CN106103654A - 用于流体喷射除焦工具的变换机构 - Google Patents

Abstract

一种用于除焦工具的模式变换设备。分流板可以用于向该工具中的各喷嘴中的一者或另一者选择性地输送加压除焦流体。模式变换设备可以用于通过分流板的旋转而在切割操作模式和钻削操作模式之间切换，其中偏压力引起分流板从工具的相邻表面离座，以减小它们之间的摩擦力。分流板可以在它们之间的相对旋转之前从模式变换设备的相邻表面暂时离座，使得旋转引起的力和依靠润滑流体来实现相邻部件表面之间的阻尼的需要可以被减小。

Description

用于流体喷射除焦工具的变换机构

相关申请的交互引用

本申请要求2013年11月25日提交的题为“SHIFTING MECHANISMS FOR FLUID JETDECOKIGN TOOLS”的美国申请No.14/088,895的优先权。

技术领域

这里描述的实施例总体而言涉及用来从诸如用于炼油的除焦鼓的容器去除焦炭的装置，并且更具体地涉及用于炼油焦炭鼓的除焦工具中用来在各喷嘴模式之间变换的装置。

背景技术

在常规石油提炼操作中，原油被加工成汽油、柴油、煤油、润滑剂或类似物。常见做法是通过已知名为延迟焦化的热裂解过程回收重的残余的烃副产物。在延迟焦化装置操作中，重烃(油)被泵送通过炉子，在该炉子中，它在其到已知名为焦炭鼓的圆柱形容器的途中被加热到高的温度(例如，在900℉和1000℉之间)，该焦炭鼓大到30英尺直径和140英尺高度，并且典型地构造成用来成对地操作。而在焦炭鼓中，被加热的油释放其珍贵的烃蒸气，该烃蒸气然后被发送到蒸馏塔，在该蒸馏塔中，它们形成冷凝物(特别地包括气体，石脑油和柴油)，该冷凝物可以通过温度和保留时间、固体石油焦炭的组合作用，而被进一步加工成更有用的产品，留下。这种焦炭残留必须被打碎，以便从该容器去除它，并且优选地通过结合诸如高压水的除焦流体使用除焦(或焦炭切割)工具而实现。

这种工具可以包括用来移除焦炭的许多喷嘴，诸如，像那些兼具钻削喷嘴和切割喷嘴的钻头。除焦工具可以通过该容器的顶部中的开口下降到该容器中，并且高压水源可以被引入除焦工具以供应除焦流体到除焦工具的符合预期的喷嘴。

切割和钻削喷嘴之间的变换的早期型式是手动地实现的。一些自动变换机构可以通过除焦流体的加压和减压循环而变换。然而，这种自动变换可能引起机构的滑动表面上的过度磨损，该过度磨损可能导致不精确的变换。因此，需要用于流体喷射除焦工具的、可替代的模式变换设备。

发明内容

在一个实施例中，用于流体喷射除焦工具的模式变换设备可以包括分流板、控制杆、变换机构、和偏压构件。分流板可以构造成用来提供加压除焦流体的源与第一喷嘴和第二喷嘴之间的选择性流体连通。分流板可以在其上限定工具接合表面。控制杆可以联接到分流板。变换机构可以通过控制杆与分流板协作，使得被施加到变换设备的除焦流体压力的改变通过控制杆在分流板中产生选择性旋转运动。偏压构件可以响应于除焦流体压力的改变，使得偏压构件构造成用来在除焦流体压力的改变期间使分流板的工具接合表面从除焦工具的相邻表面暂时离座。在相对旋转运动之前的至少一部分时间期间，偏压构件可以将分流板和除焦工具维持在分离的状态中。

在另一实施例中，用于流体喷射除焦工具的模式变换设备可以包括分流板、控制杆、变换机构、和偏压构件。分流板可以构造成用来提供加压除焦流体的源与第一喷嘴和第二喷嘴之间的选择性流体连通。分流板可以在其上限定工具接合表面。控制杆可以联接到分流板。控制杆可以包括棘轮机构。变换机构可以包括致动器套筒，该致动器套筒与控制杆的棘轮机构接合。致动器套筒可以与致动器销载体接合，该致动器销载体被变换偏压构件轴向偏压。被施加到变换设备的除焦流体压力的改变可以通过控制杆在分流板中产生选择性旋转运动。偏压构件可以响应于除焦流体压力的改变，使得偏压构件构造成用来在除焦流体压力的改变期间使分流板的工具接合表面从除焦工具的相邻表面暂时离座。在相对旋转运动之前的至少一部分时间期间，偏压构件可以将分流板和除焦工具维持在分离的状态中。

结合附图考虑以下详细描述，由这里描述的实施例提供的这些和另外特征将被更充分地理解。

附图说明

附图中阐述的实施例在性质上是说明性且示例性的并且不意图限制由权利要求限定的主题。当结合以下附图阅读时可以理解说明性实施例的以下详细描述，其中相似的结构由相似的附图标记指示并且其中：

