SU975900A1

SU975900A1 - Hydraulic vibration pile hammer

Info

Publication number: SU975900A1
Application number: SU813240002A
Authority: SU
Inventors: Oleg I Kalinichenko; Aleksandr D Korsakov; Aleksandr A Chalenko; Vitalij S Fomenko; Oleg V Sirenko
Original assignee: Do Politekh Inst
Priority date: 1981-01-19
Filing date: 1981-01-19
Publication date: 1982-11-23

Description

Изобретение относится к строительной и геологоразведочной промышленности, может быть использовано в буровых работах для ликвидации аварий в скважинах, спуска и извлечения обсадных труб, для погружения труб, свай, шпунов и т.д.The invention relates to the construction and exploration industry, can be used in drilling operations to eliminate accidents in wells, lowering and removing casing pipes, for immersing pipes, piles, dowels, etc.

Известен клапанный гидравлический ударник, состоящий иэ корпуса, переходника с каналами для прохода жидкости, поршня^ударника, клапана, дросселирующей втулки и наковальни. Надпоршневая полость клапана сообщена с затрубным пространством.Поршеньударник дифференциального типа.Known valve hydraulic hammer, consisting of a housing, an adapter with channels for the passage of fluid, piston ^ hammer, valve, throttling sleeve and anvil. The piston cavity of the valve is in communication with the annulus. The piston is of a differential type.

При прокатке промывочной жидкости клапан за счет односторонней нагрузки давления жидкости занимает верхнее положение. Поршень-ударник за счет давления на некомпенсированную рабочую площадь поршня поднимается. Подъем происходит до момента касания поршня и клапана. После этого клапан оказывается разгруженным в направлении вверх и нагруженным в направлении вниз и совместно с поршнем резко идет вниз. При ходе вниз,.пройдя определенное расстояние, клапан задерживается упором, а поршень проходит по инерции еще некоторое расстояние и отрывается от клапана, нанося удар .. по наковальне. Затем ударник давлением жидкости поднимается вверх и 5 цикл работы, повторяется [1 ].When rolling the flushing fluid, the valve is in the upper position due to the one-sided load of fluid pressure. The piston drummer rises due to pressure on the uncompensated working area of the piston. Lifting occurs until the piston and valve touch. After that, the valve is unloaded in the up direction and loaded in the down direction and together with the piston sharply goes down. When going down, having passed a certain distance, the valve is delayed by the stop, and the piston passes by inertia for a certain distance and breaks away from the valve, striking .. on the anvil. Then the drummer rises up with the pressure of the liquid and the 5th cycle of work is repeated [1].

Однако наличие дросселирующей втулки в этом гидроударнике приводит к дополнительным непроизводительным потерям давления жидкости, что снижало ет КПД машины.However, the presence of a throttling sleeve in this hydraulic hammer results in additional unproductive loss of fluid pressure, which reduces the efficiency of the machine.

Кроме того, рабочая полость клапана находится в области высокого давления и полностью воспринимает Скоростной напор жидкости, поэтому при изменении подачи насоса, т.е. средней скорости потока в цилиндре гидроударника, возможно одновременное встречное движение клапана и поршня-ударника. Это приводит к уменьшению рабочего хода ударника, на котором достигается максимальная скорость его соударения с наковальней. Снижение конечной скорости ударника отрицательно сказывается на величине энергии удара и эффективной мощности механизма, от которой в прямой зависимости находится КПД.In addition, the working cavity of the valve is in the high-pressure region and fully accepts the velocity head of the fluid, therefore, when the pump flow changes, i.e. the average flow rate in the cylinder of the hydraulic hammer, simultaneous oncoming movement of the valve and piston-hammer. This leads to a decrease in the stroke of the striker, at which the maximum speed of its impact with the anvil is achieved. The decrease in the final velocity of the projectile negatively affects the magnitude of the impact energy and the effective power of the mechanism, from which the efficiency is directly dependent.

Известен также гидравлический вибромолот, включающий корпус с наковальнями, поршнем, впускной и выпускной клапаны, распределительное уст3 ройство, переходник, камеры высокого и низкого давления (2].A hydraulic vibrohammer is also known, including a housing with anvils, a piston, an inlet and an outlet valve, a distribution device, an adapter, an adapter, and high and low pressure chambers (2].

