РЕВЕРСИВНОЕ УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПРОХОДКИ СКВАЖИН В ГРУНТЕ
REVERSIBLE IMPACT DEVICE FOR DRIVING WELLS IN GROUND

Техническое решение относится к строительству, а именно к устройствам ударного действия, и может найти применение при проходке скважин в грунте при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций.
Известно устройство ударного действия для проходки скважин в грунте по а.с. СССР №1183623, кл. Е02F 5/18, опубл. в бюл. №37 от 07.10.1985, содержащее корпус, воздухораспределительный патрубок с центральным и радиальными каналами, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения, ударник и вкладыши, размещенные в радиальных каналах патрубка и соединенные с упругим элементом в виде витой пружины, установленной перпендикулярно центральному каналу патрубка.
Недостатками данного устройства является то, что пружина не обладает достаточной надежностью в работе.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является реверсивное устройство ударного действия для проходки скважин в грунте по а.с. СССР №1313972, кл. Е02F 5/18, опубл. в бюл. №20 от 30.05.1987, содержащее корпус, ударник, воздухораспределительный патрубок с продольным каналом и радиальным окном в стенке, в котором установлен подпружиненный вкладыш, выполненный в виде стакана, дно которого обращено в сторону продольного канала, а пружина с шариком на ее конце, противоположном дну стакана, размещена в полости стакана, обойму с кольцевой проточкой, свободно установленную на патрубке над вкладышем, при этом обойма имеет дополнительную кольцевую проточку.
Недостатками данного устройства является низкая надежность работы из-за подвижности пружины вкладыша, что может привести к внезапному переключению устройства в режим обратного хода и наоборот, т.е. приводит к неустойчивой работе. Небольшая площадь опоры вкладыша на обойму приводит к быстрому износу последней. Кроме того, рассматриваемая конструкция устройства сложна в исполнении и сборке, что также снижает надежность работы устройства.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение надежности работы реверсивного устройства ударного действия для проходки скважин в грунте за счет обеспечения устойчивой работы в режимах прямого и обратного ходов и за счет упрощения конструкции при долговечности работы.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в реверсивном устройстве ударного действия для проходки скважин в грунте (далее - устройство), содержащем корпус, размещенный в нем ударник с воздухораспределительным патрубком, имеющим осевой канал и радиальное окно в стенке и вкладыш, обойму с двумя кольцевыми проточками, свободно установленную на воздухораспределительном патрубке над вкладышем, согласно техническому решению воздухораспределительный патрубок имеет кольцевую проточку в стенке, соединенную с осевым каналом по меньшей мере двумя радиальными окнами, при этом обойма выполнена диамагнитной и жестко присоединена к корпусу, а вкладыш состоит по меньшей мере из двух магнитных элементов, установленных с возможностью контактирования боковыми поверхностями с боковыми стенками кольцевой проточки и друг с другом.
Указанная совокупность признаков упрощает конструкцию устройства по сравнению с прототипом, а взаимодействие при этом диамагнитной обоймы (например, из меди, нержавейки и т.д.) и магнитных элементов вкладыша (например, из сомария, кобальта) позволяет обеспечить надежную фиксацию воздухораспределительного патрубка на обойме, жестко соединенной с корпусом, и исключить их сцепление при отключении подачи рабочей среды для изменения режима прямого хода на обратный, обеспечивая при этом устойчивость работы устройства в режимах прямого и обратного ходов. Устойчивость работы устройства и упрощение его конструкции повышают надежность работы.
Целесообразно, чтобы возможность контактирования боковых поверхностей магнитных элементов вкладыша с боковыми стенками кольцевой проточки была осуществлена через диамагнитные элементы (например, из капролона, дюраля и т.д.), жестко присоединенные с обоих боков указанных магнитных элементов, что уменьшает вероятность разрушения магнитных элементов, продлевает срок их действия и, соответственно, повышает надежность и долговечность работы устройства.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения устройства и чертежами фиг. 1-3, где на фиг. 1 показан общий вид устройства в продольном разрезе в исходном положении; на фиг. 2 - место I на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.
