硬岩定向钻换向器.pdf

本发明公开了一种硬岩定向钻换向器，包括转子、换向器外壳和截流装置，换向器外壳是由排液腔、单向排液阀、喷孔、截流腔、总液流通道、容液腔、制动腔、叶片动力液入孔特征构成；转子是由叶片、液动冲击器液流入口、轴肩、推动环、制动凸台、液动冲击器液流通道特征构成，转子是靠由喷孔喷出的高压液体作用在其叶片上来实现转动的，四个喷孔分别与四个液动冲击器液流入口连通，由截流装置来控制液动冲击器液流入口开与关，这样就能控制高压液体作用在其叶片上的时间，以此来实现转子相对于换向器外壳之间在一定角度内的正反交替转动。本发明可以在钻杆不转动的情况下能够使硬岩定向钻具有导向功能。

1.   一种硬岩定向钻换向器，是由转子、换向器外壳和截流装置，硬岩定向钻换向器的外壳(8)由螺栓孔(11)、排液腔(12)、单向排液阀(13)、喷孔A(15)、液流通道(16)、截流腔A(17)、销孔(19)、总液流通道(20)、容液腔(21)、轴肩A(27)、轴肩B(30)、制动腔(31)、喷孔B(32)、喷孔C(33)、喷孔D(35)、叶片动力液入孔A(36)、凸台A(38)、叶片动力液入孔B(39)、截流腔B(40)、叶片动力液入孔C(42)、凸台B(43)、叶片动力液入孔D(44)、制动弹簧固定孔(47)、轴承座A(49)、轴承座B(50)、尾腔(51)、扇形曹A(53)、扇形曹B(54)、特征构成；转子(7)是由螺纹孔(10)、叶片A(14)、弹簧片固定柱(22)、液动冲击器液流入口(24)、叶片B(26)、轴肩A(27)、轴肩B(30)叶片B(34)、推动环(37)、制动凸台(45)、液动冲击器液流通道(57)特征构成，其特征在于，两个半换向器外壳(8)的一端带有螺纹，两个半换向器外壳(8)用螺栓通过在其两侧的螺栓孔(11)连接成一个圆柱形状，硬岩定向钻换向器的转子(7)在两个半换向器外壳(8)的内部，在与有螺纹端相对应的另一端是转子的连接方形孔(9)，连接方形孔(9)与液动弯头冲击器(1)上方形连接凸台(2)配合连接，并通过连接螺钉(3)锁死，在另一端硬岩定向钻换向器螺纹(5)与带有内螺纹的钻杆(6)连接，并且用销(4)来锁死。

2.   根据权利要求1所述的硬岩定向钻换向器，其特征在于，在容液腔(21)内侧壁上沿轴线对应的位置有一对凹形凸台A(38)和凸台B(43)，在凹形凸台A(38)上开了一个部分环形截流腔A(17)，在凸台B(43)上开了一个部分环形截流腔B(40)，在部分环形截流腔B(40)内有圆形叶片动力液入孔B(39)和叶片动力液入孔C(42)同样，在部分环形截流腔A(17)内有叶片动力液入孔A(36)和叶片动力液入孔D(44)。

3.   根据权利要求1和权利要求2所述的硬岩定向钻换向器，其特征在于，在部分环形截流腔A(17)有圆形截流片A(18)，圆形截流片A(18)盖在叶片动力液入孔A(36)上，在部分环形截流腔B(40)内有圆形截流片B(41)，圆形截流片B(41)盖在叶片动力液入孔C(42)上。

4.   根据权利要求1和权利要求3所述的硬岩定向钻换向器，其特征在于，圆形截流片A(18)和圆形截流片B(41)上有扇形曹A(53)和扇形曹B(54)，圆形截流片A(18)和圆形截流片B(41)是通过插入其扇形曹A(53)和扇形曹B(54)的倒S型弹簧片(23)活动连接，并且倒S型弹簧片(23)的两端有圆柱A(52)和圆柱B(55)，圆柱A(52)和圆柱B(55)分别插在截流片A(18)和圆形截流片B(41)上侧的圆孔内，倒S型弹簧片(23)固定在弹簧片固定柱(22)上，弹簧片固定柱(22)是推动环(37)的一部分。

5.   根据权利要求1和权利要求4所述的硬岩定向钻换向器，其特征在于，推动环(37)是转子(7)的一部分，推动环(37)是一个圆筒，在圆筒的一端上沿法线对称的位置上个开了一个曹，倒S型弹簧片(23)就通过这两个曹，倒S型弹簧片(23)的两个凸起分别与推动环(37)上的曹的侧边相接触。

