Гидроударник

9) 5)5 Е 21 В 4/14 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОбРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Донецкий политехнический институт(56) Авторское свидетел ьство СССРМ 1670075, кл, Е 21 В 4/14, 1989,Неудачин Г. И., Фоменко В. С., ЧаленкоА. А. и др, Бурекле морских инженерно-геологических и глубоких разведочных скважинна нефть и газ, Рига: ВНИИМоргео, 1987, с,21-26, рис, 2.ГИДРО ДАРНИК(57) Изобоетение относится к устройствам,применяемым при бурении скважин различкого назначения, и может быть использовано в строительстве для погружения иизвлечения свай, шпунта ит.п. Цель изобретения - повышение надежности в работегилпочпаокика (Г). Г включает верхний переходник 2 с впускными 26 и выхлопными 27каналами, Переходни 2 соединен с корпусом (К) 1, В кем установлен цилиндр 8, вкотором размещен поршень 9 бойка 10 и Изооретекие относится к устройствам, применяемым при бурении скважин различного назначения, для выполнения основных и вспомогательных операций процесса проходки выработки и может быть использовано в строительстве для погружения и изьлечения свай, шпунта и т.п,Целью изобретения является повышение надежности в работе гидроударника,На фиг. 1 изображен предлагаемый гидроударник до подачи рабочей жидкости в него; на фиг.2 - разрез А - А на фиг. 1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг, 1; на фиг, 4 - то же, в крышка цилиндра 5, В крышке 5 выполнены каналы 6 и 7, а К имеет верхнюю 3 и нижнюю 4 наковальни. В цилиндре 8 установлен вы пускной клапан (ВК) 13, хвостовик 12 которого размещен в цилиндрической полости (ЦП) 14 бойка 10. Посредством толкателя 12 которого размещен в цилиндрической полости (ЦП) 14 бойка 10. Посредством толкателя 25 ВК оборудован поршнем 17, а хвостовик 12 уплотнен относительно ЦП, Надпоршневая полость цилиндра 8 сообщается с окружающей средой через отверстия 23 в стенках ЦП, радиальные отверстия 19, осевой канал 20 ВК и отверстия 28 переходника 2, Пространство ЦП под хвостовиком 12 ВК связано с полостью 21 высокого давления Г отверстиями 22. Генерируемые в Г ударные 3 импульсы в виде упругой деформации передаются на К и соединенный с ним погружаемый в грунт элемент. Для отделения момента наступления "свайного эффекта" при забивании трубчатых свай и т. и. в нижней части Г выполнен насос обратной промывки с всасывающим 29 и нагнетательным 30 клапанами. 9 ил. момент начала подачи рабочей жидкости; на фиг,5 - то же, в момент соударения поршня бойка с выпускным клапаном; на фиг. б - то же, в момент соударения бойка с верхней наковальней; на фиг. 7 и 8 - то же, в момент соударения внутренних буртов поршня бойка с хвостовиком выпускного клапана; на фиг. 9 - разрез В - В на фиг, 8,Гидроударник (фиг. 1) состоит иэ корпуса 1, жестко связанного с верхним переходником 2, верхней 3 и нижней 4 наковальнями, С верхним переходником 2 соединена крышка цилиндра 5, оборудован5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ная впускными 6 и выпускным 7 каналами.В цилиндре 8 установлен поршень 9 бойка10, Шток 11 бойка установлен в нижней наковальне 4 гидроударника и имеет диаметрмсньший, чем диаметр поршня 9, Хвостовик12 выпускного клапана 13 установлен в цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10и уплотнен относительно нее манжетами 15.Кроме того, выпускной клапан 13 снабженштоком 16 с поршнем 17, установленным вцилиндре 18 верхнего переходника 2. В хвостовике 12 выполнены каналы 19, сообщенные с осевым каналом 20 выпускногоклапана 13. Пространство цилиндрическойполости 14 поршня 9 бойка 10, размещенное под хвостовиком 12 выпускного клапана13, связано с полостью 21 высокого давления гидроударника отверстиями 22, а надпоршневая полость цилиндра 8 сообщена сцилиндрической полостью 14 отверстиями 23.Впускной клапан 24 связан с выпускным клапаном 13 толкателями 25, а верхнийпереходник 2 оборудован впускными 26 ивыхлопными 27 каналами и отверстиями 28в надпоршневой полости цилиндра 18. Внижней наковальне 4 установлены всасывающий 29 и нагнетательный 30 клапаны насоса обратной промывки.Гидроударник работает следующим образом,В исходном положении (фиг, 1) боек 10,выпускной клапан 13 и впускной клапан 24под действием собственного веса находятся в крайнем нижнем положении, При этомвпускные каналы 6 крышки цилиндра 5 закрыты впускным клапаном 24, а выпускнойканал 7 открыт.