Впускной клапан расположен в камере высокого давления и полностью воспринимает скоростной напор жидкости, при открытии доступа жидкости в надпоршневую зону такой же скоростной .напор воспринимается и выпускным кла'паном, расположенным под распределительным устройством, что делает работу клапанного узла вибромолота нестабильной .The inlet valve is located in the high-pressure chamber and fully accepts the velocity head of the fluid, when the fluid is opened into the supra-piston zone at the same speed. The head is also perceived by the outlet valve located under the switchgear, which makes the valve assembly unstable.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является гидравлический вибромолот, включающий корпус с наковальнями, цилиндр^поршень с бойком, распределительное⁷устройство, в виде клапанной коробки с горизонтальной перегородкой, камерой высокого давления и выхлопным каналом, впускной и выпускной клапаны, переходник -с горизонтальной перегородкой, нагнетательным каналом и камерой низкого давления [3 ].Closest to the proposed invention is a hydraulic vibratory hammer, including a housing with anvils, a cylinder ^ piston with a striker, switchgear ⁷ , in the form of a valve box with a horizontal partition, a high-pressure chamber and an exhaust channel, inlet and outlet valves, an adapter with a horizontal partition, discharge channel and low pressure chamber [3].

Недостатки известного гидравлического вибромолота заключаются в том, что при-закрытии выпускного клапана жидкость поступает в надпоршневую камеру цилиндра через систему окон, выполненных в рабочей тарелке выпускного клапана, при этом 'выпускной клапан воспринимает полностью скоростной напор жидкости. Совместное действие скоростного напора и дополнительного рабочего перепада давления на тарелку клапана приводит к преждевременному открытию клапана, к ненадежной герметизации тарелкой выпускного клапана выхлопных каналов клапанной коробки, $ несинхронной работе вибромолота и большим утечкам жидкости во время рабочего хода бойка. Это снижает надежность и КПД вибромолота.The disadvantages of the known hydraulic vibratory hammer are that when the exhaust valve is closed, the liquid enters the piston chamber of the cylinder through a system of windows made in the working plate of the exhaust valve, while the exhaust valve receives a completely high-pressure fluid head. The combined action of the high-pressure head and the additional working differential pressure on the valve disc leads to premature valve opening, to unreliable sealing of the exhaust ducts of the valve box by the exhaust valve plate, $ unsynchronous operation of the vibratory hammer and large fluid leaks during the striker’s stroke. This reduces the reliability and efficiency of the vibratory hammer.

Для обеспечения стабильной работы механизма площадь прилегания выпускного клапана к плоскости распределительного устройства должна быть не более 0,5 рабочей площади поршня. Осуществить такое соотношение при использовании известной конструкции выпускного клапана невозможно без ограничений размеров сечения выхлопных каналов распределительного устройства, что,приводит к усложнению канализации жидкости и дополнительным потерям давления на преодоление гидравлических сопротивлений в£устройстве, при этом снижается КПД вибромолота.To ensure stable operation of the mechanism, the area of contact of the exhaust valve to the plane of the switchgear should be no more than 0.5 of the working area of the piston. It is impossible to achieve such a ratio when using the known design of the exhaust valve without limiting the cross-sectional area of the exhaust channels of the switchgear, which leads to more complicated liquid drainage and additional pressure losses to overcome hydraulic resistance in the £ device, while the efficiency of the vibratory hammer is reduced.

Кроме того, конструкция и размещение впускного клапана в надпоршневой камере цилиндра уменьшают рабочий объем камеры над поршнем, чем создаются дополнительные, потери давления на гидравлические сопротивления в механизме, усиливается влияние волновых процессов, связанных с ко20 лебаниями жидкости в бурильных трубах, способствующих распаданию клапанного блока и нарушению стабильной работы вибромолота, что отрицательно влияет на надежность и КПД механизма.In addition, the design and placement of the inlet valve in the piston chamber of the cylinder reduces the working volume of the chamber above the piston, which creates additional pressure losses on the hydraulic resistance in the mechanism, the influence of wave processes associated with fluid oscillations in the drill pipes, contributing to the disintegration of the valve block and increases violation of the stable operation of the vibratory hammer, which negatively affects the reliability and efficiency of the mechanism.

Целью изобретения является повышение надежности работы гидравлического вибромолота.The aim of the invention is to increase the reliability of the hydraulic vibratory hammer.

