專利名稱：分體式液壓射流沖擊器實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及潛孔沖擊器研究領(lǐng)域，尤其一種在地表對(duì)射流沖擊器控制機(jī)理、 射流元件的流控特性、液壓射流沖擊器在綜合系統(tǒng)中所表現(xiàn)出的工作性能進(jìn)行有效測(cè)試的 實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
液壓射流沖擊器是一種應(yīng)用于石油鉆探及地質(zhì)礦產(chǎn)勘查技術(shù)領(lǐng)域的特種鉆具，我 國擁有其獨(dú)立的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。液動(dòng)射流沖擊器的控制部件為射流元件，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為動(dòng)力活塞 缸。其中射流元件多采用雙穩(wěn)附壁式結(jié)構(gòu)，在動(dòng)壓反饋信號(hào)的控制作用下，射流的附壁側(cè)可 快速切換，從而引起沖擊機(jī)構(gòu)的高頻振動(dòng)。早在二十世紀(jì)60年代，射流元件作為一種不含機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的邏輯元件，可方便 地實(shí)現(xiàn)各種控制功能，且在可靠性方面具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，因而在自動(dòng)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng) 用。隨著電子技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)及電液控制技術(shù)的飛速發(fā)展，射流元件在自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi) 的地位和作用逐步被取代。直至射流元件被應(yīng)用于液壓沖擊裝置，因其特性與液壓沖擊器 的工作特點(diǎn)有著良好的匹配關(guān)系，從而使流控技術(shù)在液壓沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)這一應(yīng)用領(lǐng)域再度 獲得新生。然而由于作用機(jī)理、使用環(huán)境和工作要求的變化，需要對(duì)液壓射流沖擊器所采用 的射流元件進(jìn)行深入研究，探討其結(jié)構(gòu)和流控機(jī)理的合理性，研究其與沖擊機(jī)構(gòu)聯(lián)合工作 的耦合特性，以便為研制新型液壓射流沖擊器、提高整機(jī)性能提供必要的理論依據(jù)。早在射 流沖擊器研制初期，即對(duì)雙穩(wěn)附壁式射流元件的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部流動(dòng)過程進(jìn)行了大量的研究工 作，由于受到研究手段及實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平的限制，未能得出準(zhǔn)確反映其流控機(jī)理的結(jié)論。即 便如此，液壓射流沖擊器產(chǎn)品的研制依然獲得成功。由于缺乏必要的理論支持，目前僅能夠 對(duì)現(xiàn)有射流元件結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單調(diào)整以滿足射流沖擊器系列化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。至今，對(duì)于 元件結(jié)構(gòu)變更、流動(dòng)邊界條件變化對(duì)流控特性的影響也無法在理論層面獲得準(zhǔn)確可靠的解 釋。多年來，實(shí)驗(yàn)始終作為研究射流沖擊器的主要手段發(fā)揮了重要作用。射流沖擊器 作為典型的潛孔鉆具，射流元件與沖擊機(jī)構(gòu)均封裝在堅(jiān)固的缸筒內(nèi)部。以往的實(shí)驗(yàn)大多基 于實(shí)際樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試，所能測(cè)量的參數(shù)僅為沖擊頻率、沖擊末速及上下腔壓力、流量等，上 述幾個(gè)參數(shù)的測(cè)量工作也十分復(fù)雜，精度較低。在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下，尚無法研究射流元件內(nèi) 部流動(dòng)規(guī)律、無法準(zhǔn)確分析元件的流控機(jī)理。