CN100591971C - 用于设备的机械动力阻尼系统 - Google Patents

Abstract

一种用来将井下工具内的井下元件与在操纵和使用井下工具的过程中通常所经历的冲击和振动隔离开来的装置和方法。该装置和方法包括许多互锁的钩子和环，其可粘结到井下元件上，并将井下元件阻尼地固定到井下工具上。包括互锁的钩子和环的材料是高温材料，其性能不受高温影响。

Description

用于设备的机械动力阻尼系统

技术领域

本发明一般涉及将设备从机械动力隔离开的领域。更具体地说，本发明涉及一种为对冲击和振动敏感的元件提供阻尼的方法和装置。

背景技术

近来可以看到包含数据处理元件的电气处理设备和装置的普遍实施，该数据处理元件例如是印刷电路板、集成电路、电阻器、电容器等。这些设备现在可用在汽车、摩托车、飞机和轮船中。其也可用于其他设备如计算机、微处理器、电控制器和传感器中。在其中实施电气处理设备的许多应用中，其可受到一些型式的冲击和振动。在电气处理设备基本用作用于电信号的管道或开关时，其仍主要由固体结构形成。因此在这种设备经历一些型式的振动和/或冲击时，其出现故障或者功能性能力减小。为了调整这种状态，在过去建议采用振动和冲击阻尼器。这些阻尼器包括机械弹簧、橡胶减震器、隔膜、弹性支架和弹性体复合物。这些设备的示例可在Singh的美国专利US6130284、Lee等人的美国专利US6621694、Mintzlaff的美国专利US4893210、Yamashita的美国专利US6354575、Dean的美国专利US4429348、Parson的美国专利US6473309和Heinrich等人的美国专利US4382587中找到。

目前在碳氢化合物的勘探和生产中使用的许多井下工具都采用称作井下组件的灵敏电气处理设备。井下组件包括但不限于电气设备、电气元件、电路、印刷电路板、井下传感器、冷却元件、天线、接收器。在井筒内使用的过程中，或者在已经装配之后和在井筒内使用之前的操纵过程中，井下工具也经常经历高冲击和振动条件。冲击或振动时常可损害井下组件，由此致使该组件不起作用或失效。此外，使用过程中的冲击和振动可造成井下组件提供错误数据，在井下组件是监控井下数据以用于随后分析的传感器时尤其如此。苛刻的井下条件引入必须考虑的另一个环境因素，其就是高温，有时可超过200℃。因而，用于井下应用的任何阻尼设备或元件必须能够在操作温度的期望范围内相对一致地运行。

已经进行了用来减轻在操纵和使用井下工具的过程中井下元件所经历的机械动力的冲击和振动的各种尝试。这些尝试通常包括试图利用一些型式的弹性体来抑制作用于井下元件的冲击和振动。例如，已经采用橡胶O形圈来将井下元件与井下工具所经历的冲击和振动隔离开来。附加地，井下元件已经在井下工具内安置于粘弹性材料上，以努力使得施加给井下元件的冲击和振动最小化。然而，这些静态悬挂系统总是扩大由冲击所感应的振动的效应而不是将该效应减至最小。因此，就需要将井下工具的井下元件从使用、操纵和装配井下工具的过程中所遇到的冲击和振动的损害和数据改变效应隔离开来的设备和方法。

发明内容

本发明包括用于将设备从表面上与机械动力隔离开来的阻尼系统，该阻尼系统包括具有配合侧和连接侧的一些第一阻尼材料以及具有配合侧和连接侧的一些第二阻尼材料，其中，一些第一冲击吸收材料的配合侧包括许多向外延伸的部件，一些第二阻尼材料的配合侧包括许多向外延伸的部件。一些第一阻尼材料可粘附到设备上，一些第二阻尼材料可粘附到表面上，此处，第一阻尼材料的许多向外延伸的部件与第二阻尼材料的许多向外延伸的部件配合。

