CN111877978A - 一种液动冲击器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液动冲击器，它包括有上接头、外缸、外管以及钻头，外缸上端与上接头采用螺纹连接，外缸下端通过螺纹与外管连接，外管上端通过螺纹与花键套连接，钻头的钻头体花键与花键套上的花键槽配合，形成可轴向运动的装配体，并通过半圆卡防止钻头从花键套中脱落；在上接头、外缸、外管组成的管筒内，由上至下依次布设有阀盖、阀座、缸套、內缸、內缸盖、活塞和锤子，阀座内部装有阀套和阀芯，锤子底面触击钻头顶面，上接头的内孔台阶面对阀盖顶面限位，花键套支撑的半圆卡通过限制钻头下移对锤子下落低点限位。本发明的冲击能量大，既能提高冲击频率高和钻进效率，又能简化结构，避免卡堵等使用故障。

Description

一种液动冲击器

技术领域

本发明属于钻探工具，具体涉及一种液动冲击器。

背景技术

随着各类资源的开发向深部推进，提高深部坚硬复杂地层的钻进效率成为降低各类钻孔工程成本的主要技术手段。与传统回转切削碎岩钻进技术相比，针对硬岩地层的冲击回转钻进技术具有钻进效率高、钻头使用寿命长等显著优势。目前采用钻井液作为动力介质已开发出多类型的液动冲击器，但存在冲击功率、频率及能量利用率较低的突出问题，

中国专利文献CN 106401461 A于2017年2月15日公开了一种高频双作用液动冲击装置，包括外管，外管内沿轴向依次设置有换向阀组件和可沿外管轴向往复运动的活塞；换向阀组件与外管内壁之间布置有高压液流通道，换向阀组件内设置有用于容纳冲击活塞前进的液流的第一冲击腔，活塞与外管内壁之间形成用于容纳冲击活塞复位的液流的第二冲击腔，第二冲击腔与高压液流通道连通，换向阀组件和活塞上设置有用于排出冲击液流的排液通道，换向阀组件用于控制所述第一冲击腔与高压液流通道及排液通道的连通和断开。换向阀组件能在高低压间快速切换，优化了冲击频率和冲击功，提高了钻进效率。该专利实现了液动冲击器的高频高能冲击作用，但因其结构复杂、密封配合面多，导致加工困难，且在使用过程中极易发生卡堵，对钻井液中的固相颗粒（掺杂的沙子）敏感等诸多问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种液动冲击器，它的冲击能量大，既能提高冲击频率高和钻进效率，又能简化结构，避免卡堵等使用故障。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有上接头、外缸、外管以及钻头，外缸上端与上接头采用螺纹连接，外缸下端通过螺纹与外管连接，外管上端通过螺纹与花键套连接，钻头的钻头体花键与花键套上的花键槽配合，形成可轴向运动的装配体，并通过半圆卡防止钻头从花键套中脱落；

上接头下部内孔经扩孔后形成台阶面，在上接头、外缸、外管组成的管筒内，由上至下依次布设有阀盖、阀座、缸套、內缸、內缸盖、活塞和锤子，阀座内部装有阀套和阀芯，锤子底面触击钻头顶面；上接头的内孔台阶面对阀盖顶面限位，花键套支撑的半圆卡通过限制钻头下移对锤子下落低点限位。

本发明的技术效果是：

本发明采用的芯阀结构（阀芯是控制下端冲锤活塞上下运动的机构）及与其配合的配流通道使冲锤活塞在缸体内进行往复运动，冲锤活塞只与内缸进行配合，易于实现高精度配合运动，降低活塞运动过程中对固相颗粒的敏感性；本发明仅有活塞与內缸一个配合面，配合面少，高压流体泄漏少，能效高。同时采用空心的阀芯作为配流阀，具有质量轻，运动灵活，可使冲击器获得较高的冲击频率和冲击功。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明上段的结构示意图；

图2为本发明下段的结构示意图；

图1与图2构成一个整体。

图中，1、上接头，2、阀盖，3、阀套，4、阀芯，5、阀座，6、缸套，7、外缸，8、內缸，9、内缸盖，10、活塞，11、锤子，12、外管，13、半圆卡，14、花键套，15、钻头；

a、入口流体通道， b、上腔流体流入控制口， c、第c流体通道，

d、上腔排空通道， e、上腔流体排出控制口， f、阀芯下腔，

g、上腔流体通道， h、下腔流体通道， i、信号流体通道，

j、上腔， k、信号流体通道入口， l、下腔，

m、锤子排空通道， n、钻头排空通道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

为了清楚描述发明内容，本专利申请使用方位词“上”、“下”、“左”、“右”进行区别，所述“上”、“下”、“左”、“右”是依据以上附图的布设方位来确定的，在本发明的实际使用方向发生改变，其方位的称谓随之改变，不能视为对专利保护范围的限制。

