CN211950338U - 一种低能耗的水力振荡器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低能耗的水力振荡器，包括减震器总成、动力总成和传动轴总成，动力总成上接减震器总成，动力总成下部接传动轴总成，减震器总成与动力总成间设有流量调节阀，动力总成包括定子壳体和转子主轴，流量调节阀包括阀门壳体、静阀环、动阀环和弹簧，静阀环安装在阀门壳体内，动阀环安装在转子主轴上端，弹簧给静阀环向下的轴向预紧力，使静阀环与动阀环保持接触。本实用新型中流量调节阀设于动力总成上方，动静阀不用承担转子主轴的轴向压力，动静阀环间磨损小，能量损耗小；静阀环靠弹簧提供预紧力和压力补偿，可使静阀环与动阀环始终保持接触并有一定的压紧力，可防止钻井液从静阀环和动阀环接触端面漏失。

Description

一种低能耗的水力振荡器

技术领域

本实用新型涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种低能耗的水力振荡器。

背景技术

在石油开采领域中，大位移井、水平井、水平分支井和其他结构复杂井的数量不断增加，随着井眼水平段长度的不断增加，钻柱受到井壁施加的摩擦阻力也会不断增大，致使钻柱难以下入设计井深，并且在钻压和摩擦阻力的共同作用会发生挠曲变形。由于钻柱受到井壁摩擦阻力的作用，无法向钻头施加准确的钻压，严重影响钻进效率，一旦发生井下遇阻或着卡钻现象更是会对整个钻井过程产生重大影响。因此减小钻柱摩擦阻力，有效送进钻柱，向钻头准确施加钻压是大位移井、水平井、水平分支井和其他结构复杂井钻井技术的一个核心问题。

水力振荡器是减小钻柱摩擦阻力的主要工具，该工具通过钻井液的水击作用向钻柱施加周期性的轴向振动，有效减小钻井过程中钻柱与井壁的摩擦阻力，提高钻井破岩效率。

现有水力振荡器动静阀环位于转子主轴的下端，需要充当推力轴承的作用去承受转子主轴所受到的轴向力，阀环间的磨损大，能量损耗大。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种低能耗的水力振荡器，阀环间的磨损小，能量损耗小。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种低能耗的水力振荡器，包括减震器总成和动力总成，所述减震器总成与动力总成间设有流量调节阀；所述动力总成包括定子壳体和转子主轴；所述流量调节阀包括阀门壳体、静阀环、动阀环和弹簧，所述阀门壳体上端与减震器总成连接，阀门壳体下端与定子壳体连接；

所述静阀环安装在阀门壳体内不可相对于阀门壳体转动，所述动阀环固定安装在转子主轴上端的孔中，所述弹簧给静阀环一个向下的轴向预紧力，使静阀环与动阀环保持接触；

静阀环与动阀环上均设有阀孔，通过静阀环与动阀环的相对转动来调节流量，转子主轴上部开有至少两个侧孔，侧孔与动阀环的阀孔相通。转子主轴带动动阀环一起运动，运动过程中，动阀环和静阀环阀孔的重叠面积发生周期性变化，使得流过静阀环和动阀环的钻井液流量产生周期性变化，从而产生水击现象，实现轴向冲击。

本实用新型流量调节阀设于动力总成上方，动静阀不用承担转子主轴的轴向压力，动静阀环间磨损小，能量损耗小；此外，静阀环靠弹簧提供预紧力和压力补偿，可使静阀环与动阀环始终保持接触并有一定的压紧力，可防止钻井液从静阀环和动阀环接触端面漏失；静阀环依靠弹簧弹力与动阀环保持接触，接触压力小，磨损很小。

进一步的，静阀环上的阀孔与动阀环上的阀孔有偏心距。

进一步优选地，所述静阀环的阀孔位于静阀环中央，所述动阀环的阀孔与动阀环轴线存在偏心距，动阀环与转子主轴同轴，转子主轴的与定子壳体有偏心距。

进一步的，所述阀门壳体与静阀环采用平键连接。由于本实用新型在工作过程中静阀环和动阀环之间有相对运动，存在摩擦，静阀环和动阀环接触端面将有一定的磨损，将静阀环与阀门壳体采用平键连接在限制静阀环圆周方向转动的同时拆装便捷。