При подаче в механизм рабочей жидкости (фиг, 4) она по впускным каналам 26верхнего переходника 2 подается в полость21 высокого давления гидроударника и пространство цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10. Благодаря тому чтохвостовик 12 выпускного клапана 13 уплотнен относительно цилиндрической полости14 поршня 9 бойка 10 манжетами 15, а пространство цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10, размещенное похвостовиком 12 выпускного клапана 13; связано с полостью 21 гидроударника отвер-стиями 22, Выпускной клапан 13 поддействием давления рабочей жидкости наплощадь поперечного сечения его хвостовика 12 движется вверх до упора хвостовика12 во внутренние бурты поршня 9 бойка 10(именно этот момент работы механизмаизображен на фиг. 4),Давление рабочей жидкости в подпоршневой полости цилиндра 8 гидроударника повышается, а боек 10 начинает двигаться вверх (фиг. 3). Этот момент работы гидро- ударника характеризуется тем, что жидкость, находящаяся в надпоршневой полости цилиндра 8, вытесняется в окружающую среду через выпускной канал 7 крыш-. ки цилиндра 5 и выхлопные каналы 27 верхнего переходника 2, а рабочая жидкость, заполняющая пространство цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10, размещенное под хвостовиком 12 выпускного клапана 13, через отверстия 22 вытесняется в подпоршневую полость цилиндра 8 гидроударника. Благодаря этому боек 10 приобретаетдополнительное по сравнению с прототипом приращение скорости.Следует отметить, что блок клапанов удерживается в нижнем положении за счет давления .рабочей жидкости на впускной клапан 24, для чего суммарная площадь поперечного сечения впускных каналов 6 в крышке цилиндра 5 выбирается большей, чем площадь поперечного сечения хвостовика 12 выпускного клапана 13. Не доходя до верхней наковальни 3 на расстояние, равное половине хода клапанов 32, поршень 9 бойка 10 ударяет по выпускному клапану 13 (этот момент работы механизма изображен на фиг, 5),Оставшееся расстояние до верхней наковальни 3, равное положение хода клапанов 32, боек 10 происходит по инерции совместно с выпускным клапаном 13, топкателем 25.и впускным клапаном 24, В конце своего хода вверх боек 10 наносит удар по верхней наковальне 3 (фиг. 6). Этот момент работы гидроударника характеризуется тем, что открыты одновременно впускной 24 и выпускной 13 клапаны. При этом давление в полости 21 гидроударника снижается на 30 - 40 и формируется за счет гидравлических сопротивлений в зазорах между посадочными местами выпускного 13 и впускного 24 клапанов в крышке цилиндра 5 и клапанами 13 и 24,. а также гидравлических сопротивлений в выпускном канале 7 и выхлопных каналах 27 верхнего переходника 2.Благодаря тому,что выпускной клапан 13 оборудован штоком 16 с поршнем 17,установленным в цилиндре 18 верхнего переходника 2, хвостовик 12 выпускного клапана 13 уплотнен относительно цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10, а пространство цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10, размещенное подхвостовиком 12 гвязано с полостью 21 гид роударника отверстиями 22, выпускной клапан 13 под действием давления рабочейжидкости на площадь поперечного сечения5 10 15 20 25 30 35 40 5055 штока 16 продолжает движение вверх. При этом из-за наличия поршня 17 и отверстий 28 в надпоршневой полости цилиндра 18 верхнего переходника 2 повышение давления в выпускном канале 7 не оказывает сопротивления движению выпускного клапана 13 вверх, Под действием давления рабочей жидкости и инерционных сил выдускной клапан 13 закрывается, а впускной клапан 24 открывается (этот момент работы механизма изображен на фиг, 7),Рабочая жидкость начинает поступать как в подпоршневую, так и в надпоршневую полости цилиндра 8 гидроударника. Так как площадь поршня 9 бойка 10 со стороны надпоршневой полости цилиндра 8 больше, чем площадь со стороны подпоршневой полости на величину площади поперечного сечения уплотненной части штока 11, боек 10 начинает двигаться вниз. Этот момент работы механизма характеризуется тем, что жидкость из пространства цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10, расположенного над хвостовиком 12 выпускного клапана 13, вытесняется в надпоршневую полость цилиндра 8, а жидкость из подпоршневой полости цилиндра 8 под давлением заполняет пространство цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10, размещенное под хвостовиком 12 выпускного клапана 13, Это способствует увеличению скорости бойка 10 по сравнению, например, с