[发明专利]一种等流量脉冲射流钻头装置及其设计方法

摘要

本发明涉及一种等流量脉冲射流钻头装置及其设计方法，钻头本体上端的钻头水腔底壁上分布有多个钻头水眼，各钻头水眼分别向下延伸且分别与钻头本体下端面的喷孔相通，钻头水腔的底壁上安装有静阀盘，静阀盘上设有静阀盘水孔，各静阀盘水孔与钻头水眼的孔径相同且分别一一对应贯通，静阀盘的上方覆盖有动阀盘，动阀盘上设有动阀盘水孔，当动阀盘旋转时，动阀盘水孔与静阀盘水孔沿轴线方向的过流面积为恒定值。静阀盘水孔为圆孔，动阀盘水孔为扇形环孔，扇形环孔的径向距离与静阀盘水孔的孔径相同，扇形环孔的中心圆与静阀盘水孔的圆心位于同一个圆周上。该钻头装置可以提高清洗井底的效果和水力破岩的能力，且可以保证高压泵的运行状态稳定。

主权项

1.一种等流量脉冲射流钻头装置，包括共轴线的双母套筒、钻头接头和钻头本体，所述双母套筒的下端与所述钻头接头的上端相旋接，所述钻头接头的下端与所述钻头本体的上端相旋接，所述钻头本体的下端安装有刀翼，所述钻头本体的上端设有沿轴线向下延伸的钻头水腔，所述钻头水腔的底壁上分布有多个钻头水眼，各钻头水眼以轴线为中心均匀分布在同一个圆周上，各钻头水眼分别向下延伸且分别与钻头本体下端面的喷孔相通；所述双母套筒和所述钻头接头的中心设有与所述钻头水腔相通的中心水道，其特征在于：所述钻头水腔的底壁上安装有与所述钻头本体共轴线的静阀盘，所述静阀盘上分布有静阀盘水孔，各所述静阀盘水孔与所述钻头水眼的孔径相同且分别与所述钻头水眼一一对应贯通，所述静阀盘的上方覆盖有与之共轴线的动阀盘，所述动阀盘可绕自身轴线旋转；所述动阀盘上设有轴向贯通的动阀盘水孔，当所述动阀盘旋转时，所述动阀盘水孔与所述静阀盘水孔沿轴线方向的过流面积为恒定值；所述静阀盘水孔为圆孔，所述动阀盘水孔为扇形环孔，所述扇形环孔的圆心落在所述钻头本体的轴线上，所述扇形环孔两圆弧之间的径向距离L与所述静阀盘水孔的孔径相同，且所述扇形环孔的中心圆与所述静阀盘水孔的各圆心位于同一个圆周上；所述静阀盘水孔在所述静阀盘上设有n个，所述扇形环孔在所述动阀盘上设有m个，且m<n，m与n奇偶搭配；经过所述静阀盘圆心和某个静阀盘水孔相切的第一切线与第二切线之间的夹角为β，且，所述扇形环孔的圆心角大于β且小于360/n；所述静阀盘水孔的个数n为3个，所述扇形环孔的个数m为2个，第一动阀盘扇形环孔(A1)的圆心角为Φ₁，第二动阀盘扇形环孔(A2)的圆心角为Φ₂；当第一动阀盘扇形环孔(A1)的第一径向边转动至与第一静阀盘水孔(B1)的第二切线相外切时，第二动阀盘扇形环孔(A2)的第二径向边与第三静阀盘水孔(B3)的第二切线相内切，此时第一动阀盘扇形环孔(A1)的第二径向边与第二静阀盘水孔(B2)的第一切线之间的夹角为θ₁，第二动阀盘扇形环孔(A2)的第一径向边与第三静阀盘水孔(B3)的第一切线之间的夹角为θ₂，所述第一动阀盘扇形环孔(A1)的第二径向边与所述第二动阀盘扇形环孔(A2)的第一径向边之间的夹角为τ₁，所述第一动阀盘扇形环孔(A1)的第一径向边与所述第二动阀盘扇形环孔(A2)的第二径向边之间的夹角为τ₂；所述第一静阀盘水孔(B1)、第二静阀盘水孔(B2)和第三静阀盘水孔(B3)的各切线均经过所述静阀盘的圆心；以上各夹角之间满足如下关系：。