6.   根据权利要求1所述的硬岩定向钻换向器，其特征在于，排液腔(12)和容液腔(21)是被轴承座A(49)分开，轴承座A(49)内有滑动轴承A(25)，转子(7)上端通过此滑动轴承来固定，在转子(7)上与滑动轴承A(25)相邻的是叶片A(14)和叶片B(26)。

7.   根据权利要求1和权利要求6所述的硬岩定向钻换向器，其特征在于，叶片A(14)和叶片B(26)，是对称分布在转子(7)的两侧，从上端看去叶片A(14)和叶片B(26)承楔形，既，与转子(7)连接的一端厚，另一端薄，与叶片A(14)较薄端对应的有圆形喷孔C(33)和圆形喷孔D(35)，与叶片B(26)较薄端对应的是圆形喷孔A(15)和圆形喷孔B(32)，圆形喷孔A(15)通过液流通道(16)与叶片动力液入孔A(36)连通，同样其它的三个圆形喷孔也都通过液流通道分别与叶片动力液入孔对应连通。

8.   根据权利要求1所述的硬岩定向钻换向器，其特征在于，在排液腔(12)的内侧壁上有圆形单向排液阀(13)，转子(7)上的轴肩A(27)与环形滑动轴承B(28)配合，排液腔(12)和尾腔(51)之间是轴承座B(50)，在轴承座B(50)内是滑动轴承C(29)，转子(7)的另一端通过滑动轴承C(29)来固定，在轴承座B(50)上靠近外侧沿轴线对称的位置有两个同样的螺栓孔(11)，在尾腔(51)内转子(7)上的轴肩B(30)与另一个环形滑动轴承配合，在尾腔(51)的侧壁上有扇形截面制动腔(31)。

9.   根据权利要求1所述的硬岩定向钻换向器，其特征在于，在尾腔(51)的一面侧壁上有扇形截面制动腔(31)，转子(7)上的制动凸台(45)在扇形截面制动腔(31)内，在扇形截面制动腔(31)两侧面分别是形状相同的制动弹簧A(46)和制动弹簧B(48)，制动弹簧A(46)和制动弹簧B(48)形如圆环的一部分，在制动弹簧一侧面还有方形钩头(56)，方形钩头(56)插在扇形截面制动腔(31)内的方形制动弹簧固定孔(47)内，转子(7)上端有液动冲击器液流入口(24)，液动冲击器液流入口(24)下端是圆形液动冲击器液流通道(57)，圆形液动冲击器液流通道(57)的出口在尾腔(51)内转子(7)的转子的连接方形孔(9)内。

