CN109236188A - 水力振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了水力振荡器，包括：套筒，其为中空结构，所述套筒上端连接上接头、下端连接螺杆定子，所述上接头也为中空结构且套筒、螺杆定子和上接头三者轴线重合；螺杆转子，其上端通过连杆连接万向轴下端，所述万向轴位于套筒内；动阀，其通过动阀座固定并位于上接头内，所述动阀座下端连接万向轴上端，所述动阀座为中空结构且还具有连通套筒与万向轴之间空间的多个通道，所述动阀具有多个流道孔；静阀，其位于动阀上方且通过静阀座连接于上接头内壁，所述静阀也具有流道孔，所述静阀与动阀紧贴。本发明既解决了水力脉冲发生螺杆工具压耗高的问题，又解决了阀难以更换的问题。
Description
技术领域
本发明涉及石油井下水力脉冲提速工具技术领域。更具体地说，本发明涉及水力振荡器。
背景技术
现有的水力脉冲提速工具大都以螺杆为动力驱动阀的运动，从而控制钻井液流道的启闭而产生压力脉冲。工具的压耗有两部分：1、螺杆的压耗(0.5-0.8MPa)；2、阀的压耗(1.5-2MPa)；其中阀的压耗是一种主动而有益的压耗，主要被用来产生冲击力。螺杆的压耗是一种有害压耗，在能够保证马达容积效率和驱动阀的运动下，螺杆的压耗越低越好！而现场对压耗的控制十分严格，如何降低水力脉冲提速工具的压耗是研究重点。同时，现有的工具上阀的更换也十分不便，由于管体接头有螺纹紧固胶和数万牛米上扣扭矩的作用，不借用专用工具很难将接头卸开，快速的更换阀成了难题。
发明内容
本发明的一个目的是提供水力振荡器，既解决了水力脉冲发生螺杆工具压耗高的问题，又解决了阀难以更换的问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了水力振荡器，包括：套筒，其为中空结构，所述套筒上端连接上接头、下端连接螺杆定子，所述上接头也为中空结构且套筒、螺杆定子和上接头三者轴线重合；螺杆转子，其上端通过连杆连接万向轴下端，所述万向轴位于套筒内；动阀，其通过动阀座固定并位于上接头内，所述动阀座下端连接万向轴上端，所述动阀座为中空结构且还具有连通套筒与万向轴之间空间的多个通道，所述动阀具有多个流道孔；静阀，其位于动阀上方且通过静阀座连接于上接头内壁，所述静阀也具有多个流道孔，所述静阀与动阀紧贴。
优选的是，所述上接头内壁还设置有滚动轴承，所述动阀座外侧壁中部配合于滚动轴承内。
优选的是，所述静阀座与上接头内壁螺纹连接。
优选的是，所述上接头在靠近入口处设置有过滤模块。
优选的是，所述万向轴外表面还设置有封闭的壳体，所述壳体内填充有硅油或液压油或黄油。
优选的是，所述静阀座还包括：一对调节轮，其相对设置于所述静阀座内部两侧，所述调节轮通过竖直的一对转动轴驱动转动，所述转动轴下端固定于调节轮中心，所述调节轮外侧壁沿其周向呈辐射状均匀间隔固定有多根顶杆，其长度依次增大；一对贯通柱，其水平设置于所述静阀座内部并与所述调节轮位于同一水平面，一对贯通柱相对设置于一对调节轮的外侧且不干涉调节轮的转动，所述贯通柱内侧的一端始终与调节轮上的顶杆接触、外侧的一端可恰好从静阀座内部穿出；
所述上接头还包括：一对凹通道，其为上接头内壁向内水平凹陷形成，一对凹通道与一对贯通柱相对设置，当转动调节轮使得最长的顶杆将一对贯通柱向外顶出时，一对贯通柱端部可恰好卡合于一对凹通道内；一对密封圈，其竖直间隔固定于所述上接头的内壁，可使得静阀座与上接头密封接触。
优选的是，所述顶杆外端部均固定有第一磁块，所述贯通柱内侧的一端固定有第二磁块，其与第一磁块磁性相反。
