专利名称：振动设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及振动设备。
本发明涉及振动设备，该设备能够为多种目的(例如，为了 使钻柱、料斗、粉末供送线、输送机等振动)中的任一种提供振动 输出。
背景技术：
许多振动设备依赖于偏心旋转。其它的依赖于气动装置和/或 液压装置从而使活塞往复运动，所述活塞提供振动输出的直接输 出。然而，这种结构虽然对于许多终端用途是公开的，但是这种结 构具有这样的缺点，即当输出活塞连接到其上的装置使它本身停住
(stall)时，难以确保振动输出的重新开始，因为活塞本身难以 相对于它的缸或者等效装置运动。
虽然振动头对于许多最终用途是公知的，但是振动头具有这 样的缺点，即当输出活塞连接到其上的装置使它本身停止时，难以 确保振动输出的重新开始，因为活塞本身难以相对于它的缸或者等 效装置运动。对于Bantry Limited的PCT/NZ2003/000158 (作为 W0 2004/009298公布)的设备就会发生这种情况。
本发明意识到从振动开始点的角度和/或调谐点(tuning point)的角度来看的显著的优点(与设备如何安装无关)。可以得 出一种没有直接到待振动设备的输出的往复运动件。
与待振动的设备无关(也就是，无论设备是钻柱或者用于钻 柱的附件的形式或者不是)，我们认识到对于上述说明中公开的往 复运动件往复运动的可替换模式。这是优选的一个，不需要位于可 变几何轮廓腔室中的流体。
我们已经确定，我们可以提供位于被引导的往复运动件的每 一端处的磁性相互作用，由于提供给往复运动的往复运动件的旋转 驱动，所述磁性相互作用来回驱动这个往复运动件，从而极大地简 化操作。
已经确定，通过提供类似极性形式的间隔开的磁体，并且通 过提供补充磁体，其中所述补充磁体在每个端部处在极性方面交 替，可以通过往复运动件的旋转来造成往复运动，同时不会发生固 体表面与固体表面的任何碰撞。装置的调谐依赖于所包括的磁体的 固有特性、它们的阵列的特征和结构的整体几何轮廓。与此相关的 是往复运动件本身的重量和它的转速的事实。
我们相信，永久磁体可以在这种设置中有效地使用，从而就 它的振动输出而言，允许旋转的往复运动件被调谐。在每一端处， 从相同磁极对相同磁极到相同磁极对类似磁极相互作用的过渡的 正时例如将避免冲击，然而提供来自往复运动件的振动输出，同时 没有到任何输出装置的任何直接连接。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种振动头，所述振动头依赖于 振动头的元件的旋转，从而提供不同类型的磁性相互作用(优选但 不必须在往复运动件的每一端处)，从而使往复运动件在界限之间 往复运动，优选没有被任何冲击或缓冲支配，但是优选磁到磁的相
互作用，不管任何缓冲。
我们同样已经确定，利用空气或其它浮动支承或磁悬浮支承 可以避免热量积聚在旋转的往复运动件和引导元件之间，它可围绕 所述引导元件旋转。可替换的是，我们己经确定，可旋转的往复运 动件的每一端处的枢轴(stub sxle)本身可以浮动或者否则以不 会积聚热量的方式被支撑。
因此对于这种结构的一些方面，本发明涉及组件、操作和使 用的方法。
在一些方面，本发明同样认识到下列中的至少一个是适合的， 与振动头的形式无关
钻探到更深深度的能力
钻头回退的优点
钻探重启的优点
对于振动钻探的优点。
本发明同样或者可替换地看到可操纵的支撑件或框架中的优 点，所述支撑件或框架柔顺性地支撑振动头。钻柱的长度被增加到 振动头。柔顺性的安装或者支撑有利地允许振动头的运动自由度， 同时不会破坏支撑件或框架，然而带来下列优点(a)钻探的优点， 能够钻探到更深深度的能力，开始、重启和/或回退的情况中的优 点，和/或(b)相对于其它悬挂的振动头和任何连接的或者待连接 的钻柱，设备寿命和/或简单程度的优点。
因此，本发明至少为公众提供有用的选择。