优选地，转子主轴与定子壳体的螺旋线头数比为1+2n：2+2n，n为大于0的自然数。转子主轴在定子壳体中做自转加公转的运动，由于自转的速度慢，公转的速度快，因此会形成一个花瓣形轨迹。

进一步的，所述阀门壳体内同轴装有耐磨衬套，耐磨衬套内同轴装有活塞，耐磨衬套与阀门壳体过盈配合，活塞与耐磨衬套间隙配合，活塞与耐磨衬套间设有至少一道密封圈；活塞有中心孔，活塞位于与静阀环上方。当动静孔过流面积逐渐减小时产生水击压力，该压力向上推动活塞；当动静孔过流面积逐渐变大时水击压力将逐渐降低，活塞将向下运动，这样周期性变化，使减震器总成产生周期性轴向振动。

进一步的，低能耗的水力振荡器还包括传动轴总成，动力总成下部接传动轴总成，所述转子主轴下端通过十字滑块联轴器与传动轴总成中的传动轴连接。采用十字滑块联轴器，可通过定期更换其中心滑块来延长水力振荡器的使用寿命。由于十字滑块联轴器的结构紧凑轴向尺寸较小，因此并不会对增加水力振荡器的轴向尺寸。

进一步的，所述十字滑块联轴器包括轴套和中心滑块，轴套上端与转子主轴螺纹连接，轴套下端设置有凹槽，所述中心滑块上端和下端均设置有T形凸肩；轴套下端的凹槽与中心滑块上端的T形凸肩间隙配合；所述传动轴上端设置有凹槽，所述中心滑块下端的T形凸肩与传动轴上端的凹槽过盈配合。

进一步的，所述转子主轴为中空结构。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1，本实用新型中流量调节阀设于动力总成上方，动静阀不用承担转子主轴的轴向压力，动静阀环间磨损小，能量损耗小；

2，静阀环靠弹簧提供预紧力和压力补偿，可使静阀环与动阀环始终保持接触并有一定的压紧力，可防止钻井液从静阀环和动阀环接触端面漏失；静阀环依靠弹簧弹力与动阀环保持接触，接触压力小，磨损很小；

3，本实用新型采用多头螺杆驱动，易于制成空心，在流量一定的情况下，转速低但振荡频率不低；

4，本实用新型采用十字滑块联轴器连接转子主轴与传动轴，利用中心滑块将转子主轴的行星运动转变为传动轴的定轴转动，维修方便，可通过定期更换中心滑块的方法来延长水力振荡器的使用寿命，利于降低成本；

5，本实用新型中静阀环与阀门壳体采用平键连接，在限制静阀环圆周方向转动的同时使拆装便捷，当静阀环、动阀环磨损到一定程度时，可只更换静阀环、动阀环，从而进一步延长水力振荡器的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中十字滑块联轴器的结构示意图；

图3是图1中A-A处的截面图；

图4是图1中B-B处的截面图；

图中：1-减震器总成、2-动力总成、3-传动轴总成、4-十字滑块联轴器、5-耐磨衬套、6-密封圈、7-活塞、8-阀环接头、9-阀门壳体、10-平键、11-静阀环、12-动阀环、13-定子壳体、14-转子主轴、15-轴套、16-中心滑块、17-传动轴、18-弹簧、19-侧孔。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。

如图1、2、4所示，本实用新型公开的低能耗的水力振荡器，包括减震器总成1、动力总成2和传动轴总成3，动力总成2上部接减震器总成1，动力总成2下部接传动轴总成3。动力总成2包括定子壳体13和转子主轴14，转子主轴14与定子壳体13有偏心距。定子壳体13下部设置有锥形内螺纹，其与传动轴总成3采用螺纹连接，传动轴总成3下部接钻柱。

减震器总成1与动力总成2间设有流量调节阀。其中，流量调节阀包括阀门壳体9、静阀环11、动阀环12和弹簧18。阀门壳体9上端设置锥形内螺纹，其与减震器总成1螺纹连接；阀门壳体9下端与定子壳体13螺纹连接。

静阀环11安装在阀门壳体9内不可相对于阀门壳体9转动。动阀环12安装在转子主轴14上端的中心孔中，转子主轴14上端内部中心孔与动阀环12下部采用反扣螺纹连接，以防止转子主轴14在旋转的过程中与动阀环12间的螺纹脱落。

