Гидроударник

(5 ц 5 Е 0 3 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО У СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Донецкий политехнический институт (72) В, И. Блинов, И. В. Равилов, О, Я. Тодер, В. И. Сахно и С. Ю. Преображенский (53) 624.155,15(088,8)(56) Разработка гидроударников для бурения инженерно-геологических скважин с буровых судов "Неудачин Г. И. и др. Сборник Бурение морских инженерно-геологических и глубоких разведочных скважин на нефть и газ, Рига, ВНИИУОРГЕО, 1987, с. 21-26.. Авторское свидетельство СССР К. 1446239, кл. Е 02 О 7/10, 1988.(57) Использование: при бурении скважин различного назначения для выполнения осИзобретение относится к технике горной промышленности и может быть использовано при бурении скважин различного назначения, погружении и извлечении свай, шпунта и т,д,Известен гидроударник конструкции Донецкого политехнического института, включающий корпус с цилиндром, в котором размещен поршень бойка, крышку цилиндра с каналами, впускной и выпускной клапаны, связанные толкателем, а также верхнюю и нижнюю наковальни.Рабочая жидкость, подаваемая в гидро-. ударник насосом, поступает под поршень бойка и перемещает его вверх. В конце хода вверх поршень наносит удар по выпускному клапану, вызывая перестановку клапанов в верхнее положение, а,боек наносит удар по Ф"ТЕНИЯ новных и вспомогательных операций технологического процесса проходки выработки и для погружения и извлечения свай, шпунта. Гидроударник содержит корпус 1 с наковальнями 3 и 4 и цилиндром 6, в котором размещен ступенчатый поршень 9, соединенный с ним боек 10, крышку 5, выпускной клапан 13. Хвостовик клапана 13 подпружинен относительно бойка 10 и заведен в его полость. Впускной клапан 15 связан с выпускным клапаном 13 посредством толкателя 17. Поршень 9 выполнен со сквозной полостью и соединен с бойком с возможностью ограниченного осевого перемещения на величину, соответствующую ходу клапанов 13 и. 15, Верхняя часть бойка 10 снабжена уплотнением 12 и заведена в полость поршня концентрично ему, 3 ил. верхней наковальне. При новом положении клапанов рабочая жидкость поступает как под поршень бойка, так и в надпоршневую полость цилиндра, Благодаря тому, что рабочая площадь поршня гидроударника со стороны надпоршневой полости цилиндра больше, чем его рабочая площадь со стороны подпорщневой полости, боек совершает ход вниз, производя при атом перестановку клапанов в исходное положение и нанося удар по нижней наковальне. Рабочая жидкость вновь поступает только в подпоршневую полость цилиндра и цикл работы ;устройства повторяется.Недостаток описанного гидроударника - малая энергия единичного удара по наковальням, обусловленная большими потерями скорости на участке свободного хо10 35 40 45 да, когда ан движется по инерции, а впускной и выпускной клапаны открыты.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является гидроударник,включающий корпус с наковальнями и цилиндром с крышкой, выполненной с каналами, боек, соединенный с ним ступенчатыйпоршень, имеющий полость, выпускнойклапан с подпружиненным относительнобойка хвостовиком, заведенным в полостьпоршня, и впускной клапан, связанный свыпускным посредством толкателя,Устройство работает следующим образом. 1Рабочая жидкость ат насоса поступаетпод поршень байка и перемещает его вверх.В конце хода вверх поршень ударяет повыпускному клапану, вызывая перестановку клапанов в верхнее положение, а боек 2наносит удар по верхней наковальне, Приновом положении клапанов рабочая жидкость поступает как в подпоршневую, так ив надпаршневую полости цилиндра, а поршень, благодаря своей ступенчатой конструкции, движется вниз, переставляя в концехода клапаны в исходное положение и нанося удар по нижней наковальне кижним торцом бойка. Жидкость вновь поступаеттолько в подпоршневую полость цилиндра 3.