CN118273648A - 带有中心配气管的正循环风动潜孔锤 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正循环风动潜孔锤，它包括逆止阀、中心配气管、活塞和尾管，在上接头下部扩孔内装有逆止阀，中心配气管顶部帽沿与外缸形成过盈配合，活塞滑动间隙配合装于外缸内，中心配气管管柱滑动密封插入在活塞中心孔内，中心配气管底部封口、底面上方侧壁开有通气口；活塞底部中心孔密封嵌入尾管，尾管延伸段插入钻头中心孔内，活塞下部中心孔经尾管通孔与钻头中心孔连通，活塞上腔由外缸内壁、中心配气管外壁及中心配气管顶部盖沿构成；活塞下腔由外缸内壁、衬套顶面、钻头顶面和与尾管外壁构成；活塞下底面冲击接触钻头顶面。本发明的技术效果是：结构简单，提高了冲击器寿命，增大了冲击频率和冲击能量。

Description

带有中心配气管的正循环风动潜孔锤

本申请为申请号202310051162.7、申请日2023年2月2日、发明名称“一种正循环风动潜孔锤”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种钻探用气动冲击器，适用于针对硬岩快速钻进的各类钻孔。

背景技术

正循环风动潜孔锤是最为高效的硬岩钻进机具之一，其以压缩空气为动力介质，具有结构简单，制造成本低，钻进效率高等显著优点，正循环风动潜孔锤被广泛应用于露天矿山爆破孔、油气井、地热井等钻井领域。但现有的正循环风动潜孔锤具有内缸，导致径向尺寸被占用，潜孔锤外管厚度薄、活塞直径及端面有效受力面积减小，存在外管磨损失效、容易发生活塞断裂、冲击功率和频率偏小等问题，且其组成部件较多，加工复杂，导致风动潜孔锤性能和寿命较低、加工成本偏高。

中国专利文献CN216240401U公开了一种潜孔冲击器，如图1所示，冲击器主要包括有外缸200和活塞100，外缸200与活塞100之间夹装有缸套300，活塞上腔500中心部设置有泄压管筒400(用于活塞100下移到泄压管筒400下方时，活塞上腔500排气)，活塞100为一尖嘴型，活塞下部由缩颈段形成了活塞下腔600。该专利记载的潜孔冲击器取消了内缸，结构简单，避免了带内缸的潜孔锤的问题，但是由于活塞下腔600是由活塞下部削去部分留下的空间，活塞受力面积仅为活塞下部缩颈截面，活塞举升较慢，活塞运动频率较低，冲击效率低，另外，由于其设置了缸套300用于与外缸200之间形成引入高压气体的进气通道，导致在潜孔锤一定外径限制下外缸200壁厚较薄，在使用过程中外缸200因在钻屑冲蚀及与地层摩擦过程快速磨蚀失效，导致冲击器使用寿命较短。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种正循环风动潜孔锤，它能提高冲击频率和冲击能量，且能显著增加外缸厚度，使用寿命长。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括上接头、外缸、衬套、半圆卡、花键套和钻头；所述上接头与外缸螺纹连接，外缸下端通过螺纹与花键套连接，钻头的钻头体花键与花键套上的花键槽配合，半圆卡卡在钻头体花键上部的环形槽内，并挡在花键套的顶面，对钻头轴向限位，衬套放置在半圆卡顶面；

还包括逆止阀、中心配气管、活塞和尾管，上接头下部扩孔后形成扩孔锥面，在上接头下部扩孔内装有逆止阀，中心配气管顶部帽沿与外缸形成过盈配合，活塞滑动间隙配合装于外缸内，中心配气管管柱滑动密封插入在活塞中心孔内，中心配气管底部封口、底面上方侧壁开有通气口；活塞底部中心孔密封嵌入尾管，尾管延伸段插入钻头中心孔内，活塞下部中心孔经尾管通孔与钻头中心孔连通，活塞上腔由外缸内壁、中心配气管外壁及中心配气管顶部盖沿构成；活塞下腔由外缸内壁、衬套顶面、钻头顶面和与尾管外壁构成；活塞下底面冲击接触钻头顶面。

本发明的技术效果是：

本发明采用中心配气管引入高压气体并在活塞上布置流道，取消了缸套及其外围的配气结构，简化了潜孔锤结构，外缸壁厚显著增加，其抗磨蚀能力增强，使用寿命增加；由于本发明的活塞为圆柱体，抗冲击能力增大，且活塞上腔和活塞下腔受力面积相等，与现有的潜孔锤相比，在相同外径情况下活塞受力面积显著增大，活塞运动加速度和速度显著增大，使得活塞冲击频率和冲击末速度增大，冲击能大幅提高。且取消了缸套，避免了缸套自身的故障。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为背景技术的潜孔冲击器结构图；