本发明涉及一种能够提供振动输出的振动设备，所述设备包
括
具有第一和第二端的往复运动件，
与所述往复运动件的第一端相关联的第一补充结构，和
与所述往复运动件的第二端相关联的第二补充结构，
其中具有一个或多个驱动装置以使所述往复运动件围绕穿过
所述补充结构的轴线旋转，
并且其中，由所述往复运动件在每一端处承载的磁体和由每
个补充结构承载的磁体具有这样的作用，所述作用使得在由旋转
引起的相互作用的影响下，
第一端移动远离第二补充结构，并且依次，第二端移动远离
第一补充结构，
并且其中，振动输出是来自所述补充结构中的一个或另一个 或者两者，并且不是直接来自所述往复运动件本身。
优选的是，就距离而言，所述第一和第二补充结构相对彼此 固定，但是不相对彼此围绕所述轴线旋转。
优选的是，对于往复运动件沿着它的每个方向的驱动类型是 相同的，但是异相，但是，在本发明的一些次优选形式中，可以使 用混合设置。
优选的是，往复运动没有固体到固体的高的冲击或者冲击接触。
优选的是，振动输出是来自其中一个补充结构。 本发明还包括一种能够提供振动输出的振动设备，所述设备
包括
往复运动件，能够重复地在第一和第二补充结构之间的往复 运动轴线上或者位置上往复运动，
驱动装置，使所述往复运动件围绕所述往复运动轴线或轨迹 的至少一部分旋转，和
磁性相互作用区域，位于至少一个补充结构和往复运动件中 的每一个上，从而往复运动件的旋转具有使往复运动件进行往复运 动的效果，在所述或者一补充结构和往复运动件之间引起交替的吸 引力和排斥力，
并且其中，振动的输出是来自所述补充结构中的一个或另一 个或者两者，并且不是直接来自往复运动件本身。
本发明还包括一种能够提供振动输出的振动设备，所述设备
包括
往复运动件，可围绕限定的往复运动轴线旋转，并且可在所 述往复运动轴线上来回运动，
驱动装置，使所述往复运动件围绕它的往复运动轴线旋转，
第一补充结构，所述往复运动件朝着和远离所述第一补充结 构运动，并且反之亦然，
第二补充结构，所述往复运动件远离和朝着所述第二补充结 构运动，并且反之亦然，所述往复运动件位于所述补充结构之间，
其中，第一补充结构/往复运动件和往复运动件/第二补充结 构中的每一对的邻近区域具有磁性区域，当所述往复运动件旋转 时，所述磁性区域可操作以交替地为每一对提供吸引力或排斥力，
并且其中，所述对之间的定相使得或者可以使得由于通过 它的旋转作用在往复运动件上的磁性相互作用，往复运动件在它的 往复运动轴线上往复运动，
并且其中，振动的输出是来自所述补充结构中的一个或另一 个或者两者，并且不是直接来自往复运动件本身。
优选的是，就距离而言，所述第一和第二补充结构相对彼此 固定。
优选的是，往复运动没有固体到固体的高的冲击或者冲击接触。
可选但不是优选的是，所述往复运动件至少在一端处与它的 补充结构共同作用，从而提供缓冲效果，例如通过挤压流体。可替 换的是，可以在两端处进行。往复运动件的一端或两端(不管它可 能已经具有的任何导向接触)可以适用于仅在它的往复运动行程的 终点处接触补充结构的部分，或者用于接触置于往复运动件的该端 部和补充结构之间的某种材料。
优选的是，振动输出是来自其中一个补充结构。 在另一个方面中，本发明包括一种能够提供振动输出的振动 设备，所述设备包括具有往复运动件的组件，所述往复运动件能 够在补充结构之间往复运动，至少一个所述补充结构提供振动输 出，
所述装置的特征在于，具有驱动装置以使往复运动件旋转， 并且在旋转的往复运动件和补充结构之间具有磁性相互作用，从而 与每个补充结构的相互作用、和使磁性作用交替的补充结构相对于 往复运动件的定相导致往复运动件进行往复运动。
优选的是，磁性相互作用由永久磁体引起。
优选的是，往复运动件的驱动装置是带或往复运动件的其它 边缘驱动装置，不会损坏往复运动件在往复运动界限(优选通过磁 性限定)之间的往复运动。
本发明涉及对我们的PCT/NZ2003/000128 (公开为W0 2004/113668)和PCT/NZ2005/000047中公开的那些设备的可替换 的振动头形式。
