专利名称：具有可调节的流量控制的冲击钻具的制作方法
背景技术：
本发明涉及冲击钻具组件，而特别是涉及在钻具组件内用于引导高压力流体的部件，所述钻具组件含有流体操纵的活塞。
一种商品形式的冲击钻具，由于它的预定用途，通常称为“打孔”钻具，一般由高压流体(例如压缩空气)操纵，所述高压流体被合适地引导以便使活塞往复移动去重复地冲击钻具钻头，所述钻头具有切削或洞穿诸如泥土和石头材料的切削表面。这些流体操纵的钻具通常具有驱动腔，高压流体被导入所述驱动腔以便从初始位置驱动活塞去冲击钻头。另外，一般还设有阀去控制进入所述腔的冲击流体的流量。
发明的内容第一方面，本发明是冲击钻具的一种流体凿槽(孔)装置。所述钻具包含壳体，它具有内部空间、驱动腔和阀腔，驱动腔和阀腔都构建在壳体内部空间内；活塞，它可移动地配置在壳体内并具有上端部和纵向通孔，所述上端部可设置在驱动腔内；和阀，它被构造用来控制进入驱动腔的流量并具有界定阀腔部分的表面。凿槽装置包括第一构件，它至少部分地配置在驱动腔内，以便当活塞上端部位于驱动腔内时第一构件延伸入活塞孔中。第一构件具有外表面、内部空间和至少一个口，所述口在外表面与内部空间之间延伸并与驱动腔流体连通。第二构件至少部分地配置在第一构件内部空间内并具有通道。所述通道与阀腔流体连通，并且可与所述口流体连通以便在驱动腔与阀腔之间建立流体连通。
另一方面，本发明还是冲击钻具的一种流体凿槽装置。所述钻具含有壳体，它具有内部空间、驱动腔和阀腔，每个驱动腔和阀腔都构建在壳体内部空间内；活塞，它可移动地配置在壳体内并具有上端部和纵向通孔，所述上端部可配置在驱动腔内；和阀，它被构造用来控制进入驱动腔的流量并具有界定阀腔部分的表面。凿槽装置包括普通的筒形本体，所述筒形本体至少部分地配置在驱动腔内，以便当活塞上端部位于驱动腔内时所述筒形本体延伸入活塞孔中。所述筒形本体具有外及内圆周表面和多个口，每个口在两个表面之间延伸并在流体上可与驱动腔连接。普通的圆柱形本体至少部分地配置在筒形本体内并具有在流体上与阀腔连接的通道。筒形本体及圆柱形本体中的至少一个可相对于筒形本体及圆柱形本体中的另一个角度移动。照这样，每一个口在筒形本体相对于圆柱形本体的一个单独角度位置上可与通道流体连通，以便建立驱动腔与阀腔之间的流体连通。
还有的一个方面，本发明是一种钻具，它包括具有内部空间、驱动腔和阀腔的壳体，每个驱动腔和阀腔被构建在壳体内部空间内。活塞可移动地配置在壳体内并具有上端部和纵向通孔，所述上端部可配置在驱动腔内。阀被构造用来控制进入驱动腔的流量并具有界定阀腔部分的表面。另外，第一构件至少部分地配置在驱动腔内，以便当活塞上端部位于驱动腔内时第一构件延伸入活塞孔中。第一构件具有外表面、内部空间和至少一个口，所述口在外表面与内部空间之间延伸并在流体上可与驱动腔连接。再者，第二构件至少部分地配置在第一构件内部空间内并具有通道，所述通道与阀腔流体连通，并且可与所述口流体连通，以便在驱动腔与阀腔之间建立流体连通。
当联系附录的各附图进行阅读时，将能更好地理解前述的发明的内容以及本发明优先实施例的详细说明。出于解释本发明的目的，在各附图中显示了简图和目前优选的各实施例。然而，应该懂得本发明不局限于所述各精确构造和所示的工具。在各附图中图1是具有根据本发明的流体凿槽装置的冲击钻具的轴向剖视图；图2是冲击钻具的放大局部轴向剖视图，显示处于第一驱动位置的活塞和具有单组口的凿槽装置，仅为便于解释所述各口被描绘成轴向地对齐；图3是图2的钻具的另一个视图，显示处于第二冲击位置的活塞和具有两组口的凿槽装置，仅为便于解释所述各口还被描绘成轴向地对准；图4是凿槽装置的第一外构件的侧立体视图；图5是凿槽装置的第二内构件的侧立体视图；
图6是钻具的大比例放大的局部轴向剖视图，显示处于开启位置的阀；图7是图6的钻具的另一个视图，显示处于关闭位置的阀；图8是钻具的放大的局部轴向剖视图，显示在流体上与第二构件的流动通道连接的第一构件的第一口；图9是图8的钻具的另一个视图，显示在流体上与第二构件的流动通道连接的第一构件的第二口；图10是图8的钻具的另一个视图，显示在流体上与第二构件的流动通道连接的第一构件的第三口；图11是图8的钻具的另一个视图，显示在流体上与第二构件的流动通道连接的第一构件的第四口；图12是凿槽装置的通过一对第一口的径向剖视图，显示相对于第一构件处于第一角度位置的第二构件；图13是凿槽装置的通过一对第二口的径向剖视图，显示相对于第一构件处于第二角度位置的第二构件；图14是凿槽装置的通过一对第三口的径向剖视图，显示相对于第一构件处于第三角度位置的第二构件；图15是凿槽装置的通过一对第四口的径向剖视图，显示相对于第一构件处于第四角度位置的第二构件；图16是凿槽装置的分解视图，显示位于第一角度位置的第二构件；和图17是凿槽装置的分解视图，显示位于第三角度位置的第二构件。
