Реверсивное гидроударное устройство Российский патент 2022 года по МПК B25D9/14 E21B1/26 

Техническое решение относится к горному делу, строительству и городскому хозяйству, а именно к бурению скважин и технологическим операциям в скважинах, а также к проходке выработок в грунтах при подземном строительстве и прокладке коммуникаций.

Известно гидроударное устройство одностороннего обратного действия объемного типа для бурильных машин (Белан Н.А. О применении гидравлических ударных механизмов в бурильных машинах // Гидравлические ударные механизмы для бурильных машин: сб. тр. / Прокопьевск: КузНИУИ, 1972. - С. 3-11.), включающее распределитель, аккумулятор энергии, корпус и боек, соединенные между собой упругой связью, гидравлическую камеру и один ограничитель движения бойка. Устройство автоколебательное, ударный узел имеет обратную связь с распределителем, благодаря которой гидравлическая камера поочередно, в определенные фазы рабочего цикла соединяется с напорной или сливной линиями, а боек движется под действием силы упругой связи и гидравлической силы и совершает удары в конце каждого цикла по ограничителю движения бойка.

Общими признаками аналога с предлагаемым техническим решением являются следующие: распределитель, аккумулятор энергии, корпус и боек, соединенные между собой упругой связью, гидравлическая камера и один ограничитель движения бойка.

Недостаток данного устройства заключается в том, что удары оно производит только в одном направлении. Поэтому операции движения гидроударного устройства бурильной машины в обратном направлении в случае технологической необходимости или при его заклинивании становятся при таких свойствах гидроударного устройства проблематичными и малоэффективными.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является гидроударное устройство одностороннего действия объемного типа (Gorodilov L.V. Analysis of Self-oscillating Single-acting Hydro-impact System Operational Modes with Two Limiters of Striker Movement // International Journal of Fluid Power. 2019. Vol. 20. Iss. 2. P. 209-224.), включающее распределитель с каналом управления, аккумулятор энергии, корпус и боек с проточкой для организации обратной связи с распределителем, связанные пружиной, гидравлическую камеру, ограничители движения бойка в прямом и обратном направлениях, а также пару каналов управления, соединяющих в зависимости от положения бойка канал управления, ведущий к камере управления распределителя, со сливной или напорной линиями. Особенностью такого устройства является то, что в зависимости от величины расхода подаваемой к нему жидкости оно может совершать удары по указанным ограничителям в прямом или в обратном направлениях. Это позволяет без изменения конструкции гидроударного устройства осуществлять его продвижение в скважине (при необходимости вместе с оборудованием) при заклинивании его или в проходимой в грунте выработке, как в прямом, так и в обратном направлении.

Общими признаками прототипа с предлагаемым техническим решением являются следующие: распределитель с каналом управления, аккумулятор энергии, корпус и боек с проточкой для организации обратной связи с распределителем, связанные пружиной, гидравлическую камеру, ограничители движения бойка в прямом и обратном направлениях, а также пару каналов управления, соединяющих в зависимости от положения бойка канал управления, ведущий к камере управления распределителя, со сливной или напорной линиями.

Недостатком данного устройства является то, что при увеличении расхода жидкости и переходе от ударов бойка в прямом направлении (в сторону действия силы со стороны пружины) к ударам в обратном направлении (в сторону действия силы давления жидкости со стороны гидравлической камеры) давление в гидросистеме возрастает, что ведет к увеличению ударной мощности при работе реверсивного гидроударного устройства в обратном направлении, причем минимальная ударная мощность при работе устройства с ударами в обратном направлении превышает максимальную ударную мощность при его работе с ударами в прямом направлении более, чем в два раза. Такая диспропорция затрудняет проектирование и использование устройства, так как возможности в его продвижении и в преодолении его заклинивания в разных направлениях существенно отличаются.