图1示意性地示出具有根据这里示出且描述的一个或更多个实施例的模式变换设备的除焦工具的剖视图；

图2A-2C示意性地示出根据这里示出且描述的一个或更多个实施例的在减压状态中的图1的模式变换设备；

图3A-3C示意性地示出根据这里示出且描述的一个或更多个实施例的在部分加压状态中的图1的模式变换设备；

图4A-4D示意性地示出根据这里示出且描述的一个或更多个实施例的在完全加压状态中的图1的模式变换设备；

图5示意性地示出根据这里示出且描述的一个或更多个实施例的在减压状态中的模式变换设备的不同实施例；

图6示出图1的模式变换设备的顶视立体图，凸显形成在分流板中的一组成对的轴向通路中的孔板的布置；并且

图7A和7B示出根据现有技术的变换设备的两种不同操作状态中的作为阻尼流体的油的存在。

具体实施方式

总体地参考图1，其中示意性地示出出除焦工具200的一部分。除焦工具200可以包括流体输送路径202，该流体输送路径用来通过模式变换设备1将除焦流体供应到一个或更多个切割喷嘴204A或钻孔喷嘴204B。因此，模式变换设备1可以被操作用来将除焦流体选择性地引到所述一个或更多个切割和钻孔喷嘴204A、204B中的任一者。诸如例如美国德克萨斯欧文的福斯公司的AutoShift^TM的变换机构可以用于将该流选择性地引到合乎期望的切割喷嘴，即，切割喷嘴或钻削喷嘴(取决于在那个时间该工具处于除焦操作的哪个部分)。具体地说，响应于钻削操作模式或切割操作模式中的一个或另一个模式，可以加压除焦流体并且使其穿过一个或更多个喷嘴204A、204B。关于喷嘴和通道布置和操作的细节可以在美国专利6,644,567中见到，该美国专利由本申请的受让人拥有并且其相关部分通过引用并入这里。

协同地参考图2A-4D，其中示出的是处于各种加压阶段的对应于模式变换设备1的视图。在一个实施例中，模式变换设备1可以包括输送通道22A、22B以便除焦流体流过分流本体20且流到喷嘴组。例如，各通道22A可以关于分流本体20的轴向尺寸彼此直径地相对，以促进通过轴向通路42和切割喷嘴304A进入穿孔分流板40的除焦流体之间的流体连通，而另一组通道22B可以用于促进通过轴向通路42和钻孔喷嘴304B进入分流板40的除焦流体之间的流体连通；与各第一通道22A的情况一样，各第二通道22B可以彼此直径相对地布置在分流板40中。轴向通道22A、22B可以终止于分流本体20的上表面24。偏压设备10可以形成到模式变换设备1的分流本体10的下部部分中或安装到该下部部分上。根据这里描述的实施例，模式变换设备1可以配备有任何数量的通路和对应的通道，以便将加压流体供应到任何数量的喷嘴；本实施例示出每一种的两个。该通道可以构造成使得贯穿分流本体20的上表面24的加压流体可以指向一个或更多个喷嘴204A、204B(图1)的任何子集。此外，通过各轴向通路42和通道22A、22B的协作形成的各流体通路中的至少一个流体通路可以被使用，使得在将除焦流体输送通过相应的通道(目前被示出为通道22B)时，形成流体连通，使得该流体可以用于将压力施加到其它部件(诸如下面结合图2A、3A和4A提及的活塞140)的表面，以促进这种部件的选择性运动。

控制杆(在这里也称为分流板轴，由下部轴和上部轴组成)30是可旋转的轴，该可旋转的轴将分流板40联接到偏压设备10，使得被施加到偏压设备10的压力的改变(即，减压和再加压)可以选择性地引起分流板40旋转。分流板40的旋转可以用于在前述钻削和切割模式之间切换，即，通过选择性地将加压流体供给到分流本体20所期望的通道。控制杆30可以由连接在一起的上部和下部部分制成，或者可以被制造为单个零件。

如上文中提及的那样，分流板40可以限定在其旋转轴线R周围的基本上圆柱形的形状，并且可以包括成对的轴向通路42，该成对的轴向通路终止于分流板40的上表面44和下表面46处的孔。以这种方式，分流板40在流体输送路径202(图1)与钻削和切割喷嘴组之间如阀地起作用。在适当的旋转程度下(例如，构造成具有两个这种轴向通路42和对应的孔的分流板40中的90度)，通过通往钻削喷嘴和切割喷嘴组中的一个或另一个喷嘴的通道可以形成流动路径。因此，取决于模式变换设备1供应除焦流体到钻削操作模式还是切割操作模式，进入分流板40的顶部的除焦流体的加压源通过偏压设备10的作用通过轴向通路42和一组或另一组通道，被按路线发送到对应的一组钻削喷嘴和切割喷嘴。

因为除焦流体压力可以相对高(例如，数千磅每平方英寸)，跨越用于封堵到不用的(并且因此，相对未加压的)通道22A、22B的流动的分流板40的部分可以形成相当大的压力差。即使偏压设备10可以被设计用来在减压操作阶段期间实现变换以减小它们之间的摩擦力，这种摩擦接触可能仍然存在(例如，在分流板40的下表面46和在其中限定通道22A、22B的除焦工具200的分流本体20的相邻上表面24之间)。在过渡和/或峰值压力条件期间，通过离开分流本体20的上表面24提升分流板40，本公开的各个方面可以用于减小这些摩擦力(例如，在施加到分流板40的压力从相对高的状态改变到相对低的状态时，在施加到分流板40的压力从相对低的状态改变到相对高的状态时，当施加到分流板40的压力处于相对高的状态时，当施加到分流板40的压力处于相对低的状态或改变到相对低的状态时，或其组合)。

协同地参考图2A-2C，在一个实施例中，偏压设备10可以包括以轴向对准的圆盘的形式的一个或更多个轴向弹簧100(例如，偏压构件)，所述一个或更多个轴向弹簧位于下部盖板105和控制杆套筒110的相应表面之间并且与该相应表面接触。所述一个或更多个轴向弹簧100可以将分流板10偏压在相对于模式变换设备1的离座位置中。例如，如图2B中所示，分流板40可以被偏压到离座位置，使得轴向空隙或间隙G1形成在分流本体20的上表面24和分流板40的下表面46之间。该间隙G1可以是足以从分流板40物理地分离分流本体20的任何距离，即，该间隙G1将分流本体20布置成不接触分流板40。更具体地说，轴向提升弹簧100引起间隙G1具有与除焦流体的流动和压力相容的幅值。

