CN114961617B - 一种水动力取芯钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水动力取芯钻具，属于矿用机械设备技术领域。该一种水动力取芯钻具包括钻头、钻筒、连接管、取样筒和钻柄，还包括：流量控制阀，包括阀座、阀芯组件和弹簧，阀座设有滑孔，滑孔连通有供水装置，阀座侧壁设有第一通孔，第一通孔一端与连接管管孔连通，第一通孔另一端与滑孔连通，阀芯组件侧壁能阻塞第一通孔，滑孔远离阀芯组件一端设有弹簧座，弹簧座设有第二通孔，阀芯组件用于阻断第二通孔与滑孔的连通；球阀，与取样筒连通，球阀通过连接管管孔内的水压驱动。本发明的一种水动力取芯钻具，利用供水装置的水压控制流量控制阀开闭，从而向球阀提供足够的动力，保证球阀具有足够的扭力，从而防止球阀被矿样卡死。

Description

一种水动力取芯钻具

技术领域

本发明涉及矿用机械设备技术领域，具体涉及一种水动力取芯钻具。

背景技术

矿物取样是指按照一定的规格或要求，从矿体和围岩以及矿山中，采集一定数量的样品，通过加工、分析、测试和评价，研究矿物的质量，矿床开采技术条件等，为评价和计算矿床储量，解决矿床地质、开采、地质等方面的问题提供数据依据。在样本取样过程中，一定要注意样品的代表性、全面性和***性。矿样的完整性对后期样本的分析、试验和鉴定影响重大，因此，在进行矿层取样时，需要保证矿样的完整性。

在中国发明专利申请号：CN202210170691.4中公开了一种取芯钻具密封装置，包括：球阀机构，包括阀座、阀芯和滑套；触发机构，包括按压结构、蓄能弹簧和滑块，所述按压结构设于所述取样筒远离钻头一端，按压结构与所述蓄能弹簧连接，蓄能弹簧一端与所述滑块连接，所述滑块设于所述钻筒内，滑块与所述阀芯连接。该一种取芯钻具密封装置，在进行矿层取样时，当矿样完全进入取样筒，利用触发机构的蓄能弹簧的弹力驱动触发机构动作，来截取矿样。

但该装置受限于蓄能弹簧所提供的动力有限，当矿样的硬度过高时，球阀机构容易出现由于扭力不足而被矿样卡死的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种水动力取芯钻具，利用供水装置的水压控制流量控制阀开闭，从而向球阀提供足够的动力，保证球阀具有足够的扭力，从而防止球阀被矿样卡死。还能够利用供水装置提供的水流对钻筒进行冷却，防止钻筒因进给时温度过高而受损。

本发明提供了一种水动力取芯钻具，包括钻头、钻筒、连接管、取样筒和钻柄，还包括：

流量控制阀，包括阀座、阀芯组件和弹簧，阀座与钻柄连接，所述阀座设有滑孔，滑孔连通有供水装置，所述阀芯组件与所述滑孔内壁密封滑动连接，阀芯组件设有孔隙，阀座侧壁设有第一通孔，第一通孔一端与连接管管孔连通，第一通孔另一端与滑孔连通，阀芯组件侧壁能阻塞第一通孔，滑孔远离阀芯组件一端设有弹簧座，所述弹簧一端与弹簧座相抵，弹簧另一端与所述阀芯组件相抵，弹簧座设有第二通孔，第二通孔一端与滑孔连通，所述第二通孔另一端与所述连接管与钻筒之间的间隙连通，所述阀芯组件用于阻断第二通孔与滑孔的连通；

球阀，设于所述连接管管孔内靠近钻头一端，所述球阀与所述取样筒连通，球阀通过连接管管孔内的水压驱动。

较佳的，所述球阀包括球阀阀座、球阀阀芯和第一滑套，所述球阀阀座设于所述连接管内且与所述钻头连接，球阀阀座设有第三通孔，第三通孔一端与钻头的取样孔连通，第三通孔的另一端与取样筒的内腔连通，球阀阀芯设于所述第三通孔内，所述球阀阀芯连接有球阀转轴，所述球阀转轴连接有齿轮，所述第一滑套与连接管管孔内壁密封滑动连接，第一滑套内壁与球阀阀座外壁密封滑动连接，第一滑套侧壁设有沿其轴向的齿条，所述齿条与所述齿轮齿接。

