CN107630657B - 适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置，其包括有泥浆旁通阀与泥浆驱动装置；上述泥浆动能转化装置可在针对大落差山体进行定向钻施工处理过程中，通过泥浆运动产生的动能以驱动相关部件的工作进而完成定向钻作业，致使驱动效果得以显著改善的同时，令定向钻的孔内泥浆供应更为充沛。

Description

适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置

技术领域

本发明涉及地质以及岩土工程领域，尤其是一种适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置。

背景技术

定向钻作为一种主要的非开挖技术，已经广泛应用于各类管道穿越河流、公路、铁路及山体等复杂地形工程中。定向钻施工过程中需确保其成型孔洞内暴露足够的泥浆，在传统的定向钻穿越施工过程中，入土位置与出土位置的高度差出入较小，故泥浆在孔洞内可均匀分布，而在针对较大落差的山体定向钻施工过程中，由于出土位置与入土位置之间的落差较大，泥浆在孔洞内部难以得到充足的供应，进而使得孔洞内易于出现由于缺少泥浆而导致的孔洞内部润滑不充分，钻孔过程中产生的岩石碎屑难以得到及时排出等问题，以影响定向钻的施工效率与效果。与此同时，采用传统的钻具在上述工况下进行钻孔处理过程中，其难以满足针对硬质地质的破碎以及穿越需求，并且其在钻孔过程中会由于铰接的摆动进而导致成型后的孔洞呈“S”形分布。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种定向钻施工过程中的动能提供装置，其可在针对大落差山体进行定向钻施工处理过程中，通过泥浆运动产生的动能以驱动相关部件的工作进而完成定向钻作业，致使驱动效果得以显著改善的同时，另定向钻的孔内泥浆供应更为充沛。

为解决上述技术问题，本发明涉及一种适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置，其包括有泥浆旁通阀与泥浆驱动装置；所述泥浆旁通阀包括有采用中空结构的阀体，阀体内部设置有阀腔，阀体之中包括有导通至阀腔之中的泥浆入口与泥浆出口，所述泥浆驱动装置与泥浆出口相互导通。所述阀腔之中，泥浆入口对应位置设置有阀芯，泥浆出口对应设置有阀座，阀芯与阀座之间设置有弹性弹簧；所述阀芯之中设置有沿其轴向延伸的导通孔, 阀芯的端部延伸至阀座内部；所述阀体之中设置有多个经由其侧端部导通至阀芯之中的旁通管路，所述阀芯之中设置有多个经由导通孔内部延伸至阀芯侧端部之中的旁通孔，多个旁通孔与多个旁通管路彼此一一对应；所述阀芯之中导通孔的直径小于阀体之中泥浆入口的直径。

所述泥浆驱动装置包括有驱动壳体，驱动壳体内部设置有驱动转子，驱动壳体的内壁之上设置有至少一头第一螺纹，驱动转子的侧端部设置有至少一头第二螺纹，所述驱动壳体之上第一螺纹与驱动转子之上的第二螺纹相互啮合，且其导程彼此互不相同；所述泥浆驱动装置包括有与驱动转子相互连接的驱动轴。

作为本发明的一种改进，所述阀芯的导通孔包括有相对于泥浆入口的第一端部，以及相对于阀座的第二端部，导通孔的第一端部的直径在其第一端部朝向第二端部延伸方向上逐渐减小。采用上述技术方案，其可使得阀芯导通孔相对于泥浆入口位置形成斗形结构，以在确保泥浆入口导入的泥浆可迅速进入至导通空之中时，亦可使得泥浆对于阀芯进行推动时可通过上述斗形结构的侧壁以形成较大的泥浆驱动面积，进而改善阀芯工作过程中的稳定性。

作为本发明的一种改进，所述阀体之中，每一个旁通管路的端部均设置有筛板，筛板两侧分别设置有隔板。采用上述技术方案，其可通过筛板的设置以避免旁通管路外部的岩石碎屑进入至管路内部以造成设备堵塞甚至损坏。

作为本发明的一种改进，所述泥浆旁通阀与泥浆驱动装置之间通过防脱离装置进行连接，防脱离装置包括有在泥浆旁通阀的泥浆出口位置与泥浆驱动装置中的驱动壳体之间进行连接的连接管套，以及连接至驱动转子之上的连接杆件，连接杆件沿连接管套朝向泥浆出口进行延伸；所述连接管套内部设置有采用环形结构的限位端体，所述连接杆件的两端分别位于限位端体两侧，连接杆件相对于泥浆出口一侧的端部设置有限位螺母。采用上述技术方案，其可通过放脱离装置的设置以使得驱动转子相对于驱动壳体以及泥浆旁通阀保持稳定的连接关系，进而有效避免驱动转子连接位置偏差而产生的设备工作异常。

