CN113338829B - 一种旋转限速喷射工具 - Google Patents
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Abstract
本文提供一种旋转限速喷射工具，包括驱动机构、万向节机构、减速机构、环形的传动轴、环形的输出轴和喷射机构；驱动机构包括定子和转子，转子安装在定子内，转子和定子之间设置有用于实现转子转动的摆线啮合传动结构，摆线啮合传动结构之间形成有旋转驱动流路，传动轴的下端和输出轴的上端通过减速机构进行连接，且传动轴的下端与输出轴的上端可相对转动地密封连通，转子的下端通过万向节机构与传动轴的上端相连接，喷射机构安装在输出轴的下端。该旋转限速喷射工具，与非旋转限速喷射工具相比，其能量损失更小，水流喷射速度更高，雾化现象更小，冲击力更高，剥离效果更好，工作时效更高。
Description
技术领域
本文涉及石油开采技术领域，更具体地，涉及一种旋转限速喷射工具。
背景技术
喷头是高压水射流的执行元件，旋转喷头具备周向全方位的清洁能力，可通过高压清洗以解除近井带的堵塞或污染。现有的非旋转限速喷射工具，其能量损失大，水流喷射速度低，雾化现象大，冲击力低，剥离效果差，工作时效低。
发明内容
本发明实施例提供了一种旋转限速喷射工具，其能量损失更小，水流喷射速度更高，雾化现象更小，冲击力更高，剥离效果更好，工作时效更高。
本发明实施例提供的旋转限速喷射工具，包括驱动机构、万向节机构、减速机构、环形的传动轴、环形的输出轴和喷射机构；所述驱动机构包括定子和转子，所述转子安装在所述定子内，所述转子和所述定子之间设置有用于实现所述转子转动的摆线啮合传动结构，所述摆线啮合传动结构之间形成有旋转驱动流路，所述传动轴的下端和所述输出轴的上端通过所述减速机构进行连接，且所述传动轴的下端与所述输出轴的上端可相对转动地密封连通，所述转子的下端通过所述万向节机构与所述传动轴的上端相连接，所述喷射机构安装在所述输出轴的下端。
在一示例性实施例中，所述传动轴包括上轴段、中轴段和下轴段，所述上轴段的轴线和所述下轴段的轴线相重合，所述中轴段的轴线偏离所述上轴段和所述下轴段的轴线，所述减速机构套装在所述中轴段上，所述输出轴的上端可转动地密封套装在所述下轴段上。
在一示例性实施例中，所述减速机构为摆线齿轮传动减速机构。
在一示例性实施例中，所述摆线齿轮传动减速机构包括：第一齿圈，可转动地固定套装在所述中轴段上，所述第一齿圈的外周面具有上轮齿和下轮齿；第二齿圈，固定套设在所述第一齿圈的径向外侧，所述第二齿圈的内齿与所述上轮齿相啮合；固定安装的第三齿圈，套设在所述第二齿圈径向外侧，所述第三齿圈的内齿与所述第二齿圈的外齿相啮合；和第四齿圈，套设在所述第一齿圈的径向外侧、并处于所述第三齿圈的下方，所述第四齿圈的内齿与所述下轮齿相啮合，所述输出轴与所述第四齿圈相连接。
在一示例性实施例中，所述第三齿圈的齿数多于所述第二齿圈的外齿的齿数，所述第二齿圈的内齿与所述上轮齿的传动比为1:1，所述第四齿圈的齿数多于所述下轮齿的齿数。
在一示例性实施例中，所述旋转限速喷射工具还包括：顶部驱动轴，位于所述第四齿圈和所述输出轴之间、并套装在所述下轴段上，所述输出轴通过所述顶部驱动轴与所述第四齿圈相连接。
在一示例性实施例中，所述旋转限速喷射工具还包括：外筒，所述外筒的上端与所述定子的下端相连接，所述外筒的下端密封套装在所述输出轴上，所述第三齿圈固定安装在所述外筒内，所述第四齿圈可转动地安装在所述外筒内。
在一示例性实施例中，所述外筒上设置有用于注入润滑油的注入孔，所述注入孔位于所述减速机构的上方，所述注入孔上安装有丝堵。
在一示例性实施例中，所述外筒的内表面上具有朝上的第一阶梯面，所述输出轴上设置有朝下的第二阶梯面，所述第二阶梯面位于所述第一阶梯面的上方，所述第一阶梯面和所述第二阶梯面之间安装有止推轴承。
在一示例性实施例中，所述旋转限速喷射工具还包括：环形的曲轴，所述曲轴的侧壁上设置有过流孔，所述万向节机构与所述传动轴通过所述曲轴相连接，所述过流孔连通所述旋转驱动流路与所述传动轴的内孔。
