RU2182954C1

RU2182954C1 - Immersion hydraulic hammer

Info

Publication number: RU2182954C1
Application number: RU2000130961A
Authority: RU
Inventors: А.А. Липин; В.И. Марус; К.Ю. Лукутин
Original assignee: Институт горного дела научно-исследовательское учреждение СО РАН
Priority date: 2000-12-09
Filing date: 2000-12-09
Publication date: 2002-05-27

Abstract

FIELD: hole drilling equipment, particularly, immersion drilling devices with positive-displacement hydraulic drives for rotary-percussion drilling of holes; applicable in geological prospecting, hydrogeology and mining industry. SUBSTANCE: hydraulic hammer includes body with a sleeve, discharge rod, hammer with central through channel and head separating sleeve cavity into chambers of forward and back strokes and feed and discharge systems of forward stroke chamber containing a discharge valve installed on a discharge rod; feed, drain, discharge and command channels. The field channel of feed and discharge system of forward stroke chamber has a valve in the form of flexible ring installed in the hammer head with annular clearance relative to the sleeve. EFFECT: higher operating reliability. 2 dwg

Description

Предлагаемый погружной гидроударник относится к буровой технике, а именно к погружным буровым устройствам с объемным гидроприводом для ударно вращательного бурения скважин, и может найти применение в геологоразведке, гидрогеологии и горной промышленности. The proposed submersible hydraulic hammer relates to drilling equipment, namely to submersible drilling devices with volumetric hydraulic drive for rotational shock drilling of wells, and can find application in geological exploration, hydrogeology and mining.

Известен пневматический ударный механизм по а.с. СССР 998740, кл. Е 21 С 3/24, опубл. в БИ 7, 1983 г., включающий корпус, в котором установлен поршень, образующий с его стенками камеры рабочего и холостого хода, кольцевой эластичный клапан, выполненный в виде тора, размещенный в кольцевой канавке на наружной поверхности клапанного седла и образующий с корпусом канал для подвода энергоносителя в камеру рабочего хода, и инструмент. Кроме того, установлен дополнительный эластичный клапан, выполненный в виде тора, который образует с внутренними стенками корпуса канал для выпуска воздуха из камеры рабочего хода через радиальные окна в корпусе. Known pneumatic shock mechanism by AS USSR 998740, class E 21 C 3/24, publ. in BI 7, 1983, comprising a housing in which a piston is installed, forming a working and idling chamber with its walls, an annular elastic valve made in the form of a torus, placed in an annular groove on the outer surface of the valve seat and forming a channel for the housing supply of energy to the working chamber, and the tool. In addition, an additional elastic valve is installed, made in the form of a torus, which forms a channel with the inner walls of the housing for the release of air from the working chamber through radial windows in the housing.

Это устройство эффективно, но ненадежно в виду того, что во время бурения и при спуско-подъемных операциях из затрубного пространства в рабочую камеру попадает шлам, так как камера прямого хода напрямую связана с затрубным пространством через радиальные окна в корпусе. This device is effective, but unreliable in view of the fact that during drilling and during hoisting operations, sludge enters from the annulus into the working chamber, since the forward-running chamber is directly connected to the annulus through radial windows in the housing.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является погружная ударная машина по патенту РФ 2097520, кл. Е 21 В 4/14, Е 21 С 3/24, опубл. в БИ 33, 1997 г., которая включает переходник с трубкой, корпус с гильзой, ударник с осевым сквозным каналом, разделяющий полость корпуса на рабочие камеры прямого и обратного хода, систему распределения энергоносителя по рабочим камерам, содержащую ступенчатый питающе-разрядный клапан, питающий, сливной, разрядный и командный тракты камеры прямого хода. The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed device is a submersible impact machine according to the patent of the Russian Federation 2097520, class. E 21 B 4/14, E 21 C 3/24, publ. in BI 33, 1997, which includes an adapter with a tube, a case with a sleeve, a drummer with an axial through channel, dividing the body cavity into working chambers of forward and reverse motion, an energy distribution system for working chambers, which contains a step-type feed-discharge valve supplying , drain, bit and command paths of the forward camera.

