專利名稱:射吸式?jīng)_擊器的制作方法
本發(fā)明屬于鉆探工程技術(shù)中加速鉆進(jìn)的工具。
在已有技術(shù)中，液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)是一種利用沖擊功的高效率鉆進(jìn)方法;沖擊器一般是以閥式正作用、閥式反作用、閥式雙作用原理或射流式原理制造的。它是靠液流壓力及彈簧的作用完成沖擊運(yùn)動(dòng)或靠液流在沖擊器內(nèi)反復(fù)變換流動(dòng)方向，推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)而形成沖擊作用。由于彈簧的反作用力及液流方向的不斷改變，對(duì)沖擊能量及頻率受到影響。SU-866-092文件中介紹的沖擊器。它由旁路渠道、錘砧、沖擊頭以及頂部底部環(huán)形溝道組成的一種閥式正作用液動(dòng)沖擊器。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沖擊能量消耗大，有效作用系數(shù)低，且部件易磨損，使用壽命短。
本發(fā)明的目的是為了使沖擊器提高有效作用系數(shù)，簡(jiǎn)化零部件結(jié)構(gòu)，使之工作性能穩(wěn)定，並適合于高頻沖擊，耐背壓性好，提高工作的可靠性。為此，本沖擊器是利用壓力液流噴射時(shí)的卷吸作用和閥控液壓隨動(dòng)系統(tǒng)壓力與位移的綜合反饋關(guān)系，使閥與活塞的上下腔產(chǎn)生交變壓力差推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而完成舉錘與沖擊，以沖擊和振動(dòng)兩種方式輸出能量(圖1)。它無(wú)液流旁路渠道，液流始終沿沖擊方向運(yùn)動(dòng)，加之結(jié)構(gòu)件少，適于高頻沖擊，提高了有效作用系數(shù)。
沖擊器活塞(7)的沖程與回程相等，工作過(guò)程從回程開始，啟動(dòng)前，閥(4)與活塞均處于工作行程下限，液流通道敞開(圖1.a)，當(dāng)噴嘴(22)噴射高速射流時(shí)，上腔(23)迅速降壓，閥下腔(27)則相應(yīng)增壓，閥與活塞同時(shí)受到向上舉力，由于閥較活塞輕很多，必然先快速抵達(dá)工作行程上限(圖1、b);接著活塞與連接其下端的沖錘(8)高速上升，因沖錘頂部的錐面與閥下端斜面組成剛性閥座，上升至錐面與斜面(19)閉合為止(圖1、c)。此時(shí)，高速液流被切斷而產(chǎn)生水擊(25)，原處于低壓狀態(tài)的上腔立即形成高壓，其峰值達(dá)100-200公斤/Cm2，下腔則由于高速液流之慣性，在上腔發(fā)生水擊的同時(shí)，產(chǎn)生一次負(fù)水擊，其壓力急劇下降，此時(shí)，上下腔形成很大壓力差(26、30)，推動(dòng)閥與活塞迅速向下沖擊(圖1、d)。當(dāng)閥抵達(dá)工作行程下限后，閥門逐步打開，活塞與沖錘受慣性和水擊作用繼續(xù)向下，使活塞下部的沖錘沖擊砧子(13)，這時(shí)液流暢通，閥與活塞進(jìn)入下一循環(huán)的回程。以上過(guò)程表明，閥控制著活塞的運(yùn)動(dòng)，而閥的運(yùn)動(dòng)又受到活塞位移的控制，閥與活塞的協(xié)調(diào)動(dòng)作又同時(shí)控制著上下腔壓力大小的交替變換，從而實(shí)現(xiàn)活塞的連續(xù)沖擊運(yùn)動(dòng)。
工作流量快速送入沖擊器，是正常工作條件下的唯一啟動(dòng)條件，滿足啟動(dòng)的工作流量快速射入，可使沖擊器在孔中任何孔段工作。閥控液壓隨動(dòng)系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)參數(shù)合理匹配的情況下，對(duì)結(jié)構(gòu)閥程、工作流量和背壓三個(gè)因素的變化敏感;背壓是沖擊器在鉆孔里工作時(shí)必然產(chǎn)生的，其大小隨粗徑鉆具和孔內(nèi)情況的不同而異，是不定因素;本沖擊器有較好的適應(yīng)背壓變化的特性，調(diào)節(jié)閥程或工作流量?jī)蓚€(gè)中的一個(gè)或兩個(gè)都能使沖擊器的輸出獲得相應(yīng)的改變。