在一示例性实施例中，所述喷射机构包括：喷头，安装在所述输出轴的下端，所述喷头的侧壁上设置有喷射口；和喷嘴，可替换地安装在所述喷射口上。
本发明实施例提供的旋转限速喷射工具，与非旋转限速喷射工具相比，其能量损失更小，水流喷射速度更高，雾化现象更小，冲击力更高，剥离效果更好，工作时效更高。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明一实施例所述的旋转限速喷射工具的主视结构示意图；
图2为图1所示旋转限速喷射工具的剖视结构示意图；
图3至图6为图2所示旋转限速喷射工具的局部结构示意图；
图7为图2中摆线齿轮传动减速机构一视角的立体结构示意图；
图8为图2中摆线齿轮传动减速机构另一视角的立体结构示意图；
图9为图2中传动轴的立体结构示意图；
图10为图2中曲轴的立体结构示意图；
图11为图2中转子的立体结构示意图。
其中，图1至图11中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
100驱动机构，110定子，120转子，200万向节机构，300摆线齿轮传动减速机构，310第一齿圈，320第二齿圈，330第三齿圈，340第四齿圈，400传动轴，410上轴段，420中轴段，430下轴段，440曲轴垫片，500输出轴，600喷射机构，610喷头，620喷嘴，630轴承，700顶部驱动轴，810第一外套，820第二外套，821环形凸台，822注入孔，830下封堵套，900止推轴承，1000曲轴，1010过流孔，1100上接头。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明实施例提供的旋转限速喷射工具，如图1至图11所示，包括驱动机构100、万向节机构200、减速机构、环形的传动轴400、环形的输出轴500和喷射机构600；驱动机构100包括定子110和转子120，转子120安装在定子110内，转子120和定子110之间设置有用于实现转子120转动的摆线啮合传动结构，摆线啮合传动结构之间形成有旋转驱动流路，传动轴400的下端和输出轴500的上端通过减速机构进行连接，且传动轴400的下端与输出轴500的上端可相对转动地密封连通，转子120的下端通过万向节机构200与传动轴400的上端相连接，喷射机构600安装在输出轴500的下端。旋转驱动流路为扭曲的密封空间，在流体的动力下，实现驱动转子120在定子110内转动。
旋转驱动流路为扭曲的密封空间，在流体的动力下，驱动转子120在定子110内转动，压力水依次经过传输轴的内孔、输出轴500的内孔和喷射机构600之后进行喷射，转子120通过万向节机构200带动传动轴400转动，传动轴400通过减速机构带动输出轴500进行减速转动，喷射机构600与输出轴500一起进行减速转动，从而实现压力水进行旋转喷射。该旋转限速喷射工具，与非旋转限速喷射工具相比，其能量损失更小，水流喷射速度更高，雾化现象更小，冲击力更高，剥离效果更好，工作时效更高。
转子旋转可提供较为强劲的动力，所以喷射机构在遇到较大的旋转阻力时，不会停止转动；定子采用全金属设计，以满足其高温作业需求，在150℃以内的井温环境下，可以采用橡胶定子。
在一示例性实施例中，如图4、图5和图9所示，传动轴400包括上轴段410、中轴段420和下轴段430，上轴段410的轴线和下轴段430的轴线相重合，中轴段420的轴线偏离上轴段410和下轴段430的轴线，减速机构套装在中轴段420上，输出轴500的上端可转动地密封套装在下轴段430上，实现输出轴500与传动轴400可相对转动以及密封连通。传动轴400采用凸轮轴式设计，可以极大降低工具的外径尺寸，满足1.69～2.75寸不同内径范围使用。