较佳的，所述连接管包括第一分管和第二分管，所述第一分管一端与所述钻柄连接，第一分管另一端连接有分液阀，第二分管一端与分液阀连通，第二分管的另一端与所述钻头连接，所述阀座设于第一分管内，所述第一通孔与第一分管的管孔连通，所述第一滑套与第二分管管孔内壁密封滑动连接，所述分液阀设有第四通孔和第五通孔，所述第四通孔一端与所述第二通孔连通，第四通孔另一端与所述间隙连通，第五通孔一端与第一分管管孔连通，第五通孔另一端与第二分管管孔连通。

较佳的，所述阀芯组件包括塞块和第二滑套，所述塞块与第二滑套内壁连接，所述第二滑套外壁与所述滑孔内壁密封滑动连接，第一通孔能被第二滑套侧壁阻塞，塞块与第二滑套内壁留有所述孔隙，所述塞块用于阻断第二通孔与滑孔的连通。

较佳的，所述塞块为水滴形结构。

较佳的，所述第一通孔可拆卸连接有节流套，所述节流套设有多种规格，不同规格的节流套具有不同孔径的第六通孔。

较佳的，所述第一通孔设有内螺纹，所述节流套外壁设有外螺纹，节流套通过所述外螺纹与所述第一通孔螺纹连接。

较佳的，所述钻柄设有第七通孔，所述第七通孔一端与所述供水装置连通，第七通孔另一端与所述滑孔连通。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种水动力取芯钻具，利用供水装置的水压控制流量控制阀开闭，从而向球阀提供足够的动力，保证球阀具有足够的扭力，从而防止球阀被矿样卡死。还能够利用供水装置提供的水流对钻筒进行冷却，防止钻筒因进给时温度过高而受损。

本发明能够向球阀阀芯施加较大的动力，从而能将第三通孔内的矿样截断，防止球阀被其内部的矿样卡死。通过设置分液阀，能够将高压水流和低压水流进行分流，从而在工作模式切换时，防止高压水流和低压水流相互影响。通过设置塞块和第二滑套，利用塞块将第二通孔阻塞，防止水流从第二通孔内泄漏，保证本装置能够正常运行。通过将塞块设置为水滴形结构，能够降低塞块对水流的扰乱，进而降低塞块对水流的阻力。通过设置多种规格的节流套，能够调节对球阀提供的驱动力，以满足对不同硬度矿样的采样需求。通过设置内螺纹和外螺纹，将节流套与第一通孔内连接起来，能够方便节流套拆装和更换。通过在钻柄上设置第六通孔，能在钻柄转动时，保证供水装置能正常将水流供给至滑孔内，从而保证本装置的正常运行。

附图说明

图1为本发明的主剖结构示意图；

图2为本发明的左剖结构示意图；

图3为本发明流量控制阀的结构示意图；

图4为本发明球阀的内部结构示意图；

图5为本发明球阀的外部结构示意图。

附图标记说明：

101.钻头，102.钻筒，103.取样筒，104.钻柄，105.阀座，106.阀芯组件，107.弹簧，108.孔隙，109.第一通孔，110.滑孔，111.弹簧座，112.第二通孔，113.间隙，114.连接管，201.球阀阀座，202.球阀阀芯，203.第一滑套，204.第三通孔，205.取样孔，206.球阀转轴，207.齿轮，208.齿条，301.第一分管，302.第二分管，303.分液阀，304.第四通孔，305.第五通孔，401.塞块，402.第二滑套，501.节流套，502.第六通孔，6.第七通孔。

具体实施方式

下面结合附图1-5，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1、3和4所示，本发明提供的一种水动力取芯钻具，包括钻头101、钻筒102、连接管114、取样筒103和钻柄104，还包括：流量控制阀和球阀，流量控制阀包括阀座105、阀芯组件106和弹簧107，阀座105与钻柄104连接，所述阀座105设有滑孔110，滑孔110连通有供水装置，所述阀芯组件106与所述滑孔110内壁密封滑动连接，阀芯组件106设有孔隙108，阀座105侧壁设有第一通孔109，第一通孔109一端与连接管114管孔连通，第一通孔109另一端与滑孔110连通，阀芯组件106侧壁能阻塞第一通孔109，滑孔110远离阀芯组件106一端设有弹簧座111，所述弹簧107一端与弹簧座111相抵，弹簧107另一端与所述阀芯组件106相抵，弹簧座111设有第二通孔112，第二通孔112一端与滑孔110连通，所述第二通孔112另一端与所述连接管114与钻筒102之间的间隙113连通，所述阀芯组件106用于阻断第二通孔112与滑孔110的连通；球阀设于所述连接管114管孔内靠近钻头101一端，所述球阀与所述取样筒103连通，球阀通过连接管114管孔内的水压驱动。

