CN207160972U - 一种扭力冲击器 - Google Patents

Abstract

一种扭力冲击器，属于石油钻井、岩土钻孔钻凿等领域，包括锁母、螺母端盖、上摆锤、摆阀、下摆锤、缸套、固定芯套、外管、传扭花键轴及摆动体，其中摆动体、传扭花键轴、下摆锤、摆阀及上摆锤依次装配在固定芯套上；缸套套设在摆动体、传扭花键轴、下摆锤、摆阀及上摆锤的外部；所述锁母、螺母端盖、上摆锤、摆阀、下摆锤、缸套、固定芯套、传扭花键轴及摆动体构成扭力冲击脉冲总成，并位于外管的内孔中；本实用新型的驱动扭力冲击器的流量和摆动锤的转动惯量可以分别独立的设计，使得在小口径钻凿的情况下，扭力冲击器可以获得足够大的冲击扭矩，足以解决PDC钻头在钻凿中出现的粘滑现象，进而提高钻凿效率、提高钻头寿命等。

Description

一种扭力冲击器

技术领域

本实用新型涉及一种扭力冲击器，属于石油钻井、岩土钻孔钻凿等领域，可以应用于小口径钻孔钻凿工程，亦可应用于石油钻井，地质勘探，锚固孔等各种用途的钻孔钻凿工程。

背景技术

扭力冲击器是专门用于解决PDC钻头钻进中出现的粘滑现象，提高钻进硬岩的钻进效率，保护钻头，提高钻孔质量的一种应用于石油钻井领域的提速工具。最早的扭力冲击器是由阿特拉力Ulterra与联合金刚公司研究的扭力冲击器。冲击器根据驱动力类型可分为机械式和液力式两大类，液力式又可分为动力装置和非动力装置两种，动力装置还可分为螺杆式和涡轮式，非动力装置还可细分为有阀式和无阀式。直到目前，国外扭力冲击器钻进技术正趋于完善，并在全球范围内得到商业化应用，其中最具代表性的扭力冲击器产品来自于三家公司，分别是Ulterra公司、Halliburton公司和Tomax公司。Ulterra公司的TorkBuster扭力冲击器是一款应用效果最好、现场使用范围最广的扭力冲击器。扭力冲击器在应用PDC钻头钻进过程中的提高钻速效果显著，我国在近几年开始关注扭力冲击器并在石油钻井中大量引用取得了很好的效果。受国外扭力冲击器技术成功应用的影响，国内的研究机构也开始陆续对扭力冲击器展开了研究。国内最早于2006年开始扭力冲击器的研究，其中以西南石油大学与胜利石油钻井工艺研究院设计的扭力冲击器具有代表性。

2009年西南石油大学设计出了两种分别以螺杆和涡轮作为动力驱动的扭力冲击器结构，涡轮式扭力冲击器内部无橡部件，耐高温，缺点是较多的涡轮级数不便于装配；螺杆式内部组件少，装配简单。2011年，祝效华等人研制的涡轮式扭冲工具，通过了室内试验，这种扭力冲击器可对PDC钻头产生周期性的扭矩，不足之处是冲击部件磨损快，使用寿命较短；且能量转换率较低，单次冲击功不大。

目前的扭力冲击器，摆锤的转动惯量和驱动的流量是具有高度的相关性，如若钻具的直径变小，流量也将变小，摆锤的转动惯量也将急剧减小，这样就会导致扭力冲击器的冲击扭矩大大的降低，难以克服PDC钻进出现的粘滑现象，不能满足实际钻进要求，同时因摆锤的转动惯量太小也不利于冲击扭矩的传递。

通过对国内外的现有扭力冲击器的公开文献进行分析，目前的扭力冲击器尚不能应用于小口径钻孔钻凿，只是局限于石油钻井领域。

鉴于PDC钻头在小口径的钻孔钻凿应用日益普及，同样存在着PDC钻头的粘滑现象，所以研究能适合小口径钻孔钻凿的扭力冲击器是有必要的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有的扭力冲击器，摆锤的转动惯量和驱动的流量是具有高度的相关性，提供一种扭力冲击器结构，其驱动的流量和转动惯量参数可以独立设计，可设计成常规石油钻井用扭力冲击器，也可以设计成小口径的扭力冲击器用于小口径钻孔钻凿。