为了将分流板40布置在相对于分流本体20的离座位置中，控制杆套筒110的上表面可以轴向接触在其中限定螺旋凹槽122的致动器套筒120的下表面。致动器销(也称为引导销)125可以被固定在致动器销载体130内，使得致动器销125的基本上直线的向上或向下运动可以通过其与形成在致动器套筒120的旋转轴线R周围的螺旋凹槽122协作将旋转运动施加到致动器套筒120。同样重要的是，致动器套筒120使用棘轮机构147与控制杆30协作，该棘轮机构使得套筒120能够选择性地旋转杆30。因此，套筒120与控制杆(即，轴)30一起通过棘轮机构147中的棘轮装置而连接到分流板40。以这种方式，套筒120、控制杆30和分流板40，响应于与棘轮机构147的径向弹簧偏压的选择性接合一起的被施加到活塞140的顶表面的除焦流体压力的增大，而发生旋转(这将对应于响应于流体压力的增大的致动销125和载体130的总体上向下的运动)。相反地，由于棘轮机构147将脱离套筒120以避免杆30和分流板40的同步旋转，仅仅套筒120响应于被施加的除焦流体压力的减小而旋转。因此，在致动器销125横穿螺旋凹槽122时，绕这种轴线的杆30旋转响应于致动器销125的轴向向下运动。当然，取决于连同棘轮机构147的螺旋凹槽122的取向，致动器套筒120、控制杆30和分流板40的期望旋转方向可以被制成沿顺时针或逆时针方向进行。在本发明中，通过使变换优选地发生在加压期间，可以实现的一个特别优点是可以使用减小刚度的轴向弹簧。

棘轮机构147与联接到致动器套筒120以选择性地旋转控制杆30的爪124的接合可以保证被致动器销125施加到致动器套筒120的旋转力在加压步骤和减压步骤中的适当一者期间被传递到控制杆30和分流板40。因此，棘轮机构147可以充当定位机构，该定位机构与控制杆30协作以保证沿期望方向的分流板40的精确同步。例如，对于具有用于钻削模式和切割模式中的每一种模式的一对通道(诸如示出的通道22A、22B)的模式变换设备1，分流板40可以以90度增量而被同步。

此外(如上面结合致动器套筒120中的螺旋凹槽122的取向述及的)，棘轮机构147可以构造成用来引起致动器套筒120当致动器套筒沿一个方向旋转时接合控制杆30并且当致动器套筒沿另一方向旋转时不接合控制杆30。因此，如上文中提及的那样，棘轮机构147可以用于引起控制杆30在加压/减压循环的仅仅一部分期间旋转。具体地说，在认为优选的是分流板40在加压时旋转的情况中，螺旋凹槽122可以以一个取向(例如，用来限定右旋螺旋体)被布置在致动器套筒120中，使得伴随来自该流体的减压的致动器销125的向上运动推压螺旋凹槽122的上表面。同样，如果认为优选的是分流板40在减压时旋转，则螺旋凹槽122可以被布置在致动器套筒120中以限定左旋螺旋体，使得伴随加压的致动器销125的向下运动推压螺旋凹槽122的下表面。将理解，不管形成在致动器套筒中的螺旋凹槽122的方向如何，棘轮机构147的取向最终确定控制杆30和分流板40的旋转何时发生，这是由于弹簧加载的爪(未示出)与棘轮机构147的对应棘轮齿(未示出)的接合可以被制成与伴随流体加压或减压的前述向上运动和向下运动中的一者或另一者协作。此外，如其螺旋凹槽122在致动器套筒120内取向为右旋螺旋体或左旋螺旋体的致动器套筒120的构造仅仅是要结合棘轮机构147的取向被选择的设计偏好问题。

如上文中所述的那样，可能优选的是，分流板40在加压时(而不是在减压时)旋转。虽然通常，由于被迫相对彼此旋转的相邻表面之间的增大的摩擦力而使这种加压时变换更加困难，但轴向弹簧100的提升效果(当结合变换机构1的其余使用以产生前述间隙G1时)的包括有助于不仅避免分流板40上的磨损，而且可以用于抵消加压的效果，因此提供对控制杆30和分流板40的运动的精确得多的控制，而这种精确得多的控制，可以产生对通过切割喷嘴和钻孔喷嘴中的一者或两者的除焦流体的按路线发送的更佳控制。因此，加压期间的变换可能是有利的，因为变换弹簧135(也称为变换偏压构件，或者更简单地，偏压构件)不需要极高的刚度，因此降低致动器销载体130和致动器销125上的力，而这使得工具1的设计更为容易。

偏压设备10的所述一个或更多个变换弹簧135可以用于保证当该压力被反向时致动器销载体130向上运动。在一个实施例中，所述一个或更多个变换弹簧135接合下部盖板105和活塞140。该活塞140可以与致动器销载体130接合，使得活塞140和致动器销载体130同时地运动。所述一个或更多个变换弹簧135可以在活塞140上施加力，使得活塞140和致动器销载体130被偏压而离开下部盖板105。

根据这里描述的实施例，分流板40可以过渡到离座位置，以在分流板40旋转之前，在分流板40和分流本体20之间产生间隙G1。具体地说，除焦流体的一部分可以用于与所述一个或更多个变换弹簧135相反地在活塞140上施加力。当由除焦流体供应的加压力大于由所述一个或更多个变换弹簧135供应的力时，所述一个或更多个变换弹簧135可以通过除焦流体在活塞140上施加的压力被压缩。相反，当由除焦流体供应的加压力小于由所述一个或更多个变换弹簧135供应的力时，所述一个或更多个变换弹簧135可以通过克服除焦流体压力被解压缩。因此，活塞140并且因此致动器套筒120的运动可以通过加压时变换或减压时变换以及旋转方向而由除焦流体的压力控制，该旋转方向由如上所述的棘轮机构147和螺旋凹槽122的构造决定。

