ПОГРУЖНОЙ ПНЕВМОУДАРНИК Российский патент 1997 года по МПК E21B4/14 E21C3/24 

Изобретение относится к горным машинам и может быть применено при бурении скважин.

Известен погружной пневмоударник [1] включающий корпус, ударный поршень с центральным каналом, воздухораспределительное устройство с консольно выступающим в камеру рабочего хода выпускным стержнем, осуществляющим выхлоп из камеры рабочего хода, и выпускную трубку, осуществляющую выхлоп из камеры холостого хода, установленную коаксиально поршню, один конец которой закреплен в центральном выхлопном канале буровой коронки, а другой свободно выступает от ударного торца коронки.

Недостатком пневмоударника по патенту [1] является то, что выпускной стержень и выпускная трубка в момент выхлопа отработанного энергоносителя полностью выходят из центрального канала поршня и при износе центрирующих поясков корпуса, поршня и буровой коронки оси их могут значительно смещаться относительно оси центрального канала поршня, что препятствует обратному входу стержня и трубки в канал поршня и снижает надежность пневмоударника.

Кроме того, в пневмоударнике по патенту США выпускной стержень расположен в камере рабочего хода и занимает часть ее объема, что уменьшает ее аккумулирующие свойства в момент впуска энергоносителя, а выпускная трубка постоянно сообщает внутреннюю полость центрального канала поршня с выхлопным пространством, что не позволяет использовать полость центрального канала поршня в качестве дополнительного аккумулирующего объема камеры рабочего хода для повышения ударной мощности.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является погружной пневмоударник [2] включающий корпус, буровую коронку с центральным выхлопным каналом, размещенный в корпусе ударный поршень с центральным каналом, камеры рабочего и холостого хода, воздухораспределительное устройство, выполненное в виде двух патрубков, воздухоподводящего и выхлопного, установленных в центральном канале поршня и направленных глухими торцами друг к другу, а на открытых торцах установлены эластичные элементы.

Главным конструктивным недостатком этого пневмоударника является то, что выхлопной патрубок не закреплен, а поджат глухим торцем воздухоподводящего патрубка к хвостовику буровой коронки. При работе пневмоударника выхлопной патрубок перемещается между торцем впускного патрубка и хвостовиком буровой коронки, происходят частые соударения, что снижает надежность. Кроме того, установка воздухоподводящего патрубка в центральном канале поршня не позволяет использовать полость центрального канала поршня в качестве дополнительного аккумулирующего объема камеры рабочего хода для повышения ударной мощности.

Техническая задача, решаемая в предполагаемом изобретении, заключается в повышении надежности и ударной мощности.

Поставленная задача решается тем, что выхлопной патрубок, выполненный в виде стакана с радиальными пазами и глухим дном, закреплен со стороны открытого торца в центральном канале буровой коронки, а за глухим дном стакана в центральном канале ударного поршня образована аккумулирующая камера, открытая в камеру рабочего хода.

Закрепление выхлопного патрубка, выполненного в виде стакана, в центральном канале буровой коронки позволяет снизить ударные нагрузки на его торцы, что повышает надежность. Кроме того, отпадает необходимость удерживать выхлопной стакан торцем воздухоподводящего патрубка, что позволяет отказаться от использования воздухоподводящего патрубка для центрального подвода энергоносителя и осуществить подвод воздуха в камеры рабочего и холостого хода периферийно через воздухораспределительную гильзу.

При этом упрощается конструкция ударного поршня, так как отпадает необходимость в выполнении радиальных воздухораспределительных каналов. Такое исполнение ударного поршня более благоприятно для термической обработки, что повышает надежность поршня в условиях работы с повышенными ударными нагрузками.

Закрепление выхлопного стакана в канале буровой коронки позволяет за глухим дном стакана в центральном канале ударного поршня образовать дополнительную аккумулирующую камеру, аксиально открытую в камеру рабочего хода, что повышает ударную мощность. Кроме того, значительно упрощается на стадии разработки доводка предложенного пневмоударника по ударной мощности и расходу энергоносителя, так как объем дополнительной аккумулирующей камеры можно регулировать посредством изменения высоты выхлопного стакана, консольно выступающего от ударного торца буровой коронки в центральный канал поршня.

На чертеже схематически показан продольный разрез погружного пневмоударника.

В корпусе 1 установлена воздухораспределительная гильза 2 с продольными каналами 3 и радиальными 4 и 5, а также с впускными каналами рабочего и холостого хода 6 и 7. Внутренняя полость гильзы закрыта глухой перемычкой 8 переходника 9, снабженного радиальными каналами 10 и проточкой 11.

