполненный концентрично осевому кольцевой каналы, при этом поршень имеет выполненные по периметру параллельно оси устройства перепускные каналы и центральный канал, в котором установлен золотник и радиальные расточки в теле поршня для сообщения кольцевых каналов для подвода и отвода энергоносителя с центральным каналом, надпоршневой и подпоршневой полостями, образованными между гильзой и поршнем с плунжером, при этом последний установлен с возможностью перемещения относительно вытеснителя и образует с ним две полости для подачи высоконапорных струй как в процессе рабочего, так и холостого ходов поршня посредством, соответственно, радиальных, осевого и кольцевого каналов в вытеснителе, которые связаны с насадками головки посредством выполненных в нижней части корпуса каналов и системы обратных клапанов.

Из научно-технической и патентной литературы известны следующие признаки: выполнение полого поршня и расположение в нем золотника, использование насоса двухстороннего действия. Все другие признаки неизвестны. Поскольку часть признаков не известна, а для достижения поставленной цели необходима совокупность признаков, то на основании изложенного можно сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

Наличие в предлагаемом устройстве гильзы с окнами, образующей с корпусом кольцевые каналы для подвода и отвода энергоносителя к поршню, золотника с перепускными каналами на обоих концах и проточками на внешней поверхности, закрепленного в нижней части корпуса вытеснителя в виде поршня с двухсторонним штоком, имеющим радиальные, осевой и выполненный концентрично осевому кольцевой каналы, при этом поршень имеет выполненные по периметру параллельные оси устройства перепускные каналы и центральный канал, в котором установлен золотник и радиальные расточки в теле поршня для сообщения кольцевых каналов для подвода и отвода энергоносителя с центральным каналом, надпоршневой и подпоршневой полостями, образованными между гильзой и поршнем с плунжером, при этом последний установлен с возможностью перемещения относительно вытеснителя и образует с ним две полости для подачи высоконапорных струй как в процессе рабочего, так и холостого ходов поршня посредством, соответственно, радиальных, осевого и кольцевого каналов в вытеснителе, которые связаны с насадками головки посредством выполненных в нижней части корпуса каналов и системы обратных клапанов, позволяет исключить циклическую подачу высоконапорных струй.

Таким образом, достигается цель изобретения: повышение производительности устройства путем создания непрерывной подачи высоконапорных струй.

Следовательно можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию "положительный эффект".

Гидравлическое устройство для создания высокнапорных струй состоит из трех основных частей: механизма привода поршня (включающего поршень, золотник, гильзу), поршневого насоса двухстороннего действия (включающего вытеснитель, плунжер и четыре обратных клапана) и головки с насадками.

На фиг. 1, 2, 3 и 4 схематично показано гидравлическое устройство для создания высоконапорных струй с расположением каналов внутри него в разных плоскостях (сечениях).

Гидравлическое устройство для создания высоконапорных струй содержит корпус 1, в котором размещена гильза 2 с окнами 3, 4, 5 для подвода и отвода рабочей жидкости (энергоносителя) к механизму привода поршня. Гильза с обеих сторон зажата при помощи переводников 6 и 7. В центральном канале поршня 8 расположен золотник 9. Внутри поршня 8 выполнены буртики 10 и 11, ограничивающие движение золотника 9 относительно поршня, при этом поршень 8 имеет выполненные по периметру параллельно оси устройства перепускные каналы 12 17 и радиальные расточки 18 30 в теле поршня, а золотник 9 выполнен с перепускными каналами 31, 32 на обоих концах и проточками 33 36 на внешней поверхности, посредством которых обеспечивается перераспределение линий подвода и отвода рабочей жидкости к камерам 37 40 в процессе работы устройства.

Сверху над поршнем 8 установлена ограничительная крышка 41, зажатая между гильзой 2 и переводником 6, в котором выполнены радиальные отверстия.

В нижней части корпуса 1 закреплен вытеснитель 42 в виде поршня с двухсторонним штоком, имеющий радиальные, осевой и выполненный концентричного осевому кольцевой каналы для подвода рабочей жидкости к камерам насоса 43 и 44, установлены четыре обратных клапана 45 48, закреплена головка 49 с насадками 50, установленными в каналах высокого давления 51.

Между гильзой 2 и корпусом 1 образованы кольцевые каналы 52, 53 для отвода энергоносителя к поршню 8, который жестко связан с плунжером 54. Кольцевой канал 53 соединен с магистралью слива 55.

