CN1471489A - 传输磁性材料颗粒的装置 - Google Patents

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Abstract

一种按选定的方向传输磁性材料颗粒的装置，该装置包括一个具有用于支撑一些颗粒的支撑表面(21)的支撑元件，该支撑表面按选定的方向延伸，还包括一个磁铁(28)用于产生磁场以保持磁性颗粒在该支撑表面上，相对于支撑表面的其它区域的磁场强度，该磁场在支撑表面上至少有一个场强减小的区域(32)，还包括驱动装置(36)用于沿一个方向相对于支撑表面移动场强减小的每一个区域，该方向在选定方向上有一个分量。

Description

传输磁性材料颗粒的装置
本发明涉及一种按选定的方向传输磁性材料颗粒的装置。在许多技术领域都要求能传输磁性材料颗粒，比如，从液流中或连续的网格清扫操作中不断地分离顺磁的颗粒。在后面的描述中，磁性材料颗粒可理解为受磁铁吸引的颗粒，该磁铁的磁场延伸到这些颗粒所在的区域。
因此本发明的一个目的是提供一种按选定的方向传输磁性材料颗粒的装置。
根据本发明的装置包括：
一个用于支撑这些颗粒的具有支撑表面的支撑元件，该支撑表面按选定的方向延伸；
一个磁铁用于产生磁场以保持磁性颗粒在该支撑表面上，相对于支撑表面的其它区域的磁场场强，该磁场在支撑表面上至少有一个场强减小的区域；
一些驱动装置用于以一个方向相对于支撑表面移动场强减小的每一个区域，该装置在选定方向上有一个组件。
当磁性材料颗粒送到该支撑表面时，在场强减小的区域作用在这些颗粒上的磁力小于所述的区域以外的地方，这是可以达到的。于是，与所述的区域相比这些颗粒更趋向于附着在所述的区域以外的支撑表面上，并且，当相对于该支撑表面移动场强减小的区域时，这些颗粒趋向于追随这种运动。比如，磁性材料可以是具有铁磁性、铁氧体磁性、或者顺磁性的材料。
在本发明的一个有吸引力的实施例中，所述的颗粒是磨料颗粒，并且该装置成为挖掘工具的一部分，该工具包括具有混合腔的喷射系统，该混合腔具有一个液体的第一进口、一个磨料颗粒的第二进口和一个出口喷嘴，在使用该工具挖掘期间，该喷嘴将液流和磨料颗粒喷射到挖掘物上，并且该装置布置成支撑表面暴露在所述的液流的下游并受到冲刷挖掘物的液流的冲击，并且该装置将颗粒朝所述的第二进口传输。
该工具适合成为一种钻孔工具用于在地层中打孔，并且所述的挖掘物形成了孔壁或孔底。
另外，该工具也可以成为一种研磨工具用于研磨开掘管形井筒，并且所述的挖掘物形成了管形井筒的井壁。参考附图，借助实例，下面将更详细地描述本发明，附图中：
图1为本发明的装置的实施例的透视图。图2为图1的实施例使用的磁铁的示意图。图3为图1的实施例使用的另一种磁铁的示意图。图4为结合了本发明装置的钻孔工具的侧视图，局部为剖面图。图5为图1的实施例使用的磁铁的装配示意图。
图中，类似的标号表示类似的元件。
在图1中，示出了一个圆柱形磁铁，同轴地装在圆柱形套筒2内。在磁铁1的外表面有一些螺旋形的凹槽3。磁铁1有一根纵向中心轴线4，磁铁1可以绕该轴线相对于套筒2转动。磁铁1和套筒2之间的间隙小于每个凹槽3的宽度。
在图2中，示出了从套筒2中移出的磁铁1。
在图3中，示出了在套筒2内使用的另一种磁铁5，磁铁5与磁铁1大致相似，只是磁铁5的螺旋形凹槽6在套筒轴线的中间改变了螺旋的方向。与磁铁1相似，磁铁5可以绕纵轴线4相对于套筒2转动。
参见图4，图中示出一套钻孔工具7，与钻具组(未示出)的下端相连，延伸到地层9的钻孔8中。该钻孔工具包括一个长的外套10，该外套有一纵向的钻孔液通道11，其一端与钻具组内的钻孔液通道的液体相连通，而它的另一端通过钻孔液进口14与混合腔12的液体相连通。当钻孔工具7在孔8内钻孔期间，该混合腔与磨料颗粒进口16的液体连通，并且与出口喷嘴18液体连通，以喷出钻孔液流和磨料颗粒冲击地层9。出口喷嘴布置成与钻孔工具的纵向相倾斜，相对于垂直线的倾斜角为15-30°，优选地为21°。外套10的下端设有支撑腿19，用于将钻孔工具7支撑在钻孔8的底部。
