CN110529038B - 一种砧阀式液动潜孔锤 - Google Patents
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Abstract
一种砧阀式液动潜孔锤，包括依次连接的上接头、外管、花键套和下接头，在中空结构的下接头内设置砧阀组件，砧阀组件包括限位帽、砧阀、砧阀簧和导向座，限位帽固定在下接头上部，限位帽设有锥形孔，导向座固定在下接头中部；砧阀由砧阀头和砧阀杆构成，砧阀头为与锥形孔匹配贴合的圆锥体，砧阀杆设有阀杆中心孔，砧阀杆的侧壁上设有连通阀杆中心孔的过液槽孔，砧阀杆的下部插入导向座内、与导向座滑动配合；砧阀簧套装在砧阀杆上，砧阀簧两端分别触压砧阀头和导向座。采用本发明可以有效提高液动潜孔锤的能量利用率和输出冲击功，还可以减少下活塞运动区积砂死角，有利于排除岩削积渣、延长运动密封副寿命、减轻阻卡几率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于地质钻进施工装置，特别是应用于地质岩心钻探、科学钻探或石油天然气勘探等领域的砧阀式液动潜孔锤。
背景技术
液动潜孔锤是液动冲击回转钻进中的冲击载荷发生装置，液动潜孔锤利用钻进过程中泥浆泵供给的冲洗液中的能量，直接驱动液动锤内的冲锤形成上下往复运动，连续不断地对下部钻具施加一定频率的冲击载荷，从而实现冲击回转钻进。现有液动潜孔锤根据其作用原理不同可分为正作用液动潜孔锤、反作用液动潜孔锤、射流式双作用液动潜孔锤、射吸式双作用液动潜孔锤以及复合式液动潜孔锤等多种类别，根据结构特征又可分为常规液动潜孔锤与贯通式液动潜孔锤。上述液动潜孔锤，在工作过程中都存有一种缺陷即：在冲击行程中因冲锤高速运动导致下腔压力升高，当冲锤运行到接近行程末端时或多或少都存在受到压力影响而降低冲击末速度、削弱冲击功的水垫效应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消除或明显降低水垫效应、能量利用率高的砧阀式液动潜孔锤。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种砧阀式液动潜孔锤，包括依次连接的上接头、外管、花键套和下接头，外管内设有上缸套、上活塞、冲锤、下活塞和下缸套，在中空结构的下接头内设置砧阀组件，砧阀组件包括限位帽、砧阀、砧阀簧和导向座，所述限位帽固定在下接头上部，限位帽设有锥形孔，导向座固定在下接头中部；砧阀由砧阀头和砧阀杆构成，砧阀头为与锥形孔匹配贴合的圆锥体，砧阀杆设有阀杆中心孔，砧阀杆的侧壁上设有连通阀杆中心孔的过液槽孔，砧阀杆的下部插入导向座内、与导向座滑动配合；砧阀簧套装在砧阀杆上，砧阀簧两端分别触压砧阀头和导向座。
上述砧阀式液动潜孔锤，所述砧阀头设有通液槽，通液槽均匀分布，通液槽由砧阀头的中部向砧阀头的底部延伸。
上述砧阀式液动潜孔锤，所述砧阀头设有连通阀杆中心孔的中心通流孔，中心通流孔的孔径大于等于零、小于等于阀杆中心孔的孔径。
上述砧阀式液动潜孔锤，所述导向座的外周均布导流槽。
上述砧阀式液动潜孔锤，所述导向座设有砧阀簧限位槽，砧阀簧下部位于砧阀簧限位槽内。
上述砧阀式液动潜孔锤，所述砧阀杆下部直径小于上部直径，两不同直径连接处构成砧阀杆限位台。
上述砧阀式液动潜孔锤，所述过液槽孔在砧阀杆上均布，过液槽孔为2-4个，过液槽孔的位置与下接头旁通孔的位置对应。
本发明针对解决减小液动潜孔锤水垫效应问题进行了改进，在下接头内设置砧阀组件，砧阀组件设有砧阀，在冲击行程的后段，砧阀顶部受到高压作用压缩砧阀簧，砧阀随之下移，将砧阀装置上部的进液口打开，提高中间通道的过水面积，从而有效降低下腔压力，消除或降低水垫效应对冲击功的影响。而在抬锤时，由于下活塞区压力降低，砧阀在砧阀簧的作用下上行，封闭或半封闭过水通道，加速抬锤。采用本发明可以有效提高液动潜孔锤的能量利用率和输出冲击功，同时由于砧阀工作时上部进液口打开，还可以减少下活塞运动区积砂死角，有利于排除岩削积渣、延长运动密封副寿命、减轻阻卡几率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大视图；
图3是砧阀的结构示意图；
图4是图3的左视图；
图5是中心通流孔直径为零的砧阀结构示意图；
图6是导向座的立体图。
图中各标号为：1、上接头，2、外管，3、上喷嘴，4、上阀，5、上缸套，6、上活塞，7、冲锤，8、下活塞，9、下缸套，10、限位帽，11、砧阀，11-1、砧阀杆，11-2、过液槽孔，11-3、阀杆中心孔，11-4、砧阀头，11-5、通液槽，12、砧阀簧，13、卡瓦，14、导向座，15、花键套，16、下接头,16-1、下接头旁通孔。
具体实施方式
