專利名稱：水平井井下輪式自適應(yīng)管道爬行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種能夠在不同內(nèi)徑的小坡度管道內(nèi)沿管道軸線連續(xù)爬行、進(jìn)退的裝置，尤其是用于油氣井下的(準(zhǔn))水平井井眼內(nèi)。
背景技術(shù)：
目前，水平井，尤其是大位移水平井以其特有的優(yōu)越性在油氣田開發(fā)中得到了越來越普遍的應(yīng)用。但在水平井的開發(fā)中，仍有許多問題制約著其進(jìn)一步發(fā)展，其中水平井井下作業(yè)儀器(以生產(chǎn)測井儀器為代表)的送進(jìn)是具有代表性的一類問題垂直井中常規(guī)測井儀器等井下作業(yè)儀器，已經(jīng)無法繼續(xù)依靠重力輸送到井底預(yù)定位置，必須依靠外力！因此，必須開發(fā)一套能夠沿水平井井眼軸線自主、可靠、連續(xù)運(yùn)動(dòng)，且具有一定驅(qū)動(dòng)力的裝置，來解決上述問題。但由于井下環(huán)境復(fù)雜，一般的驅(qū)動(dòng)裝置難以較好地滿足井下苛刻的作業(yè)要求。
盡管目前用于地面(這里的地面，是相對(duì)于幾千米以下的油氣井水平井眼來說)管道的爬行器形形色色，也出現(xiàn)了用于井下的管道爬行器專利(專利申請(qǐng)?zhí)?1103581.8)，但這些爬行器同時(shí)存在著很多缺點(diǎn)，從而不能較好地滿足井下作業(yè)。主要原因如下地面管道的內(nèi)徑與井眼直徑相比，尺寸較大，大部分管道爬行器由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大而根本無法進(jìn)入水平井眼內(nèi)。即使將現(xiàn)有的管道爬行器可以同比例縮小以適合井眼直徑，但無法提供足夠大的動(dòng)力。
很多管道爬行器的結(jié)構(gòu)造成了其在管道內(nèi)容易側(cè)翻的問題，尤其是在需要較大動(dòng)力且環(huán)境較為惡劣(高溫、高壓、含砂液體)的井下，側(cè)翻等事故將更容易發(fā)生。但在幾千米以下的水平井眼內(nèi)作業(yè)，又要求必須具有足夠高的可靠度，因?yàn)橐淮喂收蠈⒃跁r(shí)間和費(fèi)用上造成巨大的損失。
一般的管道爬行器，對(duì)管道內(nèi)徑的適應(yīng)能力較差，這包括兩方面要么只可以在內(nèi)徑比其本身尺寸大得多的管道內(nèi)爬行，這樣可以適應(yīng)不同內(nèi)徑的管道——只要內(nèi)徑尺寸足夠大，但同樣容易發(fā)生側(cè)翻事故；要么可以適應(yīng)內(nèi)徑比自身尺寸稍大的管道，但只可以在一種內(nèi)徑的管道內(nèi)爬行，適應(yīng)性不強(qiáng)。而油氣井井眼在某些井段不夠規(guī)則，且可能在同一口井中存在不同直徑的井段，尤其是在裸眼井中。這就要求爬行器必須能夠在一定范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)變直徑水平井眼的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供水平井井下輪式自適應(yīng)管道爬行器，旨在滿足水平井井下的儀器送進(jìn)等井下作業(yè)需求。該水平井井下輪式自適應(yīng)管道爬行器不僅能夠在環(huán)境惡劣(高溫、高壓)的水平井井眼(或管道)內(nèi)連續(xù)爬行而提供較大的驅(qū)動(dòng)力，而且克服了現(xiàn)有管道爬行器對(duì)井眼(或管道)內(nèi)徑適應(yīng)能力較差從而導(dǎo)致其可靠性較低的問題。該水平井井下管道爬行器能夠在較大范圍內(nèi)適合不同直徑的井眼(或管道)以及變直徑井眼(或管道)的連續(xù)爬行要求，且完全避免了小直徑管道爬行器在大直徑井眼(或管道)內(nèi)的側(cè)翻問題，確保了其爬行可靠性，而且其較為簡單的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高了其爬行可靠性。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下整個(gè)爬行器為細(xì)長狀，與井眼形狀一致，包括殼體、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和連接架。其中，殼體是整個(gè)爬行器的機(jī)架，所有的部件均直接或間接安裝在殼體上。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)為整個(gè)爬行器提供動(dòng)力，安裝在爬行器殼體的中間位置，其前后兩個(gè)動(dòng)力輸出軸均在殼體軸線上，可以同時(shí)向前后兩個(gè)方向輸出動(dòng)力，傳遞給換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過電纜與地面匹配的電源相連，地面發(fā)出的加減速、后退、停止等指令也是通過控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動(dòng)方向來實(shí)現(xiàn)的。
