Гидроударник Советский патент 1992 года по МПК E02D7/10 

Изобретение относится к оборудованию горнодобывающей промышленности и может быть использовано в буровых работах для забивного и ударно-вращательного бурения, посадки и извлечения обсадных труб, ликвидации прихватов бурового снаряда в скважине и т.д.

Известен гидроударник с двумя клапанами, жестко закрепленными на общей тяге. Он состоит из корпуса, цилиндра с размещенным в нем ступенчатым поршнем- бойком и клапанного блока, включающего впускной и выпускной клапаны, жестко посаженные на подпружиненную относительно поршня общую тягу 1.

Недостатком описанного гидроударника является узкая область применения из-за невозможности обеспечения ряда режимов работы механизма. Будучи гидравлической машиной объемного действия, работающей на принципе вытеснения поршня рабочим агентом, данный гидроударник имеет прямую зависимость частоты и энергии удара от расхода жидкости через цилиндр механизма. Изменить характер этой зависимости без конструктивных изменений гидроударника не представляется возможным. Вследствие этого применение гидроударников, предназначенных для бурения в песках при большой частоте и малой энергии единичного удара, будет малоэффективно в вязких породах глинистого комплекса, где рациональным режимом бурения являются низкие частоты со значительной энергией удара. Кроме того, гидроударник описанной конструкции не позволяет изменять энергию удара бойка при заданном расходе рабочей жидкости, в связи с чем машина не может быть одинаково эффективно использоваться для посадки и извлечения обсадных колонн, забивки свай и ликвидации, прихватов бурового снаряда в скважине.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является гидроударник, включающий корпус с переходником верхней и нижней наковальнями, цилиндр, размещенный в нем ступенчатый поршень, соединенный с бойком, распределительную камеру с впускными окнами и сливным каналом, клапанный блок в виде полой втулки, связанной с поршнем посредством подпружиненной тяги, установленный над распределительной камерой гидроаккумулятор 2.

Недостатком описанного гидроударника является узкая область применения из-за невозможности обеспечения ряда режимов работы механизма, имеет место прямая зависимость энергии единичного удара и частоты ударов от расхода рабочей жидкости, в связи с чем не может быть решена проблема изменения энергии удара бойка. Поэтому механизмы одного типоразмера не могут

быть одинаково эффективно использованы для различных работ.

Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей.

Указанная цель достигается тем, что в

0 гидроударнике, включающем корпус с переходником и верхней и нижней наковальнями, цилиндр, размещенный в нем ступенчатый поршень, соединенный с бойком, распределительную камеру с впускны5 ми окнами и сливным каналом, клапанный блок в виде полой втулки, связанной с поршнем посредством подпружиненной тяги, установленный над распределительной камерой гидроаккумулятор, распределитель0 ная камера и нижняя наковальня оборудованы фиксаторами, установленными с возможностью взаимодействия с бойком; причем в нижней наковальне и стенке распределительной камеры могут быть вы5 полнены цилиндрические полости, связанные с окружающей средой, в которых размещены фиксаторы, выполненные в виде подпружиненных относительно корпуса поршней.

0На фиг.1 изображен гидроударник при

крайнем нижнем положении поршня и бойка; на фиг.2 - то же, при крайнем верхнем положении поршня и бойка механизма; на фиг.З - сечение А-А на фиг. 1.

5 Гидроударник состоит из корпуса 1 с переходником 2, имеющим каналы 3 и А, верхней наковальни 5 и нижней наковальни 6, а также цилиндра 7, в котором размещен ступенчатый поршень 8, соединенный с бой0 ком 9, В верхней части цилиндра 7 установлена распределительная камера 10 с впускными окнами 11, нижним седлом 12 и крышкой 13, которая снабжена верхним седлом 14 и сливным каналом 15. В распре5 делительной камере 10 установлен клапанный блок в виде втулки 16, нижний торец которой является впускным клапаном 17, а верхний торец, оборудованный цилиндрическим выступом 18, выполняет роль выпу0 скного клапана гидроударникз. Втулка 16 снабжена перепускным каналом 19 и связана с поршнем 8 и тягой 20, пружиной 21 и ограничителями 22 и 23. В нижней наковальне 6 установлен шток 24 бойка 9, обору5 дованный кольцевой проточкой 23. такой же кольцевой проточкой 26 обйрудован верхний выступ 27 ступенчатого поршня 8. В цилиндрических полостях 23 распределительной камеры 10 и нижней наковальни 6 установлены фиксаторы 29 с поршнями 30, которые подпружинены относительно корпуса 1 гидроударника пружинами 31. Пружины 31 опираются на связанные с корпусом 1 резьбовые втулки 32 со сквозными отверстиями ЗЗТВ верхней части гидроударника установлен гидроаккумулятор в виде соединенного с верхним переходником 2 цилиндра 34 с поршнем 35 и пружиной 36.