实施本发明的最佳模式仅是为了方便而不是限制，在下列说明中使用了某些术语。词汇“上部的”、“向上的”和“下部的”、“向下的”分别是指朝向和背离钻具或其部件的指定上端部的方向。词汇“内部的”和“外部的”、“向外”分别是指朝向和背离钻具的、流体凿槽装置的或两者中之一的部件的几何中心的方向，或是分别指朝向和背离钻具中心线的方向，所述特定意义从说明书的上下文将容易显示出来。术语“径向的”、“径向地延伸的”是指通常垂直于指定的中心线或轴线的方向，和指的是或部分地或完全地定位于径向方向的两种元件。所述术语包含上面特别提及的词汇、它们的派生词和类似含义的词汇。
现在详细地参考各附图，其中使用了相同的标号标注所有相同的元件，图1-17显示了冲击钻具1的流体凿槽装置10的目前优选实施例。凿槽装置10较好与钻具1一起使用，钻具1含有壳体2，它具有内部空间SC、驱动腔3和阀腔4，驱动腔3和阀腔4的每一个都被构建在壳体内部空间SC内；和活塞5，它可移动地配置在壳体2内。活塞5具有可配置在驱动腔3内的上端部5a和纵向通孔6。另外，钻具1也较好是含有阀7，阀7被构造用来控制进入驱动腔3的流量并具有界定阀腔4部分的表面7a。然而，如下面讨论的，流体凿槽装置10可与任何其它合适形式的钻具1一起使用。
基本上，凿槽装置10包括第一外构件12；第二内构件14，内构件14至少部分地配置在第一构件12内；和中心轴线11，它纵向地延伸穿过第一及第二构件12、14。第一构件12至少部分地配置在驱动腔3内，以便当活塞上端部5a位于驱动腔3内时(例如见图2)第一构件12延伸入活塞孔6中。另外，第一构件12具有外表面16、内部空间18和至少一个入口或控制口20，控制口20在外表面16与内部空间18之间延伸。控制口(各口)20的每一个可与驱动腔3流体连通，特别是当活塞5相对于流体凿槽装置10的位置是这样口20被配置在活塞孔6外部时，由此能使流体自驱动腔3流来并进入第一构件内部空间18。较好的是，第一构件12含有或被构造成筒形本体22，最好的是构造成圆的筒形本体22，但是如下面所描述可以任何其它合适方式来构造。第二内构件14较好是含有或被构造成普通的圆柱形本体或本体部分24，而最好的是被构造成普通的圆柱形本体24，其尺寸加工为可装在第一构件筒形本体22内，以便至少部分地被配置在第一构件12的内部空间18内。第二构件14具有流动通道26，通道26与阀腔4流体连通并且可与控制口(各口)20流体连通连接，以建立驱动腔3与阀腔4之间的流体连通，以便如下面所讨论引致阀7的关闭。
较好的是，阀7可在开启位置VO(图6)与关闭位置VC(图7)之间移动。在开启位置VO，流体从钻具1的供应腔8流动(如下面描述的)并进入驱动腔3，以朝活塞上端部5a施加压力而向下朝钻头28(方向)驱动活塞5(下面描述)。在关闭装置VC，阀7中断或基本阻止自供应腔8至驱动腔3的流动，由此“切断”流动至活塞5的流体。当第一构件口20及第二构件通道26使驱动腔3与阀腔4流体连通时，流体自驱动腔3流来并进入阀腔4并对阀表面7a施加压力。这种压力以普通方式使阀7从开启位置VO移动至关闭装置VC，所述普通方式类似于美国专利5,301,761公开的“压敏阀42”公开中描述的方式，所述美国专利被结合在本文中作参考。因此，流体凿槽装置10的基本功能如同阀关闭装置，但可具有其它的合适应用，如下面所描述。
较好的是，第一构件12与第二构件14中的至少一个绕中心轴线11相对于两个构件12、14的另一个角度移动。照这样，两个构件12、14可彼此相对地布置成相对于轴线11的各种不同的角度定位或位置An，以调整控制口(各口)20相对于通道26的位置。另外，第一构件12最好含有多个控制口20，每个控制口20在内部空间18与第一构件外表面16之间延伸并被布置成这样每一个口20在轴向上与其它各口20的每一个相间隔和在径向上围绕中心轴线11。再有，每个控制口20在第二构件14相对于第一构件12(和/或反过来)的多个角度位置An的单独一个位置上可与流动通道26流体连通。
