CN102459512A - 用于组合流体射流除焦工具的远程操作的模式切换设备以及包括该模式切换设备的工具 - Google Patents

Abstract

一种用于除焦工具的模式切换设备、除焦工具和操作该除焦工具的方法。设备包括特征部件，以使设备可转动地和平移地响应于除焦流体的压力变化，以便使设备在第一操作条件下与除焦工具和除焦流体协同操作，以借助除焦工具的钻孔喷嘴中的一个或多个建立起钻孔模式，并且在第二操作条件下借助除焦工具的切削喷嘴中的一个或多个建立起切削模式。在一种形式中，模式切换设备包括一组或多组串联的密封件，所述一组或多组串联的密封件沿着设备内的部件接合部或者设备与除焦工具之间的部件接合部布置，以帮助将设备内的对咬死敏感的部件与加压的除焦流体冗余地隔离。在另一种形式中，模式切换设备包括气弹簧，以反作用于由加压的除焦流体所施加的力。在又一种形式中，设备包括手动超驰连接件。

Description

用于组合流体射流除焦工具的远程操作的模式切换设备以及包括该模式切换设备的工具

技术领域

本发明总体上涉及用于从诸如用在石油炼制中的焦炭鼓的容器去除焦炭的工具，并且更具体地，本发明涉及一种用于与组合除焦工具一起使用的加强的远程操作的切削模式切换设备。

背景技术

在传统的石油炼制操作中，原油被处理成汽油、柴油燃料、煤油、润滑剂或类似物。通常通过已知为延迟焦化的热裂化工艺回收残余的重质烃副产物。在延迟焦化操作中，在已知为分馏单元的大型火力加热器中重质烃(油)被加热到高温(例如，介于900°F和1000°F之间)。加热的油释放其烃蒸气(尤其包括，煤气、石脑油和轻柴油)到分馏单元的底部以用于处理成有用的产品。残余物则被转移到已知为焦炭鼓的圆柱形容器。这些容器具有30英尺的直径和140英尺的高度，并且典型地构造成成对地操作。温度和保留时间的组合效果让这些已知为石油焦炭(或者更简单地，焦炭)的残余物处于固体的形式。所述焦炭残余物必须被打碎，以便从容器去除，并且优选地通过使用与诸如高压水的除焦流体结合的除焦(或者焦炭切削)工具实现。

这种工具包括液压操作的钻头，所述液压操作的钻头具有钻孔喷嘴和切削喷嘴二者，所述钻孔喷嘴和切削喷嘴构造成输送一股流体射流到固体焦炭。钻头通过容器的顶部中的开口下降到容器中，并且钻头形成为普通的工具外壳，以便使高压水供给可以依据操作模式选择地通过钻孔喷嘴或切削喷嘴。由于较高的流量和压力(例如，在每平方英寸3000磅至4000磅(psi)的压力下每分钟1000加仑(gpm)的流量)典型地用于这些操作，因此同时打开钻孔喷嘴和切削喷嘴既不实际也不符合期望。因而，为了实现这种模式切换，使用分流阀(diverter valve)或其它流动控制装置来根据除焦操作的需要而指引流向所选的喷嘴。有两种通常使用的分流阀设计，这两种分流阀设计都是复杂的，需要多个部件，并且需要非常高水平的制造精度，以便适当地发挥功能。

一种这样的阀是具有径向端口的可往复运动的套管式阀，所述径向端口选择性地与阀本体中的对应端口对准，以指引流向钻孔喷嘴或切削喷嘴。另一种这样的阀是可转动的套管，所述可转动的套管同样具有用于选择性地与阀本体中的对应端口对准的端口。在比较良好的环境中，这两种阀设计将提供适当的导流控制和操作。然而，在钻孔和切削操作中所使用的水典型地被重复循环使用，在该处理中收集了大量悬浮的焦炭粉。这种水在密封件、套管和相关的可滑动接合的相邻工具部件之间经过使焦炭粉局部化沉积。这种沉积可以导致部件堵塞，尤其导致往复运动的套管式阀的滑动部件之间堵塞，由此使阀和除焦工具无法操作。不管阀是通过弹簧、气动装置还是手动装置运动，也会出现类似的结果。一旦工具被堵塞，则在除焦可以重新开始之前工具必须被移除、拆卸和清洁。事实上，传统的自动切换工具中的绝大部分故障是由于焦炭粉进入自动切换室中而导致内部机构粘结(binding)。

与这些早期设计关联的另一个困难在于，这些早期设计在施加切削流体压力时实现其模式切换。这种操作对部件要求苛刻，这是由于在这种高压环境下相邻的滑动部件或往复运动部件中的高摩擦水平使这些部件之间更加难以相对运动。此外，在涉及将高压流体引入到先前未加压的(或者加压不足的)流动路径中的状况下，增加了水锤形成的可能性。另外的问题是，与增大的压力载荷关联的高摩擦水平已经仅增大了由于焦炭粉的存在所产生的摩擦力，由此加剧了往复运动部件的堵塞趋向性。

在由本发明的受让人共同拥有的美国专利5,816,505中开发出并且描述了一种故障相对较少的、可手动切换的组合除焦工具，所述专利通过参考包含于此。该工具的无故障的特性可归因于其模式切换阀设计，所述模式切换阀设计仅包括可转动的导流器板，用于选择性地将切削流体指引到导向孔钻孔喷嘴或全宽度的焦炭切削喷嘴，从而排除掉与其它切换机构关联的运动部件中的绝大部分。此外，因为简单的可转动的平坦导流器板作用在互补的平坦分流阀本体上，所以也能够排除掉部件之间的多个接合部，所述多个接合部到目前为止提供了早期设计的远程操作的切换装置堵塞和关联的故障部位。尽管有这些改进，但是工具仍然需要从焦炭鼓去除，以便改变切削模式。因此，开发出同样由本发明的受让人共同拥有的美国专利6,644,567中说明的一种自动远程操作的除焦工具，所述专利通过参考包含于此。上述专利中公开的工具通过将切换器本体安装到除焦工具而扩展了美国专利5,816,505中公开的工具的操作，其中所述除焦工具可以在从该工具释放切削流体压力时转动工具的导流器板。然而，将有利的是扩展美国专利6,644,567中公开的自动除焦工具的操作性。

发明内容

在本发明的一个方面中，上述优点通过提供一种远程操作的模式切换设备(本文也称为切换机构)而实现，所述远程操作的模式切换设备用于与除焦工具一起使用，以便可以通过阀门组件转动而使除焦工具在钻孔模式和切削模式之间切换。所述设备构造成使得当所述设备连接到除焦工具时，所述设备可转动地和平移地响应于除焦流体压力中的变化，以允许它在钻孔模式和切削模式之间切换。一组或多组串联的密封件沿着接合区域布置，所述接合区域可以包括机械接合部(例如，在两个或更多个轴、轴颈、轴承或相关的连结部件之间)或者流体接合部(例如，在浸泡在共同的流体环境中的两个或更多个部件之间)或者在切换机构中的相对于彼此运动的部件之间以及在相对于彼此运动的切换机构中的一个或多个部件与除焦工具之间所形成的其它这种位置。在本文中，串联的密封件由沿着被密封的表面彼此间隔开的两个或更多个密封件构成，所述表面被密封成使得第二(以及任何后续的)密封件用作暴露于加压流体的第一密封件或其它上游密封件的下游备用密封件。同样在本文中，这种相对运动将理解为包括平移和转动运动中的一个或多个。

