ПОГРУЖНОЙ ПНЕВМОУДАРНИК Российский патент 1998 года по МПК E21B4/14 E21C3/24 

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

Известен погружной пневмоударник по патенту США N 4084646, H 01 B 17/54, 173/17, 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 США N 4084646 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.

Известен пневмоударный механизм по а.с. СССР N 250816, кл. E 21 C 3/24, включающий цилиндр, поршень с воздухораспределительными каналами, коронку с центральным выхлопным каналом и центральную воздухораспределительную трубку с воздухоподводящим и выхлопным каналами, которые расположены соосно и разделены между собой глухой перемычкой. Трубка размещена в центральном канале ударного поршня и передним открытым торцем установлена в центральном выхлопном канале буровой коронки, а задним торцем - в отверстие переходника и поджата буртиком переходника к буровой коронке. Недостатком такого пневмоударного механизма является то, что для осуществления выхлопа из камер рабочего и холостого хода на небольшом участке пути ударного поршня необходимо выполнить в стенке трубки радиальные каналы, которые сконцентрированы в одном ее поперечном сечении, что снижает надежность.

Известен погружной пневмоударник по а.с. СССР N 1434067, E 21 C 3/24, E 21 B 4/14, 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.

Конструктивным недостатком этого пневмоударника является то, что глухой торец выхлопного патрубка не сообщен постоянно с магистральным давлением сжатого воздуха, а только поджат глухим торцем воздухоподводящего патрубка к хвостовику буровой коронки, которая при бурении перемещается. Поэтому при работе пневмоударника выхлопной патрубок имеет возможность перемещаться между торцем впускного патрубка и хвостовиком буровой коронки, происходят частые их соударения. Кроме того, выхлопной патрубок ослаблен большими выхлопными радиальными каналами, расположенными в одном поперечном сечении, что снижает надежность.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является погружной пневмоударник фирмы "Joy" США, включающий корпус, переходник с полостью, сообщенной с магистральным трубопроводом, 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 каналами и глухим торцем. (См. Н.Н.Есин. Погружные пневматические машины ударного действия для бурения скважин. Изд-во "Наука", 1976, с. 29).

Главным конструктивным недостатком этого пневмоударника является то, что радиальные каналы с большим проходным сечением сконцентрированы в выхлопном стакане на небольшом его участке по длине стакана, что существенно снижает прочность выхлопного стакана в этом сечении. Кроме того, выхлоп отработанного энергоносителя из камер рабочего и холостого хода через радиальные каналы с большим проходным сечением не способствует дроблению выхлопных струй и снижению уровня шума. Особенно высокий уровень звукового давления генерирует такой пневмоударник при забурке скважин на повышенном давлении энергоносителя. Для снижения шума выхлопа в указанной конструкции пневмоударника не представляется возможным выполнение радиальных выхлопных каналов в стакане в виде большого числа отверстий малого диаметра, расположенных равномерно по длине стакана.

Другим недостатком пневмоударника фирмы "Joy" является то, что выхлопной патрубок, выполненный в виде стакана с глухим торцем, установлен в полости переходника без возможности его осевого перемещения и поэтому выхлопной стакан нельзя использовать в качестве пневматического буфера - амортизатора для форсированной остановки ударного поршня в конце обратного хода, аккумулирования части энергии обратного хода поршня в виде перемещения стакана в полости переходника и для возращения этой энергии ударному поршню в начале рабочего хода.

Техническая задача, решаемая в предполагаемом изобретении заключается в повышении надежности при увеличении ударной мощности и снижении уровня шума выхлопных газов.

Поставленная задача решается тем, что в погружном пневмоударнике, включающем корпус, переходник с полостью, сообщенной с магистральным трубопроводом, 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 каналами и глухим торцем, стакан выполнен ступенчатым и в центральном канале ударного поршня выполнена расточка, образующая с меньшей ступенью стакана промежуточную выхлопную камеру, сообщенную с внутренней полостью стакана радиальными каналами, выполненными в меньшей ступени стакана и расположенными равномерно по длине промежуточной выхлопной камеры, а на большей ступени стакана выполнены продольные каналы, сообщающие промежуточную выхлопную камеру с камерой рабочего хода.

Целесообразно выполнить продольные каналы на боковой поверхности большей ступени стакана в виде местных пазов и соединить их дополнительно с внутренней полостью стакана радиальными каналами. Это позволит образовать ребра жесткости между пазами, повысить надежность и улучшить дробление струй выхлопного потока.

Целесообразно установить стакан глухим торцем в полости переходника с возможностью осевого перемещения, а на боковой поверхности стакана от его глухого торца выполнить каналы, сообщающие камеру рабочего хода с полостью переходника. При этом промежуточная выхлопная камера по длине выполнена меньше хода ударного поршня.

Изготовление выхлопного стакана ступенчатым и образование вокруг меньшей ступени стакана промежуточной выхлопной камеры, размещенной в расточке ударного поршня и сообщаемой с камерой рабочего хода продольными каналами, выполненными на боковой поверхности большей ступени стакана, позволяет повысить надежность пневмоударника за счет устранения концентрации выхлопных радиальных каналов в поперечном сечении стакана и снизить уровень шума выхлопных газов за счет дробления струй выхлопного потока посредством выполнения в меньшей ступени стакана большого числа радиальных каналов малого диаметра, расположенных равномерно по длине промежуточной выхлопной камеры и сообщающих ее с внутренней выхлопной полостью стакана. Такое исполнение позволяет обеспечить достаточное суммарное проходное сечение выхлопного тракта для более полного выхлопа из камеры рабочего хода, что повышает ударную мощность.

Продольные каналы на большей ступени стакана могут быть выполнены в виде проточки или местных пазов, которые дополнительно соединены прямоточно радиальными каналами с внутренней полостью стакана, что также увеличивает суммарное проходное сечение выхлопного тракта камеры рабочего хода и способствует лучшему дроблению струй выхлопного потока.

Кроме того, установка выхлопного стакана глухим торцем в полости переходника с возможностью осевого перемещения и выполнение на боковой поверхности стакана от его глухого торца каналов, сообщающих камеру рабочего хода с магистральным трубопроводом в блокировочном режиме, повышает надежность пневмоударника и улучшает очистку скважины.

Выполнение промежуточной выхлопной камеры по длине меньше хода ударного поршня позволяет в конце обратного хода поршню ударять в торцевую площадку большей ступени стакана и затем, перемещаясь вместе со стаканом, дополнительно тормозится под действием сил, действующих на глухой торец стакана со стороны полости переходника, сообщенной с магистральным трубопроводом. При этом сокращается время торможения поршня, а в начале рабочего хода стакан действует на поршень, как толкатель, способствуя увеличению результирующей силы, что повышает ударную мощность.

На чертеже схематически показан продольный разрез погружного пневмоударника. В корпусе 1 установлена воздухораспределительная гильза 2 с продольными каналами 3 и радиальными каналами 4 и 5, а также с впускными каналами рабочего и холостого хода 6 и 7. Полость гильзы 2 закрыта переходником 8, который имеет полость 9, соединенную с магистральным трубопроводом. Переходник 8 снабжен радиальными каналами 10. Во внутренней полости гильзы 2 установлен ударный поршень 11, который разделяет эту полость на камеру рабочего хода 12 и камеру холостого хода 13. Ударный поршень 11 выполнен с проточкой 14 и с центральным каналом, в котором выполнена расточка 15. В переднем отверстии корпуса 1 размещена буровая коронка 16 с центральным выхлопным каналом 17, в расточке которого установлена демпфирующая втулка 18, на которой установлен выхлопной патрубок, выполненный в виде стакана 19 с глухим торцем 20. Стакан 19 выполнен ступенчатым и снабжен торцевой площадкой 21, расположенной на большей ступени стакана и радиальными каналами 22, расположенными равномерно в шахматном порядке на меньшей ступени стакана, вокруг которой образована промежуточная выхлопная камера 23, сообщаемая с камерой рабочего хода продольными каналами 24, которые соединены с внутренней выхлопной полостью стакана радиальными каналами 25. На боковой поверхности стакана от его глухого торца 20 выполнены каналы 26.

Пневмоударник работает следующим образом. Энергоноситель поступает из магистрального трубопровода в полость 9 переходника 8 и через радиальные каналы 10 в продольный канал 3 гильзы 2. Затем энергоноситель проходит по радиальному каналу 4 в проточку 14 поршня 11 и по впускному каналу 7 в камеру холостого хода 13. Поршень 11 совершает холостой ход. При холостом ходе поршня радиальное вскрытие канала 7 перекрывается боковой поверхностью поршня 11 и подача энергоносителя из проточки 14 в камеру холостого хода 13 прекращается, а затем поршень открывает радиальные отверстия малого диаметра, выполненные в передней части меньшей ступени стакана 19, и из камеры холостого хода 13 начинается выхлоп через внутреннюю полость стакана и выхлопной канал 17 буровой коронки 16.

При холостом ходе поршня начинается впуск энергоносителя через канал 5, проточку 14 и канал 6 в камеру рабочего хода 12, которая наполняется энергоносителем, но движение поршня 11 при обратном ходе продолжается. Так как промежуточная выхлопная камера 23 выполнена по длине меньше, чем ход ударного поршня, то в конце обратного хода поршень торцевой площадкой расточки 15 ударяет по торцевой площадке 21 стакана 19 и стакан начинает перемещаться вместе с поршнем, аккумулируя энергию обратного хода поршня. При этом открытый торец меньшей ступени стакана 19 отходит от демпфирующей втулки 18 и из камеры обратного хода 13 происходит окончательный выхлоп отработанного энергоносителя.

