CN107313715A - 具有补流蓄能功能的射流式液动锤 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有补流蓄能功能的射流式液动锤，器冲锤活塞位于内缸内部并可前后滑动，同时将内缸分为前后两个腔室，利用射流元件实现双稳射流，并切换流体方向交替进入内缸的前后腔室，推动冲锤活塞往复做功。回程过程中，流体通过冲锤活塞中的径向孔进入液动锤前腔，在压力差的作用下，推动活塞回程并压缩蓄能弹簧积蓄能量；冲程过程中，利用水击压力和储存的弹簧力，可提高有效提高冲击速度，并有部分流体经过内缸上的补流孔进入后腔从而达到补流蓄增速的目的。本发明结构简单，不易磨损，使用寿命长，并利用蓄能弹簧和补流孔实现蓄能的功能，可提高液动锤的单次冲击功，从而提高硬岩钻进效率。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种钻探机具，可用于地质岩心钻探、油气钻井、地热钻井等。
背景技术
液动锤技术自诞生以来就受到国内外钻探界的关注，目前已成功地推广应用到固体矿产资源勘探、水文地质钻探、科学钻探等领域。由于液动锤单次冲击功比较小，目前主要用于取心钻探，发挥其振动借卡的效果以获得长岩心，并小幅度提高钻进效率。在全断面钻进和硬岩地层钻进，使用液动锤的钻进效率远低于空气锤钻进，一定程度上也制约了该项技术的发展，因此研发具有补流蓄能功能、高冲击功的液动锤，可提高硬岩地层的钻进效率，对于促进深部矿产勘探、油气资源钻采和地热能开发利用具有积极的意义。
CN201420513172.4公开了一种《阀式高能液动潜孔锤》，其利用阀芯运动台阶面对流体进行控制，配合面多，要求加工精度高，易磨损。由于阀芯没有缓冲机构，容易在频繁刚性碰撞后失效损坏，不利于高能冲击功的持续输出。CN201410756548.9公开了一种《冲程差动式高能液动潜孔冲击器》利用活阀前后腔室的压力差实现差动式冲程，已获得较高的冲击末速度，提高冲击能量，但其内部零件比较多，要求加工精度高。
发明内容
本发明专利目的在于针对现有液动锤单次冲击功比较低的问题，提供一种具有补流蓄能功能的射流式液动锤。
本发明包括上接头、组合碟簧、导流板、射流元件、配流座、蓄能弹簧、限位销、蓄能环、外管、内缸、冲锤活塞、缸盖和铁砧；上接头与外管采用螺纹连接，上接头与导流板之间安装组合碟簧，导流板既是组合碟簧的固定支架，也是射流元件的上压盖；组合碟簧用来吸收射流元件承受的反冲击力，并消除内部零件加工误差；配流座以过渡配合安装在内缸的上方，内缸与外管之间形成环状空间，缸盖安装在内缸的下端，冲锤活塞安装在内缸的内部，冲锤活塞将内缸分隔成前后两个腔室；射流元件的两个输出道分别与配流座的两个输入道相连通，流体能通过配流座上的两个输入道分别进入前后两个腔室，推动冲锤活塞实现冲程和回程两种运动。铁砧与外管采用螺纹连接，铁砧与碟簧和隔套共同作用，实现缸盖的下端定位。导流板具有喷嘴；
蓄能弹簧和蓄能环位于冲锤活塞的上方，蓄能环利用限位销固定在配流座上，在冲锤活塞回程过程中，通过压缩蓄能弹簧吸收和释放回程能量，同时缓冲配流座所受的冲击。在活塞冲程过程中，蓄能机构释放能量，给冲锤活塞施加初始加速度。在内缸的内壁上设置有上下两个环槽，在上环槽中部设置补流孔，在冲程过程中，在压力差作用下会有部分流体进入上腔，达到补流增能的目的。
在冲锤活塞上设有前泄流孔和后泄流孔。流体可以通过前泄流孔E进入前腔，推动活塞回程，随着活塞的上升，前泄流孔会与缸盖上的溢流孔相通，流体继续进入前腔，通过增大回程断面，提高活塞回程速度。
本发明的工作原理：