使用这种串联的密封件布置有助于将模式切换设备内的对咬死敏感的部件与高度加压的除焦流体和携带的焦炭粉冗余地隔离。在本文中，对咬死敏感的部件理解为模式切换设备中使用的这样的部件，即，所述部件尤其倾向于磨损或粘结，这样会导致设备由于如上所述的在除焦流体中存在有焦炭粉而无法操作。本发明人已经确定，本发明的串联的密封件是避免形成背压上升的特别好的方式，否则会形成背压上升而抵消用于驱动活塞致动机构或者相关的容积式驱动运动装置(positive displacement drive motive device)的任何压力，因而密封布置提供冗余量以减少越过单组唇形密封件(例如，通常用于往复活塞和转动轴的类型的密封件)泄漏的影响。本发明人还已经确定，本发明的串联的密封件的优点在密封件暴露于间歇的加压或运动的状况下尤其有价值。因为本发明的设备涉及密封构件的一定程度的往复运动，所以两组密封件中的第一组密封件暴露于间歇的往复运动。同样地，两组密封件中的第二组密封件暴露于间歇的转动。通过将两种模式的相对运动分开，密封件可以比必须暴露于两种类型的运动的单组密封件更加耐用。因而，可以减少或者避免与单组密封件关联的泄漏(尤其是由于这些密封件随着时间磨损)以及伴随的不可压缩液体围绕设备内的机械构件的积聚，这会导致设备性能劣化，这是因为由于背压而不能容纳往复运动的构件(例如，活塞，在下文中更加详细地说明)的容积位移。更具体地，本发明的这个特征通过使用带通风孔的冗余的密封件布置(通常称为“双阻塞和放出”布置)减少了或者排除掉辅助连接件(污染物通过该辅助联接件可以进入)，以避免加压的切削水泄漏进入自动切换室中。

在任选的形式中，在切换机构中使用的除焦流体流动路径包括非通流(或死端)设计，以便使用于除焦流体的致动切换机构的一部分通过同一个开口或除焦流体进入端口流入和流出，其中流入是沿着第一方向，而流出是总体上沿着与第一方向大致相反的第二方向。在又一个特定的形式中，模式切换设备内的可相对于彼此运动的相邻部件至少包括驱动轴和致动活塞。切换机构的至少一部分和工具之间的可相对于彼此运动的相邻部件在特定的形式中可以是：设备本体与构成工具的一部分的支撑结构(例如，外壳、本体、凸缘或相关的部件)中的至少一个；和驱动轴。驱动轴和致动活塞可以选择地和螺旋地相互协同操作，以便在第一操作条件和第二操作条件之间改变时，驱动轴和致动活塞中的至少一个以至少平移的方式运动，而驱动轴和致动活塞中的另一个以至少转动的方式运动。在特定的结构构造中，切换机构(尤其)由以下部件构成，即：第一驱动器(也称为上驱动器)，其可以连接到用于在工具的钻孔模式和切削模式之间切换的阀；第二驱动器(也称为下驱动器)，其至少与第一驱动器间歇地协同操作；和多个可选择性地接合的构件，其通过第二驱动器与致动活塞协同操作，以便在设备中的加压第一变化中，这些构件中的一个相对于另一个转动，而在设备中的加压第二变化中，这些构件锁定在一起，以便使这些构件相对于彼此都不转动。在后一种布置中，所述构件和第二驱动器联接第一驱动器，以迫使在工具的钻孔模式和切削模式之间(通过阀)切换。如以下将更加详细地说明的那样，这些可选择性地接合的构件优选地是环的形式，其可以包括止动器或相关的联锁构件。这些可选择性地接合的环上的止动器可以是带键的(例如，使一个表面具有坡度，而使另一个表面在所述可相互接合的表面之间正交地(即，垂直地)面对布置)，以允许它们沿着一个转动运动方向锁定在一起，并且沿着相反的转动运动方向彼此转动地脱离。模式切换设备还可以包括可经外部操纵的手动超驰轴，所述手动超驰轴可以通过手动调节该轴而在钻孔模式和切削模式之间改变。在本文中，手动超驰轴可以包括这样的连接形式，即，螺母、铣过的轴端部、有槽的轴端部、或者任何其它相关的可转动的延伸部，这些连接形式可以接合工具并且可以转动。螺母(或者其它离合装置)尤其用于保护内部机构以免沿着错误的方向受力而受到损坏。

在另一种选择中，气弹簧可以用于反作用于由除焦流体施加在切换机构上的加压力。在该形式中，弹簧(未示出)构造为驻留在填充有气体的互补形状的室内的可平移的活塞。在这种构造中，弹簧力直接与气体压力成比例，以便随着活塞被压下，气体被压缩，从而增大弹簧力。这种气弹簧可以包括可调节的特征，以允许比更加固定的传统弹簧(例如，螺旋弹簧或类似物)具有更宽范围的压力反抗的选择。例如，室内的气体量可以通过填充端口(具有明显与篮球相同的形式)引入室内或者从室排出。这在以下方面是有价值的，即，一旦模式切换设备和工具安装在野外，则允许响应于切削压力的变化快速地改变模式切换设备。

在又一种选择中，可以形成通风路径，以允许串联的密封件之间的接合部区域与周围环境之间压力连通。这种通风允许使通过最靠上的密封件或最靠上的多个密封件泄漏的任何加压的除焦流体沿着路线排出到周围环境，而不是越过最靠下的密封件或最靠下的多个密封件。通风路径尤其适于与上述串联的密封件结合地使用，这是由于串联的密封件减小了加压的除焦流体或其它液体进入设备内部(例如，内室)的可能性，在密封件之间的区域被液体填充的情况下，通风路径允许经由唇形密封件的单向密封作用在所述区域中卸压。

根据本发明的另一个方面，公开了一种用于在流体射流除焦工具的切削喷嘴和钻孔喷嘴之间选择性调节除焦流体的路线的远程操作的模式切换设备。所述设备包括：本体，所述本体可以联接到除焦工具；切换机构；和气弹簧，所述气弹簧构造成反作用于由除焦流体施加在切换机构上的加压力。如同前述的方面一样，切换机构可转动地和平移地响应于除焦流体的压力变化，以便在第一操作条件下，模式切换设备与工具和除焦流体协同操作，以借助钻孔喷嘴建立起钻孔模式，而在第二操作条件下，模式切换设备与工具和除焦流体协同操作，以借助切削喷嘴建立起切削模式。气弹簧可以用作回复力，并且在又一个特定的形式中可以是可调节的。这样，回复力弹簧常数可以适合除焦工具要求，以及适合随着工具磨损或者工具暴露于不同的环境所出现的变化。在另一种形式中，气弹簧还包括阻尼器，以便使气弹簧可以是自阻尼的，使得它可以代替传统的阻尼油使用。弹簧中的这种阻尼作用可以通过弹簧内的孔口或相关的端口以与汽车减震器中的方式类似的方式控制。

