CN112065278B - 一种潜孔锤摆动定向装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潜孔锤摆动定向装置，包括限位总成、摆动锤、固定腔和换向机构；所述限位总成包括配气盘、圆柱滚轮、铰接筒、固定架和螺钉，限位总成是对换向机构和摆动锤的初始位置进行限位；所述配气盘与上接头和盖板固定连接，所述盖板与所述固定腔固定连接，所述摆动锤套设在固定腔内，所述摆动锤与下接头固定连接；所述换向机构套设在所述摆动锤内，所述换向机构正对第一弧形凹槽开设有第二弧形凹槽，所述圆柱滚轮滑动配合在所述第二弧形凹槽内；所述换向机构设置有四个内气槽，所述配气盘设置有4个进气孔。本装置能够实现高压动力源快速切换，换向灵敏度高，能够提供较大的摆动破岩扭矩，实现潜孔锤摆动定向冲击钻进。

Description

一种潜孔锤摆动定向装置

技术领域

本发明涉及潜孔锤技术领域，尤其涉及一种潜孔锤摆动定向装置。

背景技术

潜孔锤以高频冲击钻进为主，使岩石成体积破坏，硬岩层破岩效率高，钻孔保直性好。常规定向装置采用“马达+弯壳体”方式，这种定向方式在硬岩层钻进效率低，螺杆马达寿命短，定向钻进成本较高。而“摆动+潜孔锤”方式是硬岩层导向钻进最有效的方式之一，使用该组合方式钻杆不需要转动，可以减少钻杆的横向振动，提高钻杆使用寿命，还能解决潜孔锤冲击钻进出现钻头卡死的问题。

现有摆动装置采用叶片式较多，比如(吴银柱,吴丽萍.硬岩非开挖钻进摆动式潜孔锤驱动马达的研究[J].长春工程学院学报(自然科学版,2010,11(03):130-133))，叶片在高频周向冲击载荷的作用下容易发生疲劳破坏，潜孔锤摆动破岩扭矩较小，硬岩定向性能差，并且利用弹簧和连杆作为换向机构，换向灵敏性较低。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本专利申请所要解决的技术问题是：如何提供一种潜孔锤摆动定向装置，以解决硬岩层定向钻进效率低，动力钻具寿命短的问题，并且解决潜孔锤摆动冲击钻进时，摆动装置寿命短、换向灵敏性较低的、定向性能差的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种潜孔锤摆动定向装置，包括限位总成、摆动锤、固定腔和换向机构；所述限位总成包括配气盘、圆柱滚轮、铰接筒、固定架和螺钉，所述固定架通过螺钉与所述配气盘固定连接，所述固定架相对的两端分别铰接有铰接筒，所述铰接筒的端部安装有圆柱滚轮，所述配气盘上设置有两个第一弧形凹槽，所述圆柱滚轮滑动配合在所述第一弧形凹槽内；所述配气盘与上接头和盖板固定连接，所述盖板与所述固定腔固定连接，所述摆动锤套设在固定腔内且能够在固定腔内摆动，所述摆动锤与下接头固定连接；所述换向机构套设在所述摆动锤内且能够在摆动锤内转动，所述换向机构正对第一弧形凹槽开设有第二弧形凹槽，所述圆柱滚轮滑动配合在所述第二弧形凹槽内；所述换向机构设置有四个内气槽，所述配气盘设置有4个进气孔，所述进气孔连接有高压动力源。

这样，通过高压动力源在左右腔室交替变换，实现高压动力源快速切换，换向灵敏度高，能够提供较大的摆动破岩扭矩，实现潜孔锤摆动定向冲击钻进。所述限位总成用于对换向机构的转动进行限位。

作为优化，所述摆动锤具有两个锤体，所述固定腔具有允许锤体摆动的内腔，所述锤体将内腔分隔为左腔体和右腔体，所述摆动锤上位于锤体两侧分别贯穿设置有气槽，所述摆动锤内侧具有两个凸台，所述换向机构对应凸台设置有允许凸台滑动的内槽，所述换向机构具有排气槽。

这样，换向机构的内气槽与配气盘的进气孔连通，高压动力源通过进气孔和内气槽进入左腔体或右腔体，推动摆动锤转动，摆动锤通过凸台带动换向机构转动，换向机构在转动过程中，内气槽逐渐关闭，由于惯性，推动摆动锤转动至内腔的另一侧，然后将另一侧的高压流体通过排气槽排出；由于惯性，换向机构继续转动，直至摆动锤的凸台与内槽面接触，此时腔体内的高压流体通过排气槽排出，之后通过高压动力源带动摆动锤反向转动。由于惯性，换向机构转动，换向机构的内槽面与摆动锤的凸台接触后，高压腔开始排气，同时低压腔开始进气，通过腔体的压差，推动摆动锤往复摆动，下接头与潜孔锤连接，实现潜孔锤摆动定向冲击钻进。