换句话说，第一口21A在第一角度位置A1(图8及12)在流体上与通道26连接，第二口21B在第二角度位置A2(图9及13)在流体上与通道26连接，等等，如下面进一步详细讨论的。应用这种结构，在活塞移动循环(下面描述)中阀7发生关闭的“定时”(时间)或点是可变的或可调节的。通过提供改变阀关闭时间的能力，流体凿槽装置10能使钻具1以不同的(即较大的或较小的)压力值的多个流体供应源30的每一个去实现最佳性能，如下面所描述的。下面更详细描述已讨论的本发明的各基本元件及操作、流体凿槽装置10及其各部件。
为了理解流体凿槽装置10的全部好处，首先需要如下描述所述结构及优选的冲击钻具1的操作的某些特点。如图1最佳地显示的，钻具1还含有钻头28，钻头28具有中心孔29和下切削表面31，下切削表面31完成钻具1的工作，这种钻削或切削工作是由能量驱动的，所述能量从活塞5的冲击传递至钻头28的上端部28a上面，如下面讨论的。相对的高压流体源或供应源30，最好是供应压缩空气的压缩机32，与安装在壳体2的上端部的后头部34流体连通。从供应源30流来的加压的流体进入后头部34的中心孔35内并被引导至供应腔8。较好的是，后头部34的功能也是使流体凿槽装置10定位及保持配置在壳体2内，如下面所描述的。另外，钻具1较好是含有普通的筒形流体分配器36和具有中央通道37，分配器36配置在壳体2内，中央通道37使供应腔8与驱动腔3流体连通。阀7被构造用来控制通过中央通道37的流量，阀7被配置成一般朝向关闭位置VC(图7)中的分配器36的阀座表面39，并且一般与开启位置VO(图6)中的分配器座表面39相间隔距离ds。
再有，钻具壳体2具有中心线2a，而活塞5一般可沿中心线2a在相反的方向D1、D2上于第一“驱动”位置(图2)与第二“冲击”位置(图1及3)之间往复移动。在图2所示的驱动位置上，活塞5与钻头28相间隔最大距离(未图示)，并且位于相对于阀腔4的最接近位置PP。另外，活塞上端部5a通常完全地配置在驱动腔3内，而第一构件12至少部分地配置在活塞孔6内。在图1及3所示的冲击位置上，活塞下端部5b用相对地很大的动能冲击钻头28以驱动钻头切削表面31进入作业表面(未图示)并位于相对于阀腔4的最远端位置PD。照这样，活塞上端部5a被配置在驱动腔3的外部，而第一构件12沿中心线2a与活塞5相间隔分布。同时活塞5在第一方向D1上沿中心线2a从驱动位置朝向冲击位置移动，活塞5基本阻止了驱动腔3与口20之间的流体连通，而只要口20保持被配置在活塞孔6内，口20就与流动通道26对准。这之后，当口20变成被配置在活塞孔6的外部时，口20与驱动腔3流体连通，以使驱动腔3与阀腔4连接，如上面已讨论过和下面进一步详细讨论的。
现在参考图1-4和图6-17，第一构件12的筒形本体22具有第一上径向端部42；沿中心轴线11与第一端部42相间隔的第二下径向端部44；构成所述构件外表面16的外圆周表面46；和界定第一构件内部空间18的相对的内圆周表面47。每个圆周表面46及47被构造成分别与后头部34及第二构件14的相配表面摩擦地结合。特别是，最好是通过使第一构件12至少部分地插过后头部孔35，致使第一构件12的第一上部分12a被配置在孔35中而第二下部分12b延伸入并配置在驱动腔3中，这样来使流体凿槽装置10保持在钻具壳体2内。较好的是至少外第一构件圆周表面46的上部分是圆锥形的或锥形的，以便“楔入”分配器孔35的锥形内圆周表面35a中，由此使第一构件12摩擦地保持在后头部34内，如图2及3最佳地表示的。当如此安装在后头部34内后，凿槽装置10的中心轴线11一般最好与壳体中心线2a共线。
除了一个或多个控制口20之外，如下面进一步详细描述的，第一构件12较好含有至少一个和最好含有两个出口50，每个出口50在外圆周表面46与内部空间18之间延伸。各出口50较好是绕中心轴线11彼此径向相间隔约180°(例如见图3)并通常被配置成最接本体上端部42，以便与入口(各口)20轴向相间隔，如图2及3中最佳地显示的。另外，每个出口50在流体上与阀腔4及与第二构件通道(各通道)26相连接，如下面所讨论的。较好的是，第一构件12也还含有至少一个和最好是两个旁通口52，旁通口52通常在外与内表面46、47之间径向地延伸并通常被配置在出口50与本体第一端部42之间。各旁通口52通过一个或多个径向旁通通道(未图示任何一个)在流体上可与第二构件14的中心孔60相连接，所述一个或多个径向旁通通道可任选地设在第二构件14上，旁通系统的详细说明超出了本公开的范围。
