Opublikowano dnia 30 maja 1956 r. fcfcf£ CJO0 POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITE] LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 38946 5a. 5/0O KI. 5 a, 13 Warszawskie Przedsiebiorstwo Wiercen Geologiczno-Poszukiwawczych Przedsiebiorstwo Panstwowe Wyodrebnione *) Warszawa, Polska Wibrator do wiercenia otworów sposobem udarowo — obrotowym Patent trwa od dnia 28 marca 1955 r.Wibrator wedlug wynalazku o sredniej czesto¬ tliwosci drgan, oparty na zasadzie dzialania tara- nu Wolskiego, jest czescia skladowa urzadzenia stosowanego do glebienia i instrumentacji otwo¬ rów wiertniczych, a w szczególnosci w zastoso¬ waniu do urzadzenia do poglebiania otworów wiertniczych wedlug patentu nr 38084.Wibrator taki stanowi jedno z wielu mozli¬ wych rozwiazan konstrukcyjnych i posiada na¬ ped hydrauliczny. Dzialanie wibratora oparte jest na zasadzie sily uderzeniowej fali w slupie cieczy wywolanej okresowym naglym otwiera¬ niem i zamykaniem zaworu zatrzymujacego i uruchamiajacego swobodny przeplyw pluczki.Szybkosc przebiegu cisnienia fali uderzeniowej i powrotnej w slupie pluczki jest w zasadzie stala, a wiec czestotliwosc uderzen jest stero¬ wana samoczynnym swobodnym otwieraniem i zamykaniem zaworu sterujacego. Celem wiec skrócenia i ujednostajnienia czasu przebiegu fa- *) Wlasciaiel patentu oswiadczyl, ze twórca wynalazku jest Tadeusz Labno, li uderzeniowej i powrotnej zastosowano na¬ stawny trzon regulacyjny oraz tlumik w posta¬ ci zbiornika powietr^r^n. którego wysokosc re¬ guluje czas pr^bie^'1 Zasada dzialania tarami Wolskiego polega, jak wiadomo, na cisnieniu wywieranym na tlok z przymocowanym narzedziem glebiacym (dlu¬ tem) a wywolanym przez fale uderzeniowe i powrotne drgajacego slupa cieczy. Zwieksza¬ jaca sie bowiem predkosc przeplywu pluczki przez szczeline miedzy talerzykiem a tlokiem wy¬ woluje podcisnienie pod zaworem i powoduje jego szybkie zamkniecie oraz nagle zatrzymanie swo¬ bodnego przeplywu pluczki. Przez to nagle za¬ trzymanie przeplywajacego slupa cieczy pow¬ staje fala uderzeniowa, której cisnienie jest kil¬ kakrotnie wyzsze, niz ciezar slupa pluczki i si¬ la swa spycha tlok z przymocowanym don dlu¬ tem na spód otworu, a ostrze dluta silnym udarem kruszy skale. Zawór zamkniety pod dzialaniem cisnienia fali uderzeniowej i obcia¬ zonej ciezarem slupa cieczy nie móglby sie ot-worzyc bez uzycia dosc znacznej sily, gdyby nie to, ze cisnienie fali uderzeniowej, przenoszac sie z predkoscia okolo 1000 metrów na sekunde na wierzch slupa cieczy i .powracajac z taka sama szybkoscia jako fala powrotna odciazaja¬ ca (podcisnieniowa), odciaza grzybek zaworu podnoszony sprezyna do góry, otwierajac zawór.W miedzyczasie tlok zepchniety cisnieniem fa¬ li uderzeniowej na dól wywoluje uderzenie dlu¬ ta o spód otworu a nastepnie zostaje silna spre¬ zyna buforowa podniesiony do punktu wyjscio¬ wego. Przez otwarty ponownie zawór rozpoczy¬ na sie przerwany swobodny przeplyw pluczki.Ciezar tloka z dlutem taranu Wolskiego i jego skok jest znaczny. Wynalazek umozliwia regu¬ lacje czasu przebiegu fali uderzeniowej i pow¬ rotnej w slupie cieczy oraz otwierania i zamy¬ kania zaworu sterujacego; swobodny przeplyw pluczki, co przyczynia sie do zwiekszenia cze¬ stotliwosci drgan w stosunku do czestotliwosci uzyskiwanej w taranach Wolskiego. Czestotli¬ wosc drgan ograniczona jest o tyle, o ile poz¬ walaja na to momenty bezwladnosci lekkiego drgania tloka. Tlok wedlug wynalazku sluzy jedynie do wywolywania drgan rurj^ rdzeniowej i nie wykonuje pracy jak w taranie Wolskiego, lecz wedlug patentu nr 38084 tlok wykonuje re¬ gulowane co do wysokosci skoki o duzej czesto¬ tliwosci w granicach kilkunastu milimetrów.Taran Wolskiego posiada mala czestotliwosc drgan i nie pozwala na regulacje wysokosci sko¬ ku; jego tlok nie jest smarowany, jest bardzo ciezki i szybko wyciera scianki cylindra uro¬ biona skala zawarta w puczce. Na rysunku fig. 1 przedstawia podluzny przekrój wibratora wedlug wynalazku, a fig. 2 — przekrój podluzny jego odmiany. Wibrator posiada naped hydrau¬ liczny i jest osadzony w rurach okladzinowych 28 otworu wiertniczego.Wibrator wedlug wynalazku sklada sie z tlu¬ mika drgan przenoszonych na zerdzie, lacznika, .kadluba, tlumika powietrznego cylindra z tlo¬ kiem wibrujaeym, nakretki zatrzymujacej i na¬ stawnego trzona regulacyjnego.Tlumik drgan sluzy do wyeliminowania skut¬ ków wielkiej czestotliwosci drgan, powoduja¬ cych w zerdziach naprezenia zmeczeniowe.Tlumik ten posiada lacznik mufowy 1 z otwo¬ rem na przeplyw pluczki, który u góry jest po¬ laczony z zerdziami (rurami pluczkowymi}, x a dolna czesc posiada postac czopu, zaopatrzo¬ nego w otwór o przekroju szesciokatnym lub scietego dwustronnie kola. W otworze tym lacz¬ nika osadza sie pierscien 2 z gumy sprezystej srednio- twardej. Pierscien posiada otwór po¬ zwalajacy na przeplyw pluczki i zabezpieczony jest przed zbyt duzym odksztalceniem w czasie pracy dwoma stalowymi pierscieniami 3, chro¬ niacymi równiez pierscien 2 przed mozliwoscia wywarcia zbyt duzego nacisku przy umieszcze¬ niu wibratora na spodzie otworu. Pierscienie sa zaszlifowane na zewnetrznej swej powierzch¬ ni zgodnie z wyfrezowanym przekrojem otworu lacznika mufowego 1, do którego ponadto wchodzi górna czesc lacznika czopowego 4.Lacznik czopowy posiada takze otwór przeloto¬ wy do przeplywu pluczki, a górna jego czesc wyfrezowana jest zgodnie z otworem lacznika mufowego i sluzy do przeniesienia ruchu obro¬ towego przewodu wiertniczego. Dolna czesc lacznika czopowego posiada znane nagwintowa¬ nie do polaczenia tlumika z kolumna rdzenio¬ wa. W srodku znajduje sie staly pierscien opo- rowy^pod który na szyjke lacznika zaklada sie pierscien 5 z gumy sprezystej srednio-twardej.Czesc dolna tlumika wraz z zalozonymi piers - cieniami jest polaczona z górna czescia za po¬ moca nakretki mufowej 6, uszczelnionej na szyj¬ ce lacznika czopowego. Tlumik jest polaczony na gwint z normalnym dla danej kolumny lacz¬ nikiem 7. Na górnym koncu lacznika 7 osadzo¬ na jest na gwint narmalnie stosowana rura za¬ sypowa 8 a na dolnym jego koncu jest osadzo¬ ny na gwint kadlub 9 zamiast wibratora rury rdzeniowej.Do kadluba 9 przypawany jest za pomoca zeber 10 zbiornik 11 tlumika powietrznego. Zbior¬ nik ten dostosowany jest do tlumika oraz do skrócenia czasu przebiegu fali uderzeniowej i powrotnej slupa cieczy w celu zwiekszenia czestotliwosci drgan.Wysokosc tego zbiornika okresla dlugosc slu- psf cieczy, przez który przebiega fala uderze¬ niowa i powrotna. Do dolnej czesci zbiornika i przymocowany jest za pomoca polaczenia gwin¬ towego prowadnica sprezyn 12 ustalajacych ruch tloka wibratora do góry. W górnym dnie zbior¬ nika powietrznego 11 przypawany jest na sta¬ le cylinder 13 tloka redukcyjnego-cisnieniowego, „ który sluzy jednoczesnie jako prowadnica za¬ woru sterujacego.Do cylindra tloka redukcyjno-cisnieniowego przypawana jest plytka 14 tworzaca kanal wy¬ równawczy. W cylindrze jest osadzony przesuw* nie tloczek redukcyjno-cisnieniowy 15, posiadaja¬ cy otwór wyrównawczy w górnej czesci, a jego dolna czesc stanowi grzybek zaworu sterujacer go. Zawór ten jest czesciowo sterowana i #W wadzony w cylindze tloczkiem* ieóukgyin&rph* -¦¦8snieniowym z przewidzianymi kanalami wyrów- nywujacymi cisnienie i skok zaworu oraz posia¬ da dodatkowa sprezyne 16 podnoszaca grzybek zaworu, Zawór ten usytuowany jest jako ele¬ ment osobny nie zwiazany konstrukcyjnie z tlo¬ kiem wibracyjnym. Urzadzenie to zwieksza pewnosc i szybkosc otwierania i zamykania czesciowo samoczynnego zaworu sterujacego czestotliwosc