示例地，如图5、图7和图8所示，减速机构为摆线齿轮传动减速机构300，摆线齿轮传动减速机构300包括：第一齿圈310，可转动地固定套装在中轴段420上(中轴段420上轴向间隔套装有两个干式轴承，第一齿圈310套装在两个干式轴承上)，第一齿圈310的外周面具有上轮齿和下轮齿；第二齿圈320，套设在第一齿圈310的径向外侧，第二齿圈320的内齿与上轮齿相啮合，第二齿圈320与第一齿圈310的上轮齿的传动比为1:1；固定安装的第三齿圈330，套设在第二齿圈320径向外侧，第三齿圈330的内齿与第二齿圈320的外齿仅部分啮合，第三齿圈330形成摆线齿轮传动减速机构300的固定齿圈；和第四齿圈340，套设在第一齿圈310的径向外侧，第四齿圈340的上端抵在第三齿圈330的下端，第四齿圈340的内齿与下轮齿仅部分啮合，实现第一齿圈310向第四齿圈340传递扭矩，输出轴500与第四齿圈340相连接。该摆线齿轮传动减速机构300不受温度的变化，可持续性工作，使得转速控制在5～25RPM之间。所有齿圈的轴承均采用干式轴承，可以满足高温作业需求。
传动轴400、第一齿圈310和第二齿圈320一起转动，第二齿圈320与第一齿圈310的上轮齿的传动比为1:1(二者不能相对转动)，第三齿圈330的齿数多于第二齿圈320的外齿的齿数，第二齿圈320沿着第三齿圈330的内齿进行行星运动，达到一级减速的目的，由于齿圈330被固定住无法转动，所以第一齿圈310会相对传动轴400转动，并向下传递扭矩；第四齿圈340的齿数多于第一齿圈310的下轮齿的齿数，第一齿圈310再在齿圈340内做行星运动、并驱动第四齿圈340转动，达到第二级减速的目的，第四齿圈340带着输出轴500一起进行大扭矩、低转速转动。
示例地，如图5和图6所示，旋转限速喷射工具还包括：顶部驱动轴700，位于第四齿圈340和输出轴500之间、并套装在下轴段430上，输出轴500通过顶部驱动轴700与第四齿圈340相连接。可以是，第四齿圈340的下端与顶部驱动轴700之间通过凸起结构相啮合，实现同步转动，顶部驱动轴700的下端与输出轴500的上端采用螺纹连接。顶部驱动轴700的内侧和外侧还均安装有轴承。
示例地，如图3至图6所示，旋转限速喷射工具还包括：外筒，外筒的上端与定子110的下端相连接，外筒的下端密封套装在输出轴500上，第三齿圈330固定安装在外筒内，第四齿圈340可转动地安装在外筒内。可以是，外筒包括自上向下依次设置的第一外套810、第二外套820和下封堵套830，第一外套810的上端伸入定子110的下端内、并与定子110固定在一起，第一外套810的下端伸入第二外套820的上端内、并与第二外套820固定在一起，下封堵套830的上端伸入第二外套820的下端内、并与第二外套820固定在一起。第二外套820上部的内侧面上设置有环形凸台821，环形凸台821的台面和传动轴400之间设置有干式轴承，环形凸台821上方的传动轴400上通过螺纹旋装有曲轴垫片440，曲轴垫片440与环形凸台821的台面之间具有轴向间隙，防止二者相互磨损。
示例地，如图1所示，第二外套820的侧壁上设置有用于注入润滑油的注入孔822，注入孔822位于减速机构的上方，注入孔822上安装有丝堵，打开丝堵可自注入孔822向减速机构注入润滑油。下封堵套830上设置有用于排出润滑油的排出口，排出口上安装有丝堵。在齿圈内部通过注高温油脂以达到润滑的目的。
示例地，如图5所示，下封堵套830的内表面上具有朝上的第一阶梯面，输出轴500上设置有朝下的第二阶梯面，第二阶梯面位于第一阶梯面的上方，第一阶梯面和第二阶梯面之间安装有止推轴承900，止推轴承900的上下两侧分别安装有止推垫，这样可以降低第一阶梯面和第二阶梯面的磨损。
示例地，如图4和图10所示，旋转限速喷射工具还包括：环形的曲轴1000，曲轴1000的侧壁上设置有过流孔1010，万向节机构200与传动轴400通过曲轴1000相连接，过流孔1010连通旋转驱动流路与传动轴400的内孔，经过旋转驱动流路的压力水能够自过流孔1010进入传动轴400内、并沿传动轴400向下输送。
示例地，如图3、图4和图11所示，转子120的下端面上设置有凸台，凸台的轴线偏离转子120的轴线，转子120通过凸台与万向节机构200的上端采用螺纹连接，万向节机构200的下端与曲轴1000的上端采用螺纹连接，曲轴1000的下端与传动轴400的上轴段410采用螺纹连接。