如上面所讨论的，第一构件12较好含有至少两个入口或控制口20，特别是第一口21A和第二口21B，每个口21A及21B通常被配置成最接近本体第二端部44。第一口21A与阀腔4相间隔第一距离d1(图8)，而第二口21B与阀腔4相间隔第二距离d2(图9)，第二距离d2大于第一距离d1。当第一口21A与流动通道26径向地对准时，应用这个结构使它们在流体上被连接起来，在活塞5于第一方向D1上从所述最接近位置PP移动了约第一距离dP1之后，阀7移动至关闭位置VC，如图8中所示。另一种情况，当第二口21B流体上与流动通道26连接时，在活塞5于第一方向D1上从所述最接近位置PP移动了约第二距离dP2之后，阀7移动至关闭位置VC，如图9中所描绘的。第二移动距离dP2大于第一移动距离dP1，这样当第一口21A与通道26连接时，阀7在活塞5向下移动中的关闭点比当第二口21B与通道26连接时阀7在活塞5移动中的关闭点更靠前。
最好的是，第一构件12含有每4个口20的两个口组48A、48B，每个口组48A、48B可与两个优选的流动通道26中的单独一个在流体上连接或对准，如下面所描述的。如前面所描述的，每个口组48A、48B含有一个第一口21A和一个第二口21B，而较好的是也具有第三口21C和第四口21D。每个第三口21C与阀腔4相间隔第三距离d3(图10)，而每个第四口21D与阀腔4相间隔第四距离d4(图11)，第三距离d3分别大于第一及第二距离d1、d2中的每一个，而第四距离d4分别大于第一、第二及第三距离d1、d2和d3中的每一个。较好的是，每个口组48A、48B的四个口21A、21B、21C及21D沿着单独的普通螺旋线49(仅显示了一个)间隔地分布，每条线49至少部分圆周地围绕和轴向上沿中心轴线11延伸，如图4中所描述的。另外，两个口组48A、48B被布置成这样每组48A、48B的两个对应的口(例如两个第一口21A)的每个同时地与相关的通道26径向地对准，如图12-15中最佳地显示的。
参考图10，应用上面描述的结构，当每个第三口21C在流体上与相关的流动通道26连接时，在活塞5从所述最接近位置PP移动了第三距离DP3之后，阀7移动至关闭位置VC，第三距离DP3分别大于第一及第二移动距离dP1、dP2中的每一个。另外，如图11中所示，当每个第四口21D流体上与相关的流动通道26连接时，在活塞5从所述最接近位置PP移动了第四距离dP4之后，阀7移动至关闭位置VC，第四移动距离dP4分别大于相关的第一、第二和第三距离dP1、dP2和dP3中的每一个。较好的是，第二构件14相对于第一构件12也是成角度布置，使得没有任何一个口20在流体上与两个通道26中任何一个相连接或径向地对准。在两个构件12、14的这样一种定位中，在活塞5完全移离流体凿槽装置10之前，不会发生阀7的关闭，在完全移离流体凿槽装置10的该点上流体通过第二构件14的中心孔60从驱动腔3流至阀腔4，如下面所描述的。因此，应用第一构件12的所述优选结构，通过应用第二口21B、第三口21C、第四口21D，在活塞向下移动中阀的7的关闭点逐渐上移，或是没有任何一个口20在流体上使驱动腔3与阀腔4连接起来。
现在参考图1-3和图5-17，第二构件的圆柱形本体24具有第一上径向端部54、第二下径向端部56和外圆周表面58，第二下径向端部56沿中心轴线11与第一端部54相间隔。较好的是，第一与第二构件的相对尺寸被定得通常具有相等的轴向长度，使得两个构件12、14的各个第一端部42、54通常彼此是平齐的(即相对于轴线11大约位于相同位置)，而仅有突出部68(下面描述)在圆柱形本体24的第二端部56从第一本体内部空间18向外延伸。另外，外圆周表面58被构造用来与第一构件12的内圆周表面47摩擦地结合，以保持圆柱形本体24被配置在筒形本体22内。较好的是，至少第一构件内表面47的上部47a和至少是第二构件外表面58的上部58a的每一个通常都是圆锥形的或是沿轴线11其内直径或外直径是倾斜(成锥状)的。照这样，第二构件14的外表面部分58a楔紧在第一外构件12的内表面部分47a上，以便由此利用“锥度锁紧”使第二构件14摩擦地保持在第一构件12内。
