Киселева Ирина Александровна

      Гидровибратор ГВ – 89 состоит из верхнего переходника 1, распределительной головки 3, на которую навинчивается цилиндр 5, впускного клапана 2, имеющего ходовую или скользящую посадку с выпускным клапаном 4, бойка 11, в верхнем сверлении которого размещены клапанная пружина 9 и хвостовик выпускного клапана, раскрепляемый с помощью вильчатого вкладыша 6 и накидной гайки 7, поршня 8, корпуса 12, верхней 10 и нижней 14 наковален, уплотнения 13. Он спускается в скважину на бурильной колонне, навинченной на верхний переходник 1, и с помощью отсоединительного переходника или ловильного инструмента соединяется с прихваченным снарядом. В исходной позиции впускной клапан 2 закрыт, а выпускной клапан 4 открыт. Рабочая жидкость, подаваемая по колонне бурильных труб к верхнему переходнику 1, поступает через канал В в нижнюю полость цилиндра 5 и начинает поднимать поршень 8 и боек 11. Жидкость, находящаяся над поршнем, вытесняется через каналы С и D в скважину. По мере подъема поршня бойка пружина 9 упирается в хвостовик клапана 4 и начинает сжиматься. В верхнем положении вкладыш 6 и гайка 7 сталкиваются с торцом клапана 4. Совокупное действие толчка и силы сжатой пружины производит переброску клапанов: впускной клапан 2 откроется, а выпускной 4 – закроется. Жидкость поступит и в верхнюю полость цилиндра 5. Поскольку площадь поршня сверху больше, то он вместе с бойком будет опускаться. В нижнем положении вкладыш 6 наносит удар по буртику выпускного клапана 4. За счёт скоростного напора и удара клапанная группа 2 – 4 перемещается вниз. Затем цикл работы повторяется.
     При ходе вверх боек соударяется с верхней наковальней 10, а при ходе вниз – с нижней наковальней 14, возбуждая колебания в прихваченном снаряде.
     Полный ход бойка S и свободный S1 выбираются таким образом, чтобы боёк перемещался вместе с клапанным блоком не меньше половины хода клапанов Sкл, т. е. S1> 0.5Sкл. Это гарантирует устойчивый режим работы механизма, его высокую надёжность. Скользящая посадка впускного клапана 2 относительно выпускного 4 предотвращает обрывы хвостовиков и толкателей. Например, при преждевременной посадке впускного клапана 2 выпускной 4 будет сам перемещаться вниз.
     Соответствующей регулировкой хода клапанов нетрудно добиться того, чтобы боек наносил удары только по верхней или только по нижней наковальне. Можно также осуществлять остановку бойка в обоих положениях за счет гидроторможения. Следовательно, механизм может работать в быстроударном, вибрационном и комбинированном режимах.
     Гидровибратор спускается в скважину на бурильных трубах диаметром 50 или 63,5 мм и приводится в действие от стандартных буровых насосов НБ-32 или НБ – 320/63 (100). По простоте конструкции и изготовления гидровибратор не уступает известным гидроударникам дифференциального и одинарного действия.
     Недостатком данного устройства является низкая эффективность работы из–за малой энергии удара и низкий КПД [2].

     Все подвижные детали вибратора гидравлического размещены в корпусе, который включает: нижний корпус, имеющий резьбовые соединения с нижней наковальней 14 и верхней наковальней 11, и корпус верхний, имеющий резьбовые соединения с верхней наковальней 11 и верхним переходником 1. В корпусе свободно размещен боек 12, представляющий собой массивный ступенчатый вал, на концах которого закреплены поршни. Нижний поршень состоит из уплотнительных манжет с разделительными кольцами. Он является меньшей ступенью поршня вибратора гидравлического и устанавливается в цилиндре нижней наковальни 4. Верхний поршень 8 навинчивается на верхний конец бойка и представляет собой гайку, в кольцевых проточках которой установлены манжеты. В проточке верхней части бойка с возможностью осевого перемещения размещен выпускной клапан 6, опирающийся на пружину клапанную 10. Клапан 6 взаимодействует с бойком 12 при помощи пальца. Палец сделан из стали марки 40 ХН и имеет наружный диаметр 18 мм и длину 120 мм. Верхний поршень располагается в цилиндре 9, который соединен с клапанной коробкой 5.
     Верхней частью клапанная коробка 5 с помощью разделительной муфты соединена с верхним переходником 1. В камеру клапанной коробки ввинчена пробка. Впускной клапан 3 взаимодействует с выпускным клапаном 6 через толкатель 4. В нижнем переходнике установлены пружина, обратный клапан и седло.
Работа устройства сводится к следующему: в исходном положении боек 12 под действием собственного веса находится в крайнем нижнем положении, при этом впускной клапан 3 закрыт, а выпускной клапан 6 открыт. Рабочая жидкость от бурового насоса по бурильным трубам поступает в вибратор, проходя по внутреннему каналу переходника 1 и по зазору между корпусом 2 и цилиндром 9 поступает под поршень 12, вызывая подъем бойка . За счет давления жидкости в камере клапанной коробки 5 впускной клапан 3 оказывается прижатым к седлу.
     Жидкость из полости над верхним поршнем вытесняется по каналам в клапанной коробке 5, разделительной муфте и переходника 1 в скважину. При движении бойка 12 вверх сжимается пружина 10, поскольку клапан 6, контактирующий с толкателем 4 и впускным клапаном 3, остается неподвижным.
Пройдя расстояние 25 мм, гайка поршня наносит удар по выпускному клапану 6, который после этого закроется (перекроет осевые каналы в клапанной коробке 5), а впускной клапан 3 откроется, поскольку оба клапана связаны с толкателем 4.
     В момент перестановки клапанов боек 12, пройдя дополнительное расстояние 3 мм, нанесет удар по верхней наковальне 11. Рабочая жидкость начнет поступать через центральный канал клапанной коробки 5 и боковые отверстия в клапане 6 в верхнюю полость цилиндра над поршнем 12. За счет давления жидкости в верхней части цилиндра механизма боек 12 устремится вниз, так как рабочая площадь поршня со стороны верхней полости цилиндра больше, чем со стороны нижней полости. Клапана 3 и 6 при этом будут сохранять свое верхнее положение (впускной клапан 3 открыт, а выпускной клапан 6 закрыт), за счет прижимающей силы, обусловленной давлением жидкости в надпоршневой камере цилиндра на клапан 6.
     Пройдя расстояние 25 мм, палец, перемещающийся совместно с поршнем и бойком, наносит удар по нижней поверхности проточки клапана 6 и обеспечивает его смещение вниз. Происходит перестановка клапанов, соответствующая исходному положению. Боек 12 на пути, равном 3 мм, продолжает движение вниз по инерции и в конечной точке наносит удар по нижней наковальне 14. Далее цикл работы повторяется.
     Основными недостатками данного устройства является низкая эффективность и КПД, обусловленная тем, что поршень с бойком, набирая максимальную скорость на участке рабочего хода, теряет часть ее при перестановке клапанной группы за счет возникновения гидроторможения. Таким образом, скорость соударения бойка с наковальней будет меньше максимальной, достигаемой поршнем в процессе движения, что снижает КПД устройства и эффективность его работы.
     С целью устранения указанных недостатков предлогается следующая конструкция гидравлического вибромолота [1].

