CN108798526A - 扭力冲击器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的扭力冲击器，属于石油钻井、岩土钻孔钻凿领域，由上接头、外管、内管冲击总成及悬挂装置组成，上接头的上端与钻具连接，下端通过螺纹与外管连接；外管内部设置有内管冲击总成；悬挂装置位于内管冲击总成下端内侧，悬挂装置将内管冲击总成固定在外管上，悬挂装置由自上而下设置的弹簧座、弹簧、悬挂销、控制限位套及半圆卡装配在一起构成，所述内管冲击总成主要由配流芯管、虑管、锤击体、摆锤、转阀及节流喷嘴装配构成；本发明提供的扭力冲击器，采用阀控的方式配流，驱动摆锤摆动对PDC钻头输出冲击扭矩，具有适应性强、工作可靠性高等特点，能较大幅度的提高扭力冲击器的冲击扭矩和冲击频率，进而提高钻进效率。
Description
技术领域
本发明涉及扭力冲击器，属于石油钻井、岩土钻孔钻凿领域。
背景技术
扭力冲击器是用于针对解决PDC钻头钻进中出现的粘滑问题的提速工具，目前应用最为成熟、效果最好的扭力冲击器是阀控式的扭力冲击器，但这种阀控式的扭力冲击器也存在着以下诸多的问题。
一、对钻井冲洗液有较高的要求，对冲洗液中的固相含量、颗粒大小都有较高的要求，因而对冲洗液适应性较差，有一定的使用局限性；
二、结构较为复杂，进入冲击器的冲洗液一分为二，一路进入摆锤的工作腔，一路进入阀控系统，所以冲洗液通道多，特别是切换的通道多，卡堵的几率大，影响了扭力冲击器工作的可靠性；
三、由于进入阀控系统的的冲洗液直接流出了扭力冲击器，这样相当于分流了进入扭力冲击器摆锤工作腔中的冲洗液量，这对扭力冲击器输出的冲击扭矩和冲击频率会有较大的影响；
四、目前扭力冲击器缺乏防空打的功能，只能通过停泵的方式，暂停其冲击工作状态，这同时也会对扭力冲击器的工作寿命产生一定的影响；
五、扭力冲击器的出液水通道狭窄，会产生一定的压力损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中存在的问题，本发明提供的扭力冲击器，采用阀控的方式配流，驱动摆锤摆动对PDC钻头输出冲击扭矩，能较大幅度的提高扭力冲击器的冲击扭矩和冲击频率，进而提高钻进效率。
为了解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：扭力冲击器，由上接头、外管、内管冲击总成及悬挂装置组成，上接头位于扭力冲击器的上端，上接头的上端与钻具连接，下端通过螺纹与外管连接；外管内部设置有内管冲击总成；其特征在于：所述外管的内侧中部和下部有各设有一环槽，外管的下端与内管冲击总成的锤击体的下部外侧插接；所述内管冲击总成包括配流芯管、虑管、锤击体、摆锤、转阀及节流喷嘴；
其中，所述锤击体下端内侧有螺纹，锤击体的上部具有孔腔，该孔腔用于安置摆锤，锤击体沿轴向设置有中心通孔，靠近下部其侧壁上开有若干斜孔和若干横向销孔，其中横向销孔用于放置悬挂销；
其中，所述摆锤为中空结构，摆锤的外侧壁沿轴向设置有摆动筋，摆锤的内侧壁上设置有限位控制槽和隔断筋，且限位控制槽和隔断筋均沿摆锤的轴向设置，摆锤两端为第一定位圆柱，在摆锤上开设有第一进出液通道和第一排渣通道，第一进出液通道分布在摆动筋两侧，第一排渣通道位于摆锤下部且靠近第一定位圆柱；
其中，所述转阀设置在摆锤内，转阀的长度大于摆锤的长度，转阀为中空结构，转阀的两端有第二定位圆柱，转阀的外侧壁上沿轴向设置有回馈定位筋，转阀的内侧壁上沿轴向设置有配流筋，在转阀的侧壁上开设有第二进出液通道，转阀下部设置有第二排渣通道，每一个第二排渣通道一部分位于转阀上，另一部分位于第二定位圆柱上；
其中，所述配流芯管设置在转阀内，配流芯管的长度大于转阀的长度，配流芯管的侧壁上部开设有进液配流切换孔，配流芯管的侧壁下部开设有出液配流切换孔，配流芯管的中间设有用于隔离进液配流切换孔和出液配流切换孔的节流喷嘴，在转阀与配流芯管相对运动时，转阀内侧的配流筋与配流芯管上开设的进液配流切换孔及出液配流切换孔存在遮盖关系，转阀的配流筋当处于不同转动角度时，配流筋与配流芯管的进液配流切换孔及出液配流切换孔的遮盖幅度不同；