沖擊器的閥與活塞由于是同時(shí)受同一液力作用而往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即使在工作流量和背壓大幅度迅速改變的情況下，也能及時(shí)準(zhǔn)確地響應(yīng)，維持相應(yīng)的輸出。又由于閥控系統(tǒng)中除密封圈(5、6)外，均由剛性原件組成，匹配關(guān)系穩(wěn)定，且對(duì)各元件幾何參數(shù)的少量改變不敏感，因此在較長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中，雖有正常磨損等，仍能維持穩(wěn)定的沖擊運(yùn)動(dòng)。
承受背壓高低和適應(yīng)背壓變化的范圍，是液動(dòng)沖擊器的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，由于沖擊器具有良好的耐背壓特性，在泵輸出功率許可范圍內(nèi)，沖擊頻率和沖擊功會(huì)隨背壓的升高而相應(yīng)增大，背壓的升高值可達(dá)50公斤/Cm2。
沖擊器是靠水擊脈沖壓力推動(dòng)活塞向下沖擊作功，閥與活塞組成的組合活塞面積較大，閉閥瞬間在上腔壓力峰值達(dá)到100-200公斤/Cm2，而下腔壓力很小的壓力差作用下，使沖錘具有較大加速度和沖擊功，只需8-10毫米加速行程，就可達(dá)到額定末速度。又由于活塞與閥的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是在沖擊器內(nèi)工作流向沿同一通道方向不改變地流動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行的，工作流量不變時(shí)，不會(huì)因頻率升高而增大液流內(nèi)阻，同時(shí)射吸閥具有快速準(zhǔn)確響應(yīng)之特點(diǎn)，因此適合高頻運(yùn)轉(zhuǎn)。
良好的耐背壓特性，使沖擊器在滿足自身所需液能后，允許較大液能流經(jīng)沖擊器進(jìn)入它下部的鉆具繼續(xù)作功。例如沖擊回轉(zhuǎn)加噴反鉆進(jìn)或沖擊回轉(zhuǎn)加其它需要消耗較多液能的鉆具鉆進(jìn)。
射吸式?jīng)_擊器適合于直徑59-76毫米口徑硬質(zhì)合金和金剛石鉆頭回轉(zhuǎn)沖擊鉆進(jìn)。
主要技術(shù)參數(shù)沖錘重量 6公斤 10公斤鉆孔直徑(毫米) 59-76 59-76沖擊器外徑(毫米) 53或55
工作流量(升/分) 80-140 100-160工作泵壓(公斤/Cm2) 20-45 20-50工作背壓(公斤/Cm2) 0-50 0-50壓力降(公斤/Cm2) 10-20 15-25單次沖擊功(公斤力·米) 0.5-2 1-4頻率(次/分) 2000-4000 1500-3000長(zhǎng)度(毫米) 1270 1770總重量(公斤) 18 25為充分發(fā)揮沖擊器的工作效率，必須按照使用要求和性能參數(shù)調(diào)整方法，使用和調(diào)整本沖擊器。
圖1射吸式?jīng)_擊器工作原理圖;
a圖為啟動(dòng)前閥與活塞均處于工作行程下限，液流通道敞開;
b圖為啟動(dòng)后閥已先抵工作行程上限;
c圖為沖錘高速上升，關(guān)閥一瞬間產(chǎn)生水擊和閥之下腔降壓;
d圖為關(guān)閥后，閥上腔形成高壓區(qū)，而閥之下腔形成低壓區(qū)，沖錘向下運(yùn)動(dòng)沖擊砧子;
圖2為射吸式?jīng)_擊器結(jié)構(gòu)圖;
圖3為未鑲合金噴嘴的上接頭縱剖面及橫斷面圖;
圖4為閥室的縱剖面及橫斷面圖;
圖5為閥的縱剖面圖;
圖6為活塞縱剖面圖及活塞B向視圖和橫斷面圖;
圖7為未帶尾桿的沖錘縱剖面圖。
圖中1-上接頭、2-閥室、3-閥行程調(diào)節(jié)墊圈、4-閥、5、6、11、15-密封圈、7-活塞、8-沖錘、9-外管、10-尼龍軸襯、12-砧子墊圈、13-砧子、14-砧子套、16-砧高調(diào)節(jié)墊圈、17-下接頭、19-閥座、21-噴嘴上腔、22-噴嘴、23-閥上腔、24、30-低壓區(qū)、25-水擊、26、28-高壓區(qū)、27-閥下腔、29-降壓。
