ПОГРУЖНОЙ ПНЕВМОУДАРНИК

Техническое решение относится к горному делу, а именно к погружным пневмоударникам для проходки скважин по породам средней и высокой крепости, и может найти применение в строительстве.
Известен погружной пневматический ударный механизм, описанный в патенте РФ №2090730, кл. Е21В 4/14, Е21С 3/24, опубл. в БИ №26, 1997 г.
Он содержит корпус, ударник, имеющий головку и хвостовик, соединенные шейкой и имеющие отсечные кромки. Имеется гильза, охватывающая хвостовик и образующая с его торцом торцевую камеру рабочего хода. Содержится разрезная втулка, охватывающая шейку ударника с образованием соответственно между втулкой и хвостовиком, втулкой и головкой ударника кольцевых камер холостого и рабочего хода, последняя из которых посредством канала и окна в гильзе постоянно связана с торцевой камерой рабочего хода. Имеется питающий канал и буровая коронка с каналами, установленная в гнезде корпуса с образованием полости между коронкой и торцом ударника. В гильзе выполнен канал, постоянно соединяющий кольцевую камеру холостого хода с питающим каналом, а окно в гильзе, посредством которого сообщаются торцевая и кольцевая камеры рабочего хода, выполнено с возможностью периодического сообщения этих камер с кольцевой камерой холостого хода при открытии окна кромкой хвостовика ударника в процессе холостого хода последнего. В стенке корпуса выполнена кольцевая расточка с возможностью периодического расположения в ней отсечной кромки головки ударника и сообщения между собой кольцевой камеры рабочего хода с полостью между ударником и коронкой, причем каналы в коронке выполнены открытыми в данную полость и постоянно соединяют ее с атмосферой.
Выхлоп из кольцевой и торцевой камер рабочего хода осуществляется при выходе краев выемок в задней части головки ударника в кольцевую расточку корпуса. Однако при такой системе выхлопа необходимое для достаточно полного опорожнения камер сечение открывается на довольно большом ходу ударника при выхлопе, что увеличивает время выхлопа и, следовательно, увеличивает непроизводительную фазу рабочего цикла, а при неполном опорожнении камер уменьшается ход ударника, ухудшается работа машины, понижается надежность ее работы.
Следует отметить небольшую величину рабочей площади со стороны камеры холостого хода в сравнении с величиной площади со стороны камер рабочего хода, что не позволяет осуществлять достаточно интенсивный холостой ход. Все это ограничивает ударную мощность машины.
Наиболее близким по технической сути и совокупности существенных признаков является погружной пневмоударник, описанный в книге: Н.Н.Есин. Погружные пневматические машины ударного действия для бурения скважин. - Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1976. - стр.24. Он содержит корпус с карманами в стенке внутри его полости, ступенчатый ударник с отсечными кромками, со стороны носовой ступени которого образована камера холостого хода, а со стороны задней его части камера рабочего хода. В передней части корпуса выполнены продольные каналы и установлена буровая коронка. Сзади пневмоударник замыкается переходником для соединения при помощи бурового става с питающей магистралью.
Буровая коронка не имеет выхлопных каналов, а выхлоп отработанного воздуха из камеры холостого и рабочего хода по продольным каналам корпуса происходит на периферию забоя, при этом осуществляется очистка забоя - вынос бурового шлама из скважины. Однако центральная часть забоя труднодоступна для проникновения туда воздуха, что не позволяет своевременно удалять с этой части буровой шлам и приводит к переизмельчению шлама. Это влечет непроизводительную затрату энергии и затрудняет процесс бурения.
Поступление воздуха в продольные каналы при выхлопе происходит через карманы в стенке корпуса при их открытии отсечными кромками ударника. Для достаточно полного опорожнения камер холостого и рабочего хода имеет значение величина площади проходных сечений каналов, через которые осуществляется выхлоп. В данном случае эта площадь ограничена, поскольку между карманами в данной конструкции предусматриваются перемычки в виде части внутренней поверхности корпуса, и общая ширина карманов много меньше длины окружности полости корпуса. Наличие остаточного давления в рабочих камерах также затрудняет работу машины.
