CN103770330B - 对封隔器的胶筒进行二次成形的加工装置和加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对封隔器的胶筒进行二次成形的加工装置和加工方法。加工装置包括沿封隔器输送方向排布的加热单元、辊轧单元和定形单元；加热单元包括可发出热能的加热件，加热件用于对胶筒进行加热使得胶筒的温度高于其转变温度；辊轧单元包括一对或多对沿封隔器输送方向排布的辊轧件，每对辊轧件包括第一辊子和第二辊子；定形单元包括具有腔体的筒体，该筒体的内壁与经过辊轧单元辊轧后的胶筒的外径相匹配。相较于其他的加工方法，辊轧成形较为平稳，胶筒受力比较均匀稳定，在辊轧成形之后胶筒不存在应力集中的问题，因而有利于在井下作业时胶筒变形。

Description

对封隔器的胶筒进行二次成形的加工装置和加工方法

技术领域

本发明涉及一种加工装置，尤其涉及一种对封隔器的胶筒进行二次成形的加工装置和加工方法。

背景技术

在油气开采中，封隔器是重要的井下层间隔离工具。封隔器被广泛应用于完井、采油、注水、储层改造、井下作业等领域。

在经过不懈努力的开发研究后，本领域技术人员提出了将形状记忆材料(Shapememorypolymer，或简称SMP)应用于封隔器的设想。

形状记忆材料具有在常温下形状记忆材料显著表现为弹性，而在一个特定温度之上又显著表现为可任意变形的特性。这个特定温度即为形状记忆材料的转变温度。当将形状记忆材料加热至其转变温度之上时，对该形状记忆材料施加载荷使其变形为所需形态，保持这一载荷并降低温度至室温，该材料卸载后形态将保持。之后，再将温度加热至转变温度之上，形状记忆材料将恢复形变前的初始形态。该形状记忆材料的形变规律是，在形变过程中形状记忆材料的体积不发生变化(有关形状记忆材料的相关资料可参考：张晟，罗海亚等热致型形状记忆高分子材料的研究进展高分子材料科学与工程2008(8))。

中国专利申请号为201310083062.9、名称为“基于形状记忆材料的封隔器”的专利申请文件，公开了一种带有形状记忆聚合物的封隔器。图1是基于形状记忆材料的封隔器1的结构示意图。如图1所示，该封隔器1包括油管14、套设在油管14上的胶筒11、套设在油管14上且连接于胶筒11一端的固定端总成12、套设在油管14上且连接于胶筒11另一端的浮动端总成13，胶筒11由形状记忆聚合材料制成。封隔器1的工作过程依赖于胶筒11的形变。故而对于基于形状记忆材料的封隔器1来说，胶筒11的加工成形是制造封隔器1的关键。

形状记忆材料的加工一般需要两次成形。第一次成形是指对形状记忆材料进行第一次形变并赋予形状记忆材料初始形状的过程。第二次成形是指对处于初始形状的形状记忆材料进行升温直至再次形变并将第二次形变固定下来的过程。在现有技术中，基于形状记忆材料的封隔器仅仅是一种设计构想，这是因为本领域普通技术人员并未找到合适的方法和装置能够对由形状记忆材料制成的胶筒进行第二次成形。

发明内容

本发明的发明目的在于，提供了一种对封隔器的胶筒进行二次成形的加工装置和加工方法，其能够实现封隔器的胶筒的二次成形。

本发明公开了一种对封隔器的胶筒进行二次成形的加工装置，它包括沿封隔器输送方向排布的加热单元、辊轧单元和定形单元；其中，所述加热单元包括可发出热能的加热件，所述加热件用于对所述胶筒进行加热使得所述胶筒的温度高于其转变温度；所述辊轧单元包括一对或多对沿封隔器输送方向排布的辊轧件，每对辊轧件包括第一辊子和第二辊子，所述第一辊子可相对所述第二辊子反向转动，所述第一辊子的外缘开设有第一环形槽，所述第二辊子的外缘开设有第二环形槽，在所述第一辊子和所述第二辊子反向转动时，所述第一环形槽与所述第二环形槽形成辊轧通道；所述定形单元包括具有腔体的筒体，该筒体的内壁与经过辊轧单元辊轧后的胶筒的外径相匹配。