为了解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案：一种扭力冲击器，其特征是：包括锁母、螺母端盖、上摆锤、摆阀、下摆锤、缸套、固定芯套、外管、传扭花键轴及摆动体，其中摆动体、传扭花键轴、下摆锤、摆阀及上摆锤依次装配在固定芯套上；缸套套设在摆动体、传扭花键轴、下摆锤、摆阀及上摆锤的外部；所述锁母、螺母端盖、上摆锤、摆阀、下摆锤、缸套、固定芯套、传扭花键轴及摆动体构成扭力冲击脉冲总成，并位于外管的内孔中；

所述外管的内壁上部有凸环，内壁中部设置有凸起，内壁下端端部设置有环槽；所述固定芯套具有中心通水通道，固定芯套一端具有螺纹与螺母端盖螺纹连接，固定芯套的另一端沿固定芯套径向向外凸出形成环形结构的凸起台阶，并通过凸起台阶定位于摆动体的内台阶上；所述螺母端盖的上部设置有锁母；所述摆动体为圆套筒，摆动体的内壁上部设置有传扭花键和内台阶，摆动体的中部开设有斜向排水孔道和径向圆孔，摆动体的内壁下部设置有内螺纹与PDC钻头螺纹连接，摆动体外壁下部设置有牙嵌矩形槽与外管下端设置的牙嵌矩形槽配合连接，摆动体通过所述传扭花键与传扭花键轴套接；所述传扭花键轴的上端端部设置有凹槽，凹槽内具有两个传扭冲击面；所述下摆锤置于传扭花键轴的上端，下摆锤的锤头部分置于传扭花键轴的上端端部凹槽内，在下摆锤的一端沿其轴向设置有配流筋，数量为两个，两个配流筋沿下摆锤中心轴对称布置，且两个配流筋长度不同，其中一个配流筋一端伸出下摆锤形成锤头，下摆锤的另一端设置有花键；所述摆阀活动设置在上摆锤和下摆锤上，且上摆锤和下摆锤通过花键插接连接构成一体式摆锤，在摆阀上设置有配流筋及搭接反馈筋，配流筋包括长配流筋和短配流筋，长配流筋和短配流筋沿摆阀的中心轴对称布置，其中长配流筋的一端伸出摆阀，搭接反馈筋数量为两个，两个搭接反馈筋沿摆阀的轴向对称布置，搭接反馈筋伸出摆阀，其伸出方向与长配流筋伸出方向相反；在所述上摆锤上沿其轴向设置有配流筋，数量为两个，两个配流筋沿上摆锤中心轴对称布置，且两个配流筋长度不同，其中一个配流筋短于上摆锤的锤身长度，且该配流筋端面与摆阀的长配流筋端面接触，上摆锤的一端设置有内花键；所述缸套上部靠近摆阀的位置开设有进水窗口和排水窗口，进水窗口和排水窗口均在缸套的圆周方向上呈对称布置，且进水窗口与排水窗口沿缸套的轴向相互错开，并通过缸套外壁与外管内壁上部凸环接触密封使进水窗口和排水窗口彼此隔离；缸套的内孔与上摆锤、摆阀及下摆锤上的配流筋接触密封，构成了扭力冲击器的两个工作腔体，分别为A工作腔体和B工作腔体，在缸套下部靠近下摆锤锤头部分开设有方形排砂窗口，方形排砂窗口位于下摆锤摆动区域的中心位置，方形排砂窗口的宽度小于下摆锤的配流筋的宽度，方形排砂窗口的底边低于下摆锤的锤头下端面。

进一步，所述的一种扭力冲击器，其特征是：还包括上接头、密封圈、分水座、弹簧Ⅰ及喷嘴，且由上接头、密封圈、分水座、弹簧Ⅰ、喷嘴及外管配合构成了分水滤水排砂总成，所述上接头与外管上端部螺纹连接，上接头与外管之间设置有密封圈，上接头的下方固定设置有分水座；所述分水座具有中心通水通道，分水座的上端开设有进水过滤缝，在分水座的外部凸台上开设有通水孔，且通水孔沿圆周均布；所述喷嘴设置在分水座的中心通水通道的出水口处；所述弹簧Ⅰ置于喷嘴的上方。