现简述实施例1的工作原理：

连接管114设于所述钻筒102内，所述连接管114与所述钻柄104连接，连接管114与钻筒102之间设有间隙113，所述阀座105设于所述连接管114内。初始时，球阀为打开状态，通过驱动整个钻具钻动，钻头101进行钻进，矿样从钻头101的取样孔205通过球阀进入取样筒103。此时，打开供水装置，供水装置提供低压水流，在弹簧107弹性力的作用下阀芯组件106侧壁阻塞了阀座105侧壁的第一通孔109，低压水流通过滑孔110、阀芯组件106的孔隙108以及弹簧座111的第二通孔112后，进入连接管114与钻筒102之间的间隙113内，从而对钻筒102进行冷却。当矿样全部进入取样筒103内时，供水装置转换提供高压水流，高压水流进入滑孔110内，此时高压水流通过阀芯组件106的孔隙108时，阀芯组件106的孔隙108两端的压差增大，在压差的作用下，整个阀芯组件106沿滑孔110的轴向滑动，此时弹簧107被挤压，直至阀芯组件106阻断第二通孔112与滑孔110的连通，与此同时，阀芯组件106滑动至第一通孔109与滑孔110连通时，高压水流通过第一通孔109进入连接管114管孔，高压水流驱动球阀关闭，从而将取样筒103进行封闭，从而完成样本取样工作。

本发明的一种水动力取芯钻具，本发明的一种水动力取芯钻具，利用供水装置的水压控制流量控制阀开闭，从而向球阀提供足够的动力，保证球阀具有足够的扭力，从而防止球阀被矿样卡死。还能够利用供水装置提供的水流对钻筒102进行冷却，防止钻筒102因进给时温度过高而受损。

实施例2：

在实施例1的基础上，为了在水压驱动下，使得球阀的阀芯具有较高的扭力，进一步增强球阀对矿样的截断力。

如图1、4和5所示，其中，所述球阀包括球阀阀座201、球阀阀芯202和第一滑套203，所述球阀阀座201设于所述连接管114内且与所述钻头101连接，球阀阀座201设有第三通孔204，第三通孔204一端与钻头101的取样孔205连通，第三通孔204的另一端与取样筒103的内腔连通，球阀阀芯202设于所述第三通孔204内，所述球阀阀芯202连接有球阀转轴206，所述球阀转轴206连接有齿轮207，所述第一滑套203与连接管114管孔内壁密封滑动连接，第一滑套203内壁与球阀阀座201外壁密封滑动连接，第一滑套203侧壁设有沿其轴向的齿条208，所述齿条208与所述齿轮207齿接。

在进行矿样取样时，矿样通过第三通孔204进入取样筒103。利用高压水流驱动球阀关闭时，连接管114管孔内的高压水流驱动第一滑套203沿连接管114管孔的轴向滑动，第一滑套203上的齿条208驱动齿轮207转动，进而驱动球阀转轴206和球阀阀芯202转动，增加高压水流的水压，能够向球阀阀芯202施加较大的动力，使得球阀的阀芯具有较高的扭力，进一步增强球阀对矿样的截断力。从而能将第三通孔204内较硬的矿样截断，进一步防止球阀被其内部的矿样卡死。

作为一种优选方案，如图1-4所示，其中，所述连接管114包括第一分管301和第二分管302，所述第一分管301一端与所述钻柄104连接，第一分管301另一端连接有分液阀303，第二分管302一端与分液阀303连通，第二分管302的另一端与所述钻头101连接，所述阀座105设于第一分管301内，所述第一通孔109与第一分管301的管孔连通，所述第一滑套203与第二分管302管孔内壁密封滑动连接，所述分液阀303设有第四通孔304和第五通孔305，所述第四通孔304一端与所述第二通孔112连通，第四通孔304另一端与所述间隙113连通，第五通孔305一端与第一分管301管孔连通，第五通孔305另一端与第二分管302管孔连通。当供水装置提供低压水流时，低压水流通过滑孔110、阀芯组件106的孔隙108以及弹簧座111的第二通孔112后，通过分液阀303的第四通孔304进入第一分管301、第二分管302与钻筒102之间的间隙113内，从而对钻筒102进行冷却。当供水装置提供高压水流时，高压水流通过滑孔110、第一通孔109进入到第一分管301与钻筒102之间的间隙113内，然后通过分液阀303的第五通孔305进入第二分管302与钻筒102之间的间隙113内，从而驱动第一滑套203滑动。通过设置分液阀303，能够将高压水流和低压水流进行分流，从而在工作模式切换时，防止高压水流和低压水流相互影响。

