Гидроударник Советский патент 1992 года по МПК E21B4/14 

Изобретение относится к устройствам, применяемым при бурении скважин различного назначения, для выполнения основных и вспомогательных операций процесса проходки выработки и может быть использовано в строительстве для погружения и извлечения свай, шпунта и т.п.

Целью изобретения является повышение надежности в работе гидроударника.

На фиг. 1 изображен предлагаемый гидроударник до подачи рабочей жидкости в него; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - то же, в

момент начала подачи рабочей жидкости; на фиг. 5 - то же, в момент соударения поршня бойка с выпускным клапаном; на фиг. 6 - то же. в момент соударения бойка с верхней наковальней; на фиг. 7 и 8 - то же, в момент соударения внутренних буртов поршня бойка с хвостовиком выпускного клапана; на фиг. 9 - разрез В-В на фиг. 8.

Гидроударник (фиг. 1) состоит из корпуса 1, жестко связанного с верхним переходником 2, верхней 3 и нижней 4 наковальнями. С верхним переходником 2 соединена крышка цилиндра 5, оборудовано

о

пая впускными 6 и выпускным 7 каналами. В цилиндре 8 установлен поршень 9 бойка 10. Шток 11 бойка установлен в нижней наковальне 4 гидроударника и имеет диаметр меньший, чем диаметр поршня 9. Хвостовик 12 выпускного клапана 13 установлен в цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10 и уплотнен относительно нее манжетами 15. Кроме того, выпускной клапан 13 снабжен штоком 16 с поршнем 17, установленным в цилиндре 18 верхнего переходника 2. В хвостовике 12 выполнены каналы 19, сообщенные с осевым каналом 20 выпускного клапана 13. Пространство цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10, размещен- ное под хвостовиком 12 выпускного клапана 13, связано с полостью 21 высокого давления гидроударника отверстиями 22, а над- поршневая полость цилиндра 8 сообщена с цилиндрической полостью 14 отверсти- ями 23.

Впускной клапан 24 связан с выпускным клапаном 13 толкателями 25, а верхний переходник 2 оборудован впускными 26 и выхлопными 27 каналами и отверстиями 28 в надпоршневой полости цилиндра 18. В нижней наковальне 4 установлены всасывающий 29 и нагнетательный 30 клапаны насоса обратной промывки.

Гидроударник работает следующим об- разом.

В исходном положении (фиг. 1) боек 10, выпускной клапан 13 и впускной клапан 24 под действием собственного веса находятся в крайнем нижнем положении. При этом впускные каналы 6 крышки цилиндра 5 закрыты впускным клапаном 24, а выпускной канал 7 открыт.

При подаче в механизм рабочей жидкости (фиг. 4) она по впускным каналам 26 верхнего переходника 2 подается в полость 21 высокого давления гидроударника и пространство цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10. Благодаря тому что хвостовик 12 выпускного клапана 13 уплот- нен относительно цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10 манжетами 15, а пространство цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10. размещенное по хвостовиком 12 выпускного клапана 13, свя- зано с полостью 21 гидроударника отверстиями 22. Выпускной клапан 13 под действием давления рабочей жидкости на площадь поперечного сечения его хвостови- ка 12 движется вверх до упора хвостовика 12 во внутренние бурты поршня 9 бойка 10 (именно этот момент работы механизма изображен на фиг. 4).

Давление рабочей жидкости в подпор- шневой полости цилиндра 8 гидроударника

повышается, а боек 10 начинает двигаться вверх (фиг. 3). Этот момент работы гидроударника характеризуется тем, что жидкость, находящаяся в надпоршневой полости цилиндра 8, вытесняется в окружающую среду через выпускной канал 7 крышки цилиндра 5 и выхлопные каналы 27 верхнего переходника 2, а рабочая жидкость, заполняющая пространство цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10, размещенное под хвостовиком 12 выпускного клапана 13, через отверстия 22 вытесняется в подпоршневую полость цилиндра 8 гидроударника. Благодаря этому боек 10 приобретает дополнительное по сравнению с прототипом приращение скорости.

Следует отметить, что блок клапанов удерживается в нижнем положении за счет давления рабочей жидкости на впускной клапан 24, для чего суммарная площадь поперечного сечения впускных каналов 6 в крышке цилиндра 5 выбирается большей, чем площадь поперечного сечения хвостовика 12 выпускного клапана 13. Не доходя до верхней наковальни 3 на расстояние, равное половине хода клапанов S2, поршень 9 бойка 10 ударяет по выпускному клапану 13 (этот момент работы механизма изображен на фиг. 5).