进一步，所述的一种扭力冲击器，其特征是：还包括弹簧座、弹簧Ⅱ、滚动销、固定套及半圆卡键，且由外管、弹簧座、弹簧Ⅱ、滚动销、固定套、半圆卡键及摆动体构成悬挂总成，所述滚动销置于摆动体中部开设的径向圆孔内，且滚动销外端置入外管下端端部的环槽内，滚动销的内端设置有固定套；所述固定套上端设置有弹簧Ⅱ，固定套外壁呈阶梯状，固定套上部的外径大于固定套下部的外径，固定套外壁的下部与摆动体之间设置有半圆卡键，且半圆卡键通过凹槽卡在摆动体内；所述弹簧Ⅱ的上端置于弹簧座内；所述弹簧座卡在摆动体的内台阶上。

进一步，在所述上摆锤、摆阀、下摆锤及传扭花键轴的外侧设置有调整垫片，在缸套与螺母端盖之间设置有固定销，缸套与摆动体之间设置有固定销。

进一步，所述进水窗口与排水窗口呈长方形，进水窗口与排水窗口的宽度与摆阀的配流筋宽度相等。

进一步，所述进水窗口与排水窗口呈长方形，进水窗口宽度与摆阀的配流筋宽度差值的绝对值为进水窗口宽度的0.5％～15％，排水窗口宽度与摆阀的配流筋宽度差值的绝对值为排水窗口宽度的0.5％～15％。

进一步，所述螺母端盖上设置有密封圈。

通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：

本实用新型提出的一种扭力冲击器，克服了目前扭力冲击器摆锤的转动惯量和驱动流量具有的高度相关性，本实用新型的驱动扭力冲击器的流量和摆锤的转动惯量可以分别独立的设计，使得在小口径钻凿的情况下，扭力冲击器可以获得足够大的冲击扭矩，足以解决PDC钻头在小口径的钻凿出现的粘滑现象，进而提高钻凿效率，提高钻头寿命等。

具体优点如下：

1、结构简单，便于加工，规避了以往扭力冲击器异形内腔的设计与加工，有助于降低制造成本。

2、用于解决小孔径PDC钻头钻进出现的粘滑现象，进而提高钻凿效率，提高钻头寿命。

3、也可以解决通常石油钻井PDC钻头钻进出现的粘滑现象，提高钻凿效率，提高钻头寿命。

4、通过滤砂及排砂结构的设计，使得扭力冲击器能适应各种冲洗液介质，有利于扭力冲击器在较不利的冲洗液环境下，长期稳定、可靠的工作。

附图说明

图1为本实用新型一种扭力冲击器结构示意图。

图2为图1的A-A向剖视图。

图3为图1的B-B向剖视图。

图4为图1的C-C向剖视图。

图5为图1的D-D向剖视图。

图6为图1中摆阀的结构示意图。

图7为图1中下摆锤的结构示意图。

图8为本实用新型中摆阀装配在上摆锤及下摆锤上的结构示意图。

图9为本实用新型一种扭力冲击器配流工作原理截面图一。

图10为图9中下摆锤的截面形状和位置示意图。

图11为本实用新型一种扭力冲击器配流工作原理截面图二。

图12为图11中下摆锤的截面形状和位置示意图。

图13为本实用新型一种扭力冲击器配流工作原理截面图三。

图14为图13中下摆锤的截面形状和位置示意图。

图15为本实用新型一种扭力冲击器配流工作原理截面图四。

图16为图15中下摆锤的截面形状和位置示意图。

图17为本实用新型一种扭力冲击器配流工作原理截面图五。

图18为图17中下摆锤的截面形状和位置示意图。

图中：1为上接头、2为密封圈、3为分水座、4为弹簧Ⅰ、5为喷嘴、6为锁母、7为螺母端盖、8为上摆锤、9为摆阀、10为下摆锤、11为缸套、12为固定芯套、13为外管、14为传扭花键轴、15为弹簧座、16为弹簧Ⅱ、17为滚动销、18为固定套、19为半圆卡键、20为摆动体、A为A工作腔体、B为B工作腔体。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步说明，如图1到图8所示，