Недостатком этой машины является низкая надежность, так как во время работы с абразивными энергоносителями типа глинистых растворов происходит быстрый износ рабочих поверхностей питающе-разрядного клапана вследствие резкого увеличения скоростей потока рабочей жидкости в питающей щели между седлом и клапаном во время его перекидки. The disadvantage of this machine is its low reliability, since when working with abrasive energy carriers such as clay solutions, the working surfaces of the supply-discharge valve quickly deteriorate due to a sharp increase in the flow rates of the working fluid in the supply gap between the seat and the valve during its transfer.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом устройстве, заключается в повышении эксплуатационной надежности за счет улучшения условий работы деталей питающе-разрядной системы и снижения износа посадочных мест клапанов. The technical problem solved in the proposed device is to increase operational reliability by improving the working conditions of the parts of the supply-discharge system and reducing the wear of valve seats.

Поставленная задача решается посредством того, что в предлагаемом погружном гидроударнике, включающем корпус с гильзой, разрядный шток, ударник с центральным сквозным каналом и головкой, разделяющей полость гильзы на камеры прямого и обратного хода, и питающе-разрядную систему камеры прямого хода, содержащую разрядный клапан, установленный на разрядном штоке, питающий, сливной, разрядный и командный тракты, согласно предлагаемому решению в питающем тракте питающе-разрядной системы камеры прямого хода размещен клапан в виде эластичного кольца, установленный в головке ударника с кольцевым зазором относительно гильзы. Такая совокупность признаков снижает скоростные потоки рабочей жидкости в питающем тракте при перекрытии его клапаном, улучшая условия работы деталей питающе-разрядной системы, что повышает эксплуатационную надежность предлагаемого погружного гидроударника. The problem is solved by the fact that in the proposed submersible hammer, including a housing with a sleeve, a discharge rod, a hammer with a central through channel and a head separating the cavity of the sleeve into forward and reverse cameras, and a feed-discharge system of the forward-stroke chamber containing a discharge valve installed on the discharge rod, the supply, drain, discharge and command paths, according to the proposed solution, a valve in the form of an elastic valve is placed in the supply path of the feed-discharge system of the forward-stroke chamber rings installed in the head of the drummer with an annular gap relative to the liner. This set of features reduces the high-speed flow of the working fluid in the supply path when it is blocked by a valve, improving the working conditions of the parts of the supply-discharge system, which increases the operational reliability of the proposed submersible hammer.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного конструктивного исполнения и чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез погружного гидроударника, общий вид, а на фиг.2 - детали питающе-разрядной системы (узел I на фиг.1) в увеличенном масштабе во время работы гидроударника, причем левая сторона - ударник в крайнем нижнем положении после удара, а правая сторона - ударник в крайнем верхнем положении, начало прямого хода. The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific design and drawings, in which Fig. 1 shows a longitudinal section of a submersible hammer, a general view, and in Fig. 2 - details of a power-discharge system (node I in Fig. 1) on an enlarged scale during operation hammer, and the left side is the hammer in its lowest position after the impact, and the right side is the hammer in its highest position, the beginning of the forward stroke.

Погружной гидроударник (фиг.1, 2) состоит из корпуса 1, гильзы 2, переходника 3 с фильтром 4 и обратным клапаном 5, разрядного штока 6, ударника 7 с центральным сквозным каналом 8 и головкой 9, камеры 10 прямого хода, камеры 11 обратного хода, разрядного клапана 12, установленного на разрядном штоке 6 с кольцевым зазором 13 относительно гильзы 2 (фиг.2), питающего тракта, состоящего из каналов 14, 15 и радиальных отверстий 16 в гильзе 2, сливного тракта, состоящего из центрального сквозного канала 8 ударника 7 и центрального канала 17 наковальни 18, разрядного тракта, состоящего из радиальных отверстий 19 и центрального канала 20 разрядного штока 6, командного тракта, содержащего расточку 21 в гильзе 2 и пазы 22 на разрядном штоке 6, клапана 23, выполненного из эластичного материала и установленного в головке 9 ударника 7 с кольцевым зазором 24 относительно гильзы 2. Submersible hammer (1, 2) consists of a housing 1, a sleeve 2, an adapter 3 with a filter 4 and a check valve 5, a discharge rod 6, a hammer 7 with a central through channel 8 and a head 9, a forward chamber 10, a reverse chamber 11 stroke, the discharge valve 12 mounted on the discharge rod 6 with an annular gap 13 relative to the sleeve 2 (figure 2), the supply path, consisting of channels 14, 15 and radial holes 16 in the sleeve 2, the drain path, consisting of a Central through channel 8 impactor 7 and the central channel 17 of the anvil 18, the discharge track a, consisting of radial holes 19 and a central channel 20 of the discharge rod 6, a command path containing a bore 21 in the sleeve 2 and grooves 22 on the discharge rod 6, a valve 23 made of elastic material and installed in the head 9 of the hammer 7 with an annular gap 24 relative to the sleeve 2.