流控機(jī)理不明導(dǎo)致無法對(duì)射流元件的動(dòng)態(tài)性 能指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算、更無法考密流控元件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的耦合特性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)以上背景技術(shù)中問題，為實(shí)現(xiàn)射流元件內(nèi)部流場(chǎng)的可視 化研究，分析雙穩(wěn)附壁射流的流動(dòng)規(guī)律，深入探討射流元件的流控機(jī)理，研究射流元件與沖 擊機(jī)構(gòu)的耦合特性，提供了一種分體式液壓射流沖擊器實(shí)驗(yàn)裝置。[0007]本實(shí)用新型分體式液壓射流沖擊器實(shí)驗(yàn)裝置，它主要由實(shí)驗(yàn)元件組件、蓄能器、沖 擊機(jī)構(gòu)、柱狀巖芯和液壓動(dòng)力站系統(tǒng)幾個(gè)部份組成，該實(shí)驗(yàn)裝置的控制、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及蓄能機(jī) 構(gòu)在地表分體布置，并且以管道相連通；該分體式液壓射流沖擊器實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)有一基座和 支撐架，在支撐架下部安置有柱狀巖芯；在支撐架中上部安裝了沖擊機(jī)構(gòu)，在支撐架上部， 沖擊機(jī)構(gòu)的上端的兩邊分別安裝有蓄能器與實(shí)驗(yàn)元件組件；工作介質(zhì)選用的5#或10#航空 液壓油，工作介質(zhì)為紅色。對(duì)流實(shí)驗(yàn)元件組件是該實(shí)驗(yàn)裝置的核心組成部分，它主要由上蓋、元件本體和下 蓋構(gòu)成的，其中元件本體根據(jù)具體控制要求和實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)制有復(fù)雜的流道結(jié)構(gòu)，元件本 體是用不銹鋼制造成的整體式結(jié)構(gòu)，并且是低速走絲線切割一次加工成型；為了便于觀測(cè) 其內(nèi)部流場(chǎng)形狀，上蓋是采用的高強(qiáng)度透明材料制成，并且在元件各接合端面間，亦采用的 是透明密封膠墊，下蓋則根據(jù)測(cè)試需要選擇高強(qiáng)度透明或非透明材料制成。蓄能器為隔膜式蓄能器，它是根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求而設(shè)計(jì)制成的一種專用蓄能結(jié)構(gòu)或采 用的外購件；在液壓動(dòng)力站部份采用了低壓大流量限壓式變量葉片泵，工作介質(zhì)選用5#或 10#航空液壓油，確保射流在低速下即獲得密流附壁狀態(tài)，另一方面工作介質(zhì)為紅色。整體 的分體式液壓對(duì)流沖擊器實(shí)驗(yàn)裝置的液壓動(dòng)力站與實(shí)驗(yàn)元件組件、蓄能器、沖擊機(jī)構(gòu)及柱 狀巖芯是分體在地表安置，并以管道聯(lián)通；在該實(shí)驗(yàn)裝置還設(shè)有一個(gè)基座和支撐架，在支撐 架的下部安置柱狀巖芯，在支撐架中上部安裝了沖擊機(jī)構(gòu)；并在支撐架上部、沖擊機(jī)構(gòu)上端 的兩邊分別安裝有蓄能器與實(shí)驗(yàn)元件組件。采用本技術(shù)方案的有益效果是本實(shí)驗(yàn)裝置便于多種參數(shù)的調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)新型 射流元件內(nèi)部流場(chǎng)的可視性觀測(cè)和對(duì)沖擊機(jī)構(gòu)參數(shù)的快捷調(diào)整。