优选的是，所述上接头还包括：一对弹性带，其外侧边分别密封连接于一对凹通道侧壁，所述弹性带的面积大于所述凹通道的截面面积；弧形水通道，其沿上接头圆周方向设置有两条且位于一对凹通道的同一侧，所述弧形水通道紧挨凹通道的端部均与紧挨的凹通道贯通，所述弧形水通道远离凹通道的端部密封且弧形水通道内部紧挨此端部设置有密封滑块，其可在弧形水通道内密封自由滑动，所述弧形水通道在密封滑块与弹性带之间密封填充有水，所述弧形水通道均为倾斜通道，且设置为向下从靠近凹通道的一端向远离凹通道的另一端倾斜；弧形绳通道，其也设置两条且相对位于弧形水通道外侧；定滑轮，其设置两个且分别固定于弧形绳通道位于凹通道一侧的端部；拉绳，其为两根且分别设置于两条弧形绳通道和与其对应的弧形绳通道内，所述拉绳的一端密封穿过弧形水通道固定连接密封滑块一端面、另一端从弧形绳通道穿过并穿过定滑轮再密封穿过弧形水通道内部固定于密封滑块的另一端面，形成环形的线路；驱动机构，其驱动拉绳沿定滑轮滑动以带动密封滑块在弧形水通道内滑动。
优选的是，所述驱动机构为绕绳器，其设置于弧形水通道远离凹通道的端部外，所述绕绳器的外侧壁设置有两个向内凹陷的绕绳槽，所述拉绳分割为两根，其中一根拉绳一端固定于密封滑块一端面、另一端固定绕于其中一绕绳槽上，另一根拉绳一端固定绕于另一绕绳槽上、另一端从弧形绳通道穿过并穿过定滑轮再密封穿过弧形水通道内部固定于密封滑块的另一端面，两根拉绳在两个绕绳槽上绕设方向相反；两个弧形水通道远离凹通道的端部之间设置有可转动的驱动轴，其套设有第一齿轮，所述驱动轴在第一齿轮的相对两侧设置有与第一齿轮均啮合的一对第二齿轮，其分别套设于两个弧形水通道对应的绕绳器上，驱动轴转动时，驱动相邻的绕绳器转动，从而带动两个弧形水通道内的密封滑块同时远离或者靠近一对凹通道移动。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明通过借用螺杆钻具的动力，取消水力脉冲发生器的螺杆部分，从而可以避免部分压耗(0.5-0.8MPa)，由于不需单头螺杆提供动力，压耗比传统水力振荡器低。
2、本发明将静阀布置在工具入口处，并尽可能靠近上接头螺纹台肩，以便更换静阀，即静阀靠近出口，静阀的更换更加便捷。
3、本发明整体零件少，结构简单。
4、本发明的螺杆钻具集成一体，维护、试验、运输更加方便。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明水力振荡器的整体结构示意图；
图2为本发明静阀座与上接头未安装时的结构示意图；
图3为本发明静阀座与上接头安装时的结构示意图；
图4为本发明静阀座与上接头未安装时的俯视图；
图5为本发明驱动轴与其相邻的两个绕绳器的结构示意图。
附图标记说明：
1、上接头，2、静阀座，3、静阀，4、动阀，5、动阀座，6、滚动轴承，7、万向轴，8、套筒，9、连杆，10、螺杆定子，11、螺杆转子，201、密封圈，202、调节轮，203、转动轴，204、顶杆，205、贯通柱，301、凹通道，302、弧形水通道，303、弧形绳通道，304、密封滑块，305、定滑轮，306、绕绳器，307、绕绳槽，308、驱动轴，309、第一齿轮，310、第二齿轮，311、弹性带。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供一种水力振荡器，包括：套筒8，其为中空结构，所述套筒8上端连接上接头1、下端连接螺杆定子10，所述上接头1也为中空结构且套筒8、螺杆定子10和上接头1三者轴线重合；螺杆转子11，其上端通过连杆9连接万向轴7下端，所述万向轴7位于套筒8内；动阀4，其通过动阀座5固定并位于上接头1内，所述动阀座5下端连接万向轴7上端，所述动阀座5为中空结构且还具有连通套筒8与万向轴7之间空间的多个通道，所述动阀4具有多个流道孔；静阀3，其位于动阀4上方且通过静阀座2连接于上接头1内壁，所述静阀3也具有多个流道孔，所述静阀3与动阀4紧贴。
在上述技术方案中，上接头1连接钻柱，螺杆下面连接钻头。钻柱内部有泥浆循环，泥浆驱动螺杆转子11做行星运动，螺杆转子11的运动通过万向轴7转化为周期性旋转运动，并传递到动阀座5及动阀4。动阀座5和动阀4固定在一起且动阀4和静阀3贴合在一起，动阀4相对于静阀3做平面旋转运动，同时，动阀4和静阀3上均有流道孔，以便产生压力脉冲。在动阀4旋转过程中，动阀4和静阀3上的流道孔周期性的重合和相错，使得泥浆的流通面积周期性的增大和变小，根据伯努利原理，面积的周期性变化导致泥浆压力的周期性变化。
