高頻雙作用液動衝擊裝置的製作方法

2023-08-08 12:55:17

本發明涉及井下硬巖高速鑽進領域，特別涉及一種高頻雙作用液動衝擊裝置。

背景技術：

目前井下硬巖鑽進一般採用胎體鑽頭或金剛石鑽頭以迴轉鑽進的方式施工，存在鑽進效率低、對鑽具磨損嚴重等缺點。相比而言，氣動衝擊迴轉鑽進提高了鑽進效率，但是氣動衝擊迴轉鑽進會產生嚴重的粉塵汙染。液動衝擊鑽進不僅鑽進效率高，而且不會產生粉塵汙染。但是現有技術中的液動錘衝擊頻率和衝擊功還不夠理想，影響了在硬巖鑽進中的鑽進效率。

因此，有必要對現有的液動衝擊鑽具進行改進，優化其衝擊頻率和衝擊功，提高其鑽進效率。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種高頻雙作用液動衝擊裝置及其鑽具，衝擊頻率和衝擊功高，其鑽進效率快。

本發明的高頻雙作用液動衝擊裝置，包括外管，外管內沿軸向依次設置有換向閥組件和可沿外管軸嚮往復運動的活塞；

所述換向閥組件與外管內壁之間布置有高壓液流通道，所述換向閥組件內設置有用於容納衝擊活塞前進的液流的第一衝擊腔，所述活塞與外管內壁之間形成用於容納衝擊活塞復位的液流的第二衝擊腔，所述第二衝擊腔與高壓液流通道連通，所述換向閥組件和活塞上設置有用於排出衝擊液流的排液通道，所述換向閥組件用於控制所述第一衝擊腔與高壓液流通道及排液通道的連通和斷開。

進一步，所述換向閥組件包括設置於外管內的閥座、設置於閥座內的閥芯和用於驅動閥芯沿外管軸嚮往復運動的閥芯驅動組件。

進一步，所述閥芯和閥座之間設置有與所述高壓液流通道連通的高壓通道和與所述第一衝擊腔連通的第一衝擊通道，通過閥芯相對閥座往復運動控制高壓通道與第一衝擊通道的連通或斷開。

進一步，所述閥芯上還設置有與所述排液通道連通的洩流通道，通過閥芯相對閥座往復運動還可以控制所述第一衝擊通道與洩流通道的連通或斷開。

進一步，所述閥芯驅動組件包括設置於閥座內用於容納衝擊閥芯復位的液流的第三衝擊腔，所述活塞上及第三衝擊腔上設置有相互配合的信號通道，當活塞運動至前進止點時第三衝擊腔通過信號通道與所述高壓液流通道連通。

進一步，所述閥座包括主閥座和設置於主閥座之內的內閥座，主閥座和內閥座之間形成所述第一衝擊腔，所述第三衝擊腔設置於主閥座內，主閥座外壁與所述外管內壁之間形成所述高壓液流通道。

進一步，所述活塞與所述外管之間還設置有活塞襯套，所述活塞襯套與主閥座之間設置有內管，所述內管內壁與活塞外壁之間形成所述第二衝擊腔。

進一步，所述高頻雙作用液動衝擊裝置還包括與所述外管靠換向閥組件一端連接的鑽杆接頭和與外管靠活塞端連接的鑽頭，所述鑽杆接頭用於連接鑽杆向所述高頻雙作用液動衝擊裝置提供高壓液流，所述高頻雙作用液動衝擊裝置用於驅動鑽頭沿鑽杆軸向鑽進。

進一步，所述上接頭內設置有用於對高壓液流進行過濾的過濾裝置。

進一步，所述外管的外壁上設置有用於輔助排渣的螺旋溝槽。

本發明的有益效果：本發明的高頻雙作用液動衝擊裝置，換向閥組件能在高低壓間快速切換，優化了衝擊頻率和衝擊功，提高了鑽進效率。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述：

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為圖1A-A向剖視放大圖；

圖3為圖1B-B向剖視放大圖；

圖4為圖1C-C向剖視放大圖；

圖5為圖1中D處閥芯運動至前進止點時的局部放大圖；

圖6為圖1中D處閥芯運動至復位止點時的局部放大圖；

圖7為圖1中E處的局部放大圖；

圖8為圖1中F處活塞運動至前進止點時的局部放大圖；

圖9為圖1中F處活塞運動至復位止點時的局部放大圖。

具體實施方式

圖1為本發明的結構示意圖，圖2為圖1A-A向剖視放大圖，圖3為圖1B-B向剖視放大圖，圖4為圖1C-C向剖視放大圖，圖5為圖1中D處閥芯運動至前進止點時的局部放大圖，圖6為圖1中D處閥芯運動至復位止點時的局部放大圖，圖7為圖1中E處的局部放大圖，圖8為圖1中F處活塞運動至前進止點時的局部放大圖，圖9為圖1中F處活塞運動至復位止點時的局部放大圖，如圖所示：本發明的高頻雙作用液動衝擊裝置，包括外管11，外管11內沿軸向依次設置有換向閥組件和可沿外管軸嚮往復運動的活塞9；

所述換向閥組件與外管內壁之間布置有高壓液流通道15，所述換向閥組件內設置有用於容納衝擊活塞前進的液流的第一衝擊腔22，所述活塞與外管內壁之間形成用於容納衝擊活塞復位的液流的第二衝擊腔23，所述第二衝擊腔23與高壓液流通道15連通，所述換向閥組件和活塞上設置有用於排出衝擊液流的排液通道18，所述換向閥組件用於控制所述第一衝擊腔22與高壓液流通道15及排液通道18的連通和斷開。換向閥組件可採用滑動閥，也可採用球形旋轉閥，還可以採用現有技術中其他能夠控制第一衝擊腔22與高壓液流通道15及排液通道18的連通和斷開換向閥組件，均能實現本發明的目的；

