CN87100447A - 潜孔钻机的改进 - Google Patents

Abstract

公开了一种一般称为潜孔钻孔的钻岩型流体冲击工具。这类工具，已在授予埃瓦尔德·H·库尔特并且已转让给英格索尔一兰德公司的美国4,084,646号专利中予以介绍。本发明的改进，是增加了钻深孔的性能，借助提供一个装置用来储存活塞回流压缩空气，进入活塞上一个移动气坑。由此有效地增加活塞前端的容积，减小活塞前的气垫作用，从而增加冲击力。这种方法当深孔作业中背压增大时，是特别有效的。

Description

潜孔钻机是一般人已知的技术。其中一种这样的钻机在美国4，084，646号专利中被介绍和叙述过，该专利是授予埃瓦尔德·H·库尔特，并且已转让给英格索尔-兰德公司的。那项专利的说明书和附图，被作为本发明在其上应用的基础钻机和相似钻机的说明参考资料。

本发明的目的是增加冲击活塞前端的有效容积，而不增加钻机的直径。

本发明的另外目的是减小潜孔钻机的冲击活塞承受的背压，以便改进钻机深孔工作效率。

本发明还有另一目的是提供一种冲击活塞，它有直径缩小部分形成了压力流体的存储腔室，它同活塞一起运动，而不会使活塞偏离其运行方向。

本发明的另一目的是提供一种潜孔钻机，在深孔作业经受较高的背压时增加工作效率，而不增加钻机的直径。

这些目的和其他目的是由一种无阀的冲击式钻机实现的，它包括有：

机壳;位于机壳后端用来将钻机连结至钻杆组和压力流体供应源的后机头，一个位于机壳内接近机壳的后端的分流器;一个安置在机壳的前端，在机壳内分流器和冲击装置之间形成一腔室的冲击装置，该腔室的后端接近分流器，而前端接近冲击装置;一个安置在腔室内而接近腔室的后端的套筒;一个在机壳和套筒之间形成的将压力流体供应源连接至腔室内的第一压力流体通道;一个安置在腔室内，并在其内作轴向往复运动，实施打击于冲击装置上面的活塞;活塞在靠近腔室的后端，和套筒是滑动接触的，而在靠近腔室的前端活塞是和机壳滑动接触的;一个用于连续使用压力流体至活塞后端的选定部分，因而提供连续的驱动力至活塞上面，使之接近腔室的前端的装置;一个用于交替地供应和排放压力流体至接近腔室后端的活塞一测的选定部分和接近腔室前端的活塞另一侧的选定部分，因而使活塞往复运动的装置;一个用于交替地供应和排放压力流体至活塞的后端的装置，它包括了一个第二压力流体通道，沿着套筒里面和活塞的外面与第一压力流体通道延伸;

改进之处包括了：

一个用于在活塞的一部分内储存附加的压力流体以向前端扩散的装置，以及一个将储存附加的压力流体的装置与第一压力流体通道连通的装置。

图1是根据现有技术的气动潜孔岩石钻机中央部分的纵向剖视图。

图2是根据本发明的气动潜孔岩石钻机中央部分的纵向剖视图。

图3是图1中现有技术的岩石钻机按3-3剖面得到的横切剖视图。

图4是根据现有技术的岩石钻机按4-4剖面得到的横切剖视图。

图5是根据本发明的岩石钻机按5-5剖面得到的横切剖视图。

图6是根据本发明的岩石钻机按6-6剖面得到的横切剖视图。

图纸中凡与美国专利第4，048，646号相同的部件其标号都是相同的，以便容易鉴别和进行比较。然而，为了了解本发明，有必要知道，由压缩气体驱动的通用潜孔钻机和类似的往复锤击装置，会有压力流体进入活塞的前面空间内，当活塞处于向下行程时它将限制活塞的运动。假如这种现象出现在活塞进行冲击之前，正如作为参考的专利中发生的现象，这将减小可取得的最大冲击力。

在作为参考的无阀钻机中，一些重迭的或早先导入至活塞前面空间的压力流体，是有效操作循环所要求的，而本发明提出了减小冲击前的限制作用。能够完成这个任务的一种方法是，有效地增加同冲击活塞的前面空间有关的容积。由于这个容积必须加以压缩，这就需要更大流量的压力流体来实现相同的背压。由于压力流体的流动在某种程度上受到潜孔钻机设计结构的限制，这就导致活塞下面达到全压时产生有效的时间延迟。这种延迟导致活塞冲击力增加，而同时保留循环操作所需求的重迭压力流体。上面所谈到的特别有益于深孔作业，因其排放背压是实际存在的，而且因此已使活塞前面空间气体压力相对高些。

