пружинный аккумулятор к погружным гидроударным буровым машинам

Формула изобретения

1. Пружинный аккумулятор к погружным гидроударным буровым машинам, включающий корпус, верхний и нижний переходники, поршень, разделяющий внутренюю полость корпуса на аккумуляторную и напорную камеры, пружину, размещенную в аккумуляторной камере, отличающийся тем, что в центральной части корпуса размещена напорная труба, концы которой закреплены в верхнем и нижнем переходниках, а аккумуляторная камера выполнена герметичной.

2. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что со стороны нижнего переходника, в зоне крайнего расположения поршня, на внутренней поверхности корпуса выполнена расточка, соединяющая аккумуляторную камеру с напорной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровой технике, а именно к погружным гидроударым машинам и может найти применение в геологоразведке и в горной промышленности.

Известен пневматический аккумулятор, описанный в книге Ясов В.Г. Теория и расчет рабочих процессов гидроударных буровых машин. М. Недра, 1977, с. 116. В этом устройстве аккумулирующим элементом является газ (азот, воздух) под давлением, заключенный в резиновой оболочке.

Недостатком этого аккумулятора является сложность конструкции и необходимость предварительной закачки газа в резиновую оболочку. Причем в процессе эксплуатации аккумулятора необходимо периодически проверять величину давления газа в газовой камере и, при необходимости, производить дозарядку. Кроме того, для эффективной работы аккумулятора необходимо иметь значительный объем газовой камеры, что приводит к увеличению габаритов устройства.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является пружинный резонатор (авт. св. N 295854), включающий корпус, подпружиненный поршень и стакан, внутренняя полость которого сообщена с затрубным пространством.

Недостатком этого устройства является большое гидродинамическое сопротивление в напорной магистрали из-за малых проходных сечений отверстий в переходнике. Кроме того, учитывая, что внутренняя полость стакана постоянно сообщена с затрубным пространством, во время работы может происходить зашламовывание подвижных деталей устройства и их заклинивание. Кроме того, имеют место потери на перекачку жидкости из корпуса в затрубное пространство и обратно.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является повышение эксплуатационной надежности устройства и эффективности его работы.

Поставленная цель достигается за счет того, что предлагаемое устройство включает корпус, верхний и нижний переходники, поршень, разделяющий внутреннюю полость корпуса на аккумуляторную и напорную камеры, пружину, размещенную в аккумуляторной камере. При этом в центральной части корпуса размещена напорная труба, концы которой закреплены в верхнем и нижнем переходниках, а аккумуляторная камера выполнена герметичной. Причем со стороны нижнего переходника, в зоне крайнего расположения поршня, на внутренней поверхности корпуса выполнена расточка, соединяющая аккумуляторную камеру с напорной.

Повышение эксплуатационной надежности обеспечивается за счет герметичности аккумуляторной камеры. В этом случае шлам из затрубного пространства не может проникать внутрь устройства. Поэтому подвижные детали не подвергаются интенсивному износу и заклиниванию.

На фиг. 1 показан разрез общего вида устройства. Причем левая половина соответствует нерабочему состоянию, когда поршень находится в крайнем нижнем положении, а правая половина соответствует рабочему состоянию, когда на поршень действует рабочее давление жидкости со стороны напорной камеры; на фиг. 2 узел фиг. 1 в увеличенном масштабе.

Пружинный аккумулятор, изображенный на фиг. 1 и 2, состоит из корпуса 1, верхнего 2 и нижнего 3 переходников, поршня 4, разделяющего внутреннюю полость корпуса на аккумуляторную 5 и напорную 6 камеры. Поршень 4 снабжен уплотнительными резиновыми манжетами 7 и 8. Внутри корпуса 1 размещена винтовая цилиндрическая пружина сжатия 9, которая верхним концом упирается в верхний переходник 2, а нижним в поршень 4. В центральной части корпуса 1 размещена напорная труба 10, концы которой закреплены в верхнем 2 и нижнем 3 переходниках. Со стороны нижнего переходника 3 в зоне крайнего расположения поршня 4, на внутренней поверхности корпуса 1 выполнена расточка 11, соединяющая аккумуляторную камеру 5, которая выполнена герметичной, с напорной 6. В нижнем переходнике 3 выполнены продольные каналы 12, а на его торце - поперечные пазы 13.

