CN1318724C - 用于切割钻孔的射流式切割装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射流式切割装置，该射流式切割装置包括一个切割头，该切割头带有至少一个喷嘴，用于将一股液流喷射至一个物体上，以便在所述物体上形成一个选定的切口。对于各个喷嘴来说，切割头均带有一个偏转板，该偏转板的偏转表面被设置成根据所述待形成切口的位置将由喷嘴喷射出的液流偏转至一个选定方向。

Description

用于切割钻孔的射流式切割装置
技术领域
本发明涉及一种射流式切割装置，该射流式切割装置包括一个切割头，该切割头带有一个或者多个喷嘴，用于将一股液流喷射至一个物体上，以便在该物体上形成一个切口。这种喷射式切割装置比如可以应用在对零件进行机械加工，或者在地层内钻取钻孔的过程中对岩石进行切割。
背景技术
WO 00/66872公开了一种岩石切割装置，其通过一个设置在该装置切割头上的喷嘴，将一股包含磨粒的钻取液流喷射至钻孔底部或者钻孔侧壁上。
US-A-4708214公开了一种用于切割钻孔的射流式切割装置。该射流式切割装置包括一个切割头，该切割头带有至少一个喷嘴，用于将一股液流喷射至一个物体上，以便在所述物体上形成一个特定切口，其中，对于各个喷嘴来说，切割头均带有一个偏转板，该偏转板的偏转表面被设置成根据所述待形成切口的位置将由喷嘴喷射出的液流偏转至一个特定方向。
这种已知装置的问题在于，由于喷嘴在切割头处的位置受到限制，所以所喷射液流的方向无法按需实现最佳。例如，在某些应用领域中，所希望的是所喷射的液流贴近并且基本上平行于钻孔侧壁，以便精确地冲切出钻孔的圆周。但是，由于喷嘴位于切割头外径的内侧，阻碍了这种液流方向。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种经过改进的射流式切割装置，其克服了前述问题。
本发明的技术方案如下：
根据本发明，一种用于切割钻孔的射流式切割装置，包括一个切割头，该切割头带有至少一个喷嘴，用于将一股流体喷射至一个物体，以便在所述物体上形成一个选定的切口，其中，对于各个喷嘴来说，切割头均带有一个偏转板，该偏转板的偏转表面被设置成根据所述待形成切口的位置将由所述喷嘴喷射出的液流偏转至一个选定方向，其特征在于偏转表面被设置成将该股流体偏转使该股流体靠近并基本上平行于钻孔壁。
优选地，设置有泵送装置，用以形成一股穿过喷嘴的包含磨粒的液流。
优选地，所述偏转表面是曲面状内凹的。
优选地，所述液流在偏转表面上的冲击力沿着该偏转表面发生变化，并且所述偏转表面的抗侵蚀性根据液流在该偏转表面上的冲击力变化沿着偏转表面发生变化，从而使得由液流在偏转表面上的侵蚀基本上均匀一致。
优选地，所述偏转板可以相对于切割头发生移动，并且该射流式切割装置还包括控制装置，用以控制偏转板相对于切割头的运动。
优选地，所述控制装置被设置成使得偏转板发生移动，以便使偏转表面上的第一部分发生位移而远离液流冲击到该偏转表面上的冲击位置，并且使偏转表面上的第二部分置于所述冲击位置处。
优选地，所述控制装置被设置成使得偏转板发生移动，以改变所述液流在该偏转板上的冲击角度。
优选地，所述控制装置被设置成使得偏转板发生平移运动，以改变偏转板与所述液流之间的距离。
优选地，所述切割头形成了用于在地层中钻取钻孔的钻杆的一部分，并且各个喷嘴被设置成将一股含有磨粒的液流喷射入所述钻孔内，以便进一步对该钻孔进行钻取。
优选地，所述喷嘴被设置成利用一部分由该喷嘴喷射出但未经偏转板偏转的液流对钻孔的中部进行钻取，并且利用一部分经过偏转板偏转后的液流对钻孔的径向外部进行钻取，其中所述偏转板靠近钻孔。
根据本发明，在此提供了一种射流式切割装置，该射流式切割装置包括一个切割头，该切割头带有至少一个喷嘴，用于将一股液流喷射至一个物体上，以便在所述物体上形成一个特定切口，其中，对于各个喷嘴来说，切割头均带有一个偏转板，该偏转板的偏转表面被设置成根据所述待形成切口的位置将由喷嘴喷射出的液流偏转至一个特定方向。
由此，可以使得喷射出的液流偏转至除从喷嘴喷射出液流的方向之外的方向。