換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由各種機(jī)械傳動(dòng)構(gòu)件(如齒輪、蝸輪—蝸桿機(jī)構(gòu)等)組成，主要功能是將電機(jī)輸出的動(dòng)力進(jìn)行換向、轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)街悟?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，或者將一個(gè)支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的動(dòng)力轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)搅硪粋€(gè)支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中。由于該部分只是傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)，沒有突出的特點(diǎn)，本說明不再贅述。在此需要說明一點(diǎn)根據(jù)需要，本實(shí)用新型可能需要多個(gè)換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。本說明中所說的換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是指這一類機(jī)構(gòu)，而不是特指其中的某一個(gè)換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)——它們之間在結(jié)構(gòu)和安裝位置上均存在差異有的需要一級(jí)傳動(dòng)、有的需要多級(jí)傳動(dòng)；有的安裝在殼體上，有的安裝在連接架上。
支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是整個(gè)爬行器的核心機(jī)構(gòu)，它起支撐爬行器和驅(qū)動(dòng)爬行器的雙重作用。該機(jī)構(gòu)由支撐臂、驅(qū)動(dòng)輪、從動(dòng)輪、齒輪、特殊帶輪、鋼制傳動(dòng)帶、鉸接軸、滑塊以及壓縮彈簧、彈簧調(diào)節(jié)塊等構(gòu)件組成。支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)——由四個(gè)等長的支撐臂通過鉸接軸順序鉸接而成，平行四邊形的一對(duì)對(duì)角頂點(diǎn)分別采用鉸接軸鉸接在殼體上或可以沿殼體軸線滑動(dòng)的滑塊上，且該對(duì)角頂點(diǎn)連線與殼體軸線平行，而且至少其中的一個(gè)鉸接軸是安裝在該滑塊上，即可以根據(jù)需要沿殼體軸線滑動(dòng)，其滑動(dòng)推動(dòng)力來自壓縮彈簧。壓縮彈簧的一端與彈簧調(diào)節(jié)塊固定，一般情況下位置不變，另一端壓緊在上述滑塊上，其軸線同樣與殼體軸線平行。這樣，壓縮彈簧的彈力就可以通過推動(dòng)滑塊沿殼體軸線滑動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中可以沿殼體軸線滑動(dòng)的頂點(diǎn)在殼體上滑動(dòng)，從而引起平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的四個(gè)支撐臂向外相對(duì)殼體軸線對(duì)稱張開。而在平行四邊形的另外一對(duì)對(duì)角頂點(diǎn)鉸接軸上，一個(gè)安裝有一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，另一個(gè)安裝有一個(gè)從動(dòng)輪，支撐臂的向外張開將迫使驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪與井壁接觸。這樣，整個(gè)爬行器就通過驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪、支撐臂和壓縮彈簧支撐在井壁上，因此可以完全避免所謂的爬行器側(cè)翻事故。由于驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪是靠彈簧力壓在井壁上，這樣如果井眼直徑變小，則驅(qū)動(dòng)輪將迫使支撐臂收回一定的角度，即向外張開的程度變小，從而使壓縮彈簧縮短；如果井眼直徑變大，則彈簧的彈力將迫使支撐臂繼續(xù)向外張開，從而使驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪始終與井壁接觸。這樣，在彈簧力許可的范圍之內(nèi)，爬行器就可以在不同直徑的井眼內(nèi)爬行。如果爬行器所要進(jìn)入的井眼直徑過大或過小，僅靠彈簧的伸縮無法保證提供合適的壓縮力，這時(shí)候需要調(diào)節(jié)彈簧調(diào)節(jié)塊的位置，來改變彈簧沿殼體軸線的位置，從而保證彈簧力在合適的范圍之內(nèi)——既保證能夠?qū)⒄麄€(gè)爬行器支撐在井壁上，又保證驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪與井壁之間具有合適的正壓力，從而確保驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪與井壁之間保持較好的摩擦力。這樣，驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪相對(duì)于井壁的滾動(dòng)，就可以驅(qū)動(dòng)整個(gè)爬行器的前進(jìn)或后退。驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪的主要區(qū)別是前者接受由換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸入的動(dòng)力，能夠主動(dòng)在井壁上滾動(dòng)，而后者不接受動(dòng)力，不能主動(dòng)在井壁上滾動(dòng)，只能通過爬行器的運(yùn)動(dòng)被動(dòng)地在井壁上滾動(dòng)。
驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力是這樣由換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸入的在平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的四個(gè)頂點(diǎn)鉸接軸上分別安裝有一個(gè)特殊的帶輪，并用一根鋼制傳動(dòng)帶將其順序張緊在這四個(gè)特殊帶輪上；在平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中與殼體鉸接的一對(duì)對(duì)角頂點(diǎn)上，分別安裝有一個(gè)齒輪，這兩個(gè)齒輪一個(gè)為動(dòng)力輸入齒輪，一個(gè)為動(dòng)力輸出齒輪，均與同軸上的特殊帶輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，經(jīng)由換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞的動(dòng)力就可以通過動(dòng)力輸入齒輪傳遞給同軸的特殊帶輪，并通過鋼制傳動(dòng)帶傳遞到該支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的全部特殊帶輪上和動(dòng)力輸出齒輪上，動(dòng)力輸出齒輪就可以將動(dòng)力通過下一級(jí)換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞給其它支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。動(dòng)力輸入齒輪和動(dòng)力輸出齒輪僅在功能上有所差別，但在結(jié)構(gòu)上是完全相同的(其強(qiáng)度以最接近驅(qū)動(dòng)電機(jī)的齒輪強(qiáng)度能夠滿足要求為準(zhǔn))，本說明統(tǒng)稱為支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪。這樣，驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪的主要差別也在于和其同軸的特殊帶輪的連接方式上安裝在驅(qū)動(dòng)輪軸上的特殊帶輪與驅(qū)動(dòng)輪為同步轉(zhuǎn)動(dòng)，故驅(qū)動(dòng)輪可以通過特殊帶輪接受鋼制傳動(dòng)帶傳遞的動(dòng)力，主動(dòng)在井壁上滾動(dòng)；而安裝在從動(dòng)輪軸上的特殊帶輪與從動(dòng)輪之間可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，互不影響，不能接受鋼制傳動(dòng)帶傳遞的動(dòng)力，這也是驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪命名的主要依據(jù)。
一組平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中只允許安裝一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和一個(gè)從動(dòng)輪，這是因?yàn)閭鲃?dòng)帶的動(dòng)力傳遞將使同一組平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的四個(gè)特殊帶輪繞一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣，如果兩個(gè)輪子都是驅(qū)動(dòng)輪，即都與同軸的特殊帶輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，則由于這兩個(gè)輪子分別安裝在殼體軸線的兩側(cè)，它們將在井壁上分別沿相反的方向運(yùn)動(dòng)，因此，必須將其中的一個(gè)輪子設(shè)為從動(dòng)輪；如果這兩個(gè)輪子都是從動(dòng)輪，該支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將沒有動(dòng)力輸出，影響整個(gè)爬行器的運(yùn)動(dòng)。該傳動(dòng)方案還具有兩個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)由于該爬行器可以由多個(gè)支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)順序串連而成(在下文詳細(xì)說明)，由于中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的反復(fù)換向，各支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸入齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向很可能不一致，在此只需要調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪在殼體軸線兩側(cè)的位置，就可以保證所有支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方向是一致的；驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪在殼體軸線的兩側(cè)分布也可以避免僅由一側(cè)的輪子驅(qū)動(dòng)，造成驅(qū)動(dòng)力的不平衡。
