Пневматическое устройство ударного действия Советский патент 1986 года по МПК E21B4/14 E21B7/14 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам ударного действия, используемым, например, при бурении скальных и мерзлых пород.

Целью изобретения является повьш ние надежности устройства и сниже- ние энергозатрат при бурении мерзлых пород на больших глубинах за счет уменьшения пути транспортировки газообразного агента в рабочие камеры.

На чертеже изображено пневматическое устройство, продольньй разрез .

Пневматическое устройство ударного действия содержит корпус 1 с трубчатьми направляющими 2 и 3, верхние 4 и 5 и нижние 6 и 7 концы которых сведены в наконечники 8 и 9, в которых расположены имеющие сферически вогнутые поверхности 10 и 11 отражатель 12 и наковальня 13 с породоразрушающим инструментом 14. В трубчатых направляющих 2 и 3 размещен ударный шар 15, перемещаемый в направляющих 2 и 3 под действием газообразного рабочего агента, подаваемого через магистраль 16 и тангенциальное сопло 17 и выводимого через перепускные отверстия 18. Для снижения энергоемкости и повьш1ения надежности работы устройства трубчатые направляющие 2 и 3 заключены в вакуумированньй кожух 19 с внутренней конденсирующей камерой 20, соединенной с перепускными отверстиями 18 и снабженной капиллярно-пористым слоем 21, пропитанным легкоиспаряющимся жидким теплоносителем 22, а в верхней части корпуса 1 смонтирована испарительная камера 23 с нагревателем 24, подключенная к магистрали 16 и имеющая капиллярно-пористый слой 25, соединенный капиллярным пористым слоем в виде капиллярных артерий 26 с капиллярно-пористым слоем 21 вакуумированного кожуха 19. Нагреватель 24, испарительная 23 и конденсирующая 20 камеры образуют приспособление для подачи газообразного агента в рабочие камеры в виде трубчатых направляюпц х 2 и 3.

Пневматическое устройство ударного действия работает следующим образом.

213402

В исходном состоянии конденсирующая камера 20 трубчатые направляющие 2 и 3 и камера 23 заполнены .средой под низким давлением за счет 5 вакуумирования кожуха 19, а легкоиспаряющийся жидкий теплоноситель, имеющий низкую температуру окружа- ющей среды (близкую к температуре мерзлых пород), сосредоточен в основном , в порах и каплллярах капилярно - пористых слоев 21 и 25.

10

5

0

5

0

5

0

5

5

При включении нагревателя 24 легкоиспаряющийся жидкий теплоноситель 22 капиллярно-пористого слоя 25 нагревается, закипает и, отнимая у нагревателя 24 теплоту парообразования, переходит в парообразное состояние , образуя газообразный рабочий агент. Давление в кам ёре 23 возрастает, и г азообразный рабочий агент в виде струи выбрасьшается через сопло 17. Поток газа двигается по .трубчатой направляющей 3 и достигает ударного шара 15, находящегося на поверхности 11 наковальни 13. Ударньй шар 15 начинает движение вверх по трубчатой направляющей 2, взаимодействует с поверхностью 10 отражателя 12, отскакивает от нее под углом и, подхваченный потоком газа, устремляется в смежную направляющзто 3. За счет по- лученной кинетической энергии уДар- ньй шар 15 проходит участок с перепускными отверстиями 18, через которые отработанньй поток газообразного рабочего агента попадает в камеру 20 вакуумированного кожуха 19. Ударньй шар 15 подхватьшается потоком газообразной струи из тангенциального сопла 17, дополнительно разгоняется и, приобретая кинетическую энергию, наносит удар по поверхности 11 наковальни 13, генерируя ударный импульс, передаваемый через породоразрушающий инструмент 14 на забой скважины. Далее движение ударного шара 15 продолжается описанным образом. Газообразньй рабочий агент, попавший в конденсирующую камеру 20, охлаждается и отдает теплоту парообразования окружающей кожух 19 мерзлой горной породе. При этом газообразный рабочий агент конденсируется и переходит в жидкую фазу, образуя теплоноситель 22.

Область камеры 20 за счет непре- рьгоной конденсации является область пониженного давления, а область камеры 23 за счет непрерывного испарения является областью повышенного давления. Поэтому в устройстве обеспечивается градиент давления, направленный от камеры 23 через сопло 17, направляющую 3, направляющую 2 и перепускные отверстия 18 к камере 20.

Непрерывное высыхание капиллярно-пористого слоя 25 за счет тепла нагревателя 24 обеспечивает градиент давления, направленный по капиллярно-пористому слою 21 через капиллярные артерии 26 к капиллярно-пористому слою 25. Сконденсированный. в слое 21 теплоноситель 22 непрерывно транспортируется через артерии 26 к нагревателю 24. Далее процесс превращения и движения теппродолжается описанным

лоносителя 22 образом.

Периодически попадая под струю сопла 17, ударный шар 15 начинает

совершать круговые движения по направляющим 2 и 3 с большой частотой, преобразуя часть тепловой энергии нагревателя 24 в ударные виброимпульсы, воздействующие через породоразрушающий инструмент 14 на забой скважины. Неиспользованная часть энергии высвобождается при конденсации, обеспечивая круговорот теплоносителя 22, а также в виде тепла утилизируется на нагрев мерзлой породы.

Это обеспечивает снижение энер - гоемкости процесса бурения и повышение надежности работы, причем полная автономность бурового снаряда может быть достигнута при использовании ядерного нагревателя 24.

А4

ВНИИПИ Заказ 1562/39 Тираж 470 Подписное Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4