如下面所进一步描述的，除去流动通道(各通道)26之外，第二构件14较好是还含有中心纵向通孔60，通孔60分别地在本体第一端部54与本体第二端部56之间轴向地延伸。中心孔60的作用是充作压力释放的流动通道部分，特别是当所有口20被关闭时用于清除累积在阀腔4内的流体；和充作旁通通道，所述旁通通道能使在供应腔8内的一部分流体被转移通过凿槽装置10，以通过活塞孔6及钻头孔29流出钻具1，如下面所讨论的。另外，第二构件14也含有第一及第二普通的环形槽62、64，每个环形槽62、64从外表面58径向延伸入圆柱形本体24和整个圆周环绕中心轴线11。每个流动通道26与第一下槽或“主”槽62相交，槽62流体上与第一构件12的两个外口50连接或是径向地对准，致使流体从通道26流入主槽62并通过出口50到达阀腔4。另外，至少一个而最好是两个补偿口65通常在中心孔60与主槽62之间径向地延伸，以便通过主槽62与出口50在流体上使孔60与阀腔4相连接。
应用这个结构，当第二构件14相对于第一构件12布置成这样时没有任何一个口20在流体上与两个通道26中任何一个相连接，累积于阀腔4的任何流体，由于环绕阀密封件(未图示)的泄漏，从腔4流过外口50、主槽62及补偿通道(各通道)65进入中心孔60，而这之后分别通过活塞孔及钻头孔6及29而流出钻具1。否则，累积在阀腔4内的这种流体将最终对阀7施加足够的压力，通常是在向下方向D1上，以致阻止阀7移动至开启位置V0。另外，第二上部的或“旁通”环行槽4被配置成最接近本体24的第一端部54并在流体上与第一构件12的旁通口52相连接。当一个或多个径向口(未图示)被设置在第二槽64与孔60之间时，槽64与旁通口52造成了供应腔8(通过后头部34中的通道34a)与中心孔60之间的旁通流体的路径。照这样，供应腔8内的一部分流体可被引导或“泄”出钻具1，以防止供应腔8内的流体体积超量。
另外，第二构件14也较好是含有普通的六角形突伸部或突缘68，突缘68从圆柱形本体24的第二下端部56轴向地向外延伸。突缘68形成锤头或其它工具(未图示任何一个)的冲击表面，以便由此“打破”第一构件内表面部分47a与第二构件外表面部分58a之间的摩擦结合。此外，第二构件14也较好是含有第三环形槽70，槽70从外表面58径向地延伸入圆柱形本体24中和整个圆周围绕中心轴线11，槽70位置最接近本体第二下端部56。O型圈74可配置在第三槽70内，以便在流体上密封住凿槽装置10的第一构件12与第二构件14之间的任何间隙(未图示)。
再有，每个流动通道(各通道)26较好是制成细长的轴向槽72，槽72通常从外表面58径向地延伸入第二构件14。每个槽72与中心轴线11相间隔并通常平行于中心轴线11而延伸，而因此通常分别在所述本体的第一端部54与第二端部56之间轴向地延伸。最好的是，第二构件14含有两个流动通道26，第一流动通道27A和第二流动通道27B，两个通道27A、27B绕中心轴线11相间隔约180°。每个流动通道27A、27B被构造用来与第一构件12的两个优选口组48A、48B中单独的一个相交，致使在绕轴线11中相对于第一构件12(或反过来)的第二构件14的任何特定角度位置An处，每个通道27A、27B与每个对应对的口20(例如两个第一口21A)的口20的单独一个径向地对准。
换句话说，在第一角度位置A1(图12)，第一流动通道27A与第一口组48A的第一口21A对准，同时第二流动通道27B与第二口组48B的第一口21A对准。在第二角度位置A2(图13)，第一通道27A与第一口组48A的第二口21B对准，而第二通道27B同时与第二口组48B的第二口21B对准。另外，在第三角度位置A3(图14)，第一流动通道27A与第一口组48A的第三口21C对准，同时第二流动通道27A与第二口组48B的第三口21C对准。再有，在第四角度位置A4(图15)，第一通道27A与第一口组48A的第二口21D对准，而第二通道27B同时与第二口组48B的第二口21D对准。最后，如上面所描述的，第二构件14也可相对于第一构件12布置在第五角度位置(未描绘)中，在所述位置中流动通道27A、27B没有任何一个径向地与任何口20对准，致使流体基本被阻止流动通过两个流动通道26。