任选地，模式切换设备可以包括一组或多组串联的密封件，所述一组或多组串联的密封件可以用于将模式切换设备内的一个或多个对咬死敏感的部件与工具内的加压的除焦流体冗余地隔离。另外，可以在串联的密封件之间流体地布置的区域与周围环境之间形成通风路径。同时，密封件和通风孔减小了加压流体(以及携带的焦炭粉或其它污染物)进入切换机构中的机会。

根据本发明的又一个方面，公开了一种除焦工具。该除焦工具包括外壳，所述外壳可以联接到钻杆或者其它除焦流体源。另外，该除焦工具包括一个或多个钻孔喷嘴和一个或多个切削喷嘴以及流动路径，所述流动路径从流体地联接该工具的源输送加压的流体到喷嘴。除焦工具还包括可以在钻孔模式与切削模式之间切换的远程操作的模式切换设备。所述设备可转动地和平移地响应于除焦流体压力中的变化，以允许该设备在钻孔模式与切削模式之间切换。如上所述，一组或多组串联的密封件将促使提高加压流体与切换设备之间的密封水平。这种构造可以例如通过提供加压流体(以及悬浮的焦炭粉或其它颗粒)泄漏进入切换设备中冗余阻碍而帮助减小了切换设备被损坏的可能性。

任选地，装置包括流动控制装置，以便在第一操作条件下，流动控制装置将除焦流体源流体地联接到一个或多个钻孔喷嘴，而在第二操作条件下，流动控制装置将除焦流体源流体地联接到一个或多个切削喷嘴。在更具体的形式中，流动控制装置是阀，例如上述的分流阀或相关的转动响应阀。在另一个选择中，除焦工具包括以上参照本发明的前述方面说明的那些类似的气弹簧和/或大气通风孔。在除焦工具的更具体的形式中，包括响应于控制杆的分流阀板，所述控制杆则通过模式切换设备响应于除焦流体压力中的变化而操纵。

导流器板通过切口、端口或相关的阀部件的选择对准而包括进入导管的通路，所述导管将除焦流体传送到钻孔喷嘴和切削喷嘴中的一个或另一个。在其它形式中，模式切换设备包括多于一组的串联的密封件，其中在甚至更具体的形式中，密封件组中的第一组被放置在可转动的驱动轴与平移活塞或形成该设备的一部分的相关的致动器之间的接合部处，而密封件组中的第二组被放置在可转动的驱动轴与构成切换机构或工具的一部分的固定支撑结构之间的接合部处。在更具体的形式中，可转动的驱动轴是大致管状的、中空的结构，以便使另一个致动设备(例如，活塞或相关的响应压力的致动器)可以同心地放置在限定在驱动轴中的空间内。这样，串联的密封件组中的第一组被放置在可转动的驱动轴的内表面上，并且串联的密封件组中的第二组被放置在驱动轴的外表面上。因而，内表面和外表面具有坚固的屏障，否则会料想到遇到潜在的加压的除焦流体泄漏。可以在串联的密封件组的第一组串连的密封件和第二组串连的密封件之间流体地布置的区域与周围环境(例如大气)之间形成通风路径。同样地，可以在除焦流体通过的相邻面对的部件之间放置牺牲材料层。所述牺牲材料层可以避免调节路线的装置或其它这种阀部件的一部分不适当地磨损。

根据本发明的又一个方面，公开了一种操作组合流体射流除焦工具的方法。所述方法包括：构造所述组合流体射流除焦工具以与自动地响应于除焦流体压力中的变化的模式切换设备协同操作。这样，所述模式切换设备控制除焦流体流过钻孔喷嘴流动路径和切削喷嘴流动路径中的哪一个。所述除焦工具包括气弹簧和串联的密封件中的一个或多个。所述方法还包括：将除焦工具引入除焦容器中并且向该工具提供除焦流体。

任选地，该方法还包括：调节气弹簧的弹簧常数。在另一个选择中，所述方法包括：通过手动超驰螺母手动地调节所述模式切换设备，以便使所述设备内的转动和平移运动的组合致使所述设备在第一操作条件和第二操作条件之间切换，在所述第一操作条件下，所述设备与除焦工具和除焦流体协同操作以建立起钻孔模式，在所述第二操作条件下，所述设备与除焦工具和除焦流体协同操作以建立起切削模式。

附图说明

本发明的以下详细的说明当参照附图阅读时可以最好地理解，其中相同的结构用相同的附图标记指示，并且其中：

图1是根据现有技术的方面的、采用可转动的导流器板的组合焦炭切削工具和模式切换设备的剖面图；

图2A是处于休止状态的根据本发明的方面的远程操作的切削设备的详细的剖视图；

图2B是处于激发状态的根据本发明的方面的远程操作的切削设备的详细的剖视图；

图3是与除焦工具成一体的远程操作的切削设备的示意图；

图4和5是分别处于脱离位置和接合位置的棘轮部分的示意图。

具体实施方式

首先，参照图1，示出了现有技术的除焦工具1，其中保护钻孔刀片或叶片3和模式切换设备4安装在除焦工具1中。模式切换设备4由多个部件构成，包括本体4A、致动器套筒4B、致动器狭槽4C、致动器销4D、弹簧4E、加压流体入口4F、环形的液压缸4G、环形活塞4H、致动器销载体4I和衬垫套筒4J，所述衬垫套筒4J包围控制杆6的下部6B，所述控制杆6还包括可以以花键关系连结在一起的上部6A。控制杆6连接到液压分配导流板(也称为导流器板)5，以便当模式切换设备4被激活时，手动地或者通过来自流体供给(未示出)的顺序地加压和减压操作，控制杆6转动导流器板5，从而致使贯穿导流器板5的轴向尺寸所形成的开口使流体输送导管7以及钻孔喷嘴10或切削喷嘴11交替地暴露于通过入口管或钻杆9输送的高压流体(例如，水)的供给。在图1中绘制的变型方案中，钻孔喷嘴10与加压流体供给流体连通，以便将大致向下的高压流体流引导到焦炭(未示出)中，由此钻出孔以便设备4的其余部分跟进。借助于其可转动的安装结构联接到控制杆6的导流器板5的大致平面的盘状形状允许通过导流器板5的间歇计时转动而在切削模式和钻孔模式之间切换。此处将不重复导流器板5的构造和操作的细节，可以说在共同拥有的美国专利6,644,567中可以找到这些细节。本领域的技术人员将应当理解，本发明的特征属性不取决于导流器板5的圆盘形状，只不过本文所公开的特征部件可以与图1中所示的这种装置协同操作，以交替地密封和暴露端口，以使一个或多个端口是能起作用的，而一个或多个其它的端口是不起作用的。类似地，密封作用也不必是在两个平坦表面之间，因为通过导流器板5或其附属物的轮廓表面(contouredsurface)在端口的边缘处的局部接触将实现相同的效果。

