CN111927307B - 一种冲击器配气装置以及配套的冲击器 - Google Patents
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Abstract
一种冲击器配气装置以及配套的冲击器,包括配气杆,所述配气杆上设有配气杆芯将冲击器进气通道冲击器后部气室通道连通,所述配气杆芯设有不同横截面的进气通道和可旋转调节位,所述配气杆上有不同通流面积、角度和不同位置的气孔。所述配气杆与配气杆芯之间设有旋转卡位圆键。可根据不同施工孔深、岩石硬度状况,旋转配气杆芯与配气杆的相对位置,连通不同的进气通道,达到改变耗气量大小,改变活塞行程从而改变活塞冲击功与冲击器频率的目的。本装置结构简单、可随孔深、岩石硬度等外部环境变化对冲击器进行调整,改变冲击器的性能参数,以满足不同孔深,不同使用环境的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种冲击器配气装置以及配套的冲击器。
背景技术
潜孔钻具系统进行钻孔作业是目前露天钻孔爆破、水井、地热和深井钻孔行业普遍运用的高效优质成孔作业技术,但潜孔钻具系统所采用的常规钻具往往要面临孔深、覆盖层厚度、岩石硬度各不相同的作业环境,而不同的作业环境所需的性能参数各不相同,因而在使用一种冲击器应对时,当孔不深或岩石不硬时气量、冲击功浪费较大;当孔深、岩石较硬时气量又显不足、冲击功不够。目前实施的措施是,储备不同耗风量、不同冲击功的冲击器来应对此情况来应对,此方案虽鲜能达到工法要求,但所需储备冲击器的成本过高,特别是面对不同的工地,且相距较远时更显著。
发明内容
本发明针对现有技术的不足而提供了一种结构简单、可随孔深、岩石硬度等外部环境的变化来改变排气量,改变冲击频率,改变冲击功的大小,来适应不同的使用环境的冲击器配气装置以及配套的冲击器。
本发明采用如下实施方案实现:
一种冲击器配气装置,包括安装在冲击器内的配气杆1,所述配气杆1内安装有配气杆芯13,所述配气杆芯13的中部沿轴向布设有进气通道,所述配气杆芯13外壁设有多组沿轴向布设的配气气槽组,每组配气气槽组包括至少两条的配气气槽12,所述配气气槽12与配气杆1内壁之间形成配气气道,不同组的配气气道的通流面积不相同,所述配气气槽12与所述进气通道连通,所述配气杆1上设有用于分别与前气室和后气室连通的配气气孔11,所述配气杆芯13可绕中心轴在配气杆1的空腔内旋转,使得进气通道通过一组配气气槽组与配气气孔11连通。
采用上述结构,通过旋转配气杆芯,可以调整配气气道与配气气孔的连通组合,达到改变耗气量大小,改变活塞行程,改变活塞冲击功与冲击器频率的目的,安装时,将配气杆插装在活塞中心气孔内,使得同组配气气槽组中的一条配气气道通过一个配气气孔与活塞上用于与前气室连接的活塞气道对应连通,另一条配气气道通过另一个配气气孔与活塞上用于与后气室连接的活塞气道对应连通,工作状态时,对应的配气气孔交替与活塞前气室和后气室的活塞气道连通,从而使得前气室和后气室交替与进气通道连通,实现活塞的运动。
本实施方式中,每组配气气槽组包括两条配气气槽12,所述配气气槽12以配气杆芯13中心轴为中心对称布设。
本实施方式中,所述配气杆1中部设有与配气杆芯13大小相匹配的空腔,所述配气杆芯13同轴密封安装在配气杆1的空腔内。
本实施方式中,所述配气杆1上设有多组配气气孔11,一组配气气孔11与一组配气气槽组相匹配,不同组的配气气孔11在配气杆1上的轴向位置不同,不同组的配气气孔的直径与对应配气气道的大小相匹配。
本实施方式中,所述配气杆芯13和配气杆1之间设有定位配气杆芯13沿中心轴旋转位置的定位装置,所述定位装置包括设置在配气杆内壁上的、沿周向布设的多个键槽以及安装在配气杆芯上的、与键槽大小、位置相匹配的定位弹簧销,每个键槽布设的位置与每组配气气孔的位置对应,通过定位装置将配气杆芯在配气杆内的旋转定位形成多个档位,每个档位对应一组配气气道与一组配气气孔的连通。