除了引起控制杆30的选择性旋转外，致动器套筒120(在接收来自致动器销载体130的向下的力时，而该致动器销载体响应于以类似于施加到变换弹簧135的力但与施加到变换弹簧135的力分离的方式由活塞140施加到其的向下的力)还可以构造成用来将力施加到轴向弹簧100。在一个实施例中，控制杆套筒110可以与致动器套筒120轴向接触。轴向弹簧100可以被布置在下部盖板105和控制杆套筒110之间。因此，轴向弹簧100可以被压缩在下部盖板105和控制杆套筒110之间并且在下部盖板105和控制杆套筒110上施加力；正是这些弹簧100决定间隙G1是否形成在分流板40的下表面和分流本体20的相邻上表面之间。

控制杆30可以构造成用来与控制杆套筒110相互作用。在一个实施例中，控制杆30可以包括套圈部分32，该套圈部分与控制杆套筒110接合。因此，控制杆30和控制杆套筒110可以同时地运动。具体地说，在与轴向弹簧100施加在控制杆套筒110上的力相反地施加在控制杆套筒110上的力增大时，轴向弹簧100可以被压缩并且控制杆套筒110可以向着下部盖板105运动。相反地，在与轴向弹簧100施加在控制杆套筒110上的力相反地施加在控制杆套筒110上的力减小时，轴向弹簧100可以被解压缩，而该解压缩引起控制杆套筒110向上运动离开下部盖板105。在控制杆30与控制杆套筒110接合的实施例中，控制杆30的轴向位置并且因此间隙G1可以由致动器套筒120的轴向位置控制。

如上所述，致动器套筒120的位置可以通过由除焦流体供应的压力的量被控制。此外，在致动器套筒120可以接合控制杆套筒110的实施例中，控制杆30的轴向位置和间隙G1的相对尺寸可以通过由除焦流体供应的压力的量而被控制。

例如，图2A-2C示出相对减压状态中的模式变换设备1。具体地说，相对低量的压力从除焦流体被向下供应到活塞140，使得来自轴向弹簧100的向上指向的力将它们留在基本上解压缩的状态中。因此，由(一个或更多个)变换弹簧135供应的弹簧力足以将活塞140维持在相对高的位置中，即，相对靠近分流本体20的下表面。另外，致动器销载体130处于相对高的位置，使得小的向下的力(或没有向下的力)被它施加到致动器套筒120。因此，轴向弹簧100(该轴向弹簧在这种状态中是相对卸载的)具有充分的弹簧力，以将控制杆套筒110和致动器套筒120向上推向变换本体107。此外，轴向弹簧100在相对解压缩的状态中具有充分的弹簧力以沿竖向推动控制杆30以便在分流板40和分流本体20之间形成间隙G1(在图2B中被特别地示出)。

同样，图3A-3C示出中等加压状态中的模式变换设备1，其中轴向弹簧100通过增大来自除焦流体的活塞140上的压力从图2A-2C中所示的相对解压缩的状态过渡到它们被相对压缩的状态。具体地说，活塞140可以被向下推动，而这向下推动致动器销载体130同时压缩变换弹簧135。致动器销载体130的这种向下运动可以引起致动器套筒120在致动器销125的影响下旋转，该致动器销与形成在致动器套筒120中的螺旋凹槽122的壁相互作用。控制杆30可以在加压循环的这个部分期间，即，在压力增大时旋转。例如，棘轮机构147可以构造成用来与致动器套筒120的爪124锁定并且引起控制杆30旋转，同时间隙G1(该间隙仍然从上面在图2A-2C中所示的相对解压缩的状态短暂维持)继续分离分流板40和分流本体20。因此，棘轮机构147可以构造成用来引起控制杆在压力增大下随着致动器套筒120旋转。在一些实施例中，形成在致动器套筒120中的螺旋凹槽122可以构造成用来引起分流板40以基本上相等的增量(诸如，例如在一个实施例中大约90^o)旋转。

虽然一个或更多个变换弹簧135提供对致动器销载体130的强偏压以将致动器销载体130和致动器销125维持在它们的最顶部位置，但所述一个或更多个变换弹簧135在伴随模式变换的旋转之前且/或在伴随模式变换的旋转期间不直接提供分流板40的提升。如上所述，轴向弹簧100可以供应充分的弹簧力以形成间隙G1，该间隙分离分流板40和分流本体20。此外，使变换发生的压力可以通过改变所述一个或更多个变换弹簧135和轴向弹簧100的弹簧常数的差被调节。

接下来结合剩余附图参考图7A和7B，其中示出的是现有技术变换设备301的基于油的阻尼方法(例如，本发明的受让人拥有的流水生产AutoShift^TM)与本发明(本发明避免使用油来阻尼)之间的对比。偏压设备310以基本上类似于图1中方式的方式而被安装到分流本体320的下部部分上。注意，在现有技术的装置中，分流板340总是通过相应的上和下接触表面346和324与分流本体320接触。如下文中所述的那样，作为结果的高摩擦力帮助保证变换优选地仅发生在减压期间(其中这种力显著地减小)。图7A示出在低压状态中的现有技术的变换设备301；这由占据形成在偏压设备310中的腔(或体积区域R)的竖向最上部分的销载体330证明；在这种状态中，变换弹簧(即，变换偏压构件，偏压弹簧或类似物)335处于相对解压缩状态。油(由点阵图案示出)基本上填充销载体330下面的体积区域R和包围变换弹簧135的空间。区域R中使用的油的量大于用以对偏压设备310的各种部件加以润滑所需的量，以便执行阻尼功能(在下文中述及)。如同在本发明中的情况那样，销325和销载体330响应于施加到活塞370的流体压力改变，通过与螺旋致动器套筒380和弹簧335协作，以竖向上下运动来回移动。