и цикл работы устройства повторяется.Недостаток описанного гидроударника - малая энергия единичного удара пакижней наковальне, обусловленная большими потерями ега скорости на участке свободного хода, когда оба клапана открыты, абоек движется вниз по инерции, преодолевая тормозящую силу, вызванную гидравлическими сопротивлениями перетокурабочей жидкости в механизме.Целью изобретения является увеличение энергии единичного удара бойка понижней наковальне путем устранения егасвободного хода,Указанная цель достигается тем, чта визвестном гидраударнике, включающемкорпус с наковальнями и цилиндром скрышкой, выполненной с каналами, боек,соединенный с ним ступенчатый поршень,имеющий полость,.выпускной клапан с подпружиненным относительно бойка хвостовиком, заведенным в полость поршня,впускной клапан, связаннцй с выпускнымпосредством толкателя, боек соединен споршнем, полость которого выполненасквозной, с возможностью осевого переме- .щения на величину, соответствующую ходуклапанов, при этом верхняя часть бойкаснабжена уплотнением и заведена в полость поршня концентрично ему,На фиг, 1 изображен гидраударник висходном положении; на фиг. 2 - то же, вмоментудара бойка по верхней наковальне;на фиг. 3 - то же, в момент удара бойка понижней наковальне.Гидроударник фиг. 1) состоит из корпуса 1, жестко связанного с верхним переходником 2, верхней 3 и нижней 4 наковальнями. С верхним переходником 2 соединена крышка 5 цилиндра 6, оборудованная впускнцми 7 и выпускными 8 каналами, В цилиндре 6 установлен ступенчатыйпоршень 9, Верхняя часть бойка 10, шток 11 которого установлен манжетой 12 и заведена в полость поршня 9 концентрично ему, Хвоставик выпускного клапана 13 падпружинен относительно бойка 10 пружиной 14,а впускной клапан 15 подпружинен относительно верхнего переходника 2 пружиной16 и связан с выпускным клапаном 13 толкателями 17,Гидраударник работает следующим образом, В исходном положении (фиг. 1) боек 10 пад действием собственного веса находится в крайнем нижнем положении, выпускной клапан 13 открыт, а впускной клапан 15 перекрывает впускные каналы 7 в крышке 5 цилиндра 6 под действием собственного веса и усилия пружины 16, Поршень 9 также находится в крайнем нижнем положении пад действием собственного веса и опирается своим нижним торцом на боек 10.Для запуска гидроударника в механизм по каналам в верхнем переходнике 2 подается рабочая, жидкость, которая, попадая под поршень 9 вызывает его перемещение вверх. Вследствие того, чта боек 10 соединен с поршнем 9 с вазможностью осевого перемещения на величину, соответствующую ходу клапанов 13 и 15 - Я 2, а верхняя часть бойка 10 снабжена уплотнительнай манжетой 12 и заведена в полость поршня 9 какцентрично ему, происходит следующее йаршень 9 движется вверх да момента, пока не будет пройдено расстояние, равноеходу клапанов 13 и 15 - Я 2, а затем продолжает разгон совместно с бойком 10, захватив ега верхнюю часть. Во времясовместного движения поршня 9 с бойком 10 жидкость через выпускной канал 8 вытесняется в окружающую среду, а пружина 14 сжимается, поскольку выпускной клапан 13 удерживается в исходном положении толкателями 17, упирающимися во впускной клапан 15, на который действует давление рабочей жидкости. Пройдя совместно с бойком 10 расстояние, равное рабочему ходубойка 10 вверх Зв илпределяемое как разность полного хода бойка 10 Я 1, и половины хода клапанов 13 и 15 - 52, поршень 9 своим1747599 10 20 35 40 50 верхним торцом наносит удар по тарелке выпускного клапана 13, вызывая тем самым перестановку клапанов 13 и 15 в верхнее положение. При этом оставшийся до верхней наковальни 3 путь, равный половине хода клапанов 13 и 15 - Яг, боек 10 с поршнем 9 проходят за счет накопленной во время рабочего хода вверх Яв кинетической энергии совместно с клапанами 13 и 15. Эта фаза рабочего цикла механизма заканчивается ударом бойка 10 по верхней наковальне 3, который в аиде волны упругой деформации передается на корпус 1 гидро- ударника.