作为一种优选方案，如图1所示，其中，所述阀芯组件106包括塞块401和第二滑套402，所述塞块401与第二滑套402内壁连接，所述第二滑套402外壁与所述滑孔110内壁密封滑动连接，第一通孔109能被第二滑套402侧壁阻塞，塞块401与第二滑套402内壁留有所述孔隙108，所述塞块401用于阻断第二通孔112与滑孔110的连通。当高压水进入到滑孔110内时，高压水流流过塞块401与第二滑套402内壁之间的孔隙108后，在孔隙108两侧形成压差，从而在压差的作用下，第二滑套402被驱动并沿滑孔110轴向滑动，当第二滑套402滑动至第一通孔109与滑孔110连通时，塞块401将弹簧座111的第二通孔112阻塞。此时高压水流通过第一通孔109进入连接管114管孔内，驱动球阀关闭。通过设置塞块401和第二滑套402，从而能够在第一通孔109与滑孔110连通时，利用塞块401将第二通孔112阻塞，防止水流从第二通孔112内泄漏，保证本装置能够正常运行。

作为一种优选方案，如图1和3所示，其中，所述塞块401为水滴形结构。通过将塞块401设置为水滴形结构，能够降低塞块401对水流的扰乱，进而降低塞块401对水流的阻力。

作为一种优选方案，如图1和3所示，其中，所述第一通孔109可拆卸连接有节流套501，所述节流套501设有多种规格，不同规格的节流套501具有不同孔径的第六通孔502。通过设置多种规格的节流套501，由于节流套501具有不同孔径的第六通孔502，水流在通过第六通孔502时，第六通孔502两侧的压差比值与节流套501孔径的大小成反比，在输入水压一定的前提下，通过选用不同孔径的节流套501，获得不同的输出水压，从而能够调节对球阀提供的驱动力，以满足对不同硬度矿样的采样需求。

作为一种优选方案，如图1和2所示，其中，所述第一通孔109内设有内螺纹，所述节流套501外壁设有外螺纹，节流套501通过所述外螺纹与所述第一通孔109螺纹连接。通过设置内螺纹和外螺纹，将节流套501与第一通孔内204连接起来，能够方便节流套501拆装和更换。

作为一种优选方案，如图1和2所示，其中，所述钻柄104设有第六通孔6，所述第六通孔6一端与所述供水装置连通，第六通孔6另一端与所述滑孔110连通。通过在钻柄104上设置第六通孔6，供水装置通过第六通孔6向滑孔110内供给水流，能在钻柄104转动时，保证供水装置能正常将水流供给至滑孔110内，从而保证本装置的正常运行。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种水动力取芯钻具，包括钻头（101）、钻筒（102）、连接管（114）、取样筒（103）和钻柄（104），其特征在于，还包括：

流量控制阀，包括阀座（105）、阀芯组件（106）和弹簧（107），阀座（105）与钻柄（104）连接，所述阀座（105）设有滑孔（110），滑孔（110）连通有供水装置，所述阀芯组件（106）与所述滑孔（110）内壁密封滑动连接，阀芯组件（106）设有孔隙（108），阀座（105）侧壁设有第一通孔（109），第一通孔（109）一端与连接管（114）管孔连通，第一通孔（109）另一端与滑孔（110）连通，阀芯组件（106）侧壁能阻塞第一通孔（109），滑孔（110）远离阀芯组件（106）一端设有弹簧座（111），所述弹簧（107）一端与弹簧座（111）相抵，弹簧（107）另一端与所述阀芯组件（106）相抵，弹簧座（111）设有第二通孔（112），第二通孔（112）一端与滑孔（110）连通，所述第二通孔（112）另一端与所述连接管（114）与钻筒（102）之间的间隙（113）连通，所述阀芯组件（106）用于阻断第二通孔（112）与滑孔（110）的连通；

