CN105909234A - 一种井下自动对中探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动对中装置，具体说，涉及一种井下自动对中探测装置，该装置由两组相同的三足爬壁单元沿竖直方向串联而成，两组所述三足爬壁单元可独立运动；所述三足爬壁单元包括三个沿竖直方向均匀分布的支撑腿，所述支撑腿末端设有用于与井壁接触的滚轮；所述支撑腿连接有展开机构，所述展开机构用于根据井壁的直径自动调整所述支撑腿的展开直径，保持所述三足爬壁单元的中心与井壁中心对中。本发明两组串联的三足爬壁单元能够根据井壁的直径自动调整支撑腿的支撑直径，且保持爬壁单元中心与井壁中心重合，从而可以实时保持爬壁单元的轴线与井壁轴线重合，且能够适应不同截面直径的井壁。

Description

一种井下自动对中探测装置

技术领域

本发明涉及一种自动对中装置，具体说，涉及一种井下自动对中探测装置。

背景技术

目前，井下管线数量、走向、种类等主要通过人工测量，而井下存有污水、有毒气体等严重影响工人身心健康，甚至危及生命安全，造成一部分污水井、电缆井无法通过人工来测量，由于井下管线排布复杂、井壁直径不规则等因素，制约了井下探测设备的应用。因此，需要一种可搭载探测设备的井下自动对中装置来实现对井下管线、管接头等全方位的扫描和测量，以减小人工测量，降低对测量人员的技术要求，并提高测量效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下自动对中探测装置，以解决上述问题。

本发明的实施例提供了一种井下自动对中探测装置，该装置由两组相同的三足爬壁单元沿竖直方向串联而成，两组三足爬壁单元可独立运动；三足爬壁单元包括三个沿竖直方向均匀分布的支撑腿，支撑腿末端设有用于与井壁接触的滚轮；支撑腿连接有展开机构，展开机构用于根据井壁的直径自动调整支撑腿的展开直径，保持三足爬壁单元的中心与井壁中心对中。

进一步，展开机构包括骨干、摇杆滑块机构及拉伸弹簧，摇杆滑块机构包括连杆、滑块及导杆；拉伸弹簧、连杆及导杆与三个支撑腿配套设置；骨干通过主销轴与支撑腿的根部铰接，连杆分别通过次销轴和辅销轴与支撑腿和滑块铰接；滑块沿周向均匀设有三个与导杆滑动配合的沟槽，滑块可沿三根导杆滑动；拉伸弹簧连接支撑腿及骨干。

进一步，展开机构还包括直线运动单元，直线运动单元包括可沿导杆滑动配合的螺母，螺母通过螺纹连接梯形丝杠，梯形丝杠通过弹性联轴器连接驱动电机，驱动电机用于将旋转运动传递至梯形丝杠，梯形丝杠用于驱动螺母沿导杆做直线运动。

进一步，直线运动单元还包括限位开关，限位开关与驱动电机电连接。

进一步，骨干的上端设有凸台，下端设有定位孔，凸台用于插入定位孔连接两组三足爬壁单元。

与现有技术相比本发明的有益效果是：两组串联的三足爬壁单元的三只支撑腿能够根据井壁的直径自动调整支撑腿的支撑直径，且保持爬壁单元中心与井壁中心重合，从而可以实时保持爬壁单元的轴线与井壁轴线重合，且能够适应不同截面直径的井壁。

附图说明

图1是本发明一种井下自动对中探测装置的结构示意图；

图2是本发明一种井下自动对中探测装置三足爬壁单元的结构示意图；

图3是本发明一种井下自动对中探测装置处于最小张开直径状态的示意图，其中(a)为正视图，(b)为俯视图；

图4是本发明一种井下自动对中探测装置处于最大张开直径状态的示意图，其中(a)为正视图，(b)为俯视图；

图5是本发明一种井下自动对中探测装置在变径井壁中的示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

参图1及图2所示，图1是本发明一种井下自动对中探测装置的结构示意图；图2是本发明一种井下自动对中探测装置三足爬壁单元的结构示意图。

本实施例提供了一种井下自动对中探测装置，该装置由两组相同的三足爬壁单元沿竖直方向串联而成，两组三足爬壁单元可独立运动；三足爬壁单元包括三个沿竖直方向均匀分布的支撑腿2，支撑腿2末端设有用于与井壁接触的(单个)滚轮3，滚轮3与支撑腿2通过转轴连接，滚轮3能够绕自身转动轴旋转；支撑腿2连接有展开机构，展开机构用于根据井壁的直径自动调整支撑腿的展开直径，保持三足爬壁单元的中心与井壁中心对中。两组三足爬壁单元运动相互独立运动，两组三足爬壁单元的张开直径相互独立，图1中的井壁为等直径井壁，探测装置在提升力的作用下能够沿井壁竖直上下运动，三足爬壁保持与井壁直径相同的张开直径。三足爬壁单元的三只滚轮与井壁接触，具有自动对中功能，实时保持三足爬壁机构的中心与井壁中心重合，由于探测机构由两组三足爬壁单元组成，因此，探测装置的自身轴线实时与井壁轴线重合。井下自动对中探测装置沿井壁运动时，两组三足爬壁单元的滚轮与井壁紧密接触，三足爬壁单元与井壁之间的摩擦阻力位滚动摩擦，极大地降低了探测装置在运动过程中的摩擦阻力。

