![]() Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
![]() Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
![]() |
Принцип действия и устройство
Пневмоударники относятся к пневмомеханическим импульсным системам со свободно-движущимися поршнем-ударником, совершающим релаксационные колебания. В отличие от гидроударника колебательные движения поршня-ударника здесь совершаются за счет потенциальной энергии сжатого воздуха. Принцип действия пневмоударника основан на вытеснении поршня-ударника из замкнутого объема (камеры) сжатым воздухом или предварительно сжатой водо-воздушной смесью. Начальная стадия вытеснения соответствует адиабатическому процессу (при постоянном значении избыточного давления газа), а затем, после перекрытия впускных отверстий, движение поршня-ударника контролируется политропным процессом – за счет расширения сжатого воздуха в закрытой камере. В зависимости от способа регулирования подачи сжатого воздуха в рабочие камеры пневмоударники можно разделить на две группы – клапанные и бесклапанные. В качестве примера рассмотрим устройство пневмоударников клапанного типа М-1900 (рис. 1.1) и бесклапанного типа П 1-75 (рис. 1.2). Клапанный погружной пневмоударник М-1900 широко распространен на горнодобывающих предприятиях и входит в состав бурового агрегата НКР-100.
Сжатый воздух подается на забой через каналы 3, которые сделаны в корпусе и прикрыты рубашкой 12. Во время работы пневмоударника отработанный воздух выбрасывается через выхлопное окно 14 в скважину для ее очистки от шлама.
Бесклапанный погруженый пневмоударник П1-75 состоит из цилиндра 2, поршня-ударника 2. Нижний (передний) и верхний (задний) торцы цилиндра закрыты соответственно головками 5 и 1. В переднюю головку вставляется коронка (долото) 4, которая фиксируется чекой (шпонкой) 6. Оригинальность системы воздухораспределения заключается в том, что каналы, подводящие сжатый воздух к рабочим камерам располагаются в самом поршне и перекрываются при его перемещении внутренними стенками цилиндра. Сжатый воздух по каналам "а" и "б" поступает попеременно в переднюю или заднюю камеры. Рисунок 1.2 - Схеа пневмоударника П1-75
В бесклапанных погруженых пневмоударниках сжатый воздух поступает в рабочие камеры при перемещении поршня-ударника на небольшом отрезке пути (ходе поршня). Остальная часть фазы движения осуществляется вследствие расширения воздуха в закрытой камере. Пневмоударники, широко применяемые в горнодобывающей отрасли промышленности имеют ряд конструктивных и технологических недостатков, которые делают их неприемлемыми для бурения геологоразведочных и эксплуатационных скважин [2]. Основные из них следующие: – поршневая и клапанная полости (камеры) не защищены от проникновения абразивных частиц шлама, что резко снижает ресурс и ударную мощность пневмоударника; – резкое снижение механической скорости и глубины бурения в обводненных интервалах скважина; – корпус пневмоударника ослаблен выхлопными и продувочными каналами, что снижает его надежность и ресурс; – сочленение долота с корпусом пневмоударника при помощи шпонки (чеки) приводит к снижению ударной мощности и обрывами хвостовика; – проворот нагружного цилиндра (рубашки) приводит к снижению ударной мощности и поломке пневмоударника; – погружные пневмоударники не предусматривают применение кольцевых коронок; – жесткое соединение корпуса пневмоударника с бурильными трубами приводит к их поломке, а также к преждевременному износу механизма вращения. Центральным научно-исследовательским геологоразведочным институтом (ЦНИГРИ Тульское отделение) к 70 годам прошлого столетия разработаны комплексы пневмоударного бурения разведочных и других скважин с учетом отмеченных выше недостатков. Эти комплексы, включающие специально разработанные для обводненных скважин погружные клапанные (РП-130) и бесклапанные (РП-111) пневмоударники, породоразрушающий инструмент (кольцевые коронки), одинарные и двойные колонковые трубы, со специальными конусными резьбовыми соединениями. Разработанные комплексы позволяют с использованием промышленных компрессоров, развивающих давление до 0,7 МПа и обеспечивающие производительность сжатого воздуха до 10 м3/мин., бурить скважины глубиной до 350 м в «сухих» разрезах, и до 100 - 150 м в обводненных горных породах. Увеличение глубины пневмоударного бурения возможно при использовании компрессоров с более высокими давлениями. Погружной клапанный пневмоударник РП-130 (рис. 1.3) состоит из воздухораспределительного устройства, включающего перекидной клапан 6, корпус клапана 7, крышки клапана 4, трубку 9 и ударного узла, состоящего из поршня-ударника 12, цилиндра 11, нижней втулки 13, хвостовика 14 и шлицевой втулки 16.