Гидроударник работает следующим образом.

В исходной позиции боек 9 занимает крайнее нижнее положение, а фиксаторы 29 под действием пружин 31 входят в кольцевую проточку 25 штока 24. При подаче в механизм рабочей жидкости по каналу 3 в верхнем переходнике 2 она поступает в под- поршневую полость цилиндра 7, а давление в гидроударнике растет, так как шток 24 бойка 9 зафиксирован относительно нижней наковальни 6 фиксаторами 29. Рост давления в механизме приводит к тому, что поршень 35 гидроаккумулятора начинает перемещаться вверх, сжимая пружину 36 и вытесняя жидкость из надпоршневого пространства цилиндра 34 в окружающую среду. Давление продолжает увеличиваться до тех пор, пока его величина не станет достаточной для перемещения поршней 30 фиксаторов 29 в полостях 28 нижней наковальни 6. Благодаря тому, что фиксаторы 29 связаны с установленными в цилиндрических полостях 28 нижней наковальни 6 поршнями 30, которые подпружинены относительно корпуса 1 гидроударника пружинами 31, а надпоршневое пространство цилиндрических полостей 28 связано с окружающей средой сквозными отверстиями 33 в резьбовых втулках 32, фиксаторы 29 выходят из кольцевой проточки 25 штока 24, освобождая боек 9 от связи с наковальней 6.

Под действием давления рабочей жидкости от приводного насоса (не показан) и со стороны поршня 35 гидроаккумулятора боек 9 со ступенчатым поршнем 8 устремляются вверх. При этом расход рабочей жидкости через цилиндр 7 гидроударника определяется не только расходом приводного насоса, но и количеством жидкости, вытесняемой поршнем 35 из цилиндра 34. Поскольку объем жидкости в подпоршневой полости цилиндра 34 полностью зависит от жесткости пружин 31, то.изменяя натяг последних при помощи вращения резьбовых втулок 32, можно в широком диапазоне изменять расход жидкости через цилиндр 7, а следовательно, и скорость бойка 9.

, Во время движения поршня 8 вверх жидкость из надпоршневой полости 7 цилиндра 7 через каналы 19 и 15 вытесняется в окружающее пространство В определенный момент ограничитель 22 упирается в нижний торец полой втулки 16 и при дальнейшем перемещении поршня 8 вверх произойдет сжатие пружины 21, поскольку 5 клапанный блок прижат к нижнему седлу 12 давлением рабочей жидкости на впускной клапан 17 гидроударника. В конце хода поршня 8 вверх ограничители 22 и 23 соприкоснутся и под действием ударного импульса,

0 вызванного их соударением, а также благодаря усилию пружины 21, произойдет переброска втулки 16 в верхнее положение. Эта фаза работы механизма заканчивается ударом бойка 9 по верхней наковальне 5. при-

5 чем фиксаторы 29, размещенные в цилиндрических полостях 28 распределительной камеры 10 под действием пружин 31, входят в кольцевую проточку 26 верхнего выступа 27 ступенчатого поршня 8.

0 При верхнем положении ступенчатого поршня 8 сливной канал 15 закрыт цилиндрическим выступом 18 выпускного клапана, а впускные окна 11 распределительной камеры 10 открыты. Благодаря этому жид5 кость поступает не только в подпоршневую полость цилиндра 7 гидроударника, но и в его надпоршневую полость. Так как боек 9,с поршнем 8 зафиксированы от перемещения фиксаторами 29, находящимися в кольце0 вой проточке 25 верхнего выступа 27 ступенчатого поршня 8, давление в механизме возрастает, что приводит к перемещению поршня 35 в цилиндре 34 и сжатию пружины 36, В это время жидкость из надпоршневой

