專利名稱:高壓噴射噴嘴脈沖射流調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明可以用于石油鉆井、采礦、燧道、加工、建筑每工業(yè)，是一種破碎、切割、清洗技術(shù)。
對現(xiàn)有技術(shù)的說明為破碎、切割、清洗等目的應(yīng)用高壓射流的地方，一般均想大幅度提高射流的壓力。但由于設(shè)備的能力、管線耐壓等問題受到現(xiàn)有技術(shù)及成本的限制，大排量的很高的壓力難以廣泛應(yīng)用，泵壓的提高，泵的維護(hù)費(fèi)用會急劇增加。管柱的損壞會增多。如在石油鉆井中，泵壓一般在200～250大氣壓，噴射鉆井發(fā)展迫切要求獲得更高壓力的新工具，在其它應(yīng)用高壓射流的地方也存在著提高壓力和設(shè)備、成本等方面的矛盾。反映這些問題的文件請參閱下列文件1.高壓鉆井技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景(石油鉆采工藝)1985年1期。
2.高壓噴射鉆井(鉆井三大技術(shù)叢書)3.石油鉆采工程今后十年展望(油氣田開發(fā)工程譯叢)1985年1期。
發(fā)明的目的在于制造一種新工具，使噴咀出口處的連續(xù)射流轉(zhuǎn)變成不連續(xù)的脈沖射流，使射流的速度峰值大大提高，解決設(shè)備能力不足的問題，提高破碎、切割。清洗的效率。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明由附圖1、2所示，列出類似的兩種結(jié)構(gòu)。
在附圖1中，流體通過固定于管柱外筒10上的渦輪定子7，推動渦輪轉(zhuǎn)子6、渦輪軸8、立軸15、葉片22旋轉(zhuǎn)，渦輪軸8懸掛于軸承座5和軸承4上，初始彈簧11處于壓縮狀態(tài)，其彈力平衡立軸15上各部件所受的流體沖擊力，當(dāng)流體達(dá)到額定排量時，立軸15轉(zhuǎn)動加快，離心重快18的離心力克服拉伸彈簧27的彈力向外移動，其頂部的阻力面積增加，流體對其頂面的沖擊力增加。立軸15被推動，葉片22下移，此時，防沖彈簧12起作用，防止葉片22下移過快。當(dāng)葉片下移接近底板23時，防吸彈簧14起作用，克服噴咀25的空吸力，葉片22在底板23上靠扭力和慣性力滑動旋轉(zhuǎn)，底板23固定在鉆頭26的內(nèi)腔中，葉片22旋轉(zhuǎn)時關(guān)閉或開通鉆頭噴咀25交替進(jìn)行，關(guān)閉的瞬間，由于流體的慣性和壓縮性，流速突然改變。導(dǎo)致壓能的急劇變化，開通的瞬間，壓能變成速度能，噴咀25發(fā)射出不連續(xù)的高壓脈沖射流。
葉片22的葉片數(shù)可以與鉆頭噴咀數(shù)一致，也可以不一致，即可以在某瞬間全部蓋住或留有孔眼，當(dāng)排量一定時，前者的脈沖射流速度峰值比后者高，但前者的水擊力大，后者的水擊力小。為了增加葉片22、底板23的耐磨性和強(qiáng)度，必須采用高強(qiáng)度高耐磨的硬質(zhì)合金或進(jìn)行噴涂耐磨層等措施，并且要求使底板23上受到正壓力減小。以減小磨擦力，減少葉片22和底板23的磨損，調(diào)節(jié)各個彈簧的彈力，調(diào)節(jié)受沖擊力的面積，可以做到這點(diǎn)，更換大小不同的沖力調(diào)節(jié)板20，可以調(diào)節(jié)沖擊力和空吸力之間大小的關(guān)系，減小葉片22上因關(guān)閉和開通噴咀25而造成的壓力波動。
防震接頭19的作用在于減少葉片22的上下震動，也調(diào)節(jié)因軸承4的磨損而出現(xiàn)的上下距離誤差，其結(jié)構(gòu)是方套28上下各有蝶形彈簧29或裝其它彈性體。萬向節(jié)21是為了調(diào)節(jié)葉片22和立軸15之間的角度和軸向偏差。葉片22和底板23之間靠流體本身潤滑。
