RU1810456C - Hydraulic hammer - Google Patents

Abstract

Использование: бурение разведочных скважин. Сущность изобретени : гидроударник содержит корпус, шлицевой переходник и шлицевую муфту, наковальню и подпружиненный блок со штоком, подпружиненный клапан и верхний переходник с нагнетательной камерой. Клапан периодически взаимодействует с верхним торцом штока. Нагнетательна  камера в верхней части сообщена с затрубным пространством, а в нижней части - с полостью гидроударника . В нагнетательной камере установлен подпружиненный сверху поршень. Нагнетательный клапан выполнен нормально открытым . 4 ил.Usage: drilling exploratory wells. SUMMARY OF THE INVENTION: a hydraulic hammer comprises a housing, a spline adapter and a spline coupling, an anvil and a spring-loaded unit with a stem, a spring-loaded valve and an upper adapter with a pressure chamber. The valve periodically interacts with the upper end of the stem. The injection chamber in the upper part is in communication with the annulus, and in the lower part - with the cavity of the hydraulic hammer. A piston spring loaded from above is installed in the discharge chamber. The discharge valve is normally open. 4 ill.

Description

Предлагаемое изобретение относитс  к области горного дела, а именно к гидроударникам разведочного бурени  скважин.The present invention relates to the field of mining, namely to hydraulic hammers of exploratory well drilling.

Целью предлагаемого изобретени   вл етс  повышение эффективности работы гидроударника при малых расходах промывочной жидкости за счет-снижени  массы возбуждаемой гидроударной волны и уменьшени  непроизводительных затрат нагнетаемой жидкости.The aim of the invention is to increase the efficiency of the hammer at low flow rates of the washing fluid by reducing the mass of the excited hydraulic shock wave and reducing the overhead of the injected fluid.

. Указанна  цель достигаетс  тем. что гидроударник, включающий корпус, шлицевой переходник, шлицевую муфту, наковальню , подпружиненный боек со штоком, средний переходник с уплотнительной манжетой , подпружиненный клапан, верхний переходник с нагнетательной камерой, котора  в верхней части гидравлически сообщена с затрубным пространством, а в нижней части - с полостью гидроударника и с подпружиненным нагнетательным клапаном , снабжен поршнем с уплотнительным элементом, установленным в нагнетательной камере, при этом поршень подпружинен сверху, а нагнетательный клапан выполнен нормально открытым.. The indicated goal is achieved by that. that a hammer, including a housing, a spline adapter, a spline coupling, an anvil, a spring-loaded striker with a rod, a middle adapter with a sealing collar, a spring-loaded valve, an upper adapter with a discharge chamber, which in the upper part is in fluid communication with the annulus, and in the lower part with the cavity of the hammer and with a spring-loaded discharge valve, is equipped with a piston with a sealing element mounted in the discharge chamber, while the piston is spring-loaded from above, and the discharge valve normally made public.

В результате такого технического решени  возникает возможность увеличить эффективную мощность гидроударника при малых расходах рабочей (промывочной) жидкости. Это осуществл етс  за счет того, что нагнетательна  камера, разделенна  на две части подпружиненным сверху поршнем , разрывает единую циркул ционную систему (бурильные трубы-скважина) своеобразным пружинным аккумул тором потенциальной энергии давлени  жидкости и уменьшает массу возбужденной гидроударной волны при активном ходе бойка. По сравнению с прототипом это дает прирост энергии единичного удара при прочих равных услови х в 1,3-1,5 раза с соответствую- .щим повышением эффективной мощности и к.п.д.As a result of this technical solution, it becomes possible to increase the effective power of the hammer at low flow rates of the working (flushing) fluid. This is due to the fact that the injection chamber, divided into two parts by a spring-loaded piston from above, breaks the single circulating system (drill pipes-borehole) with a kind of spring accumulator of potential energy of the fluid pressure and reduces the mass of the excited shock wave during the active course of the striker. Compared with the prototype, this gives an increase in the energy of a single impact, ceteris paribus 1.3-1.5 times with a corresponding increase in effective power and efficiency.

Нафиг.1 изображен продольный разрез гидроударника; на фиг.2 - поперечный разелFigure 1 shows a longitudinal section of a hydraulic hammer; figure 2 - transverse split

сwith

0000

gg

ел оate about

рез А-А на фиг.1; на фиг.З - поперечный разрез Б-Б на фиг.1; нафиг.4 - поперечный разрез В-В на фиг.1.cut AA in figure 1; in Fig.Z is a transverse section bB in Fig.1; FIG. 4 is a transverse section BB of FIG. 1.

