本發(fā)明涉及井下硬巖高速鉆進(jìn)領(lǐng)域，特別涉及一種高頻雙作用液動(dòng)沖擊裝置。

背景技術(shù)：

目前井下硬巖鉆進(jìn)一般采用胎體鉆頭或金剛石鉆頭以回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的方式施工，存在鉆進(jìn)效率低、對鉆具磨損嚴(yán)重等缺點(diǎn)。相比而言，氣動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)提高了鉆進(jìn)效率，但是氣動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的粉塵污染。液動(dòng)沖擊鉆進(jìn)不僅鉆進(jìn)效率高，而且不會(huì)產(chǎn)生粉塵污染。但是現(xiàn)有技術(shù)中的液動(dòng)錘沖擊頻率和沖擊功還不夠理想，影響了在硬巖鉆進(jìn)中的鉆進(jìn)效率。

因此，有必要對現(xiàn)有的液動(dòng)沖擊鉆具進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化其沖擊頻率和沖擊功，提高其鉆進(jìn)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種高頻雙作用液動(dòng)沖擊裝置及其鉆具，沖擊頻率和沖擊功高，其鉆進(jìn)效率快。

本發(fā)明的高頻雙作用液動(dòng)沖擊裝置，包括外管，外管內(nèi)沿軸向依次設(shè)置有換向閥組件和可沿外管軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞；

所述換向閥組件與外管內(nèi)壁之間布置有高壓液流通道，所述換向閥組件內(nèi)設(shè)置有用于容納沖擊活塞前進(jìn)的液流的第一沖擊腔，所述活塞與外管內(nèi)壁之間形成用于容納沖擊活塞復(fù)位的液流的第二沖擊腔，所述第二沖擊腔與高壓液流通道連通，所述換向閥組件和活塞上設(shè)置有用于排出沖擊液流的排液通道，所述換向閥組件用于控制所述第一沖擊腔與高壓液流通道及排液通道的連通和斷開。

進(jìn)一步，所述換向閥組件包括設(shè)置于外管內(nèi)的閥座、設(shè)置于閥座內(nèi)的閥芯和用于驅(qū)動(dòng)閥芯沿外管軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的閥芯驅(qū)動(dòng)組件。

進(jìn)一步，所述閥芯和閥座之間設(shè)置有與所述高壓液流通道連通的高壓通道和與所述第一沖擊腔連通的第一沖擊通道，通過閥芯相對閥座往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制高壓通道與第一沖擊通道的連通或斷開。

進(jìn)一步，所述閥芯上還設(shè)置有與所述排液通道連通的泄流通道，通過閥芯相對閥座往復(fù)運(yùn)動(dòng)還可以控制所述第一沖擊通道與泄流通道的連通或斷開。

進(jìn)一步，所述閥芯驅(qū)動(dòng)組件包括設(shè)置于閥座內(nèi)用于容納沖擊閥芯復(fù)位的液流的第三沖擊腔，所述活塞上及第三沖擊腔上設(shè)置有相互配合的信號(hào)通道，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)至前進(jìn)止點(diǎn)時(shí)第三沖擊腔通過信號(hào)通道與所述高壓液流通道連通。

進(jìn)一步，所述閥座包括主閥座和設(shè)置于主閥座之內(nèi)的內(nèi)閥座，主閥座和內(nèi)閥座之間形成所述第一沖擊腔，所述第三沖擊腔設(shè)置于主閥座內(nèi)，主閥座外壁與所述外管內(nèi)壁之間形成所述高壓液流通道。

進(jìn)一步，所述活塞與所述外管之間還設(shè)置有活塞襯套，所述活塞襯套與主閥座之間設(shè)置有內(nèi)管，所述內(nèi)管內(nèi)壁與活塞外壁之間形成所述第二沖擊腔。

進(jìn)一步，所述高頻雙作用液動(dòng)沖擊裝置還包括與所述外管靠換向閥組件一端連接的鉆桿接頭和與外管靠活塞端連接的鉆頭，所述鉆桿接頭用于連接鉆桿向所述高頻雙作用液動(dòng)沖擊裝置提供高壓液流，所述高頻雙作用液動(dòng)沖擊裝置用于驅(qū)動(dòng)鉆頭沿鉆桿軸向鉆進(jìn)。

進(jìn)一步，所述上接頭內(nèi)設(shè)置有用于對高壓液流進(jìn)行過濾的過濾裝置。

進(jìn)一步，所述外管的外壁上設(shè)置有用于輔助排渣的螺旋溝槽。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的高頻雙作用液動(dòng)沖擊裝置，換向閥組件能在高低壓間快速切換，優(yōu)化了沖擊頻率和沖擊功，提高了鉆進(jìn)效率。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)至前進(jìn)止點(diǎn)時(shí)的局部放大圖；