作为优化，所述限位总成还包括弹簧，所述铰接筒包括滑动配合的外筒和内筒，所述弹簧套设在内筒外侧，所述圆柱滚轮安装在所述内筒端部，所述弹簧的两端分别与外筒和圆柱滚轮抵接。限位总成是对换向机构和摆动锤的初始位置进行限位，确保初始时，配气盘进气口-换向机构气槽和固定腔左腔体连通，不会出现进气时摆动锤不工作的问题。

作为优化，所述配气盘与所述上接头和盖板通过螺纹连接，所述盖板与固定腔通过螺钉固定连接，所述摆动锤与下接头通过螺纹连接。可以更好的实现连接。

综上，本潜孔锤摆动定向装置具有以下有益效果：

本装置利用摆动锤与换向装置的配合使用，高压动力源在左右腔室交替变换，实现高压动力源快速切换，换向灵敏度高，能够提供较大的摆动破岩扭矩，实现潜孔锤摆动定向冲击钻进。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是潜孔锤摆动定向装置的结构示意图。

图2是图1的A-A截面图。

图3是图2的E-E截面图。

图4是图2的B-B截面图。

图5是限位总成的结构示意图。

图6是图1的F向视图。

图7是摆动锤右死点的示意图。

图8是换向机构右死点的示意图。

图9是摆动锤左死点的示意图。

图10是换向机构的结构示意图。

图11是固定腔的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本实施例中，术语“上”“下”“左”“右”“前”“后”“上端”“下端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-11，一种潜孔锤摆动定向装置，包括限位总成、摆动锤、固定腔和换向机构；所述限位总成包括配气盘、圆柱滚轮、铰接筒、固定架和螺钉，所述固定架通过螺钉与所述配气盘固定连接，所述固定架相对的两端分别铰接有铰接筒，所述铰接筒的端部安装有圆柱滚轮，所述配气盘上设置有两个第一弧形凹槽，所述圆柱滚轮滑动配合在所述第一弧形凹槽内；所述配气盘与上接头和盖板固定连接，所述盖板与所述固定腔固定连接，所述摆动锤套设在固定腔内且能够在固定腔内摆动，所述摆动锤与下接头固定连接；所述换向机构套设在所述摆动锤内且能够在摆动锤内转动，所述换向机构正对第一弧形凹槽开设有第二弧形凹槽，所述圆柱滚轮滑动配合在所述第二弧形凹槽内；所述换向机构设置有四个内气槽，所述配气盘设置有4个进气孔，所述进气孔连接有高压动力源。

这样，通过高压动力源在左右腔室交替变换，实现高压动力源快速切换，换向灵敏度高，能够提供较大的摆动破岩扭矩，实现潜孔锤摆动定向冲击钻进。

其中，所述摆动锤具有两个锤体，所述固定腔具有允许锤体摆动的内腔，所述锤体将内腔分隔为左腔体和右腔体，所述摆动锤上位于锤体两侧分别贯穿设置有气槽，所述摆动锤内侧具有两个凸台，所述换向机构对应凸台设置有允许凸台滑动的内槽，所述换向机构具有排气槽。

这样，换向机构的内气槽与配气盘的进气孔连通，高压动力源通过进气孔和内气槽进入左腔体或右腔体，推动摆动锤转动，摆动锤通过凸台带动换向机构转动，换向机构在转动过程中，内气槽逐渐关闭，由于惯性，推动摆动锤转动至内腔的另一侧，然后将另一侧的高压流体通过排气槽排出；由于惯性，换向机构继续转动，直至摆动锤的凸台与内槽面接触，此时腔体内的高压流体通过排气槽排出，之后通过高压动力源带动摆动锤反向转动。由于惯性，换向机构转动，换向机构的内槽面与摆动锤的凸台接触后，高压腔开始排气，同时低压腔开始进气，通过腔体的压差，推动摆动锤往复摆动，下接头与潜孔锤连接，实现潜孔锤摆动定向冲击钻进。

其中，所述限位总成还包括弹簧，所述铰接筒包括滑动配合的外筒和内筒，所述弹簧套设在内筒外侧，所述圆柱滚轮安装在所述内筒端部，所述弹簧的两端分别与外筒和圆柱滚轮抵接。限位总成是对换向机构和摆动锤的初始位置进行限位，确保初始时，配气盘进气口-换向机构气槽和固定腔左腔体连通，不会出现进气时摆动锤不工作的问题。