Гидроударник работает следующим образом. Рабочая жидкость из напорной магистрали, подводимая к переходнику 3 гидроударника (фиг.1) по ставу штанг, проходит через фильтр 4, открывает обратный клапан 5 и по каналам 14, 15 питающего тракта, радиальным отверстиям 16 гильзы 2 поступает в камеру 11 обратного хода. Камера 10 прямого хода в это время через центральные каналы 8, 17 сливного тракта связана с забойным пространством, т.е. находится под пониженным давлением. За счет перепада давления между камерами 10 и 11 клапан 23, установленный на головке 9 ударника 7, раскрывается и прижимается своей поверхностью к внутренней поверхности гильзы 2, выбирая кольцевой зазор 24 (фиг. 2, левая сторона). Ударник 7 совершает обратный ход, т.е. поднимается вверх. Из камеры 10 прямого хода рабочая жидкость вытесняется через пазы 22 разрядного штока 6, кольцевой зазор 13 разрядного клапана 12, радиальные отверстия 19 в центральный канал 20 разрядного штока 6 и далее в сливной тракт - центральные каналы 8 и 17. В это время канал 8 ударника 7 уже перекрыт штоком 6. В конце обратного хода ударник 7 входит своей головкой 9 в зону расточки 21 (фиг.2, правая сторона), клапан 23 за счет своей упругости сжимается, а разрядный клапан 12 растягивается и перекрывает кольцевой зазор 13. Это происходит потому, что возникает перепад давления между камерой 10 прямого хода и центральным каналом 20 разрядного штока 6. Далее рабочая жидкость через зазор, образованный между головкой 9 ударника 7 и гильзой 2, поступает из камеры 11 обратного хода в камеру 10 прямого хода. Ударник 7 резко тормозится и изменяет направление движения, совершая прямой ход. Это происходит потому, что площадь ударника 7 со стороны камеры 10 прямого хода больше его площади со стороны камеры 11 обратного хода. По мере перемещения ударника 7 его головка 9 с клапаном 23 выходит из зоны расточки 21 и входит в зону сужения гильзы 2, но питающий кольцевой зазор между ударником 7 и внутренней поверхностью гильзы 2 сохраняется, так как клапан 23 остается в сжатом состоянии. При этом ударник 7 перемещается вдоль гильзы 2 без контакта с ней. По этому зазору 24 рабочая жидкость интенсивно поступает в камеру 10 прямого хода. После того, как ударник 7 сойдет со штока 6 и откроет сливной тракт (фиг.2, левая сторона), давление в камере 10 прямого хода резко упадет, разрядный клапан 12 за счет своих упругих сил сожмется и образует кольцевой зазор 13, соединив камеру 10 прямого хода со сливом через разрядный шток 6. Клапан 23, размещенный на головке 9 ударника 7, перед самым ударом раскрывается из-за перепада давления между камерами 10, 11, перекрыв питающий кольцевой зазор. Ударник 7 наносит удар по наковальне 18 и цикл повторяется. Hammer works as follows. The working fluid from the pressure line, supplied to the adapter 3 of the hydraulic hammer (Fig. 1) according to the rod position, passes through the filter 4, opens the check valve 5 and passes through the channels 14, 15 of the supply path, the radial holes 16 of the sleeve 2 enter the return chamber 11. The forward-running chamber 10 at this time through the central channels 8, 17 of the drain path is connected to the bottomhole space, i.e. is under reduced pressure. Due to the pressure difference between the chambers 10 and 11, the valve 23 mounted on the head 9 of the hammer 7 opens and presses its surface against the inner surface of the sleeve 2, choosing an annular gap 24 (Fig. 2, left side). Drummer 7 makes a reverse stroke, i.e. rises up. From the forward-flow chamber 10, the working fluid is displaced through the grooves 22 of the discharge rod 6, the annular gap 13 of the discharge valve 12, the radial holes 19 into the central channel 20 of the discharge rod 6 and then into the drain path — the central channels 8 and 17. At this time, the channel 8 of the hammer 7 is already blocked by the stem 6. At the end of the return stroke, the hammer 7 enters with its head 9 into the zone of the bore 21 (figure 2, the right side), the valve 23 is compressed due to its elasticity, and the discharge valve 12 is stretched and overlaps the annular gap 13. This occurs because there is a differential between the forward chamber 10 and the central channel 20 of the discharge rod 6. Further, the working fluid through the gap formed between the head 9 of the hammer 7 and the sleeve 2, flows from the reverse chamber 11 into the forward chamber 10. Drummer 7 is sharply braked and changes direction, making a direct course. This is because the area of the hammer 7 from the side of the forward chamber 10 is greater than its area from the side of the reverse chamber 11. As the striker 7 moves, its head 9 with the valve 23 leaves the zone of the bore 21 and enters the narrowing zone of the sleeve 2, but the feeding annular gap between the striker 7 and the inner surface of the sleeve 2 is maintained, since the valve 23 remains in a compressed state. In this case, the striker 7 moves along the sleeve 2 without contact with it. At this gap 24, the working fluid intensively enters the forward chamber 10. After the hammer 7 comes off the stem 6 and opens the drain path (Fig. 2, left side), the pressure in the forward-flow chamber 10 drops sharply, the discharge valve 12 contracts due to its elastic forces and forms an annular gap 13, connecting the chamber 10 forward stroke with discharge through the discharge rod 6. The valve 23, located on the head 9 of the hammer 7, opens just before the impact due to the pressure difference between the chambers 10, 11, blocking the supply ring gap. Drummer 7 strikes anvil 18 and the cycle repeats.