在加压期间(亦即，当销325以及销载体330的位置从在图7A中的最上部位置去往在图7B中的下部位置)，增大的流体压力的力被施加到活塞370，而该活塞向下推销载体330以压缩变换弹簧335。棘轮机构347的单向旋转性质，使得在加压步骤和销325和销载体330的其伴随的向下运动时，棘轮机构347不允许存在于套筒380中的同步运动被施加到轴S，即使通过销载体330和销325的向下运动由于形成其螺旋凹槽385的销接收路径而引起套筒380旋转。因此，在加压期间，分流板340(该分流板与轴S旋转协作)不转动，因此保持轴向通路342和切割喷嘴304A或钻孔喷嘴304B的一个或另一个之间的流体连通不改变。

在后续减压期间(即，离开图7B的位置到图7A的位置)，弹簧335应该扩展且旋转套筒380。注意到，在图7B中所示的状态中，变换弹簧335被完全压缩，并且油现在位于区域R内销载体330的顶部上。此外，基于爪的棘轮机构347允许分流板340(通过上和下轴S)和套筒380之间的接合(即，机械联接)。然而，在减压的最早阶段，邻接的分流板340的相邻的表面346和324和分流本体320之间的摩擦力(由于从加压的除焦流体被施加到前者的力)，使得套筒380、轴S和分流板340还不被允许旋转。结果，套筒380和载体330和弹簧335之间的螺旋协作，防止后面这两者的组件向上运动。在来自上方的除焦流体的压力继续降低时，弹簧335中的向上的力足以克服流体力，因此松开该连接和分流板340和分流本体320之间的伴随的表面摩擦；这种摩擦减小，允许分流板340和分流本体320之间的相对旋转。此外，一旦弹簧335开始扩展，它们就能够加速载体330的向上运动和联接的分流板340旋转。这种加速通过在载体330的顶部上存在油被控制，该油阻尼载体330的快速向上运动；在没有这种阻尼的情况下，联接的分流板340倾向于过度变换，而该过度变换导致分流板340的轴向通路342和对应于分流本体中的钻孔和切割喷嘴的流动路径之间的不配准。因此，形成偏压设备310的区域R的筒中的适当量的油的存在，对于保证图7A和7B的现有技术装置的精确的一致的变换而言，是重要的。

再参考图1到6的装置，轴向弹簧100对在旋转前提升分流板40的总体影响(结合模式变换设备1的自动变换动作考虑)，使得与模式变换的旋转力关联的摩擦在分流板40和分流本体20之间被减小。因此，当板在压力下彼此接触时否则将发生的磨损被减小。此外，这种减小的摩擦允许该板之中的相对旋转以较小的功率而实现。减小的摩擦也可以促进更平顺的且精确的旋转，该更平顺的且精确的旋转在变换在加压时发生的构造中可能是特别有益的(虽然这种较低摩擦在减压时变换的构造中也可能是有益的)。结果，不需要油用于阻尼目的，使得流体喷射除焦工具能够利用用于这种阻尼的无油(在这里也称为无润滑剂)操作模式。通过去除或减小油或相关润滑剂在相对彼此运动的相邻部件之间被输送的方式或条件，这可以简化模式变换设备1的构造。此外，即使在油可以存在于偏压设备10的销125和载体130周围的空间体积中以实现适当的润滑功能的情况中，图7A和7B的装置中需要用于阻尼的过量的油被去掉，因此，简化了总体偏压设备10操作，并且减小了对于昂贵的润滑剂的需要。这种构造促进无油操作，该无油操作通过现有技术的装置是不可能的。在目前的情况中，无油操作模式对应于能够实现工具阻尼而不需要诸如油的阻尼流体；这种模式不意味着暗指不需要用于润滑剂目的的油。因此，即使可能仍然需要油来促进相对彼此运动的相邻部件的适当润滑，但通常可能需要油作为阻尼流体并且根据这里公开的本发明被设计的除焦工具的相关部分可以被简化成相对于这种阻尼流体而言是无油的。具体地说，本发明人已经发现，已有的流体喷射除焦工具需要该油定期地被“加满”(其频率取决于操作场所)，并且油损失的重要原因是与油的阻尼功能关联的原因。相比之下，在本公开中述及的与本发明关联的特征，省却了用于阻尼目的的油的这个要求(以及因此油加满或相关补充的要求)。

图4A-4D示出，另外的压力增大引起活塞140和致动器销载体130在致动器套筒120上施加增大的压力，使得模式变换设备1处于完全(或提高的)加压状态，其中该压力足够大以向着控制杆30和控制杆套筒110向下推动致动器套筒120，而分流板40也同时将控制杆30压在控制杆套筒110上。因此，轴向弹簧100可以被压缩，如图4D中示意性地示出的那样。结果，分流板40可以向着分流本体20向下运动。在一个实施例中，分流板40的下表面46和分流本体20的上表面24可以被推动而相接触，如图4B中示意性地示出的那样。在这个时间期间，另一间隙G2可以形成在致动器套筒120和变换本体107之间，如图4C中示意性地示出的那样。

再参考图3A-3C，当压力开始减小时，轴向弹簧100可以向上移动分流板40以产生间隙G1(图3B)，同时也去除在致动器套筒120的顶部上方的间隙G2(图4C)。同样，活塞140、致动器销载体130和致动器套筒120可以被轴向弹簧100提升。

再参考图2A-2C，另外的压力减小引起变换弹簧135向上推致动器销载体130和活塞140。这转而引起致动器套筒120沿与旋转R相反的方向旋转(在致动器销125和螺旋凹槽122的协作下)。位于控制杆30和致动器套筒120之间的棘轮机构147借助在加压/减压序列的这个部分期间而脱离可以允许致动器套筒120自由旋转而不接合控制杆30。因此，棘轮机构147可以构造成用来在压力减小期间在致动器套筒120旋转时释放致动器套筒120。