drgan. Moze , ono byc jednak zmontowane takze lacznie z tlojtiem wibracyj¬ nym (moze sie poruszac wraz z tlokiem), podob¬ nie jak jest zamocowany zupelnie samoczynnie dzialajacy v zawór taranu Wolskiego. Zawór ot¬ warty i podiesiony dodatkowa sprezyna do góry jest zupelnie odciazony przez polaczenie prze¬ widzianymi na odpowiedniej wysokosci kanala¬ mi dla wyrównania cisnienia zbiornika .po¬ wietrznego cisnieniem wewnatrz cylindra tlocz¬ ka redukcyjno-cisnieniowego. Zawór opuszczo¬ ny i zamykajacy swobodnie przeplyw pluczki przez tlok wibracyjny jest przyciskany do po¬ wierzchni tego tlo^a cisnieniem fali uderzenio¬ wej, leci jest równoczesnie czesciowo odciazony przez róznice powierzchni grzybka i tloczka re¬ dukcyjno-cisnieniowego. Z chwila rozpoczecia otwierania sie zaworu przez podniesienie grzyb¬ ka zaworu, grzybek ten zostaje zupelnie odcia¬ zony a zawór podnoszony jest szybko do góry cisnieniem hydrostatycznym slupa pluczki wy¬ wieranym na tloczek redukcyjno-cisnieniowyoraz dzialaniem dodatkowej sprezyny az" do czasu polaczenia przewidzianymi i rozmieszczonymi na odpowiedniej wysokosci kanalami cisnienia w zbiorniku powietrznym z wnetrzem cylindra, tloczka redukcyjno-cisnieniowego. Zawór zosta¬ je wiec zupelnie odciazony i moze byc samo¬ czynnie zamkniety podcisnieniem przeplywaja¬ cej przez szczeline pod grzybkiem pluczki, po czym cykl sie powtarza.Druga czesc wibratora stanowi tlok wibra¬ cyjny 17 osadzony w cylindrze wibracyjnym IS: Cylinder ten jest przymocowany górna czescia za pomoca polaczenia gwintowego z lacznikiem kadluba 19 wibratora. Dolny koniec cylindra, wibratora jest polaczony lacznikiem cylindra 20 t normalna rura rdzeniowa 21. Tlok wibra¬ cyjny smarowany olejem jest utrzymywany w wyjsciowym swym polozeniu *^a , pomoca dwóch sprezyn 22. Gladz Cylindra i tloka wi¬ bratora oddzielona jest od pluczki za pomoca dwóch oslon 23 z gumy syntetycznej górnej i dolnej, o ustalonej dlugosci (okreslonej wiel¬ kosci skoku tloka wibracyjnego), które sa od¬ porne n& dzialanie oleju i napiete sa dodatko¬ wymi sprezynami 24. Oslony gumowe sa przy¬ mocowane strona górna do lacznika .kadluba a dolna do podstawy cylindra 25. Podstawa te¬ go cylindra sluzy równoczesnie jako oparcie dla sprezyny ustalajacej tlok wibracyjny w poloze¬ niu wyjsciowym. W podstawie tej osadzony jest takze nastawnie trzdn regulacyjny 26, który sluzy do ustalania miejsca 'przymusowego ot¬ warcia zaworu sterujacego i reguluje tym sa¬ mym skok tloka wibracyjnego. Blaszka 27 sta¬ nowi zabezpieczenie przed rozregulowaniem sie nastawnego trzona regulacyjnego. Strzalka na rysunku pokazuje kierunek przeplywu pluczki.Nakretka 29 przedstawia podstawe ustalajaca.Odmiana wibratora przedstawionego na fig., 2 nie posiada tloka wibracyjnego, a uderzenia fa¬ li przenosza sie# bezposrednio na rure rdzenio¬ wa z zamocowanym narzedziem glebiacym. Jest on podwieszony na tlumiku drgan, a zawór 7, 15 jest sterowany samoczynnie. Tlumik drgan sklada sie, jak na fig. 1, z czesci od 1 do 6 i sluzy nie tylko do wyeliminowania skutków drgan wysokiej czestotliwosci, lecz takze do zwiekszenia amplitudy drgan rury rdzeniowej.Amplituda drgan rury rdzeniowej miesci sie w granicach kilku milimetrów. Zbiornik po¬ wietrzny dla tlumienia i skrócenia czasu prze¬ biegu fali uderzeniowej jest takze uproszczony i posiada wbudowana prowadnice trzona zawo¬ ru sterujacego 15. Zawór jest prostszy pod wzgledem konstrukcyjnym. Sprezyna 16 sluzy do podnoszenia grzybka zaworu samoczynnego.Lacznik 20 obejmuje przepone tlumika. Da tego lacznika dolacza sie jak zwykle dalsza czesc kolumny rdzeniowej w postaci rury rdzeniowej 21. Zupelnie odmienna czescia wibratora (fig. 1) jest nakretka ustalajaca skok grzybka zaworu do góry i nakretka napinajaca sprezyne podno¬ szaca zawór. PL