所有部件都處于高壓流體及渦流中，并有水擊現(xiàn)象發(fā)生，所以要求對另部件表面進(jìn)行耐磨、耐蝕、強(qiáng)度處理。在本裝置為水平放置、或長度很長時，要設(shè)計(jì)扶正裝置，作內(nèi)部軸件的扶正。
在流體排量達(dá)不到額定值時，離心重塊18的離心力減小，在彈簧27作用下，向方套16靠攏，受沖擊力減小，葉片22在彈簧11、12、14作用下提離底板23。
葉片可以設(shè)計(jì)成各種形態(tài)，可以是彎把單葉片、多葉片、開孔盤形葉片，對稱或不對稱的，開孔、開口也可以多種形態(tài)。噴咀25可以是一般聚能噴咀，也可以是特殊的氣穴噴咀。
渦輪轉(zhuǎn)子6產(chǎn)生的扭距由渦輪的級數(shù)、排量、渦輪的結(jié)構(gòu)尺寸等決定，渦輪的轉(zhuǎn)速與排量成正比，根據(jù)葉片22的磨擦阻力和其它阻力來決定渦輪的級數(shù)。渦輪轉(zhuǎn)子6的轉(zhuǎn)向，即葉片22的轉(zhuǎn)向，可以設(shè)計(jì)成與鉆頭26的轉(zhuǎn)向一致或相反，在排量一定時，前者的脈沖頻率減少，后者的脈沖頻率增加，例如排量24升/秒，渦輪轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分。鉆頭轉(zhuǎn)速75轉(zhuǎn)/分，噴咀為3個，葉片的葉片數(shù)為3個，渦輪與鉆頭轉(zhuǎn)向相同時，每個噴咀的脈沖頻率為(600-75)÷60×3＝26。25次/秒，渦輪與鉆頭轉(zhuǎn)向相反時，脈沖頻率為(600+75)÷60×3＝33。75次/秒，當(dāng)鉆頭與渦輪轉(zhuǎn)速相同時，應(yīng)設(shè)計(jì)成轉(zhuǎn)向相反，否則二者相對靜止，不會產(chǎn)生脈沖射流。
無論在地面或地下，脈沖頻率可以由測頻儀測得，水擊波脈沖轉(zhuǎn)化為電脈沖信號，再經(jīng)電纜送到二次儀表，在地下時，特別是井深時，水擊波由于含氣流體的可壓縮性和管柱的彈性，傳播速度大為降低，測頻儀靈敏度高時才能測出。
本裝置中的渦輪定子7、轉(zhuǎn)子6也可以用螺桿泵的定子和轉(zhuǎn)子代替。在小直徑管柱中，空間有限也可以不裝高心機(jī)構(gòu)，光有沖力調(diào)節(jié)板20，同樣在額定排量時使葉片22下移。但渦輪不旋轉(zhuǎn)時也能使葉片22下移，有一定缺點(diǎn)。
在鉆井中。本裝置可以接在轉(zhuǎn)盤鉆具、渦輪鉆具、螺桿鉆具、沖擊迴轉(zhuǎn)鉆具下部，為了減少起下鉆具時噴泥漿，也可以再把旁通閥接頭接在本裝置的上部。
鉆頭26可以是刮刀鉆頭、聚晶金剛石鉆頭、牙輪鉆頭或其它形式的鉆頭，但鉆頭的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行改造，要有底板23、密封圈24及固定肖33，以求得耐磨、密封、底板23翻面重復(fù)使用的性能。本裝置無論在實(shí)驗(yàn)室測試或現(xiàn)場應(yīng)用，均應(yīng)保證壓力保險(xiǎn)閥靈敏可靠，防止出現(xiàn)意外事故，或者在地面管線上另外裝置保險(xiǎn)閥。
附圖2之結(jié)構(gòu)與附圖1之結(jié)構(gòu)不同之處為當(dāng)排量達(dá)到額定值時，離心重塊18沿上滑座30和下滑座31滑向內(nèi)筒32內(nèi)壁，由于下滑座31未固定在內(nèi)筒32上，重塊18離心力的軸向分力推動立軸15、葉片22下移，移動中防沖彈簧12、防吸彈簧14相繼起作用，葉片22在低磨擦、較少波動力的情況下工作。上滑座30、下滑座31的角度可以設(shè)計(jì)成30度、45度等，根據(jù)葉片22需要的行程和可能。當(dāng)排量減小或停泵時，重塊18的離心力減小或消失，在彈簧11、12、14的作用下；靠近立軸15，葉片22提離底板，鉆頭所有噴咀25全部開通。