Гидроударник включает шлицевой переходник 1, шлицевую втулку 2, наковальню 3, боек 4 с пружиной 5, шток 6, средний переходник 7 с уплотнительной манжетой 8, клапан 9 с пружиной 10, верхний переходник 11, нагнетательную камеру 12, разделенную на две части поршнем 13 с уплотнительной манжетой 14 и пружиной 15; нижн   часть камеры 12 соединена каналами 16с полостью гидроударника и бурильных труб и снабжена нагнетательным клапаном 17 с пружиной 18, установленным в крестовине 19 и зажатой между верхним переходником 11 и опорным кольцом 20, нагнетательный клапан 17 установлен с зазором 5з между торцом клапана и его гнездом и фиксируетс  запорной шайбой 21 и чекой 22. Верхн   часть нагнетательной камеры 12 имеет каналы 23, сообщающиес  с затрубным пространством скважины. Отдельные части гидроударника соедин ютс  в единое целое корпусом 24.The hydraulic hammer includes a spline adapter 1, a spline sleeve 2, an anvil 3, an anvil 4 with a spring 5, a stem 6, a middle adapter 7 with a sealing sleeve 8, a valve 9 with a spring 10, an upper adapter 11, a pressure chamber 12, divided into two parts by a piston 13 with a sealing collar 14 and a spring 15; the lower part of the chamber 12 is connected by channels 16 to the cavity of the hammer and drill pipes and is equipped with a pressure valve 17 with a spring 18 installed in the crosspiece 19 and sandwiched between the upper adapter 11 and the support ring 20, the pressure valve 17 is installed with a gap 5z between the end of the valve and its socket and is secured by a locking washer 21 and a pin 22. The upper part of the injection chamber 12 has channels 23 in communication with the annulus of the well. The individual parts of the hammer are connected in a single unit by the housing 24.

Гидроударник устанавливаетс  в составе бурового снар да над породоразрушаю- щи м инструментом (дл  колонкового бурени  - над колонковым набором) и в исходном положении находитс  в подвешен- ном состо нии, т.е. прродоразрущающий инструмент не соприкасаетс  с забоем скважины. В этом случае шлицевой переходник 1 вместе с бойком 4 опуститс  вниз и образует щель между торцом штока 6 и клапаном 9. При нагнетании номинального количества -промывочной жидкости в скважину она свободно проходит на забой через каналы 16, через щель между нагнетательным клапаном 17 и его гнездом и через щель между торцом штока 6 и клапаном 9. В работе гидроударника можно выделить запуск машины и стационарный режим. Запуск машины осуществл етс  с постановкой бурового снар да на забой скважины. В результате этого шлицевой переходник 1 вместе с бойком 4 поднимутс  вверх и произойдет сочленение торца штока 6 и клапана 9. Поток жидкости перекрываетс  с образованием гидроударного давлени , ко- торое создает усилие дл  перемещени  штока 6 с бойком 4 и клапаном 9 вниз и перемещение поршн  13 вверх. Происходит разгон бойка 4 с одновременным сжатием его пружины 5 и клапана пружины 10. Пере- мещение поршн  13 вверх сопровождаетс  сжатием пружины 15. Процесс разгона бойка - активный ход Si - продолжаетс  до упора клапана 9 в средний, переходник 7, В дальнейшем движении происходит по инерции до соударени  бойка и с наковальней 3 на величину свободного хода $2. В этот момент клапан 9 благодар  сжатой пружине 10 поднимаетс  вверх и откроет свободный проход промывочной жидкости на забой скважины. В результате подвижности поршн  13 и под действием сжатой пружины 15, а также сформировавшегос  перепада давлени  в конце активного хода бойка 6, возникает повышенный скоростной напор потока жидкости в щели между нагнетательным клапаном 17 и его гнездом. При возникшем повышенном скоростном напоре потока жидкости, благодар  специальной настройке начального усили  пружины 18 и зазору Зз, нагнетательный клапан 17 переместитс  вниз и с дет на свое гнездо с од- .повременным перекрытием потока жидкости. Вновь возникает гидравлический удар, под действием которого поршень 13 снова перемещаетс  вверх, сжима  пружину 15. Одновременно, после соударени  с наковальней 3, боек 4 под действием сжатой пружины 15 будет перемещатьс  вверх до упора потока 6 в клапан 9. Произойдет вновь сочленение штока 6 и клапана 9. Под действием нагнетательной энергии бойка, в момент сочленени  его штока с клапаном, в пространстве между средним 8 и верхним 10 переходниками произойдет нарастание гидроударного давлени  под клапаном 17. Как только давление жидкости под клапаном 17 и над ним уравновеситс ,- усилие сжатой пружины клапан 17 откроет.The hammer is installed as part of the drill over the rock cutting tool (for core drilling - above the core set) and in its initial position is in a suspended state, i.e. the proliferating tool does not touch the bottom of the well. In this case, the splined adapter 1, together with the striker 4, lowers down and forms a gap between the end face of the rod 6 and valve 9. When the nominal amount of β-flushing fluid is injected into the well, it freely passes through the channels 16 through the gap between the discharge valve 17 and its socket and through the gap between the end face of the stem 6 and the valve 9. In the operation of the hydraulic hammer, it is possible to distinguish the start of the machine and the stationary mode. The start-up of the machine is carried out with the setting of the drill to the bottom of the well. As a result, the splined adapter 1, together with the striker 4, will rise upward and the end face of the rod 6 and valve 9 will join. The fluid flow is blocked to form a shock pressure, which creates a force to move the rod 6 with the striker 4 and valve 9 downward and move the piston 13 up. The striker 4 is accelerated with simultaneous compression of its spring 5 and spring valve 10. Moving the piston 13 upwards is accompanied by compression of the spring 15. The process of acceleration of the striker - active stroke Si - continues until the stop of valve 9 in the middle, adapter 7. Further movement occurs along inertia before the impact of the striker and with anvil 3 by the amount of free play $ 2. At this moment, the valve 9 rises upward due to the compressed spring 10 and opens the free passage of the flushing fluid to the bottom of the well. As a result of the mobility of the piston 13 and under the action of the compressed spring 15, as well as the pressure drop formed at the end of the active stroke of the striker 6, there is an increased velocity head of the fluid flow in the gap between the discharge valve 17 and its seat. With the increased velocity head of the fluid flow that has arisen, due to the special adjustment of the initial force of the spring 18 and the clearance G3, the pressure valve 17 will move down and from its place to its seat with simultaneous shutoff of the fluid flow. A water hammer again occurs, under which the piston 13 again moves upward, compressing the spring 15. At the same time, after impact with the anvil 3, the hammer 4 under the action of the compressed spring 15 will move upward until the stop of the flow 6 into the valve 9. The rod 6 will again join valve 9. Under the action of the injection energy of the striker, at the moment of joint of its rod with the valve, in the space between the middle 8 and top 10 adapters there will be an increase in hydroshock pressure under the valve 17. As soon as the fluid pressure under the valve 17 th and above uravnovesits - force of the compressed spring valve 17 is open.