用于传输磨料颗粒的圆柱形装置20与外套10相连，并且大致上平行于钻孔液通道11延伸。装置20包括一个相对于外套10固定安装的圆柱形套筒21，并且设有以螺旋状绕在套筒21周围的非磁性材料的两条板片24a、24b构成的导向元件。板片24a的下端布置在磨料颗粒进口16附近。
参见图5，一个圆柱形磁铁28由三个叠在一起的较小的磁铁28a、28b、28c组成，该磁铁28同轴地安装在套筒21内。磁铁28具有纵向中心轴线30，并且该磁铁可以相对于套简21绕纵向中心轴线30转动。每个磁铁28a、28b、28c有径向相对的N极和S极，并且这些磁铁叠堆的方式为相邻的磁铁的N-S极向相反。在磁铁28的外表面有一些螺旋形凹槽32(在图1中用虚线示出部分磁铁28和凹槽32)。凹槽32的螺旋方向与板片24a、24b的螺旋方向相反。在磁铁28a的下端有一个短圆锥部分34，使得磨料颗粒进口16在圆锥部分34的外表面和混合腔12之间提供了液体连通。用于转动磁铁28的电动机36安装在磁铁28的上方，并且通过驱动轴38使它们相连，该电动机36由地面的控制系统(未示出)通过在钻具组内延伸的电缆(未示出)控制。替代方案为该电动机由装有电池组的无线控制系统控制。
在图1所示的装置的正常使用期间，磁铁1的磁场延伸到套筒2的外表面。由于磁铁材料比凹槽3内的低磁材料(气体、液体或固体)有更高的导磁性，磁力线倾向于跟随磁铁材料而不是凹槽3内的材料。结果为，位于凹槽3对面的套筒2部分的磁场强度低于在凹槽3之间的相对的磁铁材料部分的磁场强度。
电动机(未示出)使磁铁1相对于套筒2绕其纵轴线4转动，并且同时将磁性材料颗粒送到套筒2的外表面。磁铁1的磁吸引力将这些颗粒吸到所述的外表面上，从而在与凹槽相对的地方，该吸引力低于磁场较强的凹槽之间与磁铁材料相对处的吸引力。由于磁铁的转动，上上下下磁力的各个部分都沿着套筒2的轴向移动，因此迫使这些颗粒追随这种轴向运动。这种方式使这些颗粒朝着磁铁的一端运动。
图3的另一种磁铁5的正常使用与图1的磁铁的正常使用相似，只是由于在套筒的中间凹槽改变了螺旋的方向，由磁力传输的这些颗粒朝向套筒的轴向的中间，或者根据磁铁的转动方向远离中部。很明显，螺旋凹槽改变方向的轴向位置可以根据需要移到颗粒要去的位置或者来的位置。
在图4、5的钻孔工具的正常使用期间，地面上适用的泵(未示出)通过钻具组的液体管道和液体通道11，将钻孔液流泵入混合室12。在泵送初期，液流中带有许多铁磁材料的磨料颗粒，比如钢粒或钢粉。该液流从混合室12流入出口喷嘴18并且被喷射到孔的底部(如标号40所指)。同时，转动钻具组使孔的底部被冲平，由于出口喷嘴18的倾斜方向，孔底40有一个锥形的中心部分42。液流和磨料颗粒从孔底40向上流入钻孔8并且流过套筒21。
泵入钻孔液流的同时，电动机36工作，以便通过轴38沿左手方向(从钻具组的上部看)转动磁铁28。与图1-3的实施例相似，磁铁28的磁场延伸到套筒21的外表面。由于磁铁材料的导磁性比凹槽32中的材料(或真空)的导磁性更高，磁力线趋向于追随其磁铁材料而不是凹槽32中的空气。结果为，位于凹槽32对面的套筒21部分的磁场强度低于与在凹槽32之间的的磁铁材料部分相对的部分的磁场强度。
随着液流流过套筒21，磁铁28的磁力使液流中的磨料颗粒从液流中分离出来，并且该磁铁将这些颗粒吸到套筒21的外表面。基本没有磨料颗粒的钻孔液流进一步通过钻孔8流到地面的水泵，并且在除去钻孔的残渣之后通过钻具组循环。
在与凹槽32相对的地方，作用在磨料颗粒上的磁力低于磁场较强的、与凹槽32之间与磁铁材料相对部分的磁力。由于磁铁28的转动，较低和较高磁力的各个部分都向下移动，因此迫使这些颗粒追随这种向下移动。板片24a、24b引导这些颗粒沿着套筒21的外表面向下螺旋运动。当颗粒到达入口16时，流入混合腔12的钻孔液流再次吸入这些颗粒。在下一次循环中，磨料颗粒再次被喷射到钻孔底，并且随后向上流入孔内。然后，不断地重复这种循环。以这种方式，因为这种循环只是通过钻具组的下部，钻具组/泵设备基本上免除了由磨料颗粒引起的损坏，而钻孔液流通过整个钻具组和泵设备循环。在颗粒的部分穿过孔流到地面的情形下，通过流入钻具组的液流再次将这小部分带回。
取代含有气体、液体或固体的凹槽，凹槽中也可以是真空的。

