電磁阻尼水力振動(dòng)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電磁阻尼水力振動(dòng)裝置，包括外殼體、中心軸和渦輪組件，中心軸通過軸承可旋轉(zhuǎn)的支承在外殼體內(nèi)，中心軸上固設(shè)有至少一個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子，外殼體內(nèi)壁固設(shè)有與渦輪轉(zhuǎn)子配合的渦輪定子；中心軸與外殼體之間設(shè)有阻尼組件；所述的阻尼組件中，阻尼轉(zhuǎn)子固設(shè)在中心軸，外殼體內(nèi)壁固設(shè)有與阻尼轉(zhuǎn)子相配合的阻尼定子，阻尼轉(zhuǎn)子或阻尼定子上設(shè)有永磁體。通過設(shè)置與渦輪組件同軸的電磁阻尼組件，使中心軸的轉(zhuǎn)速降低，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中振動(dòng)頻率過高，機(jī)械鉆進(jìn)效率低的問題。
【專利說明】
電磁阻尼水力振動(dòng)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及石油、天然氣開采、鉆井工具領(lǐng)域，尤其是一種電磁阻尼水力振動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]
隨著大斜度井、水平井的廣泛應(yīng)用，在鉆進(jìn)過程中，由于鉆具自重作用，鉆具在鉆進(jìn)時(shí)與井壁摩阻大，造成鉆具托壓，嚴(yán)重影響水平井鉆進(jìn)效率，因此降低摩阻、增加動(dòng)鉆壓，提高鉆井效率是當(dāng)前鉆井工程中迫切需要解決的問題。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)鉆柱施加適當(dāng)周期性軸向振動(dòng)，使鉆柱與井壁之間的靜摩擦變?yōu)閯?dòng)摩擦，能大大減少鉆井過程的摩阻，使有效鉆壓增加，從而達(dá)到提尚機(jī)械鉆速的目的。
[0003]現(xiàn)有的振動(dòng)減摩阻工具如中國專利文獻(xiàn)CN 103696693A鉆井用水力振蕩器、CN102704842A—種鉆井用水力振蕩器所描述，其結(jié)構(gòu)都采用單頭螺桿馬達(dá)驅(qū)動(dòng)動(dòng)閥口在一個(gè)平面上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過動(dòng)閥口和定閥形成的過流面積差，產(chǎn)生周期性的壓力波動(dòng)，上述采用螺桿驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，因螺桿壽命的限制，通常在水基泥漿環(huán)境下使用壽命為150小時(shí)左右，在油基泥漿環(huán)境下使用壽命為80小時(shí)左右，其橡膠元件制約了該結(jié)構(gòu)的使用壽命和使用工況等;也有中國專利文獻(xiàn)如CN 104895517A—種渦輪驅(qū)動(dòng)雙閥水力振蕩器、CN105089501A—種水力振蕩器所描述，其結(jié)構(gòu)都采用渦輪驅(qū)動(dòng)動(dòng)閥口轉(zhuǎn)動(dòng)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)過程中與定閥形成過流面積差，產(chǎn)生周期性的壓力波動(dòng)，上述采用渦輪驅(qū)動(dòng)的水力振蕩器，因采用渦輪結(jié)構(gòu)，在壽命上有很大改觀，但渦輪的轉(zhuǎn)速為800-2000轉(zhuǎn)/分，相比螺桿140-360轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，渦輪驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)工具振動(dòng)頻率為螺桿結(jié)構(gòu)的5.5倍左右，過高的振動(dòng)頻率會(huì)削弱工具的振動(dòng)效果，主要是會(huì)降低振動(dòng)幅度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電磁阻尼水力振動(dòng)裝置，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