一种配流冲击装置

技术领域

本申请涉及冲击器技术领域，特别涉及一种配流冲击装置。

背景技术

冲击器是钻探工程中常用的破岩设备，通过动力传动介质的高压能量产生连续冲击载荷，从而实现冲击破岩。

其中，冲击器的核心部件为配流结构，冲击活塞的往复运动、冲击动作的连续性、以及冲击速度及能量均需通过配流结构控制，高效破岩的冲击器离不开结构巧妙、控制精确的配流结构。现有技术中，CN203784016U公开了一种无阀控气液联合自配流冲击器，包括缸体、位于缸体工作腔内的冲击活塞、后腔蓄能容器和氮气室，该技术方案为气液两种介质联合控制，需通过蓄能容器和氮气室驱动和控制冲击活塞的运动，其结构相对复杂，更不便于安装及维护。因此，本领域技术人员有必要适时提供一种结构简单、安装维护方便的配流冲击装置。

发明内容

本申请的目的是提供一种配流冲击装置，能够简化结构，便于安装与维护，并能够降低生产成本。

为实现上述目的，本申请提供一种配流冲击装置，包括壳体、第一限位结构、控制阀芯、阀体结构、冲击活塞、第二限位结构；第一限位结构、阀体结构、第二限位结构依次定位装配于壳体中；控制阀芯可活动地设于第一限位结构与阀体结构形成的第一空腔内，冲击活塞可活动地设于阀体结构与第二限位结构形成的第二空腔内；阀体结构设有沿其周向分布的第一控制流道、第二控制流道、第三控制流道和第四控制流道；壳体与阀体结构之间的第一环形间隙、以及冲击活塞与第二限位结构之间的第二环形间隙通过第一控制流道连通；

当控制阀芯与阀体结构形成的第一阀口关闭时，控制阀芯向左运动，且冲击活塞向左运动；

当冲击活塞向左运动至第二环形间隙与第二控制流道连通时，传动介质经第二控制流道流至控制阀芯的第一台阶面容腔，以使控制阀芯向右运动；

当控制阀芯向右运动至第一阀口打开时，传动介质经第三控制流道流至冲击活塞左侧的第一容腔，以使冲击活塞向右运动；

当冲击活塞向右运动至第一容腔与第四控制流道连通时，传动介质流至控制阀芯的第二台阶面容腔，以使控制阀芯向左运动；

当控制阀芯向左运动至控制阀芯与阀体结构形成的第二阀口与控制阀芯的泄压孔连通时，第二控制流道、第三控制流道和第四控制流道中的传动介质经第二阀口及泄压孔流至控制阀芯内，以实现泄压。

在一些实施例中，在一些实施例中，阀体结构包括阀体和滑杆，滑杆与阀体过盈配合，第一容腔设于阀体与滑杆之间。

在一些实施例中，第一控制流道的数量、第二控制流道的数量、第三控制流道的数量以及第四控制流道的数量均设置至少两个，且至少两个第一控制流道沿阀体的周向均布，至少两个第二控制流道沿阀体的周向均布，至少两个第三控制流道沿阀体的周向均布，至少两个第四控制流道沿阀体的周向均布。

在一些实施例中，控制阀芯、滑杆及冲击活塞三者设有连通的中空腔体。

在一些实施例中，第一限位结构包括端盖和第一套管，第一套管固定于端盖靠近控制阀芯的一侧，且第一套管与控制阀芯形成有缓冲腔，以使控制阀芯缓冲减速并停止于左极限位置。

在一些实施例中，还包括过滤器，过滤器固定于端盖背离第一套管的一侧，以限位端盖。

在一些实施例中，第二限位结构包括第二套管和活塞衬套，活塞衬套固定于第二套管背离控制阀芯的一侧。

在一些实施例中，冲击活塞与活塞衬套之间，以及阀体结构与壳体之间均设有密封件。

在一些实施例中，控制阀芯设有凹陷结构，凹陷结构位于第一台阶面容腔与第二台阶面容腔之间，且凹陷结构靠近第一台阶面容腔一侧的外壁径向尺寸大于凹陷结构靠近第二台阶面容腔一侧的外壁径向尺寸。