图1的岩石钻机纵向剖面图显示了根据美国专利4，048，646号的潜孔气动钻机的相关部件。

简要地说，在这种气动钻机中压缩空气流过套筒50内的钻口63，进入套筒50外侧和机壳6内侧之间的环状通道52。

接着压缩空气向前流入活塞30外侧和机壳6之间的腔室64。这是一个“气库”，因为在这腔室内经常留有压力流体，并从这里压缩空气流到活塞的上腔室68或者活塞的下腔室69。当压缩空气拧开之前，活塞处于其最低位置（如图1所示），压缩空气流过进入下腔室69，在活塞30的下冲击传递面40上施加一作用，驱动活塞向上朝向其一端或进口端。压缩空气连续充入下腔室69或容积V1，并收集于活塞30、钎头8、机壳6和间隔环13之间，直至机壳的下密封面，也就是直至棱缘86接触到台肩87。当这情形出现时，压缩空气中断通往下腔室69。然而，凭借在下腔室内的压缩空气的气流速度和膨胀，活塞继续往上移动。由于活塞上升，活塞30的轴向孔42的下密封面拉开脱离排放管23的端部。这时，在下腔室69内的压缩空气排放至钎头8，并流出进入排放孔67。

当活塞的下端这样动作继续进行的同时，另一动作在其上端产生。首先当活塞轴向孔的密封面43啮合上分流器的排放杆65的加大头部66的下端时，上腔室68被密封。紧接着，当活塞开槽36的棱缘88不盖着套筒50内凹割80的台肩89时，压力流体经由轴向开槽33流入上腔室88。压缩空气进入上腔室68，首先拦住活塞的向上运动（大约只差一英寸碰到分流器），然后是掉转活塞的运动，推动它加速向前运动。当活塞开槽36的棱缘88盖着凹割80的台肩89，流向上腔室68的压力流体中断。从这时起，活塞由压力流体的膨胀驱动。由于活塞继续向前冲击，当密封面43和分流器排放杆的加大端头66脱离接触。上腔室68内的压缩空气穿过活塞排放，进入排放管23并流出钎头;而在另一端，活塞30的下密封面39的棱缘和机壳内侧面39的台肩87又脱离接触，这时，压缩空气再进入下腔室69。紧接着，活塞30冲击钎头8。活塞会稍微反弹。这样，压缩空气再进入下腔室，开始进行下一个循环。

正如可以由本领域技术训练有素的人士意识到的，一旦下密封面39的棱缘和台肩87脱离接触，压缩空气开始进入下腔室，由于压缩空气产生的力作用在活塞下冲击传递面40的结果，活塞30开始减速。这样造成能量的损失，因此希望减小在腔室69内形成的压力。

本发明已减小了在腔室69内形成的压力。如图2所示，活塞30提供了圆周的凹割100，它形成了一个容积V2，用来存储压力流体。现有技术装置的台肩34，已往外扩大形成一个上圆周密封面101，和下圆周密封面39有相同的直径。

机壳的内侧，开槽加工的纵向通道102已被加长，而起着同样的功用;台肩87′配合上密封面101的棱缘86′，正如现有技术中台肩87和棱缘86的动作，并且在各自循环周期上处于大致同一时刻。

图3和图6比较了分别由图1和图2沿着3-3剖线和6-6剖线得到的横剖面图。

图4和图5比较了分别由图1和图2沿着4-4剖线和5-5剖线得到活塞的横剖面图。在图5清楚显示减小了的活塞直径，它形成了容积V2。

这样本领域的专业人士已可意识到，一旦上密封表面101与台肩87′脱离接触，为了产生压力，压力流体或者压缩空气必需充满两个容积V1和V2。压缩空气的流量是给定的，使总压力的形成延迟，因此减小活塞上的阻力，显著地增加钎头上活塞的冲击。

这种效果在深孔作业特别明显，这是因为深孔作业时背压或排放压力已减小活塞的冲击，并且深孔作业时用于增加的前面空间容积而稍微增加的压缩空气，是有益于吹净钻孔。

本技术领域的专业人士将会根据已经介绍的本发明想出许多变型，因此本发明除受权利要求书的限制外不受别的限制。

Claims (10)