这种射流式切割装置对于井孔钻取领域来说是具有吸引力的，因为其允许利用一部分未经偏转板偏转的液流对钻孔的中部进行钻取，并且允许利用一部分经过偏转板偏转的液流对钻孔的径向外部进行钻取，由此允许精确地冲切出钻孔的外周，其中所述偏转板贴近钻孔侧壁。
为了使得液流集中并且提高切割效率，偏转板最好具有一个内凹的偏转表面，液流冲击到该偏转表面上。可选择地，当希望将液流分散时，喷嘴可以被设置成将液流喷射至偏转板的外凸偏转表面上。
由于对于大多数应用领域来说，由液流在偏转表面上产生的冲击力强度会沿着表面发生变化，所以最好偏转表面的抗腐蚀性根据冲击力的变化沿着偏转表面发生变化，从而使得由液流对偏转表面的侵蚀基本上均匀一致。
附图说明
下面将参照附图通过示例更为详细地对本发明进行描述，其中：
图1示意性地示出了本发明中的射流式切割装置用于钻孔钻取的一个实施例纵剖面图；而
图2示意性地示出了图1中所示实施例的细节构造。
具体实施方式
参照图1，在此示出了一个钻取组件，该钻取组件包括：一根钻杆1，该钻杆1延伸至一个形成于地层3中的钻孔2内，和一个射流式切割装置5，该射流式切割装置5被设置在钻杆1的下端部处，靠近钻孔2的底部，由此在钻取组件1与钻孔2的侧壁之间形成一个圆环状空间8。钻杆1和射流式切割装置5均带有一条流体通道9、9a，用于如下面所述那样，供待喷射至钻孔底部的钻取流体流过其中。射流式切割装置5具有一个切割头5a，该切割头5a带有一个混合腔室10，该混合腔室10具有一个呈输入喷嘴12形式并且与液体通道9、9a液体连通的第一入口，一个用于磨粒的第二入口14，以及一个呈射流喷嘴15形式的出口，出口15朝向一个将在下文予以详细描述的偏转板16。切割头5a的纵向延展部5c用于保持射流偏转板16与钻孔底部7相距一个选定距离。在切割头5a的侧表面上设置有一个凹槽17，该凹槽17与混合腔室10和第二入口14液体连通。
图2示出了凹槽17的透视图，由此示出了该凹槽17的一个半圆筒形侧壁18。一个能够沿着方向20发生旋转的圆柱体19(参照图1；在图2中为了清楚起见已经将该圆柱体去除)被设置在凹槽17中，该圆柱体19的直径使得在该圆柱体19与凹槽17的侧壁18之间仅存在一个微小间隙。圆柱体19的外表面已经被磁化，由此多个N和S磁极沿着圆周方向交替排布。第二入口14和混合腔室10均具有一个由圆柱体19的外表面形成的侧壁。此外，第二入口14具有相对的侧壁22、24，它们朝向混合腔室19发生会聚，并且基本上垂直于侧壁18进行延伸。
偏转板16以这样一种方式延伸至切割头5a上的下部凹槽26内，即允许偏转板16相对于切割头5a进行运动。一个呈致动器28形式的控制装置被设置在下部凹槽26内，用以支撑起偏转板16并且控制偏转板16相对于切割头5a的运动。偏转板16被设置成，能够在射流式切割装置5工作的过程中使得由喷嘴15喷射出的一股流体30以一个选定角度34冲击到偏转板的内表面32上。内表面32最好由类似于碳化钨的耐腐蚀材料制成。
致动器28能够使得偏转板沿着相反方向36a、36b和相反方向38a、38b进行移动，其中相反方向36a、36b基本上平行于偏转板内表面32，而相反方向38a、38b基本上垂直于偏转板内表面32。还有，致动器28能够使得致动器发生旋转，以改变液流30在偏转板内表面32上的冲击角度34。
在钻取组件1正常工作的过程中，一股初始包含磨粒的钻取液流经由流体通道9、9a和输入喷嘴12被泵送入混合腔室10内。所述磨粒包括一种诸如马氏体钢这样的磁活性材料，并且典型的磨粒为马氏体钢细粒或者粗粒。流过射流喷嘴15的液流以液流30的形式对偏转板16进行冲击，由偏转板16将液流30偏转至形成冲击在钻孔底部7上的偏转液流40。偏转液流40的方向取决于冲击角度34、偏转板形状以及偏转板方位。
在所有的磨粒均已经被泵送穿过液体通道9、9a之后，基本上不带有磨粒的钻取液体通过通道9、9a和输入喷嘴12被泵送入混合腔室10内。