静阀环11与动阀环12上设有阀孔，通过动阀环12与静阀环11的相对转动来调节流量。如图1、3所示，转子主轴14上部开有至少两个侧孔19，侧孔19贯通转子主轴14的中心孔实现与阀孔的相通，侧孔19倾斜设置。

弹簧18设于静阀环11上方，所述弹簧18给静阀环11一个向下的轴向预紧力，使静阀环11与动阀环12保持接触。弹簧18提供预紧力和压力补偿，可使静阀环11与动阀环12始终保持接触并有一定的压紧力，可防止钻井液从静阀环和动阀环接触端面漏失；而且，静阀环11依靠弹簧18的弹力与动阀环12保持接触，接触压力小，磨损很小。

本实施方式中动阀环12上的阀孔与静阀环11上的阀孔存在偏心距。本实施方式在静阀环11的中心设阀孔，动阀环12上设偏心的阀孔。 运动过程中，动阀环12和静阀环11阀孔的重叠面积发生周期性变化，使得流过静阀环11和动阀环12的钻井液流量产生周期性变化，从而产生水击现象，实现轴向冲击。

本实施方式中阀门壳体9下部与静阀环11中部采用平键10连接。阀门壳体9下部设置有键槽，静阀环11中部设置有键槽，平键10的长度小于键槽的长度。本实用新型将静阀环11与阀门壳体9采用平键连接以限制静阀环11圆周方向转动，同时使静阀环11的拆装变得便捷。

由于工作过程中静阀环11和动阀环12之间依然有相对运动，存在摩擦。使用过程中，静阀环11和动阀环12接触端面将有一定的磨损，当磨损达到一定程度，可通过更换静阀环11和动阀环12以继续使用。

阀门壳体9内同轴装有耐磨衬套5，耐磨衬套5内同轴装有活塞7，耐磨衬套5与阀门壳体9过盈配合，活塞7与耐磨衬套5间隙配合，活塞7与耐磨衬套5间设有至少一道密封圈6；活塞7有中心孔，活塞7位于与静阀环11上方。

当动静孔过流面积逐渐减小时产生水击压力，该压力向上推动活塞7；当动静孔过流面积逐渐变大时水击压力将逐渐降低，活塞7将向下运动。这样周期性变化，使减震器总成1产生周期性轴向振动。耐磨衬套5内壁与活塞7外壁间用密封圈6密封可防止泥浆从耐磨衬套5与和活塞7的配合间隙中流出，防止活塞不能往复运动。

在另一实施方式中，阀门壳体9内装有阀环接头8，阀环接头8有中心孔。静阀环11上端设置有内螺纹，阀环接头8下部设置有外螺纹，静阀环11上端与阀环接头8下部采用螺纹连接。弹簧18装于阀环接头8上部，安装好后弹簧18处于压缩状态，弹簧18压缩在阀环接头8与阀门壳体9或耐磨衬套5之间，给阀环接头8及静阀环11一个向下的轴向力，使静阀环11与动阀环12保持接触。

如图4所示，本实施方式中转子与定子的螺旋线头数比为1+2n：2+2n，n为大于0的自然数，n可根据需要取值。转子主轴14在定子壳体13中做自转加公转的运动，由于自转的速度慢，公转的速度快，因此会形成一个花瓣形轨迹。

以n取2为例，则转子主轴14螺旋线头数为5，定子壳体13的螺旋线头数为6，因此转子公转一周的振荡次数为六次，而单头螺杆转子公转一周的振荡次数为两次。因为本实用新型采用多头螺杆驱动，所以转子主轴14的转速低，因此转子主轴14易制成空心，能有效的减小离心力，从而减小转子主轴14的径向摆动，达到避免螺纹脱落、降低疲劳失效的风险。本实用新型采用多头螺杆驱动，转子易于制成空心，在流量一定的情况下，转速低但振荡频率不低。

因为转子的螺旋线头数为5，所以转子主轴的自转速度慢，转子主轴旋转所需要的扭矩大。作为优选，本实施方式中转子主轴为中空结构。

转子主轴14下端通过十字滑块联轴器4与传动轴总成3中的传动轴17连接。如图2所示，本实施方式中十字滑块联轴器4包括轴套15和中心滑块16，转子主轴14下端设置有锥形内螺纹，轴套15上部设置有锥形外螺纹，转子主轴14下端与轴套15上部采用螺纹连接。