其中，所述虑管设置在配流芯管内孔上部，虑管上加工有滤孔，虑管与配流芯管通过固定销固定在一起；
其中，所述节流喷嘴的一端靠在配流芯管中部内侧的定位内台阶上，另一端顶在虑管的下端面上。
所述悬挂装置位于内管冲击总成下端内侧，悬挂装置将内管冲击总成固定在外管上，悬挂装置由自上而下设置的弹簧座、弹簧、悬挂销、控制限位套及半圆卡装配在一起构成，悬挂销置于锤击体上开设的横向销孔中，悬挂销外端置入外管下端端部的环槽内，悬挂销的内端设置有控制限位套；所述控制限位套上端设置有弹簧，控制限位套的外壁呈阶梯状，控制限位套上部的外径大于控制限位套下部的外径，控制限位套外壁的下部与锤击体之间设置有半圆卡，且半圆卡通过凹槽卡在锤击体内；所述弹簧的上端置于弹簧座内；所述弹簧座卡在锤击体的内台阶上。
本发明的一个实施例中，所述摆动筋的数量为两条，两条摆动筋呈对称布置；所述限位控制槽的数量为两个限位控制槽呈对称布置。
本发明的另一个实施例中，所述摆动筋数量为一条；所述限位控制槽的数量为一个。
本发明的一个实施例中，所述回馈定位筋的数量为两条，两条回馈定位筋呈对称布置；所述配流筋的数量为四条，四条配流筋等间隔均匀布置。
本发明的另一个实施例中，所述回馈定位筋的数量为一条；所述配流筋的数量为两条，两条配流筋呈对称布置。
进一步，所述摆锤的摆动筋的侧面大于转阀的回馈定位筋的侧面。
所述转阀上的配流筋与配流芯管上的进液配流切换孔及出液配流切换孔的宽度相等。
所述配流芯管的进液配流切换孔及出液配流切换孔宽度与转阀的配流筋宽度差值的绝对值为进液配流切换孔及出液配流切换孔宽度的0.5％～15％。
所述的扭力冲击器，其特征在于：所述内管冲击总成还包括自锁螺母、限制套，防转压套、第一键、压盖及第二键，自锁螺母、限制套，防转压套、第一键、压盖、锤击体及第二键自上而下依次装配在配流芯管外部，自锁螺母与配流芯管通过螺纹连接，限制套、防转压套、压盖、锤击体通过自锁螺母相互之间压靠在一起，防转压套、压盖上分别设置有键槽，第一键卡在防转压套及压盖的键槽内将防转压套及压盖连接在一起，在锤击体与配流芯管的下部连接处设置有配套的键槽，键槽内设置有第二键。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
1、简化了结构，尤其是简化了过滤装置有利于降低制造成本。
2、扭力冲击器的适应性增强，对冲洗液的要求不高，有利于应用各种钻井工况。
3、扭力冲击器切换通道少，并具有自动解卡的能力，提高了扭力冲击器的工作可靠性，减少了井下停振的几率，有利于深孔钻井。
4、进入冲击器的的冲洗液全部用于驱动摆锤，无分流，能较大幅度的提高扭力冲击器的冲击扭矩和冲击频率，进而提高钻进效率。
5、增加的防空打功能，有利于保护扭力冲击器及其钻具，有益于延长扭力冲击器的使用寿命。
6、进出扭力冲击器的通道顺直、通畅，压力损失小。
附图说明
图1为本发明扭力冲击器结构总成剖视图；
图2为图1的A-A线剖面图；
图3为图1的B-B线剖面图；
图4为本发明实施例中对称式扭力冲击器的摆锤轴测图；
图5为本发明实施例中对称式扭力冲击器的横截面图；
图6为本发明实施例中对称式扭力冲击器的配流芯管剖视图；
图7为本发明实施例中对称式扭力冲击器的转阀轴测图；
图8为本发明实施例中非对称式扭力冲击器的摆锤轴测图；
图9为本发明实施例中非对称式扭力冲击器的横截面图；
图10为本发明实施例中非对称式扭力冲击器的配流芯管剖视图；
图11为本发明实施例中非对称式扭力冲击器的转阀轴测图。