图2为发明一个实施例的结构示意图。

图2中，1、上接头；2、逆止阀；3、阀弹簧；4、中心配气管；5、外缸；6、活塞；7、尾管；8、衬套；9、半圆卡；10、花键套；11钻头；c、活塞上腔；h、活塞下腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

为了清楚描述发明内容，本专利申请使用方位词“上”、“下”进行区别，所述“上”、“下”是依据以上附图的布设方位来确定的，在本发明的实际使用方向发生改变，其方位的称谓随之改变，不能视为对专利保护范围的限制。

如图2所示，本实施例包括上接头1、逆止阀2、阀弹簧3、中心配气管4、外缸5、活塞6、尾管7、衬套8、半圆卡9、花键套10和钻头11；所述上接头1与外缸5螺纹连接，外缸5下端通过螺纹与花键套10连接，钻头11的钻头体花键与花键套10上的花键槽配合，半圆卡9卡在钻头体花键上部的环形槽内，并挡在花键套10的顶面，对钻头11轴向限位；衬套8放置在半圆卡9顶面，由外缸5内台阶以及花键套10固定轴向位置。

上接头1下部扩孔后形成扩孔锥面，在上接头1下部扩孔内装有逆止阀2，所述逆止阀2用于突然停钻时因钻具内压力突然降低，阻止钻孔内流体携带杂质反向进入潜孔锤内部。所述逆止阀2包括阀盖和阀弹簧3，阀盖的底圆筒过盈配合嵌入阀弹簧3中，阀盖顶面具有与上接头1扩孔锥面紧密接合的关闭状态，以及与上接头1扩孔锥面脱离的打开状态；阀弹簧3夹在阀盖与中心配气管4顶部盖沿之间；中心配气管4顶部帽沿与外缸5形成过盈配合，并由外缸5上台阶对中心配气管4轴向限位；

活塞6滑动间隙配合装于外缸5内，中心配气管4管柱滑动密封插入在活塞6中心孔内，中心配气管4底部封口、底面上方侧壁开有通气口；活塞6底部中心孔密封嵌入尾管7，尾管7延伸段插入钻头11中心孔内，活塞6下部中心孔经尾管7通孔与钻头11中心孔连通，活塞上腔c由外缸5内壁、中心配气管4外壁及中心配气管顶部盖沿构成；活塞下腔h由外缸5内壁、衬套8顶面、钻头9顶面和与尾管7外壁构成；活塞6下底面冲击接触钻头11顶面。

上接头1中心孔构成a流体通道，逆止阀2内部的阀弹簧3安装空间和中心配气管4的沉孔构成b流体通道，插入活塞6中心孔内的中心配气管4一段侧壁通气口构成e流体通道,中心配气管4与活塞6中心孔壁之间的缝隙形成f流体通道，活塞6上部水平孔构成d流体通道，外缸5内壁与活塞6外壁之间的缝隙形成，与d流体通道错开的活塞6顶面竖直向下开孔，至中心配气管4底部之下向活塞6中心孔壁开口的孔道构成g流体通道，活塞6下部中心孔、尾管7通孔和钻头11中心孔构成i流体通道。

本发明实施例的工作原理：

初始状态下压缩空气通过a流体通道推开逆止阀2，进入到b流体通道，并通过中心配气管4上的e流体通道、中心配气管4与活塞6形成的f流体通道、活塞6上的d流体通道，外缸5内壁与活塞6外壁之间的o流体通道进入到活塞下腔h，推动活塞6向上运动，活塞上腔c内的流体通过活塞6上的g流体通道和活塞、尾管、钻头中心孔构成的i流体通道进入到钻头11，压缩空气通过钻头11底部的排气孔进入到钻孔底对钻屑进行吹扫，实现孔底排渣。

当活塞向上运动一定行程后，d流体通道与活塞下腔h连通的o流体通道切断；f流体通道、d流体通道与活塞上腔c连通，此时g流体通道的出口被中心配气管4外壁封堵，压缩空气从b流体通道、中心配气管4上的e流体通道进入活塞上腔c，活塞上腔c获得高压流体，使活塞6往上减速并向下加速运动冲向钻头11顶部，同时围成活塞下腔h的尾管7也脱离钻头11中心孔，活塞下腔h与中心部的流体通道i连通，活塞下腔h内的压缩空气通过流体通道i排至钻头11，重复上述过程，实现冲击钻进。

Claims (9)

