Устройство ударного действия для образования скважины в грунте Советский патент 1984 года по МПК E21B4/12 

I Изобретение относится к геологоразведке и строительству и может быть использовано преимущественно д образования вертикальных скважин в грунте. Известно устройство ударного дей ствия для образования скважин в грунте, содержащее корпус с системой электромагнитных катушек, наковальню и установленное в корпусе с возможностью осевого возвратнопоступательного перемещения с ферромагнитными звеньями 11. Реверсирование ударного усилия, созданного ударником, осуществляетс подачей рабочих импульсс5в напряжения на различные системы кату шек прямого и обратного хода. Недостатком известного устройства является- необходимость применения двух систем электромагнитных катушек, каждая из которых половин рабочего цикла не работает, что зна чительно ухудшает удельные энергетические характеристики, например, кинематическую энергию ударника, от несенную к массе ударника. Цель изобретения - повьш1ение удельных энергетических характеристик устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройстве ударного де;й.ствия для образования скважин в грунте, содержащем корпус с системой электромагнитных катушек, наковальню и установленное в корпусе с возможностью осевого возвратно-поступател ного перемещения с фе рромагнитными звеньями, наковальня установлена в корпусе с возможностью аксиальног перемещения, корпус имеет два упора а ударник подпружинен относительно наковальни и снабжен буртиком для взаимодействия с упорами корпуса, расстояние А между которыми определ ется по следующей формулу , , В + Cj- k + D, -расстояние между соседними электромагнитными катушками; С И Cj -перекрытие электромагнитных катущек ферромагнитными звеньями при фиксации буртика у соответствующего упора; К - высота ферромагнитного звена D - высота буртика. 7г На фиг. 1 изображено устройство в исходном состоянии для удара вниз, на фиг. 2 - то же, для удара вверх. Устройство содержит корпус 1, внутри которого находится жестко связанная с ним система электромагнитных катушек 2 и шихтованного магнитопровода индуктора 3. В магнитопроводе индуктора 3 соосно с ним расположен ударник 4 с ферромагнитными звеньями, отделенными друг от друга немагнитными, например, медными кольцами 5. На ударнике 4 расположен буртик 6, который фиксирует ударник относительно верхнего 7 или нижнего 8 упоров, установленных в корпусе 1 на расстоянии А, которое определяют по формуле A B+C-,+ C2-K+D, где В - расстояние между соседними электромагнитньми катушками С и С„- перекрытие электромагнитных катушек ферромагнитными звеньями при фиксации буртика у соответствующего упора; К - высота ферромагнитного звена; D - высота буртика. Б нижнем торце ударника установлен боек 9, наружный диаметр которого больше наружного диаметра ударника. Боек 9 помещен внутри камеры, образованной стаканом 10 и сочлененной с ним наковальней 11, причем дно стакана 10 выполнено с отверстием, диаметр которого больше диаметра ударника, но меньше диаметра бойка. Стакан 10 и наковальня 11 имеют возможность аксиального перемещения относительно корпуса 1. Дпя возврата ударника в исходное .состояние на нем установлена пружина 12, причем верхним торцом пружц,на упирается в буртик 6, а нижним в стакан 10. Для предотвращения обратного хода устройства во время действия электромагнитной силы к корпусу 1 жестко прикреплена инертная масса пригруз 13. . К наковальне 11 приклеплен породоразрушающий элемент 14, например грунтозаборник, для отбора проб грунта.

3

в цепях уменьшения бокового трения корпуса 1 и пригруэа 13 о стенки скважины наружньй диаметр породоразрушающего элемента 14 выполнен большим, чем диаметры корпуса 1 и пригруза 13.

Устройство работает следующим образом.Под действием силы тяжести пригру за 13 стакан 10 поджат к нижнему упору 8, а буртик 6 под действием упругих сил пружины 12 - к верхнему упору 7. В этом случае короткозамкнутые кольца 5 ударника расположены внутри электромагнитных катушек 2 ниже их радиальной оси.

Под действием электромагнитных сил, возникающих в результате взаимо действия импульсного магнитного потока, созданного катушками 2, и наведенного тока в короткозамкнутых кольцах 5 ударник 4 перемещается в сторону смещения короткозамкнутых колец 5 относительно радиальной оси катушек 2 и наносит удар по наковальне 11. При этом прикрепленньй к наковальне 11 породоразрушающий элемент 14 внедряется в грунт, формируя скважину.

Вследствие того, что диаметр корпуса 1 и пригруза 13 меньше диаметра породоразрушающего элемента 14, по окончании действия импульса силы корпус 1 под действием силы тяжести пригруза 13 опускается до тех пор, пока стакан 10 не придет в соприкосновение с нижним упором 8. Упругие силы пружины при этом возвращают ударник 4 в исходное состояние от161374

носительно электромагнитных катушек , 2, и цикл работы устройства повторяется.

Под действием усилия грузоподъемного механизма, например лебедки, корпус 1 с пригрузом 13 поднимаются, а породоразрушающий элемент 14 остается на месте до тех пор, пока нижняя торцовая поверхность наковальни 11 не придет в соприкосновение

10 с корпусом 1. При этом ударник 4 под действием силы тяжести перемещается вниз до фиксации буртика 6 у нижнего упора 8. Б этом случае короткозамкнутые кольца 5 ударника расположе15ны внутри электромагнитных катушек 2 вьш1е их радиальной оси.

Под действием электромагнитных сил ударник 4 перемещается в сторону смещения короткозамкнутых колец 5

20 относительно радиальной оси катушек 2 и наносит удар по стакану 10. При этом породоразрушающий элемент 14 отрывается от забоя скважины.

По окончании действия импульса си5лы ударник 4 под собственным весом опускается до упора 8, а наковальня 11 усилием грузоподъемного механизма подяшмается нижним торцом к корпусу 1; работы повторяется,

0

Таким образом, конструкция устройства позволяет осуществлять реверс ударного усил11я при бурении скважины и извлечении устройства из грунта с помощью одной и той же системы электромагнитных катушек, что приводит к повышению удельных энергетических характеристик.

УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ, содержащее корпус с системой электромагнитных катушек, наковальню и установленное в корпусе с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения с ферромагнитными звеньями, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения удельных энергетических характеристик,, наковальня установлена в корпусе с возможностью аксиального перемещения, корпус имеет два упора,а ударник подпружинен относительно наковальни и снабжен буртиком для взаимодействия с упорами корпуса, расстояние А между которыми определяется по формуле D с + с - К + А В + где В расстояние между сосед ними электромагнитными катушкамиi i С, С перекрытие электромагнитных катушек ферро(Л магнитными звеньями при фиксации буртика у соответствующего упораJ высота ферромагнитного К D звена; высота буртика.

Cf

X

м

-в

//

ФиеЛ

в

CJL

к

х

Фиг. 2