优选地，所述加热单元还包括具有内腔的加热筒，所述加热件位于所述加热筒的内腔中。

优选地，所述加热单元还包括内衬套，所述内衬套位于所述加热筒的内腔中，所述内衬套的外壁与所述加热筒的内壁形成间隔空间，所述加热件位于间隔空间中。

优选地，所述辊轧单元还包括动力部件，所述动力部件包括电动机和由电动机驱动的传动轮组，所述传动轮组与所述辊轧件相一一对应。

优选地，所述辊轧单元还包括箱体，所述辊轧件转动设置在所述箱体上，所述箱体内还设置有保温部件，所述保温部件用于保持所述胶筒的温度高于其转变温度。

优选地，所述辊轧单元包括多对辊轧件，所述辊轧件形成的辊轧通道的截面积沿着封隔器输送方向逐渐减小。

优选地，所述辊轧单元包括多对辊轧件，多对辊轧件中的任一个带动所述封隔器向前运动的速度相同。

优选地，它还包括定位单元，所述定位单元包括一个或多个沿封隔器输送方向排布的支撑架，每个支撑架包括支撑架侧板和转动连接于所述支撑架侧板的托滚。

优选地，它还包括输送单元，所述输送单元包括牵引轮和电机。

本发明还公开了一种对封隔器的胶筒进行二次成形的加工方法，它包括：

A、对封隔器中已经一次成形后的胶筒进行预热使得胶筒均匀升温，直至胶筒的温度高于其转变温度之上；

B、维持胶筒的温度高于其转变温度，将胶筒自封隔器的固定端总成的一端向封隔器的浮动端总成的一端进行辊轧，辊轧采用多对辊轧件，辊轧件形成的辊轧通道的截面积沿着封隔器输送方向逐渐减小，使得胶筒产生体积恒定的形变；

C、对胶筒施加载荷使得胶筒维持其拉伸后的形状。

本发明采用辊轧成形，辊轧单元构成的辊轧通道保证了胶筒的形状精度，保证胶筒在形变过程中尺寸均匀。本发明还可以采用多级辊轧件进行逐步辊轧。胶筒受力平稳，外径尺寸逐步降低，成品率高。在定形时，上筒体和下筒体共同对胶筒施加载荷。胶筒各截面受力均匀，并由内至外产生形变。成形后的胶筒材料性质稳定。该加工装置的集成度高。定位单元、加热单元、辊轧单元和定形单元集成在同一个加工装置中。

附图说明

图1显示了本发明中基于形状记忆材料的胶筒的封隔器的结构示意图。

图2显示了本发明对封隔器的胶筒进行二次成形的加工装置的结构示意图。

图3显示了本发明中加热单元的结构示意图。

图4显示了本发明中辊轧单元中辊轧件的结构示意图。

图5显示了本发明中辊轧单元的主视图。

图6显示了本发明中辊轧单元的后视图。

图7显示了本发明中辊轧单元的俯视图。

图8显示了本发明中辊轧单元打开箱体后的立体结构示意图。

图9显示了本发明中定形单元的结构示意图。

图10显示了本发明对封隔器的胶筒进行二次成形的加工装置的另一结构示意图。

图11显示了本发明中定位单元的结构示意图。

图12显示了本发明中支撑架的结构示意图。

图13显示了本发明中输送单元的结构示意图。

图14显示了本发明对封隔器的胶筒进行二次成形的加工装置的爆炸结构示意图。

图15显示了由形状记忆材料制成的胶筒的形变示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。

在本发明加工装置的第一实施例中，参照图2所示，该加工装置包括加热单元2、辊轧单元3、定形单元4。加热单元2、辊轧单元3和定形单元4自右至左并列排布。带有胶筒11的封隔器1从右至左依次通过加热单元2、辊轧单元3和定形单元4。

