专利名称：分体式液压射流冲击器实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及潜孔冲击器研究领域，尤其一种在地表对射流冲击器控制机理、 射流元件的流控特性、液压射流冲击器在综合系统中所表现出的工作性能进行有效测试的 实验装置。
背景技术：
液压射流冲击器是一种应用于石油钻探及地质矿产勘查技术领域的特种钻具，我 国拥有其独立的知识产权。液动射流冲击器的控制部件为射流元件，执行机构为动力活塞 缸。其中射流元件多采用双稳附壁式结构，在动压反馈信号的控制作用下，射流的附壁侧可 快速切换，从而引起冲击机构的高频振动。早在二十世纪60年代，射流元件作为一种不含机械运动部件的逻辑元件，可方便 地实现各种控制功能，且在可靠性方面具有相当的优势，因而在自动控制领域得到广泛应 用。随着电子技术、机电控制技术及电液控制技术的飞速发展，射流元件在自动控制领域内 的地位和作用逐步被取代。直至射流元件被应用于液压冲击装置，因其特性与液压冲击器 的工作特点有着良好的匹配关系，从而使流控技术在液压冲击回转钻进这一应用领域再度 获得新生。然而由于作用机理、使用环境和工作要求的变化，需要对液压射流冲击器所采用 的射流元件进行深入研究，探讨其结构和流控机理的合理性，研究其与冲击机构联合工作 的耦合特性，以便为研制新型液压射流冲击器、提高整机性能提供必要的理论依据。早在射 流冲击器研制初期，即对双稳附壁式射流元件的结构及内部流动过程进行了大量的研究工 作，由于受到研究手段及实验技术水平的限制，未能得出准确反映其流控机理的结论。即 便如此，液压射流冲击器产品的研制依然获得成功。由于缺乏必要的理论支持，目前仅能够 对现有射流元件结构进行简单调整以满足射流冲击器系列化产品的设计要求。至今，对于 元件结构变更、流动边界条件变化对流控特性的影响也无法在理论层面获得准确可靠的解 释。多年来，实验始终作为研究射流冲击器的主要手段发挥了重要作用。射流冲击器 作为典型的潜孔钻具，射流元件与冲击机构均封装在坚固的缸筒内部。以往的实验大多基 于实际样机进行测试，所能测量的参数仅为冲击频率、冲击末速及上下腔压力、流量等，上 述几个参数的测量工作也十分复杂，精度较低。在现有实验条件下，尚无法研究射流元件内 部流动规律、无法准确分析元件的流控机理。流控机理不明导致无法对射流元件的动态性 能指标进行计算、更无法考密流控元件与执行机构的耦合特性。

实用新型内容本实用新型的目的是针对以上背景技术中问题，为实现射流元件内部流场的可视 化研究，分析双稳附壁射流的流动规律，深入探讨射流元件的流控机理，研究射流元件与冲 击机构的耦合特性，提供了一种分体式液压射流冲击器实验装置。[0007]本实用新型分体式液压射流冲击器实验装置，它主要由实验元件组件、蓄能器、冲 击机构、柱状岩芯和液压动力站系统几个部份组成，该实验装置的控制、执行机构及蓄能机 构在地表分体布置，并且以管道相连通；该分体式液压射流冲击器实验装置设有一基座和 支撑架，在支撑架下部安置有柱状岩芯；在支撑架中上部安装了冲击机构，在支撑架上部， 冲击机构的上端的两边分别安装有蓄能器与实验元件组件；工作介质选用的5#或10#航空 液压油，工作介质为红色。对流实验元件组件是该实验装置的核心组成部分，它主要由上盖、元件本体和下 盖构成的，其中元件本体根据具体控制要求和实验目的设计制有复杂的流道结构，元件本 体是用不锈钢制造成的整体式结构，并且是低速走丝线切割一次加工成型；为了便于观测 其内部流场形状，上盖是采用的高强度透明材料制成，并且在元件各接合端面间，亦采用的 是透明密封胶垫，下盖则根据测试需要选择高强度透明或非透明材料制成。蓄能器为隔膜式蓄能器，它是根据实验要求而设计制成的一种专用蓄能结构或采 用的外购件；在液压动力站部份采用了低压大流量限压式变量叶片泵，工作介质选用5#或 10#航空液压油，确保射流在低速下即获得密流附壁状态，另一方面工作介质为红色。整体 的分体式液压对流冲击器实验装置的液压动力站与实验元件组件、蓄能器、冲击机构及柱 状岩芯是分体在地表安置，并以管道联通；在该实验装置还设有一个基座和支撑架，在支撑 架的下部安置柱状岩芯，在支撑架中上部安装了冲击机构；并在支撑架上部、冲击机构上端 的两边分别安装有蓄能器与实验元件组件。采用本技术方案的有益效果是本实验装置便于多种参数的调节，能够实现新型 射流元件内部流场的可视性观测和对冲击机构参数的快捷调整。

