RU2090729C1 - Downhole air hammer - Google Patents

Abstract

FIELD: downhole air hammers. SUBSTANCE: air hammer has exhaust branch pipe made in form of sleeve with radial slots and dead bottom and is secured on the side of open end in central water course of drill bit; and accumulating chamber opened into working stroke chamber is formed behind the sleeve dead end in central channel of striking piston. EFFECT: higher operate reliability and impact power due to simplification of exhaust path and increased strength of exhaust branch pipe made in form of sleeve with dead bottom and radial slots, simplified design of striking piston and increased volume of working stroke chamber. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к горным машинам и может быть применено при бурении скважин. The invention relates to mining machines and can be applied when drilling wells.

Известен погружной пневмоударник [1] включающий корпус, ударный поршень с центральным каналом, воздухораспределительное устройство с консольно выступающим в камеру рабочего хода выпускным стержнем, осуществляющим выхлоп из камеры рабочего хода, и выпускную трубку, осуществляющую выхлоп из камеры холостого хода, установленную коаксиально поршню, один конец которой закреплен в центральном выхлопном канале буровой коронки, а другой свободно выступает от ударного торца коронки. Known submersible hammer [1] comprising a housing, an impact piston with a central channel, an air distribution device with a discharge rod cantilever protruding into the working chamber, exhausting from the working chamber, and an exhaust pipe, which exhausts from the idling chamber, mounted coaxially to the piston, one the end of which is fixed in the central exhaust channel of the drill bit, and the other freely protrudes from the impact end of the drill bit.

Недостатком пневмоударника по патенту [1] является то, что выпускной стержень и выпускная трубка в момент выхлопа отработанного энергоносителя полностью выходят из центрального канала поршня и при износе центрирующих поясков корпуса, поршня и буровой коронки оси их могут значительно смещаться относительно оси центрального канала поршня, что препятствует обратному входу стержня и трубки в канал поршня и снижает надежность пневмоударника. The disadvantage of the hammer according to the patent [1] is that the exhaust rod and exhaust pipe completely exit the central channel of the piston when the exhaust energy source is exhausted, and when the centering belts of the housing, piston and drill bit wear, their axes can significantly shift relative to the axis of the central channel of the piston, which prevents the back entry of the rod and tube into the piston channel and reduces the reliability of the hammer.

Кроме того, в пневмоударнике по патенту США выпускной стержень расположен в камере рабочего хода и занимает часть ее объема, что уменьшает ее аккумулирующие свойства в момент впуска энергоносителя, а выпускная трубка постоянно сообщает внутреннюю полость центрального канала поршня с выхлопным пространством, что не позволяет использовать полость центрального канала поршня в качестве дополнительного аккумулирующего объема камеры рабочего хода для повышения ударной мощности. In addition, in the USP hammer, the exhaust rod is located in the working chamber and occupies part of its volume, which reduces its storage properties at the time of energy input, and the exhaust pipe constantly communicates the internal cavity of the central channel of the piston with the exhaust space, which prevents the use of the cavity the central channel of the piston as an additional accumulating volume of the stroke chamber to increase the impact power.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является погружной пневмоударник [2] включающий корпус, буровую коронку с центральным выхлопным каналом, размещенный в корпусе ударный поршень с центральным каналом, камеры рабочего и холостого хода, воздухораспределительное устройство, выполненное в виде двух патрубков, воздухоподводящего и выхлопного, установленных в центральном канале поршня и направленных глухими торцами друг к другу, а на открытых торцах установлены эластичные элементы. The closest solution to the technical nature and the achieved result is a submersible hammer [2] comprising a housing, a drill bit with a central exhaust channel, an impact piston with a central channel located in the housing, working and idle chambers, an air distribution device made in the form of two nozzles, an air supply and exhaust installed in the central channel of the piston and directed by blind ends to each other, and elastic elements are installed on the open ends.