图中：1-上接头，2-外管，3-自锁螺母，4-限制套，5-固定销，6-配流芯管，61-连接螺纹，62-固定销孔，63-定位内台阶，64-出液配流切换孔，65-凸台，66-键槽、67-进液配流切换孔，7-虑管，8-防转压套，9-第一键，10-压盖，11-锤击体，12-摆锤，121-限位控制凹槽、122-第一进出液通道、123-第一定位圆柱、124-摆动筋、125-第一排渣通道、126-隔断筋、13-转阀，131-配流筋，132-第二定位圆柱，133-第二进出液通道，134-第二排渣通道，135-回馈定位筋，136-定位外台阶，14-节流喷嘴，15-第二键，16-弹簧座，17-弹簧，18-悬挂销，19-控制限位套，20-半圆卡。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明中使用的“第一”及“第二”并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
本发明提出的扭力冲击器的工作原理如下：在摆锤12的中心设置一转阀13，转阀13的中心设置有配流芯管6，配流芯管6的侧壁上部开设有进液配流切换孔67，侧壁下部开设有出液配流切换孔64，配流芯管6的中间设有节流喷嘴14用于隔离进液配流切换孔67和出液配流切换孔64，并且节流喷嘴14配置在配流芯管6的定位内台阶63上，转阀13上设有配流筋131，配流筋131与配流芯管6上开设的进液配流切换孔67及出液配流切换孔64之间存在遮盖关系，通过设定合适的尺寸，进而形成配流关系。进入扭力冲击器的冲洗液全部通过配流芯管6上的进液配流切换孔67，进入到转阀13和摆锤12的工作腔，除配流芯管6的进液配流切换孔67和出液配流切换孔64是属于切换通道外，其余摆锤12、转阀13上开设的孔道均为常开孔道，均不存在卡堵问题；转阀13的配流筋131当处于不同转动角度时，其与配流芯管6的进液配流切换孔67和出液配流切换孔64的遮盖幅度不同，当配流筋131偏向一侧时，进液配流切换孔67和出液配流切换孔64均处于半遮盖状态，这时进入扭力冲击器的冲洗液通过开启的未遮盖部分进入转阀13的一侧工作腔，再通过转阀13上开设的第二进出液通道133、第二排渣通道134、摆锤12上的第一进出液通道122、第一排渣通道125，进入摆锤12的一侧工作腔，另一侧的工作腔通过摆锤12上的其他第一进出液通道122、第一排渣通道125、转阀13上开设的其他第二进出液通道133、第二排渣通道134，再通过配流芯管6的出液配流切换孔64未遮盖部分排出扭力冲击器，摆锤12在冲洗液压力的作用下沿一回转方向摆动，直至撞击在锤击体11的一侧面上，当配流筋131随着转阀13转动时，配流筋131偏向另外一侧，冲洗液通过进液配流切换孔67进入到摆锤12的另外一侧工作腔，而摆锤12的另一侧工作腔的冲洗液通过出液配流切换孔64流出扭力冲击器，摆锤12在冲洗液压力的作用下沿另一回转方向摆动，直至撞击在锤击体11的另一侧面上，如此循环往复，形成不断的冲击。
实施例1：对称式扭力冲击器
从对称式扭力冲击器的横截面图来看，详见图5，对称式扭力冲击器的转阀13、摆锤12和配流芯管6均为对称结构。
请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6及图7，对称式扭力冲击器由上接头1、外管2，内管冲击总成及悬挂装置组成，上接头1位于扭力冲击器的上端可与钻具连接，其下端通过螺纹与外管2连接；外管2内部设置有内管冲击总成；悬挂装置位于内管冲击总成下端内侧，悬挂装置通过悬挂销18将内管冲击总成固定在外管2上；
所述内管冲击总成包括配流芯管6、虑管7、自锁螺母3、限制套4，固定销5、防转压套8、第一键9、压盖10、锤击体11、摆锤12、转阀13、节流喷嘴14及第二键15；
所述悬挂装置由上至下装配的零件依次为弹簧座16、弹簧17、悬挂销18、控制限位套19及半圆卡20；
所述外管2，其内侧中部和下部各设有一环槽，外管2的下端与内管冲击总成的锤击体11的下部外侧插接；