轴套15下端设置有第一凹槽151，中心滑块16上端设第一凸肩161，中心滑块16下端均设置有第二凸肩162；轴套15下端的第一凹槽151与中心滑块16上端的第一凸肩161间隙配合；传动轴17上端设置有第二凹槽171，中心滑块16下端的第二凸肩162与传动轴17上端的第二凹槽171过盈配合。

作为优选，第一凸肩161和第二凸肩162呈十字型，第一凸肩161和第二凸肩162均为T形。

本实用新型可通过定期更换其中心滑块16来延长水力振荡器的使用寿命。由于十字滑块联轴器的结构紧凑轴向尺寸较小，因此不会增加水力振荡器的轴向尺寸。

本实用新型中转子主轴作自转加公转的行星运动，带动动阀环一起运动，运动过程中，动阀环偏心阀孔和静阀环中心阀孔的重叠面积发生周期性变化，使得流过静阀环中心阀孔和动阀环偏心阀孔的钻井液流量产生周期性变化，从而产生水击现象，实现轴向冲击；而转子主轴所受的轴向力通过十字滑块联轴器传递给下方的传动轴总成，继而传递给外壳，动静阀磨损小，能量损耗小。

当然，本实用新型还可有其它多种实施方式，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种低能耗的水力振荡器，包括减震器总成和动力总成，其特征在于：所述减震器总成与动力总成间设有流量调节阀；所述动力总成包括定子壳体和转子主轴；所述流量调节阀包括阀门壳体、静阀环、动阀环和弹簧，所述阀门壳体上端与减震器总成连接，阀门壳体下端与定子壳体连接；

所述静阀环安装在阀门壳体内不可相对于阀门壳体转动，所述动阀环固定安装在转子主轴上端的孔中，所述弹簧给静阀环一个向下的轴向预紧力，使静阀环与动阀环保持接触；

静阀环与动阀环上均设有阀孔，通过静阀环与动阀环的相对转动来调节流量，转子主轴上部开有至少两个侧孔，侧孔与动阀环的阀孔相通。

2.根据权利要求1所述的低能耗的水力振荡器，其特征在于：静阀环上的阀孔与动阀环上的阀孔有偏心距。

3.根据权利要求2所述的低能耗的水力振荡器，其特征在于：所述静阀环的阀孔位于静阀环中央，所述动阀环的阀孔与动阀环轴线存在偏心距，动阀环与转子主轴同轴，转子主轴的与定子壳体有偏心距。

4.根据权利要求1所述的低能耗的水力振荡器，其特征在于：所述阀门壳体与静阀环采用平键连接。

5.根据权利要求1所述的低能耗的水力振荡器，其特征在于：所述流量调节阀还包括安装在阀门壳体内的阀环接头，阀环接头有中心孔，阀环接头下端与静阀环螺纹连接，所述弹簧安装在阀环接头上端。

6.根据权利要求1所述的低能耗的水力振荡器，其特征在于：转子主轴与定子壳体的螺旋线头数比为1+2n：2+2n，n为大于0的自然数。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的低能耗的水力振荡器，其特征在于：所述阀门壳体内同轴装有耐磨衬套，耐磨衬套内同轴装有活塞，耐磨衬套与阀门壳体过盈配合，活塞与耐磨衬套间隙配合，活塞与耐磨衬套间设有至少一道密封圈；活塞有中心孔，活塞位于与静阀环上方。

8.根据权利要求1所述的低能耗的水力振荡器，其特征在于：它还包括传动轴总成，动力总成下部接传动轴总成，所述转子主轴下端通过十字滑块联轴器与传动轴总成中的传动轴连接。

9.根据权利要求8所述的低能耗的水力振荡器，其特征在于：所述十字滑块联轴器包括轴套和中心滑块，轴套上端与转子主轴螺纹连接，轴套下端设置有凹槽，所述中心滑块上端和下端均设置有T形凸肩；轴套下端的凹槽与中心滑块上端的T形凸肩间隙配合；所述传动轴上端设置有凹槽，所述中心滑块下端的T形凸肩与传动轴上端的凹槽过盈配合。

10.根据权利要求1、2、4、5、6、8或9所述的低能耗的水力振荡器，其特征在于：所述转子主轴为中空结构。

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