本发明还包括一种用于钻探的振动头，所述振动头包括如上
所述的振动设备。它还涉及用于本发明的振动头的具有浮动的或者 柔顺性的支撑件的钻探设备的用途，所述振动头连接到或者可连接 到钻杆。
优选的是，包括下列中的至少一个、 一些或者全部 往复运动行程的一个(或两个)界限上的柔顺性限制 振动设备相对于它的支撑件的运动上的柔顺性限制 振动设备和任何相连的钻柱的重量的柔顺性支承 驱动装置，独立于部分或者全部振动设备的旋转运动或者 缺少旋转，使所述钻柱旋转
顶部帽式支撑组件，使所述振动头悬摆。
在另一个方面，本发明包括一种钻探设备，包括
本发明的振动头，连接到或者可连接到钻柱，
支撑件，和
至少一个可重新配置的(例如柔顺性的)流体储存器(例如 柔顺性的气囊)，以将振动头承载然而限制到支撑件，
其中，振动头、支撑件和所述至少一个可重新配置的流体储 存器的相互作用具有下面的效果承载所述连接的或者待连接的钻 柱的重量，而且允许振动头相对于支撑件沿着钻柱轴线的纵向方向 和横向方向的一些运动自由度。
优选的是，具有至少两个储存器。
优选的是，至少一个储存器中的流体是气体(例如空气)。 优选的是，所述储存器中的至少一个并且优选是多个或者全 部是气囊。
优选的是，支撑件是框架。
优选的是，所述振动头的大部分在储存器(多个)的下面(当
钻探轴线竖直时)。
优选的是，纵向支撑件允许比横向支撑件更大的运动自由度， 但不是必须如此。
优选的是，与如何磁性地使得往复运动件进行往复运动无关，
具有
(a) 优选的是，振动输出不直接来自往复运动件，
(b) 往复运动件进行往复运动
(C) 往复运动件优选在它的行程的每个终点处冲击在柔 顺性结构上
(d) —个或每个柔顺性结构可以是气囊
(e) 柔顺性结构(多个)优选可以特征上被改变以通过流
体或者气体供应的变化从而影响行程
(f) 振动输出不是来自柔顺性结构，而是通过柔顺性结构
(g) 往复运动件可以或者可以不在它的行程轴线上旋转。 优选的是，从振动头到钻柱中的振动输出是通过从非旋转的
但是振动的组件直接或者间接地进入可旋转的和旋转的组件的过 渡(例如钻柱的可连接到或者形成部件)。
在另一个方面，本发明包括一种钻探设备，包括 本发明的振动头，连接到或者可连接到钻柱， 支撑件，
至少一个气囊，置于振动头的部件(多个)和支撑件之间， 作为第一相互作用，从而支撑振动头和所述或者任何连接的钻柱的 重量，和
至少一个气囊，置于支撑件和振动头的部件(多个)之间， 作为第二相互作用，从而相对于支撑件限制所述振动头，从而在振
动头的振动循环的任何部分的过程中，所述第一相互作用不完全损 失。
优选的是，振动头的部件(多个)置于由所述支撑件提供的
顶部和底部限制件之间，并且至少一个气囊置于所述部件(多个)
上方，并且位于一个限制件的下面，并且至少一个气囊置于部件(多
个)的下面和其它限制件的上面。
优选的是，振动头的大部分位于所述部件(多个)的下面。 所述设置例如提供振动头和它承载的或者待承载的钻柱相对
于支撑件的运动自由度，然而能够响应于重量使振动头相对于支撑
件的基准状态偏移。
在另一个方面，本发明包括一种钻探设备，包括
振动头，连接到或者可连接到钻柱，所述振动头在由钻柱限
定或者将由钻柱限定的纵向轴线的侧面具有一个或多个突起(多
个)，以限定至少一个上表面和至少一个下表面， 用于振动头的支撑框架，
至少一个气囊，作用在框架和所述至少一个上表面之间，和
至少一个气囊，作用在框架和所述至少一个下表面之间。
优选的是，振动头具有用于往复运动行程的每一端处的柔顺 性限制(例如气囊等)和来自支撑件或框架的振动头本身的柔顺性 安装(例如气囊等)。
优选的是，上表面(多个)和下表面(多个)比振动头的底 部更靠近顶部。
在另一个方面，本发明包括一种钻探设备，包括
振动头，连接到或者可连接到钻柱，
支撑件，和