作为本发明的一种改进，所述驱动转子之中设置有经由其内部延伸至其端部的引流喷嘴。采用上述技术方案，其可通过引流喷嘴的设置以改善驱动转子端部位置的泥浆流速与压力，致使驱动转子的工作性能得以提高。

作为本发明的一种改进，所述驱动轴包括有彼此连接的万向轴与传动轴，其中，万向轴与驱动转子相连接，传动轴连接于万向轴之上；所述万向轴采用可调弯万向轴，所述传动轴之上设置有稳定器，稳定器套装在传动轴之上。

采用上述技术方案的适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置，其可在大落差山体内进行定向钻的过程中，通过泥浆旁通阀以将导向孔以及扩孔施工过程中产生的泥浆导入至其内部，并进一步传输至泥浆驱动装置之中，以使得泥浆驱动装置之中的驱动转子可在泥浆压力作用下得以旋转，进而带动钻头或扩孔设备进行旋转。

上述泥浆旁通阀在工作过程中，泥浆经由泥浆入口导入至阀腔之中，当泥浆的流量较小时，其产生的压力尚不足以推动阀芯运动，故泥浆经由阀芯中部的导通孔导入，并分别经由阀芯以及阀体侧端的旁通孔以及庞通管路导出至阀体外部，进而实现对于定向钻施工中导向孔内的泥浆供应。而在泥浆流量较大时，阀芯在泥浆推动作用下朝向阀座运动，阀芯的侧壁运动至庞通管路对应位置时即可使得旁通管路封闭，进而使得泥浆经由泥浆出口导出至泥浆驱动装置之中。

上述泥浆导入至泥浆驱动装置之中后，其运动至驱动壳体与驱动转子之间；驱动壳体之上的第一螺纹与驱动转子之上的第二螺纹通过其相互间的导程差以形成呈螺纹延伸的密封腔，泥浆在上述密封腔内的运动即可使得驱动转子在密封腔内受泥浆供应以及高速流动而产生的压力作用下进行旋转，进而带动驱动轴连同钻具或扩孔设备进行旋转运动。

上述适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置可将定向钻施工过程中产生的泥浆转换为相关部件的驱动动能，以替代传统的电机驱动方式；上述泥浆动能转换装置不仅可减少额外设置动力部件而产生的能耗，并且其在进行驱动过程中，可提供良好的驱动性能，致使钻具或扩孔设备在工作过程中可针对大落差山体内的硬质地质结构进行高效而稳定的破碎处理。与此同时，上述泥浆动能转换装置在工作过程中可有效避免钻孔位置的偏移，以确保定向钻的精度；而泥浆动能转换装置在工作过程中在钻孔内部实现了泥浆的循环处理，进而使得钻具或扩孔设备工作过程中可实时保持泥浆在管道内的供应，以有效避免泥浆过少而导致管道出现损坏的现象。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2为本发明中实施例3示意图；

附图标记列表：

1—阀体、2—阀腔、3—泥浆入口、4—泥浆出口、5—阀芯、6—阀座、7—弹性弹簧、8—导通孔、9—旁通管路、10—旁通孔、11—驱动壳体、12—驱动转子、13—第一螺纹、14—第二螺纹、15—驱动轴、1501—万向轴、1502—传动轴、16—筛板、17—隔板、18—连接管套、19—连接杆件、20—限位端体、21—限位螺母、22—引流喷嘴、23—稳定器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1

如图1所示的一种适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置，其包括有泥浆旁通阀与泥浆驱动装置；所述泥浆旁通阀包括有采用中空结构的阀体1，阀体1内部设置有阀腔2，阀体1之中包括有导通至阀腔2之中的泥浆入口3与泥浆出口4，所述泥浆驱动装置与泥浆出口4相互导通。所述阀腔2之中，泥浆入口3对应位置设置有阀芯5，泥浆出口4对应设置有阀座6，阀芯5与阀座6之间设置有弹性弹簧7；所述阀芯5之中设置有沿其轴向延伸的导通孔8, 阀芯5的端部延伸至阀座6内部；所述阀体1之中设置有多个经由其侧端部导通至阀芯之中的旁通管路9，所述阀芯5之中设置有多个经由导通孔8内部延伸至阀芯5侧端部之中的旁通孔10，多个旁通孔10与多个旁通管路9彼此一一对应；所述阀芯5之中导通孔8的直径小于阀体1之中泥浆入口3的直径。