圖1為分體式液壓射流沖擊器實(shí)驗(yàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1-實(shí)驗(yàn)元件組件、1. 1-上蓋、1.2-元件本體、1.3-下蓋、2-蓄能器、3-沖擊 機(jī)構(gòu)、4-柱狀巖芯。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)分體式液壓射流沖擊器實(shí)驗(yàn)裝置作進(jìn)一步說明，如圖1所示，該 實(shí)驗(yàn)裝置主要由實(shí)驗(yàn)元件組件1、蓄能器2、沖擊機(jī)構(gòu)3、柱狀巖芯4以及液壓動(dòng)力站這幾個(gè) 部份組成，原來是封閉在潛孔射流沖擊器內(nèi)部的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)及蓄能機(jī)構(gòu)在該實(shí)驗(yàn)裝置中 是在地表分體布置，并且以管道相聯(lián)，在不改變流控機(jī)理的前提下實(shí)現(xiàn)新型射流元件內(nèi)部 流物的可視化觀測(cè)和沖擊機(jī)構(gòu)3參數(shù)的快捷調(diào)整。蓄能器2聯(lián)接在缸體上腔或下腔或射流元件進(jìn)口處，而產(chǎn)生不同的作用機(jī)理及控 制回路；實(shí)驗(yàn)裝置利用動(dòng)力活塞缸的不同結(jié)構(gòu)，通過改變管路連接形式，變換蓄能器連接方 式，構(gòu)造出多種不同作用機(jī)理的液壓射流沖擊器模型，其中包括四通道流控上下腔單獨(dú)進(jìn) 回油型，三通道流控前腔常壓差動(dòng)回程型，三通道流控后腔常壓，差動(dòng)回程型三通道流控， 后腔低壓氮爆沖程型及氣液聯(lián)合作功型，沖擊機(jī)構(gòu)3如圖2所示，其運(yùn)動(dòng)部件由沖錘、活塞 桿及尾桿組成動(dòng)力活塞；若更換具有不同徑向尺寸的活塞桿、尾套同時(shí)更換導(dǎo)向套能調(diào)整 沖擊機(jī)構(gòu)，沖錘與活塞桿間以扁銷聯(lián)接。在液壓動(dòng)力站采用了低壓大流量限壓式變量葉片泵，工作介質(zhì)選用5#或10#航空液壓油，一方面確保射流在低速下即獲得密流附壁狀態(tài)，另 一方面工作介質(zhì)為紅色，通過透明的實(shí)驗(yàn)元件組件的上蓋能觀察元件內(nèi)部流動(dòng)及附壁切換 過程。
權(quán)利要求分體式液壓射流沖擊器實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于它主要由實(shí)驗(yàn)元件組件(1)、蓄能器(2)、沖擊機(jī)構(gòu)(3)、柱狀巖芯(4)和液壓動(dòng)力站組成；它的控制、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及蓄能機(jī)構(gòu)在地表分體布置，并以管道相連通；它設(shè)有一基座和支撐架，在支撐架下部安置有柱狀巖芯(4)；在支撐架中上部安裝了沖擊機(jī)構(gòu)(3)，在支撐架上部，沖擊機(jī)構(gòu)(3)的上端的兩邊分別安裝有蓄能器(2)與實(shí)驗(yàn)元件組件(1)；工作介質(zhì)選用的5#或10#航空液壓油，工作介質(zhì)為紅色。
2.由權(quán)利要求1所述的分體式液壓射流沖擊器實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述實(shí)驗(yàn)元件 組件(1)由上蓋(1. 1)、元件本體(1.2)、下蓋(1.3)構(gòu)成；元件本體設(shè)制有流道結(jié)構(gòu)，是采 用不銹鋼制成的整體式結(jié)構(gòu)；上蓋(1. 1)是采用高強(qiáng)度透明材料制成，元件各接合端面也 采用的是透明密封膠墊；下蓋(1. 3)根據(jù)測(cè)試需要選擇高強(qiáng)度透明或非透明材料制成。
3.由權(quán)利要求1所述的分體式液壓射流沖擊器實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所述蓄能器(2) 是隔膜式蓄能器，蓄能器(2)聯(lián)接缸體上腔或?qū)α髟M(jìn)口處，組建多種形式是儲(chǔ)能功能 的對(duì)流沖擊機(jī)構(gòu)模型實(shí)驗(yàn)裝置。
專利摘要分體式液壓射流沖擊器實(shí)驗(yàn)裝置，它主要由實(shí)驗(yàn)元件組件、蓄能器、沖擊機(jī)構(gòu)、液壓動(dòng)力站、柱狀巖芯組成，它們控制，執(zhí)行機(jī)構(gòu)在地表分體布置，并以管道相連通；實(shí)驗(yàn)元件組件的上蓋用高強(qiáng)度透明材料制成；工作介質(zhì)為紅色，實(shí)現(xiàn)對(duì)流元件內(nèi)部流物的可視性觀測(cè)也便于對(duì)沖擊機(jī)構(gòu)參數(shù)的快捷調(diào)整。
文檔編號(hào)G01M10/00GK201724808SQ200920125949
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者余德海, 康文波, 張高峰, 王清巖, 高翼 申請(qǐng)人:貴州航天天馬機(jī)電科技有限公司