УДАРНЫЙ УЗЕЛ СТАНКА УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ

Полезная модель относится к установкам для комбинированного ударно-вращательного бурения с раздельными приводами для ударного и вращательного бурения, а именно к ударным узлам установок, и может найти применение при проходке горизонтальных и наклонных скважин в подземных условиях и на карьерах.
Известен компенсаторы, предназначенные для возмещения или уравновешивания влиния различных факторов (давления, положения и др.) на состояние и работу систем, машин, приборов и т.п. (Политехнический словарь. М., изд-во «СЭ», 1977, с.220). Различают компенсаторы неподвижные (прокладки, кольца и др.) и подвижные, например, регулировочные винты, сильфоны и др. При этом конструкция компенсатора в каждом конкретном случае определяется его назначением, а также конструкцией и условиями работы механизма или машины.
Известна конструкция ударного узла бурового станка для проходки скважин в подземных условиях (патент РФ №69135 на полезную модель, опубл. в БИПМ №34-2007, МПК Е21В 6/02, B25D 16/00. Прототип). Ударный узел бурового станка выполнен в виде генератора ударных гидравлических импульсов, который состоит из гидравлически связанных между собой гидропульсатора с приводом, устройства для коррекции формы гидравлических импульсов и силового гидроцилиндра с поршнем, опертом о хвостовик колонны буровых штанг. При этом гидропульсатор выполнен в виде гидравлического цилиндра с плунжером, а устройство для коррекции формы гидравлических импульсов представляет собой полый упругий элемент с нелинейной характеристикой, заполненный рабочей жидкостью и зажатый посредством пружин между двумя инерционными массами.
Недостаток полезной модели по патенту №69135 состоит в том, что при работе ударного узла в соединениях его подвижных элементов имеют место утечки рабочей жидкости, вследствие чего давление рабочей жидкости в гидросистеме узла постепенно падает. В результате этого снижается амплитуда и, соответственно, ударная мощность гидравлического импульса, что существенным образом сказывается на эффективности проходки скважины. Чтобы компенсировать утечки рабочей жидкости из гидравлической системы требуется остановить работу бурового станка и вручную долить в систему недостающее количество рабочей жидкости. Однако эта операция сопровождается простоем бурового оборудования, что снижает коэффициент его использования.
трубопроводом 13 гидросистема ударного узла через обратный клапан 15 сообщена с насосом 16,а трубопроводом 14 насос 16 с приводом 17 соединен с емкостью 18 для рабочей жидкости. Привод 17 насоса 16 связан с датчиком давления 19, которым оснащена гидросистема ударного узла.
При включении привода 6 гидропульсатора 1 плунжер 5 совершает в гидравлическом цилиндре 4 возвратно-поступательные движения. Они вызывают образование гидравлических импульсов с формой, характеризуемой плавным нарастанием фронтальной части импульсов. Эти гидравлические импульсы, в свою очередь, вызывают в полом упругом элементе 7, зажатом посредством пружин 8 двумя инерционными массами 9, вынужденные колебания рабочей жидкости. Так как гидравлический импульс в процессе перемещения по полому упругому элементу 7 преодолевает сопротивление рабочей жидкости, то в момент его прохождения последний расширяется, что сопровождается перемещением инерционных масс 9 в радиальном направлении относительно упругого элемента 7. После прохождения гидравлического импульса инерционные массы 9 под воздействием пружин 8 возвращаются в исходное положение. Таким образом, инерционные массы 9 совершают поперечные колебания, причем частота этих колебаний близка к частоте вынужденных колебаний рабочей жидкости. Это означает, что плунжер 5 гидропульсатора 1 и инерционные массы 9 работают на частотах, близких к резонансным. Указанные два фактора - перепады давления жидкости в месте расположения инерционных масс 9 и резонансные явления при работе гидропульсатора 1 и инерционных масс 9 сопровождается изменением формы гидравлических импульсов. Фронт гидравлического импульса приобретает более крутую форму, а, следовательно, ударная сила импульса значительно возрастает. Сформированный ударный гидравлический импульс поступает в силовой гидроцилиндр 3, воздействует на поршень 11 и через хвостовик 12 по колонне буровых штанг достигает бурового долота.