在一些实施例中，冲击活塞包括第一活塞段、第二活塞段、第三活塞段和第四活塞段，第一活塞段、第二活塞段、第三活塞段和第四活塞段沿远离控制阀芯的方向依次设置；

第三活塞段的径向尺寸大于第一活塞段的径向尺寸，第一活塞段的径向尺寸大于第二活塞段的径向尺寸，第二活塞段的径向尺寸大于第四活塞段的径向尺寸。

相对于上述背景技术，本申请实施例所提供的配流冲击装置，包括壳体、第一限位结构、控制阀芯、阀体结构、冲击活塞、第二限位结构。其中，第一限位结构、阀体结构、第二限位结构依次定位装配于壳体中；控制阀芯可活动地设于第一限位结构与阀体结构形成的第一空腔内，冲击活塞可活动地设于阀体结构与第二限位结构形成的第二空腔内；阀体结构设有沿其周向分布的第一控制流道、第二控制流道、第三控制流道和第四控制流道；壳体与阀体结构之间的第一环形间隙、以及冲击活塞与第二限位结构之间的第二环形间隙通过第一控制流道连通。这样一来：

当控制阀芯与阀体结构形成的第一阀口关闭时，控制阀芯向左运动，且冲击活塞向左运动；当冲击活塞向左运动至第二环形间隙与第二控制流道连通时，传动介质经第二控制流道流至控制阀芯的第一台阶面容腔，以使控制阀芯向右运动；当控制阀芯向右运动至第一阀口打开时，传动介质经第三控制流道流至冲击活塞左侧的第一容腔，以使冲击活塞向右运动；当冲击活塞向右运动至第一容腔与第四控制流道连通时，传动介质流至控制阀芯的第二台阶面容腔，以使控制阀芯向左运动；当控制阀芯向左运动至控制阀芯与阀体结构形成的第二阀口与控制阀芯的泄压孔连通时，第二控制流道、第三控制流道和第四控制流道中的传动介质经第二阀口及泄压孔流至控制阀芯内，以实现泄压。

相较于传统采用至少两种传动介质(气液两种传动介质结合)的配流方式，本申请实施例提供的配流冲击装置，采用单一流体传动介质驱动，比如采用气体传动介质或者液体传动介质，通过控制阀芯的往复运动，即可实现冲击活塞的高频、大能量冲击，由于无需其他动力源，因此，无需另外设置蓄能容器和气室驱动和控制冲击活塞的运动。上述配流冲击装置结构相对简化，易于使用、安装及维护，同时可以在一定程度上降低成产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中配流冲击装置处于第一状态时的剖面示意图；

图2为本申请实施例中配流冲击装置处于第二状态时的剖面示意图；

图3为本申请实施例中配流冲击装置处于第三状态时的剖面示意图；

图4为本申请实施例中配流冲击装置处于第四状态时的剖面示意图；

图5为本申请实施例中配流冲击装置的阀体剖面示意图；

图6为本申请实施例中配流冲击装置处于泄压时的剖面示意图。

其中：

1-第一控制流道、2-第一阀口、3-第二控制流道、4-第一支路、5-第一台阶面容腔、6-第三控制流道、7-第一容腔、8-第四控制流道、9-第二支路、10-第二台阶面容腔、11-第二阀口、12-第一环形间隙、13-第二环形间隙、14-第三台阶面容腔、15-泄压孔；

101-壳体、102-端盖、103-第一套管、104-控制阀芯、105-密封件、106-阀体、107-滑杆、108-冲击活塞、109-第二套管、110-活塞衬套。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

需要说明的是，下文所述的“上端、下端、左侧、右侧”等方位词都是基于说明书附图所定义的。

请参阅图1至图6，本申请实施例所提供的配流冲击装置，包括壳体101、第一限位结构、控制阀芯104、阀体结构、冲击活塞108、第二限位结构。

其中，第一限位结构、阀体结构、第二限位结构依次定位装配于壳体101中；控制阀芯104可活动地设于第一限位结构与阀体结构形成的第一空腔内，冲击活塞108可活动地设于阀体结构与第二限位结构形成的第二空腔内；阀体结构设有沿其周向分布的第一控制流道1、第二控制流道3、第三控制流道6和第四控制流道8；壳体101与阀体结构之间的第一环形间隙12、以及冲击活塞108与第二限位结构之间的第二环形间隙13通过第一控制流道1连通。

在一些实施例中，第一限位结构包括端盖102和第一套管103，第一套管103固定于端盖102靠近控制阀芯104的一侧，在控制阀芯104即将到达左极限位置时，控制阀芯104与第一套管103形成缓冲腔，控制阀芯104缓冲减速后停在左极限位置。此外，配流冲击装置还包括过滤器，过滤器固定于端盖102背离第一套管103的一侧，过滤器用于过滤流体传动介质，端盖102左侧通过过滤器限位。

在一些实施例中，阀体结构包括阀体106和滑杆107，滑杆107与阀体106过盈配合。

在一些实施例中，第二限位结构包括第二套管109和活塞衬套110，冲击活塞108贯穿第二套管109和活塞衬套110，活塞衬套110固定于第二套管109背离控制阀芯104的一侧，在冲击活塞108即将到达右极限位置时，冲击活塞108、活塞衬套110与第二套管109形成缓冲腔，冲击活塞108缓冲减速后停在右极限位置。