在一示例性实施例中，如图6所示，喷射机构600包括：喷头610，密封安装在输出轴500的下端，喷头610的侧壁上设置有与输出轴500的内孔相通的喷射口；和喷嘴620，可替换地安装在喷射口上，实现压力水在周向上进行旋转喷射。喷头610与输出轴500之间安装有轴承630，该轴承630为两半圆式设计，通过外周上套设的密封圈固定在一起。不同类型的作业，可选择不同的喷射机构。比如切割时可以使用喷嘴较小的喷枪喷头，冲洗时可以采用喷嘴较大的射流喷头，当需要增加过台阶面能力时，可以选择斜形喷头。
在一示例性实施例中，如图1至图3所示，旋转限速喷射工具还包括：上接头1100，与定子110通过螺纹固定连接在一起。
综上所述，本发明实施例提供的旋转限速喷射工具，与非旋转限速喷射工具相比，其能量损失更小，水流喷射速度更高，雾化现象更小，冲击力更高，剥离效果更好，工作时效更高。
在本发明中的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、““口”字结构”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。
Claims (7)
1.一种旋转限速喷射工具，其特征在于，包括驱动机构、万向节机构、减速机构、环形的传动轴、环形的输出轴和喷射机构；所述驱动机构包括定子和转子，所述转子安装在所述定子内，所述转子和所述定子之间设置有用于实现所述转子转动的摆线啮合传动结构，所述摆线啮合传动结构之间形成有旋转驱动流路，所述传动轴的下端和所述输出轴的上端通过所述减速机构进行连接，且所述传动轴的下端与所述输出轴的上端可相对转动地密封连通，所述转子的下端通过所述万向节机构与所述传动轴的上端相连接，所述喷射机构安装在所述输出轴的下端；
所述传动轴包括上轴段、中轴段和下轴段，所述上轴段的轴线和所述下轴段的轴线相重合，所述中轴段的轴线偏离所述上轴段和所述下轴段的轴线，所述减速机构套装在所述中轴段上，所述输出轴的上端可转动地密封套装在所述下轴段上；
所述减速机构为摆线齿轮传动减速机构；
所述摆线齿轮传动减速机构包括：
第一齿圈，可转动地固定套装在所述中轴段上，所述第一齿圈的外周面具有上轮齿和下轮齿；
第二齿圈，固定套设在所述第一齿圈的径向外侧，所述第二齿圈的内齿与所述上轮齿相啮合；
固定安装的第三齿圈，套设在所述第二齿圈径向外侧，所述第三齿圈的内齿与所述第二齿圈的外齿相啮合；和
第四齿圈，套设在所述第一齿圈的径向外侧、并处于所述第三齿圈的下方，所述第四齿圈的内齿与所述下轮齿相啮合，所述输出轴与所述第四齿圈相连接。
2.根据权利要求1所述的旋转限速喷射工具，其特征在于，还包括：
顶部驱动轴，位于所述第四齿圈和所述输出轴之间、并套装在所述下轴段上，所述输出轴通过所述顶部驱动轴与所述第四齿圈相连接。
3.根据权利要求1所述的旋转限速喷射工具，其特征在于，还包括：
外筒，所述外筒的上端与所述定子的下端相连接，所述外筒的下端密封套装在所述输出轴上，所述第三齿圈固定安装在所述外筒内，所述第四齿圈可转动地安装在所述外筒内。
4.根据权利要求3所述的旋转限速喷射工具，其特征在于，所述外筒上设置有用于注入润滑油的注入孔，所述注入孔位于所述减速机构的上方，所述注入孔上安装有丝堵。
5.根据权利要求3所述的旋转限速喷射工具，其特征在于，所述外筒的内表面上具有朝上的第一阶梯面，所述输出轴上设置有朝下的第二阶梯面，所述第二阶梯面位于所述第一阶梯面的上方，所述第一阶梯面和所述第二阶梯面之间安装有止推轴承。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转限速喷射工具，其特征在于，还包括：
环形的曲轴，所述曲轴的侧壁上设置有过流孔，所述万向节机构与所述传动轴通过所述曲轴相连接，所述过流孔连通所述旋转驱动流路与所述传动轴的内孔。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转限速喷射工具，其特征在于，所述喷射机构包括：
喷头，安装在所述输出轴的下端，所述喷头的侧壁上设置有喷射口；和
喷嘴，可替换地安装在所述喷射口上。
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