Техническая задача - повышение надежности работы за счет улучшения опорожнения рабочих камер, а также за счет подачи всего отработанного воздуха ближе к центральной части забоя, обеспечивающей более полную его очистку от бурового шлама.
Данная техническая задача решается тем, что погружной пневмоударник, содержащий корпус с внутренним углублением в стенке, ступенчатый ударник, со стороны носовой ступени которого образована камера холостого хода, а с хвостой - камера рабочего хода, переходник для соединения с питающей магистралью, продольные выхлопные каналы, буровую коронку, согласно техническому решению снабжен буксой, насаженной на буровую коронку и образующей с боковой поверхностью ее хвостовика кольцевую полость, а также имеющей юбку, входящую в полость корпуса и имеющую пазы, открытые в кольцевую полость и служащие продольными выхлопными каналами. В буровой коронке выполнены продольные боковые каналы с выходом в кольцевую полость. Внутреннее углубление в стенке корпуса выполнено в виде кольцевой расточки, сообщенной с пазами в юбке буксы, а на большей ступени ударника выполнены проточка с возможностью периодического соединения с кольцевой расточкой корпуса и продольные пазы, соединяющие проточку с камерой рабочего хода.
Использование системы выхлопа, позволяющей через продольные боковые каналы в буровой коронке осуществить подачу отработанного воздуха к центральной части забоя, обеспечивает его более полную очистку. Использование буксы дает возможность более рационального размещения каналов и полостей. Так, кольцевая полость между буксой и боковой поверхностью хвостовика буровой коронки позволяет поток воздуха, идущего от пазов в юбке буксы к продольным боковым каналам в буровой коронке, равномерно распределить по сечениям этих каналов, что улучшает выхлоп.
Выполнение внутреннего углубления в стенке корпуса в виде кольцевой расточки позволяет получить максимальную величину площади проходного сечения полости углубления и улучшить при работе опорожнение камер холостого и рабочего хода, что обеспечивает более устойчивую работу машины.
Наличие проточки на большей ступени ударника с возможностью периодического соединения с кольцевой расточкой корпуса позволяет при малом перемещении ударника в период выхлопа из камеры рабочего хода обеспечить полное открытие проходного сечения полости расточки корпуса и уменьшить ход ударника при выхлопе, что способствует формированию более рационального рабочего цикла. При этом наружная поверхность большей ступени ударника в части, на которой выполнены продольные пазы, позволяет обеспечить постоянный контакт поверхности этой части ударника с посадочной поверхностью корпуса и избежать его проседания в расточку корпуса при любом направлении бурения. Это обеспечивает более надежную работу машины.
Выполнение пазов в юбке буксы, служащих продольными выхлопными каналами, делает конструкцию более технологичной, позволяет увеличить сечение выхлопных каналов.
Продольные боковые каналы в буровой коронке с выходом в кольцевую полость между боковой поверхностью ее хвостовика и буксой позволяют более равномерно распределить потоки выхлапываемого воздуха по площади забоя скважины, улучшить процесс удаления бурового шлама.
Все это позволяет обеспечить устойчивую работу погружного пневмоударника и осуществить эффективную очистку забоя скважины.
Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежом, где изображен продольный разрез погружного пневмоударника.