注意，虽然控制杆30在上文中描述为在压力循环的递增压力部分期间旋转且在压力循环的递减压力部分期间保持静止，但控制杆30可以在压力循环的递增压力部分期间保持静止、并且在压力循环的递减压力部分期间旋转。例如，致动器套筒120的旋转方向可以被颠倒或者棘轮机构147的方向可以被颠倒。因此，分流板40可以相对于分流本体20离座，同时在各模式(例如，钻削和切割模式)之间变换，以减小摩擦力，且伴随地延长除焦工具200和/或模式变换设备1的各次维修之间的平均时间(Mean Time Between Repair,MTBR)。

现在参考图5，其中示意性地示出偏压设备210的替代实施例。偏压设备210可以包括下控制杆212和上控制杆214，该下控制杆和上控制杆彼此接合并且以类似于控制杆30(图2A-4D)的方式操作。具体地说，如在上面描述的，下控制杆212可以包括棘轮机构147，该棘轮机构与致动器套筒120的爪124协作。上控制杆214诸如通过延伸杆而与分流板40(在图5中没有被示出)接合。因此，分流板40可以构造成用来通过上控制杆轴向地提升并且绕旋转轴线R旋转。

偏压设备210还可以包括一个或更多个轴向弹簧218(例如，偏压构件)，所述一个或更多个轴向弹簧布置在下控制杆212和上控制杆214之间。由轴向弹簧218供应的弹簧力可以被配置成使得上控制杆214可以在小于或等于预定压力的除焦流体压力下被提升。上控制杆214可以在其最下位置上被提高以一间隙G3，而这引起间隙G1(图2B)从分流本体20分离分流板40(图2A)。因此，轴向弹簧218的弹簧常数可以被设置成使得在预定压力下形成间隙G3，该预定压力低于用来压缩变换弹簧135所需的压力。具体地说，该预定压力可以被设置到小于用来从活塞的最上位置移动活塞140所需的除焦流体压力的任何除焦流体压力。因此，轴向弹簧218可以构造成使得间隙G1(图2B)在分流板40(图2A)的任何旋转运动之前且在分流板40的任何旋转运动期间存在。

现在应当理解，这里描述的实施例可以用于改善用于炼油焦炭鼓的除焦工具中的切割和钻削模式之间的变换。轴向弹簧可以结合变换偏压构件被使用，以允许流动分流板和除焦工具的本体的相邻表面之间的摩擦力通过在它们之间的任何旋转运动之前产生少量轴向间隙而被减小/消除。通过允许模式变换在分流板和分流本体被分离时发生，由于分流板和钻削和切割通路周围的该工具的区域的相邻表面之间的相对旋转运动而出现的摩擦力可以被减小，因此简化了操作。因此，在减压或加压期间在模式变换期间可以减小磨损以延长工具寿命。另外，这里描述的实施例的益处包括：更平顺的变换、更紧凑的布置、在高的压力下变换、减少的操作时间、以及增大的可靠性。在一种形式中，穿过工具的水的压力可以在大约1500磅每平方英寸(psi)和升高的大约5000psi(或更高)之间。在一种形式中，这种升高的压力可以在大约4000和6000psi之间。

因此，这里描述的实施例(包括轴向弹簧100)可以允许模式变换设备1在较高的残余压力下完成变换。这转而允许以较少时间完成变换，并且更特别地意味着除焦工具阀(DCV)将仅必须到达“预填充”位置而不是到达“绕过”位置，并且这么一来可以增进DCV的寿命。

接下来结合图2A到4C特别参考图6，模式变换设备1的顶视立体图揭示了分流板40如何与分流本体20协作以便通过相应的流动路径304A和304B选择性地将高压流动输送到切割或钻孔喷嘴204A、204B中的一者或另一者。重要的是，分流板40的轴向通路42以两组两个直径相对的孔被布置在模式变换设备1的旋转轴线周围，使得一组通向对应于切割喷嘴的流动路径304A，而另一组通向对应于钻孔喷嘴的流动路径304B。这些成对的轴向通路42构造成用来与分流本体20上的轴向通道22对准，其中在任何给定时间，两组中的一组可以用孔板(orifice plates)48来限制通过它的流动。分流板40保证不受限制的加压流被提供到切割喷嘴204A或钻孔喷嘴204B的适当的组。因此，在流体的流通过钻孔喷嘴204B的情况中，切割喷嘴204A(该切割喷嘴在这个阶段不需要水)在模式变换设备1操作期间可以被暂时堵塞。为了防止任何堵塞，在减小的压力下的小量流动(通过孔板48)被提供到切割喷嘴204A。

实例

例如，与模式变换设备1的加压和减压关联的设想的操作序列更详细地被述及。以下述及基于在加压时发生的模式变换设备1的同步运动，其中，如上文中提及的那样，本发明人相信，可以实现对分流板40相对于分流本体20的运动的更精确的控制。

在图4A中所示的模式变换设备1的正常操作条件期间，典型的升高的操作压力(例如，在大约4000和6000psi之间)导致在分流板40和分流本体20之间没有间隙。致动销载体130和活塞140一直下降。变换弹簧135和轴向弹簧100被完全压缩，而分流板40保持静止(即，不旋转)。除焦流体流动通过分流板40和分流本体20中的对准的打开孔自由地前进到切割喷嘴204A，而孔板48将限制除焦流体流动到钻孔喷嘴204B。

在递减压力状态期间，除焦流体压力从这个升高的压力下降到更中间的范围。如上文中所述的那样，在分流板40和分流本体20之间还没有形成间隙，并且分流板40保持静止。流动通过分流板40和分流本体20中的对准开口相对自由地继续到切割喷嘴204A，而孔板48将限制到钻孔喷嘴204B的流动。

