电机驱动式脉冲器的制作方法

本实用新型涉及石油钻井测量仪器领域，具体而言，涉及一种电机驱动式脉冲器。

背景技术：

目前定向井钻井作业中普遍采用低功耗的无线泥浆脉冲随钻测斜仪，它的脉冲发生器主要是通过电磁铁控制伺服阀开关，带动主阀阀头打开和关闭泥浆的过流通道，从而产生泥浆脉冲压力变化，达到传输信号的目的。这样可以以较低的功耗来驱动主阀，从而提高井下电池寿命。

但是，电磁铁驱动式脉冲器在打开伺服阀时需要克服回复弹簧力以及伺服阀阀头两侧的泥浆压力差；在高排量泥浆环境中，由于电磁吸力太小，可能会造成伺服阀头无法打开。电磁铁驱动式脉冲器响应和回复速度慢，对装配的同轴度安装要求高，无法清理伺服阀处的堵塞，这都造成电磁铁驱动式脉冲器工作的不稳定。

由于电磁铁驱动式脉动器驱动力小，大多采用波纹管和油囊密封结构，这种结构不耐高温、易磨损，容易被钻井过程中的沙石、铁屑等划破，损坏后泥浆将直接浸入脉冲器内部精密部件(处于液压油中)；并且它在使用过程对抽真空程度要求高，如果密封液体中存在气泡，在高温环境中，密封液体体积膨胀并超出油囊压力补偿的范围，容易造成油囊内压力过大，使电磁阀无法打开伺服阀的情况。

针对现有技术中电磁驱动式脉冲器驱动力小，工作不稳定的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种电机驱动式脉冲器，以至少解决现有技术中电磁驱动式脉冲器驱动力小，工作不稳定的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种电机驱动式脉冲器，包括：电机；线性转换机构，设置在电机上，用于将电机的旋转运动转换为直线运动；活塞组件，设置有多道密封圈，多道密封圈用于密封油室，电机和线性转换机构位于油室中；伺服阀组件，与线性转换机构固定连接，至少包括：阀杆，阀杆穿过活塞组件，伺服阀组件用于根据线性转换机构的直线运动打开或关闭。

进一步地，活塞组件包括：活塞，与活塞固定的活塞头；多道密封圈包括：第一道密封圈，设置在活塞上靠近活塞头的一端的外圆周面上；第二道密封圈，设置在活塞上靠近活塞头的一端的内圆周面上；第三道密封圈，设置在活塞上远离活塞头的另一端的外圆周面上；第四道密封圈，设置在活塞头的外圆周面上；第五道密封圈，设置在活塞头的内圆周面上。

进一步地，活塞组件还包括：硅脂挡圈，硅脂挡圈和活塞头之间形成硅脂室，硅脂挡圈上设置有硅脂孔。

进一步地，活塞头上设置有活塞孔，活塞头上靠近活塞的一端设置有通道，通道与活塞孔连通。

进一步地，电机驱动式脉冲器还包括：驱动器，用于判断伺服阀组件的位置，以及控制电机运行；高压密封连接器组件，连接在驱动器和电机之间，用于密封油室。

进一步地，高压密封连接器组件包括：高压密封连接器，连接在驱动器和电机之间，用于密封油室；承压螺钉，用于限制高压密封连接器的位置。

进一步地，线性转换机构包括：导向铝套，固定在电机的外壳上；丝杠，固定在电机的转动轴上，与电机的转动轴共同旋转；滚珠螺母，沿丝杠的螺纹移动，用于将丝杠的旋转运动转换为直线运动；柔性联轴器，柔性联轴器的一端与滚珠螺母固定，柔性联轴器的另一端与阀杆连接，柔性联轴器通过螺钉沿着导向铝套滑动。

进一步地，伺服阀组件还包括：阀座，阀座上设置有伺服孔；阀头，固定在阀杆的远离柔性联轴器的一端，与阀座对应设置，用于靠近阀座时封堵伺服孔。

进一步地，电机驱动式脉冲器还包括：滤网组件，包括：滤网，滤网座和滤网挡环，滤网通过滤网座和滤网挡环固定，滤网上设置有滤网孔，阀座套在滤网座上。

进一步地，电机驱动式脉冲器还包括：波形弹簧，安装在电机伸出轴侧。

进一步地，电机驱动式脉冲器还包括：外壳组件；外壳组件包括：第一外壳，电机和硅脂挡圈固定在第一外壳上；第二外壳，通过螺纹连接在第一外壳上，承压螺钉固定在第二外壳上，第一外壳、第二外壳、活塞和高压密封连接器之间形成油室；第三外壳，滤网座上远离阀座的一端通过螺纹连接在第二外壳上，滤网座上靠近阀座的另一端通过螺纹连接在第三外壳上。

