CN105772256B - 一种无级可调角度的倾斜射流实验喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无级可调角度的倾斜射流实验喷嘴，包括喷嘴连接体、喷嘴载体、旋转喷嘴套、喷嘴、顶丝以及紧定螺钉，适用于倾斜射流冲蚀岩石、金属等材料的实验研究。所述喷嘴连接体通过螺纹连接到实验管路中；所述喷嘴载体上开有一个倾斜一定角度的阶梯通孔，底面上印有标记线；所述旋转喷嘴套为一个阶梯轴，与所述喷嘴载体配合安装，其上开有一个倾斜一定角度的阶梯通孔，下底面上印有角度标尺，并开有两个小深度的盲孔；所述喷嘴配合安装到所述旋转喷嘴套上。本发明提供的结构简单的倾斜射流实验喷嘴，可方便、快捷地获得一定范围内的任何倾斜角度，节省大量的人力、物力和财力，为倾斜射流的相关研究提供实验支持。

Description

一种无级可调角度的倾斜射流实验喷嘴

技术领域：

本发明涉及一种无级可调角度的倾斜射流实验喷嘴，适用于倾斜射流冲蚀岩石、金属等材料的实验研究，属于石油钻井工程技术领域。

背景技术：

随着石油钻井技术的不断发展，倾斜射流越来越多地应用于现场施工，如射流辅助钻头机械钻井、径向水平井水力喷射钻进、喷砂射孔增产等。倾斜射流改变了垂直射流均匀向外扩散的流场分布规律，切向分速度增加了对被冲击材料的壁面剪切力，冲蚀能力强，并且减少了返回流对主来流的碰撞影响，从而减少了能量的浪费。返回流不会直接冲蚀射流喷嘴，减少了喷嘴磨损的机率。对于石油钻井，喷嘴大多倾斜地布置在钻头上，产生的倾斜射流有利于岩屑顺利排出，避免重复切削，防止产生钻头泥包。

为深入摸清倾斜射流冲蚀岩石、金属等材料的机理及过程，一般采用两种方法产生倾斜射流以开展实验研究：（1）被冲蚀面水平放置时，加工具有不同倾斜角度内流道的喷嘴或将垂直射流喷嘴以不同的角度安装到实验架上；（2）使用垂直射流喷嘴时，将材料的被冲蚀面切割成不同的角度或以不同的角度夹持固定被冲蚀材料。这两种方法均存在较大问题，加工不同倾斜角度的喷嘴或材料的被冲蚀面需花费较大的物力和财力，实验造价较大，且有些喷嘴和被冲蚀材料只被使用一次，造成一定的资源浪费；以不同角度安装喷嘴或固定被冲蚀材料则需要花费较大的人力，每装卸一次均需耗费较长时间，尤其在进行围压条件下倾斜射流的实验研究时，围压实验模拟井筒的安装空间十分有限，更是给喷嘴的安装或材料的固定带来诸多不便。

所以，现有的倾斜射流冲蚀岩石、金属等材料的实验研究方法均存在费时、费力、费资本的问题，且不能得到任何角度的倾斜射流，不仅会延误实验的进度，甚至会导致实验无法进行，影响了倾斜射流冲蚀材料机理的全面揭示，制约了其在钻头喷嘴的布置、水力结构参数的优化、喷砂射孔工艺的优选等方面的应用。故而，亟需一种可方便、快捷的无级调节倾斜射流角度的实验喷嘴，为倾斜射流的相关研究及发展提供一定的实验支持。

发明内容：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种结构合理紧凑、使用方便可靠的无级可调角度的倾斜射流实验喷嘴，可获得一定范围内的任何倾斜角度，实现角度调节省时、省力、省资本的目的。

本发明提供一种无级可调角度的倾斜射流实验喷嘴，包括喷嘴连接体、喷嘴载体、旋转喷嘴套和喷嘴，所述的喷嘴连接体通过螺纹连接到实验管路中；所述的喷嘴载体通过螺纹连接到所述的喷嘴连接体底部内壁上；所述的旋转喷嘴套安装到所述喷嘴载体的第一阶梯通孔内，能够在所述喷嘴载体的阶梯通孔内旋转；所述的喷嘴所述旋转喷嘴套的第二阶梯通孔内。

所述的喷嘴载体中开设有倾斜的第一阶梯通孔，侧面开设有安装紧定螺钉的安装孔，并安装有紧定螺钉，底面上印有标记线，并且所述标记线、第一阶梯通孔的中轴线与安装孔的轴线处于同一平面上。

所述的旋转喷嘴套为一个阶梯轴，与所述喷嘴载体配合安装，其上开设有倾斜的第二阶梯通孔，底面上印有角度标尺，并开有两个盲孔。

所述的喷嘴为一个阶梯轴，与所述旋转喷嘴套配合安装，内流道为锥形或圆形，出口直径能够调整，材质为硬质合金。

所述喷嘴通过顶丝固定安装至所述旋转喷嘴套的第二阶梯通孔内。

所述顶丝外部车有螺纹，顶部开设有的旋拧用的凹槽。

本发明具有的优点在于：使用本发明提供的一种无级可调角度的倾斜射流实验喷嘴，可方便、快捷地获得一定范围内的任何倾斜角度，节省大量的人力、物力和财力。本发明具有结构简单的优点，其倾斜角度的调节范围可视实验要求而定，实验过程中磨损的喷嘴可简单方便的更换。