硬岩定向钻换向器
技术领域
硬岩定向钻换向器涉及液力传动、钻探工艺学。
背景技术
现有的硬岩定向钻，都是由钻杆来带动冲击器转动，在浅孔作业时勉强可用，但是，深孔作业时不但难以实现而且还存在很多问题，如钻杆的磨损严重，摩擦阻力也很大，最大的问题就是无法实现导向。国外的硬岩定向钻虽然可以实现导向，但是其结构复杂，导向是通过电子来实现的，电子部分包括信号传送缆线、控制部分、执行部分，这样复杂的结构不但给生产制造带来不便，制造技术要求也很高。由于，硬岩定向钻作业时会产生极大的冲击与震动，所以影响了电子原件的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种硬岩定向钻换向器能使硬岩定向钻作业时钻杆不转动，只有液动冲击器转动。在配合弯头液动冲击器使用时还可实现导向，硬岩定向钻换向器完全是机械结构工作稳定可靠。
为实现这一目的采用以下方法：两个半换向器外壳8的一端带有螺纹，两个半换向器外壳8用螺栓通过在其两侧的螺栓孔11连接成一个圆柱形状，硬岩定向钻换向器的转子7在两个半换向器外壳8的内部，在与有螺纹端相对应的另一端是转子的连接方形孔9，连接方形孔9与液动弯头冲击器1上方形连接凸台2配合连接，并通过连接螺钉3锁死，在另一端硬岩定向钻换向器螺纹5与带有内螺纹的钻杆6连接，用销4来锁死。
硬岩定向钻换向器由两大部分构成：转子、换向器外壳和截流装置，换向器外壳8由螺栓孔11、排液腔12、单向排液阀13、喷孔A15、液流通道16、截流腔A17、销孔19、总液流通道20、容液腔21、轴肩A27、轴肩B30、制动腔31、喷孔B32、喷孔C33、喷孔D35、叶片动力液入孔A36、凸台A38、叶片动力液入孔B39、截流腔B40、叶片动力液入孔C42、凸台B43、叶片动力液入孔D44、制动弹簧固定孔47、轴承座A49、轴承座B50、尾腔51、扇形曹A53、扇形曹B54、特征构成；转子7是由螺纹孔10、叶片A14、弹簧片固定柱22、液动冲击器液流入口24、叶片B26、轴肩A27、轴肩B30叶片B34、推动环37、制动凸台45、液动冲击器液流通道57特征构成，其特征在于，在容液腔21内侧壁上沿轴线对称的位置有一对凹形凸台A38和凸台B43，在凹形凸台A38开了一个部分环形截流腔A17，在凸台B43上开了一个部分环形截流腔B40，在部分环形截流腔B40内有圆形叶片动力液入孔B39和叶片动力液入孔C42同样，在部分环形截流腔A17内有叶片动力液入孔A36和叶片动力液入孔D44，在部分环形截流腔A17有圆形截流片A18，圆形截流片A18盖在叶片动力液入孔A36上。在部分环形截流腔B40内有圆形截流片B41，圆形截流片B41盖在叶片动力液入孔C42上，圆形截流片A18和圆形截流片B41上分别有扇形曹A53和扇形曹B54，圆形截流片A18和圆形截流片B41是通过插入其扇形曹A53和扇形曹B54的倒S型弹簧片23活动连接，并且倒S型弹簧片23的两端有圆柱A52和圆柱B55，圆柱A52和圆柱B55分别插在截流片A18和圆形截流片B41上侧的孔内，倒S型弹簧片23固定在弹簧片固定柱22上，弹簧片固定柱22是推动环37的一部分，推动环37是转子7的一部分，推动环37是一个圆筒，在圆筒的一端上沿法线对称的位置上个开了一个曹，倒S型弹簧片23就通过这两个曹，倒S型弹簧片23的两个凸起分别与推动环37上曹的侧边相接触。
排液腔12和容液腔21是被轴承座A49，分开，轴承座A49内有滑动轴承A25，转子7上端通过此滑动轴承来固定，在转子7上与滑动轴承A25相邻的是叶片A14和叶片B26，在图4所示的实施例中，叶片A14和叶片B26，是对称分布在转子7的两侧，从上端看去叶片A14和叶片B26承楔形，既，与转子7连接的一端厚，另一端薄。与叶片A14较薄端对应的有圆形喷孔C33和圆形喷孔D35，与叶片B26较薄端对应的是圆形喷孔A15和圆形喷孔B32，圆形喷孔A15通过液流通道16与叶片动力液入孔A36连通，同样其它的三个喷孔也都通过液流通道分别与叶片动力液入孔对应连通，叶片A14和叶片B26在排液腔12内，在排液腔12的内侧壁上有圆形单向排液阀13，转子7上的轴肩A27与环形滑动轴承B28配合，排液腔12和尾腔51之间是轴承座B50，在轴承座B50内是滑动轴承C29，转子7的另一端通过滑动轴承C29来固定，在轴承座B50上靠近外侧沿轴线对称的位置有两个同样的螺栓孔11，在尾腔51内转子7上的轴肩B30与另一个环形滑动轴承配合。在尾腔51的一面侧壁上有扇形截面制动腔31。
在尾腔51的侧壁上有扇形截面制动腔31。转子7上的制动凸台45在扇形截面制动腔31内，在扇形截面制动腔31两侧面分别是形状相同的制动弹簧A46和制动弹簧B48，制动弹簧A46和制动弹簧B48形如圆环的一部分，在制动弹簧一侧面还有方形钩头56，方形钩头56插在扇形截面制动腔31内的方形制动弹簧固定孔47内。转子7上端有液动冲击器液流入口24，液动冲击器液流入口24下端是圆形液动冲击器液流通道57，圆形液动冲击器液流通道57的出口在尾腔51内转子7的转子的连接方形孔9内。
