ПОГРУЖНОЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Полезная модель относится к горному делу, в частности, к устройствам, предназначенным для ударно-вращательного бурения скважин.
Известен пневмоударный механизм с комбинированным воздухораспределением, содержащий корпус, буровую коронку, установленную в нижней части корпуса, поршень-ударник, разделяющий пространство корпуса на камеру прямого и обратного хода, в корпусе выполнены блокировочные отверстия, в нижней части корпуса выполнены продувочные каналы. (Б.В. Суднишников, Н.Н.Есин, и др. Исследование и конструкции пневматических машин ударного действия. Новосибирск, изд. Наука, 1985 г., с.97). Упомянутая конструкция выбрана в качестве прототипа.
Радиальные блокировочные отверстия являются оптимальным решением в пневмоударных механизмах с выполнением корпуса цельным.
При необходимости обеспечения блокировочного режима работы в ударных механизмах с традиционным выполнением корпуса, состоящим из цилиндра (верхней части корпуса) и буксы (нижней части корпуса), возникают некоторые особенности.
Для обеспечения высоких энергетических показателей длина цилиндра, зависящая от диаметра буровой коронки и буксы, выполняется максимально возможной. Это обусловлено необходимостью снизить вероятность поломки погружного ударного механизма, т.к. в противном случае возможно возникновение аварийных ситуаций. Обеспечивая прочность составного корпуса, выполнение радиальных блокировочных отверстий в цилиндре пневмоударного механизма приводит к увеличению длины указанной части корпуса; выполнение радиальных блокировочных отверстий в буксе также приведет к увеличению линейных размеров упомянутой детали нижней части корпуса с тем, чтобы сохранить ее механическую прочность.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в сокращении габаритных размеров при сохранении механической прочности.
Поставленная задача решается тем, что погружной ударный механизм для бурения скважин, содержащий корпус с установленной в нижней части корпуса
буровой коронкой, поршнем-ударником, разделяющим корпус на камеру прямого и обратного хода; продувочный канал, блокировочные отверстия, соединяющие камеру обратного хода с атмосферой при крайнем нижнем положении буровой коронки, буровая коронка состоит из головной части и хвостовика, согласно полезной модели, корпус состоит из нижней части в виде буксы и верхней в виде цилиндра, блокировочные отверстия расположены в буксе и выполнены наклонными от внутренней поверхности буксы к ее наружной поверхности в сторону головной части буровой коронки; между буксой и цилиндром установлено блокировочное кольцо с радиальными отверстиями, расположенными напротив выхода наклонных отверстий.
Целесообразно, чтобы диаметр каждого радиального отверстия блокировочного кольца был не менее диаметра наклонных отверстий в буксе.
Целесообразно также» чтобы блокировочное кольцо было зафиксировано относительно корпуса посредством фиксирующего элемента.
При этом возможно выполнять фиксирующий элемент в виде штифта, входящего в соответствующую выборку блокировочного кольца.
Предпосылкой для уменьшения габаритных размеров (длины) цилиндра является установка блокировочного кольца с радиальными отверстиями. Так, блокировочное кольцо, установленное между цилиндром и буксой, служит «основанием» цилиндра, и, опираясь на буксу, «основание» исключает необходимость выполнения отверстий в самом цилиндре.
Выполнить блокировочное отверстие в буксе необходимо таким образом, чтобы не снизить ее механическую прочность. Для этого блокировочное отверстие выполняют наклонным. Поскольку блокировочные отверстия соединяют камеру обратного хода с атмосферой при крайнем нижнем положении буровой коронки, при выполнении этого условия, в заявляемом изобретении блокировочные отверстия проходят через ту часть буксы, в которой не выполнены иные технологические выемки материала для размещения элементов передачи крутящего момента и фиксации буровой коронки.
Благодаря выполнению отверстий в буксе наклонно в сторону головной части буровой коронки от внутренней поверхности буксы к ее наружной поверхности, появилась возможность оптимизировать линейные размеры буксы при сохранении ее механических характеристик.
Иными словами, под каналом, образованным совмещением радиальных отверстий блокировочного кольца с выходом наклонных отверстий, длина внутренней поверхности буксы превосходит длину ее наружной части и образует «резерв» в буксе,
наличие которого позволяет осуществлять выборку материала для размещения элементов передачи крутящего момента, фиксации буровой коронки. Таким образом, технологически необходимые выборки материала не влияют на механическую прочность звена «цилиндр - букса - буровая коронка».
