專利名稱：具有可調(diào)節(jié)的流量控制的沖擊鉆具的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及沖擊鉆具組件，而特別是涉及在鉆具組件內(nèi)用于引導(dǎo)高壓力流體的部件，所述鉆具組件含有流體操縱的活塞。
一種商品形式的沖擊鉆具，由于它的預(yù)定用途，通常稱為“打孔”鉆具，一般由高壓流體(例如壓縮空氣)操縱，所述高壓流體被合適地引導(dǎo)以便使活塞往復(fù)移動去重復(fù)地沖擊鉆具鉆頭，所述鉆頭具有切削或洞穿諸如泥土和石頭材料的切削表面。這些流體操縱的鉆具通常具有驅(qū)動腔，高壓流體被導(dǎo)入所述驅(qū)動腔以便從初始位置驅(qū)動活塞去沖擊鉆頭。另外，一般還設(shè)有閥去控制進(jìn)入所述腔的沖擊流體的流量。
發(fā)明的內(nèi)容第一方面，本發(fā)明是沖擊鉆具的一種流體鑿槽(孔)裝置。所述鉆具包含殼體，它具有內(nèi)部空間、驅(qū)動腔和閥腔，驅(qū)動腔和閥腔都構(gòu)建在殼體內(nèi)部空間內(nèi)；活塞，它可移動地配置在殼體內(nèi)并具有上端部和縱向通孔，所述上端部可設(shè)置在驅(qū)動腔內(nèi)；和閥，它被構(gòu)造用來控制進(jìn)入驅(qū)動腔的流量并具有界定閥腔部分的表面。鑿槽裝置包括第一構(gòu)件，它至少部分地配置在驅(qū)動腔內(nèi)，以便當(dāng)活塞上端部位于驅(qū)動腔內(nèi)時第一構(gòu)件延伸入活塞孔中。第一構(gòu)件具有外表面、內(nèi)部空間和至少一個口，所述口在外表面與內(nèi)部空間之間延伸并與驅(qū)動腔流體連通。第二構(gòu)件至少部分地配置在第一構(gòu)件內(nèi)部空間內(nèi)并具有通道。所述通道與閥腔流體連通，并且可與所述口流體連通以便在驅(qū)動腔與閥腔之間建立流體連通。
另一方面，本發(fā)明還是沖擊鉆具的一種流體鑿槽裝置。所述鉆具含有殼體，它具有內(nèi)部空間、驅(qū)動腔和閥腔，每個驅(qū)動腔和閥腔都構(gòu)建在殼體內(nèi)部空間內(nèi)；活塞，它可移動地配置在殼體內(nèi)并具有上端部和縱向通孔，所述上端部可配置在驅(qū)動腔內(nèi)；和閥，它被構(gòu)造用來控制進(jìn)入驅(qū)動腔的流量并具有界定閥腔部分的表面。鑿槽裝置包括普通的筒形本體，所述筒形本體至少部分地配置在驅(qū)動腔內(nèi)，以便當(dāng)活塞上端部位于驅(qū)動腔內(nèi)時所述筒形本體延伸入活塞孔中。所述筒形本體具有外及內(nèi)圓周表面和多個口，每個口在兩個表面之間延伸并在流體上可與驅(qū)動腔連接。普通的圓柱形本體至少部分地配置在筒形本體內(nèi)并具有在流體上與閥腔連接的通道。筒形本體及圓柱形本體中的至少一個可相對于筒形本體及圓柱形本體中的另一個角度移動。照這樣，每一個口在筒形本體相對于圓柱形本體的一個單獨(dú)角度位置上可與通道流體連通，以便建立驅(qū)動腔與閥腔之間的流體連通。
還有的一個方面，本發(fā)明是一種鉆具，它包括具有內(nèi)部空間、驅(qū)動腔和閥腔的殼體，每個驅(qū)動腔和閥腔被構(gòu)建在殼體內(nèi)部空間內(nèi)?；钊梢苿拥嘏渲迷跉んw內(nèi)并具有上端部和縱向通孔，所述上端部可配置在驅(qū)動腔內(nèi)。閥被構(gòu)造用來控制進(jìn)入驅(qū)動腔的流量并具有界定閥腔部分的表面。另外，第一構(gòu)件至少部分地配置在驅(qū)動腔內(nèi)，以便當(dāng)活塞上端部位于驅(qū)動腔內(nèi)時第一構(gòu)件延伸入活塞孔中。第一構(gòu)件具有外表面、內(nèi)部空間和至少一個口，所述口在外表面與內(nèi)部空間之間延伸并在流體上可與驅(qū)動腔連接。再者，第二構(gòu)件至少部分地配置在第一構(gòu)件內(nèi)部空間內(nèi)并具有通道，所述通道與閥腔流體連通，并且可與所述口流體連通，以便在驅(qū)動腔與閥腔之間建立流體連通。


當(dāng)聯(lián)系附錄的各附圖進(jìn)行閱讀時，將能更好地理解前述的發(fā)明的內(nèi)容以及本發(fā)明優(yōu)先實(shí)施例的詳細(xì)說明。出于解釋本發(fā)明的目的，在各附圖中顯示了簡圖和目前優(yōu)選的各實(shí)施例。然而，應(yīng)該懂得本發(fā)明不局限于所述各精確構(gòu)造和所示的工具。在各附圖中圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的流體鑿槽裝置的沖擊鉆具的軸向剖視圖；圖2是沖擊鉆具的放大局部軸向剖視圖，顯示處于第一驅(qū)動位置的活塞和具有單組口的鑿槽裝置，僅為便于解釋所述各口被描繪成軸向地對齊；圖3是圖2的鉆具的另一個視圖，顯示處于第二沖擊位置的活塞和具有兩組口的鑿槽裝置，僅為便于解釋所述各口還被描繪成軸向地對準(zhǔn)；圖4是鑿槽裝置的第一外構(gòu)件的側(cè)立體視圖；圖5是鑿槽裝置的第二內(nèi)構(gòu)件的側(cè)立體視圖；