附图说明
图1硬岩定向钻换向器与液动冲击器和钻杆连接视图
图2硬岩定向钻换向器剖视图
图3沿倒S型弹簧片宽面中面剖视图
图4沿叶片宽面中面剖视图
图5沿转子螺纹孔中线剖视图
图6外壳剖视图
图7截流装置主视图
图8制动弹簧主视图
图9制动弹簧俯视图
图10转子剖视图
具体实施方式
硬岩定向钻换向器是由连接螺钉3、螺纹5、转子7、换向器外壳8、转子的连接方形孔9、螺纹孔10、螺栓孔11、排液腔12、单向排液阀13、叶片A14、喷孔A15、液流通道16、截流腔A17、截流片A18、销孔19、总液流通道20、容液腔21、弹簧片固定柱22、倒S型弹簧片23、液动冲击器液流入口24、滑动轴承A25、叶片B26、轴肩A27、滑动轴承B28、滑动轴承C29、轴肩B30、制动腔31、喷孔B32、喷孔C33、叶片B34、喷孔D35、叶片动力液入孔A36、推动环37、凸台A38、叶片动力液入孔B39、截流腔B40、截流片B41、叶片动力液入孔C42、凸台B43、叶片动力液入孔D44、制动凸台45、制动弹簧A46、制动弹簧固定孔47制动弹簧B48、轴承座A49、轴承座B50、尾腔51、圆柱A52、扇形曹A53、扇形曹B54、圆柱B55、方形钩头56、液动冲击器液流通道57，57部分组成。与硬岩定向钻换向器连接的还有弯头液动冲击器1、连接凸台2、钻杆6。
在图1和图2所示的实施例一中，两个半换向器外壳8的一端带有螺纹，两个半换向器外壳8用螺栓通过在其两侧的螺栓孔11连接成一个圆柱形状，硬岩定向钻换向器转子7在两个半换向器外壳8的内部，在于有螺纹端相对应的一端是转子的连接方形孔9，连接方形孔9与液动弯头冲击器1上方形连接凸台2配合连接，并通过连接螺钉3锁死，在另一端硬岩定向钻换向器螺纹5与带有内螺纹的钻杆6连接，并且用销4来锁死。
在图6所示的实施例中，换向器外壳8有三个腔：排液腔12、容液腔21和尾腔51。
在图3和图2所示的实施例中，在容液腔21内侧壁上沿轴线对应的位置有一对凹形凸台A38和凸台B43，在凹形凸台A38开了一个部分环形截流腔A17，在凸台B43上开了一个部分环形截流腔B40，在部分环形截流腔B40内有圆形叶片动力液入孔B39和叶片动力液入孔C42同样，在部分环形截流腔A17内有叶片动力液入孔A36和叶片动力液入孔D44，在部分环形截流腔A17有圆形截流片A18，圆形截流片A18盖在叶片动力液入孔A36上。在部分环形截流腔B40内有圆形截流片B41，圆形截流片B41盖在叶片动力液入孔C42上，在图7所示的实施例中，圆形截流片A18和圆形截流片B41上有扇形曹A53和扇形曹B54，圆形截流片A18和圆形截流片B41是通过插入其扇形曹A53和扇形曹B54的倒S型弹簧片23活动连接，并且倒S型弹簧片23的两端有圆柱A52和圆柱B55，圆柱A52和圆柱B55分别插在截流片A18和圆形截流片B41上侧的孔内，倒S型弹簧片23固定在弹簧片固定柱22上，弹簧片固定柱22是推动环37的一部分，推动环37是转子7的一部分，推动环37是一个圆筒，在圆筒的一端上沿法线对称的位置上个开了一个曹，倒S型弹簧片23就通过这两个曹，倒S型弹簧片23的两个凸起分别于推动环37上曹的侧边相接触。
在图2和图6所示的实施例中，排液腔12和容液腔21是被轴承座A49分开，轴承座A49内有滑动轴承A25，转子7上端通过此滑动轴承来固定，在转子7上与滑动轴承A25相邻的是叶片A14和叶片B26，在图4所示的实施例中，叶片A14和叶片B26，是对称分布在转子7的两侧，从上端看去叶片A14和叶片B26承楔形，既，与转子7连接的一端厚，另一端薄。与叶片A14较薄端对应的有圆形喷孔C33和圆形喷孔D35，与叶片B26较薄端对应的是圆形喷孔A15和圆形喷孔B32，圆形喷孔A15通过液流通道16与叶片动力液入孔A36连通，同样其它的三个喷孔也都通过液流通道分别与叶片动力液入孔对应连通，叶片A14和叶片B26在排液腔12内，在排液腔12的内侧壁上有圆形单向排液阀13，转子7上的轴肩A27与环形滑动轴承B28配合，排液腔12和尾腔51之间是轴承座B50，在轴承座B50内是滑动轴承C29，转子7的另一端通过滑动轴承C29来固定，在轴承座B50上靠近外侧沿轴线对称的位置有两个同样的螺栓孔11，在尾腔51内转子7上的轴肩B30与另一个环形滑动轴承配合。在尾腔51的一面侧壁上有扇形截面制动腔31。
在图5、图6、图8和图9所示的实施例中，在尾腔51的一面侧壁上有扇形截面制动腔31。转子7上的制动凸台45在扇形截面制动腔31内，在扇形截面制动腔31两侧面分别是形状相同的制动弹簧A46和制动弹簧B48，制动弹簧A46和制动弹簧B48形如圆环的一部分，在制动弹簧一侧面还有方形钩头56，方形钩头56插在扇形截面制动腔31内的方形制动弹簧固定孔47内。
在图2所示的实施例中，转子7上端有液动冲击器液流入口24，液动冲击器液流入口24下端是圆形液动冲击器液流通道57，圆形液动冲击器液流通道57的出口在尾腔51内转子7的转子的连接方形孔9内。