В процессе работы ударного узла рабочая жидкость через зазоры между движущимися элементами гидропульсатора 1 и силового гидроцилиндра постепенно вытекает из гидросистемы узла, вследствие чего давление рабочей жидкости падает. Датчик давления 19 вырабатывает соответствующий сигнал, который поступает на привод 17 включается насос 16, с помощью которого рабочая жидкость из емкости 18 по патрубку 14 перекачивается в патрубок 13, а затем по нему через обратный клапан 15 поступает в гидросистему узла и возмещает утечку рабочей жидкости. Когда давление в гидросистеме достигнет заданного уровня, датчик давления вырабатывает соответствующий сигнал и насос 16 прекращает свою работу. Вышеописанное происходит периодически, причем в автоматическом режиме.
трубопроводом 13 гидросистема ударного узла через обратный клапан 15 сообщена с насосом 16, а трубопроводом 14 насос 16 с приводом 17 соединен с емкостью 18 для рабочей жидкости. Привод 17 насоса 16 связан с датчиком давления 19, которым оснащена гидросистема ударного узла.
При включении привода 6 гидроульсатора 1 плунжер 5 совершает в гидравлическом цилиндре 4 возвратно-поступательные движения. Они вызывают образование гидравлических импульсов с формой, характеризуемой плавным нарастанием фронтальной части импульсов. Эти гидравлические импульсы, в свою очередь, вызывают в полом упругом элементе 7, зажатом посредством пружин 8 двумя инерционными массами 9, вынужденные колебания рабочей жидкости. Так как гидравлический импульс в процессе перемещения по полому упругому элементу 7 преодолевает сопротивление рабочей жидкости, то в момент его прохождения последний расширяется, что сопровождается перемещением инерционных масс 9 в радиальном направлении относительно упругого элемента 7. После прохождения гидравлического импульса инерционные массы 9 под воздействием пружин 8 возвращаются в исходное положение. Таким образом, инерционные массы 9 совершают поперечные колебания, причем частота этих колебаний близка к частоте вынужденных колебаний рабочей жидкости. Это означает, что плунжер 5 гидропульсатора 1 и инерционные массы 9 работают на частотах, близких к резонансным. Указанные два фактора - перепады давления жидкости в месте расположения инерционных масс 9 и резонансные явления при работе гидропульсатора 1 и инерционных масс 9 сопровождается изменением формы гидравлических импульсов. Фронт гидравлического импульса приобретает более крутую форму, а, следовательно, ударная сила импульса значительно возрастает. Сформированный ударный гидравлический импульс поступает в силовой гидроцилиндр 3, воздействует на поршень 11 и через хвостовик 12 по колонне буровых штанг достигает бурового долота.
В процессе ударного узла рабочая жидкость через зазоры между движущимися элементами гидропульсатора 1 и силового гидроцилиндра постепенно вытекает из гидросистемы узла, вследствие чего давление рабочей жидкости падает. Датчик давления 19 вырабатывает соответствующий сигнал, который поступает на привод 17 включается насос 16, с помощью которого рабочая жидкость из емкости 18 по патрубку 14 перекачивается в патрубок 13, а затем по нему через обратный клапан 15 поступает в гидросистему узла и возмещает утечку рабочей жидкости. Когда давление в гидросистеме достигнет заданного уровня, датчик давления вырабатывает соответствующий сигнал и насос 16 прекращает свою работу. Вышеописанное происходит периодически, причем в автоматическом режиме.
Технический результат полезной модели: обеспечение компенсации утечки рабочей жидкости из гидросистемы ударного узла в автоматическом режиме и исключение простоя бурового оборудования из-за необходимости долива рабочей жидкости в гидросистему вручную.