圖6是鉆具的大比例放大的局部軸向剖視圖，顯示處于開啟位置的閥；圖7是圖6的鉆具的另一個視圖，顯示處于關(guān)閉位置的閥；圖8是鉆具的放大的局部軸向剖視圖，顯示在流體上與第二構(gòu)件的流動通道連接的第一構(gòu)件的第一口；圖9是圖8的鉆具的另一個視圖，顯示在流體上與第二構(gòu)件的流動通道連接的第一構(gòu)件的第二口；圖10是圖8的鉆具的另一個視圖，顯示在流體上與第二構(gòu)件的流動通道連接的第一構(gòu)件的第三口；圖11是圖8的鉆具的另一個視圖，顯示在流體上與第二構(gòu)件的流動通道連接的第一構(gòu)件的第四口；圖12是鑿槽裝置的通過一對第一口的徑向剖視圖，顯示相對于第一構(gòu)件處于第一角度位置的第二構(gòu)件；圖13是鑿槽裝置的通過一對第二口的徑向剖視圖，顯示相對于第一構(gòu)件處于第二角度位置的第二構(gòu)件；圖14是鑿槽裝置的通過一對第三口的徑向剖視圖，顯示相對于第一構(gòu)件處于第三角度位置的第二構(gòu)件；圖15是鑿槽裝置的通過一對第四口的徑向剖視圖，顯示相對于第一構(gòu)件處于第四角度位置的第二構(gòu)件；圖16是鑿槽裝置的分解視圖，顯示位于第一角度位置的第二構(gòu)件；和圖17是鑿槽裝置的分解視圖，顯示位于第三角度位置的第二構(gòu)件。
實(shí)施本發(fā)明的最佳模式僅是為了方便而不是限制，在下列說明中使用了某些術(shù)語。詞匯“上部的”、“向上的”和“下部的”、“向下的”分別是指朝向和背離鉆具或其部件的指定上端部的方向。詞匯“內(nèi)部的”和“外部的”、“向外”分別是指朝向和背離鉆具的、流體鑿槽裝置的或兩者中之一的部件的幾何中心的方向，或是分別指朝向和背離鉆具中心線的方向，所述特定意義從說明書的上下文將容易顯示出來。術(shù)語“徑向的”、“徑向地延伸的”是指通常垂直于指定的中心線或軸線的方向，和指的是或部分地或完全地定位于徑向方向的兩種元件。所述術(shù)語包含上面特別提及的詞匯、它們的派生詞和類似含義的詞匯。
現(xiàn)在詳細(xì)地參考各附圖，其中使用了相同的標(biāo)號標(biāo)注所有相同的元件，圖1-17顯示了沖擊鉆具1的流體鑿槽裝置10的目前優(yōu)選實(shí)施例。鑿槽裝置10較好與鉆具1一起使用，鉆具1含有殼體2，它具有內(nèi)部空間SC、驅(qū)動腔3和閥腔4，驅(qū)動腔3和閥腔4的每一個都被構(gòu)建在殼體內(nèi)部空間SC內(nèi)；和活塞5，它可移動地配置在殼體2內(nèi)。活塞5具有可配置在驅(qū)動腔3內(nèi)的上端部5a和縱向通孔6。另外，鉆具1也較好是含有閥7，閥7被構(gòu)造用來控制進(jìn)入驅(qū)動腔3的流量并具有界定閥腔4部分的表面7a。然而，如下面討論的，流體鑿槽裝置10可與任何其它合適形式的鉆具1一起使用。
基本上，鑿槽裝置10包括第一外構(gòu)件12；第二內(nèi)構(gòu)件14，內(nèi)構(gòu)件14至少部分地配置在第一構(gòu)件12內(nèi)；和中心軸線11，它縱向地延伸穿過第一及第二構(gòu)件12、14。第一構(gòu)件12至少部分地配置在驅(qū)動腔3內(nèi)，以便當(dāng)活塞上端部5a位于驅(qū)動腔3內(nèi)時(例如見圖2)第一構(gòu)件12延伸入活塞孔6中。另外，第一構(gòu)件12具有外表面16、內(nèi)部空間18和至少一個入口或控制口20，控制口20在外表面16與內(nèi)部空間18之間延伸?？刂瓶?各口)20的每一個可與驅(qū)動腔3流體連通，特別是當(dāng)活塞5相對于流體鑿槽裝置10的位置是這樣口20被配置在活塞孔6外部時，由此能使流體自驅(qū)動腔3流來并進(jìn)入第一構(gòu)件內(nèi)部空間18。較好的是，第一構(gòu)件12含有或被構(gòu)造成筒形本體22，最好的是構(gòu)造成圓的筒形本體22，但是如下面所描述可以任何其它合適方式來構(gòu)造。第二內(nèi)構(gòu)件14較好是含有或被構(gòu)造成普通的圓柱形本體或本體部分24，而最好的是被構(gòu)造成普通的圓柱形本體24，其尺寸加工為可裝在第一構(gòu)件筒形本體22內(nèi)，以便至少部分地被配置在第一構(gòu)件12的內(nèi)部空間18內(nèi)。第二構(gòu)件14具有流動通道26，通道26與閥腔4流體連通并且可與控制口(各口)20流體連通連接，以建立驅(qū)動腔3與閥腔4之間的流體連通，以便如下面所討論引致閥7的關(guān)閉。
較好的是，閥7可在開啟位置VO(圖6)與關(guān)閉位置VC(圖7)之間移動。在開啟位置VO，流體從鉆具1的供應(yīng)腔8流動(如下面描述的)并進(jìn)入驅(qū)動腔3，以朝活塞上端部5a施加壓力而向下朝鉆頭28(方向)驅(qū)動活塞5(下面描述)。在關(guān)閉裝置VC，閥7中斷或基本阻止自供應(yīng)腔8至驅(qū)動腔3的流動，由此“切斷”流動至活塞5的流體。當(dāng)?shù)谝粯?gòu)件口20及第二構(gòu)件通道26使驅(qū)動腔3與閥腔4流體連通時，流體自驅(qū)動腔3流來并進(jìn)入閥腔4并對閥表面7a施加壓力。這種壓力以普通方式使閥7從開啟位置VO移動至關(guān)閉裝置VC，所述普通方式類似于美國專利5,301,761公開的“壓敏閥42”公開中描述的方式，所述美國專利被結(jié)合在本文中作參考。因此，流體鑿槽裝置10的基本功能如同閥關(guān)閉裝置，但可具有其它的合適應(yīng)用，如下面所描述。
較好的是，第一構(gòu)件12與第二構(gòu)件14中的至少一個繞中心軸線11相對于兩個構(gòu)件12、14的另一個角度移動。照這樣，兩個構(gòu)件12、14可彼此相對地布置成相對于軸線11的各種不同的角度定位或位置An，以調(diào)整控制口(各口)20相對于通道26的位置。另外，第一構(gòu)件12最好含有多個控制口20，每個控制口20在內(nèi)部空間18與第一構(gòu)件外表面16之間延伸并被布置成這樣每一個口20在軸向上與其它各口20的每一個相間隔和在徑向上圍繞中心軸線11。再有，每個控制口20在第二構(gòu)件14相對于第一構(gòu)件12(和/或反過來)的多個角度位置An的單獨(dú)一個位置上可與流動通道26流體連通。