以下就本发明中的加工装置的结构进行具体说明。

参照图3所示，加热单元2包括可发出热能的加热件22。加热件22用于对胶筒11进行加热，使得胶筒11的温度高于胶筒11的转变温度。加热单元2还可以包括沿封隔器1的输送方向延伸的加热筒21。加热筒21具有沿封隔器1的输送方向延伸的内腔25。加热件22位于加热筒21的内腔25中。在本实施例中，加热件22可以为呈管状的电加热元件。当呈管状的电加热元件为多个时，多个呈管状的电加热元件还可以沿加热筒21的圆周方向排布，以保证均匀加热。加热筒21外还可以设置有一层隔热泡沫塑料24。隔热泡沫塑料24能够减小热量的散失，提高加热单元2的工作效率。加热筒21还可以包括位于其内腔25中的内衬套23。内衬套23的外壁与所述加热筒21的内壁形成一间隔空间26。加热件22位于该间隔空间26中。内衬套23将加热件22和被加热的胶筒11进行物理隔离。内衬套23阻隔了加热件22对胶筒11进行直接加热，防止胶筒11由于受热过度而损坏。同时，由于内衬套23的体积较大导热较快。加热件22散发出的热量率先在内衬套23内部传导，使得内衬套23各处的温度基本保持一致，防止胶筒11受热过度而被烧坏。在加热筒21内还可以设置有第一传感器(图中未示出)，第一传感器用于检测加热筒21中的温度。

参照图4至图8所示，辊轧单元3包括一对或多对沿横向排布的辊轧件30。如图4所示，每对辊轧件30包括第一辊子31和第二辊子32。第一辊子31可以绕其自身轴线转动，第二辊子可以绕其自身轴线转动。第一辊子31的轴线与第二辊子32的轴线相平行。第一辊子31的外缘开设有以第一辊子31的自身轴线为中心的第一环形槽311。第二辊子32的外缘开设有以第二辊子32的自身轴线为中心的第二环形槽321。在第一辊子31与第二辊子32反向转动时，第一环形槽311和第二环形槽321相对形成纵截面为圆形的辊轧通道301。当封隔器1的胶筒11进入某一对辊轧件30的辊轧通道301时，该对辊轧件30中的第一辊子31和第二辊子32对胶筒11进行辊轧使得胶筒11的外径尺寸转变为该辊轧通道301的尺寸。在本实施方式中，第一辊子31位于上方，第二辊子32位于下方。第一环形槽311的纵向截面呈上半圆形。第二环形槽321的纵向截面呈下半圆形，并且第二环形槽321的纵向截面的半径与第一环形槽311的纵向截面的半径相同。

辊轧单元3还可以包括箱体34。如图5、图6和图8所示，箱体34具有一空腔341，第一辊子31和第二辊子32大体位于箱体34的空腔341中。第一辊子31的一端312伸出箱体34外，第一辊子31的另一端313通过轴承33转动设置在箱体34上。第二辊子32的一端322伸出箱体34外，第二辊子32的另一端323通过轴承33转动设置在箱体34上。轴承33可以是耐高温双滚珠轴承。该种轴承33可以承受中度载荷，还可以在100-130℃正常工作。