在另一种技术方案中，所述上接头1内壁还设置有滚动轴承6，所述动阀座5外侧壁中部配合于滚动轴承6内。通过滚动轴承6，稳定动阀4的运动。
在另一种技术方案中，所述静阀座2与上接头1内壁螺纹连接。静阀座2与上接头1螺纹连接，中心孔上设计内六方结构，便于静阀座2的更换。
在另一种技术方案中，所述上接头1在靠近入口处设置有过滤模块，其可以为过滤网，能够过滤泥浆中较大的固相颗粒，防止固相颗粒造成螺杆堵塞或者划伤螺杆定子橡胶，过滤模块设置在入口处，便于清理，能够缩短水力振荡器的维修时间。
在另一种技术方案中，所述万向轴7外表面还设置有封闭的壳体，所述壳体内填充有硅油或液压油或黄油，，能够为万向轴7的运动提供润滑和降温。
在另一种技术方案中，如图2至4所示，所述静阀座2还包括：一对调节轮202，其相对设置于所述静阀座2内部两侧，所述调节轮202通过竖直的一对转动轴203驱动转动，所述转动轴203下端固定于调节轮202中心，所述调节轮202外侧壁沿其周向呈辐射状均匀间隔固定有多根顶杆204，其长度依次增大；一对贯通柱205，其水平设置于所述静阀座2内部并与所述调节轮202位于同一水平面，一对贯通柱205相对设置于一对调节轮202的外侧且不干涉调节轮202的转动，所述贯通柱205内侧的一端始终与调节轮202上的顶杆204接触、外侧的一端可恰好从静阀座2内部穿出；
所述上接头1还包括：一对凹通道301，其为上接头1内壁向内水平凹陷形成，一对凹通道301与一对贯通柱205相对设置，当转动调节轮202使得最长的顶杆204将一对贯通柱205向外顶出时，一对贯通柱205端部可恰好卡合于一对凹通道301内；一对密封圈201，其竖直间隔固定于所述上接头1的内壁，可使得静阀座2与上接头1密封接触。
在上述技术方案中，静阀座2与上接头1即可通过螺纹可拆卸连接，也可通过设置静阀座2与上接头1的结构，使得两者的配合更为紧密，拆卸更换以及安装配合更为方便紧密。初始状态即静阀座2未安装时，如图2和图4所示，一对调节轮202上最短的顶杆204紧挨贯通柱205的端部，贯通柱205恰好位于静阀座2内；如图3和图4所示，在进行静阀座2固定安装时，首先将一对贯通柱205与一对凹通道301相对，转动转动轴203，使得调节轮202上依次增长的顶杆204顺次与贯通柱205相抵，从而将贯通柱205抵进凹通道301内，此时贯通柱205一端部位于凹通道301内、另一端部位于静阀座2内，可使得静阀座2与上接头1暂时定位固定；同时一对密封圈201分别位于静阀座2的上部和下部并位于贯通柱205的上下方，通过密封圈201可使得静阀座2和上接头1之间为密封状态。
在另一种技术方案中，所述顶杆204外端部均固定有第一磁块，所述贯通柱205内侧的一端固定有第二磁块，其与第一磁块磁性相反。
在上述技术方案中，当需要拆卸静阀座2时，可在顶杆204和贯通柱205上分别设置磁块，顶杆204上的磁块与贯通柱205上的磁块磁性相反，相互吸引，因此在顶杆204沿安装方向相反的方向转动过程中，长度依次减小，给贯通柱205让出空间，同时在磁块的吸引下，贯通柱205即可慢慢缩进静阀座2内。
在另一种技术方案中，如图2至5所示，所述上接头1还包括：一对弹性带311，其外侧边分别密封连接于一对凹通道301侧壁，所述弹性带311的面积大于所述凹通道301的截面面积；弧形水通道302，其沿上接头1圆周方向设置有两条且位于一对凹通道301的同一侧，所述弧形水通道302紧挨凹通道301的端部均与紧挨的凹通道301贯通，所述弧形水通道302远离凹通道301的端部密封且弧形水通道302内部紧挨此端部设置有密封滑块304，其可在弧形水通道302内密封自由滑动，所述弧形水通道302在密封滑块304与弹性带311之间密封填充有水，所述弧形水通道302均为倾斜通道，且设置为向下从靠近凹通道301的一端向远离凹通道301的另一端倾斜；弧形绳通道303，其也设置两条且相对位于弧形水通道302外侧；定滑轮305，其设置两个且分别固定于弧形绳通道303位于凹通道301一侧的端部；拉绳，其为两根且分别设置于两条弧形绳通道303和与其对应的弧形绳通道303内，所述拉绳的一端密封穿过弧形水通道302固定连接密封滑块304一端面、另一端从弧形绳通道303穿过并穿过定滑轮305再密封穿过弧形水通道302内部固定于密封滑块304的另一端面，形成环形的线路；驱动机构，其驱动拉绳沿定滑轮305滑动以带动密封滑块304在弧形水通道302内滑动。