虽然流体凿槽装置10较好是制成如上面所描述的，但是以任何其它合适的方式分别地制成第一及第二构件12、14的任一个或两者，都是在本发明的范围内。例如，第一构件12可含有或是单个口组(例如48A)而第二构件14可仅含有单个流动通道26，或是第一构件12可被制成具有3个或多个口组而第二构件14可被制成具有相应数量的流动通道26。另外，例如第一及第二构件12及14可以任何合适的方式确定相对的尺寸和/或形状，诸如使第一构件12被制成仅绕一部分第二构件14配置的相对短的筒形套筒，或是使第二构件14被制成配置在合适尺寸的第一构件内腔中的相对短的筒形或圆柱形本体(两者都未被显示)。如还有的另一个例子，两个构件12及14的每一个具有任何其它合适的径向截面形状(即除圆形的之外)，诸如普通六角形的或八角形的。本发明的范围分别地包含第一及第二构件12、14的这些和所有其合适的构造，它们能使流体凿槽装置10的功能通常如同本文所描述的。
使用前，以下列方式，第一及第二构件12及14被组装在一起，而后被组装进钻具1中。首先，第二构件圆柱形本体24的第二端部56通过第一端部42被插入第一构件内部空间18中，然后第二构件14沿轴线11进一步移动，直至第二构件14几乎完全地被配置在内部空间18中为止。然而，在互锁表面部分47a、58a之间完全结合之前，第二内构件14较好是绕轴线11相对于第一外构件12进行配置，以便根据阀关闭的所需定时(时间)，使两个流动通道26与所要求对控制口20对准。这种对准较好是通过相关口组48A或48B的所要求口20去观察流动通道27A或27B中的一个来完成。另一种办法是可在第二构件14的上端部设置通道27A、27B的分度记号/缺口(都未图示)，而相应的记号/缺口(都未图示)可设置在第一构件12的上端部以指示控制口20的位置，使得通道记号与所要求口20的记号对准。
在流体上与流动通道26连接的各特定控制口20是根据下列的通用指南来选择的。当需要在活塞向下移动中的较早的点或时间发生阀关闭，而因此减少流入驱动腔3中的流体总量或体积时，首先是选择最上面的控制口21A。当具有相对较大的或较高的压力值的流体供应源30的钻具1被使用时，流体凿槽装置10的这种设定优化了钻具性能，因为当与由相对较小的或较低的压力流体供应源30提供的流量相比时，对于流入驱动腔3中的所要求量的或体积的流体(例如压缩空气)，具有相对较大的或较高的压力值的流体供应源30的钻具1是以较短的时间周期完成的。当要求从如上所讨论的较早的点/时间进行阀关闭的延迟时，或者选择第二口21B、第三口21C，或者选择第四口21D，它们逐渐加长阀7被置于开启位置VO的时间量。对于流体供应源30的给定压力值，当阀7保持较长时间周期的开启时，较大的量或体积的流体将流入驱动腔3。因此，当具有较小或较低压力的流体供应源30的钻具1被使用时，阀关闭的延迟将使进入驱动腔3的一定体积/量的流体足够以所要求的冲击力驱动活塞5进入钻头8。
另外，可使第二构件14相对于第一构件12定位于某一角度位置(未图示)，在所述角度位置上各流动通道26不与任何控制口20径向地对准，致使各通道26被第一构件本体22的筒形壁部分完全地盖住或“堵住”。用这样布置的流体凿槽装置10，流体不能流入各通道26，但作为替代的是驱动腔3中的一部分流体流入第二构件中心孔60中，通过各补偿口65和主槽62，通过第一构件各出口50，而这之后进入阀腔4。因此，第一及第二构件12、14的这样一种分别地相对定位，导致阀关闭的最大延迟，而因此使从供应腔8流来并进入驱动腔3的流体的体积或量变得最大。
一旦第二构件14被定位成相对于第一构件12处于已描述的各定位中所要求的一个，第二构件14就被进一步移动入第一构件内部空间18，直到第二构件14的第一上端部54大致地与第一构件上端部42平齐而两个内表面部分47a、58a变得互锁为止，如上面所讨论的。然后，流体凿槽装置10以上面描述的方式插入后头部孔35，和作为包含后头部34、阀7及另一个阀(未图示)的组件的一部分被装入钻具壳体2中，所述另一个阀用于控制进入供应腔8的流体。然后钻具1被构造用来随阀7的关闭而工作，阀7的关闭发生在活塞向下移动中的所要求时间/点上，这对于使用时以特定的流体供应源30的压力值来工作是理想的，流体供应源30是与钻具1一起使用的。
技术人员将会理解，在不背离其广泛的发明概念下，可对上面描述的各实施例或构造做出改变。因此，可以明白本发明不局限于所公开的各具体的实施例或各构造，而是倾向于把各种修改涵盖在本发明的精神和目标内，如本文中通常所描述的。
权利要求
1.冲击钻具的一种流体凿槽装置，所述钻具包含壳体，它具有内部空间、构成于壳体内部空间内的驱动腔和阀腔；活塞，它可移动地配置在壳体内并具有可配置在驱动腔内的上端部及纵向通孔；阀，它被构造用来控制进入驱动腔的流量并具有界定阀腔部分的表面；所述凿槽装置包括第一构件，它至少部分地配置在驱动腔内，以便当活塞上端部位于驱动腔内时，第一构件延伸进入活塞孔，第一构件具有外表面、内部空间和至少一个口，所述口在外表面与内部空间之间延伸并可与驱动腔流体连通；和第二构件，它至少部分地配置在第一构件内部空间内并具有通道，所述通道与阀腔流体连通并可与所述口流体连通，以在驱动腔与阀腔之间建立流体连通。
