Пневмоударник для бурения скважин Советский патент 1984 года по МПК E21B4/14 

Изобретение относится к горной промьшшенности, в частности к устройствам для пневмоударного бурения скважин в крепких горных породах. Известен пнеэмоударник для бурения скважин, включающий корпус, поршень со штоком, ударный инструмент с установленными наклонно относительно его оси породообразую1ДИМИ элементами tl . Недостатком пневмоударника является то, что вследствие нормального относительно плоскости забоя направления воздействия породообразую щих элементов эффективность бурения относительно невысока. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является пневмоударник для бурения скважин, включающий корпус с задней крышкой внутри которого размещен поршень со штоком, образующим винтовую пару с закрепленным с торцовой части корпуса ударным инструментом, породоразрушаювдие элементы которого ус новлены н аклонно относительно оси поршня по направлению вращения удар кого инструмента при его рабочем ходе 2 . Недостатком устройства является то, что вследствие ударного взаимодействия элементов винтовой пары/ надежность конструкции относительно невелика. Кроме того, снижается надежность устройства и эффективность ударного воздействия вследствие зна чительных касательных нагрузок, испытываемых породоразрушающими элементами при прохождении отраженного импульса. Цель изобретения - повышение эффективности ударного воздействия и надежности конструкции за счет снижения величины касательной составля ющей отраженного на породоразрушающие элементы импульса, Поставленная цель достигается тем, что в пневмоударнике для бурения скважин, включающем корпус с задней крышкой, внутри которого раз мещен поршень со штоком, образующим винтовую пару с закрепленным в торцовой части корпуса ударным инструментом, породоразрушающие элементы которого установлены наклонно отно сительно оси поршня по направлению вращения ударного инструмента при его рабочем ходе, гайка винтовой пары образована задней крышкой корпуса, а винт выполнен полым, причем угол подъема винтовой линии равен углу наклона породоразрушающих элементов, при этом направление наклона последних совпадает с направлением витков винтовой линии. На фиг. 1 схематически показан предлагаемый пневмоударникf осевой разрез; на фиг. 2 - то же, вид со стороны ударного инструмента. Пневмоударник для бурения скважин состоит из цилиндрического корпуса 1, во внутренней полости которого размещен поршень 2, образующий с корпусом 1 полости рабочего 3 и холостого 4 хода. В теле цилиндрической части корпуса 1 изнутри выполнены передняя 5 и задняя 6 кольцевые проточки и радиальные отверс- . тия 7. На переднем торце корпуса.1 закреплен породоразрушающий инструмент 8, армированный твердосплавныг ми породоразрушающими элементами 9. Поршень 2 имеет переднюю 10 и заднюю 11 кольцевые проточки, каналы 12 и 13 для подачи сжатого воздуха, отверстия .14 и каналы 15 для выпуска отработанного воздуха в атмосферу, а также полый шток 16. К торцу корпуса 1, через который входит полый шток поршня 2, прикреплена гайка-, крышка. 17, а к полому штоку 16 поршня 2 прикреплен полый винт 18. . Пневмоударник.имеет бесклапанное распределение.сжатого воздуха,.характеризующееся наличием зон .впуска, расширения и выпуска сжатого воздуха как при прямом, так и при обратном ходе корпуса 1. На фиг, 1 показано положение пневмоударника в случае, когда корпус 1 находится в крайнем заднем положении, причем корпус 1 перемещен немного вперед, хотя в нерабочем состоянии он соприкасается с передним торцом поршня 2. В этом положении корпус 1 имеет крайнюю заднюю точку хода в рабочем состоянии пневмоударника. Пневмоударник Для бурения скважин работает следующим образом. Для бурения скважины пневмоударник полым винтом 18 крепится на полую штангу бурового станка (не показан) . Штангой бурового станка пневмоударник подают вперед до упора породоразрушающих элементов в горную породу, а затем перемещают на величину хода корпуса, равную 0,070 0,090 мм. Затем по полой штанге подают сжатый воздух. Сжатый воздух по полому винту 18, полому штоку 16 и каналам 13 в поршне 2 поступает через кольцевую проточку 5 и каналы 15 в полость 3 рабочего хода, приводя корпус 1 в движение вперед. Сечение кольцевых проточек 5 и 11 и отверстий 7, 12 и 13, а также полости штока 16 подобраны таким образом, что давление воздуха в них равно давлению воздуха в подводящей сети. В процессе передвижения корпуса 1 вперед гайка-крышка 17 скользит о винтовой линии полого винта 18

с поворотом и, будучи жестко соединенной с корпусом 1, проворачивает его вокруг продольной оси.