換句話說，第一口21A在第一角度位置A1(圖8及12)在流體上與通道26連接，第二口21B在第二角度位置A2(圖9及13)在流體上與通道26連接，等等，如下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的。應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)，在活塞移動循環(huán)(下面描述)中閥7發(fā)生關(guān)閉的“定時”(時間)或點(diǎn)是可變的或可調(diào)節(jié)的。通過提供改變閥關(guān)閉時間的能力，流體鑿槽裝置10能使鉆具1以不同的(即較大的或較小的)壓力值的多個流體供應(yīng)源30的每一個去實(shí)現(xiàn)最佳性能，如下面所描述的。下面更詳細(xì)描述已討論的本發(fā)明的各基本元件及操作、流體鑿槽裝置10及其各部件。
為了理解流體鑿槽裝置10的全部好處，首先需要如下描述所述結(jié)構(gòu)及優(yōu)選的沖擊鉆具1的操作的某些特點(diǎn)。如圖1最佳地顯示的，鉆具1還含有鉆頭28，鉆頭28具有中心孔29和下切削表面31，下切削表面31完成鉆具1的工作，這種鉆削或切削工作是由能量驅(qū)動的，所述能量從活塞5的沖擊傳遞至鉆頭28的上端部28a上面，如下面討論的。相對的高壓流體源或供應(yīng)源30，最好是供應(yīng)壓縮空氣的壓縮機(jī)32，與安裝在殼體2的上端部的后頭部34流體連通。從供應(yīng)源30流來的加壓的流體進(jìn)入后頭部34的中心孔35內(nèi)并被引導(dǎo)至供應(yīng)腔8。較好的是，后頭部34的功能也是使流體鑿槽裝置10定位及保持配置在殼體2內(nèi)，如下面所描述的。另外，鉆具1較好是含有普通的筒形流體分配器36和具有中央通道37，分配器36配置在殼體2內(nèi)，中央通道37使供應(yīng)腔8與驅(qū)動腔3流體連通。閥7被構(gòu)造用來控制通過中央通道37的流量，閥7被配置成一般朝向關(guān)閉位置VC(圖7)中的分配器36的閥座表面39，并且一般與開啟位置VO(圖6)中的分配器座表面39相間隔距離ds。
再有，鉆具殼體2具有中心線2a，而活塞5一般可沿中心線2a在相反的方向D1、D2上于第一“驅(qū)動”位置(圖2)與第二“沖擊”位置(圖1及3)之間往復(fù)移動。在圖2所示的驅(qū)動位置上，活塞5與鉆頭28相間隔最大距離(未圖示)，并且位于相對于閥腔4的最接近位置PP。另外，活塞上端部5a通常完全地配置在驅(qū)動腔3內(nèi)，而第一構(gòu)件12至少部分地配置在活塞孔6內(nèi)。在圖1及3所示的沖擊位置上，活塞下端部5b用相對地很大的動能沖擊鉆頭28以驅(qū)動鉆頭切削表面31進(jìn)入作業(yè)表面(未圖示)并位于相對于閥腔4的最遠(yuǎn)端位置PD。照這樣，活塞上端部5a被配置在驅(qū)動腔3的外部，而第一構(gòu)件12沿中心線2a與活塞5相間隔分布。同時活塞5在第一方向D1上沿中心線2a從驅(qū)動位置朝向沖擊位置移動，活塞5基本阻止了驅(qū)動腔3與口20之間的流體連通，而只要口20保持被配置在活塞孔6內(nèi)，口20就與流動通道26對準(zhǔn)。這之后，當(dāng)口20變成被配置在活塞孔6的外部時，口20與驅(qū)動腔3流體連通，以使驅(qū)動腔3與閥腔4連接，如上面已討論過和下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的。
現(xiàn)在參考圖1-4和圖6-17，第一構(gòu)件12的筒形本體22具有第一上徑向端部42；沿中心軸線11與第一端部42相間隔的第二下徑向端部44；構(gòu)成所述構(gòu)件外表面16的外圓周表面46；和界定第一構(gòu)件內(nèi)部空間18的相對的內(nèi)圓周表面47。每個圓周表面46及47被構(gòu)造成分別與后頭部34及第二構(gòu)件14的相配表面摩擦地結(jié)合。特別是，最好是通過使第一構(gòu)件12至少部分地插過后頭部孔35，致使第一構(gòu)件12的第一上部分12a被配置在孔35中而第二下部分12b延伸入并配置在驅(qū)動腔3中，這樣來使流體鑿槽裝置10保持在鉆具殼體2內(nèi)。較好的是至少外第一構(gòu)件圓周表面46的上部分是圓錐形的或錐形的，以便“楔入”分配器孔35的錐形內(nèi)圓周表面35a中，由此使第一構(gòu)件12摩擦地保持在后頭部34內(nèi)，如圖2及3最佳地表示的。當(dāng)如此安裝在后頭部34內(nèi)后，鑿槽裝置10的中心軸線11一般最好與殼體中心線2a共線。
除了一個或多個控制口20之外，如下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的，第一構(gòu)件12較好含有至少一個和最好含有兩個出口50，每個出口50在外圓周表面46與內(nèi)部空間18之間延伸。各出口50較好是繞中心軸線11彼此徑向相間隔約180°(例如見圖3)并通常被配置成最接本體上端部42，以便與入口(各口)20軸向相間隔，如圖2及3中最佳地顯示的。另外，每個出口50在流體上與閥腔4及與第二構(gòu)件通道(各通道)26相連接，如下面所討論的。較好的是，第一構(gòu)件12也還含有至少一個和最好是兩個旁通口52，旁通口52通常在外與內(nèi)表面46、47之間徑向地延伸并通常被配置在出口50與本體第一端部42之間。各旁通口52通過一個或多個徑向旁通通道(未圖示任何一個)在流體上可與第二構(gòu)件14的中心孔60相連接，所述一個或多個徑向旁通通道可任選地設(shè)在第二構(gòu)件14上，旁通系統(tǒng)的詳細(xì)說明超出了本公開的范圍。