辊轧单元还可以包括动力部件。动力部件包括电动机35和由电动机35驱动的传动轮组。传动轮组和辊轧件30相一一对应。具体的，如图5、图6和图7所示，当辊轧件30为一对时，动力部件包括主传动轮组36。主传动轮组36包括相互啮合的第一传动轮361和第二传动轮362。电动机35的输出轴351与第一传动轮361或第二传动轮362相传动。当电动机35启动时，电动机35驱动第一传动轮361和第二传动轮362反向转动。第一传动轮361与第一辊子31伸出箱体34的一端312相连接。第二传动轮与第二辊子32伸出箱体34的一端322相连接。当辊轧件30为n对时，其中n为大于或等于2的正整数，动力部件包括主传动轮组36和n-1个从动传动轮组37。每个从动传动轮组37具有一个与其相对应的辊轧件30。每个从动传动轮组37包括第三传动轮371和第四传动轮372。第三传动轮371通过皮带、链条等传送件与第一从动轮371相传动连接。第四传动轮372通过皮带、链条等传送件与第二传动轮372相传动连接。第三传动轮371与与其相对应的第一辊子31伸出箱体34的一端312相连接。第四传动轮372与第二辊子32伸出箱体34的一端322相连接。

当辊轧单元3包括多对沿横向排布的辊轧件30时，多对沿横向排布的辊轧件30形成的沿着胶筒11输送方向排布的辊轧通道301逐渐变小。在本实施例中，辊轧件30可以为三个。在胶筒11向前输送的过程中，胶筒11随着辊轧通道301逐渐变小而逐步产生形变。假设需要对胶筒11产生同等的形变量，相较于仅包括一对辊轧件30的加工装置，采用多对辊轧件30的加工装置将胶筒11的形变量分配到各对辊轧件30上。因而采用多对辊轧件30的加工装置中辊轧件30受到的冲击力较小，加工出的胶筒11的精度较高。同时由于每对辊轧件30对胶筒11的形变量具有一个极限值，采用多对辊轧件30对封隔器1的胶筒11进行逐步变形，就可以增加胶筒11的形变范围。在一个优选的实施方式中，多对辊轧件30带动所述封隔器1向前运动的速度相同，使得胶筒11向前运动的速度保持一致，避免了胶筒11发生挤坏、错位或开裂。

如图8所示，在箱体34的空腔341中还可以设置保温部件38。保温部件38用于将胶筒11的温度维持在其转变温度之上。在本实施例中，保温部件38可以为呈管状的电加热元件。呈管状的电加热元件可以位于箱体34的上部和下部。箱体34上还可以设置有观察窗342，通过观察窗342可以观测箱体34内部的工作情况。在箱体34内还可以设置有第二传感器(图中未示出)，第二传感器用于检测箱体34中的温度。

参照图2所示，定形单元4包括具有腔体411的筒体41，该筒体41的内壁与经过辊轧单元辊轧后的胶筒的外径相匹配。筒体41用于对静置于其腔体中的封隔器的胶筒施以静压力。在此过程中，胶筒11逐渐冷却，由于胶筒11受到持续的静压力使得胶筒11无法变回一次成形时的状态。当封隔器的胶筒的温度降至室温后，胶筒11的内部微观结构发生改变。胶筒11辊轧后的形态得以保持。此时，将胶筒11从筒体41中取出，胶筒11也不会发生收缩。

在本实施例中，参照图9所示，筒体41包括第一筒42、可相对第一筒42转动的第二筒43。第一筒42开设有第一槽421，第二筒43开设有第二槽431。在第一筒42相对第二筒43转动时，第一筒42可以相对第二筒43闭合，此时，第一槽421和第二槽431形成筒体的腔体411。定形单元4还可以包括压紧件44，压紧件44用于将第一筒42紧固在第二筒42上保证第一筒42和第二筒43的闭合。压紧件44包括固定设置在第一筒42上的第一紧固件441和螺纹连接于第一紧固件441上的第二紧固件442。当第一筒42和第二筒43闭合后，第一紧固件441和第二紧固件442将第一筒42和第二筒43抵紧。

综上所述，该加工装置通过辊轧成形，保证了胶筒11的形状精度，使得胶筒11在形变过程中尺寸均匀。由于辊轧拉伸的施力较为平稳缓和，因此，胶筒11受力平稳。胶筒11在辊轧成形之后不存在应力集中的问题，利于封隔器1后续的工作。在定形时，上筒体43和下筒体42共同对胶筒11施加静压力。胶筒11各截面受力均匀，并由内至外产生形变。成形后的胶筒11材质稳定。该加工装置的集成度高，结构简易，加热单元2、辊轧单元3和定形单元4集成在同一个加工装置中。

