專利名稱：流體增壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增壓裝置，具體地講是一種流體增壓器。
背景技術(shù)：
流體增壓裝置是廣泛應(yīng)用于液壓或者氣壓系統(tǒng)中給工作流體進行增壓的裝置。高壓射流增壓裝置就是一種流體增壓器，其一般是應(yīng)用齒輪泵、活塞泵和柱塞泵，采用多路換向閥和邏輯控制閥組合來實現(xiàn)增壓效果。該些增壓裝置的動力來源集中在機械驅(qū)動，并且配套設(shè)備的尺寸龐大，不適用于管式和安裝空間受限制的場所。例如，在地質(zhì)鉆探、石油鉆井和孔洞掘進等施工中，應(yīng)用現(xiàn)有的高壓射流作業(yè)設(shè)備收到約束。
目前石油鉆井的方法是鉆頭旋轉(zhuǎn)以實現(xiàn)機械齒破巖，其中石油鉆井的速度與鉆井泵的泵壓密切相關(guān)。試驗表明，進一步提高泵壓，可以大大提高鉆井速度。但是從設(shè)備方便考慮，鉆井泵壓的大幅提高，不僅鉆井泵本身技術(shù)上存在難于克服的困難，而且泵的地面管匯和鉆柱系統(tǒng)也承受不了，并且其中還要涉及到整套鉆井設(shè)備傳動系統(tǒng)的重新設(shè)計和研制問題，因此就目前工藝條件來看比較難以實現(xiàn)。
因此，有必要提供一種設(shè)備尺寸小，可適用于管道式和安裝空間受限制場所的流體增壓器，來解決現(xiàn)有增壓裝置存在的上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種流體增壓器，其可適用于管道式和安裝空間限制的場所，尤其適用于安裝在鉆井鉆頭上，用于提高井底噴射壓力，從而提高鉆井速度。
本發(fā)明的上述技術(shù)問題可采用如下技術(shù)方案來解決，一種流體增壓器，包括連接在輸入流道和輸出流道之間的輸入活塞缸和輸出活塞缸，輸入活塞與輸出活塞通過活塞桿固定連接，且輸入活塞面積大于輸出活塞面積，其特征在于，于輸入流道和輸入活塞缸之間連接有雙穩(wěn)射流元件，該雙穩(wěn)射流元件包括可附壁切換的第一和第二切換流道以及排液口，其中第一切換流道連通于輸入活塞缸的上腔，所述輸入活塞缸的下腔通過一換向機構(gòu)連通于第二切換流道或者連通于一泄流通道，所述的排液口通過節(jié)流元件連通于該泄流通道，節(jié)流元件與排液口之間的流道形成為節(jié)流支路，所述輸出活塞缸的下腔通過單向?qū)ㄔB通于該節(jié)流支路。
本發(fā)明中所采用的雙穩(wěn)射流元件，是利用射流的附壁效應(yīng)而制成一種常用射流元件。該雙穩(wěn)射流元件的形狀一般是完全對稱的，其可由于附壁切換而導(dǎo)致射流在任一側(cè)壁面上附著并穩(wěn)定流動。根據(jù)雙穩(wěn)射流元件所具有的附壁和切換特性，該雙穩(wěn)射流元件可在兩切換流道的壓力發(fā)生變化時進行切換，附著于壓力較小的切換流道中進行穩(wěn)定流動。
在本發(fā)明中，所述的輸入活塞缸可為兩個或者兩個以上活塞缸相串聯(lián)而成，相鄰活塞之間通過活塞桿連接，該些活塞缸的下腔相連通。
作為一個具體的例子，所述的活塞桿可為空心結(jié)構(gòu)，該些活塞缸的下腔通過空心活塞桿相連通。
在本發(fā)明中，可進一步在輸入流道上并聯(lián)有溢流支路，以便于在輸入流道的流量發(fā)生過高時，可通過該溢流支路分流，從而適應(yīng)輸入流道的流量變化。
上述的溢流支路為通過溢流閥連通于泄流通道的支路。
作為另外一個可選擇的例子，所述的溢流支路為直接連通于節(jié)流支路的支路。
在本發(fā)明中，所述的換向機構(gòu)為二位三通換向閥，該二位三通閥受控在所述輸入活塞缸的下腔在連通于第二切換流道的位置或者連通于一泄流通道的位置之間切換。
作為一個具體的例子，所述的換向機構(gòu)為二位三通換向滑閥，包括固定于輸入活塞缸下腔中的閥套和滑動設(shè)置于該閥套中的閥芯，可通過閥芯在閥套中的滑動，而在兩個位置之間切換。
