沖擊參數(shù)對液動沖擊器使用性能的影響

沖擊參數(shù)對液動沖擊器使用性能的影響

液流到達沖擊錘的行程和沖擊閥該彈簧槍是一種帶有雙彈簧雙重彈簧槍的高效液體沖動槍。結構簡單，調試方便，運動部件少，工作可靠。主要有上閥機構、沖錘機構、沖擊能量及旋轉扭矩傳遞機構以及附屬機構四部分組成(見圖1)。由示意圖可見,沖擊器的上閥及沖擊錘具有類似的形狀。其特點是上端比下端具有較小的直徑,以保證在運行過程中,下端有效承受液壓的面積大于上端,進而實現(xiàn)二者的往復運動。這就是它的基本工作原理。本沖擊器在啟動前由于重力的關系上閥及沖擊錘均處于最下部位置。鉆井液從外殼上方進入上閥下部的通孔和上閥—沖擊器之間的間隙而進入沖擊錘的內孔道,液流到達鐵砧及下接頭時,由于下接頭內設有節(jié)流環(huán),因而液流在沖擊錘下端形成較高的液壓。雖然上閥及沖擊錘系統(tǒng)上下端是一個連通器,但由于其下端的有效承壓面積大于上端,因而液流迫使上閥—沖錘迅速上行。上閥先期上行到活閥的上死點。應當指出,通過精確的計算,上閥上行(回程)必須超前于沖擊錘的上行(回程)過程。當沖擊錘上行到與上閥接觸后,液流在閥—錘之間被截斷并產(chǎn)生水擊,沖擊錘在閥—沖錘系統(tǒng)的重量、高壓液流和反彈慣性力的聯(lián)合作用下迫使沖擊錘對鐵砧實現(xiàn)沖擊并完成沖擊錘的工作行程。由于上閥的行程設計比沖擊錘短,在沖擊錘到達下死點前上閥與沖擊錘被迫脫離而產(chǎn)生間隙,所以上閥也達到了其下死點,這樣沖擊器各運動部件又恢復到開始前的各相對位置,于是第二次工作循環(huán)又開始了。沖擊錘重復上述過程,周而復始,對鐵砧產(chǎn)生周期性沖擊作用,鐵砧將沖擊動載傳遞給井底的鉆頭,進而達到?jīng)_旋破巖的效果。背壓沖擊器的室內實驗(1)力傳感器的能量為保證沖擊器在具有最佳工作狀態(tài)時準確反映其性能,在對沖擊器性能測試中,采用壓力傳感器作為機—電信號轉換元件,采集沖擊錘打擊鐵砧子的沖擊力,再計算沖擊器的輸出能量——沖擊能量以及其它相應的沖擊參數(shù)。力傳感器在沖擊力的作用下,通過應變儀和數(shù)字分析儀可直接反映沖擊錘打擊鐵砧子時的沖擊力值。據(jù)動量原理mv=FΔt(1)得出:F=mvΔt(2)F=mvΔt(2)式中:F為沖擊力,N;m為沖錘質量,kg;v為沖擊速度,m/s;Δt為沖擊時間,t。式(2)反映了運動速度與力之間的關系,引申到?jīng)_擊器的測試中,即當沖錘的質量一定及沖擊鐵砧子時間相等時,沖擊力與相應的擊砧速度對應,據(jù)此可計算出在液力作用下錘的沖擊能量。(2)測試系統(tǒng)根據(jù)測試原理,建立了如圖2所示的自動檢測系統(tǒng)簡圖,該測試系統(tǒng)主要有顯示器、分析儀、應變儀、傳感器等組成。(3)沖旋鉆井技術第Ⅰ階段實驗:本階段采用沖擊器的上閥結構如圖3所示(其測試結果祥圖見袁光杰,沖旋鉆井技術研究碩士學位論文,西南石油學院石油工程學院,2001年)。第Ⅱ階段實驗:本階段采用沖擊器的上閥結構如圖4所示(其測試結果祥圖見袁光杰,沖旋鉆井技術研究碩士學位論文,西南石油學院石油工程學院,2001年)。沖程對沖擊器沖擊對(1)泵壓和排量的增加,都會使沖擊器的沖擊頻率和沖擊力有所增大,因此在現(xiàn)場應用時,可通過調節(jié)泵壓和排量在一定范圍內改變沖擊器的沖擊參數(shù)以滿足鉆不同地層的需要。(2)由圖3、圖4及相應的實驗結果可以看出,沖擊器的上閥和沖擊錘的形狀對沖擊器的沖擊頻率有很大影響,且試驗表明上閥和沖擊錘的形狀設計成流動阻力較小的形狀,會有效地使沖擊器的沖擊頻率降低到所需范圍。(3)沖擊錘和上閥的行程以及兩者之比對沖擊器的沖擊參數(shù)有一定的影響,即:沖擊錘行程增大,沖擊頻率降低;在合理范圍內,即為沖程的0.6～0.4倍時,上閥行程增大,沖擊頻率和沖擊力也增大,但超出合理范圍反而會減小。(4)通過綜合比較可以看出上閥行程為沖程的0.5倍左右時,沖擊器的各項參數(shù)達到最佳狀態(tài),同時也可以看出,沖程對沖擊頻率的影響范圍在30Hz內。(5)縱觀各實驗數(shù)據(jù)圖,可以明顯看出在每一個沖擊周期中,應力波形圖都連續(xù)出現(xiàn)兩次波峰,其中前一個較大,后一個較小。根據(jù)沖擊破碎巖石理論可知,在沖擊錘與鐵砧子撞擊時,入射應力波在撞擊界面處發(fā)生反射,反射后的沖擊波到達沖擊錘自由端,再次發(fā)生反射后重新到達沖擊錘的撞擊端實現(xiàn)對砧子的第二次沖擊,但由于波在傳遞過程有能量損耗,故沖擊應力較第一次弱一些。表現(xiàn)在波形圖上,就是在一個沖擊周期中連續(xù)出現(xiàn)兩次波峰,其中第一次的較大一些,第二次的較小一些。(6)在室內實驗過程中,同時也采用了改變噴嘴直徑,沖擊錘重量和上閥重量等方法來測量實驗數(shù)據(jù),實驗結果表明它們都在一定程度上對沖擊器的工作性能有影響,且測出的結果與計算機模擬的結果相一致。(7)大量的實驗數(shù)據(jù)表明,沖擊錘行程和上閥行程都有一個變化范圍,太大或太小都不好。對于背壓式液動雙作用沖擊器來講,沖擊錘行程S=25～65mm,上閥行程S1=10～30mm,沖擊錘與上閥之間的間隙ΔS=10～30mm時,沖擊器能發(fā)揮出最好的沖擊性能。同時,在今后做實驗時,要考慮到?jīng)_擊器的劇烈振動程度,采取一定