所述泥浆驱动装置包括有驱动壳体11，驱动壳体11内部设置有驱动转子12，驱动壳体11的内壁之上设置有至少一头第一螺纹13，驱动转子12的侧端部设置有至少一头第二螺纹14，所述驱动壳体11之上第一螺纹13与驱动转子12之上的第二螺纹14相互啮合，且其导程彼此互不相同；所述泥浆驱动装置包括有与驱动转子12相互连接的驱动轴15。

采用上述技术方案的适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置，其可在大落差山体内进行定向钻的过程中，通过泥浆旁通阀以将导向孔以及扩孔施工过程中产生的泥浆导入至其内部，并进一步传输至泥浆驱动装置之中，以使得泥浆驱动装置之中的驱动转子可在泥浆压力作用下得以旋转，进而带动钻头或扩孔设备进行旋转。

上述泥浆旁通阀在工作过程中，泥浆经由泥浆入口导入至阀腔之中，当泥浆的流量较小时，其产生的压力尚不足以推动阀芯运动，故泥浆经由阀芯中部的导通孔导入，并分别经由阀芯以及阀体侧端的旁通孔以及庞通管路导出至阀体外部，进而实现对于定向钻施工中导向孔内的泥浆供应。而在泥浆流量较大时，阀芯在泥浆推动作用下朝向阀座运动，阀芯的侧壁运动至庞通管路对应位置时即可使得旁通管路封闭，进而使得泥浆经由泥浆出口导出至泥浆驱动装置之中。

上述泥浆导入至泥浆驱动装置之中后，其运动至驱动壳体与驱动转子之间；驱动壳体之上的第一螺纹与驱动转子之上的第二螺纹通过其相互间的导程差以形成呈螺纹延伸的密封腔，泥浆在上述密封腔内的运动即可使得驱动转子在密封腔内受泥浆供应以及高速流动而产生的压力作用下进行旋转，进而带动驱动轴连同钻具或扩孔设备进行旋转运动。

上述适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置可将定向钻施工过程中产生的泥浆转换为相关部件的驱动动能，以替代传统的电机驱动方式；上述泥浆动能转换装置不仅可减少额外设置动力部件而产生的能耗，并且其在进行驱动过程中，可提供良好的驱动性能，致使钻具或扩孔设备在工作过程中可针对大落差山体内的硬质地质结构进行高效而稳定的破碎处理。与此同时，上述泥浆动能转换装置在工作过程中可有效避免钻孔位置的偏移，以确保定向钻的精度；而泥浆动能转换装置在工作过程中在钻孔内部实现了泥浆的循环处理，进而使得钻具或扩孔设备工作过程中可实时保持泥浆在管道内的供应，以有效避免泥浆过少而导致管道出现损坏的现象。

实施例2

作为本发明的一种改进，如图1所示，所述阀芯5的导通孔8包括有相对于泥浆入口3的第一端部801，以及相对于阀座6的第二端部802，导通孔8的第一端部801的直径在其第一端部801朝向第二端部802延伸方向上逐渐减小。采用上述技术方案，其可使得阀芯相导通孔对于泥浆入口位置形成斗形结构，以在确保泥浆入口导入的泥浆可迅速进入至导通空之中时，亦可使得泥浆对于阀芯进行推动时可通过上述斗形结构的侧壁以形成较大的泥浆驱动面积，进而改善阀芯工作过程中的稳定性。

本实施例其余特征与优点均与实施例1相同。

实施例3

作为本发明的一种改进，如图2所示，所述阀体之中，每一个旁通管路9的端部均设置有筛板16，筛板16两侧分别设置有隔板17。采用上述技术方案，其可通过筛板的设置以避免旁通管路外部的岩石碎屑进入至管路内部以造成设备堵塞甚至损坏。