在上述技术方案中，也可通过其它方式实现静阀座2的拆卸。由于弧形水通道302设置为向下倾斜，移动密封滑块304远离凹通道301，由于重力作用，水可自动进入到弧形水通道302内；弧形水通道302内的密封滑块304初始状态时位于弧形水通道302远离凹通道301的端部，密封滑块304设置为可在弧形水通道302内自由移动，但紧贴弧形水通道302内壁，不会使得水从密封滑块304漏出进入到密封滑块304与弧形水通道302远离凹通道301的端部设置的弹性带311之间的空间内，此时弹性带311与贯通柱205是紧挨的；当需要拆卸静阀座2时，通过驱动机构带动拉绳沿定滑轮305滑动，拉绳相当于在弧形水通道302和弧形绳通道303内形成一环形，从而拉绳带动密封滑块304向靠近凹通道301滑动，将弧形水通道302内的水向弹性带311挤压流动，从而将弹性带311向外推出，弹性带311设置为具有较强的弹性且面积较大可在水的压力作用下将贯通柱205从凹通道301内推出并进入到静阀座2内，实现贯通柱205从上接头11中的脱离，从而方便静阀座2的拆除，当然，此过程在进行前，需沿静阀座2安装的相反方向转动转动轴203，使得调节轮202上最短的顶杆204正对贯通柱205，给贯通柱205缩进静阀座2内提供空间，贯通柱205缩进静阀座2内后，需要拆除静阀座2前，先通过驱动机构带动拉绳使得密封滑块304远离凹通道301滑动，将弹性带311也缩进凹通道301内，方便拆除静阀座2。
在另一种技术方案中，所述驱动机构为绕绳器306，其设置于弧形水通道302远离凹通道301的端部外，所述绕绳器306的外侧壁设置有两个向内凹陷的绕绳槽307，所述拉绳分割为两根，其中一根拉绳一端固定于密封滑块304一端面、另一端固定绕于其中一绕绳槽307上，另一根拉绳一端固定绕于另一绕绳槽307上、另一端从弧形绳通道303穿过并穿过定滑轮305再密封穿过弧形水通道302内部固定于密封滑块304的另一端面，两根拉绳在两个绕绳槽307上绕设方向相反；两个弧形水通道302远离凹通道301的端部之间设置有可转动的驱动轴308，其套设有第一齿轮309，所述驱动轴308在第一齿轮309的相对两侧设置有与第一齿轮309均啮合的一对第二齿轮310，其分别套设于两个弧形水通道302对应的绕绳器306上，驱动轴308转动时，驱动相邻的绕绳器306转动，从而带动两个弧形水通道302内的密封滑块304同时远离或者靠近一对凹通道301移动。
在上述技术方案中，通过绕绳器306作为驱动机构带动拉绳移动，从而带动密封滑块304在弧形水通道302内移动。绕绳器306沿顺时针或者逆时针方向转动时，其上的两个绕绳槽307上绕设的拉绳由于绕设方向相反，从而两个绕绳槽307上拉绳一根继续绕设、另一根会松开，从而可实现带动密封滑块304在弧形水通道302内移动。如图5所示，通过一根驱动轴308即可实现两侧的两个绕绳器306同时转动，提高效率。驱动轴308的一端可设置为凸出于上接头1外，方便通过人为的外力即可实现驱动轴308的转动，环保。驱动轴308的转动使得第一齿轮309转动，进而带动与其啮合的一对第二齿轮310转动，进而再带动两侧的绕绳器306转动，从而可带动拉绳的缠绕，将两侧的密封滑块304同时远离或者靠近一对凹通道301移动，实现静阀座2的安装固定或拆卸更换。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (9)
1.水力振荡器，其特征在于，包括：