Под действием сформировавшегос  совместного гид роударного давлени  произойдет интенсивный разгон бойка 4 вниз, а затем цикл повтор етс  уже в стационарном режиме работы гидроударника.Under the action of the generated joint hydraulic pressure, the striker 4 will intensively accelerate downward, and then the cycle will be repeated already in the stationary mode of the hydraulic hammer operation.

Применение за вленного гидроударника повысит эффективность бурени  и расширит область применени  гидроударников дл  ударно-вращательного и вращательнр- ударного бурени  скважины.The use of the inventive hydraulic hammer will increase the efficiency of drilling and expand the field of application of hydraulic hammers for shock-rotary and rotary-shock drilling of a well.

Формула и.з обретени  Гидрбударник, включающий корпус, шлицевой переходник, шлицевую муфту, наковальню и подпружиненный боек со штоком , средний переходник с уплотнительной манжетой, подпружиненный клапан, установленный с возможностью периодического взаимодействи  с верхним торцом штока, верхний переходник с нагнетательной камерой , котора  в верхней части гидравлически сообщена с затрубным пространством , а в нижней части - с полостью гидроударника, и с-подпружиненным нагнетательным клапаном , отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности работы гидроударника при малых расходах промывочной жидкости, он снабжен поршнем с уплотни- тельным элементом, установленным в нагнетательной камере, при этом поршень подпружинен сверху, а нагнетательный клапан выполнен нормально открытым.Formula for finding a hydraulic hammer, including a housing, a spline adapter, a spline coupling, an anvil and a spring-loaded hammer with a rod, a middle adapter with a sealing collar, a spring-loaded valve installed with the possibility of periodic interaction with the upper end of the rod, the upper adapter with a discharge chamber, which the upper part is hydraulically in communication with the annulus, and in the lower part - with the cavity of the hammer, and with a spring-loaded pressure valve, characterized in that, in order to increase hydraulic hammer operation efficiency at low flushing fluid flow rates; it is equipped with a piston with a sealing element installed in the discharge chamber, while the piston is spring loaded from above and the discharge valve is normally open.