Главным конструктивным недостатком этого пневмоударника является то, что выхлопной патрубок не закреплен, а поджат глухим торцем воздухоподводящего патрубка к хвостовику буровой коронки. При работе пневмоударника выхлопной патрубок перемещается между торцем впускного патрубка и хвостовиком буровой коронки, происходят частые соударения, что снижает надежность. Кроме того, установка воздухоподводящего патрубка в центральном канале поршня не позволяет использовать полость центрального канала поршня в качестве дополнительного аккумулирующего объема камеры рабочего хода для повышения ударной мощности. The main structural drawback of this hammer is that the exhaust pipe is not fixed, but is pressed by the deaf end of the air supply pipe to the shank of the drill bit. During the operation of the hammer, the exhaust pipe moves between the end of the inlet pipe and the shank of the drill bit, frequent collisions occur, which reduces reliability. In addition, the installation of an air supply pipe in the central channel of the piston does not allow the cavity of the central channel of the piston to be used as an additional storage volume of the stroke chamber to increase the impact power.

Техническая задача, решаемая в предполагаемом изобретении, заключается в повышении надежности и ударной мощности. The technical problem solved in the proposed invention is to increase reliability and impact power.

Поставленная задача решается тем, что выхлопной патрубок, выполненный в виде стакана с радиальными пазами и глухим дном, закреплен со стороны открытого торца в центральном канале буровой коронки, а за глухим дном стакана в центральном канале ударного поршня образована аккумулирующая камера, открытая в камеру рабочего хода. The problem is solved in that the exhaust pipe, made in the form of a cup with radial grooves and a blind bottom, is fixed from the open end in the central channel of the drill bit, and an accumulation chamber is formed behind the blind bottom of the cup in the central channel of the shock piston, which is open to the working chamber .

Закрепление выхлопного патрубка, выполненного в виде стакана, в центральном канале буровой коронки позволяет снизить ударные нагрузки на его торцы, что повышает надежность. Кроме того, отпадает необходимость удерживать выхлопной стакан торцем воздухоподводящего патрубка, что позволяет отказаться от использования воздухоподводящего патрубка для центрального подвода энергоносителя и осуществить подвод воздуха в камеры рабочего и холостого хода периферийно через воздухораспределительную гильзу. Fastening the exhaust pipe, made in the form of a glass, in the Central channel of the drill bit allows to reduce impact loads on its ends, which increases reliability. In addition, there is no need to hold the exhaust cup with the end of the air supply pipe, which eliminates the use of the air supply pipe for the central supply of energy and to supply air to the working and idle chambers peripherally through the air distribution sleeve.

При этом упрощается конструкция ударного поршня, так как отпадает необходимость в выполнении радиальных воздухораспределительных каналов. Такое исполнение ударного поршня более благоприятно для термической обработки, что повышает надежность поршня в условиях работы с повышенными ударными нагрузками. This simplifies the design of the shock piston, since there is no need to perform radial air distribution channels. This design of the shock piston is more favorable for heat treatment, which increases the reliability of the piston in conditions of increased shock loads.

Закрепление выхлопного стакана в канале буровой коронки позволяет за глухим дном стакана в центральном канале ударного поршня образовать дополнительную аккумулирующую камеру, аксиально открытую в камеру рабочего хода, что повышает ударную мощность. Кроме того, значительно упрощается на стадии разработки доводка предложенного пневмоударника по ударной мощности и расходу энергоносителя, так как объем дополнительной аккумулирующей камеры можно регулировать посредством изменения высоты выхлопного стакана, консольно выступающего от ударного торца буровой коронки в центральный канал поршня. The fixing of the exhaust nozzle in the channel of the drill bit allows for an additional accumulating chamber axially open to the working chamber, which increases the impact power, behind the blind bottom of the nozzle in the central channel of the shock piston. In addition, it is much easier at the development stage to finalize the proposed hammer on impact power and energy consumption, since the volume of the additional storage chamber can be adjusted by changing the height of the exhaust nozzle cantilever protruding from the impact end of the drill bit into the central piston channel.

На чертеже схематически показан продольный разрез погружного пневмоударника. The drawing schematically shows a longitudinal section of a submersible hammer.

В корпусе 1 установлена воздухораспределительная гильза 2 с продольными каналами 3 и радиальными 4 и 5, а также с впускными каналами рабочего и холостого хода 6 и 7. Внутренняя полость гильзы закрыта глухой перемычкой 8 переходника 9, снабженного радиальными каналами 10 и проточкой 11. An air distribution sleeve 2 with longitudinal channels 3 and radial 4 and 5, as well as with inlet channels of working and idling 6 and 7, is installed in the housing 1. The inner cavity of the sleeve is closed by a blind bridge 8 of the adapter 9, equipped with radial channels 10 and a groove 11.

