液压旋转冲击钻 【技术领域】
本发明涉及一种液压旋转冲击钻，尤其是用于钻井装置上的冲击钻。
【发明背景】
一种钻井装置包括一液压旋转冲击钻，该冲击钻在钻进震击器上滑动并驱动一根或多根钻杆，这些钻杆的最后一根钻杆上支承有一工具，例如钻头，该钻头与岩石接触。这种冲击钻通常用来钻相当深的孔，以便可以将炸药防止在该孔中。因此该冲击钻为主要元件，其一方面使得钻头旋转并通过钻杆施加冲击力一百内穿透岩石，另一方面供给注射流体以便将所钻出的孔中的碎屑挤压出去。
一种冲击钻包括一个一股或多股液压流体的流动驱动的机构，噶一液压流体来自于该冲击装置的主要供给回路，该液压流体通过钻柄(shank)作用在钻杆上，该钻柄可以向推进，一方面，通过一冲击活塞产生连续的冲击，另一方面由于旋转液压马达而产生旋转。
采用具有钻进震击器的液压马达可以获得冲击钻所承受的力，该力作用在钻杆上，因此，通过传递而使钻头承受的该力作用在岩石上。更具体而言，该承压力从冲击钻的本体经过一包含在该冲击钻内的邻接元件(abutmentelement)而传递给钻柄该冲击钻。该邻接元件可包括一种固定地旋转摩擦部件，但是在采用大功率的冲击钻的情况下，通常包括一种邻接活塞，该活塞的一个表面受到液压力的作用以便通过流体传递承压力。
欧洲专利申请EP0058650以及EP0856637披露了一种邻接活塞装置，对于该活塞装置，液压力的供给来自于该冲击机构的住供给回路。不过，当操作者关闭该主供给回路并且例如仅仅启动旋转马达时，该邻接活塞的该表面就不再供应后液压流体，因此该活塞就不会直接与冲击钻的本体接触，这种情况会产生极大的破坏。
发明概述
本发明的冲击钻是为了解决上述问题，为此，该冲击钻包括一本体，该本体含有往复运动的冲击活塞，该活塞在主液压流体供给回路的作用下滑动，该主回路也用于使得容纳在该本体的一腔室内的大致环形的邻接活塞进行滑动，并且一方面使得一前表面用于将一钻柄定位在距离该冲击活塞一预定距离处，另一方面使得后表面面对该腔室的后壁，其特征在于，在主回路关闭时，该部供给回路能够将压力流体引入该邻接活塞的后表面和该腔室的后壁之间以便在该邻接活塞的后表面和该腔室的后壁之间保持一空间。
因此，结合一个独立的外部供给回路(该外部供给回路能够向该邻接活塞的后表面和该腔室的后壁之间输送流体)这种情况使得操作者能够完全安全关闭主回路，因为该(输送到该邻接活塞的后表面和该腔室的后壁之间的)流体能够形成一液压弹簧，该液压弹簧可防止该邻接活塞摩擦该冲击钻的本体。
优选的是，该外部供给回路开口通向该腔室的后端，一滑动环形套套装在该邻接活塞的后部，并且该滑动环形套一方面能防止在该后腔内的压力大于或等于一预定值(P)时引入由该外部供给回路输送的流体，另一方面以便在该环形后腔中的压力低于该预定值(P)时引入该流体。
优选的是，该邻接活塞具有前部、中间台肩以及后部，所述的中间台肩的两侧是一环形前腔和一环形后腔，并且该主供给回路用于将流体直接输送到后腔中，一连接管路用于将后腔置于与前腔自由联通的状态。
此外，当主供给回路工作时，该邻接活塞的后表面借助于一第一管路处于排泄压力下。优选的是，一旦该钻柄离该冲击活塞的距离小于该预定距离，该前腔也借助于第二管路而与排泄管(drain)联通。
根据本发明的特定实施例，该邻接活塞将在固定本体上的导向件中滑动。优选的是，该套筒(sleeve)的后部一方面具有形成第一后表面的外部台肩而另一方面具有一形成一偏移的第二后表面的内部凹部，该第一后表面用于与该外部供给回路相配合。优选的是，与该主回路相连的大致环形腔室设置在该套筒的该外部台肩和该导向件的后端之间。最后，优选的是该邻接活塞的前表面的直径明显大于后表面的直径。
附图简要说明
借助于下面将参照附图对本发明进行更为详细的解释，可以对本发明有一个更好的理解，其中，
图1是本发明的冲击钻的纵向剖视图，其装备有与岩石接触的钻杆；
图2是图1中所示本发明的冲击钻的放大的纵向剖视图，其中该主液压供给回路被启动并且钻柄处于距离该冲击活塞的预定距离处；
图3是与图2相似的剖视图，其中该主液压供给回路被关闭；
图4是本发明另一实施例的冲击钻的纵向剖视图，其中该主液压供给回路被启动并且钻柄处于距离该冲击活塞的预定距离处；
图5是图4中的冲击钻纵向剖视图，其中该主液压供给回路被关闭。；
图6是与图4中所示的冲击钻相似的冲击钻纵向剖视图，唯一的区别在于邻接活塞的前表面的直径显著大于该后表面的直径。
【具体实施方式】
参见图1-3，本发明的冲击钻1具有本体2，该本体2包括一腔室3，该腔室向后部延伸形成一缸筒31，该缸筒内容纳有一冲击活塞4。更具体而言，该腔室3内容纳有一大致环形的邻接活塞5、一环形套6、一钻柄7以及一旋转马达8，该邻接活塞5可以绕着该冲击活塞4滑动。
