高能高频液动正循环冲击器的制作方法

本发明涉及一种钻探用液动冲击器，特别涉及一种高能高频液动正循环冲击器，适用于针对硬岩快速钻进的各类钻孔。

背景技术：

1、液动冲击回转钻进技术的核心机具是液动潜孔锤，又称液动冲击器。该技术具有回次进尺长、钻头寿命长、钻孔质量好、孔内事故少、应用范围广等优点。但与空气潜孔锤回转钻进技术相比，液动冲击器的冲击频率与平均钻速仍略显不足。

2、现有技术中，名称为中心转阀式液动冲击器的专利cn113585960a采用中心转阀结构实现了液动冲击器活塞高频高速运动，但因其中心转阀上下腔体分别位于高压端和低压端，导致中心转阀受到不平衡压力作用，中心转阀在使用一段时间后端面会出现严重磨损情况，导致其旋转动作出现卡顿、冲击不连续等现象，导致其工作寿命较短，仍不能满足工程需求。

3、另外的中国专利文献cn115961880a公开了一种高能高频冲击器，它的上接头通过螺纹与外缸连接，外缸下端通过螺纹与花键套连接，钻头的花键与花键套上的花键槽配合并设置有半圆卡，在外缸内部，密封套、缸套、内缸和压盖从下至上依次密封对接；活塞上部滑动密封套在内缸内、活塞中部有间隙地穿过缸套、活塞下部径向缩小并经密封套滑动密封后伸出与钻头顶面接触；下心管滑动密封插接在活塞中心孔内，下心管顶部帽沿与内缸形成过盈配合，上心管下部管筒与下心管上部管口过盈密封对接，阀芯夹在上心管中部外周与压盖及内缸结合部之间滑动密封；上心管上部穿过压盖中心孔。该专利虽然能够提高阀芯运行寿命，增大了阀芯控制的流体通道截面积，克服钻体的径向振动，但因其结构面复杂、密封配合面多，存在加工困难的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于阀控的高能高频冲击器，以高压水为压力介质，为硬岩的高效钻进提供技术解决方案，以解决上面所提到的技术问题。

2、本发明公开了一种高能高频液动正循环冲击器，包括外缸和设置在外缸内的冲击活塞，冲击活塞能够被操作相对于外缸进行轴向往复运动，还包括内缸，其被轴向定位的设置在外缸内部，冲击活塞至少部分地位于内缸内，内缸包括上体部和与上体部轴向抵接配合的下体部，冲击活塞的上活塞区段被接收在上体部的活塞接收腔内，并且冲击活塞的上端端部与活塞接收腔的底部之间的空间形成上液腔；冲击活塞靠近内缸底部的下活塞区段与下体部的内壁之间形成有下液腔。

3、在根据本发明的高能高频液动正循环冲击器中，其中上体部上设置有下液进液通路和上液进液通路，其中下液进液通路用于将流体导入下液腔，上液进液通路用于将流体导入上液腔。还设置有阀构件和阀驱动流道，阀构件构造为能够基于液压差被驱使而相对于上体部进行竖向的线性滑动，以对上液进液通路形成断通和打开；阀驱动流道构造为能够基于冲击活塞的轴向运动在下液腔和冲击活塞上设置的阀泄压流道之间进行切换连通；在冲击器的初始状态下，阀驱动流道与阀泄压流道相连通，以使得阀构件保持在将上液进液通路断通的初始位置，当冲击活塞因下液腔与上液腔之间的液压差被驱动向上运动过程中，阀驱动流道能够与下液腔形成连通，以使得阀构件在液压的作用下产生能够将上液进液通路打开的上行直线运动。

4、在根据本发明的高能高频液动正循环冲击器中，其中上液进液通路包括位于上体部的端部上的第一液流道、位于上体部内部的进液腔和设置在上体部的侧壁上的第二液流道，阀构件设置在进液腔内，在初始位置时，阀构件将进液腔与第一液流道的连通切断，在阀构件在液压作用下产生上行直线运动过程中，能够在进液腔与第一液流道之间形成连通；第二液流道分别与进液腔和上液腔保持常连通。

5、在本发明中，所谓“上”和“下”是以钻头体的钻进方向为基础的相对而言的，即，相对来说，朝向或靠近钻头体的钻进方向的位置可以指定为下方，而背向或远离与钻头体的钻进方向的位置可以指定为上方。

6、在本发明中，由于阀构件构造为能够基于冲击活塞的轴向运动而产生线性滑动，这使得借助于液动冲击器工作过程中必然形成的液压差即可实现。具体地，在冲击器的初始状态下，阀驱动流道与阀泄压流道相连通，此时阀构件位于其初始位置处，即，位于将上液进液通路断开的位置处，当高压液体自下液进液通路进入下液腔中后，下液腔会逐渐形成憋压，从而迫使推动冲击活塞产生轴向的向上运动，随着冲击活塞的向上运动，直到下液腔借助于中间流道(如下面将要提到的第五液流道)与阀驱动流道形成连通，此时流体会在阀驱动流道内形成憋压，从而使得阀构件能够被推动产生轴向的向上运动；当阀构件向上运动到一定行程后，具体为运动到将上液进液通路打开时，高压液体会经上液进液通路进入到上液腔中，从而在上液腔中形成憋压，直到上液腔与下液腔之间形成液压差，继而能够推动活塞产生向上减速并且向下加速的运动，进而对钻头体行程冲击；当冲击活塞向下运动到原初始位置后，再次重复前述过程，如此往复，从而实现对钻头体的连续钻进。

