岩土钻掘工程学.pptx

会计学1岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学qq冲击回转钻进是在钻头已承受一定静载荷的基础上，以纵向冲击回转钻进是在钻头已承受一定静载荷的基础上，以纵向冲击回转钻进是在钻头已承受一定静载荷的基础上，以纵向冲击回转钻进是在钻头已承受一定静载荷的基础上，以纵向冲击力和回转切削力共同破碎岩石的钻进方法。与常规回转冲击力和回转切削力共同破碎岩石的钻进方法。与常规回转冲击力和回转切削力共同破碎岩石的钻进方法。与常规回转冲击力和回转切削力共同破碎岩石的钻进方法。与常规回转钻进法相比，冲击回转钻进只要用不大的冲击力，便可以达钻进法相比，冲击回转钻进只要用不大的冲击力，便可以达钻进法相比，冲击回转钻进只要用不大的冲击力，便可以达钻进法相比，冲击回转钻进只要用不大的冲击力，便可以达到破碎坚硬岩石的效果。到破碎坚硬岩石的效果。到破碎坚硬岩石的效果。到破碎坚硬岩石的效果。qq冲击回转钻进最适用于粗颗粒的不均质岩层，在可钻性冲击回转钻进最适用于粗颗粒的不均质岩层，在可钻性冲击回转钻进最适用于粗颗粒的不均质岩层，在可钻性冲击回转钻进最适用于粗颗粒的不均质岩层，在可钻性级，部分级，部分级，部分级，部分级的岩石中，钻进效果尤为突出。级的岩石中，钻进效果尤为突出。级的岩石中，钻进效果尤为突出。级的岩石中，钻进效果尤为突出。qq冲击回转钻进不仅应用于硬质合金钻进，还应用于金刚石钻冲击回转钻进不仅应用于硬质合金钻进，还应用于金刚石钻冲击回转钻进不仅应用于硬质合金钻进，还应用于金刚石钻冲击回转钻进不仅应用于硬质合金钻进，还应用于金刚石钻进及牙轮钻进。进及牙轮钻进。进及牙轮钻进。进及牙轮钻进。qq冲击回转钻进不仅可提高效率和钻头寿命，而且还可解决冲击回转钻进不仅可提高效率和钻头寿命，而且还可解决冲击回转钻进不仅可提高效率和钻头寿命，而且还可解决冲击回转钻进不仅可提高效率和钻头寿命，而且还可解决“堵心堵心堵心堵心”、“打滑打滑打滑打滑”、“防斜防斜防斜防斜”等问题。等问题。等问题。等问题。qq在岩土工程的大口径施工中也有用武之地。在岩土工程的大口径施工中也有用武之地。在岩土工程的大口径施工中也有用武之地。在岩土工程的大口径施工中也有用武之地。第一节第一节 概述概述岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学岩土钻掘工程学国家精品课程第1页/共51页2023/2/14 冲击回转钻进的核心部件是冲击器，根据驱动介质类型可分冲击回转钻进的核心部件是冲击器，根据驱动介质类型可分冲击回转钻进的核心部件是冲击器，根据驱动介质类型可分冲击回转钻进的核心部件是冲击器，根据驱动介质类型可分为液动冲击器和气动冲击器。为液动冲击器和气动冲击器。为液动冲击器和气动冲击器。为液动冲击器和气动冲击器。uu液动冲击器以高压水或泥浆驱动，对中硬以上岩石比单纯液动冲击器以高压水或泥浆驱动，对中硬以上岩石比单纯液动冲击器以高压水或泥浆驱动，对中硬以上岩石比单纯液动冲击器以高压水或泥浆驱动，对中硬以上岩石比单纯回转钻进有明显优势，还可与绳索取心相结合。广泛用于回转钻进有明显优势，还可与绳索取心相结合。广泛用于回转钻进有明显优势，还可与绳索取心相结合。广泛用于回转钻进有明显优势，还可与绳索取心相结合。广泛用于地质钻探、水文水井、工程施工地质钻探、水文水井、工程施工地质钻探、水文水井、工程施工地质钻探、水文水井、工程施工 、石油钻井等领域。但由、石油钻井等领域。但由、石油钻井等领域。但由、石油钻井等领域。但由于自身冲击能较小，故钻进效果仍低于气动冲击器。于自身冲击能较小，故钻进效果仍低于气动冲击器。于自身冲击能较小，故钻进效果仍低于气动冲击器。于自身冲击能较小，故钻进效果仍低于气动冲击器。uu气动冲击器气动冲击器气动冲击器气动冲击器(风动潜孔锤风动潜孔锤风动潜孔锤风动潜孔锤)以压缩空气驱动。由于单次冲击功以压缩空气驱动。由于单次冲击功以压缩空气驱动。由于单次冲击功以压缩空气驱动。由于单次冲击功大，上返岩屑风速高，钻进效率可比液动冲击器高大，上返岩屑风速高，钻进效率可比液动冲击器高大，上返岩屑风速高，钻进效率可比液动冲击器高大，上返岩屑风速高，钻进效率可比液动冲击器高2323倍。倍。倍。倍。近年来出现了贯通式冲击器、跟管钻进、成集束式潜孔锤近年来出现了贯通式冲击器、跟管钻进、成集束式潜孔锤近年来出现了贯通式冲击器、跟管钻进、成集束式潜孔锤近年来出现了贯通式冲击器、跟管钻进、成集束式潜孔锤用于大口径钻进用于大口径钻进用于大口径钻进用于大口径钻进 、潜孔锤解卡、起拔套管等。