Оставшуюся половину своего хода Яг клапаны 13 и 15 проходят за счет инерционных сил и под действием сжатой пружины 14 (фиг, 2). В верхнем положении впускной клапан 15 открывает впускные каналы 7 в крышке 5 цилиндра 6, а выпускной клапан 13 перекрывает выпускной канал 8 и удерживается на своем посадочном месте давлением рабочей жидкости со стороны надпоршневой полости цилиндра 6. На этой фазе рабочего цикла механизма рабочая жидкость получает доступ как в подпоршневую полость цилиндра 6, так и в его надпоршневую полость, Благодаря тому, что верхняя часть бойка 10 снабжена уплотнительной манжетой 12 и заведена в полость поршня 9 концентрично ему, боек 10 под .30 действием давления рабочей жидкости на его верхний торец (в этом случае рабочая площадь равна площади уплотненной относительно нижней наковальни 4 части штока 11) начинает движение вниз, увлекая за собой ступенчатый поршень 9.В это время происходит переток рабочей жидкости, вытесняемой из-под поршня 9 в надпоршневую полость цилиндра 6 через открытые впускные каналы 7 в крышке 5 цилиндра 6. Пройдя расстояние, равное рабочему ходу вниз Ян (в предлагаемом гидроударнике рабочий ход вниз Ян, и полный ход Я 1 бойка 10 равны), боек 10 наносит удар по нижней наковальне 4 (фиг. 3) Таким образом, благодаря тому, что боек 10 соединен с поршнем 9, полость которого выполнена сквозной, с возможностью осевого перемещения на величину, соответствующую ходу клапанов 13 и 15 - Яг, а верхняя часть бойка 10 снабжена уплотнительной манжетой 12 и заведена в полость поршня 9 концентрично ему, боек 10 наносит удар по нижней наковальне 4 в конце рабочего хода вниз Ян, не затрачивая энергию на преодоление гидроторможения, возникающего после открытия выпускного клапана 13,В момент удара бойка 10 по нижней наковальне 4 поршень 9, который во время совместного движения с бойком 10 приобрел скорость, равную предударной скорости последнего, продолжает двигаться по инерции вниз, нанося удар по хвостовику выпускного клапана 13 срывая последний с его посадочного места в крышке 5 цилиндра 6. Клапаны 13 и 15 с поршнем 9 совершают ход вниз на величину их хода до упора поршня 9 в боек 10 (фиг. 1), Жесткость пружины 16 подбирается таким образом, чтобы компенсировать усилие пружины 14, направленное на удержание выпускного клапана 13 и верхнем положении, В момент соударения поршня 9 с бойком 10 впускной клапан 15 закрывается, а выпускной клапан 13 открывается,Рабочая жидкость вновь поступает в подпоршневую полость цилиндра 6 (фиг. 1), и цикл работы механизма повторяется.Ударные импульсы, передающиеся на корпус 1 от наковален 3 и 4,используются для совершения работы по погружению в грунт или извлечению из него обсадных труб, свай, шпунта и других элементов. Ф ор мул а изо бр ете н и я Гидроударник, включающий корпус с наковальнями и цилиндром с крышкой, выполненной с каналами, боек, соединенный с ним ступенчатый поршень, имеющий полость, выпускной клапан с подпружиненным относительно бойка хвостовиком, заведенным в полость поршня, впускной клапан, связанный с выпускным посредством толкателя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения энергии единичного удара бойка по нижней наковальне, боек соединен с поршнем, полость которого выполнена сквозной, с возможностью осевого перемещения на величину, соответствующую ходу клапанов, при этом верхняя часть бойка снабжена уплотнением и заведена в полость поршня конц,нтрично ему,1747599 1 б Составитель В. Блиновактор Н. Сильнягина Техред М,Моргентал Корректор Л. Бес Подписноениям и открытиям при ГКНТ СССая наб., 4/5 твенно-издательский комбин тент"., г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 роиз аказ 2478 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Рау