CN1025511C - 混合气动冲击凿岩机 - Google Patents

Abstract

流体驱动的冲击凿岩机包括中空的磨损套筒和可滑动地放在耐磨套筒内的活塞。驱动和返回压力表面分别将活塞偏置在驱动和回复位置之间。还包括一高压口。返回室与返回压力面相通。驱动室与驱动压力面相通。压力敏感阀可在开位和并位之间移动。

Description

本发明广义上与凿岩机有关，具体地说与钻入孔中或从孔中钻出的凿岩机有关，在这类凿岩机中高压可以同时加到驱动室和返回室。还有，在活塞的返回冲程中将高压送入驱动室，以及在活塞的驱动冲程中将高压切断的这些动作，都可以调节，使之在活塞的不同位置送入或切断。

过去所设计的凿岩机没有阀，凿岩机中驱动室和返回室内的压力能控制活塞的运动。由活塞的位置控制两个室内的压力，以便交替地供给或释放高压流体。该机中没有机械机构将活塞的位置与各室同供给压力和释放压力的通道之间的连通和断开联系起来，在活塞的驱动和返回冲程中供给压力和释放压力是不同的，然而对每个给定的流体原压力总希望钻孔效率最高。

特别是，希望在活塞返回冲程的大部分冲程内将通入驱动室的高压关闭，以使阻力最小，冲程较长，但在活塞驱动冲程的大部分冲程内希望在驱动室内保持高压，以产生较高的活塞冲击能量。在无阀的凿岩机内不会有这样的设计特点。

在上述有阀的凿岩机内，由阀根据两个室内存在的压力控制高压加到驱动和返回室。两个室的排空由活塞的位置控制。在给定的时刻只有一个室可以与高压源相通。在活塞的返回冲程中，当返回室已经与出口压力相连，但驱动室内的压力尚未高到足以使阀开关 而将高压与返回室之间的通路切断，这样将降低一些效率。

上面的描述说明了现有装置和方法存在的大家熟悉的缺陷。因而，如果能设计出一种别的办法克服上述的一个或几个缺点，很显然将是一种进步。下面将详细地公开一种合适的办法及其特点。

在本发明的一个实施方案中，提供一种流体驱动带有中空耐磨损套筒的冲击凿岩机。活塞可滑动地放在耐磨损套筒内。驱动和返回压力表面机构分别在压边作用下将活塞偏置在驱动和返回位置之间。还包括高压口。返回室与返回压力表面机构相通。驱动室与驱动压力表面机构相通。

压力敏感阀机构在开位和关位之间移动。当阀在开位时高压口与驱动室相连。阀机构包括与驱动室相通的第一阀压力表面，和与高压口相通的第二压力表面。当阀机构在开位时，在高压口和驱动室之间通过有限量的流体。

下面将与附图一起详细描述本发明，上述的和其他的特点将会更加清楚。但应清楚地看到，并不打算将各图作为本发明的限定。而仅仅是起说明的作用。

图中：

图1是说明本发明气动冲击凿岩机一个实施方案的一般外观图;

图2a是说明本发明一个实施方案混合凿岩机左上部分的剖面图，活塞在驱动位置;

图2b是说明本发明一个实施方案;与图2a相同的混合凿岩机右上部分的剖面图，只是活塞在返回位置;

图3a是说明本发明一个实施方案混合凿岩机左下部分的剖面图，活塞在驱动位置。

图3b是说明本发明一个实施方案混合凿岩机右下部分的剖面图， 活塞在返回位置。

现在参看附图，图1，2a，2b，3a，3b说明本发明混合冲击凿岩机的一个实施方案，相同的部件在各图中都用相同的数字表示。

凿岩机通常用10表示。虽然在附图中显示的具体凿岩机是钻入孔中类型的，本发明也同样可以应用到钻出孔外的凿岩机。耐磨损套筒口包含凿岩机10的各个部件。活塞14往复式地冲击凿岩机的钻头16。活塞沿箭头14a所示的驱动方向或沿箭头14b所示的返回方向运动。

通过流体供应管线20，流体从高压口18向凿岩机提供压力，为活塞14提供动力。单向阀21防止当供应管线18压力降低时，流体从凿岩机各供应管线的反向流动。

当活塞14非常接近钻头16时返回室22通过流体通道24与高压口18相通。只要返回室22内有一点压力，就将活塞推向返回方向14b。在活塞上的密封点26通过耐磨损套筒的密封点28之前，高压口18的压力将连续供给返回室。