钻孔深度从、潜孔锤解卡、起拔套管等。钻孔深度从、潜孔锤解卡、起拔套管等。钻孔深度从、潜孔锤解卡、起拔套管等。钻孔深度从埋线杆孔埋线杆孔埋线杆孔埋线杆孔2.3m2.3m油气井油气井油气井油气井1000m1000m以上。以上。以上。以上。第一节第一节 概述概述第2页/共51页2023/2/14第二节第二节第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器液动和气动冲击器液动和气动冲击器一一一一、液动冲击器、液动冲击器、液动冲击器、液动冲击器 液动冲击器根据结构不同可分为液动冲击器根据结构不同可分为液动冲击器根据结构不同可分为液动冲击器根据结构不同可分为:uu阀式液动冲击器阀式液动冲击器阀式液动冲击器阀式液动冲击器 又可分为又可分为又可分为又可分为:(1)(1)(1)(1)正作用阀式液动冲击器正作用阀式液动冲击器正作用阀式液动冲击器正作用阀式液动冲击器;(2)(2)(2)(2)反作用阀式液动冲击器反作用阀式液动冲击器反作用阀式液动冲击器反作用阀式液动冲击器;(3)(3)(3)(3)双作用阀式液动冲击器双作用阀式液动冲击器双作用阀式液动冲击器双作用阀式液动冲击器.uu无阀式液动冲击器无阀式液动冲击器无阀式液动冲击器无阀式液动冲击器 又可分为又可分为又可分为又可分为:(1)(1)(1)(1)射流式液动冲击器射流式液动冲击器射流式液动冲击器射流式液动冲击器;(2)(2)(2)(2)射吸式液动冲击器。射吸式液动冲击器。射吸式液动冲击器。射吸式液动冲击器。第3页/共51页2023/2/141.1.1.1.阀式液动冲击器阀式液动冲击器阀式液动冲击器阀式液动冲击器1.1 1.1 1.1 1.1 正作用冲击器正作用冲击器正作用冲击器正作用冲击器uu液体压力推动冲锤下行冲击，弹簧力复位液体压力推动冲锤下行冲击，弹簧力复位液体压力推动冲锤下行冲击，弹簧力复位液体压力推动冲锤下行冲击，弹簧力复位“正作用正作用正作用正作用”。uu冲锤冲锤冲锤冲锤5 5 5 5在簧在簧在簧在簧6 6 6 6作用下处上位，中孔被活阀作用下处上位，中孔被活阀作用下处上位，中孔被活阀作用下处上位，中孔被活阀4 4 4 4盖住，盖住，盖住，盖住，液流瞬间被阻，液压液流瞬间被阻，液压液流瞬间被阻，液压液流瞬间被阻，液压产生水锤。冲锤和活阀产生水锤。冲锤和活阀产生水锤。冲锤和活阀产生水锤。冲锤和活阀一同下行，压缩阀簧一同下行，压缩阀簧一同下行，压缩阀簧一同下行，压缩阀簧3 3 3 3和锤簧；活阀下行时被和锤簧；活阀下行时被和锤簧；活阀下行时被和锤簧；活阀下行时被阀座阀座阀座阀座9 9 9 9限制与冲锤脱开，液流经中心孔流向孔限制与冲锤脱开，液流经中心孔流向孔限制与冲锤脱开，液流经中心孔流向孔限制与冲锤脱开，液流经中心孔流向孔底，液压底，液压底，液压底，液压，活阀在阀簧作用下返位；冲锤在，活阀在阀簧作用下返位；冲锤在，活阀在阀簧作用下返位；冲锤在，活阀在阀簧作用下返位；冲锤在动能作用下利用惯性继续运行，冲击铁砧动能作用下利用惯性继续运行，冲击铁砧动能作用下利用惯性继续运行，冲击铁砧动能作用下利用惯性继续运行，冲击铁砧7 7 7 7，冲击能量经铁砧冲击能量经铁砧冲击能量经铁砧冲击能量经铁砧岩心管接头岩心管接头岩心管接头岩心管接头钻头。钻头。钻头。钻头。uu冲锤在锤簧力作用下弹回再次与活阀接触。冲锤在锤簧力作用下弹回再次与活阀接触。冲锤在锤簧力作用下弹回再次与活阀接触。冲锤在锤簧力作用下弹回再次与活阀接触。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第4页/共51页2023/2/14uu 其其主要特点主要特点主要特点主要特点：(1)(1)正作用冲击器结构简单，性能稳定，调试正作用冲击器结构简单，性能稳定，调试容易。容易。(2)(2)冲击器中弹簧的反作用要消耗一部分能量，冲击器中弹簧的反作用要消耗一部分能量，抵消了很大一部分高压液流所产生的冲抵消了很大一部分高压液流所产生的冲击力。击力。(3)(3)弹簧在弹簧在15001500次次minmin或更高的循环压缩、或更高的循环压缩、伸张下，容易损坏。伸张下，容易损坏。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第5页/共51页2023/2/141.2 1.2 1.2 1.2 反作用冲击器反作用冲击器反作用冲击器反作用冲击器n n利用高压液流推动冲锤上行，压缩工作弹簧储存能利用高压液流推动冲锤上行，压缩工作弹簧储存能利用高压液流推动冲锤上行，压缩工作弹簧储存能利用高压液流推动冲锤上行，压缩工作弹簧储存能量，经弹簧释能作功。