在本实用新型实施例中，电机驱动式脉冲器包括：电机，线性转换机构，活塞组件，伺服阀组件，线性转换机构用于将电机的旋转运动转换为直线运动，伺服阀组件用于根据线性转换机构的直线运动打开或关闭，活塞组件设置有多道密封圈，与现有技术相比，具有摩擦力小、高负荷、耗电量小、响应速度快、密封可靠性高的优点，从而实现在高排量泥浆环境中正常工作，并能适应高温环境，进而解决了现有技术中电磁驱动式脉冲器驱动力小，工作不稳定的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据实用新型实施例的一种电机驱动式脉冲器在伺服阀打开时的剖面示意图；

图2是根据实用新型实施例的一种活塞组件的示意图；

图3是根据实用新型实施例的一种活塞头的示意图；

图4是根据实用新型实施例的一种电机驱动式脉冲器在伺服阀关闭时的剖面示意图。

其中，在上述附图中包括如下附图标记：

1、电机；2、丝杠；3、丝杆螺母；4、柔性联轴器；5、导向铝套；6、波形弹簧；7、活塞；8、活塞头；9、阀杆；10、阀头；11、阀座；12、伺服孔；13、滤网座；14、滤网；15、第一外壳；16、第三外壳；17、第二外壳；18、高压密封连接器；19、螺钉；20、承压螺钉；21、螺钉；22、第一道密封圈；23、第二道密封圈；24、第三道密封圈；25、第四道密封圈；26、第五道密封圈；27、硅脂挡圈；28、滤网挡环；29、活塞孔；30、通道；31、多道密封圈；40、线性转换机构；50、活塞组件；60、伺服阀组件；70、高压密封连接器组件；80、滤网组件；90、外壳组件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

根据本实用新型实施例，提供了一种电机驱动式脉冲器的实施例。

图1是根据实用新型实施例的一种电机驱动式脉冲器在伺服阀打开时的剖面示意图，如图1和图2所示，该电机驱动式脉冲器包括：电机1；线性转换机构40；活塞组件50，活塞组件50设置有多道密封圈31；伺服阀组件60，至少包括：阀杆9。

其中，线性转换机构40设置在电机1上，用于将电机1的旋转运动转换为直线运动；多道密封圈31用于密封油室，电机1和线性转换机构40位于油室中；伺服阀组件60，与线性转换机构40固定连接，阀杆9穿过活塞组件50，伺服阀组件60用于根据线性转换机构40的直线运动打开或关闭。

具体地，脉冲器可以通过电机1驱动，电机1可以提供较大的拉力来控制伺服阀组件60，从而实现高排量泥浆，克服更大的泥浆压差。通过线性转换机构40可以将电机1的旋转运动转换为直线运动来控制伺服阀组件60，从而驱动伺服阀组件60产生泥浆脉冲信号，具有低功耗的特点。活塞组件50可以设置多道密封圈31，从而增加油室密封的可靠性，并且可以平衡井下油液压力的提高。

需要说明的是，设置多道密封圈31会造成较大的摩擦力，但是电机1驱动力比较大，能够可以克服摩擦力。

在本实用新型上述实施例中，电机驱动式脉冲器包括：电机1，线性转换机构40，活塞组件50，伺服阀组件60，线性转换机构40用于将电机1的旋转运动转换为直线运动，伺服阀组件60用于根据线性转换机构40的直线运动打开或关闭，活塞组件50设置有多道密封圈31，与现有技术相比，具有摩擦力小、高负荷、耗电量小、响应速度快、密封可靠性高的优点，从而实现在高排量泥浆环境中正常工作，并能适应高温环境，进而解决了现有技术中电磁驱动式脉冲器驱动力小，工作不稳定的技术问题。

可选地，如图1和图2所示，本实用新型实施例中，活塞组件50包括：活塞7，与活塞固定的活塞头8；多道密封圈31包括：第一道密封圈22、第二道密封圈23、第三道密封圈24、第四道密封圈25和第五道密封圈26。

其中，第一道密封圈22设置在活塞7上靠近活塞头8的一端的外圆周面上；第二道密封圈23设置在活塞7上靠近活塞头8的一端的内圆周面上；第三道密封圈24设置在活塞7上远离活塞头8的另一端的外圆周面上；第四道密封圈25设置在活塞头8的外圆周面上；第五道密封圈26设置在活塞头8的内圆周面上。

