本發(fā)明涉及一種農(nóng)業(yè)灌溉水井用氣動潛孔鉆具，尤其是涉及大口徑水井用快速節(jié)能氣動潛孔錘的配氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，北方旱情不斷加重，特別是山東地區(qū)，大孔徑氣動潛孔錘在水井上的應(yīng)用越來越廣泛，隨著水位的不斷下降，水井施工的深度越來越深，配套設(shè)備空壓機的壓力參數(shù)也不斷提高，高達30Bar/35m³/min。目前，公知的水井用氣動潛孔錘大都有這樣的問題：其一，潛孔錘活塞與內(nèi)缸配合面過長，因工作過程定位精度走失，易發(fā)生該配合面研傷斷裂的問題；其二，因公知潛孔錘配氣系統(tǒng)先天不足，結(jié)構(gòu)不夠優(yōu)化，氣動潛孔錘工作壓力低，一般在19Bar,空壓機轉(zhuǎn)速居高不下，耗氣量大，用戶的使用經(jīng)濟效益差；其三，隨著水井施工孔徑的不斷變大，所用鉆頭直徑加大后鉆頭重量增加，根據(jù)沖擊理論等鏡面?zhèn)鬟f原理，公知的潛孔錘活塞重量輕，沖錘工作過程能量損耗大，單次沖擊功小，破巖能力差；其四，公知氣動潛孔錘因結(jié)構(gòu)限制，工作頻率低，對于大孔徑水井施工來說，總鑿巖效率低，能耗高；最后，根據(jù)流體力學(xué)相關(guān)理論分析看，氣動潛孔錘某些機構(gòu)設(shè)計不合理，壓力損失大，節(jié)能效果差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述問題提供一種可有效避免潛孔錘活塞與內(nèi)缸配合面研傷斷裂的問題；結(jié)構(gòu)合理，氣動潛孔錘工作壓力高，耗氣量小；單次沖擊力大，破巖能力高；工作頻率高，工作效率高，能耗低；壓力損

失小，節(jié)能效果好的水井用快速節(jié)能潛孔錘的配氣系統(tǒng)。

為了解決上述問題，本發(fā)明創(chuàng)造采用以下技術(shù)方案：一種水井用快速節(jié)能潛孔錘的配氣系統(tǒng)，包括外管、內(nèi)缸、導(dǎo)向套、配氣座及活塞，內(nèi)缸的外表面與外管的內(nèi)表面配合形成配氣系統(tǒng)總進氣通道；

活塞、外管及導(dǎo)向套配合形成前氣室；

活塞的外表面與外套的內(nèi)表面配合形成通向前氣室的前氣室進氣道；

活塞、內(nèi)缸及配氣座配合形成后氣室。

以下是本發(fā)明的進一步改進：

所述內(nèi)缸上開設(shè)有后氣室進氣槽，后氣室與前氣室進氣道之間通過后氣室進氣槽連通，活塞在內(nèi)缸內(nèi)滑動可實現(xiàn)后氣室進氣槽的密封與開啟。