Во внутренней полости гильзы 2 установлен ударный поршень 12, который разделяет эту полость на камеру рабочего хода 13 и камеру холостого хода 14. Ударный поршень 12 выполнен с проточкой 15 и с центральным каналом, в котором выполнена расточка 16. В переднем отверстии корпуса 1 размещена буровая коронка 17 с центральным выхлопным каналом 18, в котором закреплен посредством демпфирующей втулки 19 стакан 20 с глухим дном 21 и радиальными пазами 22 и 23. Стакан 20 установлен и закреплен в буровой коронке со стороны открытого торца, а за глухим дном 21 образована дополнительная аккумулирующая камера 24, открытая аксиально в камеру рабочего хода 13. A shock piston 12 is installed in the inner cavity of the sleeve 2, which divides this cavity into the working chamber 13 and the idle chamber 14. The shock piston 12 is made with a groove 15 and with a central channel in which the bore 16 is made. A drill hole is located in the front hole of the housing 1 crown 17 with a central exhaust channel 18, in which a cup 20 with a blind bottom 21 and radial grooves 22 and 23 is fixed by means of a damping sleeve 19, a glass 20 is installed and fixed in the drill crown from the open end side, and formed behind the blind bottom 21 and an additional storage chamber 24, open axially in the chamber of the stroke 13.

Пневмоударник работает следующим образом. The hammer works as follows.

Энергоноситель поступает в переходник 9 к глухой перемычке 8 и через радиальные каналы 10, проточку 11 в продольный канал 3 гильзы 2. Затем энергоноситель проходит по радиальному каналу 4 в проточку 15 поршня 12 и по впускному каналу 7 в камеру холостого хода 14. Поршень 12 совершает холостой ход. При холостом ходе поршня радиальное вскрытие канала 7 перекрывается боковой поверхностью поршня 12 и подача энергоносителя из проточки 15 в камеру холостого хода 14 прекращается, а затем поршень открывает радиальные пазы 22 стакана 20 и из камеры холостого хода 14 происходит выхлоп через открытый торец стакана в центральный выхлопной канал 18 буровой коронки 17, установленной в переднем отверстии корпуса 1. При этом демпфирующая втулка 19 удерживает открытый торец стакана 20 в центральном канале 18 буровой коронки, а высота стакана 20 с глухим дном 21, консольно выступающего от ударного торца буровой коронки 17 в центральный канал поршня 12, превышает габаритный ход поршня, поэтому камера 24, открытая аксиально в камеру рабочего хода 13, не сообщается с камерой холостого хода 14. The energy source enters the adapter 9 to the blind jumper 8 and through the radial channels 10, the groove 11 into the longitudinal channel 3 of the sleeve 2. Then the energy carrier passes through the radial channel 4 into the groove 15 of the piston 12 and through the inlet channel 7 to the idling chamber 14. The piston 12 makes idling. When the piston is idling, the radial opening of the channel 7 is blocked by the lateral surface of the piston 12 and the energy supply from the groove 15 to the idling chamber 14 is stopped, and then the piston opens the radial grooves 22 of the nozzle 20 and from the idling chamber 14 the exhaust is exhausted through the open end of the nozzle to the central exhaust the channel 18 of the drill bit 17 installed in the front hole of the housing 1. In this case, the damping sleeve 19 holds the open end of the nozzle 20 in the central channel 18 of the drill bit, and the height of the nozzle 20 with a blind bottom 21, cantileverly protruding from the impact end of the drill bit 17 into the central channel of the piston 12, exceeds the overall stroke of the piston, therefore, the chamber 24, open axially into the chamber of the stroke 13, does not communicate with the chamber of idling 14.