如上面所討論的，第一構(gòu)件12較好含有至少兩個入口或控制口20，特別是第一口21A和第二口21B，每個口21A及21B通常被配置成最接近本體第二端部44。第一口21A與閥腔4相間隔第一距離d1(圖8)，而第二口21B與閥腔4相間隔第二距離d2(圖9)，第二距離d2大于第一距離d1。當(dāng)?shù)谝豢?1A與流動通道26徑向地對準(zhǔn)時，應(yīng)用這個結(jié)構(gòu)使它們在流體上被連接起來，在活塞5于第一方向D1上從所述最接近位置PP移動了約第一距離dP1之后，閥7移動至關(guān)閉位置VC，如圖8中所示。另一種情況，當(dāng)?shù)诙?1B流體上與流動通道26連接時，在活塞5于第一方向D1上從所述最接近位置PP移動了約第二距離dP2之后，閥7移動至關(guān)閉位置VC，如圖9中所描繪的。第二移動距離dP2大于第一移動距離dP1，這樣當(dāng)?shù)谝豢?1A與通道26連接時，閥7在活塞5向下移動中的關(guān)閉點(diǎn)比當(dāng)?shù)诙?1B與通道26連接時閥7在活塞5移動中的關(guān)閉點(diǎn)更靠前。
最好的是，第一構(gòu)件12含有每4個口20的兩個口組48A、48B，每個口組48A、48B可與兩個優(yōu)選的流動通道26中的單獨(dú)一個在流體上連接或?qū)?zhǔn)，如下面所描述的。如前面所描述的，每個口組48A、48B含有一個第一口21A和一個第二口21B，而較好的是也具有第三口21C和第四口21D。每個第三口21C與閥腔4相間隔第三距離d3(圖10)，而每個第四口21D與閥腔4相間隔第四距離d4(圖11)，第三距離d3分別大于第一及第二距離d1、d2中的每一個，而第四距離d4分別大于第一、第二及第三距離d1、d2和d3中的每一個。較好的是，每個口組48A、48B的四個口21A、21B、21C及21D沿著單獨(dú)的普通螺旋線49(僅顯示了一個)間隔地分布，每條線49至少部分圓周地圍繞和軸向上沿中心軸線11延伸，如圖4中所描述的。另外，兩個口組48A、48B被布置成這樣每組48A、48B的兩個對應(yīng)的口(例如兩個第一口21A)的每個同時地與相關(guān)的通道26徑向地對準(zhǔn)，如圖12-15中最佳地顯示的。
參考圖10，應(yīng)用上面描述的結(jié)構(gòu)，當(dāng)每個第三口21C在流體上與相關(guān)的流動通道26連接時，在活塞5從所述最接近位置PP移動了第三距離DP3之后，閥7移動至關(guān)閉位置VC，第三距離DP3分別大于第一及第二移動距離dP1、dP2中的每一個。另外，如圖11中所示，當(dāng)每個第四口21D流體上與相關(guān)的流動通道26連接時，在活塞5從所述最接近位置PP移動了第四距離dP4之后，閥7移動至關(guān)閉位置VC，第四移動距離dP4分別大于相關(guān)的第一、第二和第三距離dP1、dP2和dP3中的每一個。較好的是，第二構(gòu)件14相對于第一構(gòu)件12也是成角度布置，使得沒有任何一個口20在流體上與兩個通道26中任何一個相連接或徑向地對準(zhǔn)。在兩個構(gòu)件12、14的這樣一種定位中，在活塞5完全移離流體鑿槽裝置10之前，不會發(fā)生閥7的關(guān)閉，在完全移離流體鑿槽裝置10的該點(diǎn)上流體通過第二構(gòu)件14的中心孔60從驅(qū)動腔3流至閥腔4，如下面所描述的。因此，應(yīng)用第一構(gòu)件12的所述優(yōu)選結(jié)構(gòu)，通過應(yīng)用第二口21B、第三口21C、第四口21D，在活塞向下移動中閥的7的關(guān)閉點(diǎn)逐漸上移，或是沒有任何一個口20在流體上使驅(qū)動腔3與閥腔4連接起來。
現(xiàn)在參考圖1-3和圖5-17，第二構(gòu)件的圓柱形本體24具有第一上徑向端部54、第二下徑向端部56和外圓周表面58，第二下徑向端部56沿中心軸線11與第一端部54相間隔。較好的是，第一與第二構(gòu)件的相對尺寸被定得通常具有相等的軸向長度，使得兩個構(gòu)件12、14的各個第一端部42、54通常彼此是平齊的(即相對于軸線11大約位于相同位置)，而僅有突出部68(下面描述)在圓柱形本體24的第二端部56從第一本體內(nèi)部空間18向外延伸。另外，外圓周表面58被構(gòu)造用來與第一構(gòu)件12的內(nèi)圓周表面47摩擦地結(jié)合，以保持圓柱形本體24被配置在筒形本體22內(nèi)。較好的是，至少第一構(gòu)件內(nèi)表面47的上部47a和至少是第二構(gòu)件外表面58的上部58a的每一個通常都是圓錐形的或是沿軸線11其內(nèi)直徑或外直徑是傾斜(成錐狀)的。照這樣，第二構(gòu)件14的外表面部分58a楔緊在第一外構(gòu)件12的內(nèi)表面部分47a上，以便由此利用“錐度鎖緊”使第二構(gòu)件14摩擦地保持在第一構(gòu)件12內(nèi)。