本实施方式中,所述定位弹簧销包括圆键和安装在圆键上的弹性垫或弹簧,所述圆键通过弹性垫或弹簧固定在配气杆芯上。
本实施方式中,所述配气杆芯的尾端设有方便扳手旋转的扳手端。
一种冲击器,包括上述的冲击器配气装置。
本实施方式中,所述冲击器配气装置安装在冲击器的逆止阀座与活塞之间,所述冲击器配气装置的外部设有卡装件,所述冲击器外缸内设有与卡装件配套的多个卡槽,所述冲击器配气装置通过卡装件周向限位在冲击器外缸内,并且通过安装在冲击器外缸上的冲击器接头轴向定位在外缸内。使用时,根据实际环境,选择配气气孔的大小和轴向位置,冲击器配气装置通过卡装件卡装在卡槽内,限定冲击器配气装置周向的位置,并且使得选择的配气气孔分别与活塞上用于与前气室和后气室连接的活塞气道对应,然后旋转配气杆芯,选择对应的配气气道与配气气孔连通,最后再安装冲击器接头,如果更换使用环境,只需要调整配气杆以及配气杆芯的位置,连通不同通流面积的配气气道,从而就可以达到改变耗气量大小,改变活塞行程从而改变活塞冲击功与冲击器频率的目的。
本实施方式中,所述逆止阀座气道通过配气杆芯进气通道与配气气道连通,所述配气杆插装在活塞进气通道内。
由于采用上述结构,配气杆芯可在配气杆内旋转,可以调整配气气道与配气气孔的连通组合,可根据不同施工孔深、岩石硬度状况,旋转配气杆芯与配气杆的相对位置,连通不同的进气通道,达到改变耗气量大小,改变活塞行程从而改变活塞冲击功与冲击器频率的目的,在进行凿岩钻进时,根据深度、岩石硬度、冲击器速度要求,从而改变钻具系统的排气量大小、冲击器频率、冲击功,达到适应使用环境的效果。
综上所述,本装置结构简单、可随孔深、岩石硬度等外部环境变化对冲击器进行调整,改变冲击器的性能参数,以满足不同孔深,不同使用环境的需要。
附图说明
图1为本发明冲击器的结构示意图。
图2为本发明配气杆的结构示意图。
图3为本发明中的去掉配气杆芯的配气杆立体图。
图4为本发明配气杆芯的立体图。
附图中,1、配气杆,11、配气气孔,12、配气气槽,13、配气杆芯,14、弹性垫或弹簧,15、圆键,16、扳手端,17、键槽,2、逆止阀座气道,3、逆止阀座,4、活塞气道,5、活塞。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
实施例1:
如图2、3、4所示,一种冲击器配气装置,包括安装在冲击器内的配气杆1,所述配气杆1中部设有与配气杆芯13大小相匹配的空腔,所述配气杆芯13同轴密封安装在配气杆1的空腔内,所述配气杆芯13的中部沿轴向布设有进气通道,所述配气杆芯13外壁设有多组沿轴向布设的配气气槽组,每组配气气槽组包括两条的配气气槽12,所述配气气槽12以配气杆芯13中心轴为中心对称布设,所述配气气槽12与配气杆1内壁之间形成配气气道,不同组的配气气道的通流面积不相同,所述配气气槽12与所述进气通道连通,所述配气杆1上设有用于分别与前气室和后气室连通的配气气孔11,所述配气气孔11设有多组,一组配气气孔11与一组配气气槽组相匹配,不同组的配气气孔11在配气杆1上的轴向位置不同,不同组的配气气孔的直径与对应配气气道的大小相匹配,
所述配气杆芯13可绕中心轴在配气杆1的空腔内旋转,使得进气通道通过一组配气气槽组与一组配气气孔11连通。
使用时,将配气杆插装在活塞中心气孔内,使得同组配气气槽组中的一条配气气道通过一个配气气孔与活塞上用于与前气室连接的活塞气道对应连通,另一条配气气道通过另一个配气气孔与活塞上用于与后气室连接的活塞气道对应连通,工作状态时,对应的配气气孔交替与活塞前气室和后气室的活塞气道连通,从而使得前气室和后气室交替与进气通道连通,实现活塞的运动。
所述配气杆芯13和配气杆1之间设有定位配气杆芯13沿中心轴旋转位置的定位装置,所述定位装置包括设置在配气杆1内壁上的、沿周向布设的多个键槽以及安装在配气杆芯13上的、与键槽大小、位置相匹配的定位弹簧销,每个键槽布设的位置与每组配气气孔11的位置对应,通过定位装置将配气杆芯13在配气杆1内的旋转定位形成多个档位,每个档位对应一组配气气道与一组配气气孔11的连通,所述定位弹簧销包括圆键15和安装在圆键15上的弹性垫或弹簧14,所述圆键15通过弹性垫或弹簧14固定在配气杆芯13上。
