[發明專利]一種大直徑組合式空氣反循環潛孔錘

在審

• 申請號: 202010607895.0
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111594039A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 金贈伍;郭乃銘;李愷君;李繼銘;李昊軒;鄭顯赫;王清巖
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B4/16
• 分類號: E21B4/16;E21B10/00;E21B10/60;E21B10/46;E21B21/16
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所(普通合伙) 22206
• 代理人: 李曉莉

1.大直徑組合式空氣反循環潛孔錘，其特征在于，包括：配氣接頭總成、行星齒輪分流器、中心錘、邊錘、鐘形護罩、連接罩(21)及護筒(8)；

所述配氣接頭總成包括高壓供氣接頭(27)、邊錘清孔供氣接頭(28)、浮動上軸(29)、內管接頭(30)、配氣外管(32)、密封法蘭蓋(33)、驅動管路(37)及邊錘清孔管路(41)，高壓供氣接頭(27)通過螺紋將配氣外管(32)和驅動管路(37)連接；邊錘清孔供氣接頭(28)通過螺紋將配氣外管(32)和邊錘清孔管路(41)連接；浮動上軸(29)套設在內管接頭(30)外部，浮動上軸(29)的內壁與內管接頭(30)外壁形成環狀間隙，且浮動上軸(29)下部與內管接頭(30)外壁通過密封圈密封連接，同時浮動上軸(29)穿設在配氣外管(32)內部并與其花鍵連接，浮動上軸(29)和配氣外管(32)之間沿豎直方向相對移動；配氣外管(32)通過長螺栓(34)與螺母配合構成的連接件分別與分流器箱體(20)、連接罩(21)、中卡盤(22)、尼龍軸套(23)、法蘭墊圈(24)、尼龍法蘭(25)相連；密封法蘭蓋(33)設置在配氣外管(32)上方并與配氣外管(32)通過螺栓連接，密封法蘭蓋(33)用以固定配氣外管(32)，同時密封法蘭蓋(33)與浮動上軸(29)間安裝有密封圈；

其中浮動上軸(29)為一根外徑變徑的中空花鍵軸，且浮動上軸(29)的外壁上設置有臺階及花鍵，沿浮動上軸(29)環向均布有排氣孔(i)，所述排氣孔(i)沿浮動上軸(29)的徑向貫穿，浮動上軸(29)的外壁上設置有與所述排氣孔(i)連通的環形配氣槽；配氣外管(32)內部具有花鍵槽，配氣外管(32)通過花鍵連接套裝在浮動上軸(29)外部，配氣外管(32)通過設置在其內壁上部的臺階與浮動上軸(29)外壁的花鍵配合進行懸掛安裝，配氣外管(32)上開設有驅動管路供氣孔(g)和邊錘清孔供氣孔(f)，鉆具處于沖擊回轉鉆進工況時，浮動上軸(29)的排氣孔(i)與配氣外管(32)上的驅動管路供氣孔(g)保持常通狀態；提升鉆具工況時，浮動上軸(29)的排氣孔(i)與配氣外管(32)上的邊錘清孔供氣孔(f)保持常通狀態，同時配氣外管(32)下端具有環向均布的配氣孔，該配氣孔與位于尼龍軸套(23)內部的環槽連通；

所述行星齒輪分流器包括行星齒輪(35)、從動齒輪(36)、雙聯配流氣動馬達(39)、中心錘高壓進氣管路(40)及邊錘高壓進氣管路(42)，雙聯配流氣動馬達(39)通過螺栓安裝在分流器箱體(20)上，同時其輸出軸穿過分流器箱體(20)的軸向預制孔，雙聯配流氣動馬達(39)的數量至少兩個，至少兩個雙聯配流氣動馬達(39)沿分流器箱體(20)的周向呈環形均勻布置，雙聯配流氣動馬達(39)的進氣口通過管接頭(19)與驅動管路(37)連接，至少兩個雙聯配流氣動馬達(39)的排氣口中，一個排氣口通過管接頭(19)與中心錘高壓進氣管路(40)相連，其余排氣口通過管接頭(19)與邊錘高壓進氣管路(42)連接，中心錘高壓進氣管路(40)遠離雙聯配流氣動馬達(39)的一端通過螺紋管接頭與尼龍軸套(23)相連并對中心錘進行供氣；邊錘高壓進氣管路(42)遠離雙聯配流氣動馬達(39)的一端通過螺紋管接頭與邊錘高壓供氣口(p)相連；行星齒輪(35)的數量與雙聯配流氣動馬達(39)的數量一致，且一一對應，每個行星齒輪(35)通過平鍵與軸端緊固螺母安裝在與其對應的雙聯配流氣動馬達(39)的輸出軸上，行星齒輪(35)與從動齒輪(36)嚙合形成行星齒輪系；