该邻接活塞5具有前部、中间台肩12以及后部，所述的中间台肩包括前部环形表面25以及后部环形表面26。在其前部和在其后部，该邻接活塞分别有一前表面13和一后表面14。更具体而言，该前表面13与钻杆7接触而后表面14面对该腔室3的后壁15。该套筒6套装在该邻接活塞5的后部并且能够密封地沿着后者滑动。而且，该邻接活塞5的前部、该中间台肩12的前表面25以及本体2形成了一个环形前腔16。同样，该邻接活塞5的后部、该中间台肩12的后表面26、本体2以及套筒6形成了一个环形后腔17。
一连接管路18设置成在工作状态下使得前腔16和后腔17处于相同的压力下。第一管路30纵向地穿过邻接活塞5的整个后部使得该邻接活塞5的后表面14经一槽道20而处于排泄管19的压力下。最后，形成与该邻接活塞5的前部内的第二管路21使得前腔16与该槽20和排泄管19联通。
向冲击钻1供应液压流体的主液压供给回路22与缸筒31相连，该缸筒内容纳有冲击活塞4，但是其还与后腔17相连。此外，与该主回路22无关的一外部液压供给回路23的端部开口通向腔室3的后端15并位于套筒6处。
工作时，包含冲击钻1的钻进震击器(未示出)的液压马达向本体施加一承压力，如箭头24所示。该承压力通过主回路22传递给邻接活塞5，该主回路在后腔17中产生一有力流体以便在一台肩12的后表面以及套筒6上施加一应力。该邻接活塞5因此制造成向前滑动并通过其前表面13将承压力传递给钻柄7，并因此传递给钻杆9，接着传递给钻头10。相反，该套筒6被向后推并将外部回路23堵住。由于该前腔16和后腔17中的压力借助于连接管路18达到平衡，因此该邻接活塞5停止其运行，这意味着钻柄7随后被置于距离冲击活塞4一充足的预定距离处。需要指出的是，钻柄7保持就位，因为在该钻柄趋向回缩时第二管路21就会将前腔16置于与排泄管19联通的状态，这将会导致邻接活塞5向前移动。最终，该冲击活塞4由于在该主回路22中的流体的压力的作用下而在其缸筒31中滑动而能够撞击到钻柄7。同样，该旋转马达可以受到驱动并对该钻柄7起作用。
相反，当主回路22不再向冲击钻1供给流体时，该后腔17中的压力就会下降，并且压力下降会产生这样的效果，即导致该邻接活塞5向着本体2的腔室3的后端15回缩。该邻接活塞的后表面14随后很快不再经受排泄管19中的压力的作用，因为该连接管路30逐渐被堵住。当后腔17中的压力下降到低于一预定值P时，由外部管路23输送的具有压力的流体随后在该套筒6上施加主够的应力以便迫使套筒向前移动。因此，流体巧妙地进入该邻接活塞5的后表面14和腔室3的后壁15之间以防止它们之间产生任何接触。需要指出的是，该旋转马达8即使在该主回路22被关闭的时候也可以继续运转。
图4和5描述了本发明特定实施例中的冲击钻101。下面将描述该冲击钻101和图1-3所示的冲击钻之间的仅有的区别。该冲击钻101具有一本体102，其与图1-3所示的冲击钻的区别主要在于，一方面，该邻接活塞5现在制成可以在固定在本体102上的导向件103中滑动，另一方面，套筒6由一套筒106替代，该套筒106上设有一外部台肩107以及一内部凹部。更具体而言，该外部台肩107具有一第一后表面108，该第一后表面108用于与该外部回路23配合，并且该内部凹部具有一第二后表面109，该第二后表面偏离该第一后表面108。工作时，该第二后表面109随后被置于排泄管19的压力下。此外，一大致环形腔室110设置在该外部台肩107和该导向件103的后端111，并且该环形腔室110与该主液压供给回路22相连。
该冲击钻101的运转与前面针对冲击钻1所作的描述相似。需要指出的仅仅是冲击钻101由主回路22供给流体，该压力流体不但被输送给该后腔17而且还输送给腔室10。本发明的该特定实施例的优点在于，可以很方便地选择该邻接活塞5的前表面25的面积和后表面26的面积以及套筒106的第一和第二后表面107、108的面积，使得由该外部回路23所产生的且移动该套筒106所需的最小压力远高于该主回路22在该后腔17和腔室110中所产生的压力。
图6所示的是一个冲击钻201，该冲击钻201与图4和5中所示的冲击钻101的区别仅仅在于该邻接活塞5的前表面13的直径明显大于后表面14的直径。在工作时，该区别的结果将是将该活塞向前推动，甚至超过其平衡位置，因为在该前腔16和该后腔17都处于相同的压力下时，前表面13和后表面14之间的直径的差别导致产生一个形成向前的推力的额外的唤醒截面面积。这种结构的有利之处在于使得该邻接活塞5的前表面13能保持与钻柄有更长时间的接触，尽管伴随着该冲击活塞4撞击在该钻柄7具有明显的震动运动。
尽管本发明是结合一些特定的示例性实施例进行说明的，但是很显然，这种说明并不是限制性的并且其包含了所有的与所述手段及其结合等同的技术，而这些等同的手段及其结合也都落在本发明的范围之内。