图1为分体式液压射流冲击器实验装置的整体结构示意图；图中1-实验元件组件、1. 1-上盖、1.2-元件本体、1.3-下盖、2-蓄能器、3-冲击 机构、4-柱状岩芯。
具体实施方式
以下结合附图对分体式液压射流冲击器实验装置作进一步说明，如图1所示，该 实验装置主要由实验元件组件1、蓄能器2、冲击机构3、柱状岩芯4以及液压动力站这几个 部份组成，原来是封闭在潜孔射流冲击器内部的控制执行机构及蓄能机构在该实验装置中 是在地表分体布置，并且以管道相联，在不改变流控机理的前提下实现新型射流元件内部 流物的可视化观测和冲击机构3参数的快捷调整。蓄能器2联接在缸体上腔或下腔或射流元件进口处，而产生不同的作用机理及控 制回路；实验装置利用动力活塞缸的不同结构，通过改变管路连接形式，变换蓄能器连接方 式，构造出多种不同作用机理的液压射流冲击器模型，其中包括四通道流控上下腔单独进 回油型，三通道流控前腔常压差动回程型，三通道流控后腔常压，差动回程型三通道流控， 后腔低压氮爆冲程型及气液联合作功型，冲击机构3如图2所示，其运动部件由冲锤、活塞 杆及尾杆组成动力活塞；若更换具有不同径向尺寸的活塞杆、尾套同时更换导向套能调整 冲击机构，冲锤与活塞杆间以扁销联接。在液压动力站采用了低压大流量限压式变量叶片泵，工作介质选用5#或10#航空液压油，一方面确保射流在低速下即获得密流附壁状态，另 一方面工作介质为红色，通过透明的实验元件组件的上盖能观察元件内部流动及附壁切换 过程。
权利要求分体式液压射流冲击器实验装置，其特征在于它主要由实验元件组件(1)、蓄能器(2)、冲击机构(3)、柱状岩芯(4)和液压动力站组成；它的控制、执行机构及蓄能机构在地表分体布置，并以管道相连通；它设有一基座和支撑架，在支撑架下部安置有柱状岩芯(4)；在支撑架中上部安装了冲击机构(3)，在支撑架上部，冲击机构(3)的上端的两边分别安装有蓄能器(2)与实验元件组件(1)；工作介质选用的5#或10#航空液压油，工作介质为红色。
2.由权利要求1所述的分体式液压射流冲击器实验装置，其特征在于所述实验元件 组件(1)由上盖(1. 1)、元件本体(1.2)、下盖(1.3)构成；元件本体设制有流道结构，是采 用不锈钢制成的整体式结构；上盖(1. 1)是采用高强度透明材料制成，元件各接合端面也 采用的是透明密封胶垫；下盖(1. 3)根据测试需要选择高强度透明或非透明材料制成。
3.由权利要求1所述的分体式液压射流冲击器实验装置，其特征在于所述蓄能器(2) 是隔膜式蓄能器，蓄能器(2)联接缸体上腔或对流元件进口处，组建多种形式是储能功能 的对流冲击机构模型实验装置。
专利摘要分体式液压射流冲击器实验装置，它主要由实验元件组件、蓄能器、冲击机构、液压动力站、柱状岩芯组成，它们控制，执行机构在地表分体布置，并以管道相连通；实验元件组件的上盖用高强度透明材料制成；工作介质为红色，实现对流元件内部流物的可视性观测也便于对冲击机构参数的快捷调整。
文档编号G01M10/00GK201724808SQ200920125949
公开日2011年1月26日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者余德海, 康文波, 张高峰, 王清岩, 高翼 申请人:贵州航天天马机电科技有限公司