進一步，所述的閥芯具有突出于閥套的抵頂部，在輸入活塞的活塞桿上位于該閥芯的上方和下方分別對應(yīng)設(shè)有與該抵頂部相配合而推動該抵頂部滑動的抵頂面，從而在輸入活塞運動到抵頂面與閥芯相接觸的位置時，通過該抵頂面推動閥芯滑動，從而使換向機構(gòu)換向。
本發(fā)明的流體增壓器，由于采用雙穩(wěn)射流元件，結(jié)構(gòu)簡單、體積小，可滿足較小作業(yè)空間對射流增壓的要求。尤其是本發(fā)明的流體增壓器可應(yīng)用于石油鉆井中，該流體增壓器可安裝在井底對部分循環(huán)鉆井液進行增壓輸出，使得輸出高壓射流對井底巖石產(chǎn)生切割破碎，提高鉆井破巖的綜合效率，加快鉆井速度。


圖1本發(fā)明的流體增壓器的一種實施結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明的流體增壓器活塞處于上位時的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本發(fā)明的流體增壓器活塞處于下位的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4本發(fā)明的流體增壓器的再一種實施結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖1-4所示，本發(fā)明的流體增壓器，包括連接在輸入流道1和輸出流道2之間的輸入活塞缸3和輸出活塞缸4，輸入活塞31與輸出活塞41通過活塞桿42固定連接，且輸入活塞31的面積大于輸出活塞41的面積，于輸入流道1和輸入活塞缸3之間連接有雙穩(wěn)射流元件6，該雙穩(wěn)射流元件6包括可附壁切換的第一和第二切換流道61、62以及排液口63，其中第一切換流道61連通于輸入活塞缸3的上腔32，輸入活塞缸3的下腔33通過一換向機構(gòu)連通于第二切換流道62或者連通于一泄流通道5，所述的排液口63通過節(jié)流元件71連通于該泄流通道5，節(jié)流元件71與排液口63之間的流道形成為節(jié)流支路7，所述輸出活塞缸4的下腔43通過單向?qū)ㄔ?4連通于該節(jié)流支路7。
這樣，如圖2所示，假定輸入活塞31位于活塞缸3的上位(即上死點)，此時換向機構(gòu)受控使輸入活塞缸3的下腔33與第二切換流道62的連通通道關(guān)閉而打開輸入活塞缸3的下腔33與泄流通道5的連通通道，此時雙穩(wěn)射流元件的第二切換流道62受背壓的影響，流體壓力增大，使流體附壁于第一切換流道61一側(cè)，并通過該第一切換流道61進入輸入活塞缸3的上腔32，同時由于節(jié)流元件71的作用，使與節(jié)流之路7連通的第一切換流道61中的流體壓力大于連通于泄流通道5的輸入活塞缸3下腔33中的流體壓力，從而輸入活塞31在該壓差作用下向下運動，同時帶動輸出活塞缸4的輸出活塞41向下運動，輸出活塞缸4中的流體通過輸出流道2高壓射流輸出，而輸入活塞缸3下腔33中的流體通過泄流通道5泄流。如圖3所示，當輸入活塞缸3的輸入活塞31運動到下位(即下死點)時，換向機構(gòu)受控換向，使輸入活塞缸3的下腔33與泄流通道5的連通通道關(guān)閉而打開輸入活塞缸3的下腔33與第二切換流道62的連通通道，此時輸入活塞缸3的上腔32在背壓作用下壓力增大，使與上腔32連通的第一切換流道61壓力增加，輸入流道1輸入的流體附壁切換到第二切換流道62，并通過該第二切換流道62流入輸入活塞缸3的下腔33中，在下腔33和上腔32流體動壓差作用下，推動輸入活塞31向上運動，輸出活塞缸4的輸出活塞41隨之向上運動，輸出活塞缸4的下腔43同時通過單向?qū)ㄔ?4補入工作流體，當輸入活塞31運動到上位(即上死點)時，換向機構(gòu)受控換向，使輸入活塞缸3的下腔33與第二切換流道62的連通通道關(guān)閉而打開輸入活塞缸3的下腔33與泄流通道5的連通通道，開始下一個高壓射流輸出循環(huán)。