在钻头16内形成出口压力排放通道30。压力将在返回方向14b上连续加速活塞，直到活塞的返回压力表面32通过出口压力排放通道30的出口34。在这个时刻，在返回室22内的任何压力都将从出口排泄，但活塞的动量使活塞继续在返回方向14b上运动。

由于驱动室36通过排放通道30和38与出口压力相通，所以驱动室36内的压力将与出口压力相同，直到压力分配器40的一端将从驱动室到出口38的通道密封。在这一点，驱动室内的流体将被压缩。压缩使压力增加，逐渐减小活塞返回的速度。

压力敏感阀42控制流体从高压入口44通过阀开口56和通道59到 驱动室36的流动。在图2a的2b中显示的阀42有三个压力表面46，48，50。压力表面46总是承受压力入口44的压力。当阀门关住时压力表面48承受驱动室36的压力。

当阀门打开时，通过控制阀门开口56和流体通道59的尺寸，可以设计压力表面48来控制室36和入口44之间的流体流动。不管阀门42的位置在哪里，压力口52通过放空管54总是与出口压力相通。希望其他类型的压力敏感阀能很容易地应用在本发明中，而不会背离本发明的范围。

当活塞在返回方向14b上移动到这样的位置时，在该位置作用在压力表面48上的力超过作用在压力表面46和50的力之和，压力阀42就将打开，如图2b所示。打开的阀允许高压空气从压力入口44，通过阀开口56和通道59到驱动室36。阀门开口56的尺寸和表面46与50的比例是决定在驱动冲程的哪一点关闭阀门42的关键因素，下面将要详细讲述。

通过阀门开口的送气使驱动室的压力增加，首先使活塞的返回冲程终止，接着活塞在驱动方向14a很快被加速。当活塞的驱动面58一通过压力分配器40的一端，驱动室就立刻通过排到大气的放空口38和30与出口压力相通。

由于驱动室36的尺寸大，通过有限的阀门开口56送入的空气将不能维持驱动室36内的压力。结果，作用在压力表面48的力将下降到小于作用在压力表面46和50的力之和，阀将再一次关闭。

对每一个给定的供应管线20的压力，活塞在驱动冲程中使阀关闭的位置，可由阀开口56和通道59的结构形状和得到的空气通过开口56的流动速率所决定。较厚的阀42产生较小的阀开口，从而引起 在活塞的驱动中阀门关闭较早。对每一个流体供应管线20的压力和具体的开口56和59，压力表面46和50有一个最佳的组合，这组合能产生最大的钻进速率或者最有效地利用高压流体。阀门的快速交替因而达到最佳的效果。

根据最优实施方案已经描述和说明了本发明，应该认识到其中可以做各种改变和修正而不会背离在权利要求中所提出的本发明的精神。

Claims (3)

1、混合气动冲击凿岩机，包括：

一中空耐磨损套筒；置于耐磨损套筒内可滑动的活塞；分别把活塞偏置在返回位置和驱动位置的驱动和返回压力表面机构；限定在凿岩设备内的高压口；限定在凿岩设备内并与返回压力表面机构相通的返回室；限定在凿岩设备内并与驱动压力表面机构相通的驱动室；和在驱动室和返回室交替输出的出口压力作用下用于排出液体的出口通道机构，其特征在于：

液体通道机构与高压口和驱动室连通；

位于液体通道机构中的分配器与高压口和驱动室连通；

分配器上的压力敏感阀机构在开位和闭位之间移动，该阀机构包括：与驱动室相连的第一阀压力表面，与高压口相连的第二阀压力表面，和与通过分配器和出口通道机构的液体通道产生的排出压力相连的第三阀压力表面，在关闭时，该阀把液体通道机构与高压口和驱动压力表面连通，而当打开时，该阀允许一定量的液体在高压口和驱动室之间运动。

2、如权利要求1所述的凿岩机，其特征是第三压力表面机构与第二阀压力表面机构是在阀机构的同一侧。

3、如权利要求2所述的凿岩机，其特征是选择第一、第二和第三压力表面使得阀在活塞靠近其返回冲程的端部时打开，在活塞靠近其驱动冲程的端部时关闭。

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