Так как глухой торец 20 стакана 19 находится под постоянным давлением энергоносителя и камера рабочего хода заполняется энергоносителем, то поршень 11 останавливается и начинается рабочий ход. При этом стакан 19 толкает поршень 11 до упора открытого торца стакана в демпфирующую втулку 18. При рабочем ходе поршня нижнее радиальное вскрытие канала 6 перекрывается боковой поверхностью поршня 11 и подача энергоносителя в камеру рабочего хода прекращается. На некотором пути энергоноситель в камере 12 работает с расширением, обеспечивая возрастание скорости движения поршня. В конце рабочего хода поршень 11 открывает продольные каналы 24 и из камеры рабочего хода 12 происходит выхлоп в промежуточную выхлопную камеру 23, из которой через радиальные каналы 22, выполненные в виде большого числа отверстий малого диаметра, отработанный энергоноситель поступает во внутреннюю выхлопную полость стакана 19. Кроме того, отработанный энергоноситель поступает в полость стакана 19 через радиальные каналы 25. При этом происходит дробление выхлопного потока на мелкие струи, что способствует глушению шума выхлопа отработанного энергоносителя. Для очистки забоя скважины от продуктов бурения отработанный энергоноситель поступает через канал 17 буровой коронки 16. Поршень 11 наносит удар по хвостовику буровой коронки 16 и цикл повторяется.

При отрыве пневмоударника от забоя скважины, буровая коронка 16 перемещается в сторону забоя на величину блокировочного хода, а вместе с ней перемещается стакан 19, сообщая через каналы 26 камеру рабочего хода 12 с полостью 9, что улучшает блокировку пневмоударника и повышает его надежность.

Изготовление выхлопного стакана ступенчатым, образование промежуточной выхлопной камеры и выполнение на большей ступени стакана 19 продольных выхлопных каналов 24 обеспечивает более полный выхлоп из камеры рабочего хода, что повышает ударную мощность, а также позволяет устранить концентрацию выхлопных радиальных каналов в поперечном сечении стакана, что повышает надежность и способствует глушению шума выхлопа.

Предлагаемое изобретение целесообразно использовать для разработки погружных пневмоударников, предназначенных для работы на повышенном давлении энергоносителя.

Использование: изобретение относится к области горного дела, в частности к оборудованию для бурения скважин. Погружной пневмоударник включает корпус с буровой коронкой, имеющей центральный выхлопной канал, расположенный в корпусе ударный поршень с центральным каналом, воздухораспределительное устройство с выхлопным патрубком, выполненным в виде ступенчатого стакана, меньшая ступень которого образует с расточкой центрального канала ударного поршня промежуточную выхлопную камеру, сообщенную с внутренней полостью стакана радиальными каналами, выполненными в меньшей ступени стакана в виде большого числа отверстий малого диаметра, расположенных равномерно по длине промежуточной выхлопной камеры, которая соединяется с камерой рабочего хода продольными каналами, выполненными на большой ступени стакана. Погружной пневмоударник повышает эксплуатационную надежность и ударную мощность при снижении уровня шума выхлопных газов за счет дробления струй выхлопного потока, увеличения проходного сечения выхлопного тракта, устранения концентрации выхлопных радиальных каналов в одном поперечном сечении стакана, улучшения блокировки, уменьшения времени цикла. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Погружной пневмоударник, включающий корпус, переходник с полостью, сообщенной с магистральным трубопроводом, 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 каналами и глухим торцом, отличающийся тем, что стакан выполнен ступенчатым и в центральном канале ударного поршня выполнена расточка, образующая с меньшей ступенью стакана промежуточную выхлопную камеру, сообщенную с внутренней полостью стакана радиальными каналами, выполненными в меньшей ступени стакана и расположенными равномерно по длине промежуточной выхлопной камеры, а на большей ступени стакана выполнены продольные каналы, сообщающие промежуточную выхлопную камеру с камерой рабочего хода. 2. Погружной пневмоударник по п.1, отличающийся тем, что продольные каналы выполнены на боковой поверхности большей ступени стакана в виде местных пазов и соединены радиальными каналами с внутренней полостью стакана. 3. Погружной пневмоударник по п.1 или 2, отличающийся тем, что стакан глухим торцом установлен в полости переходника с возможностью осевого перемещения, а на боковой поверхности стакана от его глухого торца выполнены каналы, сообщающие камеру рабочего хода с магистральным трубопроводом. 4. Погружной пневмоударник по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что максимальная длина промежуточной выхлопной камеры выполнена меньше хода ударного поршня.