如下面所進(jìn)一步描述的，除去流動通道(各通道)26之外，第二構(gòu)件14較好是還含有中心縱向通孔60，通孔60分別地在本體第一端部54與本體第二端部56之間軸向地延伸。中心孔60的作用是充作壓力釋放的流動通道部分，特別是當(dāng)所有口20被關(guān)閉時用于清除累積在閥腔4內(nèi)的流體；和充作旁通通道，所述旁通通道能使在供應(yīng)腔8內(nèi)的一部分流體被轉(zhuǎn)移通過鑿槽裝置10，以通過活塞孔6及鉆頭孔29流出鉆具1，如下面所討論的。另外，第二構(gòu)件14也含有第一及第二普通的環(huán)形槽62、64，每個環(huán)形槽62、64從外表面58徑向延伸入圓柱形本體24和整個圓周環(huán)繞中心軸線11。每個流動通道26與第一下槽或“主”槽62相交，槽62流體上與第一構(gòu)件12的兩個外口50連接或是徑向地對準(zhǔn)，致使流體從通道26流入主槽62并通過出口50到達(dá)閥腔4。另外，至少一個而最好是兩個補(bǔ)償口65通常在中心孔60與主槽62之間徑向地延伸，以便通過主槽62與出口50在流體上使孔60與閥腔4相連接。
應(yīng)用這個結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)诙?gòu)件14相對于第一構(gòu)件12布置成這樣時沒有任何一個口20在流體上與兩個通道26中任何一個相連接，累積于閥腔4的任何流體，由于環(huán)繞閥密封件(未圖示)的泄漏，從腔4流過外口50、主槽62及補(bǔ)償通道(各通道)65進(jìn)入中心孔60，而這之后分別通過活塞孔及鉆頭孔6及29而流出鉆具1。否則，累積在閥腔4內(nèi)的這種流體將最終對閥7施加足夠的壓力，通常是在向下方向D1上，以致阻止閥7移動至開啟位置V0。另外，第二上部的或“旁通”環(huán)行槽4被配置成最接近本體24的第一端部54并在流體上與第一構(gòu)件12的旁通口52相連接。當(dāng)一個或多個徑向口(未圖示)被設(shè)置在第二槽64與孔60之間時，槽64與旁通口52造成了供應(yīng)腔8(通過后頭部34中的通道34a)與中心孔60之間的旁通流體的路徑。照這樣，供應(yīng)腔8內(nèi)的一部分流體可被引導(dǎo)或“泄”出鉆具1，以防止供應(yīng)腔8內(nèi)的流體體積超量。
另外，第二構(gòu)件14也較好是含有普通的六角形突伸部或突緣68，突緣68從圓柱形本體24的第二下端部56軸向地向外延伸。突緣68形成錘頭或其它工具(未圖示任何一個)的沖擊表面，以便由此“打破”第一構(gòu)件內(nèi)表面部分47a與第二構(gòu)件外表面部分58a之間的摩擦結(jié)合。此外，第二構(gòu)件14也較好是含有第三環(huán)形槽70，槽70從外表面58徑向地延伸入圓柱形本體24中和整個圓周圍繞中心軸線11，槽70位置最接近本體第二下端部56。O型圈74可配置在第三槽70內(nèi)，以便在流體上密封住鑿槽裝置10的第一構(gòu)件12與第二構(gòu)件14之間的任何間隙(未圖示)。
再有，每個流動通道(各通道)26較好是制成細(xì)長的軸向槽72，槽72通常從外表面58徑向地延伸入第二構(gòu)件14。每個槽72與中心軸線11相間隔并通常平行于中心軸線11而延伸，而因此通常分別在所述本體的第一端部54與第二端部56之間軸向地延伸。最好的是，第二構(gòu)件14含有兩個流動通道26，第一流動通道27A和第二流動通道27B，兩個通道27A、27B繞中心軸線11相間隔約180°。每個流動通道27A、27B被構(gòu)造用來與第一構(gòu)件12的兩個優(yōu)選口組48A、48B中單獨(dú)的一個相交，致使在繞軸線11中相對于第一構(gòu)件12(或反過來)的第二構(gòu)件14的任何特定角度位置An處，每個通道27A、27B與每個對應(yīng)對的口20(例如兩個第一口21A)的口20的單獨(dú)一個徑向地對準(zhǔn)。
換句話說，在第一角度位置A1(圖12)，第一流動通道27A與第一口組48A的第一口21A對準(zhǔn)，同時第二流動通道27B與第二口組48B的第一口21A對準(zhǔn)。在第二角度位置A2(圖13)，第一通道27A與第一口組48A的第二口21B對準(zhǔn)，而第二通道27B同時與第二口組48B的第二口21B對準(zhǔn)。另外，在第三角度位置A3(圖14)，第一流動通道27A與第一口組48A的第三口21C對準(zhǔn)，同時第二流動通道27A與第二口組48B的第三口21C對準(zhǔn)。再有，在第四角度位置A4(圖15)，第一通道27A與第一口組48A的第二口21D對準(zhǔn)，而第二通道27B同時與第二口組48B的第二口21D對準(zhǔn)。最后，如上面所描述的，第二構(gòu)件14也可相對于第一構(gòu)件12布置在第五角度位置(未描繪)中，在所述位置中流動通道27A、27B沒有任何一個徑向地與任何口20對準(zhǔn)，致使流體基本被阻止流動通過兩個流動通道26。
雖然流體鑿槽裝置10較好是制成如上面所描述的，但是以任何其它合適的方式分別地制成第一及第二構(gòu)件12、14的任一個或兩者，都是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，第一構(gòu)件12可含有或是單個口組(例如48A)而第二構(gòu)件14可僅含有單個流動通道26，或是第一構(gòu)件12可被制成具有3個或多個口組而第二構(gòu)件14可被制成具有相應(yīng)數(shù)量的流動通道26。另外，例如第一及第二構(gòu)件12及14可以任何合適的方式確定相對的尺寸和/或形狀，諸如使第一構(gòu)件12被制成僅繞一部分第二構(gòu)件14配置的相對短的筒形套筒，或是使第二構(gòu)件14被制成配置在合適尺寸的第一構(gòu)件內(nèi)腔中的相對短的筒形或圓柱形本體(兩者都未被顯示)。如還有的另一個例子，兩個構(gòu)件12及14的每一個具有任何其它合適的徑向截面形狀(即除圓形的之外)，諸如普通六角形的或八角形的。本發(fā)明的范圍分別地包含第一及第二構(gòu)件12、14的這些和所有其合適的構(gòu)造，它們能使流體鑿槽裝置10的功能通常如同本文所描述的。