1.一种带有中心配气管的正循环风动潜孔锤，包括上接头(1)、外缸(5)和钻头(11)；所述上接头(1)与外缸(5)连接，其特征在于，还包括：

逆止阀(2)，其装设在接头(1)下部扩孔内；

中心配气管(4)，其顶部帽沿与外缸(5)形成过盈配合；中心配气管(4)管柱滑动密封插入在活塞(6)中心孔内，中心配气管(4)底部封口、底面上方侧壁开有通气口；

尾管(7)，其延伸段插入钻头(11)中心孔内；以及

活塞(6)，其滑动间隙配合装于外缸(5)内，使得活塞(6)下底面冲击接触钻头(11)顶面；活塞(6)底部中心孔密封嵌入尾管(7)，活塞(6)下部中心孔经尾管(7)通孔与钻头(11)中心孔连通；

活塞上腔由外缸(5)内壁、中心配气管(4)外壁及中心配气管顶部盖沿构成；活塞下腔由外缸(5)内壁、衬套(8)顶面、钻头(9)顶面和与尾管(7)外壁构成；

上接头(1)中心孔构成a流体通道，逆止阀(2)内部的阀弹簧安装空间和中心配气管(4)的沉孔构成b流体通道，插入活塞(6)中心孔内的中心配气管(4)一段侧壁通气口构成e流体通道,中心配气管(4)与活塞(6)中心孔壁之间的缝隙形成f流体通道，活塞(6)上部水平孔构成d流体通道，外缸(5)内壁与活塞(6)外壁之间的缝隙形成o流体通道，与d流体通道错开的活塞(6)顶面竖直向下开孔，至中心配气管(4)底部之下向活塞中心孔壁开口的孔道构成g流体通道，活塞(6)下部中心孔、尾管(7)通孔和钻头(11)中心孔构成i流体通道；

初始状态下压缩空气通过a流体通道推开逆止阀(2)，进入到b流体通道，并通过e流体通道、f流体通道、d流体通道、o流体通道进入到活塞下腔(h)，推动活塞(6)向上运动，活塞上腔(c)内的流体通过g流体通道和i流体通道进入到钻头(11)，压缩空气通过钻头(11)底部的排气孔进入到钻孔底对钻屑进行吹扫，实现孔底排渣。

2.根据权利要求1所述的带有中心配气管的正循环风动潜孔锤，其特征在于，

活塞向上运动一定行程后，d流体通道与活塞下腔(h)连通的o流体通道切断；f流体通道、d流体通道与活塞上腔(c)连通，此时g流体通道的出口被中心配气管(4)外壁封堵，压缩空气从b流体通道、中心配气管(4)上的e流体通道进入活塞上腔(c)，活塞上腔(c)获得高压流体，使活塞(6)往上减速并向下加速运动冲向钻头(11)顶部，同时围成活塞下腔(h)的尾管(7)也脱离钻头(11)中心孔，活塞下腔(h)与中心部的流体通道i连通，活塞下腔(h)内的压缩空气通过i流体通道排至钻头(11)，重复上述过程，实现冲击钻进。

3.根据权利要求2所述的带有中心配气管的正循环风动潜孔锤，其特征在于，

所述上接头(1)下部扩孔后形成扩孔锥面。

4.根据权利要求3所述的正循环风动潜孔锤，其特征在于，

所述逆止阀(2)包括阀盖和阀弹簧(3)，阀盖顶面具有与上接头(1)扩孔锥面紧密接合的关闭状态，以及与上接头(1)扩孔锥面脱离的打开状态；阀弹簧(3)夹在阀盖与中心配气管(4)顶部盖沿之间。

5.根据权利要求4所述的具有多配流通道结构的气动冲击器，其特征在于，

阀盖的底圆筒过盈配合嵌入阀弹簧(3)中。

6.根据权利要求5所述的具有多配流通道结构的气动冲击器，其特征在于，

还包括花键套(10)，外缸(5)下端通过螺纹与花键套(10)连接，钻头(11)的钻头体花键与花键套(10)上的花键槽配合。

7.根据权利要求6所述的具有多配流通道结构的气动冲击器，其特征在于，

还包括半圆卡(9)，卡在钻头体花键上部的环形槽内，并挡在花键套(10)的顶面，对钻头(11)轴向限位。

8.根据权利要求7所述的具有多配流通道结构的气动冲击器，其特征在于，

还包括衬套(8)，其放置在半圆卡(9)顶面。

9.根据权利要求1所述的具有多配流通道结构的气动冲击器，其特征在于，

所述上接头(1)与外缸(5)螺纹连接。