量，经弹簧释能作功。量，经弹簧释能作功。量，经弹簧释能作功。n n高压液流进入，由于水路封闭当冲锤上下端压力差高压液流进入，由于水路封闭当冲锤上下端压力差高压液流进入，由于水路封闭当冲锤上下端压力差高压液流进入，由于水路封闭当冲锤上下端压力差超过弹簧超过弹簧超过弹簧超过弹簧1 1 1 1的压缩力和冲锤本身质量时，迫使冲锤的压缩力和冲锤本身质量时，迫使冲锤的压缩力和冲锤本身质量时，迫使冲锤的压缩力和冲锤本身质量时，迫使冲锤上行，并压缩工作弹簧储存能量；同时，铁砧上行，并压缩工作弹簧储存能量；同时，铁砧上行，并压缩工作弹簧储存能量；同时，铁砧上行，并压缩工作弹簧储存能量；同时，铁砧4 4 4 4的的的的水路被逐步打开，高压液流流向孔底，液压下降，水路被逐步打开，高压液流流向孔底，液压下降，水路被逐步打开，高压液流流向孔底，液压下降，水路被逐步打开，高压液流流向孔底，液压下降，冲锤利用惯性继续上行到上死点时，冲锤利用自身冲锤利用惯性继续上行到上死点时，冲锤利用自身冲锤利用惯性继续上行到上死点时，冲锤利用自身冲锤利用惯性继续上行到上死点时，冲锤利用自身质量和工作弹簧的弹力使冲锤急速向下冲击铁砧。质量和工作弹簧的弹力使冲锤急速向下冲击铁砧。质量和工作弹簧的弹力使冲锤急速向下冲击铁砧。质量和工作弹簧的弹力使冲锤急速向下冲击铁砧。n n同时，由于冲锤与铁砧相接触而又封闭了液流通向同时，由于冲锤与铁砧相接触而又封闭了液流通向同时，由于冲锤与铁砧相接触而又封闭了液流通向同时，由于冲锤与铁砧相接触而又封闭了液流通向孔底的通路，液压开始上升，当上升到一定值再次孔底的通路，液压开始上升，当上升到一定值再次孔底的通路，液压开始上升，当上升到一定值再次孔底的通路，液压开始上升，当上升到一定值再次作用于冲锤使其上行，开始第二个工作周期。作用于冲锤使其上行，开始第二个工作周期。作用于冲锤使其上行，开始第二个工作周期。作用于冲锤使其上行，开始第二个工作周期。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第6页/共51页2023/2/14uu反作用冲击器的反作用冲击器的主要特点主要特点主要特点主要特点：(1)(1)对冲洗液的适应能力较强；对冲洗液的适应能力较强；(2)(2)可获得较大的单次冲击功；可获得较大的单次冲击功；(3)(3)冲击器内部的压力损失较小，效率较高。冲击器内部的压力损失较小，效率较高。该类冲击器的主要缺点是需要刚度较大的弹簧，该类冲击器的主要缺点是需要刚度较大的弹簧，工作寿命只有工作寿命只有40lOO40lOO小时。小时。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第7页/共51页2023/2/141.3 1.3 双作用冲击器双作用冲击器双作用冲击器双作用冲击器uu冲锤正冲程和反冲程均由液体压力推动。冲锤正冲程和反冲程均由液体压力推动。冲锤正冲程和反冲程均由液体压力推动。冲锤正冲程和反冲程均由液体压力推动。uu钻具自重使活接头钻具自重使活接头钻具自重使活接头钻具自重使活接头f f压紧到外套压紧到外套压紧到外套压紧到外套g g处，工作腔处，工作腔处，工作腔处，工作腔d d的液流分别作用在活阀的液流分别作用在活阀的液流分别作用在活阀的液流分别作用在活阀2 2和塔形冲锤和塔形冲锤和塔形冲锤和塔形冲锤6 6上，由上，由上，由上，由活阀上下端的压差使活阀上移到最上位置；活阀上下端的压差使活阀上移到最上位置；活阀上下端的压差使活阀上移到最上位置；活阀上下端的压差使活阀上移到最上位置；uu冲锤活塞上、下面积不同产生压差使其向上冲锤活塞上、下面积不同产生压差使其向上冲锤活塞上、下面积不同产生压差使其向上冲锤活塞上、下面积不同产生压差使其向上移动；当冲锤上行到与活阀接合时，通道移动；当冲锤上行到与活阀接合时，通道移动；当冲锤上行到与活阀接合时，通道移动；当冲锤上行到与活阀接合时，通道d1d1被关闭，冲锤与活阀一起急速下行，当下行被关闭，冲锤与活阀一起急速下行，当下行被关闭，冲锤与活阀一起急速下行，当下行被关闭，冲锤与活阀一起急速下行，当下行h h时，活阀被支撑座时，活阀被支撑座时，活阀被支撑座时，活阀被支撑座4 4限止，冲锤与活阀分离，限止，冲锤与活阀分离，限止，冲锤与活阀分离，限止，冲锤与活阀分离，借助惯性继续下行到借助惯性继续下行到借助惯性继续下行到借助惯性继续下行到s s时，冲击砧子时，冲击砧子时，冲击砧子时，冲击砧子9 9；uu由于冲锤中心通道被打开，液流恢复循环，由于冲锤中心通道被打开，液流恢复循环，由于冲锤中心通道被打开，液流恢复循环，由于冲锤中心通道被打开，液流恢复循环，在液流压力作用下，活阀与冲锤急剧上行，在液流压力作用下，活阀与冲锤急剧上行，在液流压力作用下，活阀与冲锤急剧上行，在液流压力作用下，活阀与冲锤急剧上行，周而复始。