具体地，如图2所示，活塞7和活塞头8可以通过螺钉21固定连接后一起被阀杆9穿过(如图3所示，活塞7和活塞头8通过4个螺钉21固定连接)。上述的第一道密封圈22、第二道密封圈23可以是O圈，可以起到油室的密封作用，从而在里面的零件(即上述的电机1和线性转换机构40)在油液的作用下能够更好的运转。上述的第三道密封圈24可以是O圈，可以起到调节径向间隙，从而提高阀杆9的同轴度，对装配的同轴度安装要求低。上述的第四道密封圈25和第五道密封圈26可以是PARKER圈，能够起到刮沙的作用，防止钻井过程中的泥沙堆积。

可选地，如图1所示，本实用新型实施例中，活塞组件50还包括：硅脂挡圈27。

其中，硅脂挡圈27和活塞头8之间形成硅脂室，硅脂挡圈27上设置有硅脂孔(图1中并未示出)。

具体地，活塞头8与硅脂挡圈27之间形成硅脂室，可以进一步有效地阻止泥浆入，有效地隔离了泥浆和油液；硅脂挡圈27设有硅脂孔。

可选地，如图3所示，本实用新型实施例中，活塞头8上设置有活塞孔29，活塞头8上靠近活塞7的一端设置有通道30，通道30与活塞孔29连通。

具体地，活塞头8上设有活塞孔29，并在靠近活塞7的那一边设有通道30，泥浆可以从活塞孔29流进，流入通道30，填满活塞头8和活塞7之间的间隙，这样可以防止小间隙中的气体(如果没有活塞孔29和通道30存在的话，此间隙会有空气存在)在井下高压环境中产生巨大的压强，进而使得第二道密封圈23和第五道密封圈26的与空气接触的一面挤变形，带来不必要的附加摩擦力，不利于阀杆9的伸缩运动及密封效果。

可选地，如图1所示，本实用新型实施例中，电机驱动式脉冲器还包括：驱动器(图1中并未示出)和高压密封连接器组件70。

其中，驱动器用于判断伺服阀组件60的位置，以及控制电机1运行；高压密封连接器组件70连接在驱动器和电机1之间，用于密封油室。

具体地，可以通过高压密封连接器组件70将电机1和驱动器连接起来，使电机1的运行受驱动器的控制，并且通过高压密封连接器组件70密封油室，隔离油室的高压，保护驱动器不被高压油损坏。在实际操作时，驱动器可以通过检测伺服阀组件60的电流，或者电机1的旋转圈数来确定伺服阀组件60的位置，从而在伺服阀组件60闭合时避免了伺服阀组件60的磨损。驱动器如果判断出电机1的旋转圈数未能达到预设值，则表明伺服阀组件60中存在碎石颗粒，可以输出相应的控制指令，控制电机1快速正反旋转来清除碎石颗粒，从而实现自动清理碎石堵塞。

可选地，如图1所示，本实用新型实施例中，高压密封连接器组件70包括：高压密封连接器18和承压螺钉20。

其中，高压密封连接器18连接在驱动器和电机1之间，用于密封油室；承压螺钉20用于限制高压密封连接器18的位置。

具体地，高压密封连接器组件70由高压密封连接器18和承压螺钉20组成，承压螺钉20限制高压密封连接器18位置，高压密封连接器18将油室的一端密封起来并能承受住油液压力，高压密封连接器18将电机1和驱动器连接起来，使电机1的运行受驱动器的监控。

可选地，如图1所示，本实用新型实施例中，线性转换机构40包括：导向铝套5；丝杠2；滚珠螺母3和柔性联轴器4。

其中，导向铝套5固定在电机1的外壳上；丝杠2固定在电机1的转动轴上，与电机1的转动轴共同旋转；滚珠螺母3沿丝杠2的螺纹移动，用于将丝杠2的旋转运动转换为直线运动；柔性联轴器4的一端与滚珠螺母3固定，柔性联轴器4的另一端与阀杆9连接，柔性联轴器4通过螺钉19沿着导向铝套5滑动。

具体地，线性转换机构40包括：丝杆2、滚珠螺母3、柔性联轴器4，导向铝套5。丝杠2固定在电机1的转动轴上，随转动轴一起旋转；滚珠螺母3沿着丝杠2的螺纹移动，将丝杠2的正反旋转转化为上下直线移动；柔性联轴器4与滚珠螺母3固定，通过螺钉19导向沿着固定在电机1的外壳上的导向铝套5滑动；柔性联轴器4将线性运动传递到伺服阀组件60。通过在线性转换机构40中设置柔性联轴器4，实现在伺服阀组件60关闭时，提供一个柔性力避免伺服阀组件60的磨损。