流體的沖擊力、空吸力、水擊力、阻力壓降、渦輪軸8的轉(zhuǎn)速、扭距、渦輪的級數(shù)、葉片22的磨阻力、離心重塊18的離心力。立軸15的下移推力等均有公式可作初步計(jì)算、并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)測，并進(jìn)行彈簧間隙、彈力的調(diào)整。
上部接頭1為連接鉆具用，螺帽2、支承盤3，為固定和支承渦輪輪軸8，滑鍵13為傳遞扭矩和進(jìn)行滑動用，也可改為花鍵。
對附圖的說明1、上部接頭 20、沖力調(diào)節(jié)板2、螺帽 21、萬向軸3、支承盤 22、葉片4、軸承 23、底板5、軸承座 24、膠圈6、渦輪轉(zhuǎn)子 25、噴咀7、渦輪定子 26、鉆頭8、渦輪軸 27、拉伸彈簧9、調(diào)節(jié)環(huán) 28、方套10、外筒 29、蝶形彈簧11、初始彈簧 30、上滑座12、防沖彈簧 31、下滑座13、滑鍵 32、內(nèi)筒14、防吸彈簧 33、固定絲堵15、立軸16、方套17、鍵18、離心重塊19、防震接頭
權(quán)利要求
1.用于破碎、切割、清洗等技術(shù)的高壓脈沖射流調(diào)節(jié)裝置可以由開孔圓盤裝在噴咀的外部、由電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)、蓋住或開通噴咀出口而獲得。本發(fā)明的特征是脈沖射流的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)裝在管柱內(nèi)部，從管柱內(nèi)部流體本身取得動力使葉片或開孔盤旋轉(zhuǎn)；由流體的沖擊力、離心機(jī)構(gòu)的離心力、或二者的結(jié)合所產(chǎn)生的力，使葉片或開孔盤上下移動。并由彈簧加以控制；由防震接頭、沖擊力調(diào)節(jié)板、萬向節(jié)等減少上下震動、調(diào)節(jié)軸向和角度偏差，使葉片的磨擦阻力、旋轉(zhuǎn)死點(diǎn)得以克服；葉片、底板、沖力調(diào)節(jié)板等零部件由耐磨、耐蝕、高強(qiáng)度硬質(zhì)合金等材料制成；當(dāng)流體排量未達(dá)到額定值或停泵時。葉片或開孔盤自動提離底板、流體孔道全部開通。
2.如權(quán)利要求
1所述裝置的鉆頭內(nèi)腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改革，固定有耐磨、耐蝕的底板、并有密封圈、底板反面可重復(fù)使用。
專利摘要
高壓噴射噴嘴脈沖射流調(diào)節(jié)裝置是使噴嘴出口的連續(xù)射流改變?yōu)椴贿B續(xù)的脈沖射流的裝置，使射流的速度峰值提高，能量更為集中，調(diào)節(jié)裝置安裝在管柱內(nèi)部，噴嘴的上方或后方，從管柱流體本身取得動力，此裝置可解決泵的壓力不足及長距離管線不能承受更高壓力的問題，達(dá)到噴嘴處壓力比地面泵、地面管線中的壓力高，即不增加泵壓而增加噴嘴處壓力的目的，使破碎、切割、清洗效率更高。
文檔編號E21B10/60GK85100562SQ85100562
公開日1986年1月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者王世烈 申請人:王世烈導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan