РЕВЕРСИВНЫЙ ПНЕВМОПРОБОЙНИК Российский патент 2001 года по МПК E02F5/18 E21B7/26 

Изобретение относится к строительству, а именно к бестраншейной прокладке подземных коммуникаций, и наиболее эффективно может быть использовано в конструкции управляемых реверсивных пневмопробойников для проходки скважин заданной траектории, особенно криволинейных, в уплотняемых грунтах.

Известно устройство для пробивания скважин в грунте (а.с. СССР N 238424, E 02 F, опубл. в БИ N 9, 1969 г.), включающее корпус, расположенный в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударник с расточкой в задней части, золотник, закрепленный в задней части корпуса с возможностью ограниченного осевого перемещения при помощи резьбовой пары и состоящий из патрубка с каналом для подвода сжатого воздуха в расточку ударника и втулки на его передней части, скользяще входящей в расточку ударника. В этом устройстве при полностью ввернутом золотнике осуществляется его прямой ход (вперед), а при полностью вывернутом - обратный ход (назад), то есть производится реверсирование. Для этого необходимо отсоединить воздухоподводящий шланг от магистрали сжатого воздуха и многократно его повернуть, что довольно затруднительно, особенно в протяженной скважине, и требует затрат времени. При проходке криволинейных скважин практически невозможно проведение реверсирования с использованием этого механизма из-за перекоса деталей и значительных сопротивлений грунта вращению воздухоподводящего шланга. Кроме того, золотник этого устройства конструктивно сложен и трудоемок в изготовлении.

Известно также устройство для пробивания скважин в грунте (а.с. СССР N 263482, E 02 F, опубл. в БИ 7, 1990 г.), включающее корпус, расположенный в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударник с расточкой в задней части и золотник, закрепленный в задней части корпуса и состоящий из патрубка с каналом для подвода сжатого воздуха в расточку ударника и установленной на его передней части с возможностью ограниченного осевого перемещения подпружиненной втулки, скользяще входящей в расточку ударника. Внутри патрубка размещен подпружиненный штуцер для подключения к воздухоподводящему шлангу, а в передней его части размещен фиксатор для соединения или разъединения с ним втулки. В исходном состоянии втулка под действием пружины находится в переднем положении и соединена с патрубком фиксатором. При подключении устройства к источнику сжатого воздуха происходит его прямой ход (вперед). Для реверсирования необходимо отключить источник сжатого воздуха и потянуть воздухоподводящий шланг назад, при этом штуцер освободит фиксатор, втулка выйдет из зацепления с патрубком и сместится назад, а затем снова включить источник сжатого воздуха. Здесь меньше затраты времени на реверсирование, однако также требуются значительные усилия из-за сопротивления грунта продвижению шланга, особенно при проходке криволинейных скважин. Проходка последних с использованием этого устройства вообще затруднительна из-за возможных перекосов подвижных деталей. Это устройство также конструктивно сложно и трудоемко в изготовлении.

Известен реверсивный пневмопробойник (патент США N 4295533, E 21 B 11/02, опубл. 20.10.81 г.), включающий корпус, расположенный в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударник с расточкой в задней части и золотник, закрепленный в задней части корпуса и состоящей из втулки, задней частью соединенной с воздухоподводящим шлангом, а передней скользяще входящей в расточку ударника. Во втулке скользяще установлен поворотный элемент, задняя часть которого соединена с тросом, проходящим через воздухоподводящий шланг к устройству управления. Поворотный элемент выполнен с продольным каналом для подвода сжатого воздуха из канала втулки в расточку ударника. В стенках передних частей втулки и поворотного элемента примерно в одной поперечной плоскости выполнены сквозные пазы. При установке поворотного элемента, когда пазы его и втулки не совпадают, осуществляется прямой ход пневмопробойника (вперед). Для реверсирования пневмопробойника (обратного хода) поворотный элемент устройством управления через трос устанавливается в положение, когда пазы его и втулки совпадают. Реверсирование этого пневмопробойника можно осуществлять "на ходу", однако переключение требует значительных усилий. Конструкция его сложна, нетехнологична и способна к заклиниваниям, особенно при проходке криволинейных скважин, из-за наличия подвижных деталей в золотнике.