所述锤击体11下端内侧有螺纹，上部有孔腔，锤击体11沿轴向设置有中心通孔，靠近下部其侧壁上开有若干斜孔和若干横向销孔，横向销孔内放置有悬挂销18；在锤击体11上部的孔腔中设置有摆锤12，摆锤12为中空结构，摆锤12的外侧壁沿轴向设置有摆动筋124，摆锤12的内侧壁上设置有限位控制槽121和隔断筋126，且限位控制槽121和隔断筋126均沿摆锤12的轴向设置，摆锤12两端为第一定位圆柱123，在摆锤12上开设有第一进出液通道122和第一排渣通道125，第一进出液通道122分布在摆动筋124两侧，第一排渣通道125位于摆锤12下部且靠近第一定位圆柱123，其主要作用是保证第一排渣通道125位于相对封闭工作腔腔体的最下端，以便于将积累、沉淀在封闭工作腔腔体底部的固相颗粒，排出工作腔，这样有助于提高扭力冲击器的工作可靠性和工作寿命。对称式扭力冲击器的摆锤12具有两条摆动筋124，两条摆动筋124呈对称布置，摆锤12具有两个限位控制凹槽121，两个限位控制凹槽121呈对称布置。所述转阀13设置在摆锤12内，转阀13的长度大于摆锤12的长度，转阀13为中空结构，转阀13的两端有第二定位圆柱132，转阀13的外侧壁上沿轴向设置有回馈定位筋135，回馈定位筋135的数量为两条，两条回馈定位筋135呈对称布置；转阀13的内侧壁上沿轴向设置有配流筋131，所述配流筋131的数量为四条，四条配流筋131等间隔均匀布置，在转阀13的侧壁上开设有第二进出液通道133，转阀13下部设置有第二排渣通道134，每一个第二排渣通道134一部分位于转阀13上，另一部分位于第二定位圆柱132上，即第二排渣通道134的下边缘越过定位外台阶136，其主要作用是保证第二排渣通道134位于相对封闭工作腔腔体的最下端，以便于将积累、沉淀在封闭工作腔腔体底部的固相颗粒，排出工作腔，这样有助于提高扭力冲击器的工作可靠性和工作寿命。转阀13内孔中设置有配流芯管6，配流芯管6的长度大于转阀13的长度，配流芯管6的侧壁上部开设有进液配流切换孔67，配流芯管6的侧壁下部开设有出液配流切换孔64，中间设有喷嘴14用于隔离进液配流切换孔67和出液配流切换孔64，并配置在配流芯管6的定位内台阶63上，转阀13内侧的配流筋131与配流芯管6上开设的进液配流切换孔67及出液配流切换孔64存在遮盖关系，转阀13的配流筋131与配流芯管6的进液配流切换孔67及出液配流切换孔64的宽度相等，或者是，配流芯管6的进液配流切换孔67及出液配流切换孔64宽度与转阀13的配流筋131宽度差值的绝对值为进液配流切换孔67及出液配流切换孔64宽度的0.5％～15％，形成配流关系；配流芯管6下端向外突出形成凸台65，并在凸台65外圆周上加工一键槽66，靠近上端外侧设有连接螺纹61，在连接螺纹61的下方加工有固定销孔62；配流芯管6外圆周的凸台65与配流芯管6形成的台阶靠在锤击体11内孔下部的一台阶上，在配流芯管6外部从上至下依次装配有自锁螺母3、限制套4、防转压套8、第一键9、压盖10、锤击体11、摆锤12、转阀13、节流喷嘴14及第二键15；自锁螺母3与配流芯管6通过螺纹连接，限制套4、防转压套8、压盖10、锤击体11之间通过自锁螺母3相互之间压靠在一起，防转压套8、压盖10上分别设置有键槽，第一键9卡在键槽内将防转压套8和压盖10连接在一起，在锤击体11与配流芯管6的下部连接处设置有配套的键槽，键槽内设置有第二键15。配流芯管6内孔上部设置有虑管7，虑管7上加工有滤孔，在靠近上部侧壁上开设有固定销孔，虑管7上的固定销孔与配流芯管6上的固定销孔62对齐，虑管7与配流芯管6通过固定销5固定在一起，固定销5为阶梯式固定销，节流喷嘴14的一端靠在配流芯管6中部内侧的定位内台阶63上，另一端顶在虑管7的的下端面上。
所述悬挂销18置于锤击体11上开设的横向销孔中，悬挂销18外端置入外管2下端端部的环槽内，悬挂销18的内端设置有控制限位套19；所述控制限位套19上端设置有弹簧17，控制限位套19外壁呈阶梯状，控制限位套19上部的外径大于控制限位套19下部的外径，控制限位套19外壁的下部与摆动体11之间设置有半圆卡20，且半圆卡20通过凹槽卡在锤击体11内；所述弹簧17的上端置于弹簧座16内；所述弹簧座16卡在锤击体11的内台阶上。