高压钻井液通过导流板上的喷嘴喷射出后，进入到射流元件内部，在附壁效应作用下，流体将会进入到元件的输出道。回程阶段：假设钻井液附壁在元件的左侧，经配流座中心孔和冲锤活塞中心孔下行，流体通过活塞前端的前泄流孔进入到前腔，推动活塞上行，随着活塞继续上行，活塞中段的后泄流孔与缸盖上的溢流孔相通，部分流体沿着内缸前环槽进入活塞的前腔，两部分流体共同作用，推动活塞实现回程。回程过程中后腔的流体通过补流孔和元件排空道排出。活塞回程过程中将接触到蓄能环，并压缩蓄能弹簧做功，将回程终了的能量转换为蓄能弹簧压缩能。活塞缓冲后突然降速使前腔流体的产生速度差，形成切换水击压力，活塞在切换圧力下继续回程，这部分压力也储存到蓄能弹簧中，直至活塞回程的速度降为零，冲程运动终了。
在切换压力的作用下，射流元件的附壁方向由左侧切换到右侧，流体进入到配流座的旁侧输入道，并直接进入到内缸的后腔，形成巨大的冲击水击压力，同时蓄能弹簧释放其所蓄能量推动活塞冲程。当活塞经过内缸的补流孔时，当活塞运动速度大于后腔流体补充速度时，将有部分流体经补流孔进入活塞顶部并做功，推动活塞高速冲程。活塞运动一定行程后将补流孔堵住，外界的流体不再进入后腔，冲锤活塞在惯性力下自由冲程直至冲击铁砧，完成冲程阶段。射流元件附壁方向再次切换，开始下一次回程和冲程。液动锤的冲程和回程过程中，利用蓄能弹簧蓄能和补流增速原理，可有效地提高冲击功和碎岩效率。
本发明的有益效果：
本发明在活塞后端设置弹簧蓄能机构，吸收和释放冲锤活塞的回程能量，同时缓冲配流座所受的冲击。回程结束后，流体进入内缸后腔，蓄能弹簧和后腔流体共同推动活塞开始冲程。内缸的中部设置有补流孔，冲程过程中，在内外压差作用下，部分流体经过补流孔进入后腔从而达到补流增能的目的。通过弹簧机构和补流机构的共同作用下，提高液动锤的冲击功和碎岩效率，改善其应用效果。
附图说明
图1位本发明的剖视图
其中：1—上接头，2—组合碟簧，3—导流板，4—射流元件，5—配流座，6—蓄能弹簧，7—限位销，8—蓄能环，9—外管，10—内缸，11—冲锤活塞，12—缸盖，13—碟簧，14—隔套，15—铁砧。
A—喷嘴，B—补流孔，C—溢流孔，D—后泄流孔，E—前泄流孔。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明包括上接头1、组合碟簧2、导流板3、射流元件4、配流座5、蓄能弹簧6、限位销7、蓄能环8、外管9、内缸10、冲锤活塞11、缸盖12和铁砧15；上接头1与外管9采用螺纹连接，上接头1与导流板3之间安装组合碟簧2，导流板3既是组合碟簧2的固定支架，也是射流元件4的上压盖；组合碟簧2用来吸收射流元件4承受的反冲击力，并消除内部零件加工误差；配流座5以过渡配合安装在内缸10的上方，内缸10与外管9之间形成环状空间，缸盖12安装在内缸10的下端，冲锤活塞11安装在内缸10的内部，冲锤活塞11将内缸10分隔成前后两个腔室；射流元件4的两个输出道分别与配流座5的两个输入道相连通，流体能通过配流座5上的两个输入道分别进入前后两个腔室，推动冲锤活塞11实现冲程和回程两种运动。铁砧15与外管9采用螺纹连接，铁砧15与碟簧13和隔套14共同作用，实现缸盖12的下端定位。导流板3具有喷嘴A；
蓄能弹簧6和蓄能环8位于冲锤活塞11的上方，蓄能环8利用限位销7固定在配流座5上，在冲锤活塞11回程过程中，通过压缩蓄能弹簧6吸收和释放回程能量，同时缓冲配流座5所受的冲击。在活塞冲程过程中，蓄能机构释放能量，给冲锤活塞11施加初始加速度。在内缸10的内壁上设置有上下两个环槽，在上环槽中部设置补流孔B，在冲程过程中，在压力差作用下会有部分流体进入上腔，达到补流增能的目的。
在冲锤活塞11上设有前泄流孔E和后泄流孔D。流体可以通过前泄流孔E进入前腔，推动活塞回程，随着活塞的上升，前泄流孔E会与缸盖上的溢流孔相通，流体继续进入前腔，通过增大回程断面，提高活塞回程速度。
本实施例的工作原理：