本实用新型提出了一种扭力冲击器，其特征是：包括锁母6、螺母端盖7、上摆锤8、摆阀9、下摆锤10、缸套11、固定芯套12、外管13、传扭花键轴14及摆动体20，其中摆动体20、传扭花键轴14、下摆锤10、摆阀9及上摆锤8依次装配在固定芯套12上；缸套11套设在摆动体20、传扭花键轴14、下摆锤10、摆阀9及上摆锤8的外部；所述锁母6、螺母端盖7、上摆锤8、摆阀9、下摆锤10、缸套11、固定芯套12、传扭花键轴14及摆动体20构成扭力冲击脉冲总成，并位于外管13的内孔中；

所述外管13的内壁上部有凸环，内壁中部设置有凸起，内壁下端端部设置有环槽；所述固定芯套12具有中心通水通道，固定芯套12一端具有螺纹与螺母端盖7螺纹连接，固定芯套12的另一端沿固定芯套12径向向外凸出形成环形结构的凸起台阶，并通过凸起台阶定位于摆动体20的内台阶上；所述螺母端盖7的上部设置有锁母6；所述摆动体20为圆套筒，摆动体20的内壁上部设置有传扭花键和内台阶，摆动体20的中部开设有斜向排水孔道和径向圆孔，摆动体20的内壁下部设置有内螺纹与PDC钻头螺纹连接，摆动体20外壁下部设置有牙嵌矩形槽与外管13下端设置的牙嵌矩形槽配合连接，摆动体20通过所述传扭花键与传扭花键轴14套接；所述传扭花键轴14的上端端部设置有凹槽，凹槽内具有两个传扭冲击面；所述下摆锤10置于传扭花键轴14的上端，下摆锤10的锤头部分置于传扭花键轴14的上端端部凹槽内，锤头随下摆锤10的摆动不断循环往复的冲击在传扭冲击面上，并通过传扭花键传递到摆动体20，通过摆动体20与PDC钻头螺纹连接，最终传递到PDC钻头上，在下摆锤10的一端沿其轴向设置有配流筋，数量为两个，两个配流筋沿下摆锤10中心轴对称布置，且两个配流筋长度不同，其中一个配流筋一端伸出下摆锤10形成锤头，下摆锤10的另一端设置有花键；所述摆阀9活动设置在上摆锤8和下摆锤10上，且上摆锤8和下摆锤10通过花键插接连接构成一体式摆锤，在摆阀9上设置有配流筋及搭接反馈筋，配流筋包括长配流筋和短配流筋，长配流筋和短配流筋沿摆阀9的中心轴对称布置，其中长配流筋的一端伸出摆阀9，搭接反馈筋数量为两个，两个搭接反馈筋沿摆阀9的轴向对称布置，搭接反馈筋伸出摆阀9，其伸出方向与长配流筋伸出方向相反；在所述上摆锤8上沿其轴向设置有配流筋，数量为两个，两个配流筋沿上摆锤8中心轴对称布置，且两个配流筋长度不同，其中一个配流筋短于上摆锤8的锤身长度，且该配流筋端面与摆阀9的长配流筋端面接触，上摆锤8的一端设置有内花键；所述缸套11上部靠近摆阀9的位置开设有进水窗口和排水窗口，进水窗口和排水窗口均在缸套11的圆周方向上呈对称布置，且进水窗口与排水窗口沿缸套11的轴向相互错开，并通过缸套11外壁与外管13内壁上部凸环接触密封使进水窗口和排水窗口彼此隔离；缸套11的内孔与上摆锤8、摆阀9及下摆锤10上的配流筋接触密封，构成了扭力冲击器的两个工作腔体，分别为A工作腔体和B工作腔体，在缸套11下部靠近下摆锤10锤头部分开设有方形排砂窗口，方形排砂窗口位于下摆锤10摆动区域的中心位置，方形排砂窗口的宽度小于下摆锤10的配流筋的宽度，方形排砂窗口的底边低于下摆锤10的锤头下端面。