周而复始。周而复始。周而复始。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第8页/共51页2023/2/14uu其其主要特点主要特点主要特点主要特点：（1 1）双作用液动冲击器的液流能利用率）双作用液动冲击器的液流能利用率较大；较大；（2 2）结构比较复杂，部分零件磨损较快）结构比较复杂，部分零件磨损较快等缺点。等缺点。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第9页/共51页2023/2/142.2.无阀冲击器无阀冲击器无阀冲击器无阀冲击器2.1 2.1 2.1 2.1 射流式冲击器射流式冲击器射流式冲击器射流式冲击器uu双稳射流元件控制的液双稳射流元件控制的液动冲击钻具。动冲击钻具。uu高压水射流从喷嘴喷出高压水射流从喷嘴喷出产生附壁作用。产生附壁作用。uu若先附于右壁，高压液若先附于右壁，高压液流则流入通道流则流入通道C C并进入并进入缸体上部，推活塞下行，缸体上部，推活塞下行，冲锤冲击砧。冲锤冲击砧。uu在在C C输出高压水的同时，输出高压水的同时，有一小股高压液流有一小股高压液流(反反馈信号馈信号)进入进入D D控制孔。控制孔。在活塞行程末了时，反在活塞行程末了时，反馈信号很强，促使射流馈信号很强，促使射流由由C C切换到切换到E E输出，高压输出，高压液流由左通道输出，进液流由左通道输出，进入下腔，推动活塞向上。入下腔，推动活塞向上。uu活塞上行时，反馈信号活塞上行时，反馈信号又回到又回到F F，射流又切换，射流又切换到右输出通道。如此反到右输出通道。如此反复循环，实现冲锤的冲复循环，实现冲锤的冲击动作。击动作。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第10页/共51页2023/2/14uu主要特点主要特点主要特点主要特点:1)1)结构简单易操作；结构简单易操作；2)2)无弹簧及配水活无弹簧及配水活阀等零件，寿命较长；阀等零件，寿命较长；3)3)能量利用率较高；能量利用率较高；4 4）工作时不易堵水）工作时不易堵水较好预防烧钻及蹩泵较好预防烧钻及蹩泵等事故；等事故；5 5）钻进中产生的高压水锤波比阀式冲击器小，钻具工作较平）钻进中产生的高压水锤波比阀式冲击器小，钻具工作较平稳，能减少水泵、冲击器及高压管路等零件损坏稳，能减少水泵、冲击器及高压管路等零件损坏.第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第11页/共51页2023/2/142.2 2.2 2.2 2.2 射吸式液动冲击器射吸式液动冲击器射吸式液动冲击器射吸式液动冲击器uu利利用用液液流流高高速速喷喷射射时时产产生生的的卷卷吸吸作作用用及及阀阀与与冲冲锤锤间间压压力力与与位位移移的的综综合合反反馈馈关关系系，通通过过阀阀与与冲冲锤锤、活活塞塞上上腔腔与与下下腔腔液液流流压压力力差差的的正正负交换而使冲锤反复运动。负交换而使冲锤反复运动。uu主要特点主要特点:第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器（1 1）结构简单、零件少、）结构简单、零件少、无易损弹簧，工作无易损弹簧，工作寿命较长。寿命较长。（2 2）输出输入技术参数）输出输入技术参数范围较宽，能在高范围较宽，能在高频状态下稳定冲击，频状态下稳定冲击，耐背压特性好。耐背压特性好。第12页/共51页2023/2/143.3.3.3.其他型式的液动冲击器其他型式的液动冲击器其他型式的液动冲击器其他型式的液动冲击器:3.1 3.1 绳索取心式液动冲击器绳索取心式液动冲击器绳索取心式液动冲击器绳索取心式液动冲击器pp不仅具有绳索取心钻进的各种优不仅具有绳索取心钻进的各种优点，同时冲击载荷可克服绳索取点，同时冲击载荷可克服绳索取心钻进钻头唇部较厚，钻头比压心钻进钻头唇部较厚，钻头比压较小在坚硬致密岩石中钻速较低较小在坚硬致密岩石中钻速较低的缺点。的缺点。3.2 3.2 孔底反循环液动冲击器孔底反循环液动冲击器孔底反循环液动冲击器孔底反循环液动冲击器pp既可以实现局部反循环，又具有冲击作用的孔底钻具。