如图1和图2所示，本发明包括有上接头1、外缸7、外管12以及钻头15，外缸7上端与上接头1采用螺纹连接，外缸7下端通过螺纹与外管12连接，外管12上端通过螺纹与花键套14连接，钻头15的钻头体花键与花键套14上的花键槽配合，形成可轴向运动的装配体，并通过半圆卡13防止钻头从花键套14中脱落；

上接头1下部内孔经扩孔后形成台阶面，在上接头1、外缸7、外管12组成的管筒内，由上至下依次布设有阀盖2、阀座5、缸套6、內缸8、內缸盖9、活塞10和锤子11，阀座5内部装有阀套3和阀芯4，锤子11底面触击钻头15顶面；上接头1的内孔台阶面对阀盖2顶面限位，花键套14支撑的半圆卡13通过限制钻头15下移对锤子11下落低点限位。

上接头1下部管口插入阀盖2，阀盖2中心凸台塞进阀座5顶面芯孔，阀座5与外缸7内壁上部密封装配，阀套3置于阀座5上部圆柱孔内，阀芯4可上下滑动地置于阀座5和阀套3形成的中心孔内，缸套6套在阀座5下部缩径外圆柱面，且与外缸7内壁之间留有间隙；內缸8与阀座5底端小圆柱面套接并插入缸套6缸筒中，缸套6与內缸8之间有间隙，內缸盖9上端缩径外圆柱面与內缸8下端内孔密封配合，內缸盖9下端外圆柱面与外管12上端内圆柱面配合并被外管12的台阶面限位，活塞10滑动置于內缸8内，活塞10上段为与內缸8内壁配合的活塞头、下段为伸出內缸盖9的活塞杆，活塞10能自由往复运动；锤子11通过圆锥面与活塞杆紧密连接。

上接头1中心孔、阀盖2上的侧孔和阀座5上端面上的轴向孔形成入口流体通道a，阀芯上部的径向孔形成上腔流体流入控制口b，阀套3和阀座5上部的径向孔形成第c流体通道c，阀座5中部的径向孔和由阀座5、缸套6、內缸8、內缸盖9与外缸7形成环状间隙组成上腔排空通道d，阀芯下部的径向孔形成上腔流体排出控制口e，阀芯4下端与阀座5形成的环状空间组成阀芯下腔f，阀芯4和阀座5组成的中心圆孔形成上腔流体通道g，阀座5中部外侧的轴向孔、由缸套6与阀座5下段和內缸8外周之间的间隙和內缸8中部径向孔形成下腔流体通道h，阀座5下部外侧的轴向孔、內缸8缸体壁上段的轴向孔和內缸8上端与阀座5接触壁上的径向通孔形成信号流体通道i，连通信号流体通道i的下端、位于內缸8缸体壁上中部的一个径向孔形成信号流体通道入口k，活塞10上端面、阀座5下端面与內缸8形成的腔体为上腔j，活塞10的活塞杆与內缸8和內缸盖9形成的环状空间组成下腔l，外管12与活塞10的活塞杆和锤子11的外圆柱之间形成的环状空间、锤子11底部的斜孔及中心孔形成锤子排空通道m，钻头15中心孔及底部斜孔形成钻头排空通道n。

本发明的工作原理：

高压流体通过入口流体通道a、下腔流体通道h，始终与下腔l保持连通，高压流体通过入口流体通道a、第c流体通道、上腔流体流入控制口b、上腔流体通道g进入到上腔j，由于活塞10在上腔j和下腔l的受力端面面积差，活塞10快速向下运动直至冲击钻头（达到下死点），同时信号流体通道入口k打开，如图1所示位置，高压流体通过信号流体入口k、信号流体通道i进入到阀芯下腔f，由于阀芯4在阀芯下腔f顶部的凸缘面面积大于阀芯在第c流体通道位置的凹面面积，阀芯4向上运动，使上腔流体流入控制口b与第c流体通道错位而关闭，同时将上腔流体排出控制口e与上腔排空通道d连通，活塞10在下腔l的高压流体作用下向上做回程运动至上死点，并将上腔j内流体通过上腔流体排出控制口e、上腔排空通道d、锤子排空通道、钻头排空通道排至孔底。