其中，(I)振动头具有往复运动件，所述往复运动件在它的 行程中至少部分由柔顺性装置柔顺性地限制，和(II)振动头由支 撑件柔顺性地支撑，
并且其中，通过柔顺性支撑的振动头，支撑件适用于承载连 接的或者待连接的钻柱的重量，但是允许振动头相对于支撑件沿着 钻柱轴线的纵向方向和横向方向的一定的运动自由度。
优选的是，具有至少两个流体储存器以提供振动头的柔顺性 支撑。
优选的是，至少一个储存器中的流体是气体(例如空气)。 优选的是，所述储存器中的至少一个、并且优选是多个或者 全部是气囊。
优选的是，支撑件是框架。
优选的是，振动头的大部分(当钻探轴线竖直时)在储存器 (多个)的下面。
优选的是，纵向支撑件允许比横向支撑件更大的运动自由度， 但是不是必须如此。
优选的是，往复运动件的柔顺性限制是当处于行程的界限时 位于往复运动的终点处的流体储存器。
在另一个方面，本发明包括一种钻探设备，包括
振动头，连接到或者可连接到钻柱，所述振动头具有可被旋 转驱动的往复运动件，所述往复运动件围绕它的往复运动轴线旋 转，并且在旋转的作用下，以不同的磁性作用相互作用从而被往复 运动，振动输出不是来自往复运动件本身，
支撑件，
柔顺性的装置(例如优选是置于振动头的部件(多个)和支撑件之间的至少一个气囊)，作为第一相互作用，承载振动头和所 述或任何连接的钻柱的重量，和
柔顺性的装置，作为第二相互作用，(优选将振动头相对于支 撑件限定)，从而在振动头的振动循环的任何部分的过程中，所述 第一相互作用(优选)不完全损失。
优选的是，振动头包括在行程方面被柔顺性限制的往复运动件。
优选的是，振动头的部件(多个)置于由所述支撑件提供的 顶部和底部限制件之间，并且至少一个气囊置于所述部件(多个) 上方(例如，作为所述柔顺性装置的一个选择)和一个限制件的下 面，并且至少一个气囊置于所述部件(多个)的下面和其它限制件 的上方。
优选的是，振动头的大部分位于所述部件(多个)的下面。 对于柔顺性装置，存在其它选择，包括弹簧、可变体积储存 器中的可压縮流体、囊、波纹管或者任何这种可变轮廓包容物中的 不可压縮的流体或者可压缩流体、或者二者，弹性的或者另外的。 所述设置例如提供振动头和它承载的或者待承载的钻柱相对 于支撑件的运动自由度，然而能够响应于重量使振动头相对于支撑 件的基准状态偏移。
在另一个方面，本发明包括一种钻探设备，包括 本发明的振动头，连接到或者可连接到钻柱，所述振动头在 由钻柱限定或者将由钻柱限定的纵向轴线的侧面具有一个或多个 突起(多个)，以限定至少一个上表面和至少一个下表面， 用于振动头的支撑框架，
至少一个气囊，作用在框架和所述至少一个上表面之间，和 至少一个气囊，作用在框架和所述至少一个下表面之间
并且其中，振动头具有钻柱旋转驱动装置，所述驱动装置连 接到用于钻杆的连接部或者位于其附近。
在本发明的一个特别优选的实施例中，优选所述设备是振动 钻探设备，包括
振动头，具有往复运动件，然而振动输出不直接来自往复运
动件，
可操纵的支撑件，振动头从所述支撑件安装，以在往复运动 件的作用下柔顺性地振动，
支承件，与来自振动头的振动输出独立而被支撑(s叩ported from)，和由支承件承载的钻柱连接器， 旋转驱动装置，连接到钻柱连接器，
其中在使用中，当往复运动件在往复运动件的驱动装置的作 用下旋转时，往复运动件在它的每一个端部处磁性地相互作用，从 而在这种相互作用下往复运动。
优选的是，到钻柱连接器的旋转驱动装置是来自电动机发动 机或者其它动力源(例如燃烧的、液压的、气动的、电动的等)的 柔性传递装置。
优选的是，柔性驱动装置是一带，能够提供旋转传递，具有 能够降低从钻柱连接器到支撑件的冲击的传递，然而能够通过支承 允许钻柱连接器根据输出进行振动运动。
本发明还包括一种能够提供振动输出的振动设备，所述设备
包括
往复运动件，能够重复地在第一和第二补充结构之间的往复 运动轴线或者位置上往复运动，
驱动装置，使所述往复运动件围绕往复运动轴线或者轨迹的 至少一部分旋转，和