由于射流40对钻孔底部7的冲击作用，岩石颗粒被从钻孔底部7中移除。钻杆1与此同时发生旋转，从而使得钻孔底部7得以均匀侵蚀，导致钻孔的深度逐步增加。从钻孔底部7移除的岩石颗粒被穿过圆环状空间8向上流动的液流携带走。随着液流经过圆柱体19，磨粒受到由圆柱体19所产生磁力的吸引作用，该磁力由此将磨粒从液流中分离出来，并且使得这些磨粒移动至圆柱体19的外表面上。由于a)流入混合腔室内的钻取液流在圆柱体19上施加的摩擦力；b)流过圆环状空间8的液流在圆柱体上施加的摩擦力；以及c)由于钻取液体高速流过混合腔室10而在混合腔室10中产生一个明显低于圆环状空间8内的液压力，所以圆柱体19受迫发生旋转。粘附在圆柱体16的外表面上的磨粒由此沿着混合腔室10的方向穿过第二入口14。第二入口14的会聚侧壁22、24导引磨粒进入混合腔室10内。在磨粒到达混合腔室10内时，从输入喷嘴12喷射出的钻取液流将磨粒从圆柱体19的外表面上移除，此后，磨粒被夹带入钻取液流内。
穿过圆环状空间8向上流动的剩余液流中基本上不含有磨粒，并且继续向上流动至地表，在这里可以将钻取碎屑从液流中去除。在将钻取碎屑去除之后，钻取液体通过液体通道9、9a和输入喷嘴12被泵送入混合腔室10内，以便再次对磨粒等进行输送。
当偏转板表面32上受到液流30冲击的区域发生磨损时，致动器28受到诱发来使得偏转板16沿着方向36a或者方向36b进行移动，以便将所述区域远离冲击位置，并且将偏转板表面32上一个新的未经磨损的区域置于冲击位置处。以这种方式，可以延长偏转板的使用寿命。
当希望改变偏转液流40的方向时，致动器28受到诱发来使得偏转板发生旋转，以改变液流34在偏转板上的冲击角度34。
还有，当希望增大所钻取钻孔2的直径时，致动器28受到诱发来使得偏转板16沿着方向38b进行移动，由此增加偏转板16与液流30之间的距离。相反，当希望缩小所钻取钻孔2的直径时，致动器28受到诱发来使得偏转板16沿着方向38a进行移动，由此减小偏转板16与液流30之间的距离。

Claims (10)

1.一种用于切割钻孔的射流式切割装置，包括一个切割头，该切割头带有至少一个喷嘴，用于将一股流体喷射至一个物体，以便在所述物体上形成一个选定的切口，其中，对于各个喷嘴来说，切割头均带有一个偏转板，该偏转板的偏转表面被设置成根据所述待形成切口的位置将由所述喷嘴喷射出的液流偏转至一个选定方向，其特征在于偏转表面被设置成将该股流体偏转使该股流体靠近并基本上平行于钻孔壁。
2.如权利要求1所述的射流式切割装置，其特征在于：设置有泵送装置，用以形成一股穿过喷嘴的包含磨粒的液流。
3.如权利要求1或2所述的射流式切割装置，其特征在于：所述偏转表面是曲面状内凹的。
4.如权利要求1或2所述的射流式切割装置，其特征在于：所述液流在偏转表面上的冲击力沿着该偏转表面发生变化，并且所述偏转表面的抗侵蚀性根据液流在该偏转表面上的冲击力变化沿着偏转表面发生变化，从而使得由液流在偏转表面上的侵蚀基本上均匀一致。
5.如权利要求1或2所述的射流式切割装置，其特征在于：所述偏转板可以相对于切割头发生移动，并且该射流式切割装置还包括控制装置，用以控制偏转板相对于切割头的运动。
6.如权利要求5中所述的射流式切割装置，其特征在于：所述控制装置被设置成使得偏转板发生移动，以便使偏转表面上的第一部分发生位移而远离液流冲击到该偏转表面上的冲击位置，并且使偏转表面上的第二部分置于所述冲击位置处。
7.如权利要求5中所述的射流式切割装置，其特征在于：所述控制装置被设置成使得偏转板发生移动，以改变所述液流在该偏转板上的冲击角度。
8.如权利要求5中所述的射流式切割装置，其特征在于：所述控制装置被设置成使得偏转板发生平移运动，以改变偏转板与所述液流之间的距离。
9.如权利要求1或2所述的射流式切割装置，其特征在于：所述切割头形成了用于在地层中钻取钻孔的钻杆的一部分，并且各个喷嘴被设置成将一股含有磨粒的液流喷射入所述钻孔内，以便进一步对该钻孔进行钻取。
10.如权利要求9中所述的射流式切割装置，其特征在于：所述喷嘴被设置成利用一部分由该喷嘴喷射出但未经偏转板偏转的液流对钻孔的中部进行钻取，并且利用一部分经过偏转板偏转后的液流对钻孔的径向外部进行钻取，其中所述偏转板靠近钻孔。
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