中振動(dòng)頻率過高，機(jī)械鉆進(jìn)效率低的問題，優(yōu)選的方案中，還能夠方便調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種電磁阻尼水力振動(dòng)裝置，包括外殼體、中心軸、振動(dòng)機(jī)構(gòu)和渦輪組件，中心軸通過軸承可旋轉(zhuǎn)的支承在外殼體內(nèi)，中心軸上固設(shè)有至少一個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子，外殼體內(nèi)壁固設(shè)有與渦輪轉(zhuǎn)子配合的渦輪定子；
中心軸與外殼體之間設(shè)有阻尼組件；
所述的阻尼組件中，阻尼轉(zhuǎn)子固設(shè)在中心軸，外殼體內(nèi)壁固設(shè)有與阻尼轉(zhuǎn)子相配合的阻尼定子，阻尼轉(zhuǎn)子或阻尼定子上設(shè)有永磁體。
[0006]所述的阻尼轉(zhuǎn)子為導(dǎo)體板，永磁體固設(shè)在阻尼定子上，永磁體位于導(dǎo)體板的上端和下端。
[0007]多個(gè)永磁體通過壓板固定安裝在阻尼轉(zhuǎn)子上，相鄰永磁體的磁極相反，永磁體為類似梯形的結(jié)構(gòu)，壓板為類似倒梯形的結(jié)構(gòu)，永磁體和壓板的外圈和內(nèi)圈為圓弧，壓板通過螺釘與阻尼轉(zhuǎn)子連接，壓板的倒梯形兩邊將永磁體固定，永磁體的外緣為工作面。
[0008]多個(gè)永磁體鑲嵌在阻尼定子的端面上，相鄰永磁體的磁極相反，永磁體的端面為工作面。
[0009]在中心軸內(nèi)設(shè)有頂部封閉，底部開放的中軸孔；
在中心軸內(nèi)設(shè)有頂部封閉，底部開放的中軸孔；
中心軸的外壁設(shè)有至少一個(gè)動(dòng)閥口，在外殼體內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)定閥，當(dāng)中心軸的動(dòng)閥孔旋轉(zhuǎn)至定閥銑槽處，閥口全開;當(dāng)中心軸的動(dòng)閥孔旋轉(zhuǎn)至封閉位置，動(dòng)閥口與定閥處于部分關(guān)閉狀態(tài)。
[0010]定閥成環(huán)狀，銑槽的頂部和靠近圓心一側(cè)開放的。
[0011]所述的動(dòng)閥口為傾斜的穿透中心軸側(cè)壁的孔，孔靠近圓心的一端較低。
[0012]定閥和動(dòng)閥口位于渦輪組件的下方，阻尼組件的上方。
[0013]所述的渦輪轉(zhuǎn)子、渦輪定子和阻尼組件為可拆卸的結(jié)構(gòu)。
[0014]禍輪轉(zhuǎn)子通過壓帽與中心軸固定連接，禍輪定子通過定閥上端面與外殼體固定連接。
[0015]本發(fā)明提供的一種電磁阻尼調(diào)頻水力振動(dòng)裝置，通過設(shè)置與渦輪組件同軸的電磁阻尼組件，使中心軸的轉(zhuǎn)速降低，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中振動(dòng)頻率過高，機(jī)械鉆進(jìn)效率低的問題。本發(fā)明采用可拆卸級(jí)數(shù)的渦輪組件代替螺桿作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，能避免螺桿因橡膠部件引起的壽命較短的問題，同時(shí)減少級(jí)數(shù)的渦輪組件相比螺桿而言，工具的壓耗較小?？刹鹦都?jí)數(shù)的渦輪組件和阻尼組件能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)閥口轉(zhuǎn)速可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明裝置振動(dòng)頻率的可調(diào)。本發(fā)明的裝置長度短、結(jié)構(gòu)簡單，且全金屬結(jié)構(gòu)，具有壽命較長的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
圖1為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)剖視示意圖。
[0017]圖2為圖1的A_A#lj視不意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明中阻尼組件的縱截面的示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明中阻尼組件的橫截面的示意圖。