使用前，以下列方式，第一及第二構(gòu)件12及14被組裝在一起，而后被組裝進(jìn)鉆具1中。首先，第二構(gòu)件圓柱形本體24的第二端部56通過第一端部42被插入第一構(gòu)件內(nèi)部空間18中，然后第二構(gòu)件14沿軸線11進(jìn)一步移動，直至第二構(gòu)件14幾乎完全地被配置在內(nèi)部空間18中為止。然而，在互鎖表面部分47a、58a之間完全結(jié)合之前，第二內(nèi)構(gòu)件14較好是繞軸線11相對于第一外構(gòu)件12進(jìn)行配置，以便根據(jù)閥關(guān)閉的所需定時(時間)，使兩個流動通道26與所要求對控制口20對準(zhǔn)。這種對準(zhǔn)較好是通過相關(guān)口組48A或48B的所要求口20去觀察流動通道27A或27B中的一個來完成。另一種辦法是可在第二構(gòu)件14的上端部設(shè)置通道27A、27B的分度記號/缺口(都未圖示)，而相應(yīng)的記號/缺口(都未圖示)可設(shè)置在第一構(gòu)件12的上端部以指示控制口20的位置，使得通道記號與所要求口20的記號對準(zhǔn)。
在流體上與流動通道26連接的各特定控制口20是根據(jù)下列的通用指南來選擇的。當(dāng)需要在活塞向下移動中的較早的點(diǎn)或時間發(fā)生閥關(guān)閉，而因此減少流入驅(qū)動腔3中的流體總量或體積時，首先是選擇最上面的控制口21A。當(dāng)具有相對較大的或較高的壓力值的流體供應(yīng)源30的鉆具1被使用時，流體鑿槽裝置10的這種設(shè)定優(yōu)化了鉆具性能，因?yàn)楫?dāng)與由相對較小的或較低的壓力流體供應(yīng)源30提供的流量相比時，對于流入驅(qū)動腔3中的所要求量的或體積的流體(例如壓縮空氣)，具有相對較大的或較高的壓力值的流體供應(yīng)源30的鉆具1是以較短的時間周期完成的。當(dāng)要求從如上所討論的較早的點(diǎn)/時間進(jìn)行閥關(guān)閉的延遲時，或者選擇第二口21B、第三口21C，或者選擇第四口21D，它們逐漸加長閥7被置于開啟位置VO的時間量。對于流體供應(yīng)源30的給定壓力值，當(dāng)閥7保持較長時間周期的開啟時，較大的量或體積的流體將流入驅(qū)動腔3。因此，當(dāng)具有較小或較低壓力的流體供應(yīng)源30的鉆具1被使用時，閥關(guān)閉的延遲將使進(jìn)入驅(qū)動腔3的一定體積/量的流體足夠以所要求的沖擊力驅(qū)動活塞5進(jìn)入鉆頭8。
另外，可使第二構(gòu)件14相對于第一構(gòu)件12定位于某一角度位置(未圖示)，在所述角度位置上各流動通道26不與任何控制口20徑向地對準(zhǔn)，致使各通道26被第一構(gòu)件本體22的筒形壁部分完全地蓋住或“堵住”。用這樣布置的流體鑿槽裝置10，流體不能流入各通道26，但作為替代的是驅(qū)動腔3中的一部分流體流入第二構(gòu)件中心孔60中，通過各補(bǔ)償口65和主槽62，通過第一構(gòu)件各出口50，而這之后進(jìn)入閥腔4。因此，第一及第二構(gòu)件12、14的這樣一種分別地相對定位，導(dǎo)致閥關(guān)閉的最大延遲，而因此使從供應(yīng)腔8流來并進(jìn)入驅(qū)動腔3的流體的體積或量變得最大。
一旦第二構(gòu)件14被定位成相對于第一構(gòu)件12處于已描述的各定位中所要求的一個，第二構(gòu)件14就被進(jìn)一步移動入第一構(gòu)件內(nèi)部空間18，直到第二構(gòu)件14的第一上端部54大致地與第一構(gòu)件上端部42平齊而兩個內(nèi)表面部分47a、58a變得互鎖為止，如上面所討論的。然后，流體鑿槽裝置10以上面描述的方式插入后頭部孔35，和作為包含后頭部34、閥7及另一個閥(未圖示)的組件的一部分被裝入鉆具殼體2中，所述另一個閥用于控制進(jìn)入供應(yīng)腔8的流體。然后鉆具1被構(gòu)造用來隨閥7的關(guān)閉而工作，閥7的關(guān)閉發(fā)生在活塞向下移動中的所要求時間/點(diǎn)上，這對于使用時以特定的流體供應(yīng)源30的壓力值來工作是理想的，流體供應(yīng)源30是與鉆具1一起使用的。
技術(shù)人員將會理解，在不背離其廣泛的發(fā)明概念下，可對上面描述的各實(shí)施例或構(gòu)造做出改變。因此，可以明白本發(fā)明不局限于所公開的各具體的實(shí)施例或各構(gòu)造，而是傾向于把各種修改涵蓋在本發(fā)明的精神和目標(biāo)內(nèi)，如本文中通常所描述的。
權(quán)利要求
1.沖擊鉆具的一種流體鑿槽裝置，所述鉆具包含殼體，它具有內(nèi)部空間、構(gòu)成于殼體內(nèi)部空間內(nèi)的驅(qū)動腔和閥腔；活塞，它可移動地配置在殼體內(nèi)并具有可配置在驅(qū)動腔內(nèi)的上端部及縱向通孔；閥，它被構(gòu)造用來控制進(jìn)入驅(qū)動腔的流量并具有界定閥腔部分的表面；所述鑿槽裝置包括第一構(gòu)件，它至少部分地配置在驅(qū)動腔內(nèi)，以便當(dāng)活塞上端部位于驅(qū)動腔內(nèi)時，第一構(gòu)件延伸進(jìn)入活塞孔，第一構(gòu)件具有外表面、內(nèi)部空間和至少一個口，所述口在外表面與內(nèi)部空間之間延伸并可與驅(qū)動腔流體連通；和第二構(gòu)件，它至少部分地配置在第一構(gòu)件內(nèi)部空間內(nèi)并具有通道，所述通道與閥腔流體連通并可與所述口流體連通，以在驅(qū)動腔與閥腔之間建立流體連通。
2.如權(quán)利要求1中所述的流體鑿槽裝置，其特征在于閥可在開啟位置與關(guān)閉位置之間移動，而當(dāng)所述口與所述通道使驅(qū)動腔與閥腔流體連通時，流入閥腔的流體使閥從開啟位置移動至關(guān)閉位置。
3.如權(quán)利要求2中所述的流體鑿槽裝置，其特征在于殼體還具有縱向中心線，而活塞可沿所述中心線和相對于流體鑿槽裝置移動，致使當(dāng)口被配置在活塞孔中時，活塞基本阻止了驅(qū)動腔與所述口之間的流體連通，而當(dāng)所述口被配置在活塞孔之外時，所述口與驅(qū)動腔流體連通。
4.如權(quán)利要求2中所述的流體鑿槽裝置，其特征在于殼體具有縱向中心線，而活塞通?？裳厮鲋行木€在相對于閥腔的最接近位置與相對于閥腔的最遠(yuǎn)位置之間移動；在所述最接近位置，第一構(gòu)件至少部分地配置在活塞孔內(nèi)，在所述最遠(yuǎn)位置，第一構(gòu)件沿所述中心線與活塞相間隔；所述口是第一口，而第一構(gòu)件還具有中心軸線，而第二口通常沿所述軸線與第一口相間隔；第一及第二構(gòu)件中的一個可相對于第一及第二構(gòu)件中的另一個角度移動，使得第一口在第一角度位置與通道流體連通，而第二口在第二角度位置與通道流體連通；和當(dāng)?shù)谝豢谂c通道流體連通時，在活塞從所述最接近位置移動了至少第一距離之后，閥移動至關(guān)閉位置；而另一種情況是當(dāng)?shù)诙谂c通道流體連通時，在活塞從所述最接近位置移動了至少第二距離之后，閥移動至關(guān)閉位置；所述第二距離大于所述第一距離。
5.如權(quán)利要求1中所述的流體鑿槽裝置還包括中心軸線，所述中心軸線縱向地延伸穿過第一及第二構(gòu)件的每一個，第一及第二構(gòu)件中的至少一個可繞所述軸線相對于第一及第二構(gòu)件中的另一個角度移動，以便調(diào)整口相對于通道的位置。
6.如權(quán)利要求5中所述的流體鑿槽裝置，其特征在于第二構(gòu)件具有外表面，而通道被制成通常從所述外表面徑向地延伸入第二構(gòu)件的細(xì)長槽，所述細(xì)長槽與中心軸線相間隔并通常平行于中心軸線而延伸；和第一構(gòu)件具有在內(nèi)部空間與第一構(gòu)件外表面之間延伸的多個口，每一個口與其它各口的每一個圍繞所述軸線軸向和徑向間隔，使得每個口在第一構(gòu)件相對于第二構(gòu)件的多個角度位置中的單獨(dú)一個位置可與通道流體連通。
7.如權(quán)利要求6所述的流體鑿槽裝置，其特征在于多個口沿大致螺旋線相間隔，所述螺旋線至少部分地圍繞所述中心軸線在圓周上和沿中心軸線軸向上延伸。
8.如權(quán)利要求5中所述的流體鑿槽裝置，其特征在于第一構(gòu)件具有至少第一口及第二口，第一口與閥腔相間隔第一距離，而第二口與閥腔相間隔第二距離，所述第二距離大于所述第一距離。
9.如權(quán)利要求1中所述的流體鑿槽裝置，其特征在于第一構(gòu)件含有大致筒形本體，而第二構(gòu)件含有大致圓柱形本體部分，所述圓柱形本體部分的尺寸加工為安裝在所述筒形本體內(nèi)。
10.如權(quán)利要求9中所述的流體鑿槽裝置，其特征在于筒形本體具有內(nèi)圓周表面而第二構(gòu)件圓柱形本體部分具有外圓周表面，所述內(nèi)及外圓周表面的每一個被構(gòu)造來與另一個表面摩擦結(jié)合，以便保持圓柱形本體部分被配置在筒形本體內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1中所述的流體鑿槽裝置，還包括中心軸線，所述中心軸線縱向地延伸穿過第一及第二構(gòu)件中的每一個，第一構(gòu)件還包括出口，所述出口在外表面與內(nèi)部空間之間延伸并沿所述中心軸線與所述口相間隔，所述出口與閥腔及與第二構(gòu)件流道流體連通。
12.沖擊鉆具的流體鑿槽裝置，所述鉆具含有殼體，它具有內(nèi)部空間、構(gòu)造在殼體內(nèi)部空間內(nèi)的驅(qū)動腔及閥腔；活塞，它可移動地配置在殼體內(nèi)并具有上端部和縱向中心孔，所述上端部可配置在驅(qū)動腔內(nèi)；閥，它被構(gòu)造用來控制進(jìn)入驅(qū)動腔的流量并具有界定閥腔部分的表面，所述鑿槽裝置包括大致筒形本體，至少部分地配置在驅(qū)動腔內(nèi)，以便當(dāng)活塞上端部位于驅(qū)動腔內(nèi)時所述筒形本體延伸入活塞孔，第一構(gòu)件具有外及內(nèi)圓周表面和多個口，每個口在兩個表面之間延伸并可與驅(qū)動腔流體連通；和大致圓柱形本體，至少部分地配置在筒形本體內(nèi)并具有與閥腔流體連通的通道，筒形本體及圓柱形本體中的至少一個可相對于筒形本體及圓柱形本體中的另一個角度移動，使得每一個口在筒形本體相對于圓柱形本體的單獨(dú)角度位置與通道流體連通接，以便在驅(qū)動腔與閥腔之間建立流體連通。
13.如權(quán)利要求12中所述的流體鑿槽裝置，其特征在于閥可在開啟位置與關(guān)閉位置之間移動，而當(dāng)口與通道使驅(qū)動腔與閥腔流體連通時，流入閥腔中的流體使閥從開啟位置移動至關(guān)閉位置。
