CN101158265B - 射流式冲击器执行机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种钻凿岩机械，尤其是射流式冲击器执行机构。该机构主要是由射流元件的输出道与心管上部设有的偏心流道相通，一个偏心流道与上腔相通，另一个偏心流道经心管中心孔与活塞中心孔连通，心管下部与活塞中心孔同轴动配合，活塞将缸体分为上腔和下腔，上腔和下腔在防空打时通过活塞中心孔连通，活塞中心孔底与活塞下端面之间设有等角度周向分布斜孔，行程调节套的下段静配合插入内缸上段，行程调节套插入内缸部分的长度是可选的，依据冲击功和冲击频率要求选择下段长度不同的行程调节套。本发明改变了现有射流式冲击器缸体上下腔液流通道的结构形式，克服了射流式冲击器主要部件之间密封容易失效的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻凿岩机械，尤其是射流式冲击器执行机构。
背景技术
采用双稳射流元件作为控制机构的射流式液动冲击器是我国独创的一种新型液动冲击器。这种液动冲击器的工作原理为：由地表水泵(或者泥浆泵)向孔底冲击器输送高压冲洗介质，高压冲洗介质输入射流元件后产生射流附壁与切换作用，使冲击器形成高频冲击，冲击功传到孔底钻头达到破碎岩石的目的。
射流式液动冲击器一般由射流元件、缸体、设置于缸体内腔的活塞、活塞杆和由活塞将缸体内腔分成的上腔体、下腔体以及冲锤等组成。射流式液动冲击器内部主要部件间的密封形式有多种。在CN2385068Y中公开了一种深井钻孔液动射流式冲击器，其内部主要部件采用橡胶密封圈密封，即在内缸和外缸之间设置橡胶密封圈，使内缸外侧壁的条形豁口与外缸内壁之间形成密封通道，从而达到使来自射流元件的高压流体进入缸体下腔的目的。这种密封形式在地质岩心钻探和工程施工领域基本能够满足使用要求。但是，在石油钻井和地热井钻进过程中，随着钻进深度的增加孔内温度不断升高，与外缸内壁直接接触的橡胶密封圈容易在高温条件下老化而导致密封失效。高压流体进入下腔通道的密封条件一旦破坏将影响射流元件的正常工作，且如果高压射流不能正常切换，还可能导致射流元件因单侧连续冲蚀而损坏。同时，这种密封形式在主要部件安装过程中存在橡胶密封圈被“切坏”的隐患，在使用过程中橡胶密封圈易遭到钻井液的冲蚀。在CN2550477Y中公开的一种射流式冲击器的主要部件之间的密封进行了改进，将使用橡胶密封圈密封而形成的封闭通道改为一体化通道，即用一与柱形缸体外表面相吻合的圆弧状长条金属片将缸体上的侧腔通道焊接密封。这种密封方式在使用过程中存在焊接部位开裂导致密封失效的潜在风险。除此之外，射流式冲击器主要部件之间的密封还有其他方式，但是由于受已有射流式冲击器缸体自身结构形式和使用条件的限制，射流式冲击器主要部件之间的密封问题并未得到彻底解决。目前的射流式液动冲击器缸体下腔的液流通道是由缸体外壁上条形豁口与外缸内壁装配形成的，其密封方式有多种，但是受冲击器缸体自身结构形式限制和使用条件的影响，每种密封方式都存在不足而使射流式液动冲击器主要部件之间密封容易失效，进而影响冲击器的正常的工作。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种射流式冲击器执行机构。
本发明的目的是通过以下方式实现的：
射流元件3的两个输出道与心管5上部设有的两个偏心流道4相通，其中一个偏心流道4与上腔8相通，另一个偏心流道4经心管中心孔6与活塞中心孔9连通，心管5下部与活塞中心孔9同轴动配合，活塞11将缸体14分为上腔8和下腔15，活塞上端面下行到心管下端面以下时，上腔8和下腔15通过活塞中心孔9连通，活塞中心孔9底与活塞下端面13之间设有5个以上等角度周向分布斜孔12，行程调节套7的下段插入内缸上段，静配合连接。
本发明的目的还可以通过以下方式实现：
缸体14外壁沿圆周方向均匀设有6个以上轴向缸体外侧筋19，缸体外侧筋之间为缸体外侧凹槽18，并与外缸10内壁一起构成了液流流向孔底的通道，并与射流元件3的两个排空道连通；行程调节套7插入内缸部分的长度是可选的，依据冲击功和冲击频率要求选择下段长度不同的程调节套7；行程调节套7插入内缸部分的长度为15-120mm，对应形成调节范围为10-100mm。
积极效果：本发明改变了现有射流式冲击器缸体上下腔液流通道的结构形式，克服了射流式冲击器主要部件之间密封容易失效的问题，设计一组等直径长度不同的行程调节套，根据具体钻进条件将不同长度的行程调节套安装在新馆于缸体之间实现对冲击行程的调节。
附图说明
附图为射流式冲击器执行机构剖面图
1上接头，2调整垫，3射流元件，4心管偏心流道，5心管，6心管中心孔，7行程调节套，8上腔，9活塞中心孔，10外缸，11活塞，12斜孔，13活塞下端面，14缸体，15下腔，16缸盖，17中接头，18缸体外侧凹槽，19缸体外侧筋。
具体实施方式
下面结合附图和实施例作进一步详细说明：