     В состав гидравлического вибромолота входят корпус 1 с распределительным переходником 2, верхней 3и нижней 4 наковальнями. К распределительному переходнику 2 крепится клапанная коробка 5 с цилиндром 6, в котором размещен поршень 7, снабженный хвостовиком 8, установленным в камере 9, выполненной в теле бойка 10. Клапанная группа представлена впускным 11 и выпускным 12 клапанами, втулкой 13 и пружиной 14.
     Хвостовик 8 поршня 7 снабжен фиксаторами 15 для взаимодействия в крайних положениях с проточками 16 и 17, выполненными в камере 9. При этом расстояние от верхнего торца хвостовика 8 до верхнего внутреннего торца бойка 10 равно величине свободного хода поршня 7.
     Нижняя наковальня 4 снабжена каналами 18, связывающими пространство под бойком 10 с окружающей средой.

     Вибромолот нижней наковальней соединяется с прихваченным инструментом. В исходном состоянии поршень 7 и боек 10 находятся в крайнем нижнем положении, при этом фиксаторы 15 размещаются в проточке 17, фиксируя поршень 7 относительно бойка 10. Впускной клапан 11 закрыт, а выпускной 12 открыт.
     При подаче рабочей жидкости в гидравлический вибромолот она поступает по каналу в распределительном переходнике 2, кольцевому зазору между корпусом 1 и цилиндром 6 под поршень 7, перемещая последний вверх. При этом жидкость из надпоршневой полости цилиндра 6 вытесняется в скважину через каналы в клапанной коробке 5 и распределительном переходнике 2. Клапанная группа остается в исходном положении за счет давления жидкости на впускной клапан 11. Поэтому при подъеме поршня 7 происходит сжатие клапанной пружины 14. После прохождения рабочего хода, когда поршень 7 наберет максимальную скорость, он наносит удар по впускному клапану 12. Одновременно боек 10, двигавшийся вместе с поршнем 7, наносит удар по верхней наковальне 3. Поршень 7, продолжая двигаться вверх, проходит вместе с выпускным клапаном расстояние свободного хода. Происходит открывание впускного клапана 11и рабочая жидкость начинает поступать и в надпоршневую полость цилиндра 6, тормозя поршень 7. Одновременно, поскольку боек 10 остановился от удара по наковальне 3, а поршень 7 продолжал движение, то фиксаторы 15 выходят из проточки 17 и хвостовик 8 занимает крайнее верхнее положение в камере 9. Фиксаторы 15 входят в проточку 16 и фиксируют поршень 7 относительно бойка 10.
     Дальнейшее перемещение клапанной группы до закрытия выпускного клапана 12 осуществляется за счет энергии соударения с поршнем 7 и силы сжатой пружины 14. Выпускной клапан 12 закрывается, а впускной 11 полностью открывается. Поскольку рабочая площадь поршня 7 сверху больше, чем снизу, то жидкость, поступающая в надпоршневую полость цилиндра 6, перемещает первый вниз.
     После прохождения части рабочего хода поршень 7 контактирует своим верхним внутренним торцом со втулкой 13, служащей для уравнивания величин свободного хода вверх и вниз и осуществляет с ней совместное перемещение до конца рабочего хода (где скорость движения максимальна) после чего наносит удар по хвостовику выпускного клапана12. Одновременно боек 10 наносит удар по нижней наковальне 4. Поршень 7, продолжая двигаться вниз, срывает выпускной клапан 12 с каналов клапанной коробки 5, и , замедляясь, перемещает клапанную группу в исходное положение. В это же время хвостовик 8 занимает крайнее нижнее положение в камере, при этом фиксаторы 15 перемещаются в проточку 17, стопоря поршень 7 относительно бойка 10. Затем цикл работы повторяется.
     Каналы 18 в процессе работы препятствуют возникновению под бойком 10 гидравлической подушки.
     Буровой инструмент, освобождаемый от прихвата действием ударных нагрузок, поднимается из скважины по окончании операции по ликвидации аварии вместе с вибромолотом.