При холостом ходе поршня начинается впуск энергоносителя через канал 5, проточку 15 и канал 6 в камеру рабочего хода 13. Камера рабочего хода 13 и дополнительная аккумулирующая камера 24 наполняются энергоносителем, поршень окончательно тормозится и начинается рабочий ход. При рабочем ходе поршня нижнее радиальное вскрытие канала 6 перекрывается боковой поверхностью поршня 12 и подача энергоносителя из проточки 15 прекращается. На некотором пути энергоноситель в камерах 13 и 24 работает с расширением, обеспечивая возрастание скорости движения поршня. При этом глухое дно 21 стакана 20 надежно отделяет дополнительную аккумулирующую камеру 24 от внутренней выхлопной полости стакана 20. В конце рабочего хода поршень открывает радиальные пазы 23 стакана 20 и из камер 24 и 13 происходит выхлоп через канал 18 буровой коронки на забой скважины. Поршень наносит удар по хвостовику буровой коронки и цикл повторяется. When the piston is idling, the energy carrier enters through the channel 5, the groove 15 and channel 6 into the working chamber 13. The working chamber 13 and the additional storage chamber 24 are filled with energy, the piston finally brakes and the working course begins. During the stroke of the piston, the lower radial opening of the channel 6 is blocked by the lateral surface of the piston 12 and the supply of energy from the groove 15 is stopped. On some path, the energy carrier in chambers 13 and 24 works with expansion, providing an increase in the speed of movement of the piston. In this case, the deaf bottom 21 of the nozzle 20 reliably separates the additional accumulating chamber 24 from the internal exhaust cavity of the nozzle 20. At the end of the stroke, the piston opens the radial grooves 23 of the nozzle 20 and from the chambers 24 and 13 the exhaust is exhausted through the channel 18 of the drill bit to the bottom of the well. The piston strikes the shank of the drill bit and the cycle repeats.

Закрепление в канале буровой коронки выхлопного патрубка, выполненного в виде стакана с радиальными пазами и глухим дном, повышает надежность, а размещение дополнительной аккумулирующей камеры рабочего хода за глухим дном стакана в центральном канале ударного поршня увеличивает ударную мощность. Fastening the exhaust pipe made in the form of a cup with radial grooves and a blind bottom in the channel of the drill bit increases reliability, and placing an additional accumulating working chamber behind the blind bottom of the cup in the central channel of the shock piston increases the impact power.

Предлагаемое изобретение целесообразно использовать для разработки погружных пневмоударников для бурения скважин большого диаметра, так как в этих калибрах объем дополнительной аккумулирующей полости внутри ударного поршня может достигать значительных величин. The present invention is advisable to use for the development of submersible hammers for drilling large diameter wells, since in these calibers the volume of the additional accumulating cavity inside the shock piston can reach significant values.

Claims (2)

1. Погружной пневмоударник, включающий корпус, буровую коронку с центральным выхлопным каналом, ударный поршень с центральным каналом, камеры рабочего и холостого хода, воздухораспределительное устройство с выхлопным патрубком, выполненным в виде стакана с радиальными пазами и глухим дном, установленным в центральном канале ударного поршня, отличающийся тем, что стакан со стороны открытого торца закреплен в центральном канале буровой коронки, а за глухим дном стакана в центральном канале ударного поршня образована аккумулирующая камера, открытая в камеру рабочего хода. 1. A submersible hammer including a housing, a drill bit with a central exhaust channel, an impact piston with a central channel, working and idle chambers, an air distribution device with an exhaust pipe made in the form of a cup with radial grooves and a blind bottom installed in the central channel of the shock piston characterized in that the glass from the side of the open end is fixed in the central channel of the drill bit, and an accumulating chamber is formed behind the blind bottom of the glass in the central channel of the shock piston a, open to the chamber of the stroke. 2. Пневмоударник по п.1, отличающийся тем, что воздухораспределительное устройство выполнено в виде установленной в корпусе гильзы с продольными и радиальными каналами, соединенными с магистральным трубопроводом и сообщаемые с кольцевой проточкой, выполненной на ударном поршне, размещенном во внутренней полости гильзы, в которой выполнены впускные каналы, сообщающие проточку с камерами рабочего и холостого хода. 2. The hammer according to claim 1, characterized in that the air distribution device is made in the form of a sleeve installed in the housing with longitudinal and radial channels connected to the main pipeline and communicating with an annular groove made on the shock piston located in the inner cavity of the sleeve, in which made inlet channels that communicate the groove with the cameras working and idle.