7、本发明借助于液动式冲击器中必然存在的液压差，使得阀构件采用线性滑动运动的模式实现切换，解决了中心转阀式液动冲击器不适应阀芯两端液力压差导致的快速磨损问题，显著延长了冲击器使用寿命。

8、在根据本发明的高能高频液动正循环冲击器中，其中阀构件上部外侧与第一液流道的内壁形成周向紧密贴合，阀构件的内部设置有过流液道，其与第一液流道保持常连通；在初始位置时，过流液道与进液腔断通，在阀构件在液压作用下产生上行直线运动过程中，过流液道能够与进液腔形成连通。

9、此外，在阀构件的底部还设置有内凹的过渡腔，过渡腔与其自身的过流液道形成连通，当阀构件在液压作用下产生上行直线运动过程中，过流液道借助于过渡腔与进液腔形成连通。

10、在根据本发明的高能高频液动正循环冲击器中，其中冲击器还包括上液腔泄压液路，上液腔泄压液路包括设置在上体部上的第一泄压流道和由上体部与外缸之间的间隙形成的第二泄压流道；其中，在冲击器的初始状态下，第一泄压流道与上液进液通路的进液腔保持连通；在阀构件在液压作用下产生上行直线运动过程中，第一泄压流道与进液腔之间的连通能够被切断，此时进液腔与第一液流道之间形成连通，以使得高压液体能够进入上液腔。

11、在冲击器的初始状态下，上液腔泄压液路保持打开状态，即，在冲击活塞刚开始产生向上的轴向运动直至上液进液通路被打开之前，上液腔泄压液路均保持在打开状态，这能够使得在冲击活塞刚开始在下液腔的憋压推动下产生轴向的向上运动时，上液腔中的流体能够经第二液流道、进液腔和上液腔泄压液路形成泄压流动，从而保证冲击活塞能够被顺利且顺畅的向上推动。

12、也就是说，在本发明中，阀构件不但能够起到对上液进液通路断开和打开的作用，而且还能够同时对上液进液通路中进液腔与上液腔泄压液路的连通进行切断和打开。即，通过一个阀构件实现了双重开关的作用。

13、同样地，在本发明中，上液进液通路中的进液腔和第二液流道同样具有双重作用，其二者既构成上液进液通路的一部分，也构成了上液腔泄压液路的一部分。

14、在根据本发明的高能高频液动正循环冲击器中，其中进液腔的腔底部形成有沉槽，阀构件的底部落入沉槽内，并且在初始状态下与沉槽的槽壁形成紧密贴合，以将第一液流道与进液腔之间的连通切断。

15、在根据本发明的高能高频液动正循环冲击器中，其中上体部在沉槽处设置有贯通于阀驱动流道的滑槽，阀构件的底部设置有向下延伸的导向滑头，导向滑头被接收在滑槽内。

16、在根据本发明的高能高频液动正循环冲击器中，其中下液进液通路包括上体部的侧壁上形成的第三液流道和由冲击活塞和内缸的下体部之间的间隙形成的第四液流道，第三液流道、第四液流道和下液腔自上而下保持常连通。

17、在根据本发明的高能高频液动正循环冲击器中，其中冲击活塞的上活塞区段部分地与活塞接收腔的内壁形成可相对滑动的紧密贴合；冲击活塞的上活塞区段另外部分地与活塞接收腔的内壁之间具有间隙，以形成第五液流道，第五液流道、第四液流道和下液腔自上而下保持常连通。

18、在根据本发明的高能高频液动正循环冲击器中，其中还包括附接在外缸的进液端的进液接头和设置在进液接头内并且抵靠在内缸的上体部顶端的分流构件，分流构件将进液接头的内腔分隔为上液进液初始液路和下液进液初始液路，其中上液进液初始液路与第一液流道保持常连通，下液进液初始液路与下液进液通路保持连通。

19、在根据本发明的高能高频液动正循环冲击器中，其中上液进液初始液路由分流构件的内部空间形成，下液进液初始液路由分流构件与进液接头之间的间隙形成。

20、有益效果：本发明构建了采用高压水作为动力介质的高频高能液动正循环冲击器，其具有活塞冲击末速度大，冲击频率高的显著优点，钻进效率显著提高，同时阀构件采用线性滑动运动的模式实现切换，基于液动式冲击器阀构件两端的压差即可实现，解决了中心转阀式液动冲击器不适应阀芯两端液力压差导致的快速磨损问题，显著延长了冲击器使用寿命。

21、下面结合附图中所示的实施例以及附图标记详细公开本发明的高频高能液动正循环冲击器。