所述中心錘包括中芯管(38)、尼龍軸套(23)、中卡盤(22)、中心錘上砧座(43)、調整環(44)、中心錘沖錘活塞(4)、中心錘內缸(45)、中心錘中隔套(46)、中心錘配氣套(47)、中心錘下隔套(48)、中心錘鉆頭(1)、中心錘鉆頭卡鍵(14)、中外管(49)及中心錘下接頭(7)，中芯管(38)通過插入的方式安裝于配氣接頭總成中的內管接頭(30)下方，中芯管(38)是一根外徑變徑且外壁帶臺階的管狀結構，中芯管(38)位于配氣外管(32)、中心錘上砧座(43)、調整環(44)、中心錘沖錘活塞(4)、中心錘內缸(45)、中心錘中隔套(46)及中心錘配氣套(47)的內部，且中芯管(38)同時與配氣外管(32)、中心錘上砧座(43)、調整環(44)、中心錘沖錘活塞(4)、中心錘內缸(45)、中心錘中隔套(46)及中心錘配氣套(47)環狀間隙配合，中芯管(38)分為上軸段和下軸段兩部分，其下軸段直徑小于上軸段直徑，且中芯管(38)的下軸段與中心錘沖錘活塞(4)間的環狀間隙為活塞上腔排氣通道；尼龍軸套(23)安裝于配氣外管(32)的下端圓周外壁上，尼龍軸套(23)的內壁具有環槽，尼龍軸套(23)與配氣外管(32)通過長螺栓(34)配合螺母進行連接；中卡盤(22)位于尼龍軸套(23)下方，中卡盤(22)和尼龍軸套(23)之間通過長螺栓(34)配合螺母進行連接；中心錘上砧座(43)位于中卡盤(22)下方且中心錘上砧座(43)的上端面緊貼中芯管(38)的臺階面，中心錘上砧座(43)下端插入中心錘內缸(45)中，中心錘上砧座(43)和中心錘內缸(45)之間設置有密封圈，中心錘上砧座(43)上端加工有環向均布的斜孔；調整環(44)安裝在中心錘上砧座(43)上方，并通過中外管(49)的臺階進行限位；中心錘沖錘活塞(4)為一根變徑的中空軸，分為上軸段和下軸段，上軸段直徑大于下軸段直徑，且上軸段具有沿環向均布的凹槽，下軸段為臺階型，中心錘沖錘活塞(4)位于中心錘上砧座(43)下方，中心錘沖錘活塞(4)與中心錘上砧座(43)之間形成活塞上腔，中心錘沖錘活塞(4)位于中心錘內缸(45)、中心錘中隔套(46)及中心錘配氣套(47)內部，中心錘沖錘活塞(4)的上軸段的凹槽與中心錘內缸(45)的臺階進行配合形成活塞上下腔的進氣通道，中心錘沖錘活塞(4)的下軸段與中心錘中隔套(46)之間形成的環狀間隙作為活塞下腔；中心錘內缸(45)安裝在中心錘上砧座(43)下方，中心錘內缸(45)上加工有沿其環向均布的通氣孔，中心錘內缸(45)與中心錘上砧座(43)之間設置有密封圈，中心錘內缸(45)的下方依次安裝有中心錘中隔套(46)、中心錘配氣套(47)和中心錘下隔套(48)；中心錘配氣套(47)的上端設置有環向均布的斜孔槽，并在中心錘配氣套(47)內部設置有環向均布的通孔，中心錘配氣套(47)與中外管(49)之間設置有密封圈；中心錘下隔套(48)套在中心錘鉆頭(1)的外側，用于對中心錘鉆頭卡鍵(14)進行限位；中心錘鉆頭(1)的中部具有臺階，中心錘鉆頭(1)的上端為花鍵軸并加工有環向均布的花鍵槽，中心錘鉆頭(1)插入環錘中軸(5)內部，通過所述臺階對環錘中軸(5)進行限位，中心錘鉆頭(1)位于中心錘配氣套(47)下方，中心錘鉆頭(1)的上端與中芯管(38)下端插接配合，中心錘鉆頭(1)與中心錘下接頭(7)通過花鍵連接，并通過中心錘半環卡鍵(14)與中心錘下接頭(7)的配合對中心錘鉆頭(1)進行限位，中心錘鉆頭(1)的底唇面超前于邊錘鉆頭(2)的底唇面，同時中心錘鉆頭(1)底唇面形狀與邊錘鉆頭底唇面形狀組合形成圓截面，中心錘鉆頭(1)的碎巖面上鑲嵌有合金齒(3)并采用焊接的方式連接；中外管(49)套設在中心錘上砧座(43)、中心錘內缸(45)、中心錘中隔套(46)、中心錘配氣套(47)和中心錘下隔套(48)外側，中外管(49)同時與中心錘上砧座(43)、中心錘內缸(45)、中心錘中隔套(46)、中心錘配氣套(47)和中心錘下隔套(48)環狀間隙配合，中外管(49)與配氣外管(32)通過卡鍵卡槽配合，中外管(49)的上端設置有凹槽，該凹槽與中卡盤(22)的下部臺階配合進行懸掛安裝定位；中心錘下接頭(7)通過螺紋連接安裝于中外管(49)下方；