Технической проблемой является создание реверсивного гидроударного устройства, обеспечивающего одинаковую эффективность его работы в прямом и обратном направлениях за счет введения управляющих элементов в конструкцию устройства, позволяющих автоматически изменять положение его каналов управления распределением жидкости при достижении давлением в гидросистеме величины, равной определенному значению p^*.

Проблема решается тем, что в реверсивное гидроударное устройство, содержащее распределитель с каналом управления, аккумулятор энергии, корпус и боек с проточкой для реализации обратной связи с распределителем, связанные пружиной, гидравлическую камеру, ограничители движения бойка в прямом и обратном направлениях, а также пару каналов управления, соединяющих в зависимости от положения бойка канал управления, ведущий к камере управления распределителя, со сливной или напорной линиями, согласно техническому решению введена вторая пара каналов управления и дополнительный распределитель, от позиции которого зависит, с какой из пар каналов управления связаны сливная и напорная линии с каналом управления, а также настраиваемый на определенное давление p_* переливной клапан, служащий в открытом состоянии для подачи жидкости через канал управления в камеру управления дополнительного распределителя, дроссель для подачи жидкости от канала управления дополнительного распределителя в сливную линию.

Указанная совокупность признаков позволяет путем открытия или закрытия настроенного на определенное давление p_* переливного клапана, через который жидкость, когда он находится в открытом состоянии, поступает в канал управления дополнительного распределителя, изменять его позицию и тем самым присоединять к напорной или сливной линиям одну или другую пару каналов управления. При этом происходит переход от режима работы реверсивного гидроударного устройства с ударами в прямом направлении к режиму работы с ударами в обратном направлении или наоборот без существенного увеличения расхода подаваемой к устройству жидкости и его мощности. Таким образом, решается проблема достижения одинаковой эффективности работы реверсивного гидроударного устройства при работе в прямом и обратном направлениях за счет введения управляющих элементов в конструкцию устройства, позволяющих автоматически изменять положение его каналов управления распределением жидкости при достижении давлением в гидросистеме величины, равной определенному значению p^*.

Сущность технического решения поясняется примером исполнения реверсивного гидроударного устройства и чертежом, где изображена принципиальная схема реверсивного гидроударного устройства в исходном положении. Гидролинии со стрелками указывают на камеры управления распределителей и переливного клапана.

Реверсивное гидроударное устройство содержит (см. чертеж) распределитель 1, камера управления которого связана с каналом 2 управления, аккумулятор 3 энергии, корпус 4 и боек 5 с проточкой 6 для реализации обратной связи с распределителем 1, связанные пружиной 7, гидравлическую камеру 8, ограничители 9 и 10 движения бойка 5 соответственно в прямом и обратном направлениях, а также две пары каналов 11, 12 и 13, 14 управления, соединяющие в зависимости от положения бойка 5 канал 2 управления со сливной 15 или напорной 16 линиями, дополнительный распределитель 17, от позиции которого зависит, с какой из пар каналов 11, 12 или 13, 14 управления связаны сливная 15 и напорная 16 линии, с каналом 18 управления, а также настраиваемый на определенное давление p_* переливной клапан 19, дроссель 20 для подачи жидкости от канала управления 18 в сливную линию 15.