Оставшееся расстояние до верхней наковальни 3, равное положение хода клапанов S2, боек 10 происходит по инерции совместно с выпускным клапаном 13, толкателем 25 и впускным клапаном 24. В конце своего хода вверх боек 10 наносит удар по верхней наковальне 3 (фиг. 6). Этот момент работы гидроударника характеризуется тем, что открыты одновременно впускной 24 и выпускной 13 клапаны. При этом давление в полости 21 гидроударника снижается на 30-40% и формируется за счет гидравлических сопротивлений в зазорах между посадочными местами выпускного 13 и впускного 24 клапанов в крышке цилиндра 5 и клапанами 13 и 24, а также гидравлических сопротивлений в выпускном канале 7 и выхлопных каналах 27 верхнего переходника 2,

Благодаря тому,что выпускной клапан

13оборудован штоком 16 с поршнем 17, установленным в цилиндре 18 верхнего переходника 2, хвостовик 12 выпускного клапана 13 уплотнен относительно- цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10, а пространство цилиндрической полости

14поршня 9 бойка 10, размещенное под хвостовиком 12, связано с полостью 21 гидроударника отверстиями 22, выпускной клапан 13 под действием давления рабочей жидкости на площадь поперечного сечения

штока 16 продолжает движение вверх. При этом из-за наличия поршня 17 и отверстий 28 в надпоршневой полости цилиндра 18 верхнего переходника 2 повышение давления в выпускном канале 7 не оказывает со- противления движению выпускного клапана 13 вверх. Под действием давления рабочей жидкости и инерционных сил выпускной клапан 13 закрывается, а впускной клапан 24 открывается (этот момент работы механизма изображен на фиг. 7).

Рабочая жидкость начинает поступать как в подпоршневую, так и в надпоршневую полости цилиндра 8 гидроударника. Так как площадь поршня 9 бойка 10 со стороны надпоршневой полости цилиндра 8 больше, чем площадь со стороны подпоршневой полости на величину площади поперечного сечения уплотненной части штока 11, боек 10 начинает двигаться вниз. Этот момент рабо- ты механизма характеризуется тем, что жидкость из пространства цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10, расположенного над хвостовиком 12 выпускного клапана 13, вытесняется в надпоршневую полость цилиндра 8, а жидкость из подпоршневой полости цилиндра 8 под давлением заполняет пространство цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10, размещенное под хвостовиком 12 выпускного клапана 13. Это способствует увеличению скорости бойка 10 по сравнению, например, с прототипом, у которого во время рабочего хода бойка 10 вниз Зн рабочая жидкость вытесняется из подпоршневой в надпоршневую полость цилиндра 8, теряя часть своей энергии на внутреннее трение. Во время хода бойка 10 вниз 5н впускной 24 и выпускной 13 клапаны удерживаются в верхнем положении давлением рабочей жидкости на впускной клапан 13.

В определенный момент времени, когда расстояние от бойка 10 до нижней наковальни 4 незначительно (на 1,5-3 мм) больше хода клапанов Sz, происходит совмещение отверстий 23 в стенках цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10 с каналами 19 хвостовика 12 выпускного клапана 13. Рабочая жидкость из надпоршневой полости цилиндра 8 через отверстия 23, каналы 19, осевой канал 20 выпускного клапана 13 и отверстия 28 в надпоршневой полости цилиндра 18 верхнего переходника 2 устремляется в окружающую среду. Давление в полости 21 высокого давления гидроударника, а следовательно, и сила прижатия выпускного клапана 13 к его седлу в крышке цилиндра 5 снижаются. В это время боек 10, не долетевший до нижней наковальни 4 на расстояние, равное ходу

клапанов $2, ударяет внутренними буртами поршня 9 по хвостовику 12, срывая выпускной клапан 13 с его седла (фиг. 8).

Благодаря тому что надпоршневая по5 лость цилиндра 8 гидроударника выполнена с возможностью сообщения с окружающей средой, посредством отверстий 23 в стенках цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10, осевого канала 20 выпускного клапана

10 13 и отверстий 28 в надпоршневой полости цилиндра 18 верхнего переходника 2, в момент соударения внутренних буртов поршня 9 с хвостовиком 12 выпускного клапана 13 напряжения растяжения в теле последне15 го снижаются вследствие уменьшения силы прижатия клапана 13 к его седлу в крышке цилиндра 5.

