Пневмоударник для бурения скважин Советский патент 1983 года по МПК E21B4/14 

(54) ПНЕВМОУДАРНИК ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

1 .

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к пневмоударным устройствам для бурения вертикальных и наклонных скважин в горных породах.

Известен пневмоударник, включающий корпус, поршень-ударник, образующий в корпусе камеры холостого и рабочего ходов, причем на корпусе и поршне-ударнике имеются кольцевые проточки 1.

Недостатком пневмоударника является то, что при увеличении диаметра скважины, например более 105-130 мм, увеличиваются потери энергии и ее рассеивания в породоразрушающем инструменте вследствие того, что поршень-ударник расположен в корпусе.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому резу льтату является пневмоударник для бурения скважин, включающий корпус-ударник с передней относительно направления удара и задней кольцевыми проточками, выхлопными окнами, поршень с Двумя штоками, имеющими осевой канал и сообщенные с последним передний и задний радиальные каналы, околоштоковые камеры рабочего и холостого ходов 2.

Недостатком пневмоударника является то, что при бурении, например вертикальных скважин, происходит соударение корпусаударника при его холостом ходе с поршнем, приводящее к передаче ударного воздействия на став штанг и уменьшающее надежность работы устройства. В то же времй для облегчения запуска устройства необходимо создание в околоштоковой камере рабочего хода воздушной подушки, приводящей к ограниченному перемещению в направлении

10 удара (на 20-25 мм) корпуса-ударника относительно поршня, а в этой конструкции невозможно обеспечить наличие такой воздушной подушки.

Цель изобретения - повышение надеж,j ности работы, облегчение условий запуска за счет создания в камере постоянной воздушной подушки.

Эта цельдостигается тем, что в пневмоударнике для бурения скважин, включающем корпус-ударник с передней относитель20 но направления удара и задней кольцевыми проточками, выхлопными окнами, поршень с двумя штоками, имеющими осевой канал, и сообщенные с последним передний и задний радиальные каналы, околоштоковые камеры рабочего и холостого ходов, поршень снабжен обратным клапаном, в поршне относительно направления удара выполнены передняя и задняя кольцевые проточки и канал запуска, в котором установлен обратный клапан, а в корпусе-ударнике между задней кольцевой проточкой последнего и выхлопными окнами выполнена средняя кольцевая проточка, при этом один из выходов канала запуска расположен в камере рабочего хода, а другой - между задней кольцевой проточкой поршня и задним радиальным каналом.

На чертеже показан пневмоударник, продольный разрез.

Пневмоударник для бурения скважин состоит из корпуса-ударника 1, поршня 2 с передним 3 и задним 4 полыми штоками, размешенного внутри корпуса-ударника 1, а длина полых штоков 3 и 4 превышает продольные габариты корпуса-ударника 1. Породоразрушаюший инструмент 5 закреплен на переднем полом штоке 3. Внутренняя часть цилиндрического корпуса-ударника 1 имеет переднюю б, заднюю 7 и боковую 8 рабочие поверхности. На его боковой поверхности 8 выполнены передняя 9, задняя 10, средняя 11 кольцевые проточки и выхлопные окна 12, размеш.енные между передней 9 и средней 11 кольцевыми проточками. Поршень 2 имеет центральный осевой канал 13, выполненный в штоках 3 и 4. На боковой поверхности поршня выполнены радиальные передние 14 и задние 15 каналы, сообщенные с осевым каналом 13 и передняя 16 и задняя 17 кольцевые проточки поршня 2 в зоне между передними 14 и задними 15 радиальными каналами и каналы 18, соединяющие околоштоковую камеру рабочего хода 19 и переднюю кольцевую проточку 16. В теле порщня 2 выполнены каналы 20, соединяющие околоштоковую камеру холостого хода 21 и заднюю кольцевую проточку 17, и канал запуска 22, выходы 23 и 24 которого расположены, соответственно, в камере рабочего 19 хода и в промежутке между задним радиальным 15 отверстием и задней 17 кольцевой проточкой порщня 2. В канале 22 установлен обратный клапан 25.

Наименьшее расстояние (а) между камерой рабочего 10 хода и выходом 24 канала запуска 22 должно быть равно и.ли больше расстояния (в) между передней 6 рабочей поверхностью и средней кольцевой проточки 11 ().

Это условие необходимо для того, чтобы в момент запуска выход 24 канала запуска на боковой поверхности поршня 2 открыт для поступления в него сжатого воздуха из средней кольцевой проточки 11.

Поскольку средняя кольцевая проточка 11 на боковой поверхности 8 расположена между задней кольцевой протОчкой 10 и выхлопными окнами 12, то для предупреждения выхода сжатого воздуха в атмосферу

В момент запуска необходимо, чтобы расстояние (б) было больше на 10-20 мм расстояния (с) от передней рабочей поверхности 6 до задних точек выхлопных окон 12, т. е. .

Для того, чтобы сжатый воздух в момент

запуска не попал в камеру холостого хода 21, длина (d) поршня 2 выбирается большей на 10-15 мм расстояния (Я) от его передней поверхности 6 до задних точек дополнительной кольцевой проточки 11, т. е. .

Для обеспечения перемешения корпусаударника 1 во время запуска вперед до тех пор, пока не откроются передние каналы 14 для подачи основной массы сжатого воздуха в камеру рабочего хода 19, длина d

поршня 2 выбирается равной сумме расстояния (Е) между передними точками задних каналов 15 и выхода 4 канала запуска 22 и расстояния (тп) между задним радиальным каналом 15 и камерой холостого хода 21, т. е. d а -f В + т.

