一种破岩PDC金刚石钻头

技术领域

本发明涉及建筑工程、水利工程技术领域，尤其是一种破岩PDC金刚石钻头。

背景技术

水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和地下水，达到除害兴利目的而修建的工程。也称为水工程。水是人类生产和生活必不可少的宝贵资源，但其自然存在的状态并不完全符合人类的需要。只有修建水利工程，才能控制水流，防止洪涝灾害，并进行水量的调节和分配，以满足人民生活和生产对水资源的需要。水利工程需要修建坝、堤、溢洪道、水闸、进水口、渠道、渡漕、筏道、鱼道等不同类型的水工建筑物，以实现其目标。

在水利施工过程中，有时需要进行钻井作业，钻头是钻井过程中直接与岩石接触并通过切削、冲击等作用破碎岩石的工具。PDC(Polycrystalline Diamond Compact聚晶金刚石复合片)钻头作为现有钻头技术中的一个重要种类，在水利钻井工程中的应用越来越广泛。PDC钻头通过设置在钻头上的PDC齿以切削为主要的方式进行岩石破岩，在软至中硬地层中，能够获得理想的钻速，在水利钻井中到了广泛的应用。

在大型施工情况下，需要对深部地层施工，而深部地层的岩石材料较硬、研磨性强，可钻性差。PDC钻头，在这些地层中钻进，往往不能获得较高的机械钻速，其中，最重要的一个原因就是受限于PDC齿的吃入能力。特别是，随着地层深度的增加，地层的复杂程度越来越高，如硬-塑性地层、硬-脆性地层、软硬夹层、含砾地层等，PDC齿不能有效吃入地层，钻进效率低，且钻头上的金刚石刀粒容易崩坏。

发明内容

解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种破岩PDC金刚石钻头，以解决现有技术中存在的问题：在钻进硬地层中，金刚石刀粒容易崩坏的问题。

本发明的技术方案如下：

一种破岩PDC金刚石钻头，包括本体；

设于所述本体上的固定切削的刀翼，所述刀翼设有至少三个；

位于两个相邻的所述刀翼之间均设有牙掌，所述牙掌上设有牙轮，所述牙轮上设有第一切削齿；

所述刀翼上设有主切削层，每个刀翼的侧部均设有喷水孔。

优选地，所述主切削层包括相对设置的第一切削层和第二切削层，所述第一切削层、所述第二切削层上均设有第二切削齿，所述第一切削层上的所述第二切削齿与所述第二切削层上的所述第二切削齿相互错开设置。

优选地，所述第一切削层与所述第二切削层之间设有排渣槽。

优选地，所述牙轮为扁球形状。

优选地，所述牙轮的外壁上设有五个第三切削层。

优选地，五个所述第三切削层沿所述牙轮外壁上均布；

中间位置处的第三切削层上设有第三切削齿；

第一切削齿设于其他位置处的第三切削层上；

所述第三切削齿上的切削角小于所述第一切削齿上的切削角。

优选地，所述刀翼沿轴向方向的侧壁上设有第五切削齿。

本发明提供了一种破岩PDC金刚石钻头，包括本体，设于本体上的固定切削的刀翼，刀翼设有至少三个，位于两个相邻的刀翼之间均设有牙掌，牙掌上设有牙轮，牙轮上设有第一切削齿，刀翼上设有主切削层，每个刀翼的侧部均设有喷水孔。与现有技术相比，刀翼上设有主切削层，主切削层压碎并吃入岩石，同时产生移动的滑动而剪切岩石，进而带动牙掌上的牙轮在井底滚动，牙轮上的第一切削齿依次冲击、压入地层，刀翼可以将井底岩石压碎一部分，同时依靠牙轮滑动带来的剪切作用削掉主切削层中残留的另一部分岩石，进而将井底岩石全面破碎，井底的孔得以延伸，这样设置可以充分利用钻头的空间，降低单个金刚石钻粒的切削压力，在相同体积的钻头，切削齿设置的数量最大，另一方面，每个刀翼的侧部均设有喷水孔，从喷水孔中喷出的水能对刀翼上的主切削层，牙轮上的第一切削齿进行冷却，防止PDC金刚石钻头上的切削齿过热而崩坏。因此，本申请提供的破岩PDC金刚石钻头，在钻进硬地层中，金刚石刀粒不容易崩坏。