高压钻井液通过导流板3上的喷嘴A喷射出后，进入到射流元件4内部，在附壁效应作用下，流体将会进入到元件的输出道。回程阶段：假设钻井液附壁在元件的左侧，经配流座5中心孔和冲锤活塞10中心孔下行，流体通过活塞前端的前泄流孔E进入到前腔，推动活塞上行，随着活塞继续上行，活塞中段的后泄流孔D与缸盖12上的溢流孔C相通，部分流体沿着内缸前环槽进入活塞的前腔，两部分流体共同作用，推动活塞实现回程。回程过程中后腔的流体通过补流孔B和元件排空道排出。活塞回程过程中将接触到蓄能环8，并压缩蓄能弹簧6做功，将回程终了的能量转换为蓄能弹簧6压缩能。活塞缓冲后突然降速使前腔流体的产生速度差，形成切换水击压力，活塞在切换圧力下继续回程，这部分压力也储存到蓄能弹簧6中，直至活塞回程的速度降为零，冲程运动终了。
在切换压力的作用下，射流元件4的附壁方向由左侧切换到右侧，流体进入到配流座5的旁侧输入道，并直接进入到内缸10的后腔，形成巨大的冲击水击压力，同时蓄能弹簧6释放其所蓄能量推动活塞冲程。当活塞经过内缸10的补流孔B时，当活塞运动速度大于后腔流体补充速度时，将有部分流体经补流孔B进入活塞顶部并做功，推动活塞高速冲程。活塞运动一定行程后将补流孔堵住，外界的流体不再进入后腔，冲锤活塞11在惯性力下自由冲程直至冲击铁砧，完成冲程阶段。射流元件附壁方向再次切换，开始下一次回程和冲程。液动锤的冲程和回程过程中，利用蓄能弹簧6蓄能和补流增速原理，可有效地提高冲击功和碎岩效率。
Claims (1)
1.一种具有补流蓄能功能的射流式液动锤，其特征在于：包括上接头(1)、组合碟簧(2)、导流板(3)、射流元件(4)、配流座(5)、蓄能弹簧(6)、限位销(7)、蓄能环(8)、外管(9)、内缸(10)、冲锤活塞(11)、缸盖(12)和铁砧(15)；上接头(1)与外管(9)采用螺纹连接，上接头(1)与导流板(3)之间安装组合碟簧(2)，导流板(3)既是组合碟簧(2)的固定支架，也是射流元件(4)的上压盖；组合碟簧(2)用来吸收射流元件(4)承受的反冲击力，并消除内部零件加工误差；配流座(5)以过渡配合安装在内缸(10)的上方，内缸(10)与外管(9)之间形成环状空间，缸盖(12)安装在内缸(10)的下端，冲锤活塞(11)安装在内缸(10)的内部，冲锤活塞(11)将内缸(10)分隔成前后两个腔室；射流元件(4)的两个输出道分别与配流座(5)的两个输入道相连通，流体能通过配流座(5)上的两个输入道分别进入前后两个腔室，推动冲锤活塞(11)实现冲程和回程两种运动；铁砧(15)与外管(9)采用螺纹连接，铁砧(15)与碟簧(13)和隔套(14)共同作用，实现缸盖(12)的下端定位；导流板(3)具有喷嘴(A)；
蓄能弹簧(6)和蓄能环(8)位于冲锤活塞(11)的上方，蓄能环(8)利用限位销(7)固定在配流座(5)上，内缸(10)的内壁上设置有上下两个环槽，在上环槽中部设置补流孔(B)，冲锤活塞(11)上设有前泄流孔E和后泄流孔(D)。
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Effective date of registration: 20220630 Address after: 210000 No. 200, Zhongshan North Road, Gulou District, Nanjing City, Jiangsu Province Patentee after: Nanjing Gongda Geotechnical Engineering Co.,Ltd. Address before: 130012 No. 2699 Qianjin Street, Jilin, Changchun Patentee before: Jilin University |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20191105 |