Погружной пневмоударник (далее - пневмоударник) содержит корпус 1, ступенчатый ударник 2, имеющий центральный канал 3 с выходом 4, буксу 5, насаженную на буровую коронку 6, переходник 7 для соединения с питающей магистралью, установленный в задней части корпуса 1. Корпус 1 имеет кольцевую расточку 8, а на большей ступени ударника 2 выполнена проточка 9 с возможностью периодического соединения с кольцевой расточкой 8 и продольные пазы 10. На хвостовой ступени ударника 2 выполнена проточка 11. Между буксой 5 и боковой поверхностью хвостовика буровой коронки 6 образована кольцевая полость 12. Букса 5 имеет юбку 13, входящую в полость корпуса 1. В юбке 13 выполнены пазы 14, сообщенные с кольцевой расточкой 8 и служащие продольными выхлопными каналами. Пазы 14 имеют выходы 15 в кольцевую полость 12. Со стороны носовой ступени ударника 2 образована камера 16 холостого хода, а со стороны хвостовой - камера 17 рабочего хода, состоящая из кольцевой и торцевой полостей, соединенных каналом 18 с выходом 19 в переходнике 7. Камера 17 рабочего хода через продольные пазы 10 соединена с проточкой 9. В переходнике 7 имеется питающий канал 20 с выходом 21. В буровой коронке 6 выполнены продольные боковые каналы 22 с выходами 23 в кольцевую полость 12.
Работает пневмоударник следующим образом.
Сжатый воздух из магистрали по ставу штанг, присоединенному к переходнику 7, попадает в его полость, откуда поступает в питающий канал 20, а через его выход 21, выход 4 центрального канала 3 ударника 2 поступает в камеру 16 холостого хода. Камера 17 рабочего хода в это время соединена с атмосферой. Сжатый воздух, воздействуя на рабочую площадь ударника 2 со стороны камеры 16 холостого хода, приводит его в движение, начинается холостой ход. При движении ударника 2 выход 4 отсоединяется от выхода 21, происходит отсечка впуска сжатого воздуха в камеру 16 холостого хода. Дальнейшее движение ударника 2 происходит за счет расширения воздуха в камере 16 и по инерции. При этом носовая ступень ударника 2 выходит из полости юбки 13 буксы 5 и камера 16 холостого хода сообщается с полостью кольцевой расточки 8 в стенке корпуса 1, начинается выхлоп воздуха из камеры 16 холостого хода. При этом отработанный воздух из полости кольцевой расточки 8 поступает по пазам 14 и выходам 15 в кольцевую полость 12 и далее через выходы 23 поступает в продольные боковые каналы 22, по которым выходит на забой скважины, в его центральную часть. При дальнейшем движении ударника 2 передний край проточки 9 заходит за кромку кольцевой расточки 8, камера 17 рабочего хода изолируется от атмосферы. Далее проточка 11 соединяется с выходом 21 питающего канала 20, происходит впуск сжатого воздуха в кольцевую полость камеры 17 рабочего хода, а через канал 18 и выход 19 и в ее торцевую полость. Под действием сжатого воздуха со стороны камеры 17 рабочего хода ударник 2 останавливается и переводится на рабочий ход. При движении на рабочем ходу проточка 11 разъединяется с выходом 21 питающего канала 20, происходит отсечка впуска сжатого воздуха в камеру 17 рабочего хода. Дальнейшее движение ударника 2 происходит за счет расширения сжатого воздуха и по инерции. При этом носовая ступень ударника 2 входит в полость юбки 13 буксы 5, изолирую от атмосферы камеру 16 холостого хода. Далее передняя кромка проточки 9 выходит в полость кольцевой расточки 8, начинается выхлоп отработанного воздуха из камеры 17 рабочего хода, который через продольные пазы 10, проточку 9 поступает в полость кольцевой расточки 8, откуда через пазы 14 и выходы 15 - в кольцевую полость 12. После распределения в полости 12 отработанный воздух поступает через выходы 23 в продольные боковые каналы 22 и далее на забой скважины. В это же время выход 4 центрального канала 3 сообщается с выходом 21 питающего канала 20, начинается впуск сжатого воздуха в камеру 16 холостого хода. В конце рабочего хода ударник 2 наносит удар по торцу буровой коронки 6. Цикл повторяется.