需要说明的是，上述端盖102、第一套管103、阀体106、第二套管109和活塞衬套110依次定位装配于壳体101中，滑杆107过盈配合于阀体106的内部。

此外，冲击活塞108与活塞衬套110之间，以及阀体106与壳体101之间均设有多个密封件105，当然，其他需要保压密封的位置也设置多个密封件105，以保证相互配合的配合面之间的密封性。

在一些实施例中，控制阀芯104的中部设有凹陷结构，凹陷结构位于第一台阶面容腔5与第二台阶面容腔10之间，且凹陷结构靠近第一台阶面容腔5一侧(左侧)的外壁径向尺寸大于凹陷结构靠近第二台阶面容腔10一侧(右侧)的外壁径向尺寸，这样即可在控制阀芯104的中部形成第三台阶面容腔14。

可以理解的是，如图1所示，当第一环形间隙12与第二环形间隙13通过第一控制流道1连通时，此时高压介质进入第三台阶面容腔14，由于凹陷结构的左侧作用面积大于凹陷结构的右侧作用面积，因此，控制阀芯104所受的压力(合力)向左，使得控制阀芯104向左移动。

在一些实施例中，冲击活塞108包括第一活塞段、第二活塞段、第三活塞段和第四活塞段，第一活塞段、第二活塞段、第三活塞段和第四活塞段沿远离控制阀芯104的方向依次设置；第三活塞段的径向尺寸大于第一活塞段的径向尺寸，第一活塞段的径向尺寸大于第二活塞段的径向尺寸，第二活塞段的径向尺寸大于第四活塞段的径向尺寸，且第一活塞段、第二活塞段、第三活塞段和第四活塞段中任意两个相邻的活塞段之间均通过台阶面过渡。

可以理解的是，如图1所示，第二环形间隙13中的高压介质作用于冲击活塞108，由于第二活塞段的径向尺寸大于第四活塞段的径向尺寸，因此，第三活塞段与第四活塞段之间台阶面的面积大于第三活塞段与第二活塞段之间台阶面的面积，因此，冲击活塞108所受的压力(合力)向左，使得冲击活塞108向左回程。

需要注意的是，无论配流冲击装置处于何种状态，壳体101与阀体106之间的第一环形间隙12、冲击活塞108与第二套管109之间的第二环形间隙13，均通过阀体106内部的第一控制流道1连通，形成常高压流道。

由于控制阀芯104被容纳在第一套管103、阀体106、滑杆107所形成的第一空腔内，冲击活塞108被容纳在阀体106、滑杆107、第二套管109、活塞衬套110所形成的第二空腔内，且仅控制阀芯104、冲击活塞108为运动件，这样一来，控制阀芯104通过凹陷结构以及多个台阶面的巧妙结构设计，在阀体106的配流作用下左右换向运动，并通过第一套管103和阀体106止挡控制阀芯104的轴向左右极限位置，控制阀芯104的左右换向运动与阀体106的多个控制流道切换，驱动控制冲击活塞108实现高频往复冲击；与此同时，控制阀芯104和冲击活塞108的各台阶环形面、各控制流道的开启位置等尺寸设计，实现冲击活塞108的冲击能量/频率的调节。

下面具体说明本申请实施例中配流冲击装置的工作原理及具体实施过程：

如图1所示，为本申请实施例中配流冲击装置处于第一状态时的剖面示意图。图1剖面显示为阀体106的第一控制流道1，控制阀芯104处于中位，控制阀芯104与阀体106形成的第一阀口2关闭，此时仅第一控制流道1处于高压状态，由于控制阀芯104中部的凹陷结构左右台阶面设计差异，此时控制阀芯104所受合力向左，使得控制阀芯104向左极限位置加速运动，在将到达左极限位置时，控制阀芯104与第一套管103形成缓冲腔，控制阀芯104缓冲减速后停在左极限位置。同时，冲击活塞108由于左右台阶面设计差异，此时冲击活塞108所受合力向左，冲击活塞108向左回程。

如图2所示，为本申请实施例中配流冲击装置处于第二状态时的剖面示意图。图2剖面显示为阀体106的第二控制流道3，控制阀芯104运动至左极限位置，冲击活塞108继续向左回程，当冲击活塞108向左运动至冲击活塞108与第二套管109之间的第二环形间隙13与第二控制流道3的第一支路4连通时，第二控制流道3通高压，高压通至控制阀芯104的第一台阶面容腔5(第一台阶面容腔5所在的台阶面左侧尺寸小右侧尺寸大)，此时，控制阀芯104所受合力变为向右，驱动控制阀芯104由左极限位置向右加速运动。冲击活塞108继续向左回程。