在压力状态的进一步减小期间，分流板40下面的间隙还没有形成，而致动销载体130和活塞149一直保持向上。变换弹簧135被完全解压缩，而轴向弹簧100保持受压缩并且分流板40保持静止。除焦流体流动通过对准的开口通过切割喷嘴204A相对自由地继续，而孔板48将限制到钻孔喷嘴204B的流动。

在压力状态的另外减小期间，分流板40弹起，引起间隙G1形成在分流板40和分流本体20之间。致动销载体130和活塞140一直向上，使得轴向弹簧100解压缩。间隙G1的存在(以及孔板48从轴向通路42的离座)保证除焦流体不仅仅流到切割喷嘴204A，而是也流到钻孔喷嘴204B，这是由于加压除焦流体具有通过形成在分流板40中的轴向通路42的全部的路径。

在递增压力状态期间，除焦流体压力上升，引起在前述段落中提及的条件下形成的间隙G1维持，而致动销载体130和活塞140开始向下运动。变换弹簧135开始进入被压缩状态(虽然轴向弹簧100保持解压缩状态)，而分流板40在控制杆30、致动销125和棘轮机构147对凹槽122和致动销载体130的组合影响下，开始旋转。除焦流体流动延伸到切割和钻孔喷嘴204A、204B。

在除焦流体压力状态的进一步增大(例如，到大约1000到6000psi)期间，存在于分流板40下面的间隙G1被保持，而致动销载体130和活塞140已经运动到它们的最下位置中；在一种形式中，这可能涉及大约0.75英寸的完全直线型运动。变换弹簧135被压缩，而分流板完成其90°旋转。致动销载体130通过致动器套筒120与控制杆套筒110接触，使得它们协作以开始压缩控制杆套筒110下面的轴向弹簧100。除焦流体流动继续通过切割和钻孔喷嘴204A、204B二者。

在压力状态的另外增大(例如，达到大约2000psi)期间，先前间隙G1已经消失，而致动销载体130和活塞140被安置在工具外壳内的它们的最下位置中。变换弹簧135和轴向弹簧100同样完全被压缩，而分流板40保持静止。因此，分流板40相对于分流本体20的任何旋转在间隙G1仍然存在时发生，因此避免了相应的分流本体20和分流板40的面对地相邻的表面24和46上的任何磨损。除焦流体流动通过对准的打开孔，自由地达到钻孔喷嘴204B。孔板48将限制除焦流体到切割喷嘴204A的流动。

在压力状态的最后增大(其中除焦流体压力上升到升高的压力(诸如在大约4000和6000psi之间))期间，没有弹簧135、100或分流板40的状态的伴随改变，以及除焦流体到钻孔喷嘴204B的流动或对于到切割喷嘴204A的流动的限制。

因此，在优选方法中(其中切割喷嘴204A和钻孔喷嘴204B之间的变换可以在模式变换设备1的加压时发生)，形成在允许致动器销125和致动器销载体130的相对运动的偏压构件10的区域中的润滑流动路径或储存器构造成使得布置在其中的油或相关润滑流体的绝大部分不留在载体30上方的该区域的部分中。如上文中提及的那样，这种构造在本发明内被认为是无油的，这是由于它避免需要过多的油用于阻尼和其它非润滑功能。因为分流板40的旋转运动在间隙G1仍然存在时发生(避免表面摩擦力)，可以避免不配准问题，而不必依靠存在结合现有技术装置提及的阻尼流体和相关的包含流体的储存器。

注意，术语“基本上”和“大约”在这里可以用于表示可能归因于任何定量的比较、值、测量、或其它表示的固有的不确定程度。这些术语在这里也用于表示定量表示在不导致所述主题的基本功能的改变的情况下可以不同于所述参考的程度。

虽然在这里已经示出且描述了特别的实施例，但应当理解，可以作出各种其它改变和修改而不偏离要求保护的主题的精神和范围。此外，虽然要求保护的主题的各种方面已经在这里被描述，但这种方面不需要被组合使用。因此，所附权利要求意图涵盖在要求保护的主题的范围内的所有这种改变和修改。

Claims (20)

1.一种用于流体喷射除焦工具的模式变换设备，所述设备包括：

可旋转式阀，所述可旋转式阀构造成用来提供在加压除焦流体的源和所述流体喷射除焦工具上的多个喷嘴之间的选择性流体连通，在所述可旋转式阀上限定有工具接合表面；

控制杆，所述控制杆联接到所述可旋转式阀，使得所述控制杆和所述可旋转式阀一起旋转；

变换机构，所述变换机构能够通过所述控制杆而与所述可旋转式阀协作，使得所述工具内的除焦流体压力的压力递增改变在所述可旋转式阀和所述控制杆中产生旋转运动；

润滑流动路径，所述润滑流动路径构造成用来在所述可旋转式阀和所述工具的相邻部分之间提供润滑流体；以及

偏压构件，所述偏压构件能够响应于所述除焦流体压力的改变，以使得所述偏压构件构造成用来在除焦流体压力的所述压力递增改变期间使所述可旋转式阀的所述工具接合表面从除焦工具的相邻表面暂时离座，以在所述可旋转式阀和所述除焦工具之间的相对旋转运动之前的至少一部分时间期间建立其间的摩擦减小间隙，所述润滑流体构造成使得它不显著地形成所述可旋转式阀和所述除焦工具之间的阻尼。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述偏压构件包括至少一个弹簧，所述至少一个弹簧构造成用来沿其旋转轴线将直线运动施加到所述控制杆和所述可旋转式阀，所述至少一个弹簧具有的弹簧力足以使得所述控制杆和所述可旋转式阀能够克服由所述加压除焦流体施加到其上的轴向力，由此形成所述间隙。