摆阀9装配在上摆锤8和下摆锤10上，摆阀9相对于上摆锤8和下摆锤10可以转动，摆阀9的摆动范围受到搭接反馈筋的位置所限，上摆锤8和下摆锤10的摆动范围受到传扭花键轴14凹槽内的两个传扭冲击面所限，上摆锤8、摆阀9、下摆锤10、螺母端盖7、传扭花键轴14及缸套11间组合构成一工作腔体，并由上摆锤8、摆阀9及下摆锤10上的配流筋隔开形成扭力冲击器的A工作腔体和B工作腔体，在缸套11上靠近摆阀9的适当位置分别设置进水窗口和排水窗口，进水窗口和排水窗口均沿缸套11的圆周方向呈对称布置，且进水窗口与排水窗口沿缸套11的轴向相互错开，所述进水窗口与排水窗口呈长方形，进水窗口与排水窗口的宽度与摆阀9的配流筋宽度相等；进水窗口宽度与摆阀9的配流筋宽度差值的绝对值为进水窗口宽度的0.5％～15％，排水窗口宽度与摆阀9的配流筋宽度差值的绝对值为排水窗口宽度的0.5％～15％，在实际的使用过程还可以根据实际的使用需求选择其他的进水窗口及排水窗口的宽度与摆阀9的配流筋宽度关系，通过上述设计方式即可形成正遮盖、负遮盖和零遮盖关系，当摆阀9的配流筋处在进水窗口和排水窗口不同位置时，会形成不同的遮挡，可使控制扭力冲击器的A工作腔体和B工作腔体依次通过进水窗口、排水窗口与高、低压流体连通。在上摆锤8、摆阀9及下摆锤10上均设置有呈轴对称布置的配流筋，沿轴向方向的长度不同，下摆锤10的配流筋的加长部分也是下摆锤10的锤头部分，通过下摆锤10的锤头可将下摆锤10的冲击扭矩依次传递到传传扭花键轴14、摆动体20及PDC钻头上，并将摆阀9和下摆锤10较长的配流筋布置在回转轴线的异侧，因A工作腔体和B工作腔体的冲洗液作用在呈对称布置配流筋的面积上存在着差异，这样一旦高压冲洗液通过进水窗口沿摆阀9的配流筋的一侧进入扭力冲击器的一个工作腔体时，就存在着扭矩分别作用在摆阀9和摆锤上，摆阀9和摆锤在扭矩的作用下异向转动，最初随着摆阀9的摆动，进水窗口被摆阀9的配流筋的遮盖越来越小，进水窗口的通道越通畅，当摆阀9通过摆阀9的搭接反馈筋的伸出端，靠在摆锤配流筋的一侧后，随同摆锤同向转动，这时进水窗口被摆阀9的配流筋的遮盖越来越大，直至摆阀9的配流筋摆动到进水窗口的对称中心位置，也是摆阀9的动态平衡点，这时摆锤连同摆阀9在其惯性的带动下，越过摆阀9的动态平衡点，下摆锤10锤头撞击在传传扭花键轴14的传扭冲击面上，通过进水窗口的高压冲洗液进入了扭力冲击器的另外一个工作腔体，而当前的工作腔体通过排水窗口与排水通道联通。进入另外一个工作腔体冲洗液，作用在摆锤和摆阀9的相应扭矩驱动作用面上，摆锤和摆阀9异向转向，随着摆阀9的摆动，进水窗口被摆阀9的配流筋的遮盖越来越小，进水窗口的通道越通畅，当摆阀9通过搭接反馈筋，靠在摆锤上后，随同摆锤同向转动，这时进水窗口被摆阀9的配流筋的遮盖越来越大，直至摆阀9的配流筋摆动到进水窗口的对称中心位置，即摆阀9的动态平衡点，这时摆锤连同摆阀9在其惯性的带动下，越过摆阀9的动态平衡点，下摆锤10的锤头撞击在传传扭花键轴14的另一传扭冲击面上，又完成了一次扭力冲击，形成了一个循环，如此循环往复，通过摆锤的圆周方向的摆动不断的将冲击传动到PDC钻头上。