Пружинный аккумулятор работает следующим образом (фиг. 1).

Нижним переходником 3 пружинный аккумулятор соединен с гидроударником, а верхним переходником 2 соединен с бурильной колонной труб. Рабочая жидкость по бурильным трубам подводится к аккумулятору и по напорной трубе 10 поступает в его напорную камеру 6 и далее в гидроударник. Одновременно рабочая жидкость, поступающая по продольным каналам 12 нижнего переходника 3, воздействует на поршень 4, перемещая его вверх, сжимая пружину 9 (см. фиг. 1, правая половина). Поступлению рабочей жидкости, проходящей через поперечные пазы 13 переходника 3 в аккумуляторную камеру 5 (фиг. 2), препятствует уплотнительная манжета 7 поршня 4, наружная кромка которой давлением жидкости прижимается к поверхности расточки 11. При сжатии пружины 9 происходит накопление потенциальной энергии. Кроме того, во время гидравлического удара, возникающего при работе гидроударника, на поршень 4 действует гидроударное давление, под действием которого поршень 4 дополнительно перемещается вверх, сжимая пружину 9. Во время работы гидроударника поршень 4 колеблется, отдавая потенциальную энергию пружины 9 рабочей жидкости. Это приводит к выравниванию колебания давления и обеспечивает экономичную и эффективную работу гидроударника.

Несмотря на то, что поршень 4 снабжен уплотнительными манжетами 7 и 8, в процессе эксплуатации рабочая жидкость может проникать в аккумуляторную камеру 5 и постепенно полностью ее заполнить. В результате аккумулятор перестанет работать. С целью восстановления работоспособности аккумулятора необходимо периодически опоражнивать аккумуляторную камеру от поступившей жидкости. Для этого в предлагаемом аккумуляторе в зоне крайнего расположения поршня 4 на внутренней поверхности корпуса 1 выполнена расточка 11, соединяющая аккумуляторную камеру 5 с напорной 6. После окончания рейса бурильная колонна труб вместе с аккумулятором и гидроударником извлекается из скважины. Поршень 4 аккумулятора под действием пружины опускается вниз в зону расточки 11 и жидкость по зазору между расточкой и кромкой уплотнительной манжеты 7 перетекает из аккумуляторной камеры 5 в напорную 6 и далее через гидроударник в скважину. Такое автоматическое опорожнение аккумуляторной камеры 11 происходит всегда, когда гидроударник извлечен из скважины.

Предложенный пружинный аккумулятор по сравнению с прототипом имеет ряд преимуществ. Герметичность аккумуляторной камеры обеспечивает высокую эксплуатационную надежность устройства, так как в нее не попадает шлам из затрубного пространства и износ подвижных деталей незначителен. Кроме того, при такой конструкции аккумулятора отсутствуют потери энергии, идущей на перекачку рабочей жидкости из аккумуляторной камеры в затрубное пространство и обратно.

Размещение напорной трубы с постоянным проходным сечением без местных сопротивлений в центральной части корпуса обеспечивает эффективное питание гидроударника без динамических потерь.

Кроме того, конструкция аккумулятора обеспечивает автоматическую очистку аккумуляторной камеры в случае, если в ней проникает рабочая жидкость из напорной камеры.

Предложенный пружинный аккумулятор обеспечивает экономичную и эффективную работу гидроударника, так как аккумулирует энергию рабочей жидкости в момент гидроудара и компенсирует повышенный расход жидкости в отдельные фазы рабочего цикла гидроударника.