圖6為圖1中D處閥芯運(yùn)動(dòng)至復(fù)位止點(diǎn)時(shí)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(yùn)動(dòng)至前進(jìn)止點(diǎn)時(shí)的局部放大圖；

圖9為圖1中F處活塞運(yùn)動(dòng)至復(fù)位止點(diǎn)時(shí)的局部放大圖。

具體實(shí)施方式

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)至前進(jìn)止點(diǎn)時(shí)的局部放大圖，圖6為圖1中D處閥芯運(yùn)動(dòng)至復(fù)位止點(diǎn)時(shí)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(yùn)動(dòng)至前進(jìn)止點(diǎn)時(shí)的局部放大圖，圖9為圖1中F處活塞運(yùn)動(dòng)至復(fù)位止點(diǎn)時(shí)的局部放大圖，如圖所示：本發(fā)明的高頻雙作用液動(dòng)沖擊裝置，包括外管11，外管11內(nèi)沿軸向依次設(shè)置有換向閥組件和可沿外管軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞9；

所述換向閥組件與外管內(nèi)壁之間布置有高壓液流通道15，所述換向閥組件內(nèi)設(shè)置有用于容納沖擊活塞前進(jìn)的液流的第一沖擊腔22，所述活塞與外管內(nèi)壁之間形成用于容納沖擊活塞復(fù)位的液流的第二沖擊腔23，所述第二沖擊腔23與高壓液流通道15連通，所述換向閥組件和活塞上設(shè)置有用于排出沖擊液流的排液通道18，所述換向閥組件用于控制所述第一沖擊腔22與高壓液流通道15及排液通道18的連通和斷開。換向閥組件可采用滑動(dòng)閥，也可采用球形旋轉(zhuǎn)閥，還可以采用現(xiàn)有技術(shù)中其他能夠控制第一沖擊腔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(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的；

當(dāng)?shù)谝粵_擊腔22與高壓液流通道15連通并與排液通道18斷開時(shí)，第一沖擊腔22中的受力面積大于在第二沖擊腔23中的受力面積，高壓液流沖擊活塞前進(jìn)；當(dāng)?shù)谝粵_擊腔22與高壓液流通道15斷開并與排液通道18連通時(shí)，第一沖擊腔中的液流從排液通道排出，因而第一沖擊腔中變?yōu)榈蛪海诙_擊腔23中的高壓液流沖擊活塞復(fù)位。

本實(shí)施例中，所述換向閥組件包括設(shè)置于外管內(nèi)的閥座、設(shè)置于閥座內(nèi)的閥芯5和用于驅(qū)動(dòng)閥芯5沿外管11軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的閥芯驅(qū)動(dòng)組件，所述閥芯驅(qū)動(dòng)組件可采用彈簧驅(qū)動(dòng)，也可采用液壓驅(qū)動(dòng)，還可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他其他驅(qū)動(dòng)組件，均能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，閥芯5可采用碳化鎢粉末冶金燒結(jié)制成，強(qiáng)度高，耐磨性好，延長零部件的使用壽命；通過閥芯滑動(dòng)對液流進(jìn)行切換，切換速度快，有利于提高液動(dòng)錘的沖擊頻率，并且結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。

本實(shí)施例中，所述閥芯5和閥座之間設(shè)置有與所述高壓液流通道連通的高壓通道24和與所述第一沖擊腔連通的第一沖擊通道25，通過閥芯相對閥座往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制高壓通道24與第一沖擊通道25的連通和斷開；

可在所述閥芯5外壁中部徑向內(nèi)沉形成凹環(huán)，所述閥座上設(shè)置有用于與凹環(huán)配合的凸環(huán)，凸環(huán)沿所述外管軸向兩側(cè)分別設(shè)置有與所述高壓液流通道15連通的高壓通道24和與所述第一沖擊腔22連通的第一沖擊通道25，所述閥芯上還設(shè)置有泄流通道26；如圖5所示，當(dāng)閥芯5運(yùn)動(dòng)至前進(jìn)止點(diǎn)(即圖中的右止點(diǎn))時(shí)，高壓液流從高壓通道24過閥芯凹環(huán)和第一沖擊通道25進(jìn)入第一沖擊腔22沖擊活塞9前進(jìn)；如圖6所示，當(dāng)閥芯5運(yùn)動(dòng)至復(fù)位止點(diǎn)(即圖中左止點(diǎn))時(shí)，第一沖擊通道25與泄流通道26連通(同時(shí)第一沖擊通道25與高壓通道24斷開)，第一沖擊腔22中的高壓液流經(jīng)過泄流通道26進(jìn)入排液通道18使得第一沖擊腔22瞬間變?yōu)榈蛪?，在第二沖擊腔23中的高壓液流沖擊活塞復(fù)位；也可在閥芯上設(shè)置凸環(huán)，在閥座上設(shè)置凹環(huán)；此結(jié)構(gòu)切換速度快，且能保證切換后高壓液流通道和第一沖擊腔的密封性，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。