當第一衝擊腔22與高壓液流通道15連通並與排液通道18斷開時，第一衝擊腔22中的受力面積大於在第二衝擊腔23中的受力面積，高壓液流衝擊活塞前進；當第一衝擊腔22與高壓液流通道15斷開並與排液通道18連通時，第一衝擊腔中的液流從排液通道排出，因而第一衝擊腔中變為低壓，第二衝擊腔23中的高壓液流衝擊活塞復位。

本實施例中，所述換向閥組件包括設置於外管內的閥座、設置於閥座內的閥芯5和用於驅動閥芯5沿外管11軸嚮往復運動的閥芯驅動組件，所述閥芯驅動組件可採用彈簧驅動，也可採用液壓驅動，還可以採用現有技術中的其他其他驅動組件，均能實現本發明的目的，閥芯5可採用碳化鎢粉末冶金燒結製成，強度高，耐磨性好，延長零部件的使用壽命；通過閥芯滑動對液流進行切換，切換速度快，有利於提高液動錘的衝擊頻率，並且結構簡單，易於實現。

本實施例中，所述閥芯5和閥座之間設置有與所述高壓液流通道連通的高壓通道24和與所述第一衝擊腔連通的第一衝擊通道25，通過閥芯相對閥座往復運動控制高壓通道24與第一衝擊通道25的連通和斷開；

可在所述閥芯5外壁中部徑向內沉形成凹環，所述閥座上設置有用於與凹環配合的凸環，凸環沿所述外管軸向兩側分別設置有與所述高壓液流通道15連通的高壓通道24和與所述第一衝擊腔22連通的第一衝擊通道25，所述閥芯上還設置有洩流通道26；如圖5所示，當閥芯5運動至前進止點(即圖中的右止點)時，高壓液流從高壓通道24過閥芯凹環和第一衝擊通道25進入第一衝擊腔22衝擊活塞9前進；如圖6所示，當閥芯5運動至復位止點(即圖中左止點)時，第一衝擊通道25與洩流通道26連通(同時第一衝擊通道25與高壓通道24斷開)，第一衝擊腔22中的高壓液流經過洩流通道26進入排液通道18使得第一衝擊腔22瞬間變為低壓，在第二衝擊腔23中的高壓液流衝擊活塞復位；也可在閥芯上設置凸環，在閥座上設置凹環；此結構切換速度快，且能保證切換後高壓液流通道和第一衝擊腔的密封性，結構簡單，易於實現。

本實施例中，所述閥芯驅動組件包括設置於閥座內用於容納衝擊閥芯復位的液流的第三衝擊腔17，所述活塞9上設置有信號通道27，第三衝擊腔上設置有與信號通道27配合的信號通道28；如圖8所示，當活塞9運動至前進止點(即圖中的右止點)時第三衝擊腔17通過信號通道與所述高壓液流通道15連通，高壓液流通道中的高壓液流從信號通道27和信號通道28進入第三衝擊腔17衝擊閥芯5復位；閥芯前進前進驅動依靠高壓液流通過高壓通道24直接驅動閥芯前進；通過信號通道控制液流，剛好在活塞運動至前進止點時立即將閥芯復位，在活塞沒有運動至前進止點時，第三衝擊腔與高壓液流斷開，此結構可提高切換速度，進一步提高液動錘的復位速度，提高工作效率，優化衝擊頻率和衝擊功。

本實施例中，所述閥座包括主閥座7和設置於主閥座之內的內閥座6，主閥座7和內閥座6之間形成所述第一衝擊腔22，所述第三衝擊腔設置於主閥座7內，主閥座外壁與所述外管內壁之間形成所述高壓液流通道15，主閥座上還設置有與第三衝擊腔18連通的第三衝擊通道29，第三衝擊腔中18的高壓液流經過第三衝擊通道29流經主閥座和內閥座之間的間隙衝擊閥芯5復位；加工製造、安裝方便。

本實施例中，所述活塞9與所述外管11之間還設置有活塞襯套10，所述活塞襯套10與主閥座7之間設置有內管8，所述內管內壁與活塞外壁之間形成所述第二衝擊腔23；活塞襯套可保證第二衝擊腔23的密封性，活塞襯套和內管可調節第二衝擊腔的體積。

本實施例中，所述高頻雙作用液動衝擊裝置還包括與所述外管靠換向閥組件一端連接的鑽杆接頭1和與外管靠活塞端連接的鑽頭14，所述鑽杆接頭用於連接鑽杆向所述高頻雙作用液動衝擊裝置提供高壓液流，所述高頻雙作用液動衝擊裝置用於驅動鑽頭沿鑽杆軸向鑽進，鑽杆接頭1與閥座之間設置有引導座3，鑽頭14與外管11之間通過花鍵套13連接，外管內壁上還設置有對鑽頭限位的卡環12；通過鑽杆接頭1和鑽頭14實現對井下硬巖的鑽進。

本實施例中，所述上接頭1內設置有用於對高壓液流進行過濾的過濾裝置2，如圖2所示，過濾裝置2包括過濾網支撐管20，過濾網支撐管20上設置有過濾通孔21，也可採用現有技術中的其他過濾裝置；液流通過過濾裝置後可有效地防止其中的粗顆粒物質進入換向閥組件劃傷閥芯，從而提高鑽具的工作可靠性。

本實施例中，所述外管11的外壁上設置有用於輔助排渣的螺旋溝槽19；可輔助排渣，提高鑽進效率。

以上實施例中，前進方向是指沿外管軸向遠離換向閥組件指向鑽頭的方向，復位方向是指與前進方向相反的方向。

最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。