14.如權(quán)利要求13中所述的流體鑿槽裝置，其特征在于殼體具有中心線，而活塞通常沿在相對于閥腔的所述最接近位置與相對于閥腔的所述最遠(yuǎn)位置之間的所述中心線移動，在所述最接近位置筒形本體至少部分地配置在活塞孔內(nèi)，在所述最遠(yuǎn)位置筒形本體沿所述中心線與活塞相間隔；流體鑿槽裝置還包括中心軸線，所述中心軸線縱向地延伸穿過筒形本體及圓柱形本體中的每一個，并通常與殼體中心線共線，各口的每一個與其它口的每一個圍繞所述軸線在軸向上和徑向上相間隔；和當(dāng)一個口與通道流體連通時，在活塞從所述最近位置移動了第一距離之后，閥移動至關(guān)閉位置，而另一種情況是當(dāng)另一個口與通道流體連通時，在活塞從所述最近位置移動了第二距離之后，閥移動至關(guān)閉位置；所述第二距離大于所述第一距離。
15.一種鉆具，包括殼體，它具有分別構(gòu)造在殼體內(nèi)部空間內(nèi)的內(nèi)部空間驅(qū)動腔及閥腔；活塞，它可移動地配置在殼體內(nèi)并具有上端部及縱向通孔，所述上端部可配置在驅(qū)動腔內(nèi)；閥，它被構(gòu)造用來控制進(jìn)入驅(qū)動腔的流量并具有界定閥腔部分的表面；第一構(gòu)件，至少部分地配置在驅(qū)動腔內(nèi)，以便當(dāng)活塞上端部位于驅(qū)動腔內(nèi)時第一構(gòu)件延伸入活塞孔，第一構(gòu)件具有外表面、內(nèi)部空間及至少一個口，所述口在外表面與內(nèi)部空間之間延伸并與驅(qū)動腔流體連通；和第二構(gòu)件，至少部分地配置在第一構(gòu)件內(nèi)部空間內(nèi)并具有通道，所述通道與閥腔流體連通并可與所述口流體連通，以便在驅(qū)動腔與閥腔之間建立流體連通。
16.如權(quán)利要求15中所述的鉆具，其特征在于閥可在開啟位置與關(guān)閉位置之間移動，并且當(dāng)口及通道使驅(qū)動腔與閥腔流體連通時，流入閥腔的流體使閥從開啟位置移動至關(guān)閉位置。
17.如權(quán)利要求15中所述的鉆具，其特征在于殼體具有縱向中心線，而活塞通常可沿所述中心線在相對于閥腔的所述最接近位置與相對于閥腔的所述最遠(yuǎn)位置之間移動，在所述最接近位置第一構(gòu)件至少部分地配置在活塞孔內(nèi)，在所述最遠(yuǎn)位置第一構(gòu)件沿所述中心線與活塞相間隔；所述口是第一口，而第一構(gòu)件還具有中心軸線及第二口，所述第二口通常沿所述軸線與第一口相間隔，第一及第二構(gòu)件中的一個可相對于第一及第二構(gòu)件中的另一個角度移動，致使第一口在第一角度位置與通道流體連通，而第二口在第二角度位置與通道流體連通；和當(dāng)?shù)谝豢谂c通道流體連通時，在活塞從所述最接近位置移動了至少第一距離之后，閥移動至關(guān)閉位置，而另一種情況是當(dāng)?shù)诙谂c通道流體連通時，在活塞從所述最接近位置移動了至少第二距離之后，閥移動至關(guān)閉位置；所述第二距離大于所述第一距離。
18.如權(quán)利要求15中所述的鉆具還包括中心軸線，所述中心軸線縱向地延伸穿過第一及第二構(gòu)件的每一個，第一及第二構(gòu)件中的至少一個可繞所述軸線相對于第一及第二構(gòu)件中的另一個角度移動，以便調(diào)整所述口相對于所述通道的位置。
19.如權(quán)利要求15中所述的鉆具，其特征在于第二構(gòu)件具有外表面，而通道被制成從所述外表面大致徑向地延伸入第二構(gòu)件中的細(xì)長槽，所述細(xì)長槽與中心軸線相間隔并且通常平行于中心軸線而延伸；和第一構(gòu)件具有在內(nèi)部空間與第一構(gòu)件外表面之間延伸的多個口，所述各口的每一個圍繞所述軸線與其它各口的每一個軸向和徑向相間隔，致使每個口在第一構(gòu)件相對于第二構(gòu)件的多個角度位置中的單獨(dú)一個位置可與通道流體連通。
20.如權(quán)利要求15中所述的鉆具，其特征在于第一構(gòu)件包含具有內(nèi)圓周表面的大致筒形本體；和第二構(gòu)件包含大致圓柱形本體部分，所述圓柱形本體部分的尺寸加工為可安裝在所述筒形本體內(nèi)并具有外圓周表面，內(nèi)及外圓周表面的每一個都被構(gòu)造用來與另一個表面摩擦地結(jié)合，以便保持所述圓柱形本體部分被配置在所述筒形本體內(nèi)。
全文摘要
沖擊鉆具的流體鑿槽裝置包含殼體，所述殼體具有內(nèi)部空間、構(gòu)造在內(nèi)部空間內(nèi)的驅(qū)動腔及閥腔；活塞，所述活塞配置在殼體內(nèi)并具有可配置在驅(qū)動腔內(nèi)的上端部和縱向通孔；和閥，所述閥用于控制進(jìn)入驅(qū)動腔的流量。所述裝置含有部分地配置在驅(qū)動腔內(nèi)的第一構(gòu)件，以便當(dāng)活塞端部處于驅(qū)動腔內(nèi)時第一構(gòu)件延伸入活塞孔中。第一構(gòu)件具有外表面、內(nèi)部空間和一個或多個口，所述口在外表面與內(nèi)部空間之間延伸并在流體上可與驅(qū)動腔連接。第二構(gòu)件被配置在第一構(gòu)件內(nèi)部并具有通道，所述通道在流體上與閥腔連接并在流體上可與所述口(各口)連接，以便在驅(qū)動腔與閥腔之間建立流體連通。
文檔編號E21B4/14GK1836088SQ200480023693
公開日2006年9月20日 申請日期2004年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月20日
發(fā)明者L·H·萊昂, W·T·萊, J·P·懷特 申請人:英格索爾-蘭德公司