Указанная цель достигается тем, что в гидравлическом вибромолоте, включающем корпус с наковальнями, цилиндр, поршень с бойком, распределительное устройство, в виде клапанной коробки с горизонтальной перегородкой, камерой высокого давления и выхлопным каналом, впускной и. выпускной клапаны, переходник с горизонтальной перегородкой, нагнетательным каналом и камерой низкого давления с выхлопным отверстием, выпускной клапан размещен в камере низкого давления над распределительным устройством с возможностью перекрытия выхлопного отверстия переходника, а впускной клапан связан подвижно с поршнем.This goal is achieved by the fact that in a hydraulic vibration hammer, including a housing with anvils, a cylinder, a piston with a striker, a switchgear, in the form of a valve box with a horizontal partition, a high pressure chamber and an exhaust channel, an inlet and. exhaust valves, an adapter with a horizontal baffle, a discharge channel and a low-pressure chamber with an exhaust outlet, the exhaust valve is placed in the low-pressure chamber above the switchgear with the possibility of blocking the exhaust outlet of the adapter, and the inlet valve is movably connected to the piston.

На чертеже изображен вибромолот., разрез.The drawing shows a vibrohammer., Section.

1’идравлический вибромолот содержит корпус, включающий наружные цилиндры 1, верхнюю 2 и нижнюю 3 наковальни, переходник 4 с горизонтальной перегородкой 5, нагнетательным каналом 6 и камерой 7 низкого давления с выхлопным отверстием 8. К переходнику 4 снизу крепится распределительное устройство 9, имеющее выхлопной канал 10, камеру 11 высокого давления и горизонтальную перегородку 12.1 'a hydraulic hammer includes a housing including outer cylinders 1, upper 2 and lower 3 anvils, an adapter 4 with a horizontal partition 5, a discharge channel 6 and a low pressure chamber 7 with an exhaust hole 8. A distribution device 9 having an exhaust is attached to the adapter 4 from below channel 10, the high-pressure chamber 11 and the horizontal partition 12.

Распределительное устройство 9 соединено с цилиндром 13, внутри которого установлен поршень 14, составляющий одно целое с бойком 15, и имеется надпоршневая камера 16. Нижняя часть бойка 15, шток 17 имеет меньший диаметр, по сравнению с диаметром поршня-14, и представляет собой вторую ступень дифференциального поршня.The switchgear 9 is connected to a cylinder 13, inside of which a piston 14 is installed, which is integral with the hammer 15, and there is an over-piston chamber 16. The lower part of the hammer 15, the rod 17 has a smaller diameter compared to the diameter of the piston-14, and is the second differential piston stage.

Клапанная группа образована впускным клапаном 18, размещенным в камере 11 высокого давления и снабженным хвостовиком 19, встроенным подвижно в головке поршня 14 для упо:ра в пружину 20 и контакта с бойком '15. Выпускной клапан 21 установлен над распределительным устройством в камере 7 низкого давления и соединен с- впускным клапаном 18 центрирующей тягой 22, которая пропущена через горизонтальную перегородку 12 распределительного устройства 9 и уплотнена манжетой.The valve group is formed by an inlet valve 18, located in the high-pressure chamber 11 and provided with a shank 19, which is movably mounted in the piston head 14 for support in the spring 20 and contact with the striker '15. An exhaust valve 21 is mounted above the dispenser in the low-pressure chamber 7 and is connected to the inlet valve 18 by a centering rod 22, which is passed through the horizontal partition 12 of the dispenser 9 and sealed with a sleeve.

В исходном положении боек 15 под действием собственного веса находит- ί ся в крайнем нижнем положении, впуск5 ной клапан 18 закрыт, а выпускной 21 открыт.In the initial position, the firing pin 15 is under its own weight in its lowest position, the inlet valve 18 is closed, and the outlet 21 is open.

Рабочая жидкость подается по бурильным трубам к переходнику 4. Скоростной напор жидкости воспринимается перегородкой 5 и затем через нагнетательный канал б поступает в кольцевой зазор между корпусом 1 и цилиндром 13 и дале,е в нижнюю часть цилиндра 13 на поршень 14.The working fluid is supplied through the drill pipes to the adapter 4. The high-pressure head of the fluid is perceived by the baffle 5 and then through the injection channel b enters the annular gap between the housing 1 and the cylinder 13 and further into the lower part of the cylinder 13 to the piston 14.

За счет давления жидкости в нижней полости цилиндра 13 поршень 14 вмес' те с бойком 15 перемещаются вверх.Due to the pressure of the liquid in the lower cavity of the cylinder 13, the piston 14, along with the striker 15, moves up.