因为在极高(例如，5000psig或者更大)的压力下输送除焦流体，所以除焦流体能够在导流器板5切断钻杆9和流体输送导管7之间的流动的位置处横过导流器板5施加很大的压差。这样产生高达40,000lbf的力，该力将导流器板5和导流器本体耐磨板8压在一起，这继而产生很大的静摩擦，这种很大的静摩擦趋向于阻止导流器板5和导流器本体耐磨板8之间的相对转动。在自动的形式中，例如在美国专利6,644,567中所述，模式切换设备4设计成在减压时切换，这是因为一旦导流板5开始运动，摩擦(并且伴随地，转动导流器板5所需要的驱动力)随着导流板5完成转动所需要的个别时间量(discrete amountof time)而减小。该切换模式优于在加压期间的切换，在加压期间的切换中，增大的压力可能会将摩擦增大到这样的摩擦水平，即，所述摩擦水平可以使诸如导流器板5和导流器本体耐磨板8的相邻部件之间的相对运动变得困难，并且增加了磨损。另外的优点在于，以较低的流量和压力(典型地，在500psig之下)执行切换，以避免在导流器板5从一组开口运动到另一组开口时出现水锤效应。尽管如此，对于高压除焦流体而言，仍然有泄漏到模式切换设备4中的路径。例如，为了帮助导流器板5和控制杆6之间容易转动而在导流器板5和控制杆6之间形成的大致水平的狭槽容许引入加压的除焦流体。此外，在控制杆6与除焦工具本体的其余部分之间存在有较小的环形间隙；该间隙延伸了从控制杆6的顶部(在该处形成上述间隙)到其底部(在该处控制杆与模式切换设备4连结)的控制杆6的长度。这种间隙提供了从上方的水平狭槽到流体入口4F和环形的液压缸4G的泄漏行进路径。另外，活塞4H的环形构造使得需要往复活塞密封件(未示出)作用在内径密封面和外径密封面二者上，由此增大了泄漏和相关的故障的机会。

接下来参照图2A、2B和3，示出了根据本发明的一方面的模式切换设备100的详细的剖视图。与图1中所示的装置的环形活塞4H不同，使用实心活塞140。在图1中所采用的环形方式中，液压缸4G、环形活塞4H和致动器销载体4I与衬垫套筒4J协同操作，以便在衬垫套筒4J和包围的设备本体4A之间形成间隙，以限定环形的液压缸4G，用于接收加压流体和随后的向下的活塞4H的驱动，其中所述衬垫套筒4J围绕下控制杆6B布置并且邻接除焦工具的与钻孔喷嘴10相邻的底部。通过形成在衬垫套筒4J的顶部中的流体入口4F实现加压。环形活塞4H驱动致动器销载体4I，所述致动器销载体4I围绕衬垫套筒4J和下控制杆6B同心地布置，并且承载一个或多个径向突出的致动器销4D。致动器套筒4B位于衬垫套筒4J下方并且被致动器销载体4I包围。致动器狭槽4C接收致动器销4D，所述致动器狭槽4C与致动器销4D一起协同操作以实现切换；这些致动器狭槽4C位于衬垫套筒4J的螺旋路径上，沿着衬垫套筒4J的周边延伸，以便对于致动器销载体4I的每次向下运动而言(以及对于致动器销载体4I的每次向上运动而言)，衬垫套筒4J充分转动以确保棘爪或相关的机构接合在所关联的棘轮装置上。一个或多个弹簧4E将致动器销载体4I和环形活塞4H偏压在形成为流体入口4F的一部分的端口上，以便允许通流。弹簧力(或弹簧常数)通过弹簧4E的特性固定，所述弹簧4E的特性包括由材料选择、线规和线圈匝数率(coil turn rate)所产生的那些性能。虽然先前的装置的活塞4H的环形构造使得难以获得通过本发明的串联的密封件所给予的冗余保护，但是本发明的设计的实心形状意味着仅需要密封一个往复运动的表面。

设备100容纳在外壳或本体110和罩120中，并且设备100附装到除焦工具300上以形成除焦工具300的底部部分。在一种形式中，形成到除焦工具300的一部分中的凸缘310或者相关的安装结构可以用作除焦工具300和设备100之间的接合部。例如，这种接合部可以是套筒轴承或相关的表面的形式，所述表面提供用于可转动的驱动轴130的转动和相关的支撑，所述可转动的驱动轴130用于致动导流器板320，所述导流器板320构成除焦工具300的一部分并且与图1的装置的导流器板5类似。除焦工具300安装到钻杆400，高压水或其它除焦流体被供给通过所述钻杆400。可转动的驱动轴130由上部(也称为上驱动器)130A和下部(也称为下驱动器)130B构成，在所述下部130B中形成有大致竖直的直线的狭槽130C。上驱动器130A的大致管状的圆柱形形状(尤其在图2A和2B中所示)接合凸缘310的下表面，以便能够用作除焦工具300和设备100之间的接合部。例如，所述接合部可以是套筒轴承的形式。上驱动器130A在导流本体的顶部处的封闭的余隙区域(clearance area)中居中，从而最小化任何径向的载荷分布。因而，连接件为可转动的驱动轴130提供支撑，所述可转动的驱动轴130用于致动导流器板320，所述导流器板320以与图1的装置的导流器板5大致类似的方式操作。

驱动轴130延伸通过设备100，以便使上部130A的顶部联接到控制杆106，所述控制杆106驱动导流器板320的可转动的部分320A，而凸缘310和导流器板320的不可转动的部分(即，固定的耐磨板)320B二者保持静止不动。如同上述的除焦工具300的连接一样，可转动的驱动轴130可以例如通过套筒轴承或其它公知的转动连接件布置在外壳110中的互补的表面内。往复运动的液压致动器(尤其是活塞140的形式)大致与可转动的驱动轴130共线，并且响应于从上方除焦流体和下方可调节的气弹簧150分别施加到活塞140的上表面142和下表面143的驱动力而沿着设备100的大致竖直的轴线A往复运动。如上所述，被供给的除焦流体优选地是加压的水，所述加压的水可以用于钻孔应用和切削应用两种应用，以及提供用于使设备100在操作的钻孔模式和切削模式之间切换的驱动力。本领域的技术人员将应当理解，其它部件(例如，以下将说明的那些部件)可以与活塞140结合地使用，以构成用于实现导流器板阀调(valving)和相关的模式切换的目的的致动器。气弹簧150在图2A中示出为处于其延伸状态，而在图2B中示出为处于其压缩状态，并且气弹簧150包括活塞150A(所述活塞150A可以具有与上述活塞140的形状大致类似的形状)，所述活塞150A被配合在可隔离气体的室150B(示出为占据了外壳110的下部中的空间)内或者以其它方式与所述可隔离气体的室150B协同操作。

