潜孔钻机冲击器的结构与工作原理 - 嘉匠机械

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潜孔钻机冲击器的结构与工作原理

潜孔钻机的主要配件:气动潜孔冲击器

冲击器是潜孔钻机钻进中的关键组成部分,用于给钻头提供轴向往复碎岩冲击力,以便冷却钻头和挟带岩屑等,同时也是井底动力钻具的动力液,结构如下图所示,主要由后接头、外套管、逆止阀、调气塞、汽缸、配气座、活塞、导向套、碟形弹簧、卡环、弹簧、保持环、胶圈、前接头等组成。

潜孔钻机冲击器的结构示意图

潜孔钻机冲击器的工作原理是:依靠高压气体往复推动活塞高速向下运动冲击钻头破碎岩石。首先,高压气体通过后接头的中心孔推开逆止阀以后分为两路,一路通过调气塞进入配气座中心孔。再沿汽缸内孔、活塞内孔、钻头内孔到达钻孔孔底,实现吹渣,使岩渣排出孔外;另一路即高压气体的主要部分通过配气座的轴向孔、汽缸的进气孔进入外套管与汽缸之间的间隙。为了通气,外套管内侧设计有通气用的环形槽,汽缸外圆铣有通气用槽,内孔铣有偏心槽,活塞外圆铣有通气用U形槽。高压气体通过这些通气道进入前部由活塞、导向套、钻头、外套管等共同形成的回程气室,再由回程气室内的高压气体推动活塞向后运动(后接头一端为后,前接头一端为前)。当活塞运动到大端内孔与钻头上的钎尾管脱离时,高压气体通过钎尾管、钻头中心孔到达孔底,与从调气塞过来的高压气体汇合,共同完成吹渣作用。此时、气体压力迅速下降,而与此同时,由于活塞回程运动关闭了回程进气通道,活塞靠惯性力继续回程运动,直到活塞的惯性力与活塞进气压力形成的冲程力平衡时,活塞才停止返程运动,在冲程压力作用下进行冲程运动打击钻头而做功,完成破岩工作。当冲程运动快要接近钻头时,则回程进气通道打开、又开始活塞的回程准备工作,如此住复,完成潜孔钻机的钻进工作。

气动潜孔冲击器的剖面图

当活塞回程进气通道被活塞的返程运动关闭时,高压气流通过后接头的中心心孔推开逆止阀,再经过配气座轴向孔、汽缸径向孔进入由外套管、活塞、汽缸共同形成的冲程气室。由于高压气流的作用,在活塞大端直径与小端直径形成的环形面积差上产生一个力,是冲程力的一部分,但这个力不大,所以造成活塞返程时能够靠惯性力来克服这一冲程力而运动一段距离。在活塞运动到活塞小端中心孔与配气座右端端面封住时,这时活塞小端面、配气座与汽缸内孔共同形成了第二个冲程气室。由于活塞的惯性使冲程气室内气体受到压缩、则室内压力上升;活塞继续回程运动,当活塞小头右端面超过汽缸内孔偏心槽时,高压气体通过活塞小头细径与汽缸内径,以及汽缸偏心槽的间隙进入第二个冲程气室,这时冲程压力才达到最大。它由三部分组成:一是活塞大径小径差形成的环形面积;二是活塞小端而积减去活塞内孔面积得到的差;三是压缩气体膨胀做功。当潜孔钻机停止钻进时,井底往往存有岩渣、泥水混合物等,为使孔底清洁,则需要强吹风以便排渣,即冲击器停止工作,全部气体用来吹渣、排渣。高风压潜孔钻机的冲击器一般设计有强吹风系统,此时应提起冲击器,随着钻头向前运动,活塞跟着钻头向前运动,直到活塞小端移动到使气缸最上端的孔(吹渣孔)露出。这时进气气压通过吹渣孔进入孔底。同时,冲击器循环系统运动通道被封闭,所有高压气体都用于排渣,达到使孔底清洁的目的。若继续钻进只需操纵潜孔钻机的进给系统,使钻头冲击破岩工作。



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