Реверсивное гидроударное устройство работает следующим образом. В начальный момент дополнительный распределитель 17 находится в позиции I, к напорной 16 и сливой 15 линиям подключены каналы 11 и 12 управления, распределитель 1 находится в позиции I, боек 5 - на ограничителе 9, канал 2 управления распределителя 1 через проточку 6 в бойке 5 и канал 12 управления соединен со сливной линией 15, гидравлическая камера 8 - с напорной линией 16. При включении насоса (на чертеже не показано) и подаче жидкости в напорную линию 16 боек 5 под действием давления жидкости в камере 8 и силы со стороны пружины 7 движется влево по чертежу, доходит до положения, при котором правая кромка проточки 6 закрывает канал 12 управления (канал 2 управления отсоединяется от сливной линии 15), затем - до положения, при котором левая кромка проточки 6 открывает канал 11 управления (канал 2 управления соединяется с напорной линией 16), после чего распределитель 1 переходит в позицию II. Гидравлическая камера 8 соединяется со сливной линией 15, движение бойка 5 происходит под действием только силы упругости пружины 7. В этой фазе он замедляет скорость, останавливается и движется вправо по чертежу, при пересечении левой и правой кромками проточки 6 соответственно каналов 11 и 12 управления канал 2 управления распределителя 1 отсоединяется от напорной 16 линии и соединяется со сливной 15 линией, распределитель 1 возвращается в позицию I, гидравлическая камера 8 соединяется с напорной линией 16. Боек 5 замедляет скорость и совершает удар об ограничитель 9. После остановки он начинает движение влево по чертежу, цикл повторяется. При увеличении расхода жидкости, поступающей в напорную линию 16, давление в гидросистеме повышается и при достижении им величины p^* происходит открытие переливного клапана 19, жидкость через канал 18 управления поступает в камеру управления дополнительного распределителя 17 и он переходит в позицию II. При этом каналы 11 и 12 управления отсоединяются соответственно от напорной 16 и сливной 15 линий, а каналы 13 и 14 управления соединяются с ними соответственно. Теперь при движении бойка 5 влево по чертежу правая кромка проточки 6 сначала закрывает канал 14 управления (канал 2 управления отсоединяется от сливной линии 15), затем левая кромка проточки 6 открывает канал 13 управления (канал 2 управления соединяется с напорной линией 16), после чего распределитель 1 переходит в позицию II. Гидравлическая камера 8 соединяется со сливной линией 15, боек 5 продолжает движение с замедлением только под действием силы упругости пружины 7 и совершает удар об ограничитель 10, после чего начинает двигаться вправо по чертежу, при движении пересекает левой и правой кромками проточки 6 каналы 13 и 14 управления, тем самым канал 2 управления распределителя 1 отсоединяется от напорной линии 16 и соединяется со сливной линией 15, распределитель 1 возвращается в позицию I, гидравлическая камера 8 соединяется с напорной линией 16. Боек 5 замедляет скорость, останавливается и начинает двигаться влево по чертежу. Цикл повторяется.

Изобретение относится к реверсивному гидроударному устройству. Устройство содержит распределитель с камерой управления и каналом управления, аккумулятор энергии, связанные пружиной корпус и боек с проточкой, гидравлическую камеру, ограничители движения бойка, первую пару каналов управления, вторую пару каналов управления, переливной клапан, дополнительный распределитель и дроссель для подачи жидкости от канала управления дополнительного распределителя в сливную линию. Первая пара каналов управления соединяет в зависимости от положения бойка канал управления, ведущий к камере управления распределителя, со сливной или напорной линиями. Переливной клапан выполнен с возможностью обеспечения в открытом состоянии подачи жидкости через канал управления дополнительного распределителя в камеру управления дополнительного распределителя. В результате обеспечивается одинаковая эффективность работы устройства в прямом и обратном направлениях. 1 ил.

Реверсивное гидроударное устройство, содержащее распределитель с камерой управления и каналом управления, аккумулятор энергии, связанные пружиной корпус и боек с проточкой для реализации обратной связи с распределителем, гидравлическую камеру, ограничители движения бойка в прямом и обратном направлениях и первую пару каналов управления, соединяющие в зависимости от положения бойка упомянутый канал управления, ведущий к камере управления распределителя, со сливной или напорной линиями, отличающееся тем, что оно снабжено второй парой каналов управления и дополнительным распределителем, от позиции которого зависит, посредством какой из упомянутых пар каналов управления связаны сливная и напорная линии с каналом управления дополнительного распределителя, при этом гидроударное устройство снабжено переливным клапаном, выполненным с возможностью настраивания на определенное давление p^* и обеспечения в открытом состоянии подачи жидкости через канал управления дополнительного распределителя в камеру управления дополнительного распределителя, и дросселем для подачи жидкости от канала управления дополнительного распределителя в сливную линию.