接下来说明用于协同操作以帮助模式切换的部件的细节。通常，模式切换部件依据作用在活塞140上的两种驱动力(即，除焦流体或弹簧150)中的哪一个驱动力占优势而容许设备110处于两种状态中的一种状态下。在其中由除焦流体所产生的力较大的操作条件下，活塞140位于竖直下部的位置中并且通过导流器板320建立起用于除焦工具300的切削喷嘴或钻孔喷嘴的流动路径。同样地，在其中由弹簧150所产生的力较大(例如，在加压的除焦流体的供给被切断的情况下)的操作条件下，活塞140位于竖直上部的位置中，并且活塞140通过导流器板320的齿合(ratcheting)或计时的转动运动将流动路径联接从切削模式或钻孔模式中的一个切换到切削模式或钻孔模式中的另一个。所述齿合运动主要地在驱动轴130(所述驱动轴130包括上驱动器130A、下驱动器130B和形成在下驱动器130B的上部延伸部中的竖直狭槽130C)中进行，也通过活塞140的往复运动和间歇的转动运动。如上所述，可以例如通过用户决定的加压气体的引入来调节弹簧150的弹簧力，所述加压的气体例如是氮气或其它适当的流体。此外，弹簧150的操作可以减少阻尼油的需求或者使得不在需要阻尼油。

驱动轴130和液压活塞140通过与液压活塞140的下端部协同操作或者形成在所述液压活塞140的下端部中的一个或多个销144而处于彼此协同操作的布置中，其中形成在下驱动器130B中的竖直狭槽130C接收销144。另外，当销144在由弹簧150所产生的向上偏压的作用下横过大致螺旋的路径144A(在图2A中示出其细节)时，采用一对环133和134以帮助上述活塞140的间歇的转动运动，所述大致螺旋的路径144A形成在致动器凸轮132中，所述致动器凸轮132围绕下驱动器130B和竖直狭槽130C同心地布置，所述一对环133和134中的第一个进行严格的旋转运动，而所述一对环133和134中的第二个进行严格的平移运动。转动环133被键入到凸轮132的顶部以及形成下驱动器130B的一部分的大致竖直的狭槽130C。紧邻转动环133的下方布置有固定环134，所述固定环134通过固定到外壳110的保持器135的竖直突出部被约束而不能够转动。销144、活塞140和互补的狭槽130C、致动器凸轮132和环133、134的连接使得产生类似剪刀的运动。

接下来参照图4和5，使用一对单向环133和134以促进驱动轴130和所附装的导流器板320的选择性齿合运动。示出了转动环133和固定环134之间的协同操作，其中转动环133和固定环134通过固定环中的多达四个的带斜面的轴向齿134A和转动环中的匹配的狭槽133A彼此接合。凸轮132和转动环133的连接使得当凸轮132转动(在活塞140的向下行进期间由销144的力所导致)时，该连接强制环133跟随，因为齿134A和狭槽133A之间的接触面的倾斜接合，这帮助转动环133从固定环134脱离(所述固定环134通过从保持器135竖直向上突出而约束转动运动)，并且仅沿着一个方向转动。在齿134A和狭槽133A接合时，防止转动环133沿着相反的方向转动。弹簧机构160(在图2A和2B中示出)竖直地向上加压在固定环134上，以将齿134A接合在狭槽133A中。齿134A和狭槽133的脱离的表面的斜度连同弹簧机构160的强度一起确定使转动环133与固定环134脱离所需要的转矩。当齿134A再次接合时，这种布置给机构的这个部分提供咬合作用；所述咬合作用提供转动环133和固定环134之间的可靠配合的额外指示。齿134A和狭槽133A的接合表面具有楔角以确保当沿着相反的方向向转动环133施加转矩时齿134A和狭槽133A保持接合。在固定环134的沿直径相对的外表面处形成的大致竖直的狭槽134B用于接收保持器135的上突起，而弯曲弹簧160将偏压施加到固定环134的下表面上，其中弯曲弹簧160的下端部由下驱动器130B支撑。虽然弯曲弹簧160在图2A和2B中概念上示出为螺旋弹簧，但是弯曲弹簧160更加优选地是多碟形弹簧(multiple bellevillespring)的形式，以更好地利用其工作在受限空间环境中的优点。

再次参照图2A、2B和3，在除焦操作期间，形成在导流器板320的两个可轴向对准的板320A和320B中的相应的切削切口或钻孔切口可以通过转动板320A以允许高压除焦流体从钻杆400传送到适当的一组喷嘴410或411而彼此协同操作。在这种状况下，从上方由除焦流体形成在导流器板320上的静压力仅仅通过由作用在导流器板320的可转动部分320A上的不平衡力所产生的摩擦限制导流器板320转动。该不平衡力是由于形成在导流器板320的可转动部分320A中的一组端口被堵住而产生，在导流器板320覆盖所述一组端口处的上侧上所形成的压力以及在导流器板320的被堵住的端口一侧上的大气压力起作用而提供必要的摩擦。由通过起作用的喷嘴组410或411的流动所产生的背压而导致起作用的端口被加压，而不起作用的端口通过不起作用的喷嘴组410或411通向大气而通风。因而，控制机构的活动的是这些部件之间的相对摩擦，使得在加压期间，这个摩擦约束导流器板320的可转动部分320A、控制杆106和驱动轴130转动。

工具100上的来自除焦流体的压力作用在活塞140的上端部142上，从而产生向下的力，所述向下的力当达到超过气弹簧150中的预载荷的水平时，致使液压活塞140向下平移。一个或多个销144沿着由狭槽130C所限定的路径竖直地向下运动，所述狭槽130C如上所述通过导流器板320处的摩擦保持固定，并且作用在凸轮132的螺旋狭槽上，从而强制凸轮132转动。同样地，图5中所示的环133和134的连接强制两个环133和134相对于彼此转动。活塞140的这种平移运动以及凸轮132和环133的转动运动持续进行，直到活塞140的下表面143搁置在下驱动器130B的肩部131B上为止时。在一个优选的形式中，下板320B用作与上板320A面对相邻的耐磨板。可以尤其参见图3，耐磨板320B用作凸缘310的上端部处的固定附属物，并且耐磨板320B构造成牺牲的表面，所述牺牲的表面当磨损时可以通过再铺平或替换而被周期性地更新，由此避免需要修理或替换更加复杂的凸缘310。在工具300的加压期间，一旦活塞140克服了弹簧150中的预载荷，则活塞140开始向下运动。在该向下运动期间，由于作用在致动凸轮132中的螺旋狭槽上的销144和下驱动器130B中的直线狭槽130C，所以环133能够相对于环134转动。在这一点上，因为相对于环134转动环133所需要的转矩不足以克服固定耐磨板320B和转动的上板320A之间的摩擦，所以导流器板320中的摩擦防止驱动器130转动。这致使狭槽130C保持固定，从而强制致动凸轮132相对于驱动器130B转动。活塞140的向下行进如上所述被阻止，从而确保环133和134相对于彼此停止在正确的索引位置中，并且限制了弹簧150上的压缩程度。