不論怎么變形，不管一個(gè)平行四邊形上的四個(gè)支撐臂張開程度如何，但平行四邊形的四個(gè)邊長之和始終為定值，各個(gè)邊長也不改變。這樣，分布在該平行四邊形四個(gè)頂點(diǎn)上的特殊帶輪之間的中心距始終不變，鋼制傳動(dòng)帶的長度也不改變。這是本實(shí)用新型采用平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的最大理由，也是該爬行器的最大創(chuàng)新點(diǎn)。
由于在各支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，鉸接在殼體上的一對(duì)平行四邊形對(duì)角頂點(diǎn)，至少有一個(gè)是相對(duì)殼體滑動(dòng)的，因此為了方便各支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的動(dòng)力傳遞，需要保持它們之間的相對(duì)穩(wěn)定。這個(gè)功能是靠連接架來實(shí)現(xiàn)的。鄰近的兩個(gè)支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中可以在殼體上滑動(dòng)的兩個(gè)鄰近的鉸接軸均與連接架鉸接，連接架與殼體之間通過滑塊連接，可以沿殼體軸線滑動(dòng)，這樣就可以保證上述的兩個(gè)鉸接軸沿殼體軸線相對(duì)靜止。另外，在連接架上同樣安裝有一套換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其功能是將其中一個(gè)支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的動(dòng)力傳輸?shù)搅硪粋€(gè)支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中。這也是連接架保持兩個(gè)相鄰的支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中相鄰的兩個(gè)鉸接軸之間沿殼體軸線相對(duì)靜止的原因。
由于平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相對(duì)較為獨(dú)立，可以根據(jù)預(yù)先了解的井下情況和需求的驅(qū)動(dòng)力，任意選擇合適的支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)量及其繞爬行器殼體軸線的分布形式。如井壁存在較多的凹坑和不平，則應(yīng)該適當(dāng)增加支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)量，即增加驅(qū)動(dòng)輪的數(shù)量，從而避免輪子過少受卡，影響驅(qū)動(dòng)。
特殊帶輪和鋼制傳動(dòng)帶的設(shè)計(jì)較為特別，特殊帶輪的特殊之處在于與傳動(dòng)帶配合的外圓面上規(guī)則地分布著多個(gè)半球狀突起，而傳動(dòng)帶上同樣加工有與帶輪上的突起相配合的圓孔，從而保證了帶輪上的半球狀突起與傳動(dòng)帶上的圓孔能夠互相嚙合。這樣設(shè)計(jì)的目的是為了保證帶輪和傳動(dòng)帶之間不打滑，能夠傳遞較大的動(dòng)力，且半球狀突起可以起到很好的防砂作用。鋼制傳動(dòng)帶之所以采用鋼制是為了傳遞較大的動(dòng)力，并承受井下較高的溫度。
整個(gè)爬行器，除了潛油電機(jī)外，其它所有部件全部敞開在井下環(huán)境內(nèi)，不存在壓力平衡問題，特殊的帶輪和鋼制傳動(dòng)帶可以起到防砂和耐高溫的雙重作用。各種齒輪等動(dòng)力傳遞與轉(zhuǎn)換部件一般也裸露在井下環(huán)境內(nèi)，磨損、腐蝕比較嚴(yán)重，但由于該爬行器在井下的作業(yè)時(shí)間較短，其維修保養(yǎng)費(fèi)用相對(duì)于其帶來的經(jīng)濟(jì)效益而言是微乎其微的。也就是說，只需要保證一次下井作業(yè)的順利進(jìn)行即可。
本實(shí)用新型的有益效果是，可以根據(jù)井眼或其它管道的直徑，自動(dòng)調(diào)節(jié)其驅(qū)動(dòng)輪的展開程度，從而實(shí)現(xiàn)在不同直徑的水平井眼(或管道)內(nèi)自主運(yùn)動(dòng)。而且結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，能夠提供較大的驅(qū)動(dòng)力，能夠承受井下較高的溫度、壓力和高含砂液體的環(huán)境。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。


圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為
圖1中支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(I)和(II)的放大圖。
圖3為支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖。
圖4為
圖1的左視圖。
圖5為
圖1中壓縮彈簧和彈簧調(diào)節(jié)塊的結(jié)構(gòu)放大圖。
圖6是特殊帶輪的結(jié)構(gòu)簡圖，左圖為正視圖，右圖為側(cè)視圖。
