专利名称：潜水泵式液动冲击器的制作方法
技术领域：
本发明属于钻探领域，具体涉及一种液动冲击器，用于地表缺水地区实现回转-冲击钻进的孔底机具。
背景技术：
目前生产实践中大量采用的传统液动冲击器必须采用价格较高的专用冲击钻头，而且要消耗大量的地表水来驱动，几乎不可能用于钻孔严重漏失、供水困难或缺水的条件下。
发明内容
针对传统液动冲击器的不足，本发明的目的在于提供一种潜水泵式液动冲击器，能借助孔底地层水的闭路循环来驱动冲锤，既实现节水钻探，又能用普通回转钻头实现回转-冲击钻进的钻具。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是潜水泵式液动冲击器，其特征是它包括脉动水压柱塞往复冲击装置、铁砧3、吸注水装置、下接头31，脉动水压柱塞往复冲击装置的缸体26的下部与铁砧3的上部滑动密封连接，铁砧3的下部与吸注水装置的阀体10的上端连接，吸注水装置的阀体30的下端与下接头31的上端固定连接；下接头31内为空腔，脉动水压柱塞往复冲击装置的工作柱塞7与铁砧3之间设有冲击腔33，冲击腔33轴向尺寸小于工作柱塞7行程，铁砧3内开有中心通道4，中心通道4与冲击腔33相通，吸注水装置的单向吸水道的一端与中心通道4相通，另一端与阀体10外相通，吸注水装置的单向注水道的一端与中心通道4相通，另一端与下接头31的空腔相通。
所述的脉动水压柱塞往复冲击装置包括缸体16、壳体21、圆筒形外壳1、缸体26、工作弹簧19、传动柱塞5、连杆6、工作柱塞7、上支撑环18、下支撑环20、球形铰接32，缸体16上开有传动柱塞腔15，壳体21内为连杆腔，缸体16的下端与壳体21的上端连接，传动柱塞腔15与连杆腔相连通，圆筒形外壳1内为空腔，圆筒形外壳1空腔上端为下支撑环腔，圆筒形外壳1空腔下端为接头，缸体26内为空腔，壳体21的下端与圆筒形外壳1连接，圆筒形外壳1下端与缸体26的上端连接；传动柱塞5位于传动柱塞腔15内，，由于传动柱塞的存在使传动柱塞腔15与连杆腔的水路不通，传动柱塞5下设有连杆6，连杆6位于连杆腔内，连杆6的上端套有上支撑环18，上支撑环18下的连杆6上依次套有工作弹簧19、下支撑环20，工作柱塞7位于圆筒形外壳1的空腔内，连杆6的下端由球形铰接32与工作柱塞7的上端铰接，工作柱塞7的下端的空腔为冲击腔33，缸体26的下端为内凸块接头，缸体26的内凸块接头与铁砧3的上部凹槽2相配合滑动密封连接。
所述的铁砧3开有中心通道4，中心通道4与冲击腔33相通，铁砧3的上部开有凹槽2，凹槽2的轴向径大于缸体26的内凸块轴向径，缸体26的内凸块接口与铁砧3的上部凹槽2相配合滑动密封连接，铁砧3的下端与阀体10的上端连接。
所述的吸注水装置包括阀体10、阀体30、吸水阀13、出水阀14，阀体10的上端与铁砧3下端连接，阀体30的上端与阀体10的下端连接，阀体30的下端与下接头31的上端连接；阀体10上设有单向吸水道，单向吸水道包括水平通道12、腔室11，水平通道12的一端与阀体10外部相通，另一端与腔室11相通，腔室11与中心通道4相通，腔室11内设有吸水阀13，吸水阀13上顶有弹簧，弹簧上为限位环25；阀体10上开有通水孔28，阀体30上开有腔室29，所述的单向注水道包括通水孔28、腔室29，通水孔28的一端与中心通道4相通，另一端与腔室29相通，腔室29与下接头31的空腔相通，腔室29内设有出水阀14，出水阀14下顶有弹簧，弹簧下为限位环34。
工作时，在地表钻探泵37提供的水力脉冲驱动下，传动柱塞5和工作柱塞(冲锤)7向下移动，把铁砧3上部腔室的液体压向排水阀实现孔底液体局部循环，同时工作柱塞(冲锤)打击铁砧，实现同步的节水回转-冲击钻进，提高中硬以上岩层的钻进效率。
本发明的优点是既可作为节水钻探的潜水泵使用，又可借助孔底地层水的闭路循环来驱动冲锤，实现普通回转钻头的回转-冲击钻进，显著提高中硬以上岩层的钻进效率。