尤其详细地参照图2B，当从设备100去除压力时(例如，当从钻杆400减少了或者去除了除焦流体的流动时)，弹簧150迫使活塞140向上。与上述的向下运动不同，当环133和134相对于彼此沿着相反的转动方向运动时，借助齿134A和狭槽133A的重叠的正常接触并且借助阻止齿134A和狭槽133A之间脱离的相关阻力，环133和134保持联接在一起。因而，现在直接联接到保持器135和凸轮132二者的两个环133和134在活塞140向上运动期间在保持转动地固定。销144被再次强制跟随对这些小144所设定的路径，但是这次，所述路径通过大致螺旋的路径144A确定，所述大致螺旋的路径144A形成在现在静止的致动凸轮132中，所述现在静止的致动凸轮132由于环133和134之间的锁定作用而约束由销144沿着向上方向所导致的转动。这个运动继续，直到活塞的肩部141接触上驱动器130A的下肩部131为止，从而限制活塞的向上行进。另外，驱动轴130现在转动，从而通过竖直狭槽130C的驱动轴130的联接也迫使跟随销144的螺旋路径。因为由作用在轨道130C上的销144所导致的转矩不足以克服导流器板320处的摩擦所导致的制衡压力，所以下驱动器130B最初被约束转动。随着工具300中的压力进一步衰减，由于对来自弹簧150的力制衡的活塞140中的力减小了，所以销144中所导致的净向上的力增大。同时，导流器板320处的摩擦阻力随着衰减的压力而减小。当由销144所导致的增大的轴转矩达到可以克服导流器板320处的减小的摩擦的水平时，开始切换动作。由于该切换动作在衰减的压力期间开始发生，而一旦导流器板320开始转动，则由导流器板320处的摩擦所产生的力减小，切换模式变化时的压力是一致的，并且因此是可重复的并且明确的。此外，如上所述，这样可通过改变弹簧150的充气压力(charging pressure)来进行调节。气弹簧150的充气压力影响压缩弹簧150所需要的水压力的大小(也称为设置压力)，由此允许机构开始切换。

如上所述弹簧150可以另外包括阻尼特征部件，所述阻尼特征部件用于控制机构运动的速率。如以上提及的那样，这种特征部件可以是与气弹簧150成一体的减震器的形式。通常，阻尼保持足够高，以便使气弹簧充气压力中的变化对切换的速率仅有较小的影响。虽然没有示出，形成保持可加压气体的可隔离的容器的室150B可以包括与汽车减震器的特征部件类似的特征部件，包括通过一个或多个内部孔口连接的内圆柱形区域和外圆柱形区域，所述一个或多个内部孔口可以布置成控制弹簧内的气体的运动速率。加压的气体(也称为充填介质)可以是任何传统的气体(并且优选是惰性气体)，例如氮气。在一种形式中，该气体可以被加压到为设备100提供适当的阻尼所必需的程度，例如介于约200磅每平方英寸和约1500磅每平方英寸之间，以便产生约20英寸每秒的活塞150A最大行进速度，这在行进速度对行近距离图表中呈现出突然的且较早下降。此外，本发明人已经确定模式切换设备4可以包括转矩调节以最优化切换压力。

该阻尼特征部件的重要方面在于，它提供了自持的(selfcontained)、不用维护的方式来控制设备100内的运动速率。因为模式切换在减小的压力上发生，所以一旦固定板320A和转动板320B之间的转动开始后，在导流器板320处在固定板320A和转动板320B之间的接合部处不存在用于制动的显著的摩擦。没有这种摩擦阻力意味着设备100会趋向于超过用于接下来的操作模式的正确索引位置。通过机械装置避免这种状况的现有的尝试是无效的，这是由于现有的尝试趋向于引入较高的分应力(component stress)，否则将不能有效地抑制与导流器板转动关联的动量。使用本发明所公开的阻尼特征部件来限制设备100的加速度和动量提高了控制设备100的停止位置的能力。在先前存在的设计中阻尼的缺点在于它在阻尼机构的室内使用液体；这种液体易于(通过泄漏)损失、过量填充、或者由于切削流体通过密封件泄漏而受到污染。继而，必要的是使用外部端口以帮助维修和水平控制。确切存在的这些外部端口已经证实是来自外部环境的污染和/或较差执行的维修中所导致的故障的潜在原因。

在其中期望手动改变设备100的模式的状况中，工具100也可以通过将扳手放置在超驰连接件(示出为轴的形式)170上并且用适当的工具转动它而手动地切换，其中所述超驰连接件170位于罩120的上部上。继而，这驱动一组锥齿轮180A和180B，所述锥齿轮180A和180B中的一个附装到下驱动器130B。上述的弹簧加载的环133和134的咬合作用给操作员提供对于何时工具100到达其接下来的计时位置的感觉。超驰连接件170上具有指示器标识，以视觉上示出设备100的位置。另外，超驰连接件170具有单向离合器以在超驰期间限制可以沿着转动的相反方向施加的转矩。这种单向离合器可以是超驰连接件170和用于转动该超驰连接件170的工具之间的螺母。另外，在超驰期间通过环133和134之间的抵抗反向转动的台阶状接合部锁定所述机构。向后转动驱动连接件170致使驱动连接件170松脱，而不是损坏设备100的内部机构。

注意到，活塞140和驱动轴130A和130B在工具100切换时一起转动。因此，活塞140相对于驱动轴130的运动是严格的往复运动，而驱动轴130相对于本体110的运动是严格的转动。模式切换设备100的主要输出是通过输出驱动器130的九十度增量的转动运动，所述输出驱动器130继而用于以与美国专利5,816,505或6,644,567的方式大致类似的方式转动导流器板。如同那些设计一样，“死端”设计通过与流体进入的端口相同的端口排出全部加压流体，从而提供了清洁作用，所述清洁作用减小了焦炭粉(coke fine)积聚和堵塞工具100的切换机构的可能性。因而，就工具100的每次减压而言，在先前的加压中进入环形缸体中的所有切削流体连同悬浮的焦炭粉一起从该缸体通过其没有流通(flow-through)的流出端口排出。

设备100的一个特征在于，设备100包括非通流(即，死端)的设计，所述非通流的设计确保用于实现两种模式之间的切换的除焦流体和悬浮在其中的焦炭粉全部通过与流体进入的路径相同的路径从液压缸排出，由此防止焦炭粉积聚在设备100中并且防止由于悬浮的焦炭粉或其它污染物所导致的部件堵塞和相关的故障的伴随的可能性。