其中，所述配气盘与所述上接头和盖板通过螺纹连接，所述盖板与固定腔通过螺钉固定连接，所述摆动锤与下接头通过螺纹连接。可以更好的实现连接。

原理：

圆柱滚轮2、摆动锤9和换向机构11初始位置如图3和图4所示，此时换向机构的内气槽11b与配气盘1中的进气孔102连通，见图6所示，此时高压动力源通过进气孔102-进气槽11b进入腔体801的左腔体，由于左右腔体存在压差，推动摆动锤顺时针转动，摆动锤上设有凸台901，摆动锤通过凸台901带动换向机构11一起顺时针转动，摆动锤在转动过程中，内气槽11b逐渐关闭，左腔停止进气，由于存在惯性，摆动锤继续顺时针转动，直到摆动锤右端面与右腔体的右端面接触。此时摆动锤位置如图7所示，此时摆动锤的气槽903与换向机构的排气槽11d连通，腔体801的右腔体内的高压流体排出。

由于惯性，换向机构11会继续顺时针转动，直到换向机构11的内槽面11e与摆动锤的凸台902接触，此时换向机构11位置如图8所示，此时摆动锤的气槽904与换向机构的排气槽11h连通，内腔体801的左腔体内的高压动力源通过气槽901-排气槽11h排出。同时气槽11c与摆动锤的气槽903连通，高压动力源通过配气盘的进气口102-气槽11c-摆动锤气槽903进入腔体801的右腔体，由于左右腔体存在压差，同理推动摆动锤逆时针转动，摆动锤上设有凸台902，摆动锤通过凸台902带动换向机构一起逆时针转动，摆动锤在转动过程中，进气槽11c逐渐关闭，内腔体右腔停止进气，由于存在惯性，摆动锤继续逆时针转动，直到摆动锤的左端面与左腔体的左端面接触。此时摆动锤位置如图9所示，此时左腔体高压流体全部排出。

由于惯性，换向机构11会继续逆时针转动，直到换向机构的内槽面11f与摆动锤的凸台901接触，此时换向机构位置如图4所示，摆动锤、换向机构、圆柱滚轮又回到初始位置，完成一个周期，如此往复摆动，通过下接头10与潜孔锤相连，实现潜孔锤摆动定向冲击钻进。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (3)

1.一种潜孔锤摆动定向装置，其特征在于，包括限位总成、摆动锤、固定腔和换向机构；所述限位总成包括配气盘、圆柱滚轮、铰接筒、固定架和螺钉，所述固定架通过螺钉与所述配气盘固定连接，所述固定架相对的两端分别铰接有铰接筒，所述铰接筒的端部安装有圆柱滚轮，所述配气盘上设置有两个第一弧形凹槽，所述圆柱滚轮滑动配合在所述第一弧形凹槽内；所述配气盘与上接头和盖板固定连接，所述盖板与所述固定腔固定连接，所述摆动锤套设在固定腔内且能够在固定腔内摆动，所述摆动锤与下接头固定连接；所述换向机构套设在所述摆动锤内且能够在摆动锤内转动，所述换向机构正对第一弧形凹槽开设有第二弧形凹槽，所述圆柱滚轮滑动配合在所述第二弧形凹槽内；所述换向机构设置有四个内气槽，所述配气盘设置有4个进气孔，所述进气孔连接有高压动力源；

所述摆动锤具有两个锤体，所述固定腔具有允许锤体摆动的内腔，所述锤体将内腔分隔为左腔体和右腔体，所述摆动锤上位于锤体两侧分别贯穿设置有气槽，所述摆动锤内侧具有两个凸台，所述换向机构对应凸台设置有允许凸台滑动的内槽，所述换向机构具有排气槽；

换向机构的内气槽与配气盘的进气孔连通，高压动力源通过进气孔和内气槽进入左腔体或右腔体，推动摆动锤转动，摆动锤通过凸台带动换向机构转动，换向机构在转动过程中，内气槽逐渐关闭，由于惯性，推动摆动锤转动至内腔的另一侧，然后将另一侧的高压流体通过排气槽排出；由于惯性，换向机构继续转动，直至摆动锤的凸台与内槽面接触，此时腔体内的高压流体通过排气槽排出，之后通过高压动力源带动摆动锤反向转动；由于惯性，换向机构转动，换向机构的内槽面与摆动锤的凸台接触后，高压腔开始排气，同时低压腔开始进气，通过腔体的压差，推动摆动锤往复摆动，下接头与潜孔锤连接，实现潜孔锤摆动定向冲击钻进。

2.根据权利要求1所述的一种潜孔锤摆动定向装置，其特征在于，所述限位总成还包括弹簧，所述铰接筒包括滑动配合的外筒和内筒，所述弹簧套设在内筒外侧，所述圆柱滚轮安装在所述内筒端部，所述弹簧的两端分别与外筒和圆柱滚轮抵接。

3.根据权利要求1所述的一种潜孔锤摆动定向装置，其特征在于，所述配气盘与所述上接头和盖板通过螺纹连接，所述盖板与固定腔通过螺钉固定连接，所述摆动锤与下接头通过螺纹连接。

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