一些第一阻尼材料的至少一部分向外延伸的部件应与一些第二阻尼材料的至少一部分向外延伸的部件摩擦接触。在本发明的可替换实施例中，一些第一阻尼材料的向外延伸的部件由许多钩子组成，一些第二阻尼材料的向外延伸的部件由许多环组成。可选择地，一些第一阻尼材料的向外延伸的部件由许多环组成，一些第二阻尼材料的向外延伸的部件由许多钩子组成。可替换地，一些第一阻尼材料的向外延伸的部件由许多指形物组成，一些第二阻尼材料的向外延伸的部件由许多指形物组成。

第一平滑表面的表面积优选大致等于设备的可连接部分的表面积。该设备可从由电路板、电子设备、数据记录装置、电接收器和发射机、传感器、以及印刷电路板组成的组中选择。阻尼材料应适于高温应用，并适用于井眼内。

本发明包括将具有可连接区域的设备与机械动力隔离开来的方法。本发明的方法包括将一些第一阻尼材料的连接侧固定到一部分设备上、将一些第二阻尼材料的连接侧固定到表面上、以及将一些第一阻尼材料的配合侧与一些第二阻尼材料的配合侧相配合。本方法还可包括将一些第一阻尼材料的连接侧固定到一部分冲击感应设备上，其中，该部分的表面积大致与设备的可连接区域的表面积相同。其中，一些第一阻尼材料的配合侧可由许多钩子组成，所述一些第二阻尼材料的配合侧可由许多环组成。可选择地，一些第一阻尼材料的配合侧可由许多环组成，一些第二阻尼材料的向外延伸的部件可由许多钩子组成。而且，一些第一阻尼材料的配合侧可由许多指形物组成，一些第二阻尼材料的配合侧可由许多指形物组成。

使用该方法的设备可从由电路板、电子设备、数据记录装置、电接收器和发射机、传感器、以及印刷电路板组成的组中选择。阻尼材料应适于高温应用以及适于井下应用。

附图说明

图1a是示出阻尼材料与冲击感应装置组合的一个实施例的侧视图。

图1b是示出阻尼材料的一个实施例的侧视图。

图2a示出阻尼带的一个实施例的侧视图。

图2b示出阻尼带的一个实施例的侧视图。

图2c示出阻尼带的一个实施例的侧视图。

图3示出用本发明的一个实施例固定的井下元件的透视图。

图4示出附装了阻尼材料的壳体和传感器。

图5示出具有阻尼材料的传感器的横截面视图。

图6示出本发明的一个实施例的交迭结构。

具体实施方式

此处参考附图，图1中以侧视图示出本发明的一个实施例。设备12通过一对阻尼带18可松开地固定到表面10上。设备12可以是易于受到机械动力(如冲击、振动和冲击或振动)的损害或不利影响的任何设备。这种设备的示例包括电子元件如电路板、电子设备、数据记录装置、电接收器和发射机、以及传感器等，但不限于此。表面10因此可代表设备12通常可以固定于其上的结构或底座。基础10的可能示例包括计算机中的电子元件安装板、飞机中的隔板/架子、井下工具内的用于井下元件的安装表面和用于机械动力感应设备地其他固定表面。各个阻尼带18包括具有连接侧15和配合侧13的阻尼材料。

各个阻尼带18的配合侧13应具有形成于其上的大量向外延伸的部件11。向外延伸的部件11应能够与形成在相应的阻尼带18的配合侧13上的部件11协作配合。协作配合包括阻尼材料的相应部分上的这些部件11具有可释放地相互连接的能力，以及具有吸收和减轻在相互配合时施加于这些部件上的机械动力的能力。机械动力包括冲击、振动以及冲击和振动的组合。如图1所示，阻尼材料的配合涉及将阻尼材料的两个相应部分(或两个阻尼带18)的配合侧13推动在一起，这样，相应的向上延伸的部件11就摩擦接触地配合到一起。因此，在阻尼带18配合时，阻尼带18的部件11就摩擦接触。部件之间的这种配合的摩擦接触吸收和减轻其中一个阻尼带18所经历的机械动力。因此，在本发明的两个阻尼带18配合时，其相互固定到一起，同时仍与另一个所经历的机械动力隔离开来。

