Погружной пневмоударник

Техническое решение относится к горному делу и строительству, а именно к буровой технике, и может найти применение при бурении скважин ударно-вращательным способом.
Известен серийно выпускаемый пневмоударник М48 с клапанным распределением сжатого воздуха (Есин Н.Н. и др. Пневматические машины ударного действия для проходки скважин и шпуров. - Новосибирск: «Наука», Сибирское отделение, 1986, С. 16, схема 1.11), содержащий инструмент 1, установленный в корпусе 2 с блокировочными окнами А и радиальными выхлопными окнами В, в котором расположены ударник 3, образующий в полости корпуса 2 камеру Б обратного хода и камеру Г прямого хода, распределительное устройство с пластинчатым кольцевым клапаном 5 для периодического наполнения сжатым воздухом камеры Г прямого хода или через трубку 4 и канал ударника 3 - камеры Б обратного хода и закрепленный в корпусе 2 переходник 6 для соединения с напорной магистралью сжатого воздуха.
Следующие признаки аналога совпадают с признаками предлагаемого решения:инструмент, установленный в корпусе с блокировочными окнами и радиальными выхлопными окнами, в котором расположены ударник, образующий в полости корпуса камеру прямого хода и камеру обратного хода, распределительное устройство с клапаном для периодического наполнения сжатым воздухом камеры прямого хода или через трубку, установленную в распределительном устройстве и в канале ударника, -камеры обратного хода и закрепленный в корпусе переходник для соединения с напорной магистралью сжатого воздуха.
Главным недостатком пневмоударника М48 является то, что в блокировочном режиме работы при подъеме инструмента 1 от забоя скважины и смещении инструмента 1 и ударника 3 в крайнее переднее положение радиальные выхлопные окна В корпуса 2 остаются открытыми из камеры Г прямого хода в затрубное пространство скважины, в которое происходит интенсивный выхлоп сжатого воздуха из этой камеры Г через большое проходное сечение радиальных выхлопных окон В. Такое исполнение не позволяет создать избыточный перепад давления сжатого воздуха в камере Г прямого хода по отношению к давлению сжатого воздуха к камере Б обратного хода для остановки ударника 3 в крайнем переднем положении и выключения пневмоударника из работы. Происходит разрядка камеры Г прямого хода и камеры Б обратного хода до минимального давления сжатого воздуха, при котором работа пневмоударника прекращается,что ухудшает условия блокировки, существенно увеличивает время работы в блокировочном режиме и увеличивает расход сжатого воздуха из камеры Г прямого хода на стенки скважины, что уменьшает отбор сжатого воздуха из камеры Б обратного хода на очистку и охлаждение забоя скважины, снижая эксплуатационную надежность и, как следствие, эффективность пневмоударника.
Кроме того, в нисходящих обводненных скважинах во время спускоподъемных операций абразивные частицы шлама со стенок скважины могут попадать вместе с водой в полость корпуса 2 через открытые радиальные выхлопные окна В, что увеличивает абразивный износ устройства, снижает эксплуатационную надежность пневмоударника и, следовательно, его эффективность.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому техническому решению является погружной пневмоударник по патенту РФ №2652516, кл. Е21В 4/14, опубл. в Бюл. №12 2018 г., включающий инструмент, установленный в корпусе с блокировочными каналами и радиальными выхлопными окнами, в котором расположены ударник, образующий в полости корпуса камеры прямого и обратного хода, воздухораспределительное устройство с клапаном для периодического наполнения сжатым воздухом камеры прямого хода или через трубку, установленную в воздухораспределительном устройстве и канале ударника, - камеры обратного хода и закрепленный в корпусе переходник для соединения с напорной магистралью сжатого воздуха. Снаружи ударника выполнена кольцевая канавка для периодического сообщения радиальных выхлопных окон корпуса с камерой прямого хода через карманы, образованные с внутренней поверхности корпуса, при этом в блокировочном режиме работы при подъеме инструмента от забоя скважины и смещении инструмента и ударника в крайнее переднее положение радиальные выхлопные окна корпуса перекрыты наружной цилиндрической поверхностью ударника.