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中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的破岩PDC金刚石钻头的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的破岩PDC金刚石钻头的结构示意图。

附图中的标号说明：1、本体；2、刀翼；3、牙掌；4、牙轮；5、第一切削齿；6、喷水孔；7、第二切削齿；8、排渣槽；9、第一切削层；10、第二切削层；11、第三切削层；12、第三切削齿；13、第五切削齿。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，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，都应当属于本申请保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请如图1至图2所示，本发明提供了一种破岩PDC金刚石钻头，包括本体1，设于本体1上的固定切削的刀翼2，刀翼2设有至少三个，位于两个相邻的刀翼2之间均设有牙掌3，牙掌3上设有牙轮4，牙轮4上设有第一切削齿5，刀翼2上设有主切削层，每个刀翼2的侧部均设有喷水孔6。与现有技术相比，刀翼2上设有主切削层，主切削层压碎并吃入岩石，同时产生移动的滑动而剪切岩石，进而带动牙掌3上的牙轮4在井底滚动，牙轮4上的第一切削齿5依次冲击、压入地层，刀翼2可以将井底岩石压碎一部分，同时依靠牙轮4滑动带来的剪切作用削掉主切削层中残留的另一部分岩石，进而将井底岩石全面破碎，井底的孔得以延伸，这样设置可以充分利用钻头的空间，降低单个金刚石钻粒的切削压力，在相同体积的钻头，切削齿设置的数量最大，另一方面，每个刀翼2的侧部均设有喷水孔6，从喷水孔6中喷出的水能对刀翼2上的主切削层，牙轮4上的第一切削齿5进行冷却，防止PDC金刚石钻头上的切削齿过热而崩坏。因此，本申请提供的破岩PDC金刚石钻头，在钻进硬地层中，金刚石刀粒不容易崩坏。

其中，主切削层包括相对设置的第一切削层9和第二切削层10，第一切削层9、第二切削层10上均设有第二切削齿7，第一切削层9上的第二切削齿7与第二切削层10上的第二切削齿7相互错开设置。避免在切削岩层时，不会留下空切区域，提高破岩效率和效果。

本发明提供的实施例中，第一切削层9与第二切削层10之间设有排渣槽8。排渣槽8的设置能加快碎岩渣的排出速度，避免岩渣在钻头底部聚集，进而使得PDC金刚石钻头局部受力过大，而出现金刚石刀粒崩坏。其中，排渣槽8可与第一切削层9相对应设置，两者长度相当。

其中，牙轮4为扁球形状，主要为了提高切削效率，能在牙轮4上布更多的第一切削齿5。

进一步地，牙轮4的外壁上设有五个第三切削层11，也同样是为了提高PDC金刚石钻头的切削效率。

本发明提供的实施例中，五个第三切削层11沿牙轮4外壁上均布，中间位置处的第三切削层11上设有第三切削齿12，第一切削齿5设置在其他位置处的第三切削层11上，第三切削齿12上的切削角小于第一切削齿5上的切削角。这样在牙轮4最突出的位置，切削角最小，更容易吃入岩层中，能大大提高掘进效率。

其中，刀翼2沿轴向方向的侧壁上设有第五切削齿13。第五切削齿13的设置，是为了保径设置，这样采用本实施例提供的破岩PDC金刚石钻头所钻出的孔垂直度最佳，不会出现成孔上大下小的现象。

进一步地，第二切削齿7可以为锥形齿、楔形齿、球形齿、边楔形齿以及非对称结构，这样第二切削齿7的岩层吃入能力大大提高，避免第二切削齿7从钻头上崩落。另外一方面，第二切削齿7可以是人造金刚石、天然金刚石、孕镶金刚石、硬质合金、立方氮化硼、陶瓷，均可以提高第二切削齿7的抗冲击能力，避免第二切削齿7的脱落。

本说明书中各实施例采用递进方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。