本实施例提供的井下自动对中探测装置通过串联两组三足爬壁单元，利用地上卷筒装置将爬壁单元平稳地下放和提升，探测装置在竖直拉力的作用下沿井壁上下运动，用于井下的三维扫描及拍照设备安装在探测装置的末端，通过探测装置的上升和下降运动，可实现对整个井壁及管路的扫描及拍照等功能。三足爬壁单元由支撑腿、滚轮及展开机构组成，三足爬壁单元的三只支撑腿能够根据井壁的直径自动调整支撑腿的支撑直径，且保持爬壁单元中心与井壁中心重合，即自动对中特点，两组三足爬壁单元串联连接，由于每个爬壁单元能够自动对中，由此，三足爬壁机构能够实时保持机构的轴线与井壁轴线重合，且能够适应不同截面直径的井壁，可广泛应用于不同直径的污水井、电缆井等的管线探测，具有结构紧凑、下放距离深、自动对中的优点。

在本实施例中，展开机构包括骨干1、摇杆滑块机构及拉伸弹簧10，摇杆滑块机构包括连杆4、滑块8及导杆7；拉伸弹簧10、连杆4及导杆7与三个支撑腿2配套设置；骨干1通过主销轴11与支撑腿2的根部铰接，连杆4分别通过次销轴12和辅销轴13与支撑腿2和滑块8铰接；滑块8沿周向均匀设有三个与导杆7滑动配合的沟槽，滑块8可沿三根导杆7滑动；拉伸弹簧10连接支撑腿2及骨干1。三足爬壁单元的所有组成零件均安装在所述骨干1上。骨干1由多个零件构成，彼此通过螺纹连接而成，具有很高强度和承载能力。三足爬壁单元包括三套相同的摇杆滑块机构，即提供支撑腿2展开功能连接的连杆4、滑块8及导杆7。摇杆滑块机构的驱动来源于拉伸弹簧10，在拉伸弹簧10的恢复力作用下，支撑腿2能够绕所述主销轴11在一定角度范围内转动，支撑腿2可通过连杆4带动滑块8沿导杆7滑动。三套摇杆滑块机构沿骨干1的轴线均匀分布，且三套摇杆滑块机构的共用滑块8，即滑块8同时与三个连杆4铰链连接，因此，三套摇杆滑块机构采用并联的方式连接在一起，三根拉伸弹簧10分别作用在三套摇杆滑块机构上，在拉伸弹簧10的作用下所有支撑腿2具有相同的转动角度。

在本实施例中，展开机构还包括直线运动单元，直线运动单元包括可沿导杆7滑动配合的螺母9，螺母9与导杆7滑动配合，可以限制螺母9的旋转运动，螺母9通过螺纹连接梯形丝杠6，梯形丝杠6通过弹性联轴器连接驱动电机5，驱动电机5用于将旋转运动传递至梯形丝杠6，梯形丝杠6用于驱动螺母9沿导杆7做直线运动，且螺母9与梯形丝杠6间的配合具有自锁性能。摇杆滑块机构中的滑块8沿导杆7滑动，滑块8的运动行程决定了支撑腿2的转动角度范围，为了限制滑块8的运动行程，设计了直线运动单元，直线运动单元的螺母9能够沿导杆7运动，由于所述滑块8仅能在初始零位和螺母9之间运动，因此，通过控制螺母9的位置，即可实现对滑块8的运动行程约束，即通过控制驱动电机5，对摇杆滑块机构中的滑块8进行约束，限制支撑腿2的转动角度，进而控制三套摇杆滑块机构的张开直径。

在本实施例中，为了设置初始零点位置，可在三足爬壁单元上设置限位开关17，将限位开关17与驱动电机电连接，在螺母9回位过程中，螺母9压紧滑块8，两者共同沿导杆向下运动，当滑块8压紧限位开关17时，驱动电机5收到限位开关17的信号后停止转动，三套摇杆滑块机构同时停止运动，三足爬壁单元回到初始零点位置，此时，三足爬壁单元具有最小的张开直径。参图3所示，探测装置沿井壁14竖直上下运动，且井壁14上下直径相同，自动探测装置在最小张开直径的状态下工作。直线运动单元用于限制滑块8的行程，在最小张开直径状态下，螺母9处于最小行程位置，且滑块8与螺母9紧密接触，滑块8同样处于最小行程位置。探测装置处于最小张开直径时，螺母9处于起始位置，三足爬壁单元的张开半径为最小且无法变化，因此该状态下一般用于探测装置的运输。

