Ударные механизмы — это ключевые узлы бурового оборудования, которые функционируют как пневматические или гидравлические двигатели прямого действия. Их основная задача — преобразовать энергию сжатого воздуха или рабочей жидкости в кинетическую энергию поршня-ударника, который и совершает полезную работу. Для управления потоком энергоносителя и обеспечения автоматической смены направления его подачи эти механизмы оснащаются специальными распределительными устройствами.
Типы распределительных устройств
В зависимости от конструкции и принципа действия выделяют три основных типа распределительных систем:
— Клапанные распределители. Их главное преимущество — высокая частота ударов, достигаемая за счёт малой массы клапана. Однако такие системы обладают относительно низким коэффициентом полезного действия и повышенным расходом энергоносителя (воздуха или жидкости).
— Золотниковые распределители. Эти устройства, напротив, характеризуются высоким КПД, но из-за значительной массы золотника частота ударов у них обычно ниже, чем у клапанных аналогов.
— Бесклапанные распределители (с золотником на поршне). Данная конструкция отличается простотой и способна обеспечивать высокую частоту ударов. Особенностью является возможная ситуация при запуске, когда поршень может остаться неподвижным из-за уравновешивания давлений в полостях и перекрытия всех каналов. Для её разрешения используется пусковое устройство, которое инициирует первоначальное движение поршня, после чего в работу вступает основная схема распределения.
В гидравлических ударных механизмах (гидроударниках) распределительные системы часто дополняются аккумуляторами высокого и низкого давления, что позволяет сглаживать колебания в гидросистеме.
Конструктивные особенности и применение
Для обеспечения стабильности ударного импульса ударные механизмы часто монтируют непосредственно на рабочем инструменте, выполняя их в погружном исполнении. Однако при работе в глубоких скважинах значительные потери энергии при транспортировке энергоносителя ограничивают ударную мощность таких погружных устройств. Для повышения их эффективности была разработана конструкция со сдвоенным поршнем.
При бурении скважин большого диаметра применяется групповой ударный механизм, состоящий из нескольких синхронно работающих ударников.
Использование гидравлических ударных механизмов, работающих под высоким давлением, позволяет существенно увеличить производительность бурения. Их ключевое преимущество — возможность гибкой адаптации режимных параметров (таких как энергия и частота ударов) к конкретным горно-геологическим условиям, что в целом значительно повышает эффективность всего бурового процесса.