在本發(fā)明的上述流體增壓過程中，由于是采用射流元件的附壁切換特性，并結(jié)合換向機構(gòu)的換向以及節(jié)流元件71的壓差作用來實現(xiàn)輸入活塞31上下運動的切換的，與現(xiàn)有應(yīng)用機械驅(qū)動泵并采用多路換向閥和邏輯控制閥組合來實現(xiàn)增壓的增壓裝置相比，結(jié)構(gòu)簡單、體積小，可滿足較小作業(yè)空間對射流增壓的要求。
尤其是如圖4所示，本發(fā)明的流體增壓器可通過上下接頭連接安裝于井底的鉆頭上而應(yīng)用于石油鉆井中，此時工作流體為鉆井液，該流體增壓器可在井底對部分循環(huán)鉆井液進行增壓，并輸出到鉆頭噴嘴，使得輸出的高壓射流對井底巖石產(chǎn)生切割破碎，從而提高鉆井破巖的綜合效率，加快鉆井速度。
如圖1-4所示，在本發(fā)明中，所述的輸入活塞缸3可為兩個或者兩個以上活塞缸相串聯(lián)而成，相鄰活塞31之間通過活塞桿34相連接，并且該些活塞缸的下腔33相連通，這樣可在不增加流體增壓器截面積的情況下，增大輸入活塞31的總面積，從而增加增壓比，并且更適應(yīng)于在空間比較狹小的管道中。該活塞缸串聯(lián)的個數(shù)可根據(jù)所需的增壓比以及每個活塞的面積而確定，在本實施例的附圖中僅以兩個活塞缸串聯(lián)為例進行了圖示，兩個以上活塞缸串聯(lián)的例子與其相類似，不再一一舉例。
如圖1-4所示，作為一個具體的例子，所述的活塞桿34可為空心結(jié)構(gòu)，該些活塞缸的下腔33通過空心活塞桿34相連通。
如圖4所示，在本發(fā)明中，可進一步在輸入流道上并聯(lián)有溢流支路9，以便于在輸入流道1的流量發(fā)生過高時，可通過該溢流支路9分流，從而適應(yīng)輸入流道1的流量變化。
上述的溢流支路9可為通過溢流閥連通于泄流通道5的支路，圖中未示出，其中的溢流量可通過設(shè)定溢流閥的開啟壓力來確定。
作為另外一個可選擇的例子，如圖4所示，所述的溢流支路9為直接連通于節(jié)流支路7的支路，這樣當輸入流道1中的流量過高時，一部分流體可通過溢流支路7分流后，經(jīng)節(jié)流支路7后，進入泄流通道5泄流。
在本發(fā)明中，如圖1-4所示，所述的換向機構(gòu)可為二位三通換向閥8，該二位三通閥8受控在所述輸入活塞缸3的下腔33連通于第二切換流道62的位置或者連通于泄流通道5的位置之間切換。如圖1-4所示，該二位三通換向閥8可具體具有連通口A、P、B，其中連通口A連通于第二切換流道62，連通口P連通于輸入活塞缸3的下腔33，而連通口B連通于泄流通道5，該換向閥8受控進行換向，使連通口P與連通口A或者連通口B連通，從而實現(xiàn)在所述輸入活塞缸3的下腔33連通于第二切換流道62的位置或者連通于泄流通道5的位置之間切換。
該二位三通換向閥8可為行程控制閥，通過活塞運動的不同位置控制該二位三通換向閥8在不同位置之間的切換。
該二位三通換向滑閥的閥芯82的滑動控制可通過輸入活塞31的上下運動位置來自動控制。作為一個通過輸入活塞31的上下位置自動控制的具體例子，所述的閥芯82具有突出于閥套81的抵頂部83，在輸入活塞31的活塞桿上位于該閥芯82的上方和下方分別對應(yīng)設(shè)有與該抵頂部83相配合而推動該抵頂部83滑動的抵頂面84，從而在輸入活塞31運動到抵頂面84與閥芯82相接觸的位置時，通過該抵頂面84推動閥芯82滑動，從而使換向機構(gòu)換向。
在本實施例以兩個活塞缸串聯(lián)而成輸入活塞缸3的例子中，該上下抵頂面84可分別由第一級輸入活塞31的下表面和第二級輸入活塞31的上表面構(gòu)成。
這樣，如圖2所示，在輸入活塞31處于上位時，第二級串聯(lián)輸入活塞31抵頂于閥套81下部，將抵頂部83推入閥套81中，使換向閥8換向到輸入活塞缸3的下腔33與第二切換流道62的連通通道關(guān)閉而輸入活塞缸3的下腔33與泄流通道5的連通通道打開的位置，而當輸入活塞31處于下位時，第一級輸入活塞31抵頂于閥套81上部，將抵頂部83推入閥套81中，使換向閥8換向到輸入活塞缸3的下腔33與泄流通道5的連通通道關(guān)閉而輸入活塞缸3的下腔33與第二切換流道62的連通通道打開的位置。采用該結(jié)構(gòu)，換向閥8的換向通過輸入活塞31的抵頂而在輸入活塞31處于上位和下位自動在兩個位置之間進行換向，從而省略了現(xiàn)有的復(fù)雜換向控制結(jié)構(gòu)，使本發(fā)明流體增壓器的結(jié)構(gòu)更為簡單。