3.如权利要求1所述的设备，其中，所述可旋转式阀包括分流板，所述分流板限定形成在其中的多条轴向通路，使得所述加压除焦流体能够流过所述多条轴向通路中的至少一条轴向通路，而基本上被禁止穿过所述多条轴向通路中的至少另一条轴向通路。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述偏压构件包括至少一个弹簧。

5.如权利要求4所述的设备，其中，所述变换机构能够响应由所述至少一个弹簧施加到其上的力，所述至少一个弹簧沿大致平行于所述旋转轴线的轴线而操作。

6.如权利要求5所述的设备，其中，所述润滑流动路径形成在允许组成所述变换机构的致动销和致动销载体中的至少一者的相对运动的所述偏压设备的区域中。

7.如权利要求6所述的设备，其中，所述润滑流动路径构造成使得布置在其中的润滑流体的绝大部分在致动销和致动销载体中的所述至少一者的减压运动期间不位于将接纳致动销和致动销载体中的所述至少一者的所述区域的一部分中。

8.一种流体喷射除焦工具，所述流体喷射除焦工具包括：

阀本体，所述阀本体构造成用来在其中接纳加压流体，所述本体包括：

形成在其中并且布置在其轴向中心线周围的多条切割流体通道和多条钻孔流体通道；

多个喷嘴，所述多个喷嘴中的每一个喷嘴与所述切割流体通道和所述钻孔流体通道中的相应一者流体连通；以及

模式变换设备，所述模式变换设备联接到所述阀本体，使得被接纳到所述阀本体中的所述加压流体被选择性地输送通过所述多个喷嘴中的至少一个喷嘴，所述设备包括：

可旋转式阀，在所述可旋转式阀上限定有工具接合表面；

控制杆，所述控制杆联接到所述可旋转式阀，使得所述控制杆和所述可旋转式阀一起旋转；

变换机构，所述变换机构能够通过所述控制杆而与所述可旋转式阀协作，以在所述可旋转式阀和所述控制杆中产生选择性旋转运动；

润滑流动路径，所述润滑流动路径构造成用来在所述可旋转式阀和所述工具的相邻部分之间提供润滑流体；以及

偏压构件，所述偏压构件构造成用来在所述加压流体中的压力改变期间使所述可旋转式阀的所述工具接合表面从所述阀本体的相邻的不旋转的表面暂时离座，以在所述可旋转式阀和所述阀本体之间的相对旋转运动之前的至少一部分时间期间建立其间的摩擦减小间隙，所述润滑流体构造成使得它不显著地形成所述可旋转式阀和所述工具之间的阻尼。

9.如权利要求8所述的流体喷射除焦工具，其中，所述选择性旋转运动包括在所述变换机构的减压运动期间防止旋转和在所述变换机构的加压运动的至少一部分期间促进旋转。

10.如权利要求9所述的流体喷射除焦工具，其中，所述变换机构响应于由至少一个弹簧施加到其上的力，所述至少一个弹簧沿大致平行于所述旋转轴线的轴线操作。

11.如权利要求10所述的流体喷射除焦工具，其中，所述润滑流动路径形成在允许组成所述变换机构的致动销和致动销载体中的至少一者的相对运动的所述偏压设备的区域中。

12.一种在钻孔操作模式和切割操作模式之间变换流体喷射除焦工具的方法，所述方法包括：

将所述工具构造成包括：

入口，所述入口用来接收加压的除焦流体；

多个出口，所述多个出口由至少一个钻孔喷嘴和至少一个切割喷嘴限定，使得它们中的至少一者与所述入口流体连通；

润滑流动路径，所述润滑流动路径构造成用来在所述可旋转式阀和所述工具的相邻部分之间提供润滑流体；以及

模式变换设备，所述模式变换设备构造成用来通过可旋转式阀在所述钻孔和切割模式之间调节所述工具，所述可旋转式阀构造成用来将所述加压的除焦流体引到所述至少一个钻孔喷嘴和至少一个切割喷嘴中的至少一者；

将所述工具流体地联接到所述加压的除焦流体的源；以及

通过以下方式调节所述模式变换设备：响应于所述加压流体中的压力改变而选择性地旋转且轴向地位移所述阀，使得所述阀的工具接合表面从相邻的不旋转的表面暂时离座，以在所述阀的旋转运动之前的至少一部分时间期间建立其间的摩擦减小轴向间隙，使得否则将被需要用于所述可旋转式阀和包含所述入口和所述出口中的至少一者的所述工具的表面之间的阻尼的所述润滑剂的任何部分的存在不是必需的。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述润滑流体包括油。

14.如权利要求13所述的方法，其中，用于润滑的所述油的输送保持基本上未缩减，即使用于所述可旋转式阀和所述工具的表面之间的阻尼的所述油的输送基本上被消除。

15.如权利要求12所述的方法，其中，所述轴向位移所述阀包括激活基于弹簧的偏压构件。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述基于弹簧的偏压构件通过联接在其间并且与其轴向对准的可旋转的控制杆提升所述阀。

17.如权利要求12所述的方法，其中，所述选择性旋转包括在所述变换机构的减压运动期间防止旋转和在所述变换机构的加压运动的至少一部分期间促进旋转。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述润滑流动路径形成在允许组成所述变换机构的致动销和致动销载体中的至少一者的相对运动的所述偏压设备的区域中。

19.如权利要求18所述的方法，还包括将润滑流体布置在所述润滑流动路径中，使得在致动销和致动销载体中的所述至少一者的减压运动期间，所述润滑流体的绝大部分不位于将充当致动销和致动销载体中的所述至少一者之间的阻尼区域的所述区域的一部分中。

20.如权利要求17所述的方法，其中，所述轴向位移和所述摩擦减小轴向间隙由布置在致动器套筒之间的至少一个轴向弹簧产生，所述至少一个轴向弹簧与致动器销和致动器销载体中的所述至少一者螺旋地协作。