其中，中心錘鉆頭(1)底部加工有若干巖屑上返入口(a)，所述巖屑上返入口(a)與中心錘鉆頭(1)軸心的巖屑增速通道(b)連通，中心錘鉆頭(1)底部繞中心軸環向均布有若干排氣孔；

所述邊錘圍繞中心錘均勻布置，邊錘包括邊錘鉆頭(2)、下端板(10)、邊錘下砧座(11)、邊錘下接頭(12)、邊錘沖錘活塞(13)、邊錘芯管(15)、上端板(16)、邊錘安裝卡鍵(17)、邊錘內進氣接頭(18)、邊錘外管(51)、邊錘內缸(52)、邊錘上砧座(53)、邊錘配氣套(54)、邊錘中隔套(55)、邊錘下隔套(56)及邊錘蓋板(57)，邊錘鉆頭(2)的碎巖面上鑲嵌有合金齒(3)并采用焊接的方式連接，邊錘鉆頭(2)通過螺紋連接在邊錘下砧座(11)下方；邊錘下砧座(11)上端插入邊錘下接頭(12)的內部并向上延伸，邊錘下砧座(11)以插入的方式安裝在邊錘外管(51)的中空區域里并且可沿豎直方向移動，邊錘下砧座(11)上端加工有環向均布的邊錘下砧座集氣孔(y)，邊錘下砧座集氣孔(y)與位于邊錘鉆頭(2)上的邊錘清理噴氣孔(n)相通；邊錘下接頭(12)通過螺紋連接安裝在邊錘外管(51)下方，邊錘下接頭(12)上端加工有環向均布的邊錘下接頭配氣孔(q)；邊錘外管(51)通過與邊錘安裝卡鍵(17)的臺階配合懸掛安裝定位，邊錘外管(51)套設在邊錘內缸(52)、邊錘上砧座(53)、邊錘配氣套(54)、邊錘中隔套(55)及邊錘下隔套(56)的外部且環狀間隙配合；下端板(10)安裝在邊錘下砧座(11)的下方，同時下端板(10)位于環錘中軸(5)的臺階面上方，下端板(10)通過螺栓及中軸卡鍵(6)與環錘中軸(5)連接，邊錘鉆頭(2)和中心錘鉆頭(1)處于豎直方向位移上止點時環錘中軸(5)的下端面與中心錘鉆頭(1)接觸；邊錘芯管(15)是一根外徑變徑且外徑帶臺階的管狀結構，邊錘芯管(15)的上端通過臺階與邊錘上砧座(53)配合進行懸掛安裝，邊錘芯管(15)的下端通過插入的方式安裝在邊錘下砧座(11)的中空區域里，邊錘芯管(15)與邊錘下砧座(11)之間設置有密封圈；邊錘上砧座(53)上開設有環向均布的斜孔，邊錘上砧座(53)下端插入邊錘內缸(52)中，且邊錘上砧座(53)和邊錘內缸(52)間安裝有密封圈；邊錘內缸(52)安裝在邊錘上砧座(53)下方，邊錘內缸(52)內壁上加工有環向均布的通氣孔，邊錘內缸(52)下方依次安裝有邊錘中隔套(55)、邊錘配氣套(54)和邊錘下隔套(56)；邊錘下隔套(56)位于邊錘下砧座(11)外部，且間隙配合；邊錘沖錘活塞(13)是