Известен также реверсивный пневмопробойник (патент САШ N 5056608, E 21 B 4/14, опубл. 15.10.91 г. ), включающий корпус, расположенный в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударник с расточкой в задней части и золотник, закрепленный в задней части корпуса с возможностью ограниченного осевого перемещения с пружиной между ними и с каналом для подвода сжатого воздуха в расточку ударника, в которую скользяще входит передняя часть золотника. Элементы корпуса и золотника образуют два последовательно расположенных пневмоцилиндра, задние полости которых через управляющий шланг и переключающее устройство сообщены с источником сжатого воздуха или атмосферой. При подаче в задние полости пневмоцилиндров сжатого воздуха золотник занимает крайнее переднее положение, и пневмопробойник совершает прямой ход (вперед). Для реверсирования пневмопробойника задние полости пневмоцилиндров через переключающее устройство сообщают с атмосферой, и золотник занимает крайнее заднее положение, что соответствует обратному ходу пневмопробойника (назад). Управление направлением движения пневмопробойника здесь легкое, однако его конструкция из-за наличия пневмоцилиндров сложна и нетехнологична. Также возможны отказы из-за перекоса подвижных элементов, особенно при проходке криволинейных скважин, и абразивного износа подвижных соединений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является реверсивный пневмопробойник (EP 0484839, E 21 B 4/14, опубл. 02.11.91 г.), включающий корпус, расположенный в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударник с расточкой в задней части и золотник, закрепленный в задней части корпуса и состоящий из патрубка с каналом для подвода сжатого воздуха от его источника в расточку ударника и установленной на нем с возможностью ограниченного осевого перемещения втулки, скользяще входящей в указанную расточку. Патрубок и втулка образуют своими передними частями полость, периодически через переключающее устройство сообщенную с источником сжатого воздуха. В указанной полости между патрубком и втулкой размещена пружина сжатия. При сообщении полости между патрубком и втулкой с источником сжатого воздуха втулка занимает крайнее переднее положение, и пневмопробойник совершает прямой ход (вперед). При сообщении этой полости с атмосферой втулка занимает крайнее заднее положение, и пневмопробойник совершает обратный ход (назад), т.е. происходит реверсирование его движения. Переключение этого пневмопробойника с режима на режим осуществляется легко ("на ходу"), однако конструкция его из-за наличия точных подвижных соединений сложна и нетехнологична. При проходке криволинейных скважин возможны отказы из-за заклинивания подвижных элементов, а также выход пружины из строя в силу больших динамических нагрузок (ударов), то есть устройство имеет низкую долговечность, чему способствует и абразивный износ подвижных элементов.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является упрощение конструкции, повышение технологичности, надежности, долговечности и стабильности работы реверсивного пневмопробойника путем исключения заклинивания подвижных элементов в его золотнике и уменьшения их износа за счет выполнения этих элементов неподвижными друг относительно друга.

Это достигается тем, что в реверсивном пневмопробойнике, включающем корпус, расположенный в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударник с расточкой в задней части, золотник, закрепленный в задней части корпуса и состоящий из патрубка с каналом для подвода сжатого воздуха от его источника в расточку ударника и установленной на патрубке втулки, скользяще входящей в указанную расточку, причем патрубок и втулка образуют своими передними частями полость, периодически через переключающее устройство сообщенную с источником сжатого воздуха, согласно изобретению, втулка установлена на патрубке неподвижно и на ее наружной поверхности в нижней части выполнена по меньшей мере одна проточка, которая по меньшей мере одним радиальным отверстием сообщена с полостью между патрубком и втулкой. Упомянутая полость сообщена с источником сжатого воздуха через обратный клапан, установленный между этой полостью и переключающим устройством в положении пропуска в нее сжатого воздуха.

Прямой ход (вперед) реверсивного пневмопробойника осуществляется известным образом при положении переключающего устройства, при котором полость между патрубком и втулкой изолирована от источника сжатого воздуха. Влияние полости между патрубком и втулкой и сообщенных с ней элементов до обратного клапана незначительно из-за малости их суммарного объема по сравнению с объемами полостей пневмопробойника.

Изменение прямого хода (вперед) пневмопробойника на обратный (назад), т. е. его реверсирование, происходит при установке переключающего устройства в положение, при котором полость между патрубком и втулкой сообщена с источником сжатого воздуха. При этом, как при прямом ходе ударника, так и при обратном, через упомянутую полость подается дополнительное количество сжатого воздуха от его источника внутрь пневмопробойника. В результате этого увеличивается импульс сил, двигающих ударник назад, и последний начинает наносить удары по задней части корпуса, двигая весь пневмопробойник назад. Одновременно увеличивается импульс противодавления движения ударника вперед, что создает между ним и корпусом воздушную подушку и препятствует их соударениям.

Таким образом, подобное исполнение пневмопробойника позволяет осуществлять изменение режимов его работы, т.е. реверсирование, только отсутствием или наличием подачи сжатого воздуха от его источника в золотник, в котором нет подвижных деталей. Последнее обстоятельство устраняет перекосы и заедания деталей, уменьшает абразивный износ пневмопробойника в целом, что повышает надежность, долговечность и стабильность работы. Кроме того, такая конструкция проста и технологична в изготовлении.

Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, где на:
- фиг. 1 показан общий вид реверсивного пневмопробойника в продольном разрезе со схемой его подключения к источнику сжатого воздуха (компрессору);
- фиг. 2 - золотник пневмопробойника в продольном разрезе в более крупном масштабе.

В исходном положении (фиг. 1) реверсивный пневмопробойник 1 сообщен с источником сжатого воздуха (компрессором 2) воздухоподводящим шлангом 3 через пульт 4 управления. Пневмопробойник 1 также сообщен с компрессором 2 управляющим шлангом 5 через обратный клапан 6 любого известного вида и переключающее устройство 7 (любого известного вида). Обратный клапан 6 расположен как можно ближе к пневмопробойнику 1 и установлен таким образом, чтобы свободно пропускать сжатый воздух от компрессора 1 к пневмопробойнику 1 и препятствовать его обратному течению. Назначение переключающего устройства 7 - в зависимости от его положения обеспечивать прямой ход пневмопробойника 1 (вперед) или обратный ход (назад). В первом случае переключающее устройство 1 устанавливается в положение, разъединяющее пневмопробойник 1 с компрессором 2, а во втором, наоборот, сообщающее их.

Пневмопробойник 1 (фиг. 1) состоит из корпуса 8 трубообразной формы с глухим передним концом. В корпусе 8 с возможностью возвратно-поступательного движения расположен ударник 9 с расточкой 10 в его задней части. В расточку 10 скользяще входит золотник 11, закрепленный в гайке 12 задней части корпуса 8 через амортизатор 13. Расточка 10 ударника 9 во время работы пневмопробойника 1 постоянно сообщена с компрессором 2 через золотник 11 и образует полость прямого хода (вперед) ударника 9. В исходном положении (конец прямого хода ударника 9 и начало его обратного хода) расточка 10 ударника 9 через радиальные отверстия 14 в нем, проточку 15 примерно в его средней части и пазы 16 на его переднем опорном пояске сообщена с полостью 17 обратного хода ударника 9. Полость 18 между задним торцом ударника 9 и амортизатором 13 корпуса 8 постоянно сообщена с атмосферой выхлопными отверстиями 19 и изолирована от полости 17 задним опорным пояском ударника 9.

Золотник 11 (фиг. 2) состоит из патрубка 20 со сквозным продольным каналом 21 для подвода сжатого воздуха от компрессора 2 в расточку 10 ударника 9 (фиг. 1). На патрубке 20 установлена втулка 22, упертая в амортизатор 13. Патрубок 20 и втулка 22 стянуты между собой гайкой 23, в которой крепится воздухоподводящий шланг 3. Передняя часть 24 втулки 22 выполнена большего наружного диаметра, чем ее остальная часть, для скользящего вхождения в расточку 10 ударника 9, и на ее внешней поверхности образован ряд проточек 25. Между передней частью 24 втулки 22 и передней частью патрубка 20 образована полость 26, изолированная от расточки 10 ударника 9 упругим (резиновым) кольцом 27. Полость 26 сообщена отверстиями 28 в передней части 24 втулки 22 с проточками 25, а также с расточкой 29 гайки 23 через каналы 30, образованные продольными пазами на патрубке 20. В расточку 29 гайки 23 выходит резьбовое отверстие 31, которое предназначено для крепления в нем обратного клапана 6 (на фиг. 2 не показан) или ниппеля (не показан) для присоединения управляющего шланга 5.

Реверсивный пневмопробойник 1 (фиг. 1) готовят к работе следующим образом. Устанавливают его в приямке (не показан) в нужном положении и подключают к компрессору 2 через воздухоподводящий шланг 3 и управляющий шланг 5.