Пройдя 3/4 хода вперед, корпус 1 своей внутренней цилиндрической рабочей поверхностью, размещенной в зоне между передней кольцевой проточкой 5 и радиальными отверстиями 7, закрывает каналы 13, и подача сжатого воздуха в полость 3 .рабочег хода прекращается, а задняя кольцевая проточка 6 открывает каналы 12 в поршне 2, .и сжатый воздух.поступает в полость 4 холостого.хода. Однако корпус 1 перемещается вперед за счет расширения сжатого воздуха в полости.рабочего хода 3, а также инерционных сил.

В конце хода корпуса 1 вперед ударный инструмент 8 наносит удар по горной породе, причем направление удара происходит под острым углом к плоскости забоя скважины, так как на всем протяжении хода корпуса 1 вперед последний проворачивает вокруг продольной оси. При соприкосновении породоразрушающих элементов 9 и дальнейшем их внедрении в горну породу гайка-крышка 17 продолжает проворачивать корпус 1 вокруг оси, а вместе с ним ударный инструмент 8 При этом элементы 9 внедряются в горную породу под углом, равным углу винтовой линчи в гайке-крышке 17 и полом винте 18 (винтовой паре 17-18).

Ударный инструмент 8 армирован цилиндрическими твердосплавными элементами 9 с клиновидным концом, при этом установлены последние.под острым углом к плоскости, перпендику-. лярвой оси пневмоударника.

В момент нанесения удара по горной породе отработанный сжатый воздух из полости 3 рабочего хода выбрасывается в атмосферу по каналам 15, передней проточке 10 поршня 2 и радиальным отверстиям 7, так как последние в этот момент сообщены с передней кольцевой проточкой 10, а сжатый воздух из сети по каналам 12 и кольцевой проточке 6 поступает в

полость 4 холостого хода, и корпус 1 начинает перемещаться назад, а гайка-крышка 17 при этом начинает проворачивать корпус в обратном направлении.

Пройдя 1/4 хода назад, корпус 1 своей передней кольцевой проточкой 5 открывает каналы 13 в поршне 2, и сжатый воздух из сети начинает поступать в полость 3 рабочего хода,

а внутренней цилиндрической рабочей

(поверхностью в зоне задней кольцевой проточки б и радиальными отверстиями 7 закрывают каналы 13 в поршне 2. Однако корпус 1 за счет расширения

сжатого воздуха в полости 4, а также своего веса, сил инерции и реакции забоя продолжает перемещаться назад. Гайка-крышка 17 на всем протяжении заднего хода корпуса 1 проворачивает последний в обратном направлении.

Конструктивные размеры Каналов 12 и 13, полостей рабочего 3 и холостого 4 хода, передней 5 и задней 6 кольцевых проточек выбраны таким

образок, что при движении корпуса 1 назад он останавливается, оставляя зазор между передним тордом поршня 2 и телом корпуса 1 равным 0,003 0,005 мм.

После остановки корпуса 1 в крайнем заднем положении он под действием давления сжатого воздуха, поступающего в полость 3 рабочего хода по каналам 12 в поршне 2, начинает

перемещаться вперед, и цикл повторяется. Разрушенная порода попадает под действием собственного веса по каналам в ударный инстр/мент 8. .Сплошность обработки забоя скважины обеспечивается.поворотом породоразрушающего инструмента вокруг оси пневмоударника посредством вращающейся буровой штанги через полый винт 18, гайку-крышку 17, корпус 1 пневмоуларника.

При использовании изобретения увеличивается срок службы и надежность узкого звена конструкции шнтовой пары.

ПНЕВМОУДАРНИК ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН, включающий корпус с задней крьалкой, внутри которого размещен поршень со штоком, образукицим винтовую пару с -закрепленным в торцовой части корпуса ударным инструментом, породоразрушающие элементы которого установлены наклонно относительно оси пориня по направлению вращения ударного инструмента при его рабочем ходе, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности ударного воздействия и надежности конструкции за счет снижения величины касательной составляющей отраженного на породоразрушающие элементы импульса, гайка винтовой пары образована задней крьаикой корпуса, а винт выполнен полым, причем угол подъема винтовой линии равен углу наклона породоразрушакицих элементов/ при этом направление наклона последних совпадает с направлением витков винтовой линии. сл с 00 to