图1是本发明的结构示意2是本发明的应用示意中1-圆筒形外壳，2-凹槽，3-铁砧，4-中心通道，5-传动柱塞，6-连杆，7-工作柱塞，8-中心通道，9-反向阀，10-阀体，11-腔室，12-水平通道，13-吸水阀，14-出水阀，15-传动柱塞腔，16-缸体，17-密封圈，18-上支撑环，19-工作弹簧，20-下支撑环，21-壳体，22-横向通道，23-限位环，24-密封圈，25-限位环，26-缸体，27-密封圈，28-通水孔，29-腔室，30-阀体，31-下接头，32-球形铰接，33-冲击腔，34-限位环，35-潜水泵式液动冲击器，36-钻杆柱，37-地表钻探泵，38-脉动器，39-活塞。
具体实施例方式
如图1所示，潜水泵式液动冲击器，它包括脉动水压柱塞往复冲击装置、铁砧3、吸注水装置、下接头31，脉动水压柱塞往复冲击装置的缸体16的上部可与钻杆柱36连接，脉动水压柱塞往复冲击装置的缸体26的下部与铁砧3的上部滑动密封连接，铁砧3的下部与吸注水装置的阀体10的上端连接，吸注水装置的阀体30的下端与下接头31的上端连接；下接头31内为空腔，下接头31的下端与钻杆柱连接，脉动水压柱塞往复冲击装置的工作柱塞7与铁砧3之间设有冲击腔33，冲击腔33轴向尺寸小于工作柱塞7的行程，铁砧3内开有中心通道4，中心通道4与冲击腔33相通，吸注水装置的单向吸水道的一端与中心通道4相通，另一端与阀体10外相通，吸注水装置的单向注水道的一端与中心通道4相通，另一端与下接头31的空腔相通。
所述的脉动水压柱塞往复冲击装置包括缸体16、壳体21、圆筒形外壳1、缸体26、工作弹簧19、传动柱塞5、连杆6、工作柱塞7、上支撑环18、下支撑环20、球形铰接32，缸体16上开有传动柱塞腔15，壳体21内为连杆腔，缸体16的下端与壳体21的上端连接，传动柱塞腔与连杆腔相连通，壳体21的下端与圆筒形外壳1的上端连接，圆筒形外壳1下端与缸体26的上端连接；传动柱塞5位于传动柱塞腔内，传动柱塞5下设有连杆6，连杆6位于连杆腔内，连杆6的上端套有上支撑环18，上支撑环18下的连杆6上依次套有工作弹簧19、下支撑环20；工作柱塞7位于圆筒形外壳1内，连杆6的下端由球形铰接32与工作柱塞7的上端铰接，工作柱塞7的下端为冲击腔33，缸体26的下端为内凸块接口，缸体26的内凸块接口与铁砧3的上部凹槽2相配合滑动密封连接。
所述的脉动水压柱塞往复冲击装置的传动柱塞5与缸体16之间设有密封圈17，密封圈17位于缸体16上的密封圈槽内；工作柱塞7与缸体26之间设有密封圈24，密封圈24位于缸体26上的密封圈槽内；铁砧3与缸体26之间设有密封圈27，密封圈27位于缸体26上的密封圈槽内。
所述的脉动水压柱塞往复冲击装置的下支撑环20上开有水孔，下支撑环20的水孔与连杆腔相通，工作柱塞7上端部开有横向通道22，横向通道22与下支撑环20的水孔相通，工作柱塞7的横向通道22下开有中心通道8，中心通道8上端与横向通道22相通，中心通道8下端与冲击腔33相通，中心通道8内设有反向阀9，反向阀9的下端设有顶簧，顶簧下为限位环23。
所述的铁砧3开有中心通道4，中心通道4与冲击腔33相通，铁砧3的上部开有凹槽2，凹槽2的轴向径大于缸体26的内凸块轴向径，缸体26的内凸块接口与铁砧3的上部凹槽相配合滑动密封连接，铁砧3的下端与阀体10的上端连接。
所述的吸注水装置包括阀体10、阀体30、吸水阀13、出水阀14，阀体10的上端与铁砧3下端连接，阀体10的下端与阀体30的上端连接，阀体30的下端与下接头31的上端连接；阀体10上设有单向吸水道，单向吸水道包括水平通道12、腔室11，水平通道12的一端与阀体10外部相通，另一端与腔室11相通，腔室11与中心通道4相通，腔室11内设有吸水阀13，吸水阀13上顶有弹簧，弹簧上为限位环25；阀体10上开有通水孔28，阀体30上开有腔室29，所述的单向注水道包括通水孔28、腔室29，通水孔28的一端与中心通道4相通，另一端与腔室29相通，腔室29与下接头31的空腔相通，腔室29内设有出水阀14，出水阀14下顶有弹簧，弹簧下为限位环34。