本实施例其余特征与优点均与实施例2相同。

实施例4

作为本发明的一种改进，如图1所示，所述泥浆旁通阀与泥浆驱动装置之间通过防脱离装置进行连接，防脱离装置包括有在泥浆旁通阀的泥浆出口4位置与泥浆驱动装置中的驱动壳体11之间进行连接的连接管套18，以及连接至驱动转子12之上的连接杆件19，连接杆件19沿连接管套18朝向泥浆出口4进行延伸；所述连接管套18内部设置有采用环形结构的限位端体20，所述连接杆件19的两端分别位于限位端体20两侧，连接杆件19相对于泥浆出口4一侧的端部设置有限位螺母21。采用上述技术方案，其可通过放脱离装置的设置以使得驱动转子相对于驱动壳体以及泥浆旁通阀保持稳定的连接关系，进而有效避免驱动转子连接位置偏差而产生的设备工作异常。

本实施例其余特征与优点均与实施例3相同。

实施例5

作为本发明的一种改进，所述驱动转子12之中设置有经由其内部延伸至其端部的引流喷嘴22。采用上述技术方案，其可通过引流喷嘴的设置以改善驱动转子端部位置的泥浆流速与压力，致使驱动转子的工作性能得以提高。

本实施例其余特征与优点均与实施例4相同。

实施例6

作为本发明的一种改进，如图1所示，所述驱动轴包括有彼此连接的万向轴1501与传动轴1502，其中，万向轴1501与驱动转子12相连接，传动轴1502连接于万向轴1501之上；所述万向轴1501采用可调弯万向轴，所述传动轴1502之上设置有稳定器23，稳定器23套装在传动轴1502之上。

本实施例其余特征与优点均与实施例5相同。

Claims (6)

1.一种适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置，其特征在于，所述适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置包括有泥浆旁通阀与泥浆驱动装置；所述泥浆旁通阀包括有采用中空结构的阀体，阀体内部设置有阀腔，阀体之中包括有导通至阀腔之中的泥浆入口与泥浆出口，所述泥浆驱动装置与泥浆出口相互导通；

所述阀腔之中，泥浆入口对应位置设置有阀芯，泥浆出口对应设置有阀座，阀芯与阀座之间设置有弹簧；所述阀芯之中设置有沿其轴向延伸的导通孔, 阀芯的端部延伸至阀座内部；所述阀体之中设置有多个经由其侧端部导通至阀芯之中的旁通管路，所述阀芯之中设置有多个经由导通孔内部延伸至阀芯侧端部之中的旁通孔，多个旁通孔与多个旁通管路彼此一一对应；所述阀芯之中导通孔的直径小于阀体之中泥浆入口的直径；

所述泥浆驱动装置包括有驱动壳体，驱动壳体内部设置有驱动转子，驱动壳体的内壁之上设置有至少一头第一螺纹，驱动转子的侧端部设置有至少一头第二螺纹，所述驱动壳体之上第一螺纹与驱动转子之上的第二螺纹相互啮合，且其导程彼此互不相同；所述泥浆驱动装置包括有与驱动转子相互连接的驱动轴。

2.按照权利要求1所述的适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置，其特征在于，所述阀芯的导通孔包括有相对于泥浆入口的第一端部，以及相对于阀座的第二端部，导通孔的第一端部的直径在其第一端部朝向第二端部延伸方向上逐渐减小。

3.按照权利要求2所述的适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置，其特征在于，所述阀体之中，每一个旁通管路的端部均设置有筛板，筛板两侧分别设置有隔板。

4.按照权利要求1至3任意一项所述的适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置，其特征在于，所述泥浆旁通阀与泥浆驱动装置之间通过防脱离装置进行连接，防脱离装置包括有在泥浆旁通阀的泥浆出口位置与泥浆驱动装置中的驱动壳体之间进行连接的连接管套，以及连接至驱动转子之上的连接杆件，连接杆件沿连接管套朝向泥浆出口进行延伸；所述连接管套内部设置有采用环形结构的限位端体，所述连接杆件的两端分别位于限位端体两侧，连接杆件相对于泥浆出口一侧的端部设置有限位螺母。

5.按照权利要求4所受的适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置，其特征在于，所述驱动转子之中设置有经由其内部延伸至其端部的引流喷嘴。

6.按照权利要求5所述的适于大落差山体内定向钻施工的泥浆动能转化装置，其特征在于，所述驱动轴包括有彼此连接的万向轴与传动轴，其中，万向轴与驱动转子相连接，传动轴连接于万向轴之上；所述万向轴采用可调弯万向轴，所述传动轴之上设置有稳定器，稳定器套装在传动轴之上。