附图说明：

图1为本发明的整体装置的全剖视图。

图2为本发明的整体装置的仰视图。

图3为本发明的喷嘴连接体的全剖视图和俯视图。

图4为本发明的喷嘴载体的结构示意图。

图5为本发明的喷嘴载体的全剖视图和俯视图。

图6为本发明的旋转喷嘴套的全剖视图和俯视图。

图7为本发明的喷嘴的全剖视图和俯视图。

图8为本发明的顶丝的结构示意图。

图9为本发明的顶丝的全剖视图和俯视图。

具体实施方式：

参照图例，本发明提供的一种无级可调角度的倾斜射流实验喷嘴，如图1和图2所示，包括喷嘴连接体1、旋转喷嘴套4、喷嘴载体6、喷嘴7、顶丝9。如图3所示，所述的喷嘴连接体1通过顶部的公螺纹与实验管线相连，所述的喷嘴载体6通过螺纹连接到喷嘴连接体1的底部内壁上，两者之间形成活塞密封5。所述喷嘴连接体1的下部侧壁上设置有螺纹通孔1-1，所述的紧定螺钉3安装到喷嘴连接体1上的螺纹通孔1-1内，防止喷嘴连接体1和喷嘴载体6的螺纹连接在振动情况下松动。

如图4和图5所示，所述的喷嘴载体6中开有一个与其轴向倾斜一定角度的阶梯通孔6-2。在本实施例中，阶梯通孔6-2相对于喷嘴载体6中轴线的倾斜角度为β。所述的旋转喷嘴套4是一个阶梯轴，将旋转喷嘴套4插入喷嘴载体6的阶梯通孔6-2中，阶梯的作用是防止旋转喷嘴套4被流体的压力作用脱落而冲出喷嘴载体6。喷嘴载体6的阶梯通孔6-2的阶梯以下部分与旋转喷嘴套4阶梯以下部分为过盈配合，使旋转喷嘴套4紧密的安装到阶梯通孔6-2内。所述喷嘴载体6的底部侧向上具有螺纹通孔6-3，与所述阶梯通孔6-2连通，且二者相互垂直设置，所述的紧定螺钉11安装到喷嘴载体6上的螺纹通孔6-3内，防止实验过程中旋转喷嘴套4在喷嘴载体6内转动。所述喷嘴载体6的阶梯通孔6-2的阶梯以上部分与所述旋转喷嘴套4阶梯以上部分之间形成活塞密封2，防止实验过程中压力的泄露。所述喷嘴载体6的底面上印有水平方向的标记线6-1，为直线，该标记线6-1的延伸方向朝向阶梯通孔6-2，且该标记线6-1与紧定螺钉11的安装孔6-3的轴线在同一平面上。

如图6所示，所述的旋转喷嘴套4上开有一个与其轴向倾斜一定角度的阶梯通孔4-3。在本实施例中，阶梯通孔4-3相对于旋转喷嘴套4中轴线的倾斜角度为α。阶梯通孔4-3的上端车有螺纹，方便所述顶丝9旋拧在旋转喷嘴套4内，该顶丝9压在喷嘴7的上面，防止喷嘴7脱落出旋转喷嘴套4。所述的喷嘴7是一个阶梯轴，将喷嘴7安装到旋转喷嘴套4的阶梯通孔4-3中，防止喷嘴7在流体压力作用下脱落。安装后，喷嘴7的中轴线与旋转喷嘴套4阶梯通孔4-3的中轴线重合，即旋转喷嘴套4相对于自身中轴线的倾斜角度α就是喷嘴7相对旋转喷嘴套4的中轴线的倾斜角度。所述的旋转喷嘴套4与所述的喷嘴7之间形成活塞杆密封10。所述的旋转喷嘴套4的底面上印有角度标尺4-2，并在底面向上开有两个小深度的盲孔4-1角度标尺4-2沿旋转喷嘴套4的底面呈半圆形分布，两个盲孔4-1相对旋转喷嘴套4的底面轴线对称分布。实验前，利用小尖嘴钳张开插入所述盲孔4-1，在所述喷嘴载体6的阶梯通孔内顺时针或逆时针旋转所述的旋转喷嘴套4，当所述角度标尺4-2的刻度线与所述标记线6-1对齐时，即为一个确定的倾斜角度。所述的倾斜角度相对于所述喷嘴连接体1的中轴线而言。通过改变所述喷嘴载体6上阶梯通孔的倾斜角度和所述旋转喷嘴套4上阶梯通孔的倾斜角度即可改变所述倾斜角度的调节范围。