2.如权利要求1中所述的流体凿槽装置，其特征在于阀可在开启位置与关闭位置之间移动，而当所述口与所述通道使驱动腔与阀腔流体连通时，流入阀腔的流体使阀从开启位置移动至关闭位置。
3.如权利要求2中所述的流体凿槽装置，其特征在于壳体还具有纵向中心线，而活塞可沿所述中心线和相对于流体凿槽装置移动，致使当口被配置在活塞孔中时，活塞基本阻止了驱动腔与所述口之间的流体连通，而当所述口被配置在活塞孔之外时，所述口与驱动腔流体连通。
4.如权利要求2中所述的流体凿槽装置，其特征在于壳体具有纵向中心线，而活塞通常可沿所述中心线在相对于阀腔的最接近位置与相对于阀腔的最远位置之间移动；在所述最接近位置，第一构件至少部分地配置在活塞孔内，在所述最远位置，第一构件沿所述中心线与活塞相间隔；所述口是第一口，而第一构件还具有中心轴线，而第二口通常沿所述轴线与第一口相间隔；第一及第二构件中的一个可相对于第一及第二构件中的另一个角度移动，使得第一口在第一角度位置与通道流体连通，而第二口在第二角度位置与通道流体连通；和当第一口与通道流体连通时，在活塞从所述最接近位置移动了至少第一距离之后，阀移动至关闭位置；而另一种情况是当第二口与通道流体连通时，在活塞从所述最接近位置移动了至少第二距离之后，阀移动至关闭位置；所述第二距离大于所述第一距离。
5.如权利要求1中所述的流体凿槽装置还包括中心轴线，所述中心轴线纵向地延伸穿过第一及第二构件的每一个，第一及第二构件中的至少一个可绕所述轴线相对于第一及第二构件中的另一个角度移动，以便调整口相对于通道的位置。
6.如权利要求5中所述的流体凿槽装置，其特征在于第二构件具有外表面，而通道被制成通常从所述外表面径向地延伸入第二构件的细长槽，所述细长槽与中心轴线相间隔并通常平行于中心轴线而延伸；和第一构件具有在内部空间与第一构件外表面之间延伸的多个口，每一个口与其它各口的每一个围绕所述轴线轴向和径向间隔，使得每个口在第一构件相对于第二构件的多个角度位置中的单独一个位置可与通道流体连通。
7.如权利要求6所述的流体凿槽装置，其特征在于多个口沿大致螺旋线相间隔，所述螺旋线至少部分地围绕所述中心轴线在圆周上和沿中心轴线轴向上延伸。
8.如权利要求5中所述的流体凿槽装置，其特征在于第一构件具有至少第一口及第二口，第一口与阀腔相间隔第一距离，而第二口与阀腔相间隔第二距离，所述第二距离大于所述第一距离。
9.如权利要求1中所述的流体凿槽装置，其特征在于第一构件含有大致筒形本体，而第二构件含有大致圆柱形本体部分，所述圆柱形本体部分的尺寸加工为安装在所述筒形本体内。
10.如权利要求9中所述的流体凿槽装置，其特征在于筒形本体具有内圆周表面而第二构件圆柱形本体部分具有外圆周表面，所述内及外圆周表面的每一个被构造来与另一个表面摩擦结合，以便保持圆柱形本体部分被配置在筒形本体内。
11.如权利要求1中所述的流体凿槽装置，还包括中心轴线，所述中心轴线纵向地延伸穿过第一及第二构件中的每一个，第一构件还包括出口，所述出口在外表面与内部空间之间延伸并沿所述中心轴线与所述口相间隔，所述出口与阀腔及与第二构件流道流体连通。
12.冲击钻具的流体凿槽装置，所述钻具含有壳体，它具有内部空间、构造在壳体内部空间内的驱动腔及阀腔；活塞，它可移动地配置在壳体内并具有上端部和纵向中心孔，所述上端部可配置在驱动腔内；阀，它被构造用来控制进入驱动腔的流量并具有界定阀腔部分的表面，所述凿槽装置包括大致筒形本体，至少部分地配置在驱动腔内，以便当活塞上端部位于驱动腔内时所述筒形本体延伸入活塞孔，第一构件具有外及内圆周表面和多个口，每个口在两个表面之间延伸并可与驱动腔流体连通；和大致圆柱形本体，至少部分地配置在筒形本体内并具有与阀腔流体连通的通道，筒形本体及圆柱形本体中的至少一个可相对于筒形本体及圆柱形本体中的另一个角度移动，使得每一个口在筒形本体相对于圆柱形本体的单独角度位置与通道流体连通接，以便在驱动腔与阀腔之间建立流体连通。
13.如权利要求12中所述的流体凿槽装置，其特征在于阀可在开启位置与关闭位置之间移动，而当口与通道使驱动腔与阀腔流体连通时，流入阀腔中的流体使阀从开启位置移动至关闭位置。