進一步改進：

活塞在外管內(nèi)滑動可實現(xiàn)前氣室進氣道的密封與開啟。

進一步改進：

內(nèi)缸包括圓筒形的缸體，缸體內(nèi)腔沿其軸線方向依次分為第一后氣室、第一密封氣室、第二后氣室及第二密封氣室。

進一步改進：

第一后氣室與第二后氣室的直徑一致，第一密封氣室與第二密封氣室的直徑一致；

第一后氣室的直徑大于第一密封氣室的直徑。

進一步改進：

前后氣室進氣槽為長槽型孔。

進一步改進：

活塞的外表面上具有與內(nèi)缸的內(nèi)表面配合的第一配合面。

進一步改進：

活塞的外表面上還具有與外管的內(nèi)表面配合的第二配合面及第三配合面；

活塞的外表面上位于第一配合面與第二配合面之間的位置設(shè)有環(huán)形槽。

進一步改進：

第一配合面的前端開設(shè)有5個均布的大圓弧進氣槽，大圓弧進氣槽為圓弧型；

第二配合面的前端設(shè)有8個圓弧型圓弧過氣槽，圓弧過氣槽的出氣端用大圓弧平滑過渡；

第三配合面的上設(shè)有5個均布的第二大圓弧進氣槽。

進一步改進：

活塞的重量優(yōu)選為44.4Kg, 活塞長徑比3.27。

進一步改進：

第一后氣室和第二后氣室封氣過程分為段，被封閉的氣體為高壓氣體P和常壓氣體P0；

第1段，當(dāng)活塞運動至其結(jié)構(gòu)行程L大于等于0.468Lmm，且小于等于0.757Lmm時，第一后氣室和第二后氣室壓縮常壓氣體P0；

第2段，當(dāng)活塞結(jié)構(gòu)行程L大于等于0.313Lmm時，且小于0.468Lmm時，高壓氣體P開始進入后氣室，活塞壓縮高壓氣體P和常壓氣體P0，為活塞沖程儲備能量；

當(dāng)結(jié)構(gòu)行程L小于0.313Lmm時，后氣室氣體壓縮膨脹能達到最大，同時前氣室高壓氣體P釋放完畢，變?yōu)槌簠^(qū)，活塞在后氣室高壓的推動下開始向前沖擊，完成了活塞的一個沖程運動。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案具有以下技術(shù)效果：

1、可完全避免潛孔錘活塞與內(nèi)缸配合面研傷斷裂的問題；

2、結(jié)構(gòu)合理，氣動潛孔錘工作壓力高，耗氣量小，節(jié)能30%；

3、單次沖擊力大，破巖能力高；

4、工作頻率高，工作效率高，能耗低，鑿速提高20%～35%。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2為本發(fā)明中內(nèi)缸的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖3為本發(fā)明中活塞的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖4為本發(fā)明中活塞A-A剖視圖；

附圖5為本發(fā)明中活塞B-B剖視圖；

附圖6為本發(fā)明中活塞C-C剖視圖；

附圖7為本發(fā)明中活塞D-D剖視圖。

圖中： 1-配氣座；2-內(nèi)缸；3-外管；4-活塞；5-導(dǎo)向套；6-第一后氣室；7-第一密封氣室；8-第二密封氣室；9-前后氣室進氣槽；10-圓弧槽收尾圓?。?1-大圓弧進氣槽；12-圓弧過氣槽；13-第二大圓弧進氣槽；14-前氣室；15-第二后氣室；16-活塞常壓氣體封氣點；17-配氣座常壓氣體封氣點；18-活塞高壓氣體封氣點；19-內(nèi)缸高壓氣體封氣點；20-第一配合面；21-環(huán)形槽；22-配氣系統(tǒng)總進氣通道；23-前氣室進氣道；24-配氣座桿；25-第二配合面；26-第三配合面；L-活塞結(jié)構(gòu)行程。

具體實施方式

實施例，如圖1-7所示，水井用快速節(jié)能潛孔錘的配氣系統(tǒng)，包括圓筒形的外管3，外管3內(nèi)套裝有圓筒形的內(nèi)缸2。

內(nèi)缸2的外表面與外管3的內(nèi)表面配合形成配氣系統(tǒng)總進氣通道22。

所述外管3內(nèi)滑動連接有活塞4，活塞4的一端滑動連接在內(nèi)缸2內(nèi)，活塞4的另一端套裝有導(dǎo)向套5，導(dǎo)向套5固定連接在外管3內(nèi)，活塞4與導(dǎo)向套5滑動連接。