采用上述结构,通过旋转配气杆芯,可以调整配气气道与配气气孔的连通组合,达到改变耗气量大小,改变活塞行程,改变活塞冲击功与冲击器频率的目的,安装时,将配气杆插装在活塞中心气孔内,
实施例2:作为本装置冲击器配气装置的一种应用:
如图1所示,包括一种冲击器,所述冲击器包括实施例1中的冲击器配气装置,所述冲击器配气装置安装在冲击器的逆止阀座3与活塞5之间,所述冲击器配气装置的外部设有卡装件,所述冲击器外缸内设有与卡装件配套的多个卡槽,所述冲击器配气装置通过卡装件周向限位在冲击器外缸内,并且通过安装在冲击器外缸上的冲击器接头轴向定位在外缸内,逆止阀座气道2通过配气杆芯13进气通道与配气气道连通,所述配气杆1插装在活塞5进气通道内。
具体冲击器使用配置过程如下:
首先,根据使用现场的地质环境,比如覆盖层厚度,不同施工孔深、岩石硬度状况,选择具体的配气气孔和配气气道,旋转配气杆芯与配气杆的相对位置,将配气气孔和配气气道对应连通,然后将冲击器配气装置插装在冲击器外缸内,使得配气杆插入活塞中心孔内,并且使得选择的配气气孔分别与活塞上用于与前气室和后气室连接的活塞气道对应,最后再安装冲击器接头,将配气杆轴向定位。当孔穿越覆盖层遇上中风化岩、微风化岩,或者孔深超过一定深度,需要加大气量保证吹渣时,则只需要取出冲击器接头,调整配气杆以及配气杆芯的位置,连通不同通流面积的配气气道,即可达到改变耗气量大小,改变活塞行程从而改变活塞冲击功与冲击器频率的目的,达到满足现场使用需要的要求。
实施例3:
具体实例的应用如下:
所述配气杆1上设定三组配气气孔,第一组配气气孔的位置使得活塞最大行程为73mm,第二组配气气孔的位置使得活塞最大行程为82mm,第三组配气气孔的位置使得活塞最大行程为94mm,
配气杆芯13上设有三组配气气道,第一组配气气道通流面积为480mm2,第二组配气气道通流面积为通流面积达到1050mm2,第三组配气气道通流面积为1780mm2。
本实施例中,成孔需求:孔径230~240mm,出水量达到20m3/min。
设计成孔过程:预计孔深180米,实际孔深:以出水后再加深20米为准。第一阶段:覆盖层凿进,采用高频率,小冲击功进行凿岩钻进。第二阶段:稳定岩层后至孔深120米,或出水,但水量低于5m3,先到为准。第三阶段:直至出水,并达到水量要求。
现场设备:空压机采用气量35m3、压力为30KG的空压机。
第一阶段施工:覆盖层采用偏心钻具凿岩,成孔直径273mm。由于覆盖层为泥土与碎石,所以所须冲击功需求较小,冲击频率可以较快,且不影响凿岩速度,因此先选用配气杆芯上的第一组配气气道,并使其与配气杆上的第一组配气气孔连通形成连贯气道进行工作。现场工作空压机显示的实际压力为24Bar,处于理想的工作压力范围内,活塞最大行程73mm,耗气量24.3m3/min,冲击器功851J。当孔深达到48米时,进入稳定岩石层。第二阶段施工;此阶段成孔直径为235mm,采用235mm直柄锤作业。
由于稳定岩石层属于中风化岩,且孔深导致孔内的压力越来越大,所须冲击功要求提升,单位时间内的耗风量须提升,才能满足此阶段凿岩和吹渣的需求。因此利用冲击器提杆将偏心钻具换成直柄锤时,旋转配气杆芯,调整配气杆芯的第二组配气气道与配气杆上的第二组配气气孔连通,以此改变通流面积和活塞的最大行程,使通流面积达到1050mm2,活塞最大行程变为82mm,耗气量达到27.6m3/min,所得冲击功达到1271J,形成稳定气流通道。当凿岩达到预设120米,时未出水,此阶段空压机显示压力值由24Bar升高到24.8Bar,说明孔底排渣难度虽有所上升,但排渣还算通畅,于是继续凿进了30M,此时有少量出水,空压机压力升至25.4Bar,说明由于孔的继续加深及水的出现吹渣难度加大,憋压现像有所加剧,进尺速度降低,工作效率下降。于是将冲击器提出,旋转配气杆芯,