[0020]圖5為本發(fā)明中阻尼組件的另一結(jié)構(gòu)的縱截面的示意圖。
[0021]圖6為本發(fā)明中阻尼組件的另一結(jié)構(gòu)的橫截面的示意圖。
[0022]圖中:外殼體I，頂蓋2，中心軸3，渦輪定子4，渦輪轉(zhuǎn)子5，壓帽6，定閥7，通孔71，銑槽72，封閉位置73，阻尼定子8，阻尼轉(zhuǎn)子9，軸承1，下接頭11，動(dòng)閥口 12，永磁體13，壓板14。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖1~6中，一種電磁阻尼水力振動(dòng)裝置，包括外殼體1、中心軸3、振動(dòng)機(jī)構(gòu)和禍輪組件，中心軸3通過軸承10可旋轉(zhuǎn)的支承在外殼體I內(nèi)，優(yōu)選的方案中，中心軸3的頂部與頂蓋2連接。優(yōu)選的，頂蓋2的頂部設(shè)有錐形的結(jié)構(gòu)，用于降低泥漿對(duì)中心軸3的沖擊。
[0024]如圖1中，中心軸3上固設(shè)有至少一個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子5，外殼體I內(nèi)壁固設(shè)有與渦輪轉(zhuǎn)子5配合的渦輪定子4;由此結(jié)構(gòu)，當(dāng)高壓液流經(jīng)過渦輪組件，則驅(qū)動(dòng)中心軸3旋轉(zhuǎn)。
[0025]如圖1、3_6中，中心軸3與外殼體I之間設(shè)有阻尼組件； 所述的阻尼組件中，阻尼轉(zhuǎn)子9固設(shè)在中心軸3，外殼體I內(nèi)壁固設(shè)有與阻尼轉(zhuǎn)子9相配合的阻尼定子8，阻尼轉(zhuǎn)子9或阻尼定子8上設(shè)有永磁體13。由此結(jié)構(gòu)，當(dāng)阻尼定子8和阻尼轉(zhuǎn)子9發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在阻尼定子8或阻尼轉(zhuǎn)子9中感應(yīng)出渦流，并且該渦流會(huì)激發(fā)感應(yīng)磁場。由楞次定律可知，該感應(yīng)磁場會(huì)阻礙阻尼轉(zhuǎn)子9的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而對(duì)阻尼轉(zhuǎn)子9施加一個(gè)阻尼力。使由渦流轉(zhuǎn)子5驅(qū)動(dòng)的中心軸3的轉(zhuǎn)速降低。
[0026]可選的方案如圖1中，所述的阻尼轉(zhuǎn)子9為導(dǎo)體板，永磁體13固設(shè)在阻尼定子8上，永磁體13位于導(dǎo)體板的上端和下端。如圖1中，所述的導(dǎo)體板9成環(huán)狀，永磁體8相應(yīng)的成環(huán)狀，永磁體8由兩部分組成，分，別位于導(dǎo)體板9的上方和下方，導(dǎo)體板9位于兩部分永磁體8之間。參見圖1，阻尼組件的導(dǎo)體板9上下各有一塊分別為N和S的永磁體8，當(dāng)導(dǎo)體板9和永磁體8的磁場發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體板9中感應(yīng)出渦流，并且該渦流會(huì)激發(fā)感應(yīng)磁場。由楞次定律可知，該感應(yīng)磁場會(huì)阻礙導(dǎo)體板9與永磁體8的磁場的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)導(dǎo)體板9施加一個(gè)阻尼力。由渦流轉(zhuǎn)子5驅(qū)動(dòng)的中心軸3轉(zhuǎn)速降低。
[0027]另一可選的方案如圖3-4中，多個(gè)永磁體13通過壓板14固定安裝在阻尼轉(zhuǎn)子9上，相鄰永磁體13的磁極相反，永磁體13為類似梯形的結(jié)構(gòu)，壓板14為類似倒梯形的結(jié)構(gòu)，永磁體13和壓板14的外圈和內(nèi)圈為圓弧，壓板14通過螺釘與阻尼轉(zhuǎn)子9連接，壓板14的倒梯形兩邊將永磁體13固定，永磁體13的外緣為工作面。
[0028]另一可選的方案如圖5-6中，多個(gè)永磁體13鑲嵌在阻尼定子8的端面上，相鄰永磁體13的磁極相反，永磁體13的端面為工作面。
[0029]由于設(shè)置有阻尼組件，通過調(diào)節(jié)輸入泥漿的壓力，能夠較為方便地調(diào)節(jié)本發(fā)明裝置的振動(dòng)頻率。