各个阻尼带18的连接侧15应能够固定到设备12或表面10上。连接侧15应主要是平坦和水平的表面，以用于附装到设备12或表面10上。阻尼带18的连接侧15的固定附接装置可包括粘结剂如RTV材料、胶水或环氧树脂；其他可替换的固定包括机械固定如螺栓、螺钉、铆钉、销等。

因而，在本发明的阻尼带18可配合或固定到一起时，任一阻尼带18可与施加于另一个阻尼带18上的机械动力隔离开来。同样地，本发明的阻尼带18具有在将设备12从表面10所经历的机械动力隔离开来的同时，将设备12可释放地固定到表面10上的能力。

如图2a所示，优选置于阻尼材料上的向外延伸的部件11包括许多钩子25和环24，如VELCRO

钩子25和环24设在一对相对的阻尼带18的配合侧13上。将其上设置了钩子25和环24的表面连接，就提供了可释放的粘结和机械动力吸收能力。可替换地，如图2b所示，阻尼材料的向外延伸的部件13可由许多指形物17组成。在具有多个指形物17的阻尼带18配合时，各个相对的阻尼带18上的指形物17可摩擦接触。相对的指形物17之间的摩擦接触具有机械动力吸收能力，因此，固定有具有多个指形物17的阻尼带18的任何设备12可从机械动力的损害和有害效应隔离开来。

图3以分解图示出本发明的可替换实施例。图3所示的本发明的实施例包括附装到井下元件和底盘26上的许多阻尼带18。在图3所示的实施例中，示出的井下元件是印刷电路板20(PCB)。底盘26示出具有由该底盘26的侧面28连接的两个大的圆柱端27，该侧面28沿着底盘26的轴线延伸。底座29形成在底盘26内，基本垂直于侧面28并连接底盘26的端部27。槽32沿着底盘26的长度形成，其周边由侧面28和端部27限制，其底部由底座29限制。

在图3的实施例中，优选粘附到底座29上的阻尼带18由许多钩子25和环24组成。更具体地说，许多互锁的钩子25应置于其配合侧上。同样地，优选固定到井下元件上的阻尼带18包括置于其配合侧上的许多互锁环24。应该指出，本发明不限于使用图3所示型式的底盘26，而是包括任何型式的目前已知或随后研制的用于将井下元件固定到井下工具内的安装设备。

如前所述，图3以分解图示出本发明的实施例。因此，在示出图3中的阻尼带18与PCB 20分离开时，一旦进行装配，应该将冲击吸收带18在PCB 20的平滑侧固定连接到其底部，优选利用RTV型式的粘结剂进行连接。本发明的其他装配包括在对置的阻尼带18已经各自固定连接到底座29和PCB 20上之后，使相对的阻尼带18在其配合侧相互配合。应该注意在阻尼带18的配合侧包括钩子25和环24时将相对的阻尼带18进行配合。重要的是，在钩子25和环24之间存在适当的容差，从而将井下元件与损坏力隔离开来。如果钩子25和环24配合得太松或太紧，PCB 20(或其他类似的井下元件)将不能与机械动力隔离开来。本领域技术人员在不需要过度实验的情况下，就有能力确定钩子25和环24之间的适当容差。

如图4和5所示，本发明也可用于将井下元件沿圆柱方向固定在壳体或外壳内，该壳体或外壳固定在井下工具内。此处示出的封闭外壳33包括半球形的壳体顶部35和半球形的壳体底部37，其中，壳体顶部35和壳体底部37各自沿着其轴线是中空的，以在其内接收圆柱形传感器39。内部阻尼材料40在平滑侧45固定到圆柱形传感器39的外表面上，这样，配合侧47就从圆柱形传感器39向外突出。相应的外部阻尼材料42可环绕在内部阻尼材料40周围，其配合侧49向内突出，以挡住内部阻尼材料40的配合侧47。阻尼吸收材料42的行程可超过360°，由此形成重叠部分53。当内部和外部阻尼材料40，42附装到传感器39上时，整个组件就可装载在封闭外壳33内。封闭外壳33内的相应内部和外部阻尼材料40，42可将圆柱形传感器39与施加于该封闭外壳33上的机械动力隔离开来。