圖7為鋼制傳動(dòng)帶的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1.殼體，2.驅(qū)動(dòng)電機(jī)，3.換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(I)，4.換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(I)的輸出齒輪，5.支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪，6.驅(qū)動(dòng)輪，7.特殊帶輪，8.鋼制傳動(dòng)帶，9.支撐臂，10.連接架，11.換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)的輸入齒輪，12.滑塊，13.換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)，14.換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)的輸出齒輪，15.壓縮彈簧，16.彈簧調(diào)節(jié)塊，17.支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)，18.支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(I)，19.從動(dòng)輪，20.驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本實(shí)用新型提出的其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后
圖1只繪制了本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)電機(jī)(2)右側(cè)的部分傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，但完全可以說明其整體結(jié)構(gòu)、動(dòng)力傳輸方案和工作原理。理由如下為了保持整個(gè)爬行器的前后平衡，一般情況下，驅(qū)動(dòng)電機(jī)(2)左右側(cè)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是對(duì)稱的——本圖所示的爬行器共安裝有4組平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，且中間兩組所在的平面與端部兩組所在的平面過殼體軸線相互垂直。
圖1中顯示出了中間的一個(gè)支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(I)(18)和端部的一個(gè)支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)(17)。由于平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的相對(duì)獨(dú)立性，理論上，爬行器驅(qū)動(dòng)電機(jī)(2)兩側(cè)可以分別串接多個(gè)(大于3)該平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。也就是說，根據(jù)實(shí)際需要，平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)量可以是任意的，各個(gè)平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置也是比較自由的。建議一個(gè)爬行器中至少安裝4組支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，且安裝位置最好是相對(duì)殼體(1)軸線中點(diǎn)對(duì)稱的。
該爬行器的殼體為細(xì)長狀結(jié)構(gòu)，截面可以是圓環(huán)形，也可以是方形，還可以是其它形狀。鑒于井眼的形狀一般為圓形，此處建議殼體截面為圓環(huán)形，即殼體在空間上是管狀結(jié)構(gòu)。殼體的尺寸受井眼直徑的影響較大。推薦采用的尺寸為外徑90～200mm，壁厚3～5mm，長度2m～20m。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)(2)采用的是無桿泵采油中的專用電機(jī)——潛油電機(jī)，該電機(jī)為細(xì)長結(jié)構(gòu)，可以提供幾千瓦到幾十千瓦的功率。該種電機(jī)為耐高溫電機(jī)，且配備有密封裝置、壓力平衡裝置，能夠承受井下較高的溫度、壓力及惡劣的環(huán)境。該電機(jī)屬于成熟的產(chǎn)品，不需要專門的設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求(功率、轉(zhuǎn)速等)直接購買相應(yīng)的型號(hào)即可。驅(qū)動(dòng)電機(jī)(2)在兩端同時(shí)設(shè)置輸出軸的目的是為了向其兩端的支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)輸出動(dòng)力，這一點(diǎn)是與一般潛油電機(jī)的不同之處。
此外，盡管圖中的換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(I)(3)和換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)(13)為同一類換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，但根據(jù)各自的功能需求，在結(jié)構(gòu)上略有不同，因此在圖中分開表達(dá)。而且，換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(I)(3)和(II)(13)的安裝位置也存在很大的差別換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(I)(3)安裝固定在殼體(1)上，而換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)(13)則安裝固定在連接架(10)上，可以隨連接架(10)一起沿殼體(1)軸線滑動(dòng)。