套筒，其为中空结构，所述套筒上端连接上接头、下端连接螺杆定子，所述上接头也为中空结构且套筒、螺杆定子和上接头三者轴线重合；
螺杆转子，其上端通过连杆连接万向轴下端，所述万向轴位于套筒内；
动阀，其通过动阀座固定并位于上接头内，所述动阀座下端连接万向轴上端，所述动阀座为中空结构且还具有连通套筒与万向轴之间空间的多个通道，所述动阀具有多个流道孔；
静阀，其位于动阀上方且通过静阀座连接于上接头内壁，所述静阀也具有多个流道孔，所述静阀与动阀紧贴。
2.如权利要求1所述的水力振荡器，其特征在于，所述上接头内壁还设置有滚动轴承，所述动阀座外侧壁中部配合于滚动轴承内。
3.如权利要求1所述的水力振荡器，其特征在于，所述静阀座与上接头内壁螺纹连接。
4.如权利要求1所述的水力振荡器，其特征在于，所述上接头在靠近入口处设置有过滤模块。
5.如权利要求1所述的水力振荡器，其特征在于，所述万向轴外表面还设置有封闭的壳体，所述壳体内填充有硅油或液压油或黄油。
6.如权利要求1所述的水力振荡器，其特征在于，所述静阀座还包括：
一对调节轮，其相对设置于所述静阀座内部两侧，所述调节轮通过竖直的一对转动轴驱动转动，所述转动轴下端固定于调节轮中心，所述调节轮外侧壁沿其周向呈辐射状均匀间隔固定有多根顶杆，其长度依次增大；
一对贯通柱，其水平设置于所述静阀座内部并与所述调节轮位于同一水平面，一对贯通柱相对设置于一对调节轮的外侧且不干涉调节轮的转动，所述贯通柱内侧的一端始终与调节轮上的顶杆接触、外侧的一端可恰好从静阀座内部穿出；
所述上接头还包括：
一对凹通道，其为上接头内壁向内水平凹陷形成，一对凹通道与一对贯通柱相对设置，当转动调节轮使得最长的顶杆将一对贯通柱向外顶出时，一对贯通柱端部可恰好卡合于一对凹通道内；
一对密封圈，其竖直间隔固定于所述上接头的内壁，可使得静阀座与上接头密封接触。
7.如权利要求6所述的水力振荡器，其特征在于，所述顶杆外端部均固定有第一磁块，所述贯通柱内侧的一端固定有第二磁块，其与第一磁块磁性相反。
8.如权利要求6所述的水力振荡器，其特征在于，所述上接头还包括：
一对弹性带，其外侧边分别密封连接于一对凹通道侧壁，所述弹性带的面积大于所述凹通道的截面面积；
弧形水通道，其沿上接头圆周方向设置有两条且位于一对凹通道的同一侧，所述弧形水通道紧挨凹通道的端部均与紧挨的凹通道贯通，所述弧形水通道远离凹通道的端部密封且弧形水通道内部紧挨此端部设置有密封滑块，其可在弧形水通道内密封自由滑动，所述弧形水通道在密封滑块与弹性带之间密封填充有水，所述弧形水通道均为倾斜通道，且设置为向下从靠近凹通道的一端向远离凹通道的另一端倾斜；
弧形绳通道，其也设置两条且相对位于弧形水通道外侧；
定滑轮，其设置两个且分别固定于弧形绳通道位于凹通道一侧的端部；
拉绳，其为两根且分别设置于两条弧形绳通道和与其对应的弧形绳通道内，所述拉绳的一端密封穿过弧形水通道固定连接密封滑块一端面、另一端从弧形绳通道穿过并穿过定滑轮再密封穿过弧形水通道内部固定于密封滑块的另一端面，形成环形的线路；
驱动机构，其驱动拉绳沿定滑轮滑动以带动密封滑块在弧形水通道内滑动。
9.如权利要求8所述的水力振荡器，其特征在于，所述驱动机构为绕绳器，其设置于弧形水通道远离凹通道的端部外，所述绕绳器的外侧壁设置有两个向内凹陷的绕绳槽，所述拉绳分割为两根，其中一根拉绳一端固定于密封滑块一端面、另一端固定绕于其中一绕绳槽上，另一根拉绳一端固定绕于另一绕绳槽上、另一端从弧形绳通道穿过并穿过定滑轮再密封穿过弧形水通道内部固定于密封滑块的另一端面，两根拉绳在两个绕绳槽上绕设方向相反；两个弧形水通道远离凹通道的端部之间设置有可转动的驱动轴，其套设有第一齿轮，所述驱动轴在第一齿轮的相对两侧设置有与第一齿轮均啮合的一对第二齿轮，其分别套设于两个弧形水通道对应的绕绳器上，驱动轴转动时，驱动相邻的绕绳器转动，从而带动两个弧形水通道内的密封滑块同时远离或者靠近一对凹通道移动。
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