参图4所示，图4是本发明一种井下自动对中探测装置处于最大张开直径状态的示意图。探测装置沿井壁15竖直上下运动，且井壁15上下直径相同，自动探测装置在最大张开直径的状态下工作。直线运动单元用于限制所述滑块8的行程，在最大张开直径状态下，螺母9处于最大行程位置，且滑块8与螺母9紧密接触，滑块8同样处于最大行程位置。当随着井壁15的半径缩小时，三足爬壁单元能够根据井壁的直径自动收缩，保持三足爬壁单元的张开直径与井壁15的直径相同。

参图5所示，图5是本发明一种井下自动对中探测装置在变径井壁中的示意图。当探测装置在变直径的井壁16中工作时，上下两组三足爬壁单元能够根据井壁的直径自动调整自身的张开直径，保持三足爬壁单元的自身中心与井壁中心重合，确保在变直径的井壁16中探测装置的自身轴线与井壁16重合。为了提高三足爬壁单元张开直径的调整范围，螺母9一般处于最大行程位置，以确保滑块8具有足够的运动行程，增强对井壁直径变化的适应性。

在本实施例中，为了便于两套三足爬壁单元的连接精度，骨干的上端设有凸台1a，下端设有定位孔1b，凸台1a用于插入定位孔1b连接两组三足爬壁单元，即两套三足爬壁单元串联时，需将凸台1a插入至定位孔1b。

本发明提供的井下自动对中探测装置，具有如下有益效果：

1)采用摇杆滑块机构，通过控制滑块的移动位移，实现爬壁单元的展开与闭合，同时，各三足爬壁单元中的三个支撑腿并联使用，单个滑块同时控制三个支撑腿的展开速度和角度，确保支撑腿均在同一圆弧上，以达到爬壁单元的中心实时与处于井壁的中心重合；

2)为了适应不同直径的井壁，各爬壁单元三足张开直径具有很强的适应性，能够根据井壁的直径调整爬壁单元张开直径；滑块的移动位置决定了三足的最大张开直径，爬壁单元的张开半径在最大张开直径范围内变化；通过三根拉伸弹簧分别拉紧三只支撑腿，实现不同张开直径下具有一定的预张紧力，保持爬壁单元实时与井壁接触；

3)支撑腿末端安装有滚轮，在井下探测装置上升或下降时，使得两组爬壁单元与井壁之间的摩擦阻力由滑动摩擦变换为滚动摩擦，减小了井下探测装置的运动阻力。

本发明通过将探测设备搭载于装置末端，可以实现对井下管线、管接头等全方位的扫描和测量，减小了人工测量，降低了对测量人员的技术要求，同时，还可大幅提高测量效率，且井下测量的技术内容较人工更详细准确。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (5)

1.一种井下自动对中探测装置，其特征在于，由两组相同的三足爬壁单元沿竖直方向串联而成，两组所述三足爬壁单元可独立运动；所述三足爬壁单元包括三个沿竖直方向均匀分布的支撑腿，所述支撑腿末端设有用于与井壁接触的滚轮；所述支撑腿连接有展开机构，所述展开机构用于根据井壁的直径自动调整所述支撑腿的展开直径，保持所述三足爬壁单元的中心与井壁中心对中。

2.根据权利要求1所述的一种井下自动对中探测装置，其特征在于，所述展开机构包括骨干、摇杆滑块机构及拉伸弹簧，所述摇杆滑块机构包括连杆、滑块及导杆；所述拉伸弹簧、连杆及导杆与三个所述支撑腿配套设置；所述骨干通过主销轴与所述支撑腿的根部铰接，所述连杆分别通过次销轴和辅销轴与所述支撑腿和滑块铰接；所述滑块沿周向均匀设有三个与所述导杆滑动配合的沟槽，所述滑块可沿三根所述导杆滑动；所述拉伸弹簧连接所述支撑腿及骨干。

3.根据权利要求2所述的一种井下自动对中探测装置，其特征在于，所述展开机构还包括直线运动单元，所述直线运动单元包括可沿所述导杆滑动配合的螺母，所述螺母通过螺纹连接梯形丝杠，所述梯形丝杠通过弹性联轴器连接驱动电机，所述驱动电机用于将旋转运动传递至所述梯形丝杠，所述梯形丝杠用于驱动所述螺母沿所述导杆做直线运动。

4.根据权利要求3所述的一种井下自动对中探测装置，其特征在于，所述直线运动单元还包括限位开关，所述限位开关与所述驱动电机电连接。

5.根据权利要求4所述的一种井下自动对中探测装置，其特征在于，所述骨干的上端设有凸台，下端设有定位孔，所述凸台用于插入所述定位孔连接两组所述三足爬壁单元。