本发明按以下方式工作如图2所示，把潜水泵式液动冲击器38与钻杆柱34一起下入钻孔内，在潜水泵式液动冲击器35下入的位置必须充满地层水(冲洗液)。由于地表钻探泵37安装了脉动器38，来自地表钻探泵的水力脉冲通过充满钻杆柱的液体传递到潜水泵式液动冲击器35的传动柱塞5上部的传动柱塞腔15。如图1所示，在脉动水压作用下节水钻探潜水泵的传动柱塞5和连杆6带动工作柱塞7向下位移，压缩连杆6上位于上支撑环18、下支撑环20之间的工作弹簧19，并把冲击腔33中的液体通过通水孔28压向腔室29，经出水阀14、钻杆柱和粗径钻具流向孔底(图1中未画出)。
当地表钻探泵反向行程(通过活塞39)时，由于脉动器的作用使管路中的水压力下降，被压缩的工作弹簧19恢复，并通过上支撑环18给传动柱塞一个向上的作用力；同时，来自管外空间的静水柱压力通过水平通道12、腔室11、吸水阀13和冲击腔33作用于工作柱塞7的下端，使传动柱塞5和工作柱塞7返回到原来的位置。这时管外空间的水经过打开的吸水阀充满冲击腔33。然后，来自脉动器的下一个水力脉冲又来到了，在它的作用下传动柱塞5、工作柱塞7又向下位移，把冲击腔33内的液体压向孔底，开始一个新的循环。
潜水泵式液动冲击器投入工作时，轴向载荷由圆筒形外壳1、缸体26直接加到铁砧3上。来自地表钻探泵37的水力脉冲驱动传动柱塞5、连杆6和工作柱塞(冲锤)7向下位移，压缩位于连杆上支承环、下支承环之间的工作弹簧。工作柱塞(冲锤)7向下运动时，把铁砧3上方冲击腔33的液体压向阀体10，并通过凹槽(滑动密封)2把扭矩传递给铁砧3。铁砧3与工作柱塞(冲锤)7之间的距离略小于工作柱塞的行程，铁砧3未被工作柱塞(冲锤)7打击时处于上缘位置，打击后允许铁砧有一定的向下位移量。当工作柱塞(冲锤)7和传动柱塞5在工作弹簧和管外静水柱压力作用下反向行程时(这时静水压力通过吸水通道作用在工作柱塞的下端面)，位于传动柱塞5上方的液体被挤回地表钻探泵37的缸体。同时，来自管外空间的液体经吸水阀13充满铁砧3上方的冲击腔33，即形成了吸水循环。在后续水力脉冲的作用下柱塞5和7又向下位移，把铁砧3上方冲击腔33的液体压向排水阀，同时工作柱塞(冲锤)7打击铁砧3。
权利要求
1.潜水泵式液动冲击器，其特征是它包括脉动水压柱塞往复冲击装置、铁砧(3)、吸注水装置、下接头(31)，脉动水压柱塞往复冲击装置的缸体(26)的下部与铁砧(3)的上部滑动密封连接，铁砧(3)的下部与吸注水装置的阀体(10)的上端固定连接，吸注水装置的阀体(30)的下端与下接头(31)的上端固定连接；下接头(31)内为空腔，脉动水压柱塞往复冲击装置的工作柱塞(7)与铁砧(3)之间设有冲击腔(33)，冲击腔(33)轴向尺寸小于工作柱塞(7)的行程，铁砧(3)内开有中心通道(4)，中心通道(4)与冲击腔(33)相通，吸注水装置的单向吸水道的一端与中心通道(4)相通，另一端与阀体(10)外相通，吸注水装置的单向注水道的一端与中心通道(4)相通，另一端与下接头(31)的空腔相通。
2.根据权利要求1所述的潜水泵式液动冲击器，其特征是所述的脉动水压柱塞往复冲击装置包括缸体(16)、壳体(21)、圆筒形外壳(1)、缸体(26)、工作弹簧(19)、传动柱塞(5)、连杆(6)、工作柱塞(7)、上支撑环(18)、下支撑环(20)、球形铰接(32)，缸体(16)上开有传动柱塞腔(15)，缸体(21)内为连杆腔，缸体(16)的下端与壳体(21)的上端连接，壳体(21)的下端与圆筒形外壳(1)的上端连接，圆筒形外壳(1)下端与缸体(26)的上端连接；传动柱塞(5)位于传动柱塞腔(15)内传动柱塞(5)下设有连杆(6)，连杆(6)位于连杆腔内，连杆(6)的上端套有上支撑环(18)，上支撑环(18)下的连杆(6)上依次套有工作弹簧(19)、下支撑环(20)，工作柱塞(7)位于圆筒形外壳(1)内，连杆(6)的下端由球形铰接(32)与工作柱塞(7)的上端铰接，工作柱塞(7)的下端的空腔为冲击腔(33)，缸体(26)的下端为内凸块接口，缸体(26)的内凸块接口与铁砧(3)的上部凹槽(2)相配合滑动密封连接。