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第13页/共51页2023/2/14二二二二、风动冲击器风动冲击器风动冲击器风动冲击器n n也称风动潜孔锤，以压缩空气作为介质工作，压缩空气也也称风动潜孔锤，以压缩空气作为介质工作，压缩空气也也称风动潜孔锤，以压缩空气作为介质工作，压缩空气也也称风动潜孔锤，以压缩空气作为介质工作，压缩空气也兼做冲洗介质，因此也具有空气钻进的一些特点。兼做冲洗介质，因此也具有空气钻进的一些特点。兼做冲洗介质，因此也具有空气钻进的一些特点。兼做冲洗介质，因此也具有空气钻进的一些特点。n n实践表明，风动冲击回转钻进的效率一般比液动冲击回转实践表明，风动冲击回转钻进的效率一般比液动冲击回转实践表明，风动冲击回转钻进的效率一般比液动冲击回转实践表明，风动冲击回转钻进的效率一般比液动冲击回转钻进高钻进高钻进高钻进高0.751.60.751.6倍，主要原因是风动冲击的单次冲击能量较倍，主要原因是风动冲击的单次冲击能量较倍，主要原因是风动冲击的单次冲击能量较倍，主要原因是风动冲击的单次冲击能量较大，且孔底冲洗效果较好。大，且孔底冲洗效果较好。大，且孔底冲洗效果较好。大，且孔底冲洗效果较好。n n使用风动冲击器钻进时，需配备能力较大的空压机，燃料使用风动冲击器钻进时，需配备能力较大的空压机，燃料使用风动冲击器钻进时，需配备能力较大的空压机，燃料使用风动冲击器钻进时，需配备能力较大的空压机，燃料消耗较大，设备也较复杂。消耗较大，设备也较复杂。消耗较大，设备也较复杂。消耗较大，设备也较复杂。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第14页/共51页2023/2/141.1.有阀冲击器有阀冲击器1.1.1 1 压差式斜面蝶状阀配气装置压差式斜面蝶状阀配气装置n n所谓压差式是以风动冲击器活塞所谓压差式是以风动冲击器活塞运动方向的前方增压，后方减压所运动方向的前方增压，后方减压所造成的压力差来实现阀的变位，造成的压力差来实现阀的变位，从从而达到配气的目的。而达到配气的目的。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器图 .斜面蝶状阀配气装置1-阀箱，2-阀片，3-阀座。o蝶状阀片为圆形，两面带有斜面，靠阀片左蝶状阀片为圆形，两面带有斜面，靠阀片左右摆动实现阀体变位。右摆动实现阀体变位。o压缩空气压缩空气P P由风动冲击器上接头进入气室由风动冲击器上接头进入气室A A，经开启的左侧气孔沿经开启的左侧气孔沿B B进入下气室，推动活塞上行。进入下气室，推动活塞上行。产生压差后，蝶状阀片在压差作用下摆动变位，产生压差后，蝶状阀片在压差作用下摆动变位，阀的右翼开启而左翼盖严。于是压缩气体经开启阀的右翼开启而左翼盖严。于是压缩气体经开启的右侧气孔沿的右侧气孔沿C C向进入上气室，推动活塞向下运动向进入上气室，推动活塞向下运动产生一次冲击作用。产生一次冲击作用。第15页/共51页2023/2/14n n如果活塞串联使用时，如果活塞串联使用时，如果活塞串联使用时，如果活塞串联使用时，C1C1C1C1孔道的压气去下孔道的压气去下孔道的压气去下孔道的压气去下一个活塞的上气室，推动活塞向下冲击作功。一个活塞的上气室，推动活塞向下冲击作功。一个活塞的上气室，推动活塞向下冲击作功。一个活塞的上气室，推动活塞向下冲击作功。压缩气体的少部分经配气阀中心孔、活塞中压缩气体的少部分经配气阀中心孔、活塞中压缩气体的少部分经配气阀中心孔、活塞中压缩气体的少部分经配气阀中心孔、活塞中心孔流入孔底，冲洗岩粉。活塞向下冲击又心孔流入孔底，冲洗岩粉。活塞向下冲击又心孔流入孔底，冲洗岩粉。活塞向下冲击又心孔流入孔底，冲洗岩粉。活塞向下冲击又产生压差，阀片又摆动变位，开始第二个循产生压差，阀片又摆动变位，开始第二个循产生压差，阀片又摆动变位，开始第二个循产生压差，阀片又摆动变位，开始第二个循环工作。环工作。环工作。环工作。n n 压差式斜面蝶状阀配气装置主要用于美压差式斜面蝶状阀配气装置主要用于美压差式斜面蝶状阀配气装置主要用于美压差式斜面蝶状阀配气装置主要用于美国英格索兰公司制造的国英格索兰公司制造的国英格索兰公司制造的国英格索兰公司制造的DHDDHDDHDDHD系列风动冲击器系列风动冲击器系列风动冲击器系列风动冲击器上。该类型配气装置动作灵敏可靠，但阀片上。该类型配气装置动作灵敏可靠，但阀片上。该类型配气装置动作灵敏可靠，但阀片上。该类型配气装置动作灵敏可靠，但阀片加工较困难。加工较困难。加工较困难。加工较困难。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器图 .