RU2011779C1

RU2011779C1 - Hydraulic hammer

Info

Publication number: RU2011779C1
Authority: RU
Inventors: Л.Г. Шолохов
Original assignee: Уральский горный институт им.В.В.Вахрушева
Priority date: 1991-06-24
Filing date: 1991-06-24
Publication date: 1994-04-30

Abstract

FIELD: mining art. SUBSTANCE: the hydraulic hammer has a delivery valve spring-loaded relative to the seat and mounted in a hollow body above an adapter, pusher. The pusher is spring-loaded from the top by a piston with a hollow rod. The piston is located on the rod. The lower end of the rod is fixed on the upper end of the delivery valve for restricted axial movement. One end of the pusher is connected to the block head valve, and the other is located inside the delivery valve for restricted axial movement. Channels are provided in the seat of the delivery valve and in the bottom part of the rod for passage of flushing fluid. In the top part of the body provision is made for radial channels for communication of the space above the piston with the hole clearance. EFFECT: facilitated procedure. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области горного дела, а именно к гидроударникам разведочного бурения скважин. The invention relates to the field of mining, namely to hydraulic hammers of exploratory drilling of wells.

Гидроударники бывают различной конструкции, но в практике получили наибольшее распространение гидроударники прямого действия, как наиболее простые по устройству и надежные в эксплуатации. Hammers are of various designs, but in practice, direct impact hammers are most widely used as the simplest in design and reliable in operation.

Известный гидроударник, принятый за прототип, содержит полый цилиндрический корпус, внутри которого установлены верхний переходник, нижний шлицевой переходник с наковальней, подпружиненный относительно наковальни боек с полым штоком и размещенный в верхней его части подпружиненный бойковый клапан. The well-known hydraulic hammer, adopted for the prototype, contains a hollow cylindrical body, inside of which there is an upper adapter, a lower spline adapter with an anvil, spring-loaded relative to the anvil of the hammer with a hollow rod and a spring-loaded striking valve located in its upper part.

Работа гидроударника связана с управлением потоком нагнетательной жидкости и формированием гидроударного давления, за счет которого создаются силы для возвратно-поступательного перемещения бойка и нанесения полезных ударов по наковальне. Это происходит за счет автоматического закрытия бойкового клапана в верхней и открытия в нижней позициях бойка. После открытия клапана боек двигается по инерции до соударения с наковальней. Этот интервал движения называется свободным ходом бойка, который в современных гидроударниках составляет 3-5 мм. Энергия соударения бойка и наковальни формирует полезную энергию удара гидроударника. The work of the hammer is associated with controlling the flow of injection fluid and the formation of hydraulic shock, due to which forces are created for the reciprocating movement of the hammer and delivering useful blows to the anvil. This is due to the automatic closure of the striker valve in the upper and opening in the lower positions of the striker. After opening the valve, the firing pin moves by inertia until it hits the anvil. This range of motion is called the striker’s free travel, which in modern hydraulic hammers is 3-5 mm. The impact energy of the hammer and the anvil forms the useful energy of the impact of the hammer.

Недостатком известного гидроударника являются низкая эффективность гидроударника за счет возрастания общей массы возбуждения гидроударной волны и не производительный расход рабочей жидкости в период обратного хода бойка. A disadvantage of the known hammer is the low efficiency of the hammer due to the increase in the total mass of the excitation of the shock wave and the inefficient flow rate of the working fluid during the return stroke of the hammer.

Целью изобретения является повышение эффективности гидроударника при малом расходе промывочной жидкости. The aim of the invention is to increase the efficiency of the hammer at a low flow rate of flushing fluid.

Указанная цель достигается тем, что гидроударник, содержащий полый цилиндрический корпус, внутри которого установлены верхний переходник, нижний шлицевой переходник с наковальней, подпружиненный относительно наковальни боек с полым штоком и размещенный в верхней его части подпружиненный бойковый клапан, снабжен установленным в полом корпусе над верхним переходником нагнетательным клапаном, подпружиненным относительно седла, толкателем, подпружиненным сверху поршнем и полым штоком, при этом поршень размещен на штоке, нижний конец которого закреплен на верхнем торце нагнетательного клапана с возможностью ограниченного осевого перемещения, причем один конец толкателя соединен с бойковым клапаном, а другой конец толкателя установлен внутри нагнетательного клапана с возможностью ограниченного осевого перемещения, в седле нагнетательного клапана и в нижней части штока выполнены радиальные каналы для прохода промывочной жидкости, а в верхней части корпуса выполнены радиальные каналы, сообщающие полость над поршнем с затрубным пространством скважины. This goal is achieved by the fact that the hammer, containing a hollow cylindrical body, inside of which there is an upper adapter, a lower spline adapter with an anvil, spring-loaded relative to the anvil of the strikers with a hollow rod and a spring-loaded action valve located in its upper part, is equipped with a spring-mounted housing installed in the floor above the upper adapter a pressure valve, spring-loaded relative to the seat, a pusher, a piston spring-loaded from above and a hollow stem, the piston being placed on the stem, the lower end of The other end is mounted on the upper end of the discharge valve with the possibility of limited axial movement, with one end of the pusher connected to the striker valve and the other end of the pusher mounted inside the discharge valve with the possibility of limited axial movement, radial channels for passage are made in the seat of the discharge valve and in the lower part of the stem flushing fluid, and in the upper part of the housing there are made radial channels communicating the cavity above the piston with the annulus of the well.