Все детали заключены в корпусе 10, который с нижней стороны соединяется на резьбе со шлицевой муфтой 15, а с верхней стороны – с переходником 1. Между переходником 2 и крышкой клапана 4 установлены резиновые кольца-амортизаторы 5. Шлицевой разъем включает в себя шлицевую втулку 16 и муфту 15, с помощью которого осуществляется блокировка пневмоударника при отрыве его от забоя.
Для предупреждения доступа воды и шлама в полости пневмоударника предусмотрен обратный клапан, состоящий из плавающего стакана 19 и фиксирующей шайбы 20. В верхнем и нижнем переходнике навинчиваются предохранительные пробки для защиты резьбовых соединений и удобства манипуляций с пневмоуадрником. Перед запуском пневмоударника верхняя (клапанная) камера сообщается с затрубным пространством скважины через выхлопные окна (отверстия) «а», кольцевой зазор между цилиндром и корпусом, через отверстия во втулке и нижнем переходнике, колонковую трубу и кольцевую коронку. Нижняя камера в этот момент времени закрыта (заперта). Сжатый воздух из бурильных труб попадает в верхнюю камеру и увлекает (перекидывает) перекидной клапан вниз, перекрывая доступ воздуха в верхнюю камеру, и открывая канал, подводящий сжатый воздух через трубку 9 и наклонные сверления в поршне-ударнике – в нижнюю камеру. Под действием сжатого воздуха в нижней камере поршень-ударник начинает двигаться вверх, перекрывая своим телом окна «а». Движение поршня-ударника вверх происходит до тех пор, пока не открываются выхлопные окна «б», после чего давление в нижней камере резко падает, а поршень-ударник двигаясь вверх по инерции, сжимает воздух в верхней камере. В определенный момент давления в верхней камере превышает давление воздух в сети, и клапан снова перекидывается и открывает доступ сжатого воздуха в верхнюю камеру. Поршень-ударник останавливается и начинает двигаться вниз, т.е. начинается фаза разгона его перед ударом. В конце пути движения поршня-ударника вниз закрываются выхлопные окна «б» и открываются окна «а». Давление в верхней камере снижается, а в нижней, наоборот, повышается. Клапан снова перебрасывается в первоначальное положение и закрывает доступ сжатого воздуха в верхнюю камеру, открывая нижнюю. После удара поршня-ударника по хвостовику, начинается повторение цикла. Осевые вибрации при этом гасятся амортизаторными кольцами 5. Наличие стержня 3 и вкладыша 8 позволяет регулировать объем верхней и нижней камер. Режим блокировки пневмоударника РП-130 осуществляется следующим образом. Когда буровой снаряд находится «на весу», колонковая труба с коронкой под действием веса опускается вниз, увлекая нижний переходник, шлицевую втулку, хвостовик и поршень-ударник (ударная система пневмоударника). Шлицевая втулка имеет возможность перемещаться вниз относительно шлицевой муфты на 20-25 мм. При этом открываются каналы в неподвижной втулке 13 и соединяют нижнюю камеру с кольцевым зазором, через который сжатый воздух отводится в призабойную зону и, далее, в затрубное пространство. Обе камеры оказываются открытыми и пневмоударник прекращает свою работу. Положение блокировки позволяет периодически продувать скважину.