活塞10向上运动过程中将信号流体通道入口k关闭，阀芯下腔f处于低压状态（因上腔j在上腔流体排出控制口e接通上腔排空通道d时已泄压，与上腔j连通的阀芯下腔f为低压），阀芯4在位于第c流体通道的凹面上高压流体作用下向下运动，将上腔流体排出控制口e与上腔排空通道d切断，并连通上腔流体流入控制口b与第c流体通道，高压流体通过入口流体通道a、第c流体通道、上腔流体流入控制口b、上腔流体通道g进入到上腔j，由于活塞10在上腔j和下腔l的受力端面面积差，活塞10快速向下运动直至冲击钻头（达到下死点），如此往复形成高频冲击作用。

Claims (4)

1.一种液动冲击器，包括有上接头（1）、外缸（7）、外管（12）以及钻头（15），外缸（7）上端与上接头（1）采用螺纹连接，外缸（7）下端通过螺纹与外管（12）连接，外管（12）上端通过螺纹与花键套（14）连接，钻头（15）的钻头体花键与花键套（14）上的花键槽配合，形成可轴向运动的装配体，并通过半圆卡（13）防止钻头从花键套（14）中脱落；其特征是：

上接头（1）下部内孔经扩孔后形成台阶面，在上接头（1）、外缸（7）、外管（12）组成的管筒内，由上至下依次布设有阀盖（2）、阀座（5）、缸套（6）、內缸（8）、內缸盖（9）、活塞（10）和锤子（11），阀座（5）内部装有阀套（3）和阀芯（4），锤子（11）底面触击钻头（15）顶面；上接头（1）的内孔台阶面对阀盖（2）顶面限位，花键套（14）支撑的半圆卡（13）通过限制钻头（15）下移对锤子（11）下落低点限位。

2.根据权利要求1所述的液动冲击器，其特征是：上接头（1）下部管口插入阀盖（2），阀盖（2）中心凸台塞进阀座（5）顶面芯孔，阀座（5）与外缸（7）内壁上部密封装配，阀套（3）置于阀座（5）上部圆柱孔内，阀芯（4）可上下滑动地置于阀座（5）和阀套（3）形成的中心孔内，缸套（6）套在阀座（5）下部缩径外圆柱面，且与外缸（7）内壁之间留有间隙；內缸（8）与阀座（5）底端小圆柱面套接并插入缸套（6）缸筒中，缸套（6）与內缸（8）之间有间隙，內缸盖（9）上端缩径外圆柱面与內缸（8）下端内孔密封配合，內缸盖（9）下端外圆柱面与外管（12）上端内圆柱面配合并被外管（12）的台阶面限位，活塞（10）滑动置于內缸（8）内，活塞（10）上段为与內缸（8）内壁配合的活塞头、下段为伸出內缸盖（9）的活塞杆，锤子（11）通过圆锥面与活塞杆紧密连接。

3.根据权利要求2所述的液动冲击器，其特征是：上接头（1）中心孔、阀盖（2）上的侧孔和阀座（5）上端面上的轴向孔形成入口流体通道a，阀芯（4）上部的径向孔形成上腔流体流入控制口b，阀套（3）和阀座（5）上部的径向孔形成第c流体通道，阀座（5）中部的径向孔和由阀座（5）、缸套（6）、內缸（8）、內缸盖（9）与外缸（7）形成环状间隙组成上腔排空通道d，阀芯下部的径向孔形成上腔流体排出控制口e，阀芯（4）下端与阀座（5）形成的环状空间组成阀芯下腔f，阀芯（4）和阀座（5）组成的中心圆孔形成上腔流体通道g，阀座（5）中部外侧的轴向孔、由缸套（6）与阀座（5）下段和內缸（8）外周之间的间隙和內缸（8）中部径向孔形成下腔流体通道h，阀座（5）下部外侧的轴向孔、內缸（8）缸体壁上段的轴向孔和內缸（8）上端与阀座（5）接触壁上的径向通孔形成信号流体通道i，连通信号流体通道i的下端、位于內缸（8）缸体壁上中部的一个径向孔形成信号流体通道入口k，活塞（10）上端面、阀座（5）下端面与內缸（8）形成的腔体为上腔j，活塞（10）的活塞杆与內缸8和內缸盖9形成的环状空间组成下腔l，外管（12）与活塞（10）的活塞杆和锤子（11）的外圆柱之间形成的环状空间、锤子（11）底部的斜孔及中心孔形成锤子排空通道m，钻头（15）中心孔及底部斜孔形成钻头排空通道n。

4.根据权利要求3所述的液动冲击器，其特征是：阀芯（4）在阀芯下腔f顶部的凸缘面面积大于阀芯在第c流体通道位置的凹面面积。

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