[0030]優(yōu)選的方案如圖1中，在中心軸3內(nèi)設(shè)有頂部封閉，底部開放的中軸孔；
振動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)為:中心軸3的外壁設(shè)有至少一個(gè)動(dòng)閥口 12，本例為四個(gè)，沿圓周對(duì)稱布置;在外殼體I內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)定閥7，本例為相應(yīng)為四個(gè)，沿圓周對(duì)稱布置。優(yōu)選的，定閥7和動(dòng)閥口 12位于渦輪組件的下方，阻尼組件的上方，軸承10位于阻尼組件的下方。
[0031 ]如圖2中所示，當(dāng)中心軸3的動(dòng)閥孔12旋轉(zhuǎn)至定閥7銑槽72處，閥口全開；當(dāng)中心軸3的動(dòng)閥孔12旋轉(zhuǎn)至封閉位置73，動(dòng)閥口 12與定閥7處于部分關(guān)閉狀態(tài)。
[0032]由此結(jié)構(gòu)，在中心軸3轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，由于通流面積變化整個(gè)裝置產(chǎn)生振動(dòng)。
[0033]所述的定閥7成環(huán)狀，定閥7上設(shè)有頂部和靠近圓心一側(cè)開放的銑槽72;優(yōu)選的定閥7的銑槽72為I /4球形孔，當(dāng)定閥7的銑槽72為四個(gè)時(shí)，每個(gè)在圓周上相距90度。
[0034]所述的動(dòng)閥口12為傾斜的穿透中心軸3側(cè)壁的孔，孔靠近圓心的一端較低。
[0035]由此結(jié)構(gòu)，能夠降低泥漿通過時(shí)的沖擊。
[0036]定閥7和動(dòng)閥口 12位于渦輪組件的下方，阻尼組件的上方。阻尼組件位于軸承10的上方，在定閥7的底部還設(shè)有通往阻尼組件和軸承的通孔71，用于降溫和潤滑。
[0037]優(yōu)選的方案中，所述的渦輪轉(zhuǎn)子5、渦輪定子4和阻尼組件為可拆卸的結(jié)構(gòu)。渦輪轉(zhuǎn)子5通過壓帽6與中心軸3固定連接，壓帽6與中心軸3通過螺紋連接。禍輪定子4通過定閥7上端面與外殼體I固定連接。禍輪定子4由定閥7的上端定位，通過增加的墊圈，減少禍輪定子4的級(jí)數(shù)。
[0038]通過不同級(jí)數(shù)渦輪組件和電磁阻尼組件的組合，可以實(shí)現(xiàn)中心軸3轉(zhuǎn)速可調(diào)，因此中心軸3上的動(dòng)閥口 12轉(zhuǎn)速可調(diào)，動(dòng)閥口 12和定閥7相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，流體過流面積形成變化，從而產(chǎn)生周期性的壓力波動(dòng)，使鉆具受到周期性變化的軸向力。
[0039]如圖1、2中，使用時(shí)，泥漿從外殼體I頂部進(jìn)入，經(jīng)過渦輪定子4和渦輪轉(zhuǎn)子5的葉片，泥漿沖擊渦輪轉(zhuǎn)子5的葉片使渦輪轉(zhuǎn)子5帶動(dòng)中心軸3旋轉(zhuǎn)。中心軸3的動(dòng)閥口 12隨之旋轉(zhuǎn)，當(dāng)動(dòng)閥口 12與定閥7連通，泥漿經(jīng)過定閥7、動(dòng)閥口 12進(jìn)入到中心軸3的中軸孔內(nèi)從下接頭11排出至其他管節(jié)。當(dāng)閥口 12與定閥7互相封閉，泥漿使本發(fā)明的振動(dòng)裝置產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。隨著中心軸3的持續(xù)旋轉(zhuǎn)，這種沖擊振動(dòng)持續(xù)產(chǎn)生。
