[发明专利]用于阻碍空化气泡的发生和扩散的凿岩机及其使用

说明书

技术领域

本发明涉及一种凿岩机以及一种方法以阻碍凿岩机中的空化气泡的发生和扩散。

背景技术

当液体中的静压力已降低时，在液体已转变为气体的情况下，液体中以气泡的形式出现空穴（空隙），称之为空化。空化是气体形成、液体中捕获的空气的释放和容纳在液体中的空气气泡的膨胀的混合。

在当静压力增加时空化气泡内爆的情形中，具有较大的力的非常细的喷射流能够从该气泡形成，这能损坏周边的固体表面。泡在低压区域形成并粘附至固体表面并在周围的静压力增加时内爆。该效果等同于数千个尖锐的钉子用大的力捶打该表面，借此，会超过材料的极限抗张强度，最终导致明显的材料损耗，从而经常会在材料中留下数千个小坑。这是液力凿岩机中已知的现象。

当减震活塞向前移动并因而迅速地增加在减震活塞和减震器腔室或机器本体之间的体积时，空化发生于例如环绕减震活塞的区域，即，发生于将接合器/钻钢/钻头压紧于岩石上以使得接头能够在冲撞之间变紧的部件上。通常通过使用单向阀来试图解决该问题，该单向阀用油填充该体积以便减少空化气泡的发生（参见US 4,993,504）。当减震活塞向前移动时，发生巨大的压力下降，若油不能够以与体积增加相同的速率补充，则该压力下降将导致空化。因此，由于液压较低，发生空化气泡，并且该压力下降遍及所有液力地连接的空间。油便开始从所有可能的方向流至具有最低的压力的区域。因而，空化气泡能够扩散至和/或发生于其他地方，而不仅仅是在减震活塞和减震器腔室（机器本体）之间的原始空间中。低压使得油从周围空间流到该低压区域，以在该减震器设备中重建平均压力。出于该原因，许多的钻机通常都具有减震器积蓄器以使得随时可得到大量的油，用以校平液压，但这还不足以解决该空化问题。当空化气泡最终瓦解时，存在的一个明显的风险是，它们中的一些将位于敏感部件的附近并且将例如损坏密封件。

发明内容

本发明的目标是提供一种凿岩机，其阻碍已经形成的空化气泡的扩散，并过滤压力降低以使得不会在其他的空隙中发生新的空化气泡。

该目标通过一种凿岩机而实现，该凿岩机包括活塞、空化敏感部件以及油通道，活塞被布置为当凿岩机在使用中时在腔室中来回移动，油通道被布置为在腔室和所述空化敏感部件之间延伸。该油通道包括一系列约束装置和油空隙即油能够被收集的空间，以便阻碍空化气泡通过所述油通道运动。

当在腔室中发生压力降低时，油从液压地连接至腔室的空间的运动被阻碍。因而，空化气泡的扩散和发生局限于腔室本身，腔室的材料对空化损坏有抵抗力。这种方案不要求部件具有可动的零件，并且例如它不需要使用相对昂贵的单向阀，单向阀会额外地占据凿岩机中宝贵的空间。

根据本发明的实施方式，所述一系列约束装置和油空隙至少包括两个约束装置和一个油空隙，或者至少包括三个约束装置和两个油空隙等。替代性地，所述一系列约束装置和油空隙包括一个约束装置和两个油空隙，两个约束装置和三个油空隙等。

然而，所述一系列约束装置能够根据需要包括许多约束装置和油空隙，以使得在腔室和空化敏感部件之间的油通道尽可能地长。根据本发明的实施方式，所述一系列约束装置和油空隙包括交替的约束装置和油空隙以使得形成于腔室中的压力降低被过滤并且不会完全地传输至空化敏感部件，并且抑制油在相反方向上的流动。交替的约束装置和油空隙的串接的结合提供过滤功能并且在凿岩机中提供与空化敏感部件相邻的更平滑的压力分布。

根据本发明的另一实施方式，所述约束装置被布置为至少以50%、60%、70%、80%、90%或更多的比例降低所述油通道的横截面面积。应当注意到，在本文件中，表述“约束装置”旨在还包括在凿岩机的相邻的部件之间的间隙，例如，当低压出现在腔室中时，油能够通过该间隙被吸入到腔室中。

根据本发明的又一实施方式，至少一个约束装置被布置为正好与腔室相邻，即，布置于油通道与腔室交汇之处。

根据本发明的实施方式，凿岩机的所述空化敏感部件是密封件或导向装置，例如青铜导向装置。

根据本发明的另一实施方式，所述活塞为减震活塞，或者为在该凿岩机的撞击或破碎器部分中的活塞。

根据本发明的又一实施方式，该凿岩机包括多个空化敏感部件和/或布置为在一个或多个腔室与一个或多个空化敏感部件之间延伸的多个油通道。根据本发明的实施方式，凿岩机的腔室中的至少一个、多个或所有的腔室与液压地连接至腔室的空间基本上隔离。从而，空化敏感部件与空化隔离并且因而被保护免于遭受空化损坏。