Φ102涡轮钻具井下喷射器设计(8)

喷射器的设计

下腔与第二切换流道的连通流道，此时活塞缸上腔在背压作用下压力增大，与上腔连通的第一切换流道压力增加，输入流道输入的流体附壁切换到第二切换流道，并通过该流道流入下腔中，在下腔和上腔流体动压差作用下，推动输入活塞向上运动，输出活塞缸的输出活塞随之向上运动，输出活塞缸的下腔同时通过单向阀补入工作流体，当输入活塞运动到上位时，组合阀换向机构受控换向，使活塞缸的下腔与第二切换流道的连通流道关闭而打开输入活塞缸的下腔与泄流通道的开关，开始下一个高压射流输出循环。如下图3-5所示为增压器测试工作图。

图3-5 井底增压器测试工作图

3.2.2 水力结构

（1）增压冲程水力结构图

如下图3-6所示为喷射器增压冲程水力结构图：

图3-6 增压冲程水力结构图

（2）复位冲程水力结构图

如下图3-7所示为喷射器复位冲程水力结构图：

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Φ102涡轮钻具井下喷射器的设计

图3-7 复位冲程水力结构图

3.2.3 内部流道关系

由于该喷射器结构较为复杂，弄清楚其内部流道之间的关系对于设计整体结构以及各个零件都是十分重要的。如图3-8所示为喷射器内部各流道关系简图，连通的流道主要有以下4条:：

（1）排空道1——环形流道1——环形流道4——普通喷嘴； （2）排空道2——环形流道2——环形流道4——普通喷嘴； （3）输出道1——环形流道3——低压流道——普通喷嘴； （4）输出道2——新环形流道——高压喷嘴。

图3-8 内部流道关系简图

3.3 喷射器结构设计

3.3.1 托盖

为了保证喷射器内部元件能够更好地定位，在喷射器结构两端分别设计一个托盖。托盖材料用45钢即可满足要求。

由于两端的流道不同，所以两端的的托盖结构不同。上托盖结构图如图3-9所示，。上托盖上部（左边）是有螺纹连接的上连接头，上连接接头压紧托盖；上托盖下部（右边）是靠紧喷射器，喷射器与上托盖用螺钉连接。

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喷射器的设计

图3-9 上托盖结构示意图

下托盖结构图如下图3-10所示，下托盖上部用螺钉与下缸体连接，下部是有螺纹的下连接接头，下托盖开了多一个低压流道出口。

图3-10 下托盖结构示意图

3.3.2 射流元件

如下图3-11所示为射流元件的结构简图，其中几个流道与上缸体的流道入口位置一致。由于射流元件内部结构比较复杂，为方便制造，故射流元件的制造采用铸钢进行铸造。

图3-11 射流元件结构示意图

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Φ102涡轮钻具井下喷射器的设计

在增压器的设计中，由于射流元件内部的结构的复杂，使得流过元件的液体能够产生附壁稳流。射流元件既作为控制元件，又作为强功率执行元件，为满足其工作要求，对射流元件提出以下要求：

①附壁稳定性，即射流附壁的稳定程度，要求元件在使用条件下，当射流附壁于双稳元件的某一侧壁时如果背压没有达到一定压力时，射流应该牢固地附壁在这一侧壁。

②切换灵敏性，即射流从射流元件的某一侧壁切换到另一侧壁时的快慢程度，要求元件在使用条件下能够迅速反应。 3.3.3 活塞缸体

考虑到活塞缸的内径不同，为了便于加工缸体和便于活塞等零件的装配，对于活塞缸采取分段制造，采用材料为45Cr钢调质处理，整个活塞缸分为上、中、下三段加工，以下分别加以说明介绍。

1.上缸体

如下图3-12所示为喷射器上缸体的结构图，上缸体中流道较为复杂，图中虚线为连接大、小活塞上腔的新环形流道。图中C-C截面上部的开口是在射流元件切换流道时推动活塞上行的入口；图中B-B截面上部为输出道2，左边为新环形流道以及其入口，下边为排空道1，右边为环形流道4。排空道1与排空道2并联与环形流道4相连通；图中A-A为零件左视图，上边入口为输出道2口，中间入口为输出道1口，下边为排空道1，右边为排空道2。

图3-12 上缸体的结构示意图

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喷射器的设计

2.下缸体

为了能够将组合阀装配进去，下缸体的结构设计成如下图3-13所示。

图3-13 下缸体结构示意图

3.增压缸体

由于增压缸体承受的压力较高，所以壁厚要足够厚，主视图中左边腔是下活塞腔，右边是增压活塞腔在缸体底部有三个单向阀组周向分布，其结构如图3-14所示。

图3-14 增压缸体结构示意图

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