球阀，设于所述连接管（114）管孔内靠近钻头（101）一端，所述球阀与所述取样筒（103）连通，球阀通过连接管（114）管孔内的水压驱动；

所述球阀包括球阀阀座（201）、球阀阀芯（202）和第一滑套（203），所述球阀阀座（201）设于所述连接管（114）内且与所述钻头（101）连接，球阀阀座（201）设有第三通孔（204），第三通孔（204）一端与钻头（101）的取样孔（205）连通，第三通孔（204）的另一端与取样筒（103）的内腔连通，球阀阀芯（202）设于所述第三通孔（204）内，所述球阀阀芯（202）连接有球阀转轴（206），所述球阀转轴（206）连接有齿轮（207），所述第一滑套（203）与连接管（114）管孔内壁密封滑动连接，第一滑套（203）内壁与球阀阀座（201）外壁密封滑动连接，第一滑套（203）侧壁设有沿其轴向的齿条（208），所述齿条（208）与所述齿轮（207）齿接；

初始时球阀为打开状态，通过驱动整个钻具钻动，钻头（101）进行钻进，矿样从钻头（101）的取样孔（205）通过球阀进入取样筒（103）；打开供水装置，供水装置提供低压水流，在弹簧（107）弹性力的作用下阀芯组件（106）侧壁阻塞了阀座（105）侧壁的第一通孔（109），低压水流通过滑孔（110）、阀芯组件（106）的孔隙（108）以及弹簧座（111）的第二通孔（112）后，进入连接管（114）与钻筒（102）之间的间隙（113）内，从而对钻筒（102）进行冷却；当矿样全部进入取样筒（103）内时，供水装置转换提供高压水流，高压水流进入滑孔（110）内，此时高压水流通过阀芯组件（106）的孔隙（108）时，阀芯组件（106）的孔隙（108）两端的压差增大，在压差的作用下，整个阀芯组件（106）沿滑孔（110）的轴向滑动，此时弹簧（107）被挤压，直至阀芯组件（106）阻断第二通孔（112）与滑孔（110）的连通，与此同时，阀芯组件（106）滑动至第一通孔（109）与滑孔（110）连通时，高压水流通过第一通孔（109）进入连接管（114）管孔，高压水流驱动球阀关闭，从而将取样筒（103）进行封闭，从而完成样本取样工作；

利用高压水流驱动球阀关闭时，连接管（114）管孔内的高压水流驱动第一滑套（203）沿连接管（114）管孔的轴向滑动，第一滑套（203）上的齿条（208）驱动齿轮（207）转动，进而驱动球阀转轴（206）和球阀阀芯（202）转动，增加高压水流的水压，能够向球阀阀芯（202）施加较大的动力，使得球阀的阀芯具有较高的扭力，进一步增强球阀对矿样的截断力。

2.如权利要求1所述的一种水动力取芯钻具，其特征在于，所述连接管（114）包括第一分管（301）和第二分管（302），所述第一分管（301）一端与所述钻柄（104）连接，第一分管（301）另一端连接有分液阀（303），第二分管（302）一端与分液阀（303）连通，第二分管（302）的另一端与所述钻头（101）连接，所述阀座（105）设于第一分管（301）内，所述第一通孔（109）与第一分管（301）的管孔连通，所述第一滑套（203）与第二分管（302）管孔内壁密封滑动连接，所述分液阀（303）设有第四通孔（304）和第五通孔（305），所述第四通孔（304）一端与所述第二通孔（112）连通，第四通孔（304）另一端与所述间隙（113）连通，第五通孔（305）一端与第一分管（301）管孔连通，第五通孔（305）另一端与第二分管（302）管孔连通。

3.如权利要求1所述的一种水动力取芯钻具，其特征在于，所述阀芯组件（106）包括塞块（401）和第二滑套（402），所述塞块（401）与第二滑套（402）内壁连接，所述第二滑套（402）外壁与所述滑孔（110）内壁密封滑动连接，第一通孔（109）能被第二滑套（402）侧壁阻塞，塞块（401）与第二滑套（402）内壁留有所述孔隙（108），所述塞块（401）用于阻断第二通孔（112）与滑孔（110）的连通。

4.如权利要求3所述的一种水动力取芯钻具，其特征在于，所述塞块（401）为水滴形结构。

5.如权利要求1所述的一种水动力取芯钻具，其特征在于，所述第一通孔（109）可拆卸连接有节流套（501），所述节流套（501）设有多种规格，不同规格的节流套（501）具有不同孔径的第六通孔（502）。

6.如权利要求5所述的一种水动力取芯钻具，其特征在于，所述第一通孔（109）设有内螺纹，所述节流套（501）外壁设有外螺纹，节流套（501）通过所述外螺纹与所述第一通孔（109）螺纹连接。

7.如权利要求1所述的一种水动力取芯钻具，其特征在于，所述钻柄（104）设有第七通孔（6），所述第七通孔（6）一端与所述供水装置连通，第七通孔（6）另一端与所述滑孔（110）连通。

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