如图7所示，所述喷嘴7的上端通过所述顶丝9压紧在旋转喷嘴套4的阶梯通孔4-3内，防止喷嘴7在围压井筒内受到围压作用而被冲出。所述喷嘴7的内流道7-1可以是锥形、长圆形等其他形式，出口直径可在一定的范围内任意调整，为增加所述喷嘴7的耐磨性，材质为硬质合金。若喷嘴7被流体冲蚀磨损，则可卸下顶丝9，简单方便地将其更换掉。如图8和图9所示，所述顶丝9外部车有螺纹，顶面沿内流道7-1的外部开设有一个一定具有深度、一定宽度的凹槽9-1，便于旋拧。

本发明的一种无级可调角度的倾斜射流实验喷嘴工作原理为：倾斜射流实验喷嘴相对于喷嘴连接体1中轴线的倾斜角度8为γ。旋转喷嘴套4上开有一个相对于旋转喷嘴套4中轴线的倾斜角度为α的阶梯通孔4-3，喷嘴载体6上开有一个相对于喷嘴载体6中轴线的倾斜角度为β的阶梯通孔6-2，旋转喷嘴套4的中轴线与喷嘴7的中轴线重合，即旋转喷嘴套4相对于喷嘴连接体1中轴线的倾斜角度即为喷嘴7的倾斜角度。当旋转喷嘴套4在喷嘴载体6中旋转时，旋转喷嘴套4相对于喷嘴连接体1中轴线的倾斜角度在变化，变化的范围在β-α和β+α之间。所以，可通过调整α和β取值调整所述倾斜角度8的取值范围，并且在该范围内，倾斜角度8可取到任意值。

一种无级可调角度的倾斜射流实验喷嘴的具体使用方法为：实验前，首先将喷嘴7安装到旋转喷嘴套4的阶梯通孔4-3内；然后将安装好的组合体安装到喷嘴载体6的阶梯通孔6-2内，并利用小尖嘴钳张开插入所述盲孔4-1，在阶梯通孔6-2内顺时针或逆时针转动旋转喷嘴套4，当所述角度标尺4-2的刻度线与所述标记线6-1正对时，即为一个确定的倾斜角度8。通过紧定螺钉11将旋转喷嘴套4定位。最后将安装好的喷嘴载体6通过螺纹连接到喷嘴连接体1上，并将喷嘴连接体1安装到实验管路中，进行倾斜射流实验研究。需要更改倾斜角度时，直接用小尖嘴钳张开插入盲孔4-1，在阶梯通孔6-2内顺时针或逆时针转动旋转喷嘴套4即可，而不必将所有零部件拆卸。

以上所述仅为本发明最具代表性的实施方式，凡依据本发明申请专利范围内所做的均等变化与修饰，均应属于本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种无级可调角度的倾斜射流实验喷嘴，其特征在于：包括喷嘴连接体、喷嘴载体、旋转喷嘴套和喷嘴，所述的喷嘴连接体通过螺纹连接到实验管路中；所述的喷嘴载体通过螺纹连接到所述的喷嘴连接体底部内壁上，喷嘴载体中开设有倾斜的第一阶梯通孔，侧面开设有安装紧定螺钉的安装孔，并安装有紧定螺钉，底面上印有标记线，并且所述标记线、第一阶梯通孔的中轴线与安装孔的轴线处于同一平面上；所述的旋转喷嘴套安装到所述喷嘴载体的第一阶梯通孔内，能够在所述喷嘴载体的阶梯通孔内旋转，所述旋转喷嘴套为一个阶梯轴，与所述喷嘴载体配合安装，其上开设有倾斜的第二阶梯通孔，底面上印有角度标尺，并开有两个盲孔；所述的喷嘴安装到所述旋转喷嘴套的第二阶梯通孔内。

2.根据权利要求1所述的无级可调角度的倾斜射流实验喷嘴，其特征在于：利用小尖嘴钳张开插入所述盲孔中，在所述喷嘴载体的阶梯通孔内顺时针或逆时针旋转所述的旋转喷嘴套，当所述角度标尺的刻度线与所述标记线对齐时，即为一个确定的倾斜角度，所述的倾斜角度是相对于所述喷嘴连接体的中轴线而言；通过改变所述喷嘴载体上阶梯通孔的倾斜角度和所述旋转喷嘴套上阶梯通孔的倾斜角度即可改变倾斜角度的调节范围。

3.根据权利要求1所述的无级可调角度的倾斜射流实验喷嘴，其特征在于：所述喷嘴载体的阶梯通孔的阶梯以上部分与所述旋转喷嘴套阶梯以上部分之间形成活塞密封，防止实验过程中压力的泄露。

4.根据权利要求1所述的无级可调角度的倾斜射流实验喷嘴，其特征在于：所述的喷嘴为一个阶梯轴，与所述旋转喷嘴套配合安装，内流道为锥形或圆形，出口直径能够调整，材质为硬质合金。

5.根据权利要求1所述的无级可调角度的倾斜射流实验喷嘴，其特征在于：所述喷嘴通过顶丝固定安装至所述旋转喷嘴套的第二阶梯通孔内。

6.根据权利要求5所述的无级可调角度的倾斜射流实验喷嘴，其特征在于：所述顶丝外部车有螺纹，顶部开设旋拧用的凹槽。