本發(fā)明實(shí)施例附圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，其中噴嘴用合金制造，閥、活塞、閥室、沖錘、砧子均為鉻鋼制成，其它為普通鋼材。密封圈(5)(6)用100號(hào)橡膠制成，而(11)(16)用一般性橡膠制成，閥程調(diào)節(jié)墊圈及砧子墊圈、砧高調(diào)節(jié)墊圈由45號(hào)鋼材制成。
先分三大組件裝配，然后進(jìn)行總裝。
閥錘組件先將活塞(7)的凹槽內(nèi)裝入口朝下的YX型橡膠圈，然后套上裝好YX型橡膠圈的閥(4)，再將活塞帶錐柄的一端裝入沖錘(8)上部帶斜面一端的錐孔內(nèi)，用錘和擊桿打緊。
砧子組件先將砧子套(14)絲扣向上套入砧子(13)上，再將砧子按右旋螺紋擰入裝有調(diào)節(jié)墊圈(16)、和裝好O型橡膠圈(15)的下接頭(17)內(nèi)擰緊，然后再裝上O型橡膠圈(11)和尼龍軸襯(10)。
閥室組件按右螺紋方向?qū)㈤y室(2)擰入外管(9)的任何一頭並擰緊。
總裝閥錘、閥室、砧子三個(gè)組件裝配好后便可總裝，先將閥錘組件裝入閥室組件，再按要求之工作閥程裝入閥程調(diào)節(jié)墊圈(3)，擰緊上接頭(1)，再擰緊砧子組件中砧子與外管的連接螺紋，沖擊器即總裝而成。
閥程是根據(jù)巖性及所需沖擊功和頻率做經(jīng)常性調(diào)整，是將裝配好的閥錘組件，裝入閥室組件內(nèi)，並讓閥處于下限位置，用深度尺量閥上端面至閥室上口面的距離，然后減去上接頭帶噴嘴一端的端面至絲扣根部的距離，再裝入閥程調(diào)節(jié)墊圈，即可得到理想的工作閥程。
自由閥程的調(diào)節(jié)是將閥錘組件裝入閥室組件內(nèi)，然后用一大于閥程的調(diào)節(jié)墊圈裝入閥室內(nèi)，用上接頭將閥固定在閥室的下限位置上，再將沖擊器上接頭(1)著地倒立，用深度尺量沖錘尾桿的最尖端面至管口端的距離、與砧子套在下死點(diǎn)時(shí)絲扣根部到砧子上方承沖部位的凸面距離之比、等于4-4.5毫米即可，否則用砧高調(diào)節(jié)墊圈(16)調(diào)節(jié)到理想高度。
沖擊器的上接頭與鉆桿連接，下接頭與鉆具連接。
權(quán)利要求
射吸式?jīng)_擊器1、射吸式?jīng)_擊器具有一個(gè)噴射高速射流的噴嘴(22)和活塞(7)、閥(4)、閥座(19)，利用射流卷吸作用使活塞上下產(chǎn)生交變壓力差，推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其特征在于閥室(2)、閥(4)、活塞(7)和閥座(19)構(gòu)成液壓隨動(dòng)系統(tǒng)。
2.按權(quán)利要求
1所述的射吸式?jīng)_擊器，其特征在于活塞(7)下端連接的沖錘(8)頂部錐面與閥(4)下端斜面組成剛性閥座(19)。
3.按權(quán)利要求
1所述的射吸式?jīng)_擊器，其特征在于液流無(wú)旁路渠道。
專利摘要
射吸式?jīng)_擊器是屬于鉆探工程技術(shù)中加速鉆進(jìn)的工具。它包括上接頭、閥室、閥、活塞、沖錘、外管、砧子、砧子套、下接頭等部件組成；利用壓力液流噴射時(shí)的卷吸作用和閥控液壓隨動(dòng)系統(tǒng)壓力與位移的綜合反饋關(guān)系，使閥與活塞的上下腔產(chǎn)生交變壓力差，推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并以沖擊和振動(dòng)兩種方式輸出能量，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作原理獨(dú)特，易損件少，無(wú)回流通道，適于高頻運(yùn)轉(zhuǎn)，有效作用系數(shù)高；并且耐背壓性好，工作性能穩(wěn)定，是一種新型液動(dòng)沖擊器。
文檔編號(hào)E21B4/00GK85101970SQ85101970
公開日1986年9月3日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者劉國(guó)經(jīng), 朱乃正, 王有群 申請(qǐng)人:云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan