CN217735385U - 活塞及液动冲击器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及活塞以及液动冲击器，该活塞包括活塞本体，且通过将部分的活塞本体的外壁面设置为非光滑表面，使得流经活塞本体的外壁面的液体介质的阻力减小，以此稳定边界层，减小液体介质的湍流阻力，使得液体介质可以在活塞的表面达到较高的流速，以实现降低能量损失，提高效率，降低运行成本的目的。

Description

活塞及液动冲击器

技术领域

本公开涉及钻探设备技术领域，尤其涉及一种活塞及液动冲击器。

背景技术

冲击器，一种钻探工程使用的设备，分为气动冲击器与液动冲击器。液动冲击器一般以流体作为介质，利用高压流体的能量产生连续冲击载荷，冲击载荷通过冲击活塞作用于钻头上，钻头以回转切削和冲击两种方式联合破碎岩石。

液动冲击器具体包括冲击活塞，其中冲击活塞在液体介质中往复运动冲击钻头，冲击活塞的冲击频率高达45-60HZ，活塞速度变化0-12m/s。

然而，液体介质以如此高的速度与频率流过冲击活塞的表面，并在活塞的表面处保留一层滞流状态，从而会增加液体介质的阻力，且降低液体介质的流速，进而增加能量损失。

实用新型内容

为了解决上述技术问题或者部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种活塞及液动冲击器。

第一方面，本公开提供了一种活塞，包括活塞本体，且部分所述活塞本体的外壁面呈非光滑表面，以使得流经所述活塞本体的外壁面的液体介质的阻力减小。

根据本公开的一种实施例，部分所述活塞本体的外壁面呈鱼鳞状。

根据本公开的一种实施例，部分所述活塞本体的外壁面呈凹坑状。

根据本公开的一种实施例，部分所述活塞本体的外壁面呈凸起状。

根据本公开的一种实施例，所述活塞本体包括沿所述活塞本体的轴向依次设置的动力连接段、流体接触段以及导向段；所述动力连接段用于与液动冲击器的动力系统连接，所述导向段可用于与所述液动冲击器的钻头接触，所述流体接触段的外壁面呈所述非光滑表面。

根据本公开的一种实施例，所述流体接触段的外径大于所述导向段的外径。

根据本公开的一种实施例，沿所述流体接触段至所述导向段的方向，所述流体接触段靠近所述导向段的一端的外径逐渐减小。

根据本公开的一种实施例，所述动力连接段、所述流体接触段以及所述导向段一体成型。

第二方面，本公开提供一种液动冲击器，包括外壳以及设于所述外壳内的动力系统、钻头以及活塞；所述钻头设于所述活塞的底部；所述动力系统处于第一位置时，所述活塞朝向靠近所述钻头的方向移动以撞击所述钻头；且所述动力系统处于第二位置时，所述活塞朝向远离所述钻头的方向移动。

根据本公开的一种实施例，所述外壳的一端形成为流体入口，所述外壳的另一端形成为流体出口，且所述外壳内形成有变压腔以及常压腔；

所述动力系统设于所述变压腔内且可在所述变压腔内移动，且所述动力系统处于所述第一位置时，所述变压腔与所述流体入口连通；所述动力系统处于所述第二位置时，所述变压腔与所述流体出口连通。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开提供的活塞以及液动冲击器，该活塞包括活塞本体，且通过将部分的活塞本体的外壁面设置为非光滑表面，使得流经活塞本体的外壁面的液体介质的阻力减小，以此稳定边界层，减小液体介质的湍流阻力，使得液体介质可以在活塞的表面达到较高的流速，以实现降低能量损失，提高效率，降低运行成本的目的。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述液动冲击器的系统结构图；

图2为本公开实施例所述液动冲击器的动力系统处于第一位置的示意图；

图3为本公开实施例所述液动冲击器的动力系统处于第二位置的示意图；

图4为图3的剖视图；

图5为本公开实施例所述液动冲击器的活塞的结构示意图；

图6为图5在A处的局部放大示意图；

图7为图5在B处的局部放大示意图。

其中，1、活塞本体；11、动力连接段；12、流体接触段；13、导向段；2、外壳；21、流体入口；22、流体出口；23、变压腔；24、常压腔；3、动力系统；4、钻头。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