由上接头1、密封圈2、分水座3、弹簧Ⅰ4、喷嘴5及外管13配合构成了分水滤水排砂总成，所述上接头1与外管13上端部螺纹连接，上接头1与外管13之间设置有密封圈2，上接头1的下方固定设置有分水座3；所述分水座3具有中心通水通道，分水座3的上端开设有进水过滤缝，在分水座3的外部凸台上开设有通水孔，且通水孔沿圆周均布；所述喷嘴5设置在分水座3的中心通水通道的出水口处；所述弹簧Ⅰ4置于喷嘴5的上方，送入扭力冲击器的冲洗液介质，一部分由上接头1经由分水座3中心通水通道后流经喷嘴5、固定芯套12的中心通水通道直接进入PDC钻头处，另一部分由分水座3的圆周开设的若干通水孔，经由外管13与缸套11间的环状间隙，经缸套11上的进水窗口进入扭力冲击器内部。如上所述扭力冲击器的分水滤水排砂总成中的排砂部分由下摆锤10，缸套11，外管13及传传扭花键轴14组成，在缸套11的下部靠近下摆锤10的锤头部分开设一方形排砂窗口，并位于下摆锤10摆动区域的中心位置，方形排砂窗口的宽度小于下摆锤10的配流筋的宽度，方形排砂窗口的底边低于下摆锤10的锤头下端面，这样既能保证A工作腔体和B工作腔体的独立性，同时会将A工作腔体和B工作腔体中颗粒性杂质通过重力和离心作用，运移和储存在方形排砂窗口中，该方形排砂窗口在钻进时，被外管13中的凸起内壁封闭隔离，不影响扭力冲击器的正常工作，当需要清理方形排砂窗口中的颗粒性杂质时，由于下部悬挂总成具备防空打的功能，提钻时扭力冲击脉冲总成相对于外管13下移一段距离，方形排砂窗口与排水通道相连，A工作腔体和B工作腔体都与排水通道相连，扭力冲击器停止冲击，进入扭力冲击器的冲洗液流经方形排砂窗口，将储存的颗粒性杂质排除。

由外管13、弹簧座15、弹簧Ⅱ16、滚动销17、固定套18、半圆卡键19及摆动体20构成悬挂总成，所述滚动销17置于摆动体20的中部开设的径向圆孔内，且滚动销17外端置入外管13下端端部的环槽内，滚动销17的内端设置有固定套18；所述固定套18上端设置有弹簧Ⅱ16，固定套18外壁成呈阶梯状，固定套18上部的外径大于固定套18下部的外径，上部较大外径部分限定滚动销17位置，确保滚动销17外端置入外管13的环槽内，固定套18外壁的下部与摆动体20之间设置有半圆卡键19；所述弹簧Ⅱ16的上端置于弹簧座15内；所述弹簧座15卡在摆动体20的内台阶上；所述半圆卡键19卡在摆动体20的凹槽内固定不动，固定套18在其上端弹簧Ⅱ16弹簧力的作用下，其外壁台阶面紧靠在半圆卡键19上。如上所述的悬挂总成中的摆动体20提钻时连同扭力冲击脉冲总成相对外管13下移，滚动销17在外管13的环槽内随之下移，直至滚动销17搭接到外管13环槽内的下台阶处，将扭力冲击脉冲总成悬挂在外管13上。

具体工作原理与工作过程：

如图9所示为扭力冲击器配流工作原理截面图，图中摆阀9在缸套11中随着工作状态不同，其处于不同的转动位置，摆阀9的配流筋将工作腔体分为A工作腔体和B工作腔体，图9中在缸套11的左侧为进水窗口，右侧虚线为排水窗口，摆阀9套在下摆锤10的上方，下摆锤10的截面形状和位置如图10所示，工作时，下摆锤10的锤头活动范围处于两个传扭冲击面的区域内，当下摆锤10作用在传扭冲击面时完成一次冲击扭矩的传递。

图11及图12示出一种随机状态，摆阀9的配流筋与进水窗口错开一个位移，冲洗液进入摆阀9和下摆锤10的A工作腔体，即A工作腔体为高压腔，B工作腔体与排水窗口相通，为低压腔。在冲洗液压力的作用下，下摆锤10顺时针转动，摆阀9在冲洗液压力作用下逆时针转动，由于摆阀9的质量远小于摆锤质量，摆阀9会在冲洗液压力的作用下快速的逆时针转动并通过摆阀9的搭接反馈筋与摆锤配流筋搭接相扣，摆阀9与摆锤搭接接触之后，摆阀9扭矩驱动作用面面积小于下摆锤10的扭矩驱动作用面面积，所以在冲洗液压力的作用下，摆锤将通过搭接带动摆阀9继续顺时针方向加速转动，开始时进水窗口和排水窗口无遮盖，随着摆锤带动摆阀9的转动，摆阀9的配流筋开始逐步的遮挡部分进水窗口。

