ПОГРУЖНОЙ ГИДРОУДАРНИК Российский патент 2004 года по МПК E21B4/14 

Предлагаемый погружной гидроударник относится к буровой технике, а именно к погружным буровым устройствам с объемным гидроприводом для ударно-вращательного бурения скважин, и может найти применение в геологоразведке, гидрогеологии и горной промышленности.

Известен погружной гидроударник по патенту РФ №2182954, кл. Е 21 В 4/14, опубл. в БИ №15, 2002 г., включающий корпус с гильзой, разрядный шток, ударник с центральным сквозным каналом и головкой, разделяющей полость гильзы на камеры прямого и обратного хода, и питающе-разрядную систему камеры прямого хода, содержащую разрядный клапан, установленный на разрядном штоке, питающий, сливной, разрядный и командный тракты. В питающем тракте питающе-разрядной системы камеры прямого хода размещен клапан в виде эластичного кольца, установленный в головке ударника с кольцевым зазором относительно гильзы.

Недостатком этой машины является низкая эффективность работы ее на жидкости, так как в ней отсутствует гидроаккумулятор, являющийся обязательной составной частью машины с объемным гидроприводом.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является погружная гидроударная буровая машина по патенту РФ №2166056, кл. Е 21 В 4/14, опубл. в БИ №12, 2001 г., которая относится к машинам с объемным гидроприводом и, следовательно, имеет в своем составе устройство, аккумулирующее энергию потока жидкости Эта машина включает корпус, переходник, ударник и наковальню, имеющие центральный сливной тракт и распределительную систему с питающе-разрядным клапаном и штоком с центральным разрядным каналом. При этом в верхней части корпуса, со стороны переходника установлена гильза с подпружиненным поршнем, разделяющие полость корпуса на напорную и аккумуляторную камеры, последняя из которых постоянно соединена со сливным трактом через центральный разрядный канал штока.

Эта машина надежна в эксплуатации, так как защищена от попадания в нее шлама при работе и спускоподъемных операциях. Кроме того, подпружиненный поршень в верхней части корпуса сглаживает гидроударные пики давления в напорной камере при прямом и обратном ходе ударника.

Однако встречное движение потоков жидкости из магистрали и со стороны подпружиненного поршня вызывает в зоне переходника местное сопротивление движению потока из магистрали, в результате чего эффективность работы машины снижается.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом устройстве, заключается в повышении эффективности работы его за счет устранения сопротивления движению потоков жидкости из магистрали и со стороны поршня аккумулятора путем переноса места встречи потоков в зону питающей щели питающе-разрядного клапана.

Поставленная задача решается посредством того, что в погружном гидроударнике, включающем размещенные в корпусе гильзу, ступенчатый ударник с головкой и штоком и наковальню, имеющие общий сливной тракт, распределительную систему с питающе-разрядным клапаном и аккумулятор, состоящий из пружины и поршня, разделяющего полость корпуса на напорную и аккумуляторную камеры, последняя из которых постоянно соединена с общим сливным трактом, согласно предлагаемому решению, аккумулятор размещен в корпусе в штоковой зоне ступенчатого ударника под гильзой. Такая совокупность признаков устраняет местное сопротивление движению потока жидкости из магистрали в зоне переходника, переносит встречу потоков в зону питающей щели питающе разрядного клапана, что повышает эффективность работы аккумулятора и предлагаемого гидроударника в целом.

Целесообразно установить между пружиной аккумулятора и наковальней опорную втулку с каналами, сообщающими аккумуляторную камеру с общим сливным трактом. Наличие опорной втулки с каналами обеспечивает постоянное сообщение аккумуляторной камеры с общим сливным трактом и центрирование штока ступенчатого ударника относительно наковальни.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного конструктивного исполнения и чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез погружного гидроударника, общий вид; на фиг.2 - узел I на фиг.1 в увеличенном масштабе в положении неработающего погружного гидроударника - левая сторона и при работе - правая сторона; на фиг.3 - узел II на фиг.1 в увеличенном масштабе в положениях питающе-разрядного клапана “закрыто” (обратный ход ударника) - левая сторона, “открыто” (прямой ход ударника) - правая сторона.

Погружной гидроударник (фиг.1, 2, 3) состоит из размещенных в корпусе 1 гильзы 2, имеющей напорные пазы 3, окна 4 и командные пазы 5, переходника 6 с напорными каналами 7 и штоком 8, имеющим осевой канал 9 и отверстия 10, ступенчатого ударника 11 с головкой 12, имеющей торцевой выступ 13, штоком 14 и общим сливным трактом 15, разделяющего полость гильзы 2 на камеру 16 прямого хода и камеру 17 обратного хода, аккумулятора, состоящего из пружины 18 и поршня 19, разделяющего полость корпуса 1 на напорную 20 и аккумуляторную 21 (фиг.2) камеры. Распределительная система погружного гидроударника представляет собой питающе-разрядный клапан 22 (фиг.1, 3), установленный на штоке 8 и образующий периодически с гильзой 2 питающую торцевую щель 23 (фиг.3), а со штоком 8 - разрядный канал 24 и торцевую щель 25. В головной части корпуса 1 установлена и закреплена подвижно по оси наковальня 26, имеющая общий со ступенчатым ударником 11 сливной тракт 15, например центральный. Между пружиной 18 и наковальней 26 в корпусе 1 установлена опорная втулка 27 с каналами 28, сообщающими аккумуляторную камеру 21 с общим сливным трактом 15.