活塞4、外管3及導(dǎo)向套5的配合形成前氣室14。

活塞4的外表面與外套3的內(nèi)表面配合形成通向前氣室14的前氣室進氣道23。

如圖2所示，所述內(nèi)缸2包括圓筒形的缸體，缸體內(nèi)腔沿其軸線方向依次分為第一后氣室6、第一密封氣室7、第二后氣室15及第二密封氣室8。

第一后氣室6與第二后氣室15的直徑一致，第一密封氣室7與第二密封氣室8的直徑一致。

第一后氣室6的直徑大于第一密封氣室7的直徑。

內(nèi)缸2內(nèi)靠近第一后氣室6的一端設(shè)有配氣座1并通過配氣座1密封。

內(nèi)缸2上靠近第二密封氣室8的一端的外壁上開設(shè)有前后氣室進氣槽9，后氣室進氣槽9貫穿內(nèi)缸2。

前后氣室進氣槽9為長槽型孔，作為潛孔錘正常工作進氣孔和強吹孔。

配氣座1上固定連接有配氣座桿24，配氣座桿24與內(nèi)缸2同軸設(shè)置。

所述配氣系統(tǒng)總進氣通道22與內(nèi)缸2的內(nèi)腔之間通過前后氣室進氣槽9連通。

活塞4具有中心孔，活塞4的中心孔的軸線與配氣座桿24的軸線重合，配氣座桿24可深入到活塞4的中心孔內(nèi)。

活塞4的外表面上具有與內(nèi)缸2的內(nèi)表面配合的第一配合面20。

活塞4的外表面上還具有與外管3的內(nèi)表面配合的第二配合面25及第三配合面26。

活塞4的外表面上位于第一配合面20與第二配合面25之間的位置設(shè)有環(huán)形槽21，環(huán)形槽21的設(shè)計縮短了活塞4與內(nèi)缸2的第一配合面20的長度。

第一配合面20的前端開設(shè)有5個均布的大圓弧進氣槽11，大圓弧進氣槽11為圓弧型，圓弧半徑500毫米。

第二配合面25的前端設(shè)有8個圓弧型圓弧過氣槽12，圓弧過氣槽12的出氣端用大圓弧10平滑過渡，減小空氣阻力。

第三配合面26的上設(shè)有5個均布的第二大圓弧進氣槽13，第二大圓弧進氣槽的圓弧半徑500毫米。

活塞4的重量優(yōu)選為44.4Kg, 活塞4長徑比3.27，提高活塞與鉆頭打擊能量的傳遞效率。

高壓氣體通過配氣系統(tǒng)總進氣通道22和前氣室進氣道23，進入到前氣室14，推動活塞4向第一后氣室6和第二后氣室15運動。

第一后氣室6和第二后氣室15封氣過程分為2段，被封閉的氣體為高壓氣體P和常壓氣體P0。

第1段，當(dāng)活塞4運動至其結(jié)構(gòu)行程L大于等于0.468Lmm，且小于等于0.757Lmm時，第一后氣室6和第二后氣室15壓縮常壓氣體PO；第2段，當(dāng)活塞4結(jié)構(gòu)行程L大于等于0.313Lmm時，且小于0.468Lmm時，高壓氣體P開始進入后氣室，活塞4壓縮高壓氣體P和常壓氣體PO，為活塞4沖程儲備能量；當(dāng)結(jié)構(gòu)行程L小于0.313Lmm時的某一位置（根據(jù)供氣系統(tǒng)壓力的大小，位置不確定），后氣室氣體壓縮膨脹能達到最大，同時前氣室14高壓氣體P釋放完畢，變?yōu)槌簠^(qū)，活塞4在后氣室高壓的推動下開始向前沖擊，完成了活塞4的一個沖程運動。

另外，結(jié)合配氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)行程L0，應(yīng)用計算機仿真設(shè)計軟件MATLAB，對活塞受力分析，建立活塞運動微分方程

通過仿真計算，選擇優(yōu)化活塞4的重量為44.4Kg, 活塞4長徑比3.27，使活塞獲得的最優(yōu)的沖擊頻率和沖擊功，提高活塞與鉆頭打擊能量的傳遞效率，和沖擊器總的施工效率，降低能耗，節(jié)約成本。

經(jīng)過試驗，應(yīng)用本發(fā)明配氣系統(tǒng)的的高風(fēng)壓潛孔潛孔錘與普通潛孔錘相比，鑿巖速度可提高20%～35%左右，單位功率耗氣量相對可節(jié)省30%，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。