В результате такого технического решения возникает возможность значительно увеличить эффективную мощность гидроударника при малых расходах промывочной жидкости по сравнению с прототипом. Это достигается тем, что в нагнетательной системе в непосредственной близости к гидроударнику происходит разрыв единой циркуляционной системы потока жидкости своеобразным пружинным аккумулятором потенциальной энергии при обратном ходе бойка и преобразование ее в кинетическую при прямом активном ходе. As a result of this technical solution, it becomes possible to significantly increase the effective power of the hammer at low flow rates of flushing fluid compared to the prototype. This is achieved by the fact that in the injection system, in the immediate vicinity of the hydraulic hammer, a single circulating system of fluid flow breaks down with a kind of spring accumulator of potential energy during the reverse stroke of the striker and converts it into kinetic with direct active stroke.

Расчеты показывают, что предлагаемое техническое решение позволяет при прочих равных условиях повысить энергию единичного удара по сравнению с прототипом в 1,3-1,5 раза с соответствующим общим повышением эффективной мощности гидроударника и КПД. Эффект значительно увеличивается, если гидроударник устанавливать над долотом при бескерновом бурении. Calculations show that the proposed technical solution allows, ceteris paribus, to increase the energy of a single blow in comparison with the prototype 1.3-1.5 times with a corresponding overall increase in the effective power of the hammer and efficiency. The effect is significantly increased if the hammer is installed above the bit during coreless drilling.

На фиг. 1 изображен продольный разрез гидроударника; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a hydraulic hammer; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 is a section BB in FIG. 1; in FIG. 4 is a section BB of FIG. 1.

Гидроударник включает шлицевой переходник 1, шлицевую муфту 2, наковальню 3, боек 4 с пружиной 5, шток 6 бойка, средний переходник 7 с уплотнительной манжетой 8, бойковый клапан 9 с пружиной 10, верхний переходник 11, нагнетательный клапан 12 с пружиной 13, гнезда 14 клапана с проходными отверстиями 15, толкатель 16, штифты 17 для ограничения нижнего хода толкателя 16, а также нагнетательную камеру, выполненную в виде цилиндра 18 с боковыми отверстиями 19, головку 26 со штоком 20, кольцевой поршень 21 с манжетами 22 и силовой пружиной 23 и соединительный корпус 24. В штоке 20 имеется канал 25, соединяющий нижнюю часть нагнетательной камеры с полостью бурильных труб. The hydraulic hammer includes a spline adapter 1, a spline coupling 2, an anvil 3, a spike 4 with a spring 5, a stem 6 a spike, a middle adapter 7 with a sealing collar 8, a shock valve 9 with a spring 10, an upper adapter 11, a pressure valve 12 with a spring 13, sockets 14 valves with through holes 15, pusher 16, pins 17 to limit the lower stroke of the pusher 16, as well as an injection chamber made in the form of a cylinder 18 with side holes 19, a head 26 with a stem 20, an annular piston 21 with cuffs 22 and a power spring 23 and connection housing 24. V 20A is a channel 25 connecting the lower portion of the pump chamber cavity with drill pipe.