磁性相互作用区域，位于至少一个补充结构和往复运动件中 的每一个上，从而往复运动件的旋转具有使往复运动件进行往复运 动的效果，在补充结构和往复运动件之间导致交替的吸引力和排斥 力，
并且其中，振动的输出是来自所述补充结构中的一个或另一 个或者两者，并且不是直接来自往复运动件本身。
优选的是，包括下列中的至少一个、 一些或者全部 往复运动行程的一个(或两个)界限上的柔顺性限制 振动设备相对于它的支撑件的运动上的柔顺性限制 振动设备和任何相连的钻柱的重量的柔顺性支承 驱动装置，独立于部分或者全部振动设备的旋转运动或者 缺少旋转，使所述钻柱旋转
顶部帽式支撑组件，使所述振动头悬摆。
本发明还包括一种能够提供振动输出的振动设备，所述设备
包括
往复运动件，可围绕限定的往复运动轴线旋转，并且可在所 述往复运动轴线上来回运动，
驱动装置，使所述往复运动件围绕它的往复运动轴线旋转，
第一补充结构，所述往复运动件朝着和远离所述第一补充结 构运动，并且反之亦然，
第二补充结构，所述往复运动件远离和朝着所述第二补充结 构运动，并且反之亦然，所述往复运动件位于所述补充结构之间，
其中，第一补充结构/往复运动件和往复运动件/第二补充结
构中的每一对的邻近区域具有磁性区域，当所述往复运动件旋转 时，所述磁性区域可操作以交替地为每一对提供吸引力或排斥力，
并且其中，所述对之间的定相使得或者可以使得由于通过 它的旋转作用在往复运动件上的磁性相互作用，往复运动件在它的 往复运动轴线上往复运动，
并且其中，振动的输出是来自所述补充结构中的一个或另一 个或者两者，并且不是直接来自往复运动件本身。
优选的是，包括下列中的至少一个、 一些或者全部 ，往复运动行程的一个(或两个)界限上的柔顺性限制 振动设备相对于它的支撑件的运动上的柔顺性限制 振动设备和任何相连的钻柱的重量的柔顺性支承 驱动装置，独立于部分或者全部振动设备的旋转运动或者 缺少旋转，使所述钻柱旋转
顶部帽式支撑组件，使所述振动头悬摆。
优选的是，就距离而言，所述第一和第二补充结构相对于彼 此固定。
优选的是，往复运动没有固体到固体的高的冲击或者冲击接触。
在又另一个方面，本发明包括一种能够提供振动输出的振动 设备，所述设备包括具有往复运动件的组件，所述往复运动件能 够在补充结构之间往复运动，至少一个所述补充结构提供振动输 出，所述装置特征在于具有驱动装置以使往复运动件旋转，并且 在旋转的往复运动件和补充结构之间具有磁性相互作用，从而与每 个补充结构的相互作用、和使磁性相互作用交替的补充结构相对于 往复运动件的定相导致往复运动件的往复运动。
优选的是，包括下列中的至少一个、 一些或者全部 往复运动行程的一个(或两个)界限上的柔顺性限制 振动设备相对于它的支撑件的运动上的柔顺性限制 振动设备和任何相连的钻柱的重量的柔顺性支承 驱动装置，独立于部分或者全部振动设备的旋转运动或者 缺少旋转，使所述钻柱旋转
顶部帽式支撑组件，使所述振动头悬摆。 优选的是，磁性相互作用是由永久磁体造成。
优选的是，往复运动件的驱动装置是带或者往复运动件的其 它边缘驱动装置，不会损坏往复运动件在往复运动界限(优选通过 磁性限定)之间的往复运动。
可选的是，没有依赖于通过引入从而加压来提供外部加压流 体作为使得能够进行往复运动的装置，同时在补充结构和所述往复 运动件之间没有另外的事件。
如此处所使用的，"往复运动件"相对于移动和不移动来说具 有最广泛的含义。优选的是，往复运动件直线运动。
如此处所使用的，术语"和/或"意思是"和"或者"或"， 或者如果上下文允许，意思是两者。
如此处所使用的，术语"包括"可以指"包含"。
如此处所使用的，名词之后的术语"(多个)"可以指该名词 的单数和复数形式。
如此处所使用的，术语"行程"或者"行程界限"可以指直 线行程或者任何曲线行程的界限(例如，可以围绕枢转轴线或者其 它支撑件摆动，无论固定还是移动)。
如此处所使用的，"柔顺性的"和它的变形是指任何结构的特