На внутренней поверхности цилиндра 6 имеются две кольцевые проточки. На поршне 7 расположено два ряда радиальных сверлений – окна «а» и «б», выходящих из центрального канала на наружную шлифованную поверхность между лысками. Через зазоры, образуемые лысками, кольцевыми канавками на поршень-ударник и отверстиями «е» на цилиндре происходит выхлоп воздуха из нижней и верхней камер пневмоударника. Для предотвращения доступа воды и шлама в полость пневмоударника в нижнем переходнике устанавливается обратный канал, аналогичный по конструкции с обратным клапаном РТ-130. Резиновые амортизаторы 3 снижают (гасят) вредную продольную вибрацию (отдачу). Вкладыши-заполнители служат для изменения объема верхней камеры. Режим блокировки пневмоударника РП-111 осуществляется так же, как и пневмоударника РП-130. На рисунке поршень-ударник находится в крайнем нижнем положении (момент удара). Верхняя камера в это время сообщается через лыски и кольцевой паз на поршне-ударнике с выхлопными окнами «с», а верхние радиальные отверстия в поршне перекрыты внутренней шлифованной поверхностью цилиндров. Нижняя камера соединена с бурильными трубами (воздушной сетью) через нижний ряд отверстий в поршне-ударнике и кольцевую протоку в цилиндре. Сжатый воздух начинает повышать поршень-ударник вверх. В отличие от пневмоударника РП-130, в РП-111 воздух поступает в нижнюю камеру (также, как и в верхнюю свое время) не на всем пути движения поршня от удара до момента открытия выхлопных окон, а лишь на пути, когда радиальные отверстия проходят кольцевые протоки на внутренней поверхности цилиндра. После перекрытия радиальных отверстий движение поршня-ударника происходит за счет энергии расширения воздуха, а после открытия выхлопных окон – под действием силы инерции, пока воздух, отсеченный в верхней (буферной) камере, не сжимается и не остановит движение поршня-ударника. Это давление в камере превышает давление воздуха в сети, что благоприятно сказывается на рабочем ходе поршня-ударника. Под действием сжатого воздуха в верхней (в этот момент буферной) камере, а также давлении воздуха сети поршень-ударник начинает движение на рабочем ходе. Воздух из сети поступает в верхнюю камеру через верхний ряд радиальных отверстий, а в поршне, когда они совмещены с кольцевой проточкой в цилиндре. После того, как поршень-ударник несколько переместится вниз, отверстия «а» перекрываются шлифованной частью, цилиндром, доступ сжатого воздуха из сети перекрывается. Дальнейшее движение поршня-ударника вниз будет происходить за счет энергии расширения воздуха в верхней камере. После удара поршня о хвостовик, цикл движения поршня-ударника повторяется. Выхлоп воздуха из обеих камер происходит через кольцевой зазор между цилиндром и корпусом, откуда он поступает в призабойную зону через отверстие в шлицевой втулке, нижний переходник, колонковую трубу и кольцевую коронку.
Вопросы теории работы пневмоударника
В теории работы пневмоударника машин определяющее значение сыграли исследования, выполненное Б.В. Суднишниковым [3]. Он предложил простой, но достаточно точный аналитический метод расчета конструктивных и энергетических параметров пневмоударных машин. Метод основан на анализе еоретической индикаторной диаграмме изменения во времени давления сжатого воздуха в верхней полости цилиндра (рис. 1.5)
![]() Рисунок 1.5 - Диаграмма изменения давления сжатого воздуха в верхней камере пневмоударника во времени
Точка А соответствует началу движения поршня-ударника вниз; точка В – моменту соударения. Анализ опытных индикаторных диаграмм показал, что в период tк движения поршня-ударника от начала хода (точка А) до открытия выхлопных отверстий давление сжатого воздуха в камере над поршнем изменяется практически по линейному закону. Зависимость давления р от времени t на отрезке tк имеет вид p(t) = pc – сt (1.1) где
где Fn – рабочая площадь поршня, м1. Дифференциальное уравнение движения поршня-ударника без учета сил сопротивления
где m – масса поршня-ударника, кг; l – текущее значение хода поршня-ударника, м. Проинтегрировав уравнение (1.4) и задавшись начальными условиями t = 0; l = 0 и
Величина хода поршня за время tк будет с учетом (1.2)
Из (1.7) находим значение tк
Полное время рабочего хода tn
где Dl – перемещение поршня-ударника за время tn – tK, и по опытным данным Dl = (0,1… 0,3) l к. А – кинетическая энергия поршня-ударника, накопленная за время его движения tк (приближенно ее можно считать равной энергии единичного удара)
Продолжительность цикла
где t0 – продолжительность обратного хода, с. На основании анализа опытных индикаторных диаграмм установлено, что t0 = (1,3 – 1,5) tn (1.12) и Рк = (0,6… 0,7)РС (1.13) Date: 2016-05-23; view: 3134; Нарушение авторских прав |