Погружной гидроударник работает следующим образом. Рабочая жидкость из магистрали через напорные каналы 7 переходника 6 поступает в полость корпуса 1 и через напорные пазы 3 гильзы 2 - в напорную камеру 20 (фиг.2, правая сторона). Поршень 19 аккумулятора перемещается вниз, сжимая пружину 18, при этом аккумуляторная камера 21 постоянно соединена с общим сливным трактом 15 через каналы 28 опорной втулки 27, установленной в корпусе 1 между пружиной 18 и наковальней 26. Одновременно рабочая жидкость через окна 4 гильзы 2 поступает в камеру 17 обратного хода. Ударник 11 начинает движение вверх, совершая обратный ход. В это время камера 16 прямого хода через общий сливной тракт 15 соединена с затрубным пространством (фиг.1). По мере перемещения ударника 11 общий сливной тракт 15 перекрывается нижним торцем штока 8, но камера 16 прямого хода продолжает сообщаться с затрубным пространством через разрядный канал 24, торцевую щель 25, отверстия 10 и осевой канал 9 (фиг.3, левая сторона). Благодаря этому при обратном ходе ударник 11 не испытывает существенного противодавления со стороны камеры 16 прямого хода. В конце обратного хода ударник 11 входит своей головкой 12 в зону командных пазов 5 гильзы 2 (фиг.1), и рабочая жидкость под магистральным давлением из камеры 17 обратного хода поступает в камеру 16 прямого хода. В это же время разрядный канал 24 перекрывается торцевым выступом 13 головки 12 ударника 11. Давление в камере 16 прямого хода резко возрастает, что приводит к увеличению результирующей силы, действующей на нижнюю площадку клапана 22, и перекидке его в верхнее положение “питание” (фиг.3). При этом образуется питающая торцевая щель 23 (фиг.3, правая сторона), через которую рабочая жидкость из магистрали поступает в камеру 16 прямого хода. Ударник 11 резко тормозится до полной остановки и изменяет направление движения с обратного хода на прямой ход. По мере перемещения ударника 11 его головка 12 перекрывает командные пазы 5 гильзы 2, но питание камеры 16 из магистрали продолжается через торцевую щель 23 клапана 22. В конце прямого хода торцевой выступ 13 ударника 11 сойдет с нижнего торца штока 8 и камера 16 прямого хода сообщится с общим сливным трактом 15. Давление в камере 16 прямого хода резко упадет, а клапан 22 под действием высокого давления рабочей жидкости из магистрали переместится в нижнее положение “разрядка” (фиг.3, левая сторона), что приведет к прекращению подачи рабочей жидкости в камеру 16. Ударник 11 наносит удар по наковальне 26, и цикл повторяется. Перекидка клапана 22 приводит к резкому перекрытию потока рабочей жидкости в напорной магистрали, вследствие чего возникает гидроудар в месте перекрытия и в камере 17 обратного хода, что способствует быстрому забросу ударника 11 назад. Суммарное гидростатическое и гидроударное давление действует также и на поршень 19 аккумулятора, что приводит к перемещению поршня 19 вниз и большему сжатию пружины 18. Размещение аккумулятора в корпусе 1 в штоковой зоне ударника 11 под гильзой 2 и установка между пружиной 18 и наковальней 26 опорной втулки 27 с каналами 28, сообщающими аккумуляторную камеру 21 с общим сливным трактом 15, позволяет после перекидки клапана 22 в положение “разрядка” направить движущийся поток рабочей жидкости из магистрали в камеру 17 обратного хода и напорную камеру 20 и увеличить аккумулирующий объем напорной камеры 20 за счет перемещения поршня 19 и сжатия пружины 18 преобразовать кинетическую энергию движущегося потока рабочей жидкости в потенциальную энергию сжатия пружины 18. Во время прямого хода ударника 11, при увеличенном мгновенном расходе рабочей жидкости из-за большого объема камеры 16 прямого хода аккумулированный объем рабочей жидкости из напорной камеры 20 направляется в зону питающей торцевой щели 23 клапана 22 за счет потенциальной энергии сжатой пружины 18. При этом в отличие от прототипа встреча магистрального потока рабочей жидкости и аккумулированного ее объема в камере 20 происходит в зоне питающей торцевой щели 23 клапана 22, что способствует лучшему наполнению камеры 16 прямого хода за счет более высокого давления рабочей жидкости.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к погружным буровым устройствам с объемным гидроприводом для ударно-вращательного бурения скважин, и может найти применение в геологоразведке, гидрогеологии и горной промышленности. Гидроударник включает корпус с гильзой, ступенчатый ударник с головкой и штоком и наковальню, имеющие общий сливной тракт, распределительную систему с питающе-разрядным клапаном и аккумулятор, состоящий из пружины и поршня, разделяющего полость корпуса на напорную и аккумуляторную камеры, последняя из которых постоянно соединена с общим сливным трактом. Аккумулятор размещен в корпусе в штоковой зоне ступенчатого ударника под гильзой. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы за счет устранения сопротивления движению потоков жидкости из магистрали и со стороны поршня аккумулятора путем переноса места встречи потоков в зону питающей щели питающе-разрядного клапана. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Погружной гидроударник, включающий размещенные в корпусе гильзу, ступенчатый ударник с головкой и штоком и наковальню, имеющие общий сливной тракт, распределительную систему с питающе-разрядным клапаном и аккумулятор, состоящий из пружины и поршня, разделяющего полость корпуса на напорную и аккумуляторную камеры, последняя из которых постоянно соединена с общим сливным трактом, отличающийся тем, что аккумулятор размещен в корпусе в штоковой зоне ступенчатого ударника под гильзой.2. Погружной гидроударник по п.1, отличающийся тем, что между пружиной аккумулятора и наковальней установлена опорная втулка с каналами, сообщающими аккумуляторную камеру с общим сливным трактом.