参看图1、图2，本发明包括由上至下依次连接的上接头1、外管2、花键套15和下接头16，下接头与全面钻头或取心钻具相连。上接头及花键套分别通过螺纹与外管相连，花键套与下接头通过花键或方式连接传递扭矩，卡瓦13保证花键套与下接头连在一起不致脱开并可在轴线方向相对滑动，提供防空打空间。外管内设有上缸套5、下缸套9，外管内的上部设有上阀4，外管内还设有由上活塞6、冲锤7、下活塞8组成的冲锤组件，其中，上活塞与上缸套滑动配合，下活塞与下缸套9滑动配合。冲锤组件与上阀配合，在其各自的限位范围内以均匀且较高的频率进行往复运动，冲锤组件运动至下限位时与下接头发生冲击并以冲击波的方式将能量传递至钻头从而提高钻头碎岩效率。本发明为减小液动潜孔锤的水垫效应设置了砧阀组件，砧阀组件位于中空结构的下接头内。砧阀组件包括限位帽10、砧阀11、砧阀簧12和导向座14。限位帽固定在下接头的上部，限位帽下端由下接头设置的台阶支撑，限位帽上端通过弹性挡圈或螺纹等方式限位，限位帽设有锥形孔。导向座固定在下接头中部，导向座下部由下接头设置的台阶支撑，导向座上部通过砧阀簧预紧限位。砧阀簧套装在砧阀杆上，砧阀簧两端分别触压砧阀头和导向座。
参看图2-图5，砧阀由砧阀杆11-1和形似蘑菇头的砧阀头11-4构成。砧阀头的上部为与锥形孔匹配贴合的圆锥体；砧阀头设有用于快速排液的通液槽11-5，通液槽均匀分布，通液槽由砧阀头的中部向砧阀头的下部延伸。砧阀头还设有连通阀杆中心孔的中心通流孔11-6，通过改变中心通流孔的孔径可以实现不同的过水通流要求。中心通流孔的孔径大于等于零、小于等于阀杆中心孔的孔径。图3所示的砧阀中心通流孔的孔径大于零、小于阀杆中心孔，这种结构的砧阀在关闭状态时半封闭过水通道；图5所示的砧阀中心通流孔的孔径为零，换言之，就是封闭了中心通流孔，这种结构的砧阀在关闭状态时全封闭过水通道。上述两种结构可以根据液动锤的工作状态选用。砧阀杆设有阀杆中心孔11-3，砧阀杆的侧壁上设有连通阀杆中心孔的过液槽孔11-2，过液槽孔在砧阀杆上均布，过液槽孔的数量为2-4个，过液槽孔的位置与下接头旁通孔16-1的位置对应，以便快速顺畅地通流排液。砧阀杆的下部插入导向座内、与导向座滑动配合；砧阀杆下部直径小于上部直径，两不同直径连接处构成砧阀杆限位台。
参看图2、图6，为了保证由砧阀流下的液体畅行无阻，在中心导向座的外周均布导流槽14-1。导向座端部设有砧阀簧限位槽14-2，砧阀簧下部位于砧阀簧限位槽内，这样一方面对砧阀簧限位、另一方面便于砧阀簧可靠压紧导向座。
本发明的工作原理如下：液动锤不工作或液动锤下腔压力不足以顶开砧阀簧时，限位帽与砧阀头之间通过锥面形成密封；液动锤工作时在冲击发生前的冲程后半程，随冲锤组件的高速运动，压缩液动潜孔锤下腔工作介质，导致下腔压力升高，砧阀组件受到高压作用砧阀压缩砧阀簧沿导向座下移，限位帽与砧阀头间的通道打开，快速提高了中间通道的过水面积，部分液体分流经中心通道流过，迅速降低下腔压力，从而消除或大大降低水垫效应对冲击功的影响，提高液动锤输出的冲击功。而在抬锤过程，由于下活塞区压力降低，砧阀在砧阀簧的弹性力作用下上行，部分或全部封闭过水通道，加速抬锤。使用时，通过更换砧阀改变中心通流孔的孔径，可以适应较大的泵量范围；更换砧阀簧的可以改变砧阀簧的刚度范围。
Claims (2)
1.一种砧阀式液动潜孔锤，包括依次连接的上接头、外管、花键套和下接头，外管内设有上缸套、上活塞、冲锤、下活塞和下缸套，其特征在于：在中空结构的下接头内设置砧阀组件，砧阀组件包括限位帽(10)、砧阀(11)、砧阀簧(12)和导向座(14)，所述限位帽固定在下接头上部，限位帽设有锥形孔，导向座固定在下接头中部；砧阀由砧阀头(11-4)和砧阀杆(11-1)构成，砧阀头为与锥形孔匹配贴合的圆锥体，砧阀杆设有阀杆中心孔，砧阀杆的侧壁上设有连通阀杆中心孔(11-3)的过液槽孔(11-2)，砧阀杆的下部插入导向座内、与导向座滑动配合；砧阀簧套装在砧阀杆上，砧阀簧两端分别触压砧阀头和导向座；
所述砧阀头设有通液槽(11-5)，通液槽均匀分布，通液槽由砧阀头的中部向砧阀头的底部延伸；
所述砧阀头设有连通阀杆中心孔的中心通流孔(11-6)，中心通流孔的孔径大于等于零、小于等于阀杆中心孔的孔径；
所述导向座的外周均布导流槽(14-1)；
所述导向座设有砧阀簧限位槽(14-2)，砧阀簧下部位于砧阀簧限位槽内；
所述砧阀杆下部直径小于上部直径，两不同直径连接处构成砧阀杆限位台。
2.根据权利要求1所述的砧阀式液动潜孔锤，其特征在于：所述过液槽孔在砧阀杆上均布，过液槽孔为2-4个，过液槽孔的位置与下接头旁通孔(16-1)的位置对应。
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