在本发明优选的一个实施方式中，参照图10所示，加工装置还可以包括定位单元6和输送单元5。定位单元6位于加热单元的上游即图中右侧位置，用于在对封隔器1的胶筒11进行加热前对封隔器进行定位。输送单元5用于将封隔器1在上述各个单元中进行转移。

在本实施方式中，参照图11和图12所示，定位单元6包括一个或多个沿封隔器1的输送方向排布的支撑架61，任一个支撑架61包括一对支撑架侧板62和转动连接于所述支撑架侧板62的托滚63，所述托滚63用于承接所述封隔器1的油管14，所述托滚63的转动轴线与所述封隔器1的输送方向相垂直。封隔器1导入该加工装置时，将封隔器1的油管14放置在该定位单元6的托滚63上。在封隔器1向前输送的过程中，托滚63随之转动，即能够保持封隔器1始终在一个平面上运动，还能够减小封隔器1在运送中的摩擦力。支撑架61还可以沿着封隔器1的输送方向滑动。这样可以根据封隔器1的长度来调整支撑架61的位置，以保证封隔器1的定位准确。参照图12所示，支撑架61还可以包括用于带动所述封隔器1向前输送的滑动辊65。所述每对支撑架侧板62上开设有一供所述滑动辊65在其内部滑动的滑槽64。所述滑动辊65的滑动方向与所述封隔器1的输送方向大体平行。滑动辊65对封隔器1的上部起到限位作用，其能够防止封隔器1在输送过程中的跳动。同时，滑动辊65还可以起到辅助输送的作用以减小摩擦力。

参照图图10和图13所示，输送单元5包括位于定形单元4一侧的牵引轮51、电机52和由牵引轮51驱动的牵引绳(图中未绘出)，所述牵引绳与所述封隔器1在其固定端总成12的一端相固连。电机52用于控制牵引轮51的转动。在牵引轮51的转动过程中，牵引绳带动封隔器1运动。

在本发明的一个更优选的实施方式中，参照图14所示，加热单元2的加热筒21和辊轧单元3的箱体34通过法兰固定连接。加热筒21和箱体34固定设置在第一基座71上。定形单元4的筒体41设置在第二基座72上。定位单元6的支撑架61固定设置在第三基座73上。第一基座71和第二基座72可以通过第一连接件连接。第一连接件包括设置在第一基座71上的第一定位销组合81和设置在第二基座72上的第一定位套组合82。第三基座73与第一基座71可以通过第二连接件连接。第二连接件包括设置在第一基座71上的第二定位套组合84和设置在第三基座上的第二定位销组合83。第一连接件和第二连接件可以降低该加工装置的组装难度，提高了第一基座71、第二基座72和第三基座73的装配速度。在根据第一连接件和第二连接件的定位安装完毕后，加工装置中的各个单元处于同一个定位基准。这样胶筒11可以同步加工而不产生剧烈的跳动。为了提高强度，第一基座71、第二基座72、第三基座73还可以由标准型钢焊接而成。

图15显示了由形状记忆材料制成的胶筒11的形变示意图。结合图1和图15所示，在低于转变温度的情况下，胶筒11在经过第一次成形形变后处于状态一，此时的胶筒11的外径尺寸较大长度较小。在高于转变温度的情况下，胶筒11在经过第二次成形形变后处于状态二，此时的胶筒11相较于状态一时，其外径尺寸变小长度变大。为了将胶筒11拉伸形变保持下来，胶筒11受到静压力直至其温度低于转变温度后处于状态三，此时的胶筒11与状态二时的胶筒11的外径尺寸和长度都相同。但是处于状态三的胶筒11在低于转变温度的情况下不会发生形变。当封隔器1需要进行密封时，对处于状态三的胶筒11进行升温使得其温度高于转变温度，此时处于状态三的胶筒11发生再一次的形变达到状态四。相较于状态三时，处于状态四时的胶筒11的外径尺寸大且长度较小。