прототипом, у которого во время рабочего хода бойка 10 вниз Ян рабочая жидкость вытесняется из подпоршневой в надпоршневую полость цилиндра 8, теряя часть своей энергии на внутреннее трение, Во время хода бойка 10 вниз Ян впускной 24 и выпускной 13 клапаны удерживаются в верхнем положении давлением рабочей жидкости на впускной клапан 13,В определенный момент времени, когда расстояние от бойка 10 до нижней каковальии 4 незначительно (на 1,5 - 3 мм) больше хода клапанов 52 происходит совмещение отверстий 23 в стенках цилиндрической полости 14 поошня 9 бойка 10 с канэлами 19 хвостовика 12 выпускного клапана 13, Рабочая жидкость из надпоршневой полости цилиндра 8 через отверстия 23, каналы 19, осевой канал 20 выпускного клапана 13 и отверстия 28 в надпоршневой полости цилиндра 18 верхнего переходника 2 устремляется в окружающую среду. Давление в полости 21 высокого давления гидроударника, а следовательно, и сила прижатия выпускного клапана 13 к его седлу в крышке цилиндра 5 снижаются. В это время боек 10, не долетевший до нижней наковальни 4 на расстояние, равное ходу клапанов 32, ударяет внутренними буртами поршня 9 по хвостовику 12, срывая выпускной клапан 13 с его седла (фиг. 8).Благодаря тому что надпоршневая по- вость цилиндра 8 гидроударника выполнена с возможностью сообщения с окружающей средой, посредством отверстий 23 в стенках цилиндрической полости 14 поршня 9 бойка 10, осевого канала 20 выпускного клапана 13 и отверстий 28 в надпоршневой полостицилиндра 18 верхнего переходника 2, в момент соударения внутренних буртов поршня 9 с хвостовиком 12 выпускного клапана 13 напряжения растяжения в теле последнего снижаются вследствие уменьшения силы прижатия клапана 13 к его седлу в крышке цилиндра 5,Пройдя по инерции совместно с выпускным клапаном 13 расстояние, равное ходуклапанов Я 2, боек 10 наносит удар по нижней наковальне 4 (фиг. 2). Впускной клапан24 закрывается под действием. скоростногонапора рабочей жидкости из впускного канала 26 и собственного веса. Подаваемая в гидроударник рабочая жидкость вновь поступает в подпоршневую полость цилиндра 8, и цикл работы механизма повторяется.Генерируемые в гидроударнике ударные импульсы в виде волн упругой деформации передаются на корпус 1 механизма исоединенный с ним погрукаемый в грунт элемент (не показан), вызывая его внедрение в породный массив,Для отдаления момента наступления "свайного эффекта" при забивании колонковых труб, трубчатых свай и т.п. в нижней наковальне 4 установлены всасывающий 29 и нагнетат-льный 30 клапаны насоса обратной промывки. При ходе бойка 10 вверх(фиг,3) в пространстве под штоком 11 создается разрежение, всасывающий клапан 29 открывается, а скважин ная жидкость заполняет его пространство, При ходе бойка 10 вниз жидкость иэ-под штока 11 вытесняется в окружающую среду через нагнетательныйклапан 30 (фиг. 8), Благодаря этому в полости колонковой трубы создается восходящий поток скважинной жидкости, омывающей керн, сникающий его трение овнутреннюю поверхность колонковой трубы и отделяющий момент образования ядра уплотнения.Применение предлагаемого гидроударника позволяет повысить надежность его в работе,Формула изобретения Гидроударник, включающий верхнийпереходник с цилиндром, впускными и выхлопными каналами, корпус с цилиндром, вкотором размещен поршень бойка, крышку цилиндра с каналами,. верхнюю и нижнюю наковальни, выпускной клапан со штоком и хвостовиком с уплотнением, размещенным в цилиндрической полости бойка, осевой канал, выполненный в корпусе выпускного клапана, радиальные отверстия, выполненные в центральной части уплотнения хвостовика и корпусе бойка над его поршнем, а также впускной клапан, связанный с выпускным клапаном посредством толкателя,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности в работе гидро- ударника, шток выпускного клапана в верхней части выполнен в виде поршня, 5 установленного в цилиндре верхнего переходника, а в корпусе бойка под поршнем выполнены радиальные отверстия, гидравлически сообЩенные с пространством под уплотнением. хвостовика в цилиндрической 10 полости бойка и с полостью высокого давления гидроударника.1760067 Рог,8Составитель А, Хромин едактор М. Стрельникова Техред М,МоргенталорректорА. Козори аказ 3165 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открмтиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/8Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 10