射流元件3的两个输出道与心管5上部设有的两个偏心流道4相通，其中一个偏心流道4与上腔8相通，另一个偏心流道4经心管中心孔6与活塞中心孔9连通，心管5下部与活塞中心孔9同轴动配合，活塞11将缸体14分为上腔8和下腔15，活塞上端面下行到心管下端面以下时，上腔8和下腔15通过活塞中心孔9连通，活塞中心孔9底与活塞下端面13之间设有5个以上等角度周向分布斜孔12，行程调节套7的下段插入内缸上段，静配合连接。缸体14外壁沿圆周方向均匀设有6个以上轴向缸体外侧筋19，缸体外侧筋之间为缸体外侧凹槽18，并与外缸10内壁一起构成了液流流向孔底的通道，并与射流元件3的两个排空道连通；行程调节套7插入内缸部分的长度是可选的，依据冲击功和冲击频率要求选择下段长度不同的程调节套7；行程调节套7插入内缸部分的长度为15-120mm，对应形成调节范围为10-100mm。
行程调节套7上部圆孔与心管5静配合，下部外圆柱表面与缸体14中心圆孔上部静配合。不同长度的行程调节套，处于缸体上端面与心管之间的这一段长度相同，下部插入缸体的那部分长度不同，根据钻进对冲击功和冲击频率的要求，更换不同长度的行程调节套可以调节行程大小。活塞上部中心孔与心管下部外表面动配合，活塞上部外表面直径比缸体内孔公称直径小，不与缸体内孔表面接触，活塞中部直径最大而加工有螺旋槽的那段圆柱面与缸体的中心圆孔动配合，活塞下部直径最小段与缸盖16动配合。缸体外表面6-8条筋与外缸内孔静配合，至于用几条筋，依据冲击器的大小而定，缸盖上部与缸体内表面静配合，下部与外缸静配合。
心管5与活塞11之间、活塞11与缸体14之间、活塞11与缸盖16之间均采用金属螺旋槽密封，简化密封结构，提高耐高温能力。
缸盖16上端面到活塞下端面13的距离大于活塞11上端面到心管5下端面的距离，当将冲击器提离孔底，活塞11下落使其上端面低于心管5下端面，缸体上腔和下腔15通过活塞11中心孔和斜孔而连通，缸体上腔8和下腔15液体压力相同，缸体14内的液体无法使活塞11往上运动，活塞因此不能向下冲击，实现防空打功能。
缸体外侧凹槽18是射流元件排空道排出的流体向孔底流动的通道，单纯从减少流动阻力角度考虑，凹槽的横截面积和数量应尽可能大，但凹槽的横截面积和数量过大则缸体外侧每条筋19的横截面积过小，将影响缸体的强度和刚度。因此，缸体外侧凹槽18的横截面积和数量应综合考虑流动阻力和缸体的强度、刚度因素。以直径为89mm的冲击器为例，缸体外侧凹槽18数量为8，每个凹槽过流断面积约为40平方毫米，试验证明缸体的强度和刚度足够，压力损失小。
直径为Ф89mm冲击器，在输入流量为180L/min条件下，行程调节套7插入内缸部分的长度为15mm时，行程为100mm，冲击功和冲击频率分别为55J和7Hz；行程调节套7插入内缸部分的长度为45mm时，行程为60mm，冲击功和冲击频率分别为37.5J和10Hz；而当行程调节套7插入内缸部分的长度为120mm时，行程为10mm，冲击功和冲击频率分别为18J和40Hz。
直径为Ф178mm冲击器，在输入流量为800L/min条件下，行程调节套7插入内缸部分的长度为15mm时，行程为100mm，冲击功和冲击频率分别为158J和8Hz；行程调节套7插入内缸部分的长度为45mm时，行程为60mm，冲击功和冲击频率分别为97J和13Hz；而当行程调节套7插入内缸部分的长度为120mm时，行程为10mm，冲击功和冲击频率分别为54J和47Hz。
直径为Ф203mm冲击器，在输入流量为1000L/min条件下，行程调节套7插入内缸部分的长度为15mm时，行程为100mm，冲击功和冲击频率分别为177J和7Hz；行程调节套7插入内缸部分的长度为45mm时，行程为60mm，冲击功和冲击频率分别为151J和11Hz；而当行程调节套7插入内缸部分的长度为120mm时，行程为10mm，冲击功和冲击频率分别为64J和36Hz。
Claims (2)
1.一种射流式液动冲击器的执行机构，包括外缸、活塞、射流元件，其特征在于射流元件(3)的两个输出道与心管(5)上部设有的两个偏心流道(4)相通，其中一个偏心流道(4)与上腔(8)相通，另一个偏心流道(4)经心管中心孔(6)与活塞中心孔(9)连通，心管(5)下部与活塞中心孔(9)同轴动配合，活塞(11)将缸体(14)分为上腔(8)和下腔(15)，活塞上端面下行到心管下端面以下时，上腔(8)和下腔(15)通过活塞中心孔(9)连通，活塞中心孔(9)底与活塞下端面(13)之间设有5个以上等角度周向分布斜孔(12)，行程调节套(7)的下段插入内缸上段，静配合连接。
2.按照权利要求1所述的射流式液动冲击器的执行机构，其特征在于行程调节套(7)插入内缸部分的长度是可选的，依据冲击功和冲击频率要求选择下段长度不同的行程调节套(7)。
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