Пройдя по инерции совместно с выпускным клапаном 13 расстояние, равное ходу

0 клапанов За, боек 10 наносит удар по нижней наковальне 4 (фиг. 2). Впускной клапан 24 закрывается под действием скоростного напора рабочей жидкости из впускного канала 26 и собственного веса. Подаваемая в

5 гидроударник рабочая жидкость вновь поступает в подпоршневую полость цилиндра 8, и цикл работы механизма повторяется.

Генерируемые в гидроударнике ударные импульсы в виде волн упругой деформа0 ции передаются на корпус 1 механизма и соединенный с ним погружаемый в грунт элемент (не показан), вызывая его внедрение в породный массив,

Для отдаления момента наступления

5 свайного эффекта при забивании колонковых труб, трубчатых свай и т.п. в нижней наковальне 4 установлены всасывающий 29 и нагнетат льный 30 клапаны насоса обратной промывки. При ходе бойка 10 вверх

0 (фиг. 3) в пространстве под штоком 11 создается разрежение, всасывающий клапан 29 открывается, а скважинная жидкость заполняет его пространство. При ходе бойка 10 вниз жидкость из-под штока 11 вытесняется

5 в окружающую среду через нагнетательный клапан 30 (фиг. 8). Благодаря этому в полости колонковой трубы создается восходящий поток скважинной жидкости, омывающей керн, снижающий его трение о

0 внутреннюю поверхность колонковой трубы и отделя ющий момент образования ядра уплотнения.

Применение предлагаемого гидроударника позволяет повысить надежность его в

5 работе.

Формула изобретения Гидро ударник, включающий верхний переходник с цилиндром, впускными и вы- хлопными каналами, корпус с цилиндром, в

котором размещен поршень бойка, крышку цилиндра с каналами, верхнюю и нижнюю наковальни, выпускной клапан со штоком и хвостовиком с уплотнением, размещенным в цилиндрической полости бойка, осевой канал, выполненный в корпусе выпускного клапана, радиальные отверстия, выполненные в центральной части уплотнения хвостовика и корпусе бойка над его поршнем, а также впускной клапан, связанный с выпускным клапаном посредством толкателя.

0

отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе гидроударника, шток выпускного клапана в верхней части выполнен в виде поршня, установленного в цилиндре верхнего переходника, а в корпусе бойка под поршнем выполнены радиальные отверстия, гидравлически сообщенные с пространством под уплотнением хвостовика в цилиндрической полости бойка и с полостью высокого давления гидроударника.

Изобоетение относится к устройствам, применяемым при бурении скважин различного назначения, и может быть использовано в строительстве для погружения и извлечения свай, шпунта и т.п. Цель изобретения - повышение надежности в работе гидпоулаоника (Г). Г включает верхний переходник 2 с впускными 26 и выхлопными 27 каналами, Переходник 2 соединен с корпусом (К) 1. В нем установлен цилиндр 8, в котором размещен поршень 9 бойка 10 и крышка цилиндра 5. В крышке 5 выполнены каналы 6 и 7, а К имеет верхнюю 3 и нижнюю 4 наковальни. В цилиндре 8 установлен выпускной клапан (ВК) 13, хвостовик 12 которого размещен в цилиндрической полости (ЦП) 14 бойка 10. Посредством толкателя 12 которого размещен в цилиндрической полости (ЦП) 14 бойка 10. Посредством толкателя 25 В К оборудован поршнем 17, а хвостовик 12 уплотнен относительно ЦП. Надпоршне- вая полость цилиндра 8 сообщается с окружающей средой через отверстия 23 в стенках ЦП, радиальные отверстия 19, осевой канал 20 ВК и отверстия 28 переходника 2. Пространство ЦП под хвостовиком 12 ВК связано с полостью 21 высокого давления Г отверстиями 22. Генерируемые в Г ударные импульсы в виде упругой деформации передаются на К и соединенный с ним погружаемый в грунт элемент. Для отделения момента наступления свайного эффекта при забивании трубчатых свай и т. п. в нижней части Г выполнен насос обратной промывки с всасывающим 29 и нагнетательным 30 клапанами. 9 ил.

Фиг.1

А-А

(Риг. 2

21

ФигЗ

От насоса

26

Фиг4

Относосц

Фиг, 5

шоэон ш/рз.

озоэан шо

А9009А1

в

L

29

Фиг. В

Составитель А. Хромин

Фи&9

Редактор М.Стрельникова Техред М.МоргенталКорректор А. Козориз

Заказ 3165ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

О/л нососа

42