参照图1至图7所示，本实施例提供一种活塞，该活塞可用于液动冲击器内，用于在液体介质的能量作用下往复移动以撞击液动冲击器的钻头4，进而实现破碎岩石的目的。具体的，该活塞包括活塞本体1，且部分活塞本体1的外壁面呈非光滑表面，以使得流经活塞本体1的外壁面的液体介质的阻力减小。也就是说，本实施例通过将活塞本体1的部分外表面设置为非光滑表面，使得该活塞本体1相比于现有的光滑表面的活塞而言，能够起到降低液体介质的阻力，以此稳定边界层，减小液体介质的湍流阻力，使得液体介质可以在活塞的表面达到较高的流速，以实现降低能量损失，提高效率，降低运行成本的目的。

具体实现时，部分活塞本体1的外壁面可以设置为鱼鳞状，以此使得部分活塞本体1的外壁面为非光滑表面。即活塞本体1的外壁面的形状可以模仿生物特性以此改变其表面附近的流场紊性边界层中原有的结构与速度分布得以改善，达到减小摩擦阻力的目的，进而使得活塞的表面达到很高的流速，有利于减小液体介质的阻力，降低能量损失，提高具有该活塞的液动冲击器的钻探效率，节约运行成本，使液动冲击器应用于更广泛的领域。

需要说明的是，将部分活塞本体1的外壁面设置为鱼鳞状，具体参照图6所示，鱼鳞状的圆弧型沟壕有利于存储液体介质，形成边界层。

除了将部分活塞本体1的外壁面设置为鱼鳞状以外，还可以将活塞本体1的外壁面设置为其他形状，只要呈非光滑表面即可。比如，海洋生物皮肤呈现各种各样的形式，如鱼身上的鳞片、海豚真皮下的乳突、鲸鱼背部细碎斑纹等等，而非光滑表面。因此，部分活塞本体1的外避壁面也可以呈乳突状、或者呈凹坑状，或者呈细碎斑纹状等凸起状。具体的，部分活塞本体1的外壁面的形状或者轮廓可以参照本实施例的上述示例，也可以根据实际需要设置为任意的非光滑表面均可，本实施例对此不做具体限定。

参照图5所示，活塞本体1包括沿活塞本体1的轴向依次设置的动力连接段11、流体接触段12以及导向段13。也就是说，动力连接段11、流体接触段12以及导向段13沿图5所示的z方向依次连接。其中，动力连接段11用于与液动冲击器的动力系统3连接，具体的，动力连接段11可以和动力系统3套接或者卡接等。导向段13可用于与液动冲击器的钻头4接触，使得在活塞向下移动时，可以通过导向段13进行导向，且导向段13用于与钻头4接触，进而将冲击载荷作用在钻头4上，以实现破碎岩石的目的。

此外，本实施例中，动力连接段11和导向段13之间的流体接触段12与液体介质接触的接触面较大，因此可以仅将流体接触段12的的外壁面设置为呈非光滑表面。当然，也可以将动力连接段11和导向段13的外壁面也设置为呈非光滑表面，或者，动力连接段11和导向段13的外壁面也可以设置为光滑表面。

示例性的，流体接触段12的外壁面可以呈如图6所示的鱼鳞状，或者可以呈乳突状等凸起状，以达到减小液体介质与流体接触段12的外壁面之间的摩擦阻力的目的，进而使得活塞的表面达到很高的流速，有利于减小液体介质的阻力，降低能量损失，提高具有该活塞的液动冲击器的钻探效率，节约运行成本，使液动冲击器应用于更广泛的领域。

需要说明的是，由于流体接触段12用于与液体介质接触的面积较大，因此将流体接触段12的外壁面设置为鱼鳞状，当然，动力连接段11和导向段13即可以设置为鱼鳞状也可以设置为光滑面，具体根据实际需要设定。

参照图7所示，流体接触段12的外径(d1)大于导向段13的外径(d2)，且导向段13的外径可以设置为与动力连接段11的外径一致。

另外，沿流体接触段12至导向段13的方向(参照图5中的z方向)，流体接触段12靠近导向段13的一端的外径逐渐减小，使得流体接触段12的外径大于导向段13的外径的同时，流体接触段12与导向段13之间平滑过渡，以增强活塞的结构强度，避免应力集中。

此外，为了便于加工成型，动力连接段11、流体接触段12以及导向段13可以设置为一体成型。

实施例二

参照图1至图7所示，本实施例还提供一种液动冲击器，包括外壳2以及设于外壳2内的动力系统3、钻头4以及活塞。钻头4设于活塞的底部，且动力系统3处于如图2所示的第一位置时，活塞朝向钻头4移动并冲击钻头4，而动力系统3处于如图4所示的第二位置时，活塞朝向远离钻头4的方向移动。