斜面蝶状阀配气装置1-阀箱，2-阀片，3-阀座。第16页/共51页2023/2/141.2 1.2 1.2 1.2 防空打机构及工作原理防空打机构及工作原理防空打机构及工作原理防空打机构及工作原理l l潜孔锤工作时，活塞的冲击能通过钻头直潜孔锤工作时，活塞的冲击能通过钻头直潜孔锤工作时，活塞的冲击能通过钻头直潜孔锤工作时，活塞的冲击能通过钻头直接传至孔底岩石，缸体不承受冲击载荷。接传至孔底岩石，缸体不承受冲击载荷。接传至孔底岩石，缸体不承受冲击载荷。接传至孔底岩石，缸体不承受冲击载荷。l l即使在悬吊状态时，亦不允许承受冲击负即使在悬吊状态时，亦不允许承受冲击负即使在悬吊状态时，亦不允许承受冲击负即使在悬吊状态时，亦不允许承受冲击负荷（即所谓空打）。荷（即所谓空打）。荷（即所谓空打）。荷（即所谓空打）。l l用防空打孔用防空打孔用防空打孔用防空打孔来实现这一功能。当潜孔锤来实现这一功能。当潜孔锤来实现这一功能。当潜孔锤来实现这一功能。当潜孔锤处于悬吊状态时，钻头处于悬吊状态时，钻头处于悬吊状态时，钻头处于悬吊状态时，钻头2323及活塞及活塞及活塞及活塞9 9均借助于均借助于均借助于均借助于自重向下滑行一段距离，则防空打孔自重向下滑行一段距离，则防空打孔自重向下滑行一段距离，则防空打孔自重向下滑行一段距离，则防空打孔露露露露 出，于是来自配气机构的压气被引入缸体，出，于是来自配气机构的压气被引入缸体，出，于是来自配气机构的压气被引入缸体，出，于是来自配气机构的压气被引入缸体，并经活塞中心孔道及钻头孔道流入孔底，并经活塞中心孔道及钻头孔道流入孔底，并经活塞中心孔道及钻头孔道流入孔底，并经活塞中心孔道及钻头孔道流入孔底，使潜孔锤自行停止工作。使潜孔锤自行停止工作。使潜孔锤自行停止工作。使潜孔锤自行停止工作。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第17页/共51页2023/2/141.3 1.3 1.3 1.3 配气机构及工作原理配气机构及工作原理配气机构及工作原理配气机构及工作原理(1)(1)返回行程工作返回行程工作返回行程工作返回行程工作l l返回行程返回行程返回行程返回行程阀片阀片阀片阀片7,7,活塞活塞活塞活塞9 9处于下限处于下限处于下限处于下限压气经阀压气经阀压气经阀压气经阀片片片片7 7后面、阀盖后面、阀盖后面、阀盖后面、阀盖6 6上的轴向与径向孔进入环形上的轴向与径向孔进入环形上的轴向与径向孔进入环形上的轴向与径向孔进入环形腔腔腔腔至气缸前腔，推动活塞向上运至气缸前腔，推动活塞向上运至气缸前腔，推动活塞向上运至气缸前腔，推动活塞向上运 动。动。动。动。l l气缸上腔经活塞气缸上腔经活塞气缸上腔经活塞气缸上腔经活塞9 9及钻头及钻头及钻头及钻头2323的中心孔与孔底的中心孔与孔底的中心孔与孔底的中心孔与孔底相通相通相通相通压气使活塞压气使活塞压气使活塞压气使活塞9 9加速向上运加速向上运加速向上运加速向上运 动。动。动。动。l l当活塞当活塞当活塞当活塞9 9端面与配气杆端面与配气杆端面与配气杆端面与配气杆2222配合时，上腔排气配合时，上腔排气配合时，上腔排气配合时，上腔排气孔关闭孔关闭孔关闭孔关闭处于压缩状态处于压缩状态处于压缩状态处于压缩状态活塞做减速运动。活塞做减速运动。活塞做减速运动。活塞做减速运动。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第18页/共51页2023/2/14l l活塞杆端面越过衬套活塞杆端面越过衬套活塞杆端面越过衬套活塞杆端面越过衬套1212上的沟槽上的沟槽上的沟槽上的沟槽时，下腔压气时，下腔压气时，下腔压气时，下腔压气经钻头中孔与大气通，在压差作用下阀片经钻头中孔与大气通，在压差作用下阀片经钻头中孔与大气通，在压差作用下阀片经钻头中孔与大气通，在压差作用下阀片7 7 7 7迅速迅速迅速迅速上移关闭下腔气路，开始冲击行程的配气工作。上移关闭下腔气路，开始冲击行程的配气工作。上移关闭下腔气路，开始冲击行程的配气工作。上移关闭下腔气路，开始冲击行程的配气工作。(2)(2)冲击行程工作原理冲击行程工作原理冲击行程工作原理冲击行程工作原理uu冲击行程开始冲击行程开始冲击行程开始冲击行程开始活塞和阀片均处于极上位置活塞和阀片均处于极上位置活塞和阀片均处于极上位置活塞和阀片均处于极上位置压压压压气经阀盖和阀座的径向孔进入气缸上腔气经阀盖和阀座的径向孔进入气缸上腔气经阀盖和阀座的径向孔进入气缸上腔气经阀盖和阀座的径向孔进入气缸上腔推动活推动活推动活推动活塞高速向下运动冲击钻头。塞高速向下运动冲击钻头。