3.根据权利要求2所述的潜水泵式液动冲击器，其特征是所述的脉动水压柱塞往复冲击装置的传动柱塞(5)与缸体(16)之间设有密封圈(17)，密封圈(17)位于缸体(16)上的密封圈槽内；工作柱塞(7)与缸体(26)之间设有密封圈(24)，密封圈(24)位于缸体(26)上的密封圈槽内；铁砧(3)与缸体(26)之间设有密封圈(27)，密封圈(27)位于缸体(26)上的密封圈槽内。
4.根据权利要求2所述的潜水泵式液动冲击器，其特征是所述的脉动水压柱塞往复冲击装置的下支撑环(20)上开有水孔，下支撑环(20)的水孔与连杆腔相通，工作柱塞(7)上端部开有横向通道(22)，横向通道(22)与下支撑环(20)的水孔相通，工作柱塞(7)的横向通道(22)下开有中心通道(8)，中心通道(8)上端与横向通道(22)相通，中心通道(8)下端与冲击腔(33)相通，中心通道(8)内设有反向阀(9)，反向阀(9)的下端设有顶簧，顶簧下为限位环(23)。
5.根据权利要求1所述的潜水泵式液动冲击器，其特征是所述的铁砧(3)开有中心通道(4)，中心通道(4)与冲击腔(33)相通，铁砧(3)的上部开有凹槽(2)，凹槽(2)的轴向径大于缸体(26)的内凸块轴向径，缸体(26)的内凸块接口与铁砧(3)的上部凹槽相配合滑动密封连接，铁砧(3)的下端与阀体(10)的上端连接。
6.根据权利要求1所述的潜水泵式液动冲击器，其特征是所述的吸注水装置包括阀体(10)、阀体(30)、吸水阀(13)、出水阀(14)，阀体(10)的上端与铁砧(3)下端连接，阀体(10)的下端与阀体(30)的上端连接，阀体(30)的下端与下接头(31)的上端连接；阀体(10)上设有单向吸水道，单向吸水道包括水平通道(12)、腔室(11)，水平通道(12)的一端与阀体(10)外部相通，另一端与腔室(11)相通，腔室(11)与中心通道(4)相通，腔室(11)内设有吸水阀(13)，吸水阀(13)上顶有弹簧，弹簧上为限位环(25)；阀体(10)上开有通水孔(28)，阀体(30)上开有腔室(29)，所述的单向注水道包括通水孔(28)、腔室(29)，通水孔(28)的一端与中心通道(4)相通，另一端与腔室(29)相通，腔室(29)与下接头(31)的空腔相通，腔室(29)内设有出水阀(14)，出水阀(14)下顶有弹簧，弹簧下为限位环(34)。
全文摘要
本发明涉及一种液动冲击器。潜水泵式液动冲击器，其特征是它包括脉动水压柱塞往复冲击装置、铁砧(3)、吸注水装置、下接头(31)，脉动水压柱塞往复冲击装置的缸体(26)的下部与铁砧(3)的上部滑动密封连接，铁砧(3)的下部与吸注水装置的阀体(10)的上端连接，吸注水装置的阀体(30)的下端与下接头(31)的上端连接；脉动水压柱塞往复冲击装置的工作柱塞(7)与铁砧(3)之间设有冲击腔(33)，冲击腔(33)轴向尺寸小于工作柱塞(7)的行程。本发明既可作为节水钻探的潜水泵使用，又可借助孔底地层水的闭路循环来驱动冲锤，实现普通回转钻头的回转－冲击钻进，显著提高中硬以上岩层的钻进效率。
文档编号E21B1/00GK1603569SQ20041006105
公开日2005年4月6日 申请日期2004年11月8日 优先权日2004年11月8日
发明者吴翔, Н.Г.叶戈罗夫, 鄢泰宁, 蒋国盛, 卢春华, 陈劲, 王荣景 申请人:中国地质大学(武汉)