对封隔器1的胶筒11进行二次成形的加工方法包括以下步骤：

A)对封隔器1中已经经过一次成形的胶筒11进行预热使得胶筒11均匀升温，直至胶筒11的温度高于其转变温度之上，一般的，胶筒的转变温度在80至160℃。这个温度是由胶筒11所采用的材料而确定。

B)在胶筒11的温度高于其转变温度的情况下，将胶筒11自封隔器1的固定端总成12的一端向封隔器1的浮动端总成13的一端进行辊轧，使得胶筒11产生体积恒定的形变。在该步骤中，为了保证胶筒11的温度高于其转变温度，还可以对胶筒11进行保温。在该步骤中，还可以对胶筒11进行多级辊轧，使得胶筒11的外径尺寸逐渐变小以减小胶筒11的形状复位。

C)对胶筒11施加静载荷使得胶筒11维持其拉伸后的形状。

下表中显示了胶筒11在成形过程中的尺寸以及相关参数。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种对封隔器的胶筒进行二次成形的加工装置，其特征在于：它包括沿封隔器输送方向排布的加热单元、辊轧单元和定形单元；其中，

所述加热单元包括可发出热能的加热件，所述加热件用于对所述胶筒进行加热使得所述胶筒的温度高于其转变温度；

所述辊轧单元包括一对或多对沿封隔器输送方向排布的辊轧件，每对辊轧件包括第一辊子和第二辊子，所述第一辊子可相对所述第二辊子反向转动，所述第一辊子的外缘开设有第一环形槽，所述第二辊子的外缘开设有第二环形槽，在所述第一辊子和所述第二辊子反向转动时，所述第一环形槽与所述第二环形槽形成辊轧通道；

所述定形单元包括具有腔体的筒体，该筒体的内壁与经过辊轧单元辊轧后的胶筒的外径相匹配。

2.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于：所述加热单元还包括具有内腔的加热筒，所述加热件位于所述加热筒的内腔中。

3.根据权利要求2所述的加工装置，其特征在于：所述加热单元还包括内衬套，所述内衬套位于所述加热筒的内腔中，所述内衬套的外壁与所述加热筒的内壁形成间隔空间，所述加热件位于间隔空间中。

4.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于：所述辊轧单元还包括动力部件，所述动力部件包括电动机和由电动机驱动的传动轮组，所述传动轮组与所述辊轧件相一一对应。

5.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于：所述辊轧单元还包括箱体，所述辊轧件转动设置在所述箱体上，所述箱体内还设置有保温部件，所述保温部件用于保持所述胶筒的温度高于其转变温度。

6.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于：所述辊轧单元包括多对辊轧件，所述辊轧件形成的辊轧通道的截面积沿着封隔器输送方向逐渐减小。

7.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于：多对辊轧件中的任一个带动所述封隔器向前运动的速度相同。

8.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于：它还包括定位单元，所述定位单元包括一个或多个沿封隔器输送方向排布的支撑架，每个支撑架包括支撑架侧板和转动连接于所述支撑架侧板的托滚。

9.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于：它还包括输送单元，所述输送单元包括牵引轮和电机。

10.一种对封隔器的胶筒进行二次成形的加工方法，其特征在于，它包括：

A、对封隔器中已经一次成形后的胶筒进行预热使得胶筒均匀升温，直至胶筒的温度高于其转变温度之上；

B、维持胶筒的温度高于其转变温度，将胶筒自封隔器的固定端总成的一端向封隔器的浮动端总成的一端进行辊轧，辊轧采用多对辊轧件，辊轧件形成的辊轧通道的截面积沿着封隔器输送方向逐渐减小，使得胶筒产生体积恒定的形变；

C、对胶筒施加载荷使得胶筒维持其拉伸后的形状。