Кроме вышеуказанного свойства, проявляемого совокупностью заявляемых признаков изобретения, наличие блокировочного кольца выполняет также роль компенсационного (разгрузочного) элемента и воспринимает на себя часть нагрузок, действующих на цилиндр и буксу.
Фиксация блокировочного кольца является необходимым и достаточным условием для обеспечения надежности установки данного элемента конструкции. Фиксация может быть обеспечена с помощью штифта или шпонки.
Соотношение диаметров радиальных отверстий блокировочного кольца и наклонных отверстий в буксе определяется возможной разностью диаметров отверстий, предназначенных для входа и выхода рабочей среды из образовавшегося канала.
Конструкция заявляемого механизма поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен общий вид, на фиг.2 - разрез по А-А.
Конструкция представляет собой пневмоударник с клапанной системой воздухораспределения при осуществлении блокировочного режима работы.
Пневмоударник содержит корпус, выполненный составным: верхняя часть представляет собой цилиндр 1, а нижняя часть выполнена в виде буксы 2, имеющей большую и меньшую ступени; в буксе 2 установлена буровая коронка 3 с центральным продувочным каналом 4. При этом буровая коронка 3 занимает крайнее нижнее положение, и фиксируется шпонкой 5. В корпусе установлен поршень-ударник 6, разделяющий корпус 1 на камеры прямого и обратного хода 7, 8 с выхлопными отверстиями 9, 10 соответственно. Кроме этого в корпусе установлено воздухораспределительное устройство 11, сообщающееся через канал 12 воздухопроводящей трубки 13 с центральным отверстием 14 поршня-ударника бис центральным продувочным каналом 4 буровой коронки 3.
Между цилиндром 1 и буксой 2, установлено блокировочное кольцо 15, с радиальными отверстиями 16 с расположением их напротив наклонных отверстий 17 в буксе 2. Блокировочное кольцо 15 установлено на ступени, образованной в месте перехода буксы от меньшего диаметра к большему и фиксируется с помощью штифта 18, входящего в соответствующую выборку блокировочного кольца 15.
Блокировочный режим работы пневмоударника осуществляется следующим образом.
Работающий пневмоударник отводится от забоя скважины, при этом буровая коронка 3 перемещается в крайнее нижнее положение до посадки ее на шпонку 5, а поршень-ударник 6 перемещается по цилиндру 1 до посадки его на заплечики буксы 2, при этом выхлопные отверстия 9 связывают камеру прямого хода 7 с атмосферой, а выхлопные отверстия 10 остаются надежно перекрытыми цилиндрической поверхностью поршня-ударника 6. При этом воздухораспределительное устройство 11 не обеспечивает подачу рабочей среды в камеру прямого хода 7, и позволяет рабочей среде выйти в атмосферу через канал 12 воздухопроводящей трубки 13, центральное отверстие поршня-ударника 6, камеру обратного хода 10, наклонные отверстия 17 в буксе 2 и радиальные отверстия 16 блокировочного кольца 15.
Забой скважины очищается от продуктов разрушения через центральный продувочный канал 4 буровой коронки 2.
Работа пневмоударника в блокировочном режиме прекращается при перемещении его до соприкосновения с забоем скважины. При этом буровая коронка 3, перемещаясь в буксе 2, перекрывает наклонные отверстия 17 в буксе 2, поршень-ударник 6 снимается с заплечиков буксы 2 и под воздействием сжатого воздуха, поступающего в камеру обратного хода 8, совершает обратный ход. В процессе перемещения поршня-ударника 6 отверстия 10 перекрываются, а отверстия 9, напротив, открываются, при этом в результате перепада давлений, воздействующих на один из элементов воздухораспределительного устройства 11, происходит поступление сжатого воздуха в камеру прямого хода 9, в результате чего поршень-ударник 6 останавливается и начинает совершать обратный ход.
Таким образом, заявляемая конструкция погружного ударного механизма позволяет осуществлять блокировочный режим работы при обеспечении механической прочности и снижении габаритных размеров устройства в целом.