CN1005785B - 射吸式冲击器 - Google Patents

Abstract

射吸式冲击器是属于钻探工程技术中加速钻进的工具。它包括上接头、阀室、阀、活塞、冲锤、外管、砧子、砧子套、下接头等部件组成；利用压力液流喷射时的卷吸作用和阀控液压随动系统压力与位移的综合反馈关系，使阀与活塞的上下腔产生交变压力差，推动活塞在复运动，并以冲击和振动两种方式输出能量，它结构简单，工作原理独特，易损件少，无迥流通道，适于高频运转，有效作用系数高；并且耐背压性好，工作性能稳定，是一种新型液动冲击器。

Description

射吸式冲击器

本发明属于钻探工程技术中加速钻进的工具。

在已有技术中，液动冲击回转钻进是一种利用冲击功的高效率钻进方法;冲击器一般是以阀式正作用、阀式反作用、阀式双作用原理或射流式原理制造的。它是靠液流压力及弹簧的作用完成冲击运动或靠液流在冲击器内反复变换流动方向，推动活塞往复运动而形成冲击作用。由于弹簧的反作用力及液流方向的不断改变，使冲击能量及频率受到影响。SU-866-092文件中介绍的冲击器，它由旁路渠道、锤砧、冲击头以及顶部底部环形沟道组成的一种阀式双作用液动冲击器，其结构复杂，冲击能量消耗大，有效作用系数低，不宜于缩小直径，且部件易磨损，使用寿命短。

本发明的目的是为了使冲击器提高有效作用系数，简化零部件结构。使之工作性能稳定，並适合于高频冲击，耐背压性好，提高工作的可靠性。为此，本冲击器是利用压力液流喷射时的卷吸作用和阀控液压随动系统压力与位移的综合反馈关系，使阀与活塞的上下腔产生交变压力差推动活塞往复运动，从而完成举锤与冲击，以冲击和振动两种方式输出能量。它无液流旁路渠道，液流始终沿冲击方向运动。加之结构件少，适于高频冲击，提高了有效作用系数。

冲击器活塞7的冲程与回程相等，工作过程从回程开始。启动前，阀4与活塞均处于工作行程下限。液流通道敞开（图1），当喷嘴22向活塞7中央的承喷液流通道喷射高速射流时，根据喷射器原理，上腔23迅速降压，阀下腔27则相应增压。阀与活塞同时受到向上举力。由于阀较活塞轻很多，必然先快速抵达工作行程上限（图2），接着活塞与连接于其下端的冲锤8高速上升，直至冲锤顶部的凸圆锥构成的阀座19与阀下端的凹圆锥闭合为止（图3）。此时，高速液流被切断而产生水击25，原处于低压状态的上腔立即形成高压，其峰值达10-20MPa，下腔则由于高速液流之惯性，在上腔发生水击的同时产生一次负水击29，其压力急剧下降，此时，上下腔形成很大压力差26、30，推动阀与活塞迅速向下冲击（图4）。当阀抵达工作行程下限后，阀门逐步打开，活塞与冲锤受惯性和水击作用继续向下，直至使活塞下部的冲锤冲击砧子13，这时又恢复到图1的状态，液流畅通，阀与活塞进入下一循环的回程。以上过程表明，阀控制着活塞的运动，而阀的运动又受到活塞位移的控制，阀与活塞的协调动作又同时控制着上下腔压力差方向的交替变换，从而实现活塞的连续冲击运动。

工作流量快速送入冲击器，是正常工作条件下的唯一启动条件，满足启动的工作流量快速射入，可使冲击器在钻孔中任何孔段工作。阀控液压随动系统，在结构参数合理匹配的情况下，对结构阀程、工作流量和背压三个因素的变化敏感;背压是冲击器在钻孔里工作时必然产生的，其大小随粗径钻具和孔内情况的不同而异，是不定因素;本冲击器有较好的适应背压变化的特性，调节阀程或工作流量两个中的一个或两个都能使冲击器的输出获得相应的改变。

冲击器的阀与活塞由于是同时受同一液力作用而往复运动，即使在工作流量和背压大幅度迅速改变的情况下，也能及时准确地响应，维持相应的输出。又由于阀控系统中除密封圈5、6外，均由刚性原件组成，匹配关系稳定，且对各元件几何参数的少量改变不敏感，因此在较长时间的使用过程中，虽有正常磨损等，仍能维持稳定的冲击运动。

承受背压高低和适应背压变化的范围，是液动冲击器的一项重要性能指标，由于本冲击器具有良好的耐背压特性，在泵输出功率许可范围内，冲击频率和冲击功会随背压的升高而相应增大，背压的升高值可达5MPa。