如图13到图18所示，摆锤带动摆阀9顺时针转动到达动平衡点时，即摆阀9的配流筋处于进水窗口的中心位置，这时摆锤与传传扭花键轴14的传扭冲击面之间还有一小段距离，A工作腔体和B工作腔体压力均等，摆锤带动摆阀9利用自身的惯性越过摆阀9的动平衡点。摆阀9越过动平衡点后，冲洗液通过进水窗口进入B工作腔体，此时B工作腔体为高压腔，A工作腔体与排水窗口相通，为低压腔。但摆锤在惯性的作用下继续顺时针转动，下摆锤10的锤头撞击传传扭花键轴14的传扭冲击面，完成一次扭力冲击输出和传递，扭力冲击器的半个运动周期结束后，进入B工作腔体的冲洗液作用在摆阀9和摆锤的扭矩驱动作用面上，摆阀9顺时针转动，摆锤完成一次扭力冲击输出后，开始逆时针转动，由于摆阀9质量轻便快速转动，摆阀9的配流筋在进水窗口的遮盖便快速减少，摆阀9的搭接反馈筋搭接在摆锤的另一配流筋上，随摆锤逆时针转动，开启扭力冲击器的另外半个运动周期。就这样循环往复，周而复始。

Claims (7)

1.一种扭力冲击器，其特征是：包括锁母(6)、螺母端盖(7)、上摆锤(8)、摆阀(9)、下摆锤(10)、缸套(11)、固定芯套(12)、外管(13)、传扭花键轴(14)及摆动体(20)，其中摆动体(20)、传扭花键轴(14)、下摆锤(10)、摆阀(9)及上摆锤(8)依次装配在固定芯套(12)上；缸套(11)套设在摆动体(20)、传扭花键轴(14)、下摆锤(10)、摆阀(9)及上摆锤(8)的外部；所述锁母(6)、螺母端盖(7)、上摆锤(8)、摆阀(9)、下摆锤(10)、缸套(11)、固定芯套(12)、传扭花键轴(14)及摆动体(20)构成扭力冲击脉冲总成，并位于外管(13)的内孔中；

所述外管(13)的内壁上部有凸环，内壁中部设置有凸起，内壁下端端部设置有环槽；所述固定芯套(12)具有中心通水通道，固定芯套(12)一端具有螺纹与螺母端盖(7)螺纹连接，固定芯套(12)的另一端沿固定芯套(12)径向向外凸出形成环形结构的凸起台阶，并通过凸起台阶定位于摆动体(20)的内台阶上；所述螺母端盖(7)的上部设置有锁母(6)；所述摆动体(20)为圆套筒，摆动体(20)的内壁上部设置有传扭花键和内台阶，摆动体(20)的中部开设有斜向排水孔道和径向圆孔，摆动体(20)的内壁下部设置有内螺纹与PDC钻头螺纹连接，摆动体(20)外壁下部设置有牙嵌矩形槽与外管(13)下端设置的牙嵌矩形槽配合连接，摆动体(20)通过所述传扭花键与传扭花键轴(14)套接；所述传扭花键轴(14)的上端端部设置有凹槽，凹槽内具有两个传扭冲击面；所述下摆锤(10)置于传扭花键轴(14)的上端，下摆锤(10)的锤头部分置于传扭花键轴(14)的上端端部凹槽内，在下摆锤(10)的一端沿其轴向设置有配流筋，数量为两个，两个配流筋沿下摆锤(10)中心轴对称布置，且两个配流筋长度不同，其中一个配流筋一端伸出下摆锤(10)形成锤头，下摆锤(10)的另一端设置有花键；所述摆阀(9)活动设置在上摆锤(8)和下摆锤(10)上，且上摆锤(8)和下摆锤(10)通过花键插接连接构成一体式摆锤，在摆阀(9)上设置有配流筋及搭接反馈筋，配流筋包括长配流筋和短配流筋，长配流筋和短配流筋沿摆阀(9)的中心轴对称布置，其中长配流筋的一端伸出摆阀(9)，搭接反馈筋数量为两个，两个搭接反馈筋沿摆阀(9)的轴向对称布置，搭接反馈筋伸出摆阀(9)，其伸出方向与长配流筋伸出方向相反；在所述上摆锤(8)上沿其轴向设置有配流筋，数量为两个，两个配流筋沿上摆锤(8)中心轴对称布置，且两个配流筋长度不同，其中一个配流筋短于上摆锤(8)的锤身长度，且该配流筋端面与摆阀(9)的长配流筋端面接触，上摆锤(8)的一端设置有内花键；所述缸套(11)上部靠近摆阀(9)的位置开设有进水窗口和排水窗口，进水窗口和排水窗口均在缸套(11)的圆周方向上呈对称布置，且进水窗口与排水窗口沿缸套(11)的轴向相互错开，并通过缸套(11)外壁与外管(13)内壁上部凸环接触密封使进水窗口和排水窗口彼此隔离；缸套(11)的内孔与上摆锤(8)、摆阀(9)及下摆锤(10)上的配流筋接触密封，构成了扭力冲击器的两个工作腔体，分别为A工作腔体和B工作腔体，在缸套(11)下部靠近下摆锤(10)锤头部分开设有方形排砂窗口，方形排砂窗口位于下摆锤(10)摆动区域的中心位置，方形排砂窗口的宽度小于下摆锤(10)的配流筋的宽度，方形排砂窗口的底边低于下摆锤(10)的锤头下端面。