[0040]上述的實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對(duì)于本發(fā)明的限制，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征在不沖突的情況下，可以相互任意組合。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電磁阻尼水力振動(dòng)裝置，包括外殼體(I)、中心軸(3)、振動(dòng)機(jī)構(gòu)和渦輪組件，中心軸(3)通過軸承(10)可旋轉(zhuǎn)的支承在外殼體(I)內(nèi)，其特征是:中心軸(3)上固設(shè)有至少一個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子(5)，外殼體(I)內(nèi)壁固設(shè)有與渦輪轉(zhuǎn)子(5)配合的渦輪定子(4); 中心軸(3)與外殼體(I)之間設(shè)有阻尼組件； 所述的阻尼組件中，阻尼轉(zhuǎn)子(9)固設(shè)在中心軸(3)，外殼體(I)內(nèi)壁固設(shè)有與阻尼轉(zhuǎn)子(9)相配合的阻尼定子(8)，阻尼轉(zhuǎn)子(9)或阻尼定子(8)上設(shè)有永磁體(13)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁阻尼水力振動(dòng)裝置，其特征是:所述的阻尼轉(zhuǎn)子(9)為導(dǎo)體板，永磁體(13)固設(shè)在阻尼定子(8)上，永磁體(13)位于導(dǎo)體板的上端和下端。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁阻尼水力振動(dòng)裝置，其特征是:多個(gè)永磁體(13)通過壓板(14)固定安裝在阻尼轉(zhuǎn)子(9)上，相鄰永磁體(13)的磁極相反，永磁體(13)為類似梯形的結(jié)構(gòu)，壓板(14)為類似倒梯形的結(jié)構(gòu)，永磁體(13)和壓板(14)的外圈和內(nèi)圈為圓弧，壓板(14)通過螺釘與阻尼轉(zhuǎn)子(9)連接，壓板(14)的倒梯形兩邊將永磁體(13)固定，永磁體(13)的外緣為工作面。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁阻尼水力振動(dòng)裝置，其特征是:多個(gè)永磁體(13)鑲嵌在阻尼定子(8)的端面上，相鄰永磁體(13)的磁極相反，永磁體(13)的端面為工作面。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁阻尼水力振動(dòng)裝置，其特征是:在中心軸(3)內(nèi)設(shè)有頂部封閉，底部開放的中軸孔； 中心軸(3)的外壁設(shè)有至少一個(gè)動(dòng)閥口( 12)，在外殼體(I)內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)定閥(7)，當(dāng)中心軸(3)的動(dòng)閥孔(12)旋轉(zhuǎn)至定閥(7)銑槽(72)處，閥口全開；當(dāng)中心軸(3)的動(dòng)閥孔(12)旋轉(zhuǎn)至封閉位置(73)，動(dòng)閥口(12)與定閥(7)處于部分關(guān)閉狀態(tài)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電磁阻尼水力振動(dòng)裝置，其特征是:定閥(7)成環(huán)狀，銑槽(72)的頂部和靠近圓心的一側(cè)開放。7.據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電磁阻尼水力振動(dòng)裝置，其特征是:所述的動(dòng)閥口(12)為傾斜的穿透中心軸(3)側(cè)壁的孔，孔靠近圓心的一端較低。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電磁阻尼水力振動(dòng)裝置，其特征是:定閥(7)和動(dòng)閥口(12)位于渦輪組件的下方，阻尼組件的上方。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁阻尼水力振動(dòng)裝置，其特征是:所述的渦輪轉(zhuǎn)子(5)、渦輪定子(4)和阻尼組件為可拆卸的結(jié)構(gòu)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁阻尼水力振動(dòng)裝置，其特征是:渦輪轉(zhuǎn)子(5)通過壓帽(6)與中心軸(3)固定連接，禍輪定子(4)通過定閥(7)上端面與外殼體(I)固定連接。
【文檔編號(hào)】E21B28/00GK105909203SQ201610229464
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月14日
【發(fā)明人】鄧福成, 張策
【申請(qǐng)人】長江大學(xué)