Кроме того, для предотвращения выхода сжатого воздуха в атмосферу в крайнем переднем положении корпуса-ударника 1, когда он соприкасается с породоразрущаюшим инструментом 5, камера рабочего хода 19 в этот момент посредством канала 18, передней кольцевой проточки 16 и выхлопных окон 12 соединена с атмосферой.

Необходимо, чтобы расстояние т удовлетворяло условию , где п - расстояние между камерой рабочего хода

Q 19 и передней кольцевой проточкой 9 корпуса-ударника I, О - расстояние между камерой рабочего хода 19 и нижними точка.ми переднего радиального канала 14; р - расстояние между передней 16 и задней 17 кольцевыми проточками поршня 2.

Пневмоударник работает следующим образом.

Задним полым щтоком 4 посредством конической резьбы его жестко закрепляют к ставу штанг бурового станка, например 0 НКР - 100М. Ставом штанг пневмоударник подают вперед до упора породоразрушающего инструмента 5 с забоем. Затем, подав сжатый воздух по ставу штанг в задний полый шток 4, включают механизм вращения става щтанг.

Сжатый воздух из заднего полого штока 4 по каналу 15, средней кольцевой проточки 11, каналу запуска 22 приводит в действие обратный клапан 25, отрегулированный на давление в сети сжатого воздуха, и кана0 лом 18 поступает в камеру рабочего хода 19 и приводит корпус-ударник 1 в движение вперед. Сжатый воздух перемещает корпусударник 1 вперед до тех пор, пока передние радиальные каналы 14 не открываются передней кольцевой проточкой 9. При откры5 тии передних каналов 14 сжатый воздух по передней кольцевой проточке 9 и каналам 18 поступает в камеру рабочего хода 19, приводит в дальнейшее перемещение корпусударник 1. В это время происходит закрытие обратного клапана 15 в связи с прекращением подачи сжатого воздуха по каналу запуска 22, выход 24 которого на боковой рабочей поверхности перекрыт в это время боковой поверхностью 8. Участие в дальнейшей работе пнёвмоударника обратный клапан 25 не принимает. Не доходя 30- 40 мм до передней конечной точки хода корпуса-ударника 1 происходит закрытие передних каналов 14 боковой поверхностью 8 и открытие задних радиальных каналов 15 задней кольцевой проточкой 10. Дальнейшее перемещение корпуса-ударника 1 осуществляется за счет расширения сжатого воздуха в камере рабочего хода 19. В конечной точке хода корпуса-ударника 1 последний наносит удар по вращающемуся породоразрущающему инструменту 5. В это время камера рабочего хода 19 поршня 2 посредством каналов 18, передней кольцевой проточки 16 и выхлопных окон 12 соединяется с атмосферой, а сжатый воздух через задние радиальные каналы 15 и заднюю кольцевую проточку 10 поступает в камеру холостого хода 21 и приводит в обратное движение корпус-ударник 1. При обратном движении корпуса-удариика I на расстоянии 30-40 мм происходит открытие передних каналов 14 передней кольцевой проточкой 9 и закрытие задних каналов.15 боковой поверхностью 8. Дальнейшее перемещение корпуса-ударника 1 происходит за счет расширения сжатого воздуха в полости с заднего торца 21 порщня-золотника 2, а также под действием собственного веса.

На расстоянии 20-25 мм до задней конечной точки хода корпуса ударника происходит закрытие передних каналов 14 боковой поверхностью 8, чем создается воздушная подущка в камере рабочего хода 19. Корпус-ударник 1, не доходя 5-10 мм до своего положения в момент запуска, останавливается и создавшимся давлением сжатого воздуха выталкивается в направлении удара на расстояние открытия передних каналов 14. После открытия передних каналов 14 цикл повторяется.

Вращение породоразрушающего инструмента 5 осуществляется передним полым

ШТОКОМ 3, который, в свою очередь, вращается от става штанг.

Таким образом, вращающийся породоразрущающий инструмент 5, находясь в контакте с горной породой и передавая ей ударные импульсы, генерируемые корпусом-ударником 1, производит ее разрушение и бурение или расширение скважины. Разрушенная порода падает вниз.

При использовании предлагаемого изобретения возможно повысить надежность работы и использовать для запуска серийного изготавливаемые обратные клапаны, используемые только при запуске пнёвмоударника.

Формула изобретения

Пневмоударник для бурения скважин, включающий корпус-ударник с передней относительной направления удара и задней кольцевыми проточками, выхлопными окнами, поршень с двумя штоками, имеющими осевой канал, и сообщенные с последним передний и задний радиальные каналы, околощтоковые камеры рабочего и холостого ходов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы облегчения условий запуска за счет создания в камере рабочего хода постоянной воздушной подушки, поршень снабжен обратным клапаном, в поршне относительно направления удара выполнена передняя и задняя кольцевые проточки и канал запуска, в котором установлен обратный клапан,а в корпусе-ударнике между задней кольцевой проточкой последнего и выхлопными окнами выполнена средняя кольцевая проточка, при этом один из выходов канала запуска расположен в камере рабочего хода, а другой - между задней кольцевой проточкой поршня и задним радиальным каналом.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

№ 385031, кл. Е 21 С 3/24, 1970 (прототип).