冲击器是靠水击脉冲压力推动活塞向下冲击作功，阀与活塞组成的组合活塞面积较大，闭阀瞬间在上腔压力峰值达到10-20MPa，而下腔压力则很小的压力差作用下，使冲锤具有较大加速度和冲击功，只需8～10毫米加速行程，就可达到额定末速度。又由于活塞与阀的往复运动是在冲击器内工作液流沿同一通道方向不改变地流动过程中进行的，工作流量不变时，不会因频率升高而增大液流内阻，同时射吸阀具有快速准确响应之特点，因此适合高频运转。

良好的耐背压特性，使冲击器在满足自身所需液能后，允许较大液能流经冲击器进入它下部的钻具继续作功。例如冲击回转加喷反钻进或冲击回转加其它需要消耗较多液能的钻具钻进。

图1为启动前阀与活塞均处于工作行程下限，液流通道敞开;

图2为启动后阀先抵达行程上限;

图3为冲锤高速上升闭阀瞬间产生水击和阀下腔降压;

图4为闭阀后阀上腔形成高压区，而下腔形成低压区，冲锤向下冲击砧子;

图5为射吸式冲击器结构图;

图6为未镶喷嘴的上接头纵剖面图;

图7为未镶喷嘴的上接头B-B剖视图;

图8为阀室纵剖面图;

图9为阀室B-B剖视图;

图10为阀纵剖视图;

图11为活塞纵剖面图;

图12为活塞B向视图;

图13为活塞C-C向剖视图;

图14为冲锤纵剖面图。

实施例：

本发明的结构（图5）由四部分组件构成。

1.上接头组件：由上接头1、喷嘴22、阀程调节垫圈3组成;上接头上部母螺纹可与钻杆或其它连通高压液源的管路连接，下部公螺纹与阀室2连接;喷嘴用铜焊固定在上接头下端面中心通水孔位置处;阀程调节垫圈是用来调整阀程（阀从其行程上限至下限的距离）的，它是一只能经常更换的单件，选用不同厚度垫圈可获得不同的阀程。

2.阀室组件：由阀室2和外管9以螺纹连接构成。

3.阀锤组件：由阀4、活塞7、冲锤8和y、x型密封件5、6组成;装配时先将活塞与阀的密封件安好，然后将活塞套入阀中，以阀内孔为缸套;活塞另一头的锥柄与冲锤上部锥孔打紧配合连成一体。

4.砧子组件：由砧子13、砧子套14、砧子垫圈12、砧高调节垫圈16、下接头17、尼龙轴衬10和O型密封圈11、15组成;砧子与砧子套为轴向滑动配合，与下接头螺纹连接，砧子与下接头间垫有砧高调节垫圈，选用合适厚度的垫圈，可获得所需的自由锤程（冲程时阀和冲锤一道抵达阀程下限后，冲锤继续向下至冲击砧子的距离）;砧子与砧子套间有砧子垫圈调节砧子在套内沿轴向串动的间隙，该间隙一般保持在0.5-1毫米;砧子上部尼龙轴衬是导向锤头和隔开锤头往复运动时与砧子的摩擦的;下接头下部螺纹可与钻具或其它工具连接。

组件装配完毕后即可总装，先将阀锤组件从阀室端装入阀室组件，然后将上接头组件、阀室组件和砧子组件以螺纹连接，构成可传递扭矩、轴向压力和在液能驱动下产生冲击、振动能量的冲击器总体。

阀锤组件是冲击器中的核心和运动部分，通过它将液能转化为冲击、振动机械能作用于砧子（图1、2、3、4）。冲击器工作时，活塞7以阀4内孔为缸套，阀4以阀室2内孔为缸套，阀室大小孔变径处台阶为阀程下限，上接头1下端面为阀程上限，上限位置可通过更换不同厚度阀程调节垫圈3来调整;阀4下端面之凹圆锥与冲锤8上端面之凸圆锥构成的阀座19之间，相互沿轴向分开或合拢，构成上下腔23、27之间液流通道开关。

本冲击器所用材料为：喷嘴用硬质合金制造，阀、阀室、活塞、砧子和砧子套均用铬钢，外管可用相应规格的地质钢管，其它金属件用45号钢材，密封件用橡胶，尼龙件用尼龙1010。

本实施例主要技术参数：

本实施例可采用清水或低粘度无腐蚀性的洁净液体作为工作介质，用于金刚石或硬质合金岩心钻探冲击回转钻进。

Claims (2)

1、一种由喷嘴22、阀室2、阀4、活塞7、冲锤8和砧子13等零件组合而成，利用液流喷射时的卷吸作用和阀控液压随动系统对压力和位移的综合反馈，使上下腔23、27形成交变压力差推动活塞往复运动，产生冲击振动能量的冲击器，其特征在于由喷嘴22及将阀室分隔为上下腔的阀4与活塞7和可以快速截止上下腔间液流通道的阀与阀座19所构成的射吸式阀控液压随动系动。

2、根据权利要求1所述的冲击器，其特征在于活塞7以阀4为缸套，阀以阀室2为缸套，构成组合式活塞。

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