征，无论是否是气囊、气压弹簧等，能够实现适合的效果(例如，
行程限制，减小冲击，缓冲，避免冲击等)。
可选的是，没有依赖于通过引入从而加压来提供外部加压流
体作为使得能够进行往复运动的装置，同时在补充结构和所述往复
运动件之间没有另外的事件。
如此处所使用的，"和/或"是指"和"或者"或"。 如此处所使用的，名词之后的"(多个)"可以是单个或多个。
下面参考附图描述本发明的优选形式，附图中 图1是根据本发明的优选设备的示意图，
图2是根据本发明的设备的平面图，示出了一框架，所述框 架具有位于用于往复运动件的往复运动导向装置的每一端处的固 定的补充元件，并且示出了通过带连接的电动机驱动装置，以使往 复运动件旋转，
图3是一示意图，示出了往复运动件沿着顺时针方向在固定
的补充元件之间旋转，并且以"R"和"A"分别示出了补充元件和 往复运动件之间以及往复运动件和另一个补充元件之间的排斥和 吸引的情况，从而在往复运动件上具有沿着箭头方向的纯粹的往复 推力，
图4示出了与图3相同的装置，是在当成对的固定补充元件 和往复运动件之间的吸引力"A"和排斥力"R"反向之后的时刻， 往复运动件已经沿着箭头方向往复运动，
图5例如是第二补充元件的示意图，
图6是往复运动件每一端的示意图，但对于往复运动件的每
一端的极性来说不必彼此相同，虽然这是最优选的，
图7是与图5类似的视图，但是是第一补充元件的视图(例
如可以从第一补充元件输出)，示出了相对于图5的元件的异相状 态，图5中的双向箭头示出了在旋转一个部件的冲锤或其它外力的
作用下如何做出设置，从而解调或者调谐设备，这可能不时需要用 于服务检修或者用于控制幅值和频率，
图8示出了根据本发明的钻头，所述钻头被悬挂，从而承载 根据本发明的振动头，振动设备本身部分示出，
图9示出了用于将磁体保持到往复运动件的适合的装配方法， 依赖于截头圆锥体形式的磁体，所述磁体通过固定板被保持到往复 运动件，
图IO是与图IO不同的实施例，示出了机加工的或者模制的 截头圆锥体的或者其它成形磁体支撑件如何可以被固定到往复运 动件中，是以不可能由于往复振动而被破坏的方式，
图11示出了优选的磁悬浮支承的往复运动组件，和 图12示出了用于往复运动件的匹配的带驱动装置(在这种情 况中为两个，但是可以是三个或四个)。
具体实施例方式
通过实例，参考适用于连接到钻柱13的钻柱振动设备描述本 发明的一个优选形式。
不管如何安装的设备(优选柔顺性地(compliantly)悬挂) 具有端部元件15和16以及端部元件18和20，元件15和16用作 第一补充(complementary)装置，元件18和20用作第二补充装 置。这些补充装置由元件19保持固定的关系。往复运动件
(shuttle) 17在所提供的物理边界内来回运动，并且理想的是具
有较小的往复运动距离以避免冲击。
往复运动件本身是否用作补充端的孔内的活塞或者反之亦然 并不重要。即使根本没有成缸体关系的活塞也不重要。往复运动是 重要的，不管是如何引起的。
参考图1，示出了下列附图标记。
(13) 钻柱
(14) 旋转接头/驱动轮
(15) 端板
(16) 相邻的元件
(17) 往复运动件
(18) 相邻元件
(19) 拉杆
(20) 端板
往复运动件17的目的是往复运动将能量传递到相邻元件16 和18上。与过去相同，这种能量的传递可以通过在往复运动件和 它的相邻元件之间以适合的正时注入油来实现，从而使得往复运动 件往复运动，因此使得钻柱平行于往复运动件的运动进行线性运 动，因此将能量以最有效的方式向钻柱下传递到钻头。然而对于本 发明，我们优选磁性相互作用的方式，如下面所述。
往复运动件的质量对于将能量传递到相邻元件是关键的。移 动方向的改变将能量传递到相邻元件。往复运动件具有的质量越 大，实现方向的这种改变所需要的能量就越大，并且直接涉及所需 要的马力。往复运动件的质量和被振动的钻柱的总质量之间的关系 必须被考虑，并且大小应当适合。
往复作用具有这样的优点，即从不会处于下面情况中由于