連接架(10)一般在殼體(1)內(nèi)部，建議連接架(10)的形狀與殼體(1)一致，為圓管形，其外徑最好與殼體(1)內(nèi)徑是間隙配合，且配合面具有較低的表面粗糙度，以方便滑動(dòng)和導(dǎo)向。另外，為了節(jié)約爬行器的內(nèi)部空間，建議將換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)(13)與連接架(10)做成一體。而換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(I)(3)可以單獨(dú)安裝，也可以直接與殼體(1)做成一體。由于換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(3、13)需要在垂宜軸之間傳動(dòng)，即其輸入軸和輸出軸是相互垂直的，可以采用錐齒輪或蝸輪—蝸桿傳動(dòng)方式。在此不作限定。動(dòng)力輸入和輸出也可以采用多種方式，建議換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(I)(3)的動(dòng)力輸入直接通過電機(jī)軸(20)輸入，或聯(lián)軸器輸入(
圖1中采用直接輸入的方式)，其動(dòng)力輸出則可以采用與支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪(5)相配套的輸出齒輪(4)，其傳動(dòng)比可以根據(jù)動(dòng)力要求自行設(shè)計(jì)；由于換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)(13)的動(dòng)力輸入端和輸出端均與支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，因此分別由與支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪(5)相配套的換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)的輸入齒輪(11)和輸出齒輪(14)來完成動(dòng)力的輸入和輸出?？紤]到傳動(dòng)過程中的速度損失，建議換向—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)(13)的傳動(dòng)比為0.96～0.98。
支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(17、18)是本實(shí)用新型的核心。為了節(jié)約空間，可以將該機(jī)構(gòu)中的多個(gè)輪子加工成一體。如將支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪(5)與特殊帶輪(7)加工成整體結(jié)構(gòu)，將驅(qū)動(dòng)輪(6)與特殊帶輪(7)加工成整體結(jié)構(gòu)，但從動(dòng)輪(19)和特殊帶輪(7)之間不能加工成一體。且最好在特殊帶輪(7)的兩側(cè)設(shè)置擋圈，以防止鋼制傳動(dòng)帶(8)脫落。驅(qū)動(dòng)輪(6)和從動(dòng)輪(19)的外圓直徑必須大于特殊帶輪(7)的外圓直徑，二者的差值至少大于4倍的鋼制傳動(dòng)帶(8)厚度。推薦驅(qū)動(dòng)輪(6)和從動(dòng)輪(19)的外徑為40mm～50mm，特殊帶輪(7)的外徑為35～45mm，鋼制傳動(dòng)帶(8)厚度0.1～0.3mm左右，支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的齒輪(5)分度圓直徑可以較驅(qū)動(dòng)輪(6)外徑稍小。
支撐臂(9)的長度決定了爬行器能夠適應(yīng)的井眼直徑范圍，理論上，支撐臂(9)的長度越長，爬行器適應(yīng)的井眼直徑范圍越大，但考慮到兩相鄰支撐臂之間的夾角在90°附近時(shí)支撐效果較好，推薦支撐臂(9)的設(shè)計(jì)長度以保證兩相鄰支撐臂之間的夾角在70°～110°范圍內(nèi)變化較為合適，過長或過短均不合適。當(dāng)然，支撐臂(9)的長度決定了鋼制傳動(dòng)帶(8)的長度。
圖3顯示出了一組支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳遞路徑動(dòng)力由支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的左側(cè)齒輪輸入，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向逆時(shí)針，且上部輪子為驅(qū)動(dòng)輪，轉(zhuǎn)動(dòng)方向也為逆時(shí)針，則該支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將向右驅(qū)動(dòng)爬行器運(yùn)動(dòng)，而下部從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與其它所有輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向均不一致，為順時(shí)針。當(dāng)然，也可以將下部的輪子設(shè)置為驅(qū)動(dòng)輪，上部的輪子設(shè)為從動(dòng)輪，這樣，該支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將向左驅(qū)動(dòng)爬行器運(yùn)動(dòng)。