本實(shí)施例中，所述閥芯驅(qū)動(dòng)組件包括設(shè)置于閥座內(nèi)用于容納沖擊閥芯復(fù)位的液流的第三沖擊腔17，所述活塞9上設(shè)置有信號(hào)通道27，第三沖擊腔上設(shè)置有與信號(hào)通道27配合的信號(hào)通道28；如圖8所示，當(dāng)活塞9運(yùn)動(dòng)至前進(jìn)止點(diǎn)(即圖中的右止點(diǎn))時(shí)第三沖擊腔17通過信號(hào)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(hào)通道27和信號(hào)通道28進(jìn)入第三沖擊腔17沖擊閥芯5復(fù)位；閥芯前進(jìn)前進(jìn)驅(qū)動(dòng)依靠高壓液流通過高壓通道24直接驅(qū)動(dòng)閥芯前進(jìn)；通過信號(hào)通道控制液流，剛好在活塞運(yùn)動(dòng)至前進(jìn)止點(diǎn)時(shí)立即將閥芯復(fù)位，在活塞沒有運(yùn)動(dòng)至前進(jìn)止點(diǎn)時(shí)，第三沖擊腔與高壓液流斷開，此結(jié)構(gòu)可提高切換速度，進(jìn)一步提高液動(dòng)錘的復(fù)位速度，提高工作效率，優(yōu)化沖擊頻率和沖擊功。

本實(shí)施例中，所述閥座包括主閥座7和設(shè)置于主閥座之內(nèi)的內(nèi)閥座6，主閥座7和內(nèi)閥座6之間形成所述第一沖擊腔22，所述第三沖擊腔設(shè)置于主閥座7內(nèi)，主閥座外壁與所述外管內(nèi)壁之間形成所述高壓液流通道15，主閥座上還設(shè)置有與第三沖擊腔18連通的第三沖擊通道29，第三沖擊腔中18的高壓液流經(jīng)過第三沖擊通道29流經(jīng)主閥座和內(nèi)閥座之間的間隙沖擊閥芯5復(fù)位；加工制造、安裝方便。

本實(shí)施例中，所述活塞9與所述外管11之間還設(shè)置有活塞襯套10，所述活塞襯套10與主閥座7之間設(shè)置有內(nèi)管8，所述內(nèi)管內(nèi)壁與活塞外壁之間形成所述第二沖擊腔23；活塞襯套可保證第二沖擊腔23的密封性，活塞襯套和內(nèi)管可調(diào)節(jié)第二沖擊腔的體積。

本實(shí)施例中，所述高頻雙作用液動(dòng)沖擊裝置還包括與所述外管靠換向閥組件一端連接的鉆桿接頭1和與外管靠活塞端連接的鉆頭14，所述鉆桿接頭用于連接鉆桿向所述高頻雙作用液動(dòng)沖擊裝置提供高壓液流，所述高頻雙作用液動(dòng)沖擊裝置用于驅(qū)動(dòng)鉆頭沿鉆桿軸向鉆進(jìn)，鉆桿接頭1與閥座之間設(shè)置有引導(dǎo)座3，鉆頭14與外管11之間通過花鍵套13連接，外管內(nèi)壁上還設(shè)置有對鉆頭限位的卡環(huán)12；通過鉆桿接頭1和鉆頭14實(shí)現(xiàn)對井下硬巖的鉆進(jìn)。

本實(shí)施例中，所述上接頭1內(nèi)設(shè)置有用于對高壓液流進(jìn)行過濾的過濾裝置2，如圖2所示，過濾裝置2包括過濾網(wǎng)支撐管20，過濾網(wǎng)支撐管20上設(shè)置有過濾通孔21，也可采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他過濾裝置；液流通過過濾裝置后可有效地防止其中的粗顆粒物質(zhì)進(jìn)入換向閥組件劃傷閥芯，從而提高鉆具的工作可靠性。

本實(shí)施例中，所述外管11的外壁上設(shè)置有用于輔助排渣的螺旋溝槽19；可輔助排渣，提高鉆進(jìn)效率。

以上實(shí)施例中，前進(jìn)方向是指沿外管軸向遠(yuǎn)離換向閥組件指向鉆頭的方向，復(fù)位方向是指與前進(jìn)方向相反的方向。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。