工作过程及原理：
图5示出对称式扭力冲击器的横截面，图5中实线箭头所指冲洗液为高压进液，即高压冲洗液，虚线箭头所指冲洗液为低压排液，即低压冲洗液，高压冲洗液由虑管7的中心通道进入，透过虑管7的滤孔进入到配流芯管6和虑管7间的环状间隙，通过配流芯管6的侧壁上部开设的进液配流切换孔67进入到转阀13内，再由转阀13开设的第二进出液通道133、第二排渣通道134进入到转阀13与摆锤12间形成的腔体中，一部分冲洗液沿摆锤12上开设的第一进出液通道122、第一排渣通道125进入摆锤12的工作腔中，这样具有压力的冲洗液分别作用在摆锤12的摆动筋124和转阀13的回馈定位筋135的侧面，而对应的摆锤12和转阀13的另一侧工作腔中冲洗液，则分别与配流芯管6的出液配流切换孔64相连，如图5所示虚线箭头，摆锤12另一侧的工作腔的冲洗液经由摆锤12上的第一进出液通道122、第一排渣通道125，转阀13的第二进出液通道133、第二排渣通道134，再经由开设在配流芯管6侧壁下部的出液配流切换孔64，沿配流芯管6下部的中心通道，排出扭力冲击器。由于摆锤12和转阀13同时受压力作用，相向转动，由于转阀13质量较轻，快速转动直至回馈定位筋135的另一侧面靠在摆锤12的限位控制凹槽121侧面上，摆锤12的摆动筋124的侧面由于大于转阀13的回馈定位筋135的侧面，这样靠在摆锤12上的转阀13在摆锤12的带动下，随摆锤12一起加速转动；当摆阀13随着摆锤12一起转动时，开设在配流芯管6上的进液配流切换孔67，出液配流切换孔64的遮盖也发生了变化，如图5示，当摆锤12逆时针转动时，进液配流切换孔67，出液配流切换孔64的过流通道越来越小，遮盖越来越大。当摆锤12即将撞击在锤击体11的临界点时，转阀13的配流筋131处于配流芯管6的进液配流切换孔67和出液配流切换孔64的中心位置，这时摆锤12两侧工作腔中冲洗液的压力相等，摆锤12这时的转动，靠其惯性越过中心位置，越过中心位置后，转阀13就完成了压力工作腔的换向控制，原来摆锤12的高压工作腔变成了低压工作腔，原来的低压工作腔变成了高压工作腔，这时摆锤12的运动开始做减速运动，依然靠其惯性直至撞击在锤击体11上。
实施例2：非对称式扭力冲击器
从非对称式扭力冲击器的横截面图来看，详见图9，非对称式扭力冲击器的转阀13、摆锤12和配流芯管6均为非对称结构，而其他零部件结构与对称式扭力冲击器完全相同。
如图1、图8、图9、图10及图11所示，非对称式扭力冲击器由上接头1、外管2、内管冲击总成及悬挂装置组成，上接头1位于扭力冲击器的上端可与钻具连接，其下端通过螺纹与外管2连接，外管2内部设置有内管冲击总成，悬挂装置位于内管冲击总成下端内侧，悬挂装置通过悬挂销18将内管冲击总成固定在外管2上；所述内管冲击总成包括配流芯管6、虑管7、自锁螺母3、限制套4，固定销5、防转压套8、第一键9、压盖10、锤击体11、摆锤12、转阀13、节流喷嘴14及第二键15；
所述悬挂装置由上至下装配的零件依次为弹簧座16、弹簧17、悬挂销18、控制限位套19及半圆卡20；
所述外管2，其内侧中部和下部各设有一环槽，外管2的下端与内管冲击总成的锤击体11的下部外侧插接；