一根變徑的中空軸，分為上軸段和下軸段，上軸段直徑大于下軸段直徑，且上軸段具有沿環向均布的凹槽，下軸段為臺階型，邊錘沖錘活塞(13)位于邊錘上砧座(53)下方，邊錘沖錘活塞(13)位于邊錘內缸(52)、邊錘中隔套(55)、邊錘配氣套(54)和邊錘下隔套(56)內部且間隙配合，同時邊錘沖錘活塞(13)的內壁與邊錘芯管(15)間隙配合，邊錘沖錘活塞(13)與邊錘芯管(15)之間設置有密封圈，邊錘沖錘活塞(13)與邊錘上砧座(53)之間形成活塞上腔，邊錘沖錘活塞(13)的上軸段凹槽通過與邊錘內缸(52)的臺階進行配合形成活塞上下腔的進氣通道，邊錘沖錘活塞(13)的下軸段與邊錘中隔套(55)之間形成的環狀間隙作為活塞下腔；邊錘卡鍵(17)為一對帶臺階的半環卡鍵，通過螺栓螺母與臺階安裝在上端板(16)上方，同時通過臺階懸掛安裝邊錘外管(51)；上端板(16)焊接在連接罩(21)下方；邊錘內進氣接頭(18)通過螺紋連接安裝在邊錘芯管(15)上方，邊錘內進氣接頭(18)通過螺紋將邊錘清孔管路(41)與邊錘芯管(15)相連并接通；邊錘蓋板(57)同時與邊錘安裝卡鍵(17)及上端板(16)通過螺栓連接，邊錘蓋板(57)通過螺紋管接頭分別與邊錘清孔管路(41)、邊錘高壓進氣管路(42)相連；

其中邊錘鉆頭(2)的數量至少兩個，至少兩個邊錘鉆頭(2)沿鉆具整體的中心軸線環向均布，形成了一個完整的圓環形橫截面；所述圓環形橫截面與中心錘鉆頭(1)的橫截面一同構成一個完整的圓形橫截面；

所述鐘形護罩包括護罩(26)和分流器箱體(20)，護罩(26)位于驅動管路(37)和邊錘清孔管路(41)外側，護罩(26)上端與導正環(31)通過螺栓連接，且二者整體套裝在配氣外管(32)的外部；分流器箱體(20)位于護罩(26)下方，并設置在行星齒輪分流器外側，分流器箱體(20)的上端與護罩(26)下端通過螺栓連接，分流器箱體(20)與配氣接頭總成中的配氣外管(32)通過長螺栓(34)配合螺母進行連接；分流器箱體(20)上加工有管接頭孔，管接頭孔上安裝有中間管接頭，該中間管接頭將驅動管路(37)的兩管段與邊錘清孔管路(41)的兩管段相連，形成完整的管路；

所述護筒(8)位于邊錘外側，護筒(8)的上端面、下端面均具有環中心軸的卡槽，卡槽與套筒端板(50)的卡鍵配合，套筒端板(50)數量為兩個，兩個套筒端板(50)分別位于護筒(8)上下兩側，兩個套筒端板(50)分別與上端板(16)和下端板(10)通過螺栓連接，護筒(8)的外壁一側通過焊接的方式安裝有擴孔螺紋(9)。