2.根据权利要求1所述的一种扭力冲击器，其特征是：还包括上接头(1)、密封圈(2)、分水座(3)、弹簧Ⅰ(4)及喷嘴(5)，且由上接头(1)、密封圈(2)、分水座(3)、弹簧Ⅰ(4)、喷嘴(5)及外管(13)配合构成了分水滤水排砂总成，所述上接头(1)与外管(13)上端部螺纹连接，上接头(1)与外管(13)之间设置有密封圈(2)，上接头(1)的下方固定设置有分水座(3)；所述分水座(3)具有中心通水通道，分水座(3)的上端开设有进水过滤缝，在分水座(3)的外部凸台上开设有通水孔，且通水孔沿圆周均布；所述喷嘴(5)设置在分水座(3)的中心通水通道的出水口处；所述弹簧Ⅰ(4)置于喷嘴(5)的上方。

3.根据权利要求1所述的一种扭力冲击器，其特征是：还包括弹簧座(15)、弹簧Ⅱ(16)、滚动销(17)、固定套(18)及半圆卡键(19)，且由外管(13)、弹簧座(15)、弹簧Ⅱ(16)、滚动销(17)、固定套(18)、半圆卡键(19)及摆动体(20)构成悬挂总成，所述滚动销(17)置于摆动体(20)中部开设的径向圆孔内，且滚动销(17)外端置入外管(13)下端端部的环槽内，滚动销(17)的内端设置有固定套(18)；所述固定套(18)上端设置有弹簧Ⅱ(16)，固定套(18)外壁呈阶梯状，固定套(18)上部的外径大于固定套(18)下部的外径，固定套(18)外壁的下部与摆动体(20)之间设置有半圆卡键(19)，且半圆卡键(19)通过凹槽卡在摆动体(20)内；所述弹簧Ⅱ(16)的上端置于弹簧座(15)内；所述弹簧座(15)卡在摆动体(20)的内台阶上。

4.根据权利要求1所述的一种扭力冲击器，其特征是：在所述上摆锤(8)、摆阀(9)、下摆锤(10)及传扭花键轴(14)的外侧设置有调整垫片，在缸套(11)与螺母端盖(7)之间设置有固定销，缸套(11)与摆动体(20)之间设置有固定销。

5.根据权利要求1所述的一种扭力冲击器，其特征是：所述进水窗口与排水窗口呈长方形，进水窗口与排水窗口的宽度与摆阀(9)的配流筋宽度相等。

6.根据权利要求1所述的一种扭力冲击器，其特征是：所述进水窗口与排水窗口呈长方形，进水窗口宽度与摆阀(9)的配流筋宽度差值的绝对值为进水窗口宽度的0.5％～15％，排水窗口宽度与摆阀(9)的配流筋宽度差值的绝对值为排水窗口宽度的0.5％～15％。

7.根据权利要求1所述的一种扭力冲击器，其特征是：所述螺母端盖(7)上设置有密封圈。