所述锤击体11下端内侧有螺纹，上部有孔腔，锤击体11沿轴向设置有中心通孔，靠近下部其侧壁上开有若干斜孔和若干横向销孔，横向销孔内放置有悬挂销18；在锤击体11上部的孔腔中设置有摆锤12，摆锤12为中空结构，摆锤12的外侧壁沿轴向设置有摆动筋124，摆锤12的内侧壁上设置有限位控制槽121和隔断筋126，且限位控制槽121和隔断筋126均沿摆锤12的轴向设置，摆锤12两端为第一定位圆柱123，在摆锤12上开设有第一进出液通道122和第一排渣通道125，第一进出液通道122分布在摆动筋124两侧，第一排渣通道125位于摆锤12下部且靠近第一定位圆柱123，其主要作用是保证第一排渣通道125位于相对封闭工作腔腔体的最下端，以便于将积累、沉淀在封闭工作腔腔体底部的固相颗粒，排出工作腔，这样有助于提高扭力冲击器的工作可靠性和工作寿命。非对称式扭力冲击器的摆锤12有一条摆动筋124及一个限位控制槽121。在摆锤12内设置有转阀13，转阀13为中空结构，转阀13的两端有第二定位圆柱132，转阀13的外侧有一条回馈定位筋135，内侧有两条配流筋131，在侧壁上开有第二进出液通道133，在转阀13下部设置有第二排渣通道134，每一个第二排渣通道134一部分位于转阀13上，另一部分位于第二定位圆柱132上，即第二排渣通道134的下边缘越过定位外台阶136，其主要作用是保证第二排渣通道134位于相对封闭工作腔腔体的最下端，以便于将积累、沉淀在封闭工作腔腔体底部的固相颗粒，排出工作腔，这样有助于提高扭力冲击器的工作可靠性和工作寿命。转阀13内孔中设置有配流芯管6，配流芯管6的长度大于转阀13的长度，配流芯管6的侧壁上部开设有进液配流切换孔67，配流芯管6的侧壁下部开设有出液配流切换孔64，中间设有喷嘴14用于隔离进液配流切换孔67和出液配流切换孔64，并配置在配流芯管6的定位内台阶63上，转阀13内侧的配流筋131与配流芯管6上开设的进液配流切换孔67及出液配流切换孔64存在遮盖关系，转阀13的配流筋131与配流芯管6的进液配流切换孔67及出液配流切换孔64的宽度相等，或者是，配流芯管6的进液配流切换孔67及出液配流切换孔64宽度与转阀13的配流筋131宽度差值的绝对值为进液配流切换孔67及出液配流切换孔64宽度的0.5％～15％，形成配流关系；配流芯管6下端向外突出形成凸台65，并在凸台65外圆周上加工一键槽66，靠近上端外侧设有连接螺纹61，在连接螺纹61的下方加工有固定销孔62；配流芯管6外圆周的凸台65与配流芯管6形成的台阶靠在锤击体11内孔下部的一台阶上，在配流芯管6外部从上至下依次装配有自锁螺母3、限制套4、防转压套8、第一键9、压盖10、锤击体11、摆锤12、转阀13、节流喷嘴14及第二键15；自锁螺母3与配流芯管6通过螺纹连接，限制套4、防转压套8、压盖10、锤击体11之间通过自锁螺母3相互之间压靠在一起，防转压套8、压盖10上分别设置有键槽，第一键9卡在键槽内将防转压套8和压盖10连接在一起，在锤击体11与配流芯管6的下部连接处设置有配套的键槽，键槽内设置有第二键15。配流芯管6内孔上部设置有虑管7，虑管7上加工有滤孔，在靠近上部侧壁上开设有固定销孔，虑管7上的固定销孔与配流芯管6上的固定销孔62对齐，虑管7与配流芯管6通过固定销5固定在一起，固定销5为阶梯式固定销，节流喷嘴14的一端靠在配流芯管6中部内侧的定位内台阶63上，另一端顶在虑管7的的下端面上。
所述悬挂销18置于锤击体11上开设的横向销孔中，悬挂销18外端置入外管2下端端部的环槽内，悬挂销18的内端设置有控制限位套19；所述控制限位套19上端设置有弹簧17，控制限位套19外壁呈阶梯状，控制限位套19上部的外径大于控制限位套19下部的外径，控制限位套19外壁的下部与摆动体11之间设置有半圆卡20，且半圆卡20通过凹槽卡在锤击体11内；所述弹簧17的上端置于弹簧座16内；所述弹簧座16卡在锤击体11的内台阶上。
工作过程及原理：