Следующие признаки прототипа совпадают с признаками предлагаемого технического решения: инструмент, установленный в корпусе с блокировочными каналами и радиальными выхлопными окнами, в котором расположены ударник, образующий в полости корпусакамеры прямого и обратного хода, воздухораспределительное устройство с клапаном для периодического наполнения сжатым воздухом камеры прямого хода или через трубку, установленную в воздухораспределительном устройстве и канале ударника, - камеры обратного хода и закрепленный в корпусе переходник для соединения с напорной магистралью сжатого воздуха. Снаружи ударника выполнена кольцевая канавка для периодического соединения радиальных выхлопных окон корпуса с камерой прямого хода через продольные карманы, а в блокировочном режиме работы при подъеме инструмента от забоя скважины и смещении инструмента и ударника в крайнее переднее положение радиальные выхлопные окна корпуса перекрыты наружной цилиндрической поверхностью ударника.
Главным недостатком прототипа является то, что продольные карманы, сообщающие камеру прямого хода с кольцевой канавкой, образуют продольные каналы с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса. При таком исполнении для обеспечения большого проходного сечения карманов, необходимого для полного выхлопа отработанного сжатого воздуха из камеры прямого хода, следует увеличивать толщину стенки корпуса и соответственно уменьшать диаметр ударника, что снижает ударную мощность устройства и, как следствие, его эффективность.
Проблема - создание погружного пневмоударника с повышенной эффективностью работы за счет увеличения ударной мощности путем увеличения диаметра ударника и аккумулирующего объема камеры прямого хода.
Поставленная проблема решается тем, что в погружном пневмоударнике, содержащем инструмент, установленный в корпусе с блокировочными каналами и радиальными выхлопными окнами, в котором расположены ударник, образующий в полости корпуса камеры прямого и обратного хода, воздухораспределительное устройство с клапаном для периодического наполнения сжатым воздухом камеры прямого хода или через трубку, установленную в воздухораспределительном устройстве и канале ударника, - камеры обратного хода и закрепленный в корпусе переходник для соединения с напорной магистралью сжатого воздуха, при этом снаружи ударника выполнена кольцевая канавка для периодического сообщения радиальных выхлопных окон корпуса с камерой прямого хода через продольные карманы, а в блокировочном режиме работы при подъеме инструмента от забоя скважины и смещении инструмента и ударника в крайнее переднее положение радиальные выхлопные окна корпуса перекрыты наружной цилиндрической поверхностью ударника, согласно техническому решению указанными продольными карманами служат продольные каналы, выполненные с заднего торца ударника, которые сообщены с радиальными пазами, выполненными в ударнике и соединенными с упомянутой кольцевой канавкой.
Указанная совокупность признаков позволяет, по сравнению с прототипом, устранить выполнение продольных карманов с внутренней цилиндрической поверхности корпуса, что позволяет уменьшить толщину стенки корпуса и за счет этого увеличить диаметр ударника, что увеличивает результирующую силу, действующую на ударник. Такое исполнение повышает ударную мощность погружного пневмоударника и, как следствие, эффективность его работы.
Кроме того, постоянное сообщение камеры прямого хода с кольцевой канавкой через продольные каналы, выполненные в ударнике с его заднего торца и через радиальные пазыв ударнике увеличивает аккумулирующий объем камеры прямого хода, что уменьшает давление сжимаемого воздуха в камере прямого хода при обратном ходе ударника, увеличивает ход ударника и, как следствие, увеличивает ударную мощность устройства, повышая эффективность его работы.
Сущность технического решения поясняется примером конструктивного исполнения погружного пневмоударника и чертежами фиг. 1 и фиг. 2, где показаны общий вид устройства в продольном разрезе в статическом состоянии (фиг. 1) и в блокировочном режиме (фиг. 2) после выключения его из работы.