如图3所示，本申请实施例中配流冲击装置处于第三状态时的剖面示意图。图3剖面显示为阀体106的第三控制流道6，控制阀芯104向右运动至第一阀口2刚好打开位置，第一阀口2连通第三控制流道6转为高压，高压流体介质通至冲击活塞108的左侧的第一容腔7(第一容腔7设于阀体106与滑杆107之间)，冲击活塞108所受的合力由向左变为向右，冲击活塞108向左减速至零后，向右冲程加速。

如图4所示，本申请实施例中配流冲击装置处于第四状态时的剖面示意图。图4剖面显示为阀体106的第四控制流道8，控制阀芯104向右运动至右极限位置，冲击活塞108向右冲程，当冲击活塞108向右运动至第四控制流道8右端的第二支路9位置，冲击活塞108左侧的第一容腔7通过第二支路9与第四控制流道8连通高压，第四控制流道8的高压通至控制阀芯104的第二台阶面容腔10(第二台阶面容腔10所在的台阶面左侧尺寸大右侧尺寸小)，从而改变控制阀芯104的合力变为向左，驱动控制阀芯104接下来向左运动。冲击活塞108继续向右冲程。

至此，阀体106的第一至四控制流道均处于高压状态。其中，第一控制流道1、第二控制流道3、第三控制流道6、第四控制流道8周向分布于阀体结构中。在冲击活塞108左侧的第一容腔7与第三控制流道6连通位置做剖面，如图5所示，得到第一至四控制流道在阀体106中的分布位置。第一控制流道1的数量、第二控制流道3的数量、第三控制流道6的数量以及第四控制流道8的数量均设置至少两个，且至少两个第一控制流道1沿阀体106的周向均布，至少两个第二控制流道3沿阀体106的周向均布，至少两个第三控制流道6沿阀体106的周向均布，至少两个第四控制流道8沿阀体106的周向均布。作为优选的，第一控制流道1的数量为4个，并以90°间隔沿阀体106的周向均布；第二控制流道3的数量为2个，并以180°间隔沿阀体106的周向均布；第三控制流道6的数量为8个，并以45°间隔沿阀体106的周向均布，以确保快速泄压；第四控制流道8的数量为2个，并以180°间隔沿阀体106的周向均布。

如图6所示，为本申请实施例中配流冲击装置处于泄压时的剖面示意图。图6剖面显示为阀体106的第三控制流道6，冲击活塞108向右冲程至右极限位置，实现冲击/撞击功能。而控制阀芯104向左运动至第二阀口11与控制阀芯104的泄压孔15(腰形孔)连通，控制阀芯104、滑杆107、冲击活塞108中心均为通孔，也即控制阀芯104、滑杆107及冲击活塞108三者设有连通的中空腔体，可通过腰形泄压孔15泄压。此时，由于第二至四控制流道的右端支路均连通冲击活塞108左侧的第一容腔7，第一容腔7通过第二至四控制流道连通腰形泄压孔15，从而使得第二至四控制流道均泄至低压，仅第一控制流道1为高压，维持常高压状态，即又回到图1所示状态：控制阀芯104处于中位，控制阀芯104与阀体106的第一阀口2关闭，此时仅第一控制流道1处于高压状态，控制阀芯104由于左右台阶面设计差异，此时合力向左，控制阀芯104向左极限位置加速运动，冲击活塞108由于左右台阶面设计差异，此时合力向左，冲击活塞108由右极限冲击位置变为向左回程。

通过冲击活塞108不断地周期性往复运动，从而实现高频往复冲击。

综上所述，如此设置的配流冲击装置，带来的有益效果包括：

其一，在高压流体介质驱动下，通过控制阀芯104、阀体106及冲击活塞108自身结构的巧妙设计，可实现冲击活塞108的高频、大能量的冲击；

其二，配流冲击装置集成换向、泄压等功能的多个控制流道于阀体106中，设计巧妙，可实现冲击器往复冲击的控制精确；

其三，相较于传统采用至少两种传动介质(气液两种传动介质结合)的配流方式，本申请实施例提供的配流冲击装置采用单一流体传动介质驱动，比如采用气体传动介质或者液体传动介质，由于无需其他动力源，因此，无需另外设置蓄能容器和气室驱动和控制冲击活塞108的运动，结构简单，易于使用、安装及维护，同时可以在一定程度上降低成产成本。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本申请所提供的配流冲击装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。