Гидравлическое устройство для создания высоконапорных струй работает следующим образом. Рабочая жидкость от бурового насоса поступает через радиальные отверстия в переводнике 6 в верхний кольцевой канал 52, образованный между корпусом 1 и гильзой 2, далее через подводящие окна в гильзе, радиальные расточки 24 и 25 и перепускные каналы 13 внутри поршня 8 подается в камеру 38. Давление рабочей жидкости в камере 38 действует на поршень 8 и перемещает его вверх вместе с золотником 9. Золотник 9 при этом поджат давлением жидкости к буртику 10, выполненному на внутренней поверхности поршня 8, камера 40 через радиальную расточку 19, перепускной канал 17 внутри поршня 8 и подводящие окна 4 в гильзе соединена с кольцевым каналом 52, а камера 39 соединена через перепускной канал 31 внутри золотника, радиальную расточку 18, перепускной канал 16 внутри поршня, через отводящие окна 5 в гильзе, кольцевой канал 53 с магистралью слива 55.

Отработанная жидкость из камеры 37 через перепускные каналы 12 внутри поршня, радиальные расточки 22 и 23, проточку 33, перепускной канал 16 и сливные окна 5 в гильзе вытесняется в кольцевой канал 53.

После того, как золотник 9 упрется своим торцом в выступ ограничительной крышки 41 произойдет перемещение золотника и поршня друг относительно друг в результате чего перекроются золотником радиальная расточка 18, связывающая камеру 39 через перепускной канал 31, проточку 35, перепускной канал 16 с кольцевым каналом 53, и радиальная расточка 19, связывающая камеру 40 через перепускной канал 17, окна 4 с кольцевым каналом 52. Одновременно с этим произойдет открытие радиальных расточек 20 и 21, вследствие чего камера 39 соединится с кольцевым каналом 52, а камера 40 с магистралью слива 55 и золотник 9 под действием перепада давления переместится вниз до упора в буртик 11. При перемещении золотника вниз произойдет перераспределение линий подвода и отвода рабочей жидкости к камерам 37 и 38: радиальная расточка 22, связанная с магистралью слива, перекроется золотником, радиальная расточка 23, связанная с камерой 37, соединится посредством проточки 33 на золотнике с радиальной расточкой 24, связанной через перепускной канал 17, окна 4 с кольцевым каналом 52, радиальная расточка 25, связанная через перепускные каналы 13 с камерой 38, соединится посредством проточки 34 на золотнике с радиальной расточкой 26, связанной через перепускной канал 16 и окна 5 с магистралью слива. В результате чего камера 37 соединится с кольцевым каналом 52, а камера 38 с магистралью слива и поршень 8 с плунжером 54 начнет двигаться вниз. При этом рабочая жидкость будет под высоким давлением вытесняться из камеры 43 по каналу внутри вытеснителя через обратный клапан 48, каналы высокого давления 51 и насадки 50, головки 49 (см. фиг. 3), а камера 44 будет заполняться рабочей жидкостью, поступающей из магистрали слива 55 через обратный клапан 45 (см. фиг. 2).

В середине хода поршня произойдет отсечение радиальной расточки 20 посредством закрытия окон 3 от кольцевого канала 52 и подключение к кольцевому каналу 52 через окна 4 радиальной расточки 27. В тоже время произойдет отсечение радиальной расточки 21 посредством закрытия окон 5 от магистрали слива и подключение к магистрали слива радиальной расточки 28 через окна 5 и перепускной канал 14.

Затем при перемещении поршня вниз золотник своим торцом упрется в торец вытеснителя 42, золотник 9 и поршень 8 переместятся друг относительно друга. Далее (аналогично рассмотренному при перемещении поршня вверх) произойдет перераспределение линий подвода и отвода рабочей жидкости к камерам 39 и 40, а именно перекроются золотником радиальная расточка 30, связывающая камеру 40 через перепускной канал 32, проточку 36, окна 5, кольцевой канал 53 с магистралью слива, и радиальная расточка 29, связывающая камеру 39 через перепускной канал 17, окна 4 с кольцевым каналом 52. Одновременно с этим произойдет открытие радиальных расточек 27 и 28, вследствие чего камера 40 соединится с кольцевым каналом 52, а камера 39 с магистралью слива и золотник под действием перепада давления переместится вверх до упора в буртик 10. При перемещении золотника вверх произойдет перераспределение линий подвода и отвода рабочей жидкости к камерам 37 и 38, а именно радиальная расточка 26, связанная с магистралью слива, перекроется золотником, радиальная расточка 25, связанная через пропускные каналы 13 с камерой 38, соединится посредством проточки 34 на золотнике с радиальной расточкой 24, связанной через перепускной канал 17, окна 4 с кольцевым каналом 52, радиальная расточка 23, связанная через перепускные каналы 12 с камерой 37, соединится посредством проточки 33 на золотнике с радиальной расточкой 22, связанной с магистралью слива.