圖4中顯示的支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(I)(18)和支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)(17)的平行四邊形所在的平面分別過爬行器殼體的軸線且相互垂直。當(dāng)然，根據(jù)需要，支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)繞爬行器殼體(1)的軸線(即爬行器殼體的周向)可以分布多個(gè)這樣的支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(但各支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在殼體軸線上不得重疊)，即兩個(gè)平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所在的平面之間的夾角可以改變。如無特殊需要，建議各支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所在的平面成90°夾角。
圖5中的壓縮彈簧(15)和彈簧調(diào)節(jié)塊(16)是支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(17、18)的重要輔助構(gòu)件。因?yàn)閺椈闪Φ拇笮。瑳Q定了支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(17、18)的支撐能力，壓縮彈簧(15)要求能夠在較長的變形范圍內(nèi)工作，且壓縮力變化不大。因此要求壓縮彈簧(15)具有較小的剛度和較大的初始長度。彈簧調(diào)節(jié)塊(16)是調(diào)節(jié)壓縮彈簧(15)沿殼體(1)軸線位置的重要輔助構(gòu)件，它可以最大限度地拓展壓縮彈簧(15)的工作范圍——在驅(qū)動(dòng)輪的張開程度一定時(shí)，調(diào)節(jié)彈簧調(diào)節(jié)塊(16)在殼體(1)軸線上的位置，同樣可以調(diào)節(jié)壓縮彈簧(15)的壓縮力。彈簧調(diào)節(jié)塊(16)可以采用絲杠調(diào)節(jié)的方式，也可以采用其它方式調(diào)節(jié)；可以采用自動(dòng)控制調(diào)節(jié)，也可以根據(jù)井眼直徑的尺寸，事先手動(dòng)調(diào)節(jié)，或手動(dòng)—自動(dòng)聯(lián)合調(diào)節(jié)。
圖6和圖7顯示了特殊帶輪(7)和鋼制傳動(dòng)帶(8)的特殊之處——半球狀突起和圓孔。它們的分布規(guī)律可以是直線排列，也可以采用其它有規(guī)則的排列方式，但必須保證排列的一致性?？紤]到加工和安裝誤差，以及井下高含砂的液體環(huán)境，為了確保突起和圓孔的準(zhǔn)確嚙合，建議圓孔的直徑要較半球狀突起的直徑稍大。推薦特殊帶輪上的半球狀突起的直徑為1mm～3mm，鋼制傳動(dòng)帶上的圓孔直徑在2mm～5mm之間。采用鋼制的傳動(dòng)帶是為了承載較大的載荷，并承受井下較高的溫度，也可以采用其它具有耐高溫、具有一定韌性的高強(qiáng)度材料代替。
為了盡可能地提高本實(shí)用新型的模塊化設(shè)計(jì)，方便加工和組裝，尤其是支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(17、18)部分，在條件許可的情況下，特別建議各相似零件的規(guī)格統(tǒng)一化，換向一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)的輸入齒輪(11)和輸出齒輪(14)就可以選用同一規(guī)格、尺寸的齒輪，這樣方便支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的組合等。當(dāng)然，由于本實(shí)用新型的動(dòng)力傳遞采用的是串聯(lián)的方式，各級(jí)載荷不同，因此，對(duì)于規(guī)格、尺寸相同的零部件，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)應(yīng)以承受載荷最大的零部件滿足強(qiáng)度要求為準(zhǔn)。
以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.水平井井下輪式自適應(yīng)管道爬行器，在殼體或機(jī)架上安裝有動(dòng)力裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與可以根據(jù)井眼或管道直徑自動(dòng)張開和收回的支撐機(jī)構(gòu)組合為一體形成相對(duì)獨(dú)立的支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，多個(gè)支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿殼體軸線分別順序安裝在動(dòng)力裝置兩端，相鄰的兩個(gè)支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間通過連接架連接，動(dòng)力裝置與支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間以及兩個(gè)相鄰的支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間安裝有換向-傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平井井下輪式自適應(yīng)管道爬行器，其特征是殼體上安裝有多個(gè)對