1、一种用于潜孔钻孔的无阀型经过改进的冲击式钻机，其中包括有：一个机壳，一个位于上述机壳的后端用来将钻机连接至钻杆组和压力流体供应源的后机头；一个位于上述机壳内接近上述机壳的上述后端的分流器；一个安置在上述机壳的前端，在上述机壳内的上述分流器和上述冲击装置之间形成一腔室的冲击装置，该腔室的后端接近上述分流器，而前端接近上述冲击装置；一个安置在上述腔室内，而接近上述腔室的上述后端的套筒；一个在上述机壳和上述套筒之间形成的将压力流体供应源连接至上述腔室内的第一压力流体通道；一个安置在上述腔室内，并在其内作轴向往复运动，实施打击于冲击装置上面的活塞；上述活塞在靠近上述腔室的上述后端，和上述套筒是滑动接触的，而在靠近上述腔室的上述前端，上述活塞是和上述机壳滑动接触的；一个用于连续使用压力流体至上述活塞的上述后端的选定部分，因而提供连续的驱动力至上述活塞上面，使之接近上述腔室的上述前端的装置；一个用于交替地供应和排放压力流体至接近上述腔室后端的上述活塞一侧的选定部分和接近上述腔室前端的上述活塞另一侧的选定部分，因此使上述活塞往复运动的装置；一个用于交替地供应和排放压力流体至上述活塞的上述后端的装置，它包括了一个第二压力流体通道，沿着上述套筒的里面和上述活塞的外面与上述第一压力流体通道延伸；

其特征在于：

一个用于在上述活塞的一部分内，储存附加的压力流体，以向上述前端扩散的装置；

一个将上述储存附加压力流体的装置与上述第一压力流体通道流通的装置。

2、根据权利要求1的改进冲击钻机，其特征是，上述储存附加压力流体的装置，包括了一个在与上述机壳滑动接触的活塞的一部分内的环形凹割。

3、根据权利要求1的改进冲击钻机，其特征是，将上述储存附加压力流体的装置与上述第一压力流体通道的上述装置，包括了一个在上述机壳内的一个纵向通道。

4、一种由外部压力流体源驱动型的改进潜孔钻机，它包括有：一个机壳;一个位于上述机壳的后端的后机头;一个配置在上述机壳的前端的冲击承受装置，这前端是位于上述机壳内形成的一个腔室内;一个位于上述机壳内并实施打击于上述冲击受装置上面的往复运动的活塞;一个装置，用来交替地供应压力流体到至少是接近上述腔室的上述后端安置的上述活塞的一侧的一个部分，或者到至少是接近上述腔室的上述前端安置的上述活塞的另一侧的一个部分，因而使活塞往复运动;

其特征是，包括了：一个在上述活塞上，配合上述活塞的前端，用来储存压力流体的装置。

5、根据权利要求4的改进潜孔钻机，其特征是，上述用来储存附加压力流体的装置，包括了一个在活塞内接近活塞的前端的凹坑。

6、根据权利要求4的改进潜孔钻机，其特征是，上述凹坑容纳流至上述活塞的前端的压力流体，以阻滞上述冲击承受装置的上述腔室的端部内压力的形成。

7、一个改进冲击设备，包括有：一个机壳;一个安置在上述机壳的一端，用来将上述设备连接到一个压力流体源的连接装置;一个安置在上述机壳的另一端，用来承受冲击和传递冲击至一个工具上的冲击装置;一个安置在上述机壳内，在上述连接装置和上述冲击装置之间作往复运动，因此实施打击于上述冲击装置上面的活塞;上述活塞具有一个接近上述一端的第一部分和一个接近上述另一端的第二部分;一个开口装置，配合上述活塞，用于连续加压至上述活塞的第一部分，同时交替地加压至上述活塞的第二部分，而且上述活塞装置的一端接近上述冲击装置，因此使上述活塞往复运动运动;上述活塞是一个梯极形活塞，具有一个位于一端形成活塞第二部分的较小直径部分，和一个位于另一端的较大直径部分，它由一个形成台肩的平面连接，该平面在两直径部分之间形成了活塞的第一部分;上述活塞在其一端配有指状阀，而在另一端配有排气管，使上述活塞的端部交替地加压和排放;

其特征是，包括了：一个上述活塞的另一端内的凹坑，用于结合上述活塞的另一端储存压力流体，从而结合上述活塞的上述第二部分的另一端的重迭期间阻滞压力的形成，从而增加作用在上述冲击装置的冲击。

8、根据权利要求7的改进冲击设备，其特征是，上述凹坑是在上述活塞上的一个环形凹割。

9、根据权利要求8的改进冲击设备，其特征是，上述环形凹割，将上述活塞第二部分分开为止圆柱状密封面和下圆柱状密封面。

10、根据权利要求9的改进冲击装置，其特征是，上述上密封面是一个阀面，用来控制从上述开口装置至上述活塞的上述第二部分的压力流体的供应，借助的方法是将上述凹坑作为一个用来完成重迭的过程和使上述活塞的上述第二端处形成压力的装置。

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