В результате чего камера 38 соединится с кольцевым каналом 52, а камера 37 с магистралью слива. При этом поршень 8 с плунжером 54 начнет двигаться вверх, а рабочая жидкость будет вытесняться под высоким давлением из камеры 44 по каналу внутри вытеснителя через обратный клапан 46, каналы высокого давления 51 и насадки 50, головки 49 (см. фиг. 2), а камера 43 будет заполняться рабочей жидкостью, поступающей из магистрали слива 55 через обратный клапан 47 (см. фиг. 3).

В середине хода поршня произойдет отсечение радиальной расточки 27 от кольцевого канала 52 и подключение к кольцевому каналу 52 через окна 3 радиальной расточки 20. В то же время произойдет отсечение радиальной расточки 28 от магистрали слива и подключение к магистрали слива радиальной расточки 21 через окна 5.

После чего процесс повторяется.

Предлагаемое гидравлическое устройство для создания высоконапорных струй обеспечивает создание высоконапорных струй за счет увеличения давления, которое пропорционально отношению его диаметров (см. фиг. 2):

P₁ давление рабочей жидкости на входе в устройство, МПа;
P₂ давление рабочей жидкости на выходе из устройства, МПа;
D наружный диаметр поршня, мм;
D₁ диаметр поршневой части вытеснителя, мм;
d₁ диаметр штоковой части вытеснителя, мм.

Преимущество предлагаемого гидравлического устройства для создания высоконапорных струй состоит в том, что оно позволяет устранить циклическую подачу высоконапорных струй за счет конструктивного решения механизма привода поршня и использования его в работе совместно с поршневым насосом двухстороннего действия, что дает возможность повысить производительность устройства.

Использование: изобретение относится к буровой технике и может найти применение в качестве гидравлического устройства, использующего энергию истечения высоконапорных струй жидкости для разрушения горных пород. Сущность изобретения: гидравлическое устройство содержит корпус, на нижнем конце которого закреплена головка с насадками, размещенный в корпусе полый поршень с плунжером и золотник с перепускными каналами и проточками и размещенный в нижней части корпуса вытеснитель в виде поршня с двухсторонним штоком, при этом поршень с плунжером установлен с возможностью перемещения относительно вытеснителя и образует с ним две полости для подачи высоконапорных струй как в процессе рабочего, так и холостого ходов поршня, посредством соответственно радиальных, осевого и шлицевого каналов в вытеснителе, которые связаны с насадками головки посредством выполненных в нижней части корпуса каналов и системы обратных клапанов. 4 ил.

Гидравлическое устройство для создания высоконапорных струй, содержащее корпус, на нижнем конце которого закреплена головка с насадками, размещенный в корпусе полый поршень с плунжером, отличающееся тем, что устройство снабжено гильзой с окнами, образующей с корпусом кольцевые каналы для подвода и отвода энергоносителя к поршню, золотником с перепускными каналами на обоих концах и проточками на внешней поверхности, закрепленным в нижней части корпуса вытеснителем в виде поршня с двусторонним штоком, имеющим радиальные, осевой и выполненный концентрично осевому кольцевой каналы, при этом поршень имеет выполненные по периметру параллельно оси устройства перепускные каналы и центральный канал, в котором установлен золотник, и радиальные расточки в теле поршня для сообщения кольцевых каналов подвода и отвода энергоносителя с центральным каналом, надпоршневой и подпоршневой полостями, образованными между гильзой и поршнем с плунжером, при этом последний установлен с возможностью перемещения относительно вытеснителя и образует с ним две полости для подачи высоконапорных струй как в процессе рабочего, так и холостого ходов поршня, посредством соответственно радиальных, осевого и кольцевого каналов в вытеснителе, которые связаны с насадками головки посредством выполненных в нижней части корпуса каналов и системы обратных клапанов.