图9示出非对称式扭力冲击器的横截面，图9中截面图中，实线箭头所指冲洗液为高压进液，即高压冲洗液，虚线箭头所指冲洗液为低压排液，即低压冲洗液；高压冲洗液由虑管7的中心通道进入，透过虑管7的滤孔进入到配流芯管6和虑管7间的环状间隙，通过配流芯管6的侧壁上部开设的进液配流切换孔67进入到转阀13内，再由转阀13开设的第二进出液通道133、第二排渣通道134进入到转阀13与摆锤12间形成的腔体中，一部分冲洗液沿摆锤12上开设的第一进出液通道122、第一排渣通道125进入摆锤12的工作腔中，这样具有压力的冲洗液分别作用在摆锤12的摆动筋124和转阀13的回馈定位筋135的侧面，而对应的摆锤12和转阀13的另一侧工作腔，则分别与转阀13的出液配流切换孔64相连，摆锤12另一侧的工作腔的冲洗液经由摆锤12上的第一进出液通道122、第一排渣通道125，转阀13的第二进出液通道133、第二排渣通道134，再经由开设在配流芯管6侧壁下部的出液配流切换孔64，沿配流芯管6下部的中心通道，排出扭力冲击器。由于摆锤12和转阀13受压力的作用，相向转动，由于转阀13质量较轻，快速转动直至回馈定位筋135的另一侧面靠在摆锤12的限位控制槽121的侧面上，摆锤12的摆动筋124的侧面由于大于转阀13的回馈定位筋135的侧面，这样靠在摆锤12上的转阀13在摆锤12锤的带动下随摆锤12一起加速转动；当摆阀13随着摆锤12一起转动时，开设在配流芯管6上的进液配流切换孔67和出液配流切换孔64的遮盖也发生了变化，如图9所示，当摆锤12逆时针转动时，进液配流切换孔67，出液配流切换孔64的过流通道越来越小，遮盖越来越大。当摆锤12即将撞击在锤击体11的临界点时，转阀13的配流筋131处于配流芯管6的进液配流切换孔67和出液配流切换孔64的中心位置，这时摆锤12两侧工作腔的冲洗液的压力相等，摆锤12这时的转动，靠其惯性越过中心位置，越过中心位置后，转阀13就完成了压力工作腔的换向控制，原来摆锤12的高压工作腔变成了低压工作腔，原来的低压工作腔变成了高压工作腔，这时摆锤12的运动开始做减速运动，依然靠其惯性直至撞击在锤击体11上。
Claims (9)
1.扭力冲击器，由上接头(1)、外管(2)、内管冲击总成及悬挂装置组成，上接头(1)位于扭力冲击器的上端，上接头(1)的上端与钻具连接，下端通过螺纹与外管(2)连接；外管(2)内部设置有内管冲击总成；其特征在于：所述外管(2)的内侧中部和下部各设有一环槽，外管(2)的下端与内管冲击总成的锤击体(11)的下部外侧插接；所述内管冲击总成包括配流芯管(6)、虑管(7)、锤击体(11)、摆锤(12)、转阀(13)及节流喷嘴(14)；
其中，所述锤击体(11)下端内侧有螺纹，锤击体(11)的上部具有孔腔，该孔腔用于安置摆锤(12)，锤击体(11)沿轴向设置有中心通孔，靠近下部其侧壁上开有若干斜孔和若干横向销孔，其中横向销孔用于放置悬挂销(18)；
其中，所述摆锤(12)为中空结构，摆锤(12)的外侧壁沿轴向设置有摆动筋(124)，摆锤(12)的内侧壁上设置有限位控制槽(121)和隔断筋(126)，且限位控制槽(121)和隔断筋(126)均沿摆锤(12)的轴向设置，摆锤(12)两端为第一定位圆柱(123)，在摆锤(12)上开设有第一进出液通道(122)和第一排渣通道(125)，第一进出液通道(122)分布在摆动筋(124)两侧，第一排渣通道(125)位于摆锤(12)下部且靠近第一定位圆柱(123)；
其中，所述转阀(13)设置在摆锤(12)内，转阀(13)的长度大于摆锤(12)的长度，转阀(13)为中空结构，转阀(13)的两端有第二定位圆柱(132)，转阀(13)的外侧壁上沿轴向设置有回馈定位筋(135)，转阀(13)的内侧壁上沿轴向设置有配流筋(131)，在转阀(13)的侧壁上开设有第二进出液通道(133)，转阀(13)下部设置有第二排渣通道(134)，每一个第二排渣通道(134)一部分位于转阀(13)上，另一部分位于第二定位圆柱(132)上；
其中，所述配流芯管(6)设置在转阀(13)内，配流芯管(6)的长度大于转阀(13)的长度，配流芯管(6)的侧壁上部开设有进液配流切换孔(67)，配流芯管(6)的侧壁下部开设有出液配流切换孔(64)，配流芯管(6)的中间设有用于隔离进液配流切换孔(67)和出液配流切换孔(64)的节流喷嘴(14)，在转阀(13)与配流芯管(6)相对运动时，转阀(13)内侧的配流筋(131)与配流芯管(6)上开设的进液配流切换孔(67)及出液配流切换孔(64)存在遮盖关系，转阀(13)的配流筋(131)当处于不同转动角度时，配流筋(131)与配流芯管(6)的进液配流切换孔(67)及出液配流切换孔(64)的遮盖幅度不同；