钻柱被锁定或者粘合(binding)在钻孔中而停止。往复运动件可以
向钻柱或者可能被配合的附件输送充分的功率。
端板和拉杆(19， 20)是相邻元件之间的连接件，并且这些 将往复运动能量传递到钻柱。
往复运动件优选通过磁性装置而往复运动。往复运动件的端 部具有电磁体或(优选)稀土磁体，所述电磁体或者稀土磁体以这 样一种设置配合，使得当往复运动件17旋转时，它将响应于同样 配合有磁体的相邻元件以这样的方式脉动，该方式将使得往复运动 件进行往复运动。下面将特别参考图2到图7的实施例进行描述。
上述和/或其它驱动装置的混合装置可以使用。
上面的实例都具有共同的主题。
(1) 往复运动件优选从不需要与相邻元件物理接触，因 为这将破坏磁体和钻柱接头连同相连的下面的孔 的设备。
(2) 往复运动件的运动优选从不依赖于钻柱或者连接 的设备，所述钻柱或连接的设备相对于往复运动件 的运动可自由运动。
(3) 往复运动件的作用优选沿着进出两个方向驱动钻 柱，并且在这样动作的过程中，因此允许钻头旋转， 从而在钻头的硬质合金上以非常小的阻力(drag) 运动。这个作用允许孔的倒划眼(backreaming)。
当"向内"钻孔时，涉及架式钻机(drifter)的其它钻探作 用不会驱动钻柱到孔的外部。它们依赖于钻柱的跳动(boimce)。 架式钻机使钢铁撞击在钢铁上，并且在动作过程中，因此造
成破坏性的冲击波穿过钻柱。
N.B.架式钻机是赋予普通液压钻岩机的名称。 下面将描述具有磁性驱动装置的本发明的优选形式。
图2示出了位于固定导轴2上的往复运动件1，导轴2由框架 3支撑，框架3分别承载固定的第一和第二补充结构4和5。
振动的功率输出可以来自6或者事实上来自端部7或者连接 到框架3的任何其它输出装置。
电动机8优选驱动带9，带9适用于使往复运动件1旋转，然 而当它旋转时，提供有限量的往复运动件的轴向运动，从而提供往 复运动效果，往复运动效果在6、 7处或者通过3产生了振动输出。
图3和图4参考永久磁体或者其它磁体的不同极性的区域示 出了所述效果。断开的锯齿形箭头表示来自第一补充结构10的功 率输出。然而在所示的设置中，具有第二补充结构11，就所示的 "正"和"负"极而言，第二补充结构11示为是异相的。往复运 动件12优选在每个端部具有相同的极性，从而在图3所示的状态 中，由于往复运动件12和第一补充结构IO之间的"正"和"正" 极的对准，存在纯粹的排斥力，而同时，在往复运动件12和第二 补充结构11之间具有"正"和"负"的吸引力"A"。如图4所示， 相反位置之后的短暂时刻存在，并且随着往复运动件旋转，这个快 速交替的"R"和"A"到"A"和"R"导致了往复运动件方向的反 向。
在本发明的一些形式中，采取了措施，借此，对于补充结构 10和11所示的180°的异相位置可以被改变，并且这参考图5中的 双向箭头示出。这可以是在冲锤或者其它装置(未示出)的作用下， 从而在操作过程中，定相(phasing)可以移动离幵180°的异相位
置，或者移动离开一些其它位置，移动到这样一个位置，该位置可 以提供往复运动的更好的调谐频率和往复运动轴线上的往复运动 的幅度。
振动的输出优选通过第一补充结构10，如图3和图4所示。
即使在本发明的变形中，其中没有参考图3到图7所述的两 端的磁性相互作用，但是，可以具有往复运动效果，只要设置了使 往复运动件交替返回的适合装置。这种设置的实例之前己经给出。
振动输出来自其处的组件的端部处或者不在组件端部处的磁 性相互作用的使用同样在本发明的范围内。
然而应当认为，承载磁体的往复运动件与补充结构的相互作 用将例如使得能够提供可用于钻探或者其它振动工具中的适合的 振动输出。应当看到，对于最终使用目的、我们的PCT申请 PCT/NZ2004/000128和PCT/NZ2005/000047中公开的装置，本发明 的装置是可供选择的，或者对于其它输入可以是辅助的。