需要说明的是，阀杆9与柔性联轴器4的连接存在较大的自由调整间隙，可以调整结构件在生成和装配时产生的径向误差，降低径向的工艺以及安装误差，同时保证阀杆9和伺服阀组件60之间的同轴度。

可选地，如图1所示，本实用新型实施例中，伺服阀组件60还包括：阀座11和阀头10，阀座11上设置有伺服孔12。

其中，阀头10固定在阀杆9的远离柔性联轴器4的一端，与阀座11对应设置，用于靠近阀座11时封堵伺服孔12。

具体地，阀头10可以通过螺纹和螺钉固定在阀杆9上，阀头10和阀座11可以是耐磨耐腐蚀的材料，并可以更换，阀杆9具有很强的耐腐蚀性和适当的刚性。

在一种可选的方案中，如图1所示，当电机1正向旋转时，电机1将带动丝杠2正向旋转，驱动滚珠螺母3带着柔性联轴器4、阀杆9和阀头10远离阀座11，泥浆流入伺服孔12，此时主阀阀头(图中未画出)与限流环(图中未画出)之间的流通面积减小，钻杆内泥浆的压力将升高，产生泥浆脉冲压力信号。此时电机1断电，在丝杠2自锁力作用下，阀头10的位置被固定，直到电机1收到下一个信号。

在另一种可选的方案中，如图4所示，当电机1反向旋转时，电机1将带动丝杠2反向旋转，驱动滚珠螺母3带着柔性联轴器4、阀杆9和阀头10贴近阀座11，伺服孔12关闭。当完全贴合时，主阀阀头提起，主阀阀头与限流环之间的流通面积较大，泥浆可以快速通过，钻杆内泥浆的压力较小。此后电机1断电，伺服阀组件60在丝杠2自锁力作用下保持关闭状态。

需要说明的是，驱动器可以判断并控制伺服阀组件60的位置，并且通过柔性联轴器4提供柔性力，在伺服阀组件60闭合时避免了阀头10和阀座11之间不必要的碰撞或摩擦产生的磨损。

还需要说明的是，当驱动器判断出电机1的旋转圈数未能达到预设值，则表明阀头10和阀座11之间存在碎石颗粒，驱动器会输出控制指令，控制电机1快速正反转使阀头10来回往复运动来清除碎石颗粒，从而实现自动清理阀头10和阀座11之间的碎石堵塞。

可选地，如图1所示，本实用新型实施例中，电机驱动式脉冲器还包括：滤网组件80，包括：滤网14，滤网座13和滤网挡环28。

其中，滤网14通过滤网座13和滤网挡环28固定，滤网14上设置有滤网孔，阀座11套在滤网座13上。

具体地，滤网14上设置有很窄的滤网孔，可以阻止大颗粒泥沙的进入。

可选地，如图1所示，本实用新型实施例中，电机驱动式脉冲器还包括：波形弹簧6，安装在电机1伸出轴侧。

具体地，波形弹簧6安装在电机1输出轴端，即上述的伸出轴侧起到减震的作用。

可选地，如图1所示，本实用新型实施例中，电机驱动式脉冲器还包括：外壳组件90；外壳组件90包括：第一外壳15，第二外壳17和第三外壳16。

其中，电机1和硅脂挡圈27固定在第一外壳15上；第二外壳17通过螺纹连接在第一外壳15上，承压螺钉20固定在第二外壳17上，第一外壳15、第二外壳17、活塞7和高压密封连接器18之间形成油室；滤网座13上远离阀座11的一端通过螺纹连接在第二外壳17上，滤网座13上靠近阀座11的另一端通过螺纹连接在第三外壳16上。

具体地，电机1和第二外壳17通过螺纹连接固定在第一外壳15内，而且硅脂挡圈27固定在第一外壳15上与活塞头8对应的位置；活塞7、高压密封连接器18、第一外壳15和第二外壳17之间形成油室，让里面的零件在油液的润滑作用下更好的运转；滤网座13通过螺纹连接在第一外壳15和第三外壳16内；滤网14被滤网座13、滤网挡环28和第三外壳16固定。

通过上述方案，提供了一种低功耗，拉力大，无油囊式的电机驱动式脉冲器，电机驱动式脉冲器由外壳组件90、电机1、线性转换机构40、活塞组件50、伺服阀组件60、高压密封连接器组件70和滤网组件80构成，在工作中能在高排量泥浆环境中来驱动主阀，并且所有零件均耐高温，从而能够适应高温环境。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。