Claims (13)

1.一种按选择的方向传输磁性材料颗粒的装置，该装置包括：
一个具有用于支撑这些颗粒的支撑表面的支撑元件，该支撑表面按选定的方向延伸；
一个磁铁，用于产生磁场以保持磁性颗粒在该支撑表面上，相对于支撑表面的其它区域的磁场强度，该磁场在支撑表面上至少有一个磁场强度减小的区域；
驱动装置，用于沿一个方向相对于支撑表面移动场度强度减小的每一个区域，该方向在选定方向上有一个分量。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于该磁铁是一永久磁铁，并且磁场强度减小的每个区域相当于至少磁铁和磁铁与支撑表面之间的间隙之一的导磁性减小的区域。
3.根据权利要求2的装置，其特征在于磁场强度减小的每个区域对应于磁铁外表面的一个凹槽。
4.根据权利要求3的装置，其特征在于磁铁基本上是圆柱形的，并且每个凹槽由磁铁上的螺旋凹槽形成。
5.根据权利要求4的装置，其特征在于包括在磁铁上选定的轴向位置和圆柱形磁铁一端之间延伸的所述的第一螺旋凹槽，和在选定的轴向位置和圆柱形磁铁另一端之间延伸的所述的第二螺旋凹槽，这两个所述的螺旋凹槽有相反的方向。
6.根据权利要求4或5的装置，其特征在于支撑元件形成一个基本上为圆柱形的套筒，同轴地布置在该磁铁周围。
7.根据权利要求6的装置，其特征在于驱动装置包括一电动机，用于使该磁铁相对于套筒绕其纵向中心轴线转动。
8.根据权利要求6或7的装置，其特征在于该套筒有一导向面，该导向面以螺旋形绕在套筒外面，并且其方向与和该导向面相对的螺旋凹槽的方向相反。
9.根据权利要求1-8中任一项的装置，其特征在于所述的颗粒是磨料颗粒，并且该装置成为挖掘工具的一部分，该工具包括具有混合腔的喷射系统，该混合腔具有一个进液体的第一进口、一个进磨料颗粒的第二进口和一个出口喷嘴，在使用该工具挖掘期间，该喷嘴将液流和磨料颗粒喷射到挖掘物上，并且该装置布置成支撑表面暴露在所述的液流中，在对着挖掘物的流的冲击的下游，并且该装置将颗粒朝所述的第二进口传输。
10.根据权利要求9的装置，其特征在于该工具成为一种钻孔工具用于在地层中打孔，并且所述的挖掘物形成了钻孔的孔壁或孔底。
11.根据权利要求9的装置，其特征在于该工具是一种研磨工具，用于研磨开掘管形井筒，并且所述的挖掘物形成了管形井筒的井壁。
12.根据权利要求10或11和从属于权利要求6的装置，其特征在于当该工具在孔内操作时，该工具布置成套筒的纵向中心轴线基本上在孔的纵向延伸。
13.参考附图描述的装置。
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