5 полости цилиндра 34 вытесняется по каналу 4 в окружающую среду, а в подпоршневом пространстве происходит ее накопление, Вследствие того, что распределительная камера 10 оборудована фиксаторами 29,

0- установленными с возможностью взаимодействия с бойком 9, процесс зарядки гидроаккумулятора продолжается до тех пор, пока сила давления рабочей жидкости на поршни 30 фиксаторов 29 не станет доста5 точной для сжатия пружин 31 и перемещения поршней 30 с фиксаторами 29 в цилиндрических полостях 28. При этом благодаря тому, что надпоршневое пространство цилиндрических полостей 28 связано с

0 окружающей средой сквозными отверстиями 33 в резьбовых втулках 32, жидкость, находящаяся в надпоршневом пространстве, беспрепятственно вытесняется в затруб- ное пространство.

5 После освобождения поршня 8 от фиксации он устремляется вниз, так как его рабочая площадь со стороны надпоршневой полости цилиндра 7 больше, чем его рабочая площадь со стороны подпоршневой полости цилиндра 7 на величину площади

уплотненной относительно нижней наковальни б части штока 24. В процессе разгона поршня 8 с бойком 9 полая втулка 16 удерживается в верхнем положении давлением жидкости на ее верхний торец, оснащенный цилиндрическим выступом 18, наличие которого препятствует самопроизвольному отрыву полой втулки 16 от верхнего седла 14 крышки 13 распределительной камеры 10 в момент прохождения отраженной гидроударной волны. Разгон ступенчатого поршня 8 с бойком 9 продолжается до тех пор, пока ограничитель 23 не упрется в нижнюю головку тяги 20, после чего произойдет сжатие пружины 21 и соударение ограничителей 22 и 23, которое обеспечит перестановку полой втулки J6 в нижнее положение.

Фиксаторы 29 нижней наковальни 6 вновь входят в кольцевую проточку 25 штока 24. полая втулка 16 занимает крайнее нижнее положение в нижнем седле 12, перекрывая рабочей жидкости доступ в надпоршневую полость цилиндра 7, и цикл работы устройства повторяется. Гидроударник может быть легко настроен на любой режим работы путем изменения натяга пружин 31 и фиксаторов 29. При этом дополнительным преимуществом механизма является более высокая надежность работы

в момент запуска, так как фиксация бойка 9 относительно нижней наковальни 6 в исходном положении позволяет накопить в цилиндре 34 гидроаккумулятора количество жидкости, позволяющее осуществить ход бойка 9 вверх с максимальной скоростью.

Формула изобретения

1.Гидроударник, включающий корпус с переходником, верхней и нижней наковальнями, цилиндр с размещенным в нем ступенчатым поршнем, соединенным с бойком, распределительную камеру с впускными окнами и сливным каналом, клапанный блок в

виде полой втулки, связанной с поршнем посредством подпружиненной тяги, установленный над распределительной камерой гидроаккумулятор, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных

возможностей, распределительная камера и нижняя наковальня оборудованы фиксаторами, установленными с возможностью взаимодействия с бойком.

2.Гидроударник по п.1,отличающий- с я тем, что в нижней наковальне и стенке

распределительной камеры выполнены цилиндрические полости, связанные с окружающей средой, в которых размещены фиксаторы, выполненные в виде подпружи- ненных относительно корпуса поршней.

Гидроударник относится к оборудованию горнодобывающей промышленности и может быть использовано в буровых работах для забивного и ударно-вращательного бурения, посадки и извлечения обсадных труб, ликвидации прихватов бурового снаряда в скважине и т.д. Гидроударник включает корпус 1с наковальнями 5 и 6, цилиндр 7 с размещенным в нем ступенчатым поршнем 8 и бойком 9, распределительную камеру 10 с впускными окнами 11 и сливным каналом 18, а также клапанный блок в виде полой втулки 16, связанной с поршнем 8 бойка 9 посредством подпружиненной тяги 2.Q, Распределительная камера 10 и нижняя наковальня 6 оборудованы фиксаторами 29. Фиксаторы 29 связаны с установленными в цилиндрических полостях 28, сыпол- ненных в распределительной камере 10 и нижней наковальне 6, поршнями 30, подпружиненными относительно корпуса 1 гидроударника. Надпоршневое пространство цилиндрических полостей 28 связан с окружающей средой. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. VI VI Ю v|

Щи г. 2.

А-А

30