Жидкость, находящаяся в надпоршне|Вой камере 16, через выхлопной канал 10 распределительного устройства 9, камеру 7 низкого давления и выхлопное отверстие 8 переходника 4 вытесняется Βί затрубное пространство.The liquid located in the nadporsion | Howling chamber 16, through the exhaust channel 10 of the switchgear 9, the low-pressure chamber 7 and the exhaust outlet 8 of the adapter 4 is displaced Βί annulus.

За счет давления жидкости в камере 11, изолированной от камеры 7 низкого давления перегородкой 12, впускной клапан 18 остается закрытым. По мере подъема поршня-бойка пружина 20 сжимается. В верхнем положении боек контактирует с хвостовиком 19 впускного клапана 18. Совместное действие толчка и силы сжатой ^пружины 20 передается через центрирующую тягу 22 выпускному клапану 21. Происходит перестановка клапанов: впускной клапан 18 открывается, а выпускной клапан 21, перемещаясь вверх, закрывает выхлопное окно 8 и удерживается в верхнем положении за счет давления жидкости на нижнюю поверхность клапана 21 со стороны камеры 7 низкого давления.Due to the pressure of the liquid in the chamber 11, isolated from the low-pressure chamber 7 by the baffle 12, the inlet valve 18 remains closed. As the striking piston rises, spring 20 contracts. In the upper position, the hammer is in contact with the shank 19 of the intake valve 18. The combined action of the push and the force of the compressed spring 20 is transmitted through the centering rod 22 to the exhaust valve 21. The valves are rearranged: the intake valve 18 opens, and the exhaust valve 21, moving up, closes the exhaust window 8 and is held in the upper position due to fluid pressure on the lower surface of the valve 21 from the side of the low-pressure chamber 7.

В этом случае рабочая жидкость поступает и в верхнюю надпоршневую камеру 16 цилиндра 13. Поскольку полезная площадь поршня -14 сверху больше на величину площади штока 17, то боек 15 опускается вниз.In this case, the working fluid also flows into the upper nadporshnevaya chamber 16 of the cylinder 13. Since the effective area of the piston -14 from above is larger by the size of the rod 17, the firing pin 15 drops down.

В нижнем положении поршень 14 своим внутренним торцом ударяет по хвостовику 19 впускного клапана 18. В результате удара клапанная группа перемещается вниз, впускной 18 и выпускной 21 клапаны занимают исходное положение. Цикл работы повторяется.In the lower position, the piston 14 with its inner end hits the shank 19 of the inlet valve 18. As a result of the blow, the valve group moves downward, the inlet 18 and outlet 21 valves are in their original position. The cycle of work is repeated.

При ходе вверх боек 15 наносит удар По верхней наковальне 2, а при ходе вниз - по нижней наковальне 3.When moving up, the striker 15 strikes the upper anvil 2, and when moving down - on the lower anvil 3.

Размещение выпускного клапана над распределительным устройством в камере низкого давления с возможностью перекрытия выхлопного отверстия переходника позволит исключить преждевременное открытие выпускного клапана под действием скоростного напора жидкости, упростить канализацию жидкости в надпоршневую камеру цилиндра и уменьшить воздействие волновых явлений в цилиндре за счет увеличения полезного объема надпоршневой камеры.Placing the exhaust valve above the switchgear in the low-pressure chamber with the possibility of blocking the exhaust outlet of the adapter will eliminate the premature opening of the exhaust valve under the action of a high-speed fluid pressure, simplify the fluid drainage into the cylinder’s supra-piston chamber and reduce the effects of wave phenomena in the cylinder by increasing the useful volume of the trans-piston chamber.

В результате повышается надежность работы и КПД гидравлического вибромолота.As a result, the reliability and efficiency of the hydraulic vibratory hammer increases.

Claims

Claim

Hydraulic vibratory hammer, including a housing with anvils, a cylinder, a piston with a striker, a switchgear in the form of a valve box with a horizontal partition, a high pressure chamber and an exhaust channel, an inlet and outlet valve, an adapter with a horizontal partition, a discharge channel and a low pressure chamber with an exhaust hole characterized in that, in order to increase reliability, the exhaust valve is placed in the low pressure chamber above the switchgear with the possibility of overlapping adapter outlet, and the inlet valve is movably connected to 1 piston.