Во внутренней полости гильзы 2 установлен ударный поршень 12, который разделяет эту полость на камеру рабочего хода 13 и камеру холостого хода 14. Ударный поршень 12 выполнен с проточкой 15 и с центральным каналом, в котором выполнена расточка 16. В переднем отверстии корпуса 1 размещена буровая коронка 17 с центральным выхлопным каналом 18, в котором закреплен посредством демпфирующей втулки 19 стакан 20 с глухим дном 21 и радиальными пазами 22 и 23. Стакан 20 установлен и закреплен в буровой коронке со стороны открытого торца, а за глухим дном 21 образована дополнительная аккумулирующая камера 24, открытая аксиально в камеру рабочего хода 13.

Пневмоударник работает следующим образом.

Энергоноситель поступает в переходник 9 к глухой перемычке 8 и через радиальные каналы 10, проточку 11 в продольный канал 3 гильзы 2. Затем энергоноситель проходит по радиальному каналу 4 в проточку 15 поршня 12 и по впускному каналу 7 в камеру холостого хода 14. Поршень 12 совершает холостой ход. При холостом ходе поршня радиальное вскрытие канала 7 перекрывается боковой поверхностью поршня 12 и подача энергоносителя из проточки 15 в камеру холостого хода 14 прекращается, а затем поршень открывает радиальные пазы 22 стакана 20 и из камеры холостого хода 14 происходит выхлоп через открытый торец стакана в центральный выхлопной канал 18 буровой коронки 17, установленной в переднем отверстии корпуса 1. При этом демпфирующая втулка 19 удерживает открытый торец стакана 20 в центральном канале 18 буровой коронки, а высота стакана 20 с глухим дном 21, консольно выступающего от ударного торца буровой коронки 17 в центральный канал поршня 12, превышает габаритный ход поршня, поэтому камера 24, открытая аксиально в камеру рабочего хода 13, не сообщается с камерой холостого хода 14.

При холостом ходе поршня начинается впуск энергоносителя через канал 5, проточку 15 и канал 6 в камеру рабочего хода 13. Камера рабочего хода 13 и дополнительная аккумулирующая камера 24 наполняются энергоносителем, поршень окончательно тормозится и начинается рабочий ход. При рабочем ходе поршня нижнее радиальное вскрытие канала 6 перекрывается боковой поверхностью поршня 12 и подача энергоносителя из проточки 15 прекращается. На некотором пути энергоноситель в камерах 13 и 24 работает с расширением, обеспечивая возрастание скорости движения поршня. При этом глухое дно 21 стакана 20 надежно отделяет дополнительную аккумулирующую камеру 24 от внутренней выхлопной полости стакана 20. В конце рабочего хода поршень открывает радиальные пазы 23 стакана 20 и из камер 24 и 13 происходит выхлоп через канал 18 буровой коронки на забой скважины. Поршень наносит удар по хвостовику буровой коронки и цикл повторяется.

Закрепление в канале буровой коронки выхлопного патрубка, выполненного в виде стакана с радиальными пазами и глухим дном, повышает надежность, а размещение дополнительной аккумулирующей камеры рабочего хода за глухим дном стакана в центральном канале ударного поршня увеличивает ударную мощность.

Предлагаемое изобретение целесообразно использовать для разработки погружных пневмоударников для бурения скважин большого диаметра, так как в этих калибрах объем дополнительной аккумулирующей полости внутри ударного поршня может достигать значительных величин.

Использование: предложенный погружной пневмоударник позволяет повысить эксплуатационную надежность и ударную мощность за счет упрощения выхлопного тракта, повышения прочности выхлопного патрубка, выполненного в виде стакана с глухим дном и радиальными пазами, упрощения конструкции ударного поршня, а также за счет увеличения аккумулирующего объема камеры рабочего хода. Сущность изобретения: выхлопной патрубок, выполненный в виде стакана с радиальными пазами и глухим дном, закреплен со стороны открытого торца в центральном канале буровой коронки, а за глухим дном стакана в центральном канале ударного поршня образована аккумулирующая камера, открытая в камеру рабочего хода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Погружной пневмоударник, включающий корпус, буровую коронку с центральным выхлопным каналом, ударный поршень с центральным каналом, камеры рабочего и холостого хода, воздухораспределительное устройство с выхлопным патрубком, выполненным в виде стакана с радиальными пазами и глухим дном, установленным в центральном канале ударного поршня, отличающийся тем, что стакан со стороны открытого торца закреплен в центральном канале буровой коронки, а за глухим дном стакана в центральном канале ударного поршня образована аккумулирующая камера, открытая в камеру рабочего хода. 2. Пневмоударник по п.1, отличающийся тем, что воздухораспределительное устройство выполнено в виде установленной в корпусе гильзы с продольными и радиальными каналами, соединенными с магистральным трубопроводом и сообщаемые с кольцевой проточкой, выполненной на ударном поршне, размещенном во внутренней полости гильзы, в которой выполнены впускные каналы, сообщающие проточку с камерами рабочего и холостого хода.