除了死端的设计以外，设备100包括：第一对串联的密封件190A和190B，其沿着可转动的驱动轴130的接触设备100的本体110的外表面布置；和第二对串联的密封件190C和190D，其与可转动的驱动轴130的内表面和活塞140的外表面协同操作。每对密封件的最靠上的密封件190A和190C密封住从除焦工具引入到设备100中的除焦流体的压力，而每对密封件的最靠下的密封件190B和190D减小了越过最靠上的密封件190A和190C泄漏的任何加压流体将到达本体110的内部区域的可能性。密封件190A和190C位于密封件190B和190D竖直上方，而密封件190A和190B相对于密封件190C和190D布置在径向外部。在每对密封件之间(例如，在上密封件190C和下密封件190D之间)是一系列径向延伸的通风孔200A和200B，以允许密封件之间的空间通向大气。这样，在串联的密封件之间(不管是在初级外密封件190A和次级外密封件190B之间还是在初级内密封件190C和次级内密封件190D之间)所形成的任何泄漏将不会产生伴随的压力上升，这是由于用于任何这种压力上升的优先路径将通过通风孔200A和200B。因此，每对密封件的第一密封件190A和190C密封住除焦流体的压力，而每对密封件的第二密封件190B和190D确保越过第一密封件190A和190C的任何泄漏不能进入设备100的本体110的内部区域中。串联的密封特征与使用弹簧150的气体阻尼器特征相结合，避免将部件不必要地暴露于苛刻的焦炭切削环境。如从设备100的操作方式显而易见的是，在活塞140的向下冲程期间活塞140相对于驱动轴130往复运动，以便使活塞140相对于驱动轴130的上驱动器130A纯粹地平移。因而，第二对串联的密封件190C和190D用于减少或者消除除焦流体横过支承面或者活塞140和驱动轴130之间的相关的接合部的泄漏。

上述讨论重点放在由于在切换机构室内存在有加压的切削水而导致的工具故障。真实情况是在活塞上具有背压将减小发展的力，并且因此成为性能问题。然而，除了压力之外，由于活塞需要排量以适当地发挥功能，所以存在于活塞的背面处的不可压缩的流体可以是个问题。在不可压缩的液体不断完全填充切换机构的室的情况下，可以防止活塞展开全行程。在现有技术的构造中，采用传统的安全阀来避免这种状况。将这种安全阀暴露于外部环境，会导致较高的故障可能性，由此允许来自外部环境的污染物(所述污染物包括消耗的切削水和来自切削操作的残渣)进入切换机构的室中，并且与单独的切削水相比，增大了更加严重的污染和机构卡住的机会。串联的密封件190A至190D(全部是唇形密封件的形式)可以通过使用径向延伸的通风孔200A和200B之间的通风的空隙区域来降低出现上述现象的机会，其中所述空隙区域防止切削水在压力下到达第二(即，下游)密封件(例如，密封件190B和/或190D)并防止切削水泄漏到设备100的其它部件中。同样地，所述通风的空隙(或者孔隙的)区域防止背压上升。此外，通风的空隙允许第二唇形密封件由于其单向密封性能而用作用于设备100的一体的安全阀。在本文中，密封件190A和190C被认为是初级密封件，而密封件190B和190D被认为是次级密封件。通风部位处于被很好地保护的环境中，并且唇形密封件释放下游流体的方式不倾向于在通风期间允许固体迁移到设备100的内部室部分中。

虽然为了说明本发明的目的已经示出了某些代表性的实施例和细节，但是对于本领域的技术人员将明显的是，可以在没有脱离在所附权利要求书中所限定的本发明的范围的情况下进行多种改变。

Claims (27)

1.一种远程操作的模式切换设备，用于在流体射流除焦工具的切削喷嘴和钻孔喷嘴之间选择性地调节除焦流体的路线，所述设备包括：

本体，所述本体构造成联接到所述除焦工具；

切换机构，所述切换机构布置在所述本体中，并且能够转动地和平移地响应于除焦流体的压力变化，以便在第一操作条件下，所述设备与所述除焦工具协同操作，以借助所述钻孔喷嘴建立起钻孔模式，而在第二操作条件下，所述设备与所述除焦工具协同操作，以借助所述切削喷嘴建立起切削模式；和

至少一组串联的密封件，所述至少一组串联的密封件沿着接合部布置，所述接合部通过以下(a)和(b)中的至少一个形成：(a)所述设备内的能够相对于彼此运动的相邻部件；(b)所述切换机构的至少一部分和所述除焦工具之间的能够相对于彼此运动的相邻部件，所述至少一组串联的密封件和所述接合部协同操作，以便使所述设备内的至少一个对咬死敏感的部件与所述除焦工具内的加压的除焦流体冗余地隔离。

2.根据权利要求1所述的模式切换设备，其中，所述至少一组串联的密封件包括多组串联的密封件。

3.根据权利要求2所述的模式切换设备，其中，所述多组串联的密封件中的第一组串连的密封件布置在所述设备内的能够转动的驱动轴和平移的致动器之间的接合部处，并且所述多组串联的密封件中的第二组串连的密封件布置在所述能够转动的驱动轴与固定支撑结构之间的接合部处，所述固定支撑结构形成在所述切换机构和所述除焦工具中的至少一个上。

4.根据权利要求3所述的模式切换设备，其中，所述多组串联的密封件中的所述第一组串连的密封件布置在所述能够转动的驱动轴的内表面上，而所述多组串联的密封件中的所述第二组串连的密封件布置在所述能够转动的驱动轴的外表面上。

5.根据权利要求2所述的模式切换设备，所述模式切换设备还包括通风路径，所述通风路径形成在周围环境和一区域之间，所述区域流体地布置在所述至少一组串联的密封件中的第一密封件和第二密封件之间。

6.根据权利要求1所述的模式切换设备，所述模式切换设备还包括气弹簧，所述气弹簧构造成平移地反作用于由所述加压的除焦流体施加在所述切换机构上的力。

7.根据权利要求6所述的模式切换设备，其中，所述气弹簧包括：

能够加压的气体，所述能够加压的气体容纳在所述本体内的能够隔离的室内；和

活塞，所述活塞与所述能够加压的气体协同操作，并且所述活塞沿着所述除焦工具的由所述加压的除焦流体操作的一部分的平移运动的方向基本对准，以便当由于与所述气弹簧相称的弹簧常数所产生的力足以克服施加在所述除焦工具的所述部分上的力时，所述设备致使所述除焦工具的所述部分作为模式切换的一部分运动。

8.根据权利要求7所述的模式切换设备，其中，所述气弹簧包括能选择性地密封的气体引入端口，以允许通过改变所述加压气体的压力来调节所述弹簧常数。

9.根据权利要求6所述的模式切换设备，其中，所述气弹簧包括形成在其中的减震机构。

10.根据权利要求1所述的模式切换设备，其中，用在所述切换机构中的除焦流体流动路径包括非通流设计，以便使用于致动所述切换机构的所述除焦流体的一部分在加压时通过除焦流体进入端口沿着第一方向流入，并且然后在减压时通过所述除焦流体进入端口沿着总体上与所述第一方向相反的第二方向流出。

11.根据权利要求1所述的模式切换设备，其中，所述设备内的能够相对于彼此运动的所述相邻部件至少包括驱动轴和致动活塞，并且所述切换机构的至少一部分和所述除焦工具之间的能够相对于彼此运动的所述相邻部件包括：构成所述除焦工具的一部分的支撑结构和所述本体中的至少一个；和所述驱动轴。