Устройство состоит из корпуса 1 (фиг. 1), ударника 2 с полостью (поз. не обозначена) и окнами 3. В полости ударника 2 размещен воздухораспределительный патрубок 4 с осевым каналом 5 и по меньшей мере двумя радиальными окнами 6, соединенными с расположенной в его стенке кольцевой проточкой 7, в которой расположен вкладыш, выполненный по меньшей мере их двух магнитных элементов 8 (фиг. 2, 3), установленных с возможностью контактирования боковыми поверхностями с боковыми стенками кольцевой проточки 7 и друг с другом. Диамагнитная обойма 9, свободно установленная на воздухораспределительном патрубке 4 над вкладышем, жестко присоединена к корпусу 1 и имеет две кольцевые проточки 10. Воздухораспределительный патрубок 4 подпружинен относительно корпуса 1 пружиной 11. Корпус 1 и ударник 2 образуют переднюю рабочую камеру 12, ударник 2 и воздухораспределительный патрубок 4 образуют заднюю рабочую камеру 13. Воздухораспределительный патрубок 4 имеет упор 14 с целью взаимодействия с упором 15 корпуса 1 для его фиксации в положении обратного хода устройства. Корпус 1 выполнен с каналами 16 для выхлопа отработанного воздуха. Возможность контактирования боковых поверхностей магнитных элементов 8 вкладыша с боковыми стенками кольцевой проточки 7 целесообразно осуществлять через диамагнитные элементы 17. Корпус 1 имеет внутренние передний 18 и задний 19 торцы для воздействия на них ударником 2.
Устройство работает следующим образом. В исходном положении ударник 2 находится впереди, как показано на фиг. 1, воздухораспределительный патрубок 4 под действием пружины 11 выдвинут вперед, не перекрывая окон 3. Благодаря магнитным свойствам магнитные элементы 8 прижаты к дну кольцевой проточки 7 воздухораспределительного патрубка 4. Сжатый воздух поступает в устройство по осевому каналу 5 воздухораспределительного патрубка 4 от источника рабочей среды (на фиг. 1 не показан). Сжатый воздух через окна 3 ударника 2 поступает в переднюю рабочую камеру 12. Ввиду того что площадь ударника 2 со стороны передней рабочей камеры 12 больше площади задней рабочей камеры 13, ударник 2 перемещается назад (по чертежу вправо). В это же время под действием давления сжатого воздуха через радиальные окна 6 магнитные элементы 8 отрываются от дна кольцевой проточки 7 воздухораспределительного патрубка 4 и частично входят в левую по чертежу (фиг. 2) кольцевую проточку 10 диамагнитной обоймы 9. Другая часть магнитных элементов 8 остается в кольцевой проточке 7 воздухораспределительного патрубка 4. После того как окна 3 ударника 2 пройдут большую ступень патрубка 4, происходит выхлоп рабочей среды из передней камеры 12 через окна 3 и каналы 16 в атмосферу. Ударник 2 под давлением воздуха в задней рабочей камере 13 останавливается, а затем перемещается вперед (на чертеже влево) и наносит удар по переднему внутреннему торцу 18 корпуса 1. Перед ударом открываются окна 3, сжатый воздух поступает в переднюю рабочую камеру 12 и цикл повторяется. Под действием ударов ударником 2 корпус 1 перемещается в грунте, оставляя за собой скважину. Описанный режим работы - прямой ход.
Для переключения устройства в режим обратного хода необходимо отключить подачу сжатого воздуха. Магнитные элементы 8 под действием магнитных свойств выйдут из кольцевой проточки 10 обоймы 9 и прижмутся к дну кольцевой проточки 7 воздухораспределительного патрубка 4. Натяжением воздухоподводящего шланга (на фиг. 1 не показан), соединенного с воздухораспределительным патрубком 4, последний перемещается назад (на чертеже вправо). Пружина 11 сжимается. Когда упор 14 воздухораспределительного патрубка 4 встанет на упор 15 корпуса 1, а кольцевая проточка 7 воздухораспределительного патрубка 4 встанет напротив правой по чертежу кольцевой проточки 10 обоймы 9, подают сжатый воздух. Под его действием через радиальные отверстия 6 воздухораспределительного патрубка 4 магнитные элементы 8 отрываются от дна кольцевой проточки 7 воздухораспределительного патрубка 4 и частично входят в кольцевую проточку 10 (на чертеже правую) диамагнитной обоймы 9. При новом положении воздухораспределительного патрубка 4 впуск сжатого воздуха в переднюю камеру 12 происходит раньше, а выхлоп позже, поэтому ударник 2 наносит удары не по переднему торцу 18 корпуса 1, а по его заднему торцу 19. Под действием этих ударов устройство перемещается назад по пробитой скважине, осуществляя обратный ход.
Для переключения устройства с обратного хода на прямой необходимо прекратить подачу сжатого воздуха. Магнитные элементы 8 под действием магнитных сил входят в кольцевую проточку 7 воздухораспределительного патрубка 4. Пружина 11 разжимается и перемещает воздухораспределительный патрубок 4 в переднее (левое на чертеже) положение. После подачи сжатого воздуха устройство будет работать в режиме прямого хода.
Выполнение вкладыша в виде магнитных элементов 8 с жестко присоединенными с обоих боков диамагнитными элементами 17 позволяет повысить надежность работы устройства, поскольку диамагнитные элементы 17 защищают магнитные элементы 8 от повреждений и разрушения.