塞高速向下运动冲击钻头。塞高速向下运动冲击钻头。uu当活塞行至衬套的花键槽被关闭时当活塞行至衬套的花键槽被关闭时当活塞行至衬套的花键槽被关闭时当活塞行至衬套的花键槽被关闭时下腔压力开下腔压力开下腔压力开下腔压力开始上升始上升始上升始上升活塞上端中心孔离开配气杆活塞上端中心孔离开配气杆活塞上端中心孔离开配气杆活塞上端中心孔离开配气杆上腔通大上腔通大上腔通大上腔通大气压力降低，工作行程结束。气压力降低，工作行程结束。气压力降低，工作行程结束。气压力降低，工作行程结束。uu活塞冲击钻头尾部后活塞冲击钻头尾部后活塞冲击钻头尾部后活塞冲击钻头尾部后阀片因其上、下压差作用阀片因其上、下压差作用阀片因其上、下压差作用阀片因其上、下压差作用换向换向换向换向活塞重复返回行程动作。活塞重复返回行程动作。活塞重复返回行程动作。活塞重复返回行程动作。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第19页/共51页2023/2/142.2.无阀潜孔锤无阀潜孔锤无阀潜孔锤无阀潜孔锤n n潜孔锤控制活塞往复运潜孔锤控制活塞往复运动的配气系统装在活塞动的配气系统装在活塞或气缸壁上，活塞运动或气缸壁上，活塞运动时自动配气。时自动配气。n n利用压气的膨胀功，推利用压气的膨胀功，推动活塞继续运动，从而动活塞继续运动，从而减少了动力气的消耗；减少了动力气的消耗；取消取消 了复杂的配气机构，了复杂的配气机构，代之以简单的配气气路，代之以简单的配气气路，气道路程短，气压损失气道路程短，气压损失小。主要有小。主要有 国产国产W系列系列和国外和国外DHD系列。系列。W-200W-200型的工作原理：型的工作原理：型的工作原理：型的工作原理：n n压缩空气经上接头压缩空气经上接头1、止、止逆塞逆塞4进入进气座进入进气座7下腔下腔，然后气体分成两路：，然后气体分成两路：一路经进气座一路经进气座7的中心孔的中心孔道和节流塞道和节流塞10进入活塞进入活塞11和钻头和钻头16的中心孔道的中心孔道至孔底冷却钻头和清除至孔底冷却钻头和清除岩粉；岩粉；第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第20页/共51页2023/2/14n n另一路气进入外缸另一路气进入外缸另一路气进入外缸另一路气进入外缸9 9和内缸和内缸和内缸和内缸8 8间的环形腔间的环形腔间的环形腔间的环形腔(活塞运动活塞运动活塞运动活塞运动进气室进气室进气室进气室)推动活塞上下运动。推动活塞上下运动。推动活塞上下运动。推动活塞上下运动。n n进气室的气体经内缸径向孔及活塞上环形气进气室的气体经内缸径向孔及活塞上环形气进气室的气体经内缸径向孔及活塞上环形气进气室的气体经内缸径向孔及活塞上环形气 槽进入槽进入槽进入槽进入下缸，活塞开始向上运动下缸，活塞开始向上运动下缸，活塞开始向上运动下缸，活塞开始向上运动上移关闭进气气路上移关闭进气气路上移关闭进气气路上移关闭进气气路活活活活塞靠气体膨胀运行塞靠气体膨胀运行塞靠气体膨胀运行塞靠气体膨胀运行 ，当下缸与排气孔相通时，当下缸与排气孔相通时，当下缸与排气孔相通时，当下缸与排气孔相通时活塞活塞活塞活塞靠惯性运行靠惯性运行靠惯性运行靠惯性运行.无阀潜孔锤返程包括进气、膨胀、惯无阀潜孔锤返程包括进气、膨胀、惯无阀潜孔锤返程包括进气、膨胀、惯无阀潜孔锤返程包括进气、膨胀、惯性滑行三阶段。性滑行三阶段。性滑行三阶段。性滑行三阶段。n n活塞在冲程过程中，气体经活塞上环形气槽进入上活塞在冲程过程中，气体经活塞上环形气槽进入上活塞在冲程过程中，气体经活塞上环形气槽进入上活塞在冲程过程中，气体经活塞上环形气槽进入上缸缸缸缸经历冲程进气、空气膨胀、活塞惯性滑行三阶经历冲程进气、空气膨胀、活塞惯性滑行三阶经历冲程进气、空气膨胀、活塞惯性滑行三阶经历冲程进气、空气膨胀、活塞惯性滑行三阶段，不同的是各阶段运行长度不同，冲程要保证有段，不同的是各阶段运行长度不同，冲程要保证有段，不同的是各阶段运行长度不同，冲程要保证有段，不同的是各阶段运行长度不同，冲程要保证有足够的进气长度，使活塞获得较大的速度，而具有足够的进气长度，使活塞获得较大的速度，而具有足够的进气长度，使活塞获得较大的速度，而具有足够的进气长度，使活塞获得较大的速度，而具有较大的冲击能。较大的冲击能。较大的冲击能。较大的冲击能。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第21页/共51页2023/2/143.3.