Погружной пневмоударник содержит инструмент 1 (фиг. 1), установленный в корпусе 2 с радиальными выхлопными окнами 3, в котором расположены ударник 4, образующий в полости корпуса 2 камеру 5 прямого хода и камеру 6 обратного хода, воздухораспределительное устройство 7 с клапаном 8 для периодического наполнения сжатым воздухом камеры 5 прямого хода или через трубку 9, установленную в воздухораспределительном устройстве 7 и в канале 10 ударника 4, - камеры 6 обратного хода и закрепленный в корпусе 2 переходник 11 для соединения с напорной магистралью сжатого воздуха. Снаружи ударника 4 выполнена кольцевая канавка 12, которая постоянно сообщена с камерой 5 прямого хода через радиальные пазы 13в ударнике 4 и продольные каналы 14, выполненные в ударнике 4 с его заднего торца. При этом кольцевая канавка 12 периодически сообщена с радиальными выхлопными окнами 3 корпуса 2. Стопор 15 размещен в корпусе 2 для ограничения хода инструмента 1 в блокировочном режиме работы, при котором для выключения погружного пневмоударника из работы в передней части трубки 9 выполнены радиальные отверстия 16 для сообщения камеры 5 прямого хода с камерой 6 обратного хода, а в передней части корпуса 2 - блокировочные каналы 17 (фиг. 2). В инструменте 1 выполнен канал 18 для отбора сжатого воздуха из камеры 6 обратного хода для очистки забоя скважины.
Погружной пневмоударник работает следующим образом (фиг. 1). Сжатый воздух из напорной магистрали поступает через переходник 11 в воздухораспределительное устройство 7 с клапаном 8 и попадает в камеру 6 обратного хода через трубку 9 и канал 10 ударника 4, происходит обратный ход. После открытия ударником 4 выхлопа сжатого воздуха из камеры 6 обратного хода через радиальные выхлопные окна 3 корпуса 2 клапан 8 перекидывается в крайнее заднее положение за счет снижения давления сжатого воздуха в канале трубки 9 и над клапаном 8. При этом клапан 8 открывает впуск сжатого воздуха в камеру 5 прямого хода. Ударник 4 останавливается и начинается прямой ход. В конце прямого хода до удара ударника 4 по инструменту 1 кольцевая канавка 12 сообщается с радиальными выхлопными окнами 3 корпуса 2 и из камеры 5 прямого хода происходит выхлоп отработанного сжатого воздуха через продольные каналы 14, выполненные с заднего торца ударника 4, которые сообщены с радиальными пазами 13 в ударнике 4, соединенными с кольцевой канавкой 12.
После выхлопа отработанного сжатого воздуха из камеры 5 прямого хода клапан 8 перекидывается в крайнее переднее положение и начинается впуск сжатого воздуха в камеру 6 обратного хода. При этом ударник 4 бьет по инструменту 1, происходит разрушение забоя скважины и цикл повторяется.
В блокировочном режиме работы (фиг. 2) после подъема погружного пневмоударника с инструментом 1 от забоя скважины инструмент 1 отходит вперед до упора в стопор 15 и открывает блокировочные каналы 17, а ударник 4 отходит вперед до упора в ступень корпуса 2, сообщая камеру 5 прямого хода с камерой 6 обратного хода за счет открытия ударником 4 радиальных отверстий 16 в трубке 9, при этом наружная цилиндрическая поверхность ударника 4 закрывает радиальные выхлопные окна 3 корпуса 2. В блокировочном режиме работы создается избыточный перепад давления сжатого воздуха в камере 5 прямого хода по отношению к давлению сжатого воздуха в камере 6 обратного хода, из которой происходит интенсивный отбор сжатого воздуха на забой скважины через блокировочные каналы 17 и канал 18 в инструменте 1.
В отличие от прототипа, постоянное сообщение кольцевой канавки 12 ударника 4 с камерой 5 прямого хода через радиальные пазы 13 и продольные каналы 14, увеличивает аккумулирующий объем камеры 5 прямого хода, что уменьшает давление сжимаемого воздуха в ней при обратном ходе ударника 4, увеличивает ход ударника 4 и, как следствие, увеличивает ударную мощность устройства, повышая эффективность его работы.