Прямой ход пневмопробойника
Включают компрессор 2 (фиг. 1), а переключающее устройство 7 устанавливают в положение, изолирующее пневмопробойник от компрессора 2. Устанавливают пульт 4 управления в положение "открыто" и сжатый воздух по воздухоподводящему шлангу 3 и каналу 24 (фиг. 2) патрубка 20 поступает в расточку 10 ударника 9 (фиг. 1), которая постоянно находится под давлением сжатого воздуха и является полостью прямого хода (вперед) для ударника 9. Из расточки 10 через отверстия 14, проточку 15 и пазы 16 сжатый воздух поступает в полость 17 обратного хода ударника 9. Поперечная площадь ударника 9 со стороны полости 17 обратного хода больше его поперечной площади со стороны расточки 10, поэтому ударник 9 начинает двигаться назад, совершая обратный ход. После перекрытия отверстий 14 золотником 11 подача сжатого воздуха в полость 17 прекратится и начнется его расширение, а ударник 9 продолжит свое движение назад. При прохождении отверстий 14 через проточки 25 на передней части 24 втулки 22 золотника 11 произойдет сообщение полости 17 через проточки 25 и отверстия 28 с полостью 26 и далее через каналы 30 с расточкой 29 и резьбовым отверстием 31 до обратного клапана 6. Так как суммарная величина V₁ объемов элементов 25, 28, 26, 30, 29, 31, 6, по сравнению с объемом V₂ полости 17 незначительна, то и влияние V₁ на процессы в полости 17 практически неощутимо. После открытия золотником 11 отверстий 14 через них из полости 17 произойдет выхлоп отработанного воздуха в полость 18 и далее через выхлопные отверстия 19 в амортизаторе 13 в атмосферу, а ударник 9 продолжит свое движение назад по инерции. Под действием давления в расточке 10 ударника 9 он, не доходя до гайки 12, затормозится и под действием того же давления начнет двигаться вперед, совершая прямой ход. После переключения отверстий 14 золотником 11 полость 17 изолируется от полости 18, начнется сжатие отсеченного в ней воздуха, и давление начнет повышаться. При прохождении отверстий 14 через проточки 25 объемы V₁ и V₂ соединятся между собой, и из первого в последний произойдет истечение заключенного в нем сжатого воздуха, но из-за существенной разницы значений их величин на процессах в полости 17 это практически не отразится. После открытия отверстий 14 золотником 11 через них начнется поступление сжатого воздуха в полость 17 из расточки 10. Преодолевая противодавление со стороны полости 17, ударник 9 нанесет удар по передней части корпуса 8. При этом последний продвигается в грунт вперед и образует, тем самым, в нем скважину. После чего описанный процесс многократно повторяется.

Обратный ход пневмопробойника
Для осуществления обратного хода пневмопробойника 1 (фиг. 1), то есть его реверсирования, переключающее устройство 7 устанавливают в положение, при котором сжатый воздух от компрессора 2 по управляющему шлангу 5 подается в золотник 11. Движение ударника 9 назад, то есть его обратный ход, до момента прохождения отверстий 14 через проточки 25 (фиг. 2) происходит описанным выше способом. В указанный момент сжатый воздух от компрессора 2 по тракту управления (узлы, детали и их части, обозначенные позициями 7, 5, 6, 31, 29, 30, 26, 28, 25) начинает дополнительно поступать в полость 17 после прекращения подачи сжатого воздуха из расточки 10. Это приводит к тому, что импульс сил, действующих на ударник 9 со стороны полости 17, увеличивается, результатом чего является нанесение удара ударником 9 по гайке 12, что заставляет весь пневмопробойник 1 двигаться назад, то есть, происходит реверсирование его движения. Выхлоп отработанного воздуха из полости 17 при обратном ходе ударника 9, а также все процессы при его прямом ходе до момента прохождения отверстий 14 через проточки 25 происходят также описанным выше способом. В указанный момент по тракту управления в полость 17 начинает поступать сжатый воздух раньше, чем из расточки 10. Это увеличивает импульс сил противодавления движению ударника 9 вперед со стороны полости 17, в результате чего ударник 9 останавливается раньше и происходит изменение его движения на обратное, при этом удара вперед по корпусу 8 не происходит. После чего описанный процесс многократно повторяется.

Изобретение относится к строительству, а именно к бестраншейной прокладке подземных коммуникаций, и наиболее эффективно может быть использовано в конструкции управляемых реверсивных пневмопробойников для проходки скважин заданной траектории, особенно криволинейных, в уплотняемых грунтах. Реверсивный пневмопробойник содержит корпус, ударник, золотник. Золотник состоит из патрубка и втулки. Втулка установлена на патрубке неподвижно и на ее наружной поверхности в нижней части выполнена по меньшей мере одна проточка, которая по меньшей мере одним радиальным отверстием сообщена с полостью между патрубком и втулкой, причем упомянутая полость сообщена с источником сжатого воздуха через обратный клапан, установленный между этой полостью и переключающим устройством в положении пропуска в нее сжатого воздуха. Изобретение обеспечивает повышение технологичности, надежности, долговечности и стабильности работы реверсивного пневмопробойника. 2 ил.

Реверсивный пневмопробойник, включающий корпус, расположенный в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударник с расточкой в задней части, золотник, закрепленный в задней части корпуса и состоящий из патрубка с каналом для подвода сжатого воздуха от его источника в расточку ударника и установленной на патрубке втулки, скользяще входящей в указанную расточку, причем патрубок и втулка образуют своими передними частями полость, периодически через переключающее устройство сообщенную с источником сжатого воздуха, отличающийся тем, что втулка установлена на патрубке неподвижно и на ее наружной поверхности в нижней части выполнена по меньшей мере одна проточка, которая по меньшей мере одним радиальным отверстием сообщена с полостью между патрубком и втулкой, причем упомянутая полость сообщена с источником сжатого воздуха через обратный клапан, установленный между этой полостью и переключающим устройством в положении пропуска в нее сжатого воздуха.