调整配气杆芯上的第三组配气气道与配气杆上的第三组配气气孔连通,使通流面积达到最大的1780mm2,活塞最大行程提高到94mm,耗气量提升到32.8m3/min,所得冲击功达到1697J,以此满足吹渣与凿岩的要求,开启第三阶段施工。由于冲击器耗风量与冲击功的加大,凿进过程中空压机的压力由第二阶段的25.4Bar回落到24.3Bar,凿进速度达3分20秒/杆,较第二阶段后半程平均凿进速度提升2分钟/杆(每杆长度3米)。到190米达到出水量要求时,空压机显示压力值为24.9Bar,凿进速度为4分16秒/杆。此数据说明通过上述操作达到了改善冲击器性能的目的,满足了多种使用条件的要求。
以上所述,仅为本发明具体实施案例说明,不能以此限定本发明的权利保护范围。凡根据本发明申请权利要求书及说明书内容所作的等效变化与修改,皆在本发明保护的范围内。
Claims (10)
1.一种冲击器配气装置,包括安装在冲击器内的配气杆(1),其特征在于:所述配气杆(1)内安装有配气杆芯(13),所述配气杆芯(13)的中部沿轴向布设有进气通道,所述配气杆芯(13)外壁设有多组沿轴向布设的配气气槽组,每组配气气槽组包括至少两条的配气气槽(12),所述配气气槽(12)与配气杆(1)内壁之间形成配气气道,不同组的配气气道的通流面积不相同,所述配气气槽(12)与所述进气通道连通,所述配气杆(1)上设有用于分别与前气室和后气室连通的配气气孔(11),所述配气杆芯(13)可绕中心轴在配气杆(1)的空腔内旋转,使得进气通道通过一组配气气槽组与配气气孔(11)连通。
2.根据权利要求1所述的冲击器配气装置,其特征在于:每组配气气槽组包括两条配气气槽(12),所述配气气槽(12)以配气杆芯(13)中心轴为中心对称布设。
3.根据权利要求1所述的冲击器配气装置,其特征在于:所述配气杆(1)中部设有与配气杆芯(13)大小相匹配的空腔,所述配气杆芯(13)同轴密封安装在配气杆(1)的空腔内。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的冲击器配气装置,其特征在于:所述配气杆(1)上设有多组配气气孔(11),一组配气气孔(11)与一组配气气槽组相匹配,不同组的配气气孔(11)在配气杆(1)上的轴向位置不同。
5.根据权利要求3所述的冲击器配气装置,其特征在于:所述配气杆芯(13)和配气杆(1)之间设有定位配气杆芯(13)沿中心轴旋转位置的定位装置,所述定位装置包括设置在配气杆(1)内壁上的、沿周向布设的多个键槽以及安装在配气杆芯(13)上的、与键槽大小、位置相匹配的定位弹簧销,每个键槽布设的位置与每组配气气孔(11)的位置对应,通过定位装置将配气杆芯(13)在配气杆(1)内的旋转定位形成多个档位,每个档位对应一组配气气道组与一组配气气孔(11)的连通。
6.根据权利要求5所述的冲击器配气装置,其特征在于:所述定位弹簧销包括圆键(15)和安装在圆键(15)上的弹性垫或弹簧(14),所述圆键(15)通过弹性垫或弹簧(14)固定在配气杆芯(13)上。
7.根据权利要求1所述的冲击器配气装置,其特征在于:所述配气杆芯(13)的尾端设有方便扳手旋转的扳手端(16)。
8.一种冲击器,其特征在于:包括权利要求1至7任意一项的冲击器配气装置。
9.根据权利要求8所述的冲击器,其特征在于:所述冲击器配气装置安装在冲击器的逆止阀座(3)与活塞(5)之间,所述冲击器配气装置的外部设有卡装件,所述冲击器外缸内设有与卡装件配套的多个卡槽,所述冲击器配气装置通过卡装件周向限位在冲击器外缸内,并且通过安装在冲击器外缸上的冲击器接头轴向定位在外缸内。
10.根据权利要求9所述的冲击器,其特征在于:所述逆止阀座(3)上的逆止阀座气道(2)通过配气杆芯(13)进气通道与配气气道连通,所述配气杆(1)插装在活塞(5)进气通道内。
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