(duì)角可以變形的平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由四根等長的支撐臂順序鉸接而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平井井下輪式自適應(yīng)管道爬行器，其特征是每一組平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的四個(gè)頂點(diǎn)鉸接軸上分別安裝有一個(gè)特殊帶輪，且有一根鋼制傳動(dòng)帶順序張緊在這四個(gè)特殊帶輪上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平井井下輪式自適應(yīng)管道爬行器，其特征是每一組平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中與殼體鉸接的兩個(gè)對(duì)角頂點(diǎn)鉸接軸上分別安裝有一個(gè)齒輪。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平井井下輪式自適應(yīng)管道爬行器，其特征是在每一組平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中不與殼體鉸接的兩個(gè)對(duì)角頂點(diǎn)鉸接軸上，其中一個(gè)軸上安裝有驅(qū)動(dòng)輪，另一個(gè)軸上安裝有從動(dòng)輪。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平井井下輪式自適應(yīng)管道爬行器，其特征是殼體上安裝有特別選用的兩端均帶有輸出軸的潛油電機(jī)和換向-傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(I)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平井井下輪式自適應(yīng)管道爬行器，其特征是殼體上安裝有連接架，且連接架上安裝有可以隨連接架一起沿殼體軸線滑動(dòng)的換向-傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(II)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水平井井下輪式自適應(yīng)管道爬行器，其特征是殼體上安裝有壓縮彈簧和彈簧調(diào)節(jié)塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水平井井下輪式自適應(yīng)管道爬行器，其特征是進(jìn)行動(dòng)力傳遞的特殊帶輪表面分布有規(guī)則的半球形突起，而鋼制傳動(dòng)帶上則加工有能夠與上述半球形突起嚙合的圓孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水平井井下輪式自適應(yīng)管道爬行器，其特征是各支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間相對(duì)獨(dú)立，又通過傳動(dòng)-換向機(jī)構(gòu)將動(dòng)力在其間順序傳遞，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的自由組合。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于水平井井下儀器輸送的自適應(yīng)輪式管道爬行器的裝置。整體呈細(xì)長狀，主要由殼體、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、換向一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和連接架組成，所有的部件均直接或間接安裝在作為機(jī)架的殼體上。平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是最核心的部件，該機(jī)構(gòu)能夠在彈簧力的作用下，根據(jù)井眼的直徑尺寸自動(dòng)張開一定的程度，將安裝在其上的驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪始終壓迫在井壁上。爬行器就通過多個(gè)安裝有驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪的平行四邊形支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)支撐在井壁上。爬行器的動(dòng)力輸出及其傳遞是通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)、換向一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、以及支撐驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的齒輪、帶輪一傳動(dòng)帶組合和驅(qū)動(dòng)輪來順序完成的。該爬行器能夠在變直徑的井眼內(nèi)爬行，且不會(huì)發(fā)生側(cè)翻等事故。
文檔編號(hào)E21B47/00GK2806749SQ200520008070
公開日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2005年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月13日
發(fā)明者高進(jìn)偉, 李海鳳, 熊萬軍, 蒙占彬 申請(qǐng)人:高進(jìn)偉, 劉猛, 閆相禎