本实施例中的活塞的具体结构和实现原理与实施例一提供的活塞的结构相同，并能带来相同或者类似的技术效果，在此不再一一赘述，具体可以参照实施例一的描述。

其中，外壳2的一端形成为流体入口21，外壳2的另一端形成为流体出口22，且外壳2内形成有变压腔23以及常压腔24。常压腔24是一个单独的腔体，一直充满高压水，由于流体接触段12的外径与导向段13的外径的截面的外径差的存在，水压为活塞提供向上的恒压力F1，F1大于活塞自身重力G。

动力系统3设于变压腔23内且可在变压腔23内移动以使得变压腔23与流体入口21连通，并使得活塞朝向靠近钻头4的方向移动以撞击钻头4；或使得变压腔23与流体出口22连通，以使得活塞朝向远离钻头4的方向移动。

具体的，参照图2所示，当动力系统3移动至处于第一位置时，此时变压腔23与流体入口21连通，变压腔23内开始充满高压水，为活塞提供向下的压力F2，且F2大于F1，此时活塞受向下的力，活塞向下运动冲击钻头4。当活塞向下运动时，参照图3和图4所示，动力系统3移动到第二位置，此时变压腔23与流体出口22连通，流体出口22用于连通外部的回水腔，由于回水腔的一端与流体出口22连通，因此回水腔的压力较小，从而使得与回水腔连通的变压腔23压力逐渐减小，此时F1大于G和F2的总和，因此活塞向上运动。

当活塞向上运动过程，动力系统3再次转换到如图2所示的第一位置，变压腔23不断充满高压水，活塞开始受变压腔23的压力F2，活塞再向下运动，这样变压腔23交替接通入口高压水与回水，使活塞高频往复上下运动，频率最高可达50-60HZ。

活塞运动到最下端时，撞击钻头4，为钻头4破岩提供高频率的冲击载荷，变压腔23接通回水腔时，流体通过钻头4排出液动冲击器进入至回水腔。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种活塞，其特征在于，包括活塞本体(1)，且部分所述活塞本体(1)的外壁面呈非光滑表面，以使得流经所述活塞本体(1)的外壁面的液体介质的阻力减小；

所述活塞本体(1)包括沿所述活塞本体(1)的轴向依次设置的动力连接段(11)、流体接触段(12)以及导向段(13)；所述动力连接段(11)用于与液动冲击器的动力系统(3)连接，所述导向段(13)可用于与所述液动冲击器的钻头(4)接触，所述流体接触段(12)的外壁面呈所述非光滑表面。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，部分所述活塞本体(1)的外壁面呈鱼鳞状。

3.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，部分所述活塞本体(1)的外壁面呈凹坑状。

4.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，部分所述活塞本体(1)的外壁面呈凸起状。

5.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述流体接触段(12)的外径大于所述导向段(13)的外径。

6.根据权利要求5所述的活塞，其特征在于，沿所述流体接触段(12)至所述导向段(13)的方向，所述流体接触段(12)靠近所述导向段(13)的一端的外径逐渐减小。

7.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述动力连接段(11)、所述流体接触段(12)以及所述导向段(13)一体成型。

8.一种液动冲击器，其特征在于，包括外壳(2)以及设于所述外壳(2)内的动力系统(3)、钻头(4)以及如权利要求1至7任一项所述的活塞，且所述钻头(4)设于所述活塞的底部；所述动力系统(3)处于第一位置时，所述活塞朝向靠近所述钻头(4)的方向移动以撞击所述钻头(4)；且所述动力系统(3)处于第二位置时，所述活塞朝向远离所述钻头(4)的方向移动。

9.根据权利要求8所述的液动冲击器，其特征在于，所述外壳(2)的一端形成为流体入口(21)，所述外壳(2)的另一端形成为流体出口(22)，且所述外壳(2)内形成有变压腔(23)以及常压腔(24)；

所述动力系统(3)设于所述变压腔(23)内且可在所述变压腔(23)内移动，且所述动力系统(3)处于所述第一位置时，所述变压腔(23)与所述流体入口(21)连通；所述动力系统(3)处于所述第二位置时，所述变压腔(23)与所述流体出口(22)连通。

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