Работа гидроударника осуществляется следующим образом. Гидроударник устанавливается в составе бурового снаряда над породоразрушающим инструментом (для колонкового бурения - над колонковым набором) и в исходном положении находится в подвешенном состоянии, т. е. породоразрушающий инструмент не соприкасается с забоем скважины. В этом случае шлицевой переходник 1 вместе с бойком 4 опускается вниз и образует щель между торцом штока 6 и клапаном 9. Нагнетательный клапан 12 под действием пружины 13 будет открыт на величину S₃. При нагнетании промывочной жидкости в скважину она свободно проходит через щелевые зазоры между клапаном 9 и гнездом 14, а также клапаном 9 и торцом штока 6 непосредственно на забой скважины. Запуск машины осуществляется с постановкой бурового снаряда на забой скважины. В результате этого шлицевой переходник 1 вместе с бойком 4 поднимется вверх и произойдет сочленение торца штока 6 с клапаном 9. Поток жидкости перекрывается с образованием гидроударного давления, которое создает усилие для перемещения штока 6 с бойком 4 и клапаном 9 вниз. Происходит разгон бойка с одновременным сжатием его пружины и пружины клапана. Процесс разгона бойка 4 - активный ход - продолжается до упора клапана 9 в средний переходник 7. Одновременно произойдет осадка клапана 12 через толкатель 16 за счет упора его в штифты 17. В дальнейшем движение бойка 4 происходит по инерции на величину свободного хода S₂ до соударения с наковальней 3. В этот момент получит свободный проход жидкость на забой скважины со значительным возрастанием скоростного напора, благодаря которому произойдет закрытие клапана 12 и перекрытие потока жидкости с соответствующим гидравлическим ударом. Под действием гидравлического удара возникает усилие для перемещения поршня 21 и сжатия пружины 23 с накоплением потенциальной энергии. Одновременно под клапаном 12 возникает волна разрежения, способствующая возврату клапана 9 под действием пружины 10 в исходное верхнее положение. После соударения с наковальней 3 боек 4 под действием усилия пружины 5 возвратится в исходное верхнее положение. Сочленение штока 6 бойка и клапана 9 будет сопровождаться соударением, под действием которого произойдет открытие клапана 12, и сформировавшееся давление жидкости в нагнетательной камере вызовет перемещение бойка 4 со штоком 6 и клапаном 9 вниз до упора клапана 9 в переходник 7. Цикл повторяется.The work of the hammer is as follows. The hydraulic hammer is installed as part of the drill over the rock cutting tool (for core drilling - above the core set) and is in the initial position in a suspended state, i.e. the rock cutting tool does not come into contact with the bottom hole. In this case, the spline adapter 1, together with the striker 4, lowers down and forms a gap between the end face of the rod 6 and valve 9. The discharge valve 12 under the action of the spring 13 will be open by the value S ₃ . When the flushing fluid is injected into the well, it freely passes through the slotted gaps between the valve 9 and the socket 14, as well as the valve 9 and the end face of the rod 6 directly to the bottom of the well. The launch of the machine is carried out with the setting of the drill to the bottom of the well. As a result of this, the spline adapter 1 together with the striker 4 rises up and the end face of the rod 6 joins the valve 9. The fluid flow is blocked with the formation of hydroshock pressure, which creates a force to move the rod 6 with the striker 4 and the valve 9 down. The striker accelerates with the simultaneous compression of its spring and valve spring. The process of acceleration of the striker 4 - the active stroke - continues until the stop of valve 9 in the middle adapter 7. Simultaneously, the valve 12 settles through the pusher 16 due to its stop in the pins 17. In the future, the striker 4 moves by inertia by the amount of free travel S ₂ until the collision with an anvil 3. At this point, fluid will get free passage to the bottom of the well with a significant increase in the pressure head, due to which the valve 12 will close and the fluid flow will shut off with the corresponding hydraulic shock. Under the influence of hydraulic shock, an effort arises to move the piston 21 and compress the spring 23 with the accumulation of potential energy. At the same time, a rarefaction wave arises under the valve 12, which contributes to the return of the valve 9 under the action of the spring 10 to its initial upper position. After a collision with the anvil 3 firing pin 4 under the action of the force of the spring 5 will return to its original upper position. The articulation of the stem 6 of the striker and valve 9 will be accompanied by a collision, under the action of which the valve 12 will open, and the generated liquid pressure in the injection chamber will cause the striker 4 to move with the stem 6 and valve 9 down to the stop of valve 9 in the adapter 7. The cycle is repeated.

Применение предлагаемого гидроударника значительно увеличит эффективность его работы при малых расходах жидкости за счет снижения непроизводительных затрат энергии при обратном ходе бойка и использования потенциальной энергии жидкости, которая аккумулируется непосредственно в нагнетательной камере. Это позволит повысить эффективность гидроударного бурения геологоразведочных скважин. The use of the proposed hydraulic hammer will significantly increase its efficiency at low liquid flow rates by reducing overhead energy costs during the reverse stroke and using the potential energy of the liquid, which accumulates directly in the discharge chamber. This will increase the efficiency of hydroshock drilling of exploration wells.

Claims

A hydraulic hammer containing a hollow cylindrical body, inside of which there is an upper adapter, a lower spline adapter with an anvil, spring-loaded relative to the anvil of the hammer with a hollow rod and a spring loaded hammer valve located in its upper part, characterized in that, in order to increase the efficiency of the hydraulic hammer at small liquid flow rate, it is equipped with a discharge valve installed in a hollow body above the upper adapter, spring-loaded relative to the seat, pusher spring-loaded from above a piston and a hollow rod, the piston is placed on the rod, the lower end of which is fixed to the upper end of the discharge valve with limited axial movement, one end of the pusher connected to the hammer valve, and the other end of the pusher mounted inside the discharge valve with limited axial movement, moreover, in the saddle of the discharge valve and in the lower part of the rod channels are made for the passage of flushing fluid, and the upper part of the housing is made of radial channels communicating spine above the piston to the annulus of the well.