油气钻井用的气动潜孔锤油气钻井用的气动潜孔锤n n空气锤提离井底空气锤提离井底空气锤提离井底空气锤提离井底时时时时，压缩空气从公接头流，压缩空气从公接头流，压缩空气从公接头流，压缩空气从公接头流到钻头清理井眼，并没有激发活塞。到钻头清理井眼，并没有激发活塞。到钻头清理井眼，并没有激发活塞。到钻头清理井眼，并没有激发活塞。n n当空气锤放到井底同时加上钻压时，钻头当空气锤放到井底同时加上钻压时，钻头当空气锤放到井底同时加上钻压时，钻头当空气锤放到井底同时加上钻压时，钻头接头被压紧到空气锤内部密封舱上。活塞接头被压紧到空气锤内部密封舱上。活塞接头被压紧到空气锤内部密封舱上。活塞接头被压紧到空气锤内部密封舱上。活塞的一个通气口的一个通气口的一个通气口的一个通气口(流体通过活塞的流道之一流体通过活塞的流道之一流体通过活塞的流道之一流体通过活塞的流道之一)对准控制杆的一个窗口，压缩空气对准控制杆的一个窗口，压缩空气对准控制杆的一个窗口，压缩空气对准控制杆的一个窗口，压缩空气活塞活塞活塞活塞底部空间底部空间底部空间底部空间推动活塞向上运动。推动活塞向上运动。推动活塞向上运动。推动活塞向上运动。n n在活塞上行中，没有空气通过钻头流到在活塞上行中，没有空气通过钻头流到在活塞上行中，没有空气通过钻头流到在活塞上行中，没有空气通过钻头流到孔孔孔孔底底底底。实际上。实际上。实际上。实际上吹洗吹洗吹洗吹洗岩屑的岩屑的岩屑的岩屑的工作工作工作工作暂停了。暂停了。暂停了。暂停了。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第22页/共51页2023/2/14n n活塞到达冲程顶部时，活塞的另一个通气口活塞到达冲程顶部时，活塞的另一个通气口活塞到达冲程顶部时，活塞的另一个通气口活塞到达冲程顶部时，活塞的另一个通气口对准了控制杆的一个窗口，压缩空气对准了控制杆的一个窗口，压缩空气对准了控制杆的一个窗口，压缩空气对准了控制杆的一个窗口，压缩空气活活活活塞上方空间塞上方空间塞上方空间塞上方空间迫使活塞向下运动迫使活塞向下运动迫使活塞向下运动迫使活塞向下运动活塞活塞活塞活塞撞击钻头接头上方。撞击钻头接头上方。撞击钻头接头上方。撞击钻头接头上方。n n同时，控制杆的底阀打开，钻柱内部的空气同时，控制杆的底阀打开，钻柱内部的空气同时，控制杆的底阀打开，钻柱内部的空气同时，控制杆的底阀打开，钻柱内部的空气通过控制杆、钻头接头以及钻头喷嘴通过控制杆、钻头接头以及钻头喷嘴通过控制杆、钻头接头以及钻头喷嘴通过控制杆、钻头接头以及钻头喷嘴吹向孔吹向孔吹向孔吹向孔底底底底带走岩屑。带走岩屑。带走岩屑。带走岩屑。n n钻头上的冲击力使得钻头旋转破岩的效率大钻头上的冲击力使得钻头旋转破岩的效率大钻头上的冲击力使得钻头旋转破岩的效率大钻头上的冲击力使得钻头旋转破岩的效率大大提高。这种轮流的冲击，使得空气锤能够大提高。这种轮流的冲击，使得空气锤能够大提高。这种轮流的冲击，使得空气锤能够大提高。这种轮流的冲击，使得空气锤能够以较低的钻压钻进。以较低的钻压钻进。以较低的钻压钻进。以较低的钻压钻进。第二节第二节 液动和气动冲击器液动和气动冲击器第23页/共51页2023/2/14 第三节第三节第三节第三节 冲击回转钻进用钻头冲击回转钻进用钻头冲击回转钻进用钻头冲击回转钻进用钻头 0 0、冲击回转钻进用钻头的特点冲击回转钻进用钻头的特点冲击回转钻进用钻头的特点冲击回转钻进用钻头的特点qq冲击回转钻进时钻头刚体承受冲击荷载、轴向静载和扭矩，冲击回转钻进时钻头刚体承受冲击荷载、轴向静载和扭矩，冲击回转钻进时钻头刚体承受冲击荷载、轴向静载和扭矩，冲击回转钻进时钻头刚体承受冲击荷载、轴向静载和扭矩，刚体材料强度要高于普通钻头刚体材料强度要高于普通钻头刚体材料强度要高于普通钻头刚体材料强度要高于普通钻头40Cr40Cr、45CrNi45CrNi合金钢；合金钢；合金钢；合金钢；qq取心冲击钻头壁厚较普通取心钻头厚，一般壁厚取心冲击钻头壁厚较普通取心钻头厚，一般壁厚取心冲击钻头壁厚较普通取心钻头厚，一般壁厚取心冲击钻头壁厚较普通取心钻头厚，一般壁厚1020mm1020mm，钻头体长度较长，钻头体长度较长，钻头体长度较长，钻头体长度较长(140mm)(140mm)；而气动冲击回转钻头壁厚更大；而气动冲击回转钻头壁厚更大；而气动冲击回转钻头壁厚更大；而气动冲击回转钻头壁厚更大或多采用全面钻进型式；或多采用全面钻进型式；或多采用全面钻进型式；或多采用全面钻进型式；qq钻头体的外形多呈多边形，以增大通水、通气面积；钻头体的外形多呈多边形，以增大通水、通气面积；钻头体的外形多呈多边形，以增大通水、通气面积；钻头体的外形多呈多边形，以增大通水、通气面积；