图6示出在易于受到冲击和/或振动的损害的设备(如PCB 20)上采用阻尼带18的可替换方式。此处多个阻尼带18缠绕在PCB 20周围，单独的阻尼带18的配合侧面向紧接着的邻接阻尼带18的配合侧。尽管图6所示的配合元件包括钩子14和环17，但是，本发明的这个实施例的配合侧可包括此处披露的任何紧固表面。包围设备30通过应用于其中一个阻尼带18的光滑表面15上的粘结剂固定到底座上。

可替换地，内部阻尼材料40可附装到传感器39上，外部阻尼材料42可固定到壳体顶部35和壳体底部37的内部。以这种方式设置内部和外部阻尼材料40，42可容许传感器39固定在壳体33内，并保护其不受机械动力。阻尼材料可包括图2a中所设置的钩子25和环24、图2b中的多个指形物17以及图2c中的球形顶端的指形物。

阻尼带18覆盖可连接区域的覆盖量也很重要。可连接区域是指设备12上的阻尼带18可连接到其上的区域。例如，在井下元件是PCB20时，其可连接区域主要是PCB 20的底部上的区域。在井下元件是圆柱形传感器39时，可连接区域基本等于沿着该圆柱形传感器的轴线的外部径向表面，且不包括传感器的端部。关于PCB 20等物品，为了有效地保护PCB 20不受机械动力，粘结到PCB 20上的阻尼带18的面积(覆盖面积)应该与可连接区域的面积基本相同。然而，已经发现，其他型式的元件已经可根据元件的坚固程度和物理参数如元件质量、惯性力矩和硬度来要求不同大小的覆盖面积。其他变量包括阻尼带18的型式以及温度。振动测验设备如振动器的使用可用来调整元件并确定具体元件所需的覆盖面积。

由于阻尼带18在井下可经历高温，该阻尼带18可包括高温材料。为了本发明的目的，高温材料包括那些能够经受大约150C至大约175℃而不会在性能上有任何明显降低的材料。NOMEX

是一种这样的材料，其能够满足在高温井下操作所必需的性能标准。因而，在本发明的示范性示例中，冲击吸收带18可包括NOMEX

等材料。

因此，此处所述的本发明也适于实现目的并获得上述的结果和优点，以及其他内在的特点。尽管为公开目的而给出本发明的优选实施例，但是，在用于实现想要的结果的步骤的细节上存在各种变化。例如，除了上述的钩子、环和多个相对的指形物之外，阻尼带18也可包含许多钩子和钩子、环和环、指形物和钩子、或者指形物和环。这些变化和其他类似的修改将容易地暗示本领域技术人员，并包含在此处披露的本发明的精神和附属权利要求的范围内。

Claims (6)

1.一种用于将具有可连接区域的井下元件与机械动力隔离开的方法，包括：

将第一阻尼部件的连接侧固定到一部分井下元件上；

将第二阻尼部件的连接侧固定到表面上；

将第一阻尼部件的配合侧上的多个向外延伸部件与第二阻尼部件的配合侧上的多个向外延伸部件配合成摩擦接触；以及

将第一阻尼部件的连接侧固定到一部分井下元件上，其中，所述一部分井下元件的表面积大致与井下元件的可连接区域的表面积相同；

确保相配合的向外延伸部件之间存在适当的公差，以将井下元件与所述表面所受到的机械动力隔离。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阻尼部件的向外延伸部件由许多钩子组成，所述第二阻尼部件的向外延伸部件由许多环组成。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阻尼部件的向外延伸部件由许多环组成，所述第二阻尼部件的向外延伸部件由许多钩子组成。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阻尼部件的向外延伸部件由许多指形物组成，所述第二阻尼部件的向外延伸部件由许多指形物组成。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述井下元件选自由印刷电路板、井下传感器组成的组中。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二阻尼部件能够承受150℃-175℃的温度。

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