Ввиду того, что в предлагаемом погружном гидроударнике клапан 23 камеры 10 прямого хода выполнен в виде эластичного кольца, не имеющего жестких контактных поверхностей в местах перекрытия потока рабочей жидкости, в отличие от жесткого питающе-разрядного клапана прототипа, при работе на глинистых растворах не происходит абразивного износа контактирующих поверхностей, а повышение быстродействия клапана не приводит к нарастанию скорости потока жидкости в местах перекрытия им потока, также снижает износ элементов питающе-разрядной системы, что в конечном счете повышает эксплуатационную надежность гидроударника. Due to the fact that in the proposed submersible hydraulic hammer, the valve 23 of the forward stroke chamber 10 is made in the form of an elastic ring that does not have hard contact surfaces in the places where the flow of the working fluid is blocked, in contrast to the hard supply-discharge valve of the prototype, when working on clay solutions, there is no abrasive wear of the contacting surfaces, and the increase in valve speed does not lead to an increase in the fluid flow rate at the points where it shuts off the flow, also reduces the wear of the elements of the supply-discharge system , which ultimately increases the operational reliability of the hammer.

Claims

Submersible hydraulic hammer, comprising a housing with a sleeve, a discharge rod, a hammer with a central through channel and a head separating the cavity of the sleeve into forward and reverse cameras, and a feed-discharge system of a forward stroke chamber containing a discharge valve mounted on the discharge rod, supplying a drain , discharge and command paths, characterized in that in the feed path of the feed-discharge system of the forward-facing camera there is a valve in the form of an elastic ring mounted in the head of the drummer with an annular gap relative to the gy zy.