上述實施例為本發(fā)明的幾個具體實施方式
，僅用于說明本發(fā)明而非用于限制本發(fā)明。例如，本發(fā)明的流體增壓器除了可應(yīng)用于石油鉆井中的例子外，還可應(yīng)用其他如孔洞挖掘、高壓射流切割等的流體增壓技術(shù)中。
權(quán)利要求
1.一種流體增壓器，包括連接在輸入流道和輸出流道之間的輸入活塞缸和輸出活塞缸，輸入活塞與輸出活塞通過活塞桿固定連接，且輸入活塞面積大于輸出活塞面積，其特征在于，于輸入流道和輸入活塞缸之間連接有雙穩(wěn)射流元件，該雙穩(wěn)射流元件包括可附壁切換的第一和第二切換流道以及排液口，其中第一切換流道連通于輸入活塞缸的上腔，所述輸入活塞缸的下腔通過一換向機構(gòu)連通于第二切換流道或者連通于一泄流通道，所述的排液口通過一節(jié)流元件連通于該泄流通道，節(jié)流元件與排液口之間的流道形成為節(jié)流支路，所述輸出活塞缸的下腔通過單向?qū)ㄔB通于該節(jié)流支路。
2.如權(quán)利要求1所述的流體增壓器，其特征在于，所述的輸入活塞缸為兩個或者兩個以上活塞缸相串聯(lián)而成，相鄰活塞之間通過活塞桿連接，該些活塞缸的下腔相連通。
3.如權(quán)利要求2所述的流體增壓器，其特征在于，所述的相鄰輸入活塞之間的活塞桿為空心結(jié)構(gòu)，該些活塞缸的下腔通過空心活塞桿相連通。
4.如權(quán)利要求1所述的流體增壓器，其特征在于，在輸入流道上并聯(lián)有溢流支路。
5.如權(quán)利要求4所述的流體增壓器，其特征在于，所述的溢流支路為通過溢流閥連通于泄流通道的支路。
6.如權(quán)利要求4所述的流體增壓器，其特征在于，所述的溢流支路為直接連通于節(jié)流支路的支路。
7.如權(quán)利要求1所述的流體增壓器，其特征在于，所述的換向機構(gòu)為二位三通換向閥，該二位三通閥控制所述輸入活塞缸的下腔在連通于第二切換流道的位置或者連通于所述泄流通道的位置之間切換。
8.如權(quán)利要求7所述的流體增壓器，其特征在于，所述的換向機構(gòu)為二位三通換向滑閥，包括固定于輸入活塞缸下腔中的閥套和滑動設(shè)置于該閥套中的閥芯，通過閥芯在閥套中的滑動，而在兩個位置之間切換。
9.如權(quán)利要求8所述的流體增壓器，其特征在于，所述的閥芯具有突出于閥套的抵頂部，在輸入活塞的活塞桿上位于該閥芯的上方和下方分別對應(yīng)設(shè)有與該抵頂部相配合而推動該抵頂部滑動的抵頂面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種流體增壓器，包括連接在輸入流道和輸出流道之間的輸入活塞缸和輸出活塞缸，輸入活塞與輸出活塞通過活塞桿固定連接，且輸入活塞面積大于輸出活塞面積，于輸入流道和輸入活塞缸之間連接有雙穩(wěn)射流元件，該雙穩(wěn)射流元件包括可附壁切換的第一和第二切換流道以及排液口，其中第一切換流道連通于輸入活塞缸的上腔，所述輸入活塞缸的下腔通過一換向機構(gòu)連通于第二切換流道或者連通于一泄流通道，所述的排液口通過節(jié)流元件連通于該泄流通道，節(jié)流元件與排液口之間的流道形成為節(jié)流支路，所述輸出活塞缸的下腔通過單向?qū)ㄔB通于該節(jié)流支路。本發(fā)明適用于管道式和安裝空間限制的場所。應(yīng)用在石油鉆井中，可對鉆井液增壓，用于提高井底噴射壓力，從而提高鉆井速度。
文檔編號F15B3/00GK1908452SQ200510089060
公開日2007年2月7日 申請日期2005年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月3日
發(fā)明者汪志明, 張文華, 王小秋, 辛秀琴, 談獻英 申請人:石油大學(北京), 大港油田集團有限責任公司