12.根据权利要求11所述的模式切换设备，其中，所述驱动轴和所述致动活塞选择性地且螺旋地协同操作，以便在所述第一操作条件和所述第二操作条件之间改变时，所述驱动轴和所述致动活塞中的至少一个以至少平移的方式运动，而所述驱动轴和所述致动活塞中的另一个以至少转动的方式运动。

13.根据权利要求11所述的模式切换设备，其中，所述切换机构包括：

第一驱动器，所述第一驱动器构造成致动所述除焦工具中的阀；

第二驱动器，所述第二驱动器至少与所述第一驱动器间歇地协同操作；和

多个能够选择性地接合的构件，所述多个能够选择性地接合的构件通过所述第二驱动器与所述致动活塞协同操作，以便在所述设备中的第一加压变化中，所述多个能够选择性地接合的构件中的一个相对于另一个转动，并且在所述设备中的第二加压变化中，所述多个能够选择性地接合的构件中的两个所述构件锁定在一起，以便使二者都不转动，使得所述构件和所述第二驱动器联接所述第一驱动器，以便在所述除焦工具中的所述钻孔模式和所述切削模式之间改变。

14.根据权利要求13所述的模式切换设备，其中，所述多个能够选择性地接合的构件包括第一环和第二环，其中，在所述切换机构加压期间，所述第一环相对于所述第二环转动，而在所述切换机构减压期间，所述第一环相对于所述第二环不转动。

15.根据权利要求1所述的模式切换设备，所述模式切换设备还包括手动超驰螺母，所述手动超驰螺母与所述切换机构协同操作，以便由此能够实现所述设备中的一部件的转动运动，通过所述设备中的一部件的转动能够在所述钻孔模式和所述切削模式之间改变。

16.根据权利要求1所述的模式切换设备，所述模式切换设备还包括超驰连接件，所述超驰连接件能够转动地联接到所述切换机构。

17.一种远程操作的模式切换设备，用于在流体射流除焦工具的切削喷嘴和钻孔喷嘴之间选择性地调节除焦流体的路线，所述设备包括：

本体，所述本体构造成联接到所述除焦工具；

切换机构，所述切换机构能够转动地和平移地响应于除焦流体的压力变化，以便在第一操作条件下，所述设备与所述除焦工具和所述除焦流体协同操作，以借助所述钻孔喷嘴建立起钻孔模式，而在第二操作条件下，所述设备与所述除焦工具和所述除焦流体协同操作，以借助所述切削喷嘴建立起切削模式；和

气弹簧，所述气弹簧构造成反作用于由所述除焦流体施加在所述切换机构上的加压力。

18.根据权利要求17所述的模式切换设备，其中，所述切换机构还包括：

至少一组串联的密封件，所述至少一组串联的密封件沿着接合部布置，所述接合部通过以下(a)和(b)中的至少一个形成：(a)所述设备内的能够相对于彼此运动的相邻部件，和(b)所述切换机构的至少一部分和所述除焦工具之间的能够相对于彼此运动的相邻部件，所述至少一组串联的密封件和所述接合部协同操作，以便使所述设备内的至少一个对咬死敏感的部件冗余地与所述除焦工具内的容纳加压的除焦流体的区域隔离；和

通风路径，所述通风路径形成在周围环境与一区域之间，所述区域流体地布置在所述至少一组串联的密封件中的第一密封件和第二密封件之间。

19.一种除焦工具，其包括：

外壳，所述外壳构造成联接到除焦流体源；

至少一个钻孔喷嘴和至少一个切削喷嘴；

用于选择性地调节除焦流体的路线的选择性路线调节装置，用于使除焦流体通过所述外壳并到达所述至少一个切削喷嘴和所述至少一个钻孔喷嘴中的一个；

驱动单元，所述驱动单元构造成操作所述选择性路线调节装置；和

模式切换设备，所述模式切换设备用于通过所述驱动单元控制所述选择性路线调节装置，所述模式切换设备能够转动地和平移地响应于所述除焦流体的压力变化，以便在第一操作条件下，所述除焦工具借助于所述至少一个钻孔喷嘴建立起钻孔模式，而在第二操作条件下，所述除焦工具借助于所述切削喷嘴建立起切削模式，所述模式切换设备包括布置在其中的至少一组串联的密封件，所述至少一组串联的密封件协同操作，以将所述模式切换设备内的对咬死敏感的部件与所述除焦工具中的容纳加压的除焦流体的区域冗余地隔离。

20.根据权利要求19所述的除焦工具，其中，所述选择性路线调节装置包括流动控制装置，以便在第一操作条件下，所述流动控制装置将所述除焦流体源流体地联接到所述至少一个钻孔喷嘴，而在第二操作条件下，所述流动控制装置将所述除焦流体源流体地联接到所述至少一个切削喷嘴。

21.根据权利要求20所述的除焦工具，其中，所述流动控制装置包括分流阀。

22.根据权利要求19所述的除焦工具，所述除焦工具还包括气弹簧，所述气弹簧与所述设备协同操作，以反作用于由所述除焦流体施加在所述设备上的加压力。

23.根据权利要求19所述的除焦工具，所述除焦工具还包括牺牲材料层，所述牺牲材料层布置在所述模式切换设备和所述选择性路线调节装置之间。

24.一种操作组合流体射流除焦工具的方法，所述方法包括：

构造所述除焦工具以与模式切换设备协同操作，所述模式切换设备与自动地响应于除焦流体中的压力变化，以便使所述设备控制所述除焦流体流过钻孔喷嘴流动路径和切削喷嘴流动路径中的哪一个流动路径，所述除焦工具包括以下部件中的至少一个：

气弹簧，所述气弹簧与所述设备协同操作，以反作用于由所述除焦流体施加在所述设备上的加压力；

串联的密封件，所述串联的密封件沿着接合部布置，所述接合部通过以下(a)和(b)中的至少一个形成：(a)所述设备内的能够相对于彼此运动的相邻部件，和(b)所述设备和所述除焦工具之间的能够相对于彼此运动的相邻部件，所述至少一组串联的密封件和所述接合部协同操作，以便使所述设备内的至少一个对咬死敏感的部件与所述除焦工具中的以加压形式容纳所述除焦流体的区域冗余地隔离；和

限定所述钻孔喷嘴流动路径的至少一部分的至少一个钻孔喷嘴和限定所述切削喷嘴流动路径的至少一部分的至少一个切削喷嘴；

将所述除焦工具引入到除焦容器中；和

向所述除焦工具提供所述除焦流体。

25.根据权利要求24所述的方法，所述方法还包括：调节所述气弹簧的弹簧常数。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述调节所述气弹簧的弹簧常数包括改变所述气弹簧内的弹簧室的初始加压量。

27.根据权利要求24所述的方法，所述方法还包括：通过手动超驰连接件手动地调节所述设备，以便使所述设备内的转动和平移运动的组合致使所述设备在第一操作条件和第二操作条件之间切换，在所述第一操作条件下，所述设备与所述除焦工具和所述除焦流体协同操作以建立起钻孔模式，在所述第二操作条件下，所述设备与所述除焦工具和所述除焦流体协同操作以建立起切削模式。

Images