14.如权利要求13中所述的流体凿槽装置，其特征在于壳体具有中心线，而活塞通常沿在相对于阀腔的所述最接近位置与相对于阀腔的所述最远位置之间的所述中心线移动，在所述最接近位置筒形本体至少部分地配置在活塞孔内，在所述最远位置筒形本体沿所述中心线与活塞相间隔；流体凿槽装置还包括中心轴线，所述中心轴线纵向地延伸穿过筒形本体及圆柱形本体中的每一个，并通常与壳体中心线共线，各口的每一个与其它口的每一个围绕所述轴线在轴向上和径向上相间隔；和当一个口与通道流体连通时，在活塞从所述最近位置移动了第一距离之后，阀移动至关闭位置，而另一种情况是当另一个口与通道流体连通时，在活塞从所述最近位置移动了第二距离之后，阀移动至关闭位置；所述第二距离大于所述第一距离。
15.一种钻具，包括壳体，它具有分别构造在壳体内部空间内的内部空间驱动腔及阀腔；活塞，它可移动地配置在壳体内并具有上端部及纵向通孔，所述上端部可配置在驱动腔内；阀，它被构造用来控制进入驱动腔的流量并具有界定阀腔部分的表面；第一构件，至少部分地配置在驱动腔内，以便当活塞上端部位于驱动腔内时第一构件延伸入活塞孔，第一构件具有外表面、内部空间及至少一个口，所述口在外表面与内部空间之间延伸并与驱动腔流体连通；和第二构件，至少部分地配置在第一构件内部空间内并具有通道，所述通道与阀腔流体连通并可与所述口流体连通，以便在驱动腔与阀腔之间建立流体连通。
16.如权利要求15中所述的钻具，其特征在于阀可在开启位置与关闭位置之间移动，并且当口及通道使驱动腔与阀腔流体连通时，流入阀腔的流体使阀从开启位置移动至关闭位置。
17.如权利要求15中所述的钻具，其特征在于壳体具有纵向中心线，而活塞通常可沿所述中心线在相对于阀腔的所述最接近位置与相对于阀腔的所述最远位置之间移动，在所述最接近位置第一构件至少部分地配置在活塞孔内，在所述最远位置第一构件沿所述中心线与活塞相间隔；所述口是第一口，而第一构件还具有中心轴线及第二口，所述第二口通常沿所述轴线与第一口相间隔，第一及第二构件中的一个可相对于第一及第二构件中的另一个角度移动，致使第一口在第一角度位置与通道流体连通，而第二口在第二角度位置与通道流体连通；和当第一口与通道流体连通时，在活塞从所述最接近位置移动了至少第一距离之后，阀移动至关闭位置，而另一种情况是当第二口与通道流体连通时，在活塞从所述最接近位置移动了至少第二距离之后，阀移动至关闭位置；所述第二距离大于所述第一距离。
18.如权利要求15中所述的钻具还包括中心轴线，所述中心轴线纵向地延伸穿过第一及第二构件的每一个，第一及第二构件中的至少一个可绕所述轴线相对于第一及第二构件中的另一个角度移动，以便调整所述口相对于所述通道的位置。
19.如权利要求15中所述的钻具，其特征在于第二构件具有外表面，而通道被制成从所述外表面大致径向地延伸入第二构件中的细长槽，所述细长槽与中心轴线相间隔并且通常平行于中心轴线而延伸；和第一构件具有在内部空间与第一构件外表面之间延伸的多个口，所述各口的每一个围绕所述轴线与其它各口的每一个轴向和径向相间隔，致使每个口在第一构件相对于第二构件的多个角度位置中的单独一个位置可与通道流体连通。
20.如权利要求15中所述的钻具，其特征在于第一构件包含具有内圆周表面的大致筒形本体；和第二构件包含大致圆柱形本体部分，所述圆柱形本体部分的尺寸加工为可安装在所述筒形本体内并具有外圆周表面，内及外圆周表面的每一个都被构造用来与另一个表面摩擦地结合，以便保持所述圆柱形本体部分被配置在所述筒形本体内。
全文摘要
冲击钻具的流体凿槽装置包含壳体，所述壳体具有内部空间、构造在内部空间内的驱动腔及阀腔；活塞，所述活塞配置在壳体内并具有可配置在驱动腔内的上端部和纵向通孔；和阀，所述阀用于控制进入驱动腔的流量。所述装置含有部分地配置在驱动腔内的第一构件，以便当活塞端部处于驱动腔内时第一构件延伸入活塞孔中。第一构件具有外表面、内部空间和一个或多个口，所述口在外表面与内部空间之间延伸并在流体上可与驱动腔连接。第二构件被配置在第一构件内部并具有通道，所述通道在流体上与阀腔连接并在流体上可与所述口(各口)连接，以便在驱动腔与阀腔之间建立流体连通。
文档编号E21B4/14GK1836088SQ200480023693
公开日2006年9月20日 申请日期2004年6月18日 优先权日2003年6月20日
发明者L·H·莱昂, W·T·莱, J·P·怀特 申请人:英格索尔-兰德公司