其中，所述虑管(7)设置在配流芯管(6)内孔上部，虑管(7)上加工有滤孔，虑管(7)与配流芯管(6)通过固定销(5)固定在一起；
其中，所述节流喷嘴(14)的一端靠在配流芯管(6)中部内侧的定位内台阶(63)上，另一端顶在虑管(7)的下端面上。
所述悬挂装置位于内管冲击总成下端内侧，悬挂装置将内管冲击总成固定在外管(2)上，悬挂装置由自上而下设置的弹簧座(16)、弹簧(17)、悬挂销(18)、控制限位套(19)及半圆卡(20)装配在一起构成，悬挂销(18)置于锤击体(11)上开设的横向销孔中，悬挂销(18)外端置入外管(2)下端端部的环槽内，悬挂销(18)的内端设置有控制限位套(19)；所述控制限位套(19)上端设置有弹簧(17)，控制限位套(19)的外壁呈阶梯状，控制限位套(19)上部的外径大于控制限位套(19)下部的外径，控制限位套(19)外壁的下部与锤击体(11)之间设置有半圆卡(20)，且半圆卡(20)通过凹槽卡在锤击体(11)内；所述弹簧(17)的上端置于弹簧座(16)内；所述弹簧座(16)卡在锤击体(11)的内台阶上。
2.根据权利要求1所述的扭力冲击器，其特征在于：所述摆动筋(124)的数量为两条，两条摆动筋(124)呈对称布置；所述限位控制槽(121)的数量为两个限位控制槽(121)呈对称布置。
3.根据权利要求1所述的扭力冲击器，其特征在于：所述摆动筋(124)数量为一条；所述限位控制槽(121)的数量为一个。
4.根据权利要求2所述的扭力冲击器，其特征在于：所述回馈定位筋(135)的数量为两条，两条回馈定位筋(135)呈对称布置；所述配流筋(131)的数量为四条，四条配流筋(131)等间隔均匀布置。
5.根据权利要求3所述的扭力冲击器，其特征在于：所述回馈定位筋(135)的数量为一条；所述配流筋(131)的数量为两条，两条配流筋(131)呈对称布置。
6.根据权利要求1所述的扭力冲击器，其特征在于：所述摆锤(12)的摆动筋(124)的侧面大于转阀(13)的回馈定位筋(135)的侧面。
7.根据权利要求1所述的扭力冲击器，其特征在于：所述转阀(13)上的配流筋(131)与配流芯管(6)上的进液配流切换孔(67)及出液配流切换孔(64)的宽度相等。
8.根据权利要求1所述的扭力冲击器，其特征在于：所述配流芯管(6)的进液配流切换孔(67)及出液配流切换孔(64)宽度与转阀(13)的配流筋(131)宽度差值的绝对值为进液配流切换孔(67)及出液配流切换孔(64)宽度的0.5％～15％。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的扭力冲击器，其特征在于：所述内管冲击总成还包括自锁螺母(3)、限制套(4)，防转压套(8)、第一键(9)、压盖(10)及第二键(15)，自锁螺母(3)、限制套(4)，防转压套(8)、第一键(9)、压盖(10)、锤击体(11)及第二键(15)自上而下依次装配在配流芯管(6)外部，自锁螺母(3)与配流芯管(6)通过螺纹连接，限制套(4)、防转压套(8)、压盖(10)、锤击体(11)通过自锁螺母(3)相互之间压靠在一起，防转压套(8)、压盖(10)上分别设置有键槽，第一键(9)卡在防转压套(8)及压盖(10)的键槽内将防转压套(8)及压盖(10)连接在一起，在锤击体(11)与配流芯管(6)的下部连接处设置有配套的键槽，键槽内设置有第二键(15)。
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| GR01 | Patent grant | ||
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