优选的是使用永久磁体(特别是具有高的磁密度的稀土类型 磁体，例如Neodymium磁体，例如NdFeb制成的磁体，可以稳定到 180°C,以及Samarium Cobalt磁体(FmCo)，其能够使用直达400°C)。
可以使用其它形式的磁体，包括那些在未来发展出来的磁体。 然而通常来说，单纯从尺寸的角度和需要提供结构中的适合的电输 入的角度来看，电磁体是禁用的(contra-indicated),其中所述 结构振动并且受到不利环境的影响。
可预见，对于往复运动件1的旋转速度可以显著改变。 一个 这种旋转的实例是1600 RPM，对于上述的磁体，该速度足以提供 充分的推动使往复运动件来回运动，以提供良好的振动输出。通常 的范围可以从1000到2000 RPM，但是可以更高或者更低。2000 RPM
等于大约130 Hz。
下面参考图8描述本发明的一个不同的实施例形式。 在图8中，示出了在振动设备部件28之间共同作用的主要的 空气或者流体(气体)囊组25，部件28是固定的或者可操纵的钻 头框架组件。这个组件为钻柱23提供了下面的能力当操作时， 能够在钻孔中浮动，不管钻柱的重量，因为它恒定地通过空气阀(未 示出)被调节，从而提供钻柱夹具32上的相等的压力，所述夹具 32保持在空气囊25之间。这个组件还提供钻柱29和往复运动组 件和钻塔结构或者支撑件/框架28的动质量(moving mass)之间 的隔离。
这两个功能是优选的，并且可以证实在头部的操作中是至关 重要的。
端板27和26 ("补充结构")将通过轴29和它的延伸部分25 向钻柱23提供输出。作为过渡的旋转支承组件24允许钻柱29旋 转。在支承组件24上方，振动输出独立于钻柱旋转，即25不需要 旋转。到24下面的钻柱轴的旋转输入优选通过宽齿带组件43提供， 所述组件43由固定的电动机44驱动。驱动装置之间的距离使得钻 柱运动，并且相关的振动通过带驱动装置被耗散，并且因此没有传 递到钻探结构。带驱动装置还例如不会由于振动失效。
优选的是，往复运动件旋转的驱动装置是电动的、气动的或 者液压电动机42驱动的柔性驱动装置。优选的是，使用多个驱动 带31。这种带优选可以承受所要求的运动幅度。
在其它驱动形式中，往复运动件可以被推动以依赖于叶片而 旋转，所述叶片被流体(例如空气、水等)冲击。对于驱动装置的 其它选择同样存在，或者可以使用。
就振动设备而言，可以看到，端板27承载磁体40的阵列，
以与位于往复运动件30的该端部处的磁体38的阵列共同作用。类 似的是，端板26承载磁体41的阵列，以与保持到往复运动件另一 端处的磁体39的阵列共同作用。
可以看出，磁体38和39中的每一个示为优选为截头圆锥体 的，或者是成形的形式，能够通过保持板36和37固定到往复运动 件30的主体。
往复运动件的主体优选衬砌有具有第一磁极的永久磁体35， 磁体35将被磁悬浮在轴29的具有第二磁极的磁性衬层34周围。
优选的是，设置如上所述。如果由于往复运动的强度而难以 将板36和37保持到往复运动件30的主体，可选的是，除了如图 9所示的设置外，其中在图9的设置中，磁体51通过端板48简单 地保持到主体47的端部，端板48可通过粘着、螺纹连接、螺栓连 接等(未示出)固定，可替换的是，可以设置元件49，从而通过 在50处径向地拧入往复运动件的主体46中，对于磁体52实现相 同的目的。
虽然优选的是磁体在每个往复运动件的端部处暴露，但是在 一些情况中，可以具有保护性覆层，只要所述覆层不会影响磁性相 互作用的效果。对于端板27和26的固定磁体40和41分别也是同 样的。这些可以简单地保持到往复运动件，或者简单的粘着可以满 足。
可以预见，端板27能够被旋转(例如45°C)，从而当需要时， 往复运动件b0可以在端板27和26之间被保持在稳定的状态，与 是否被旋转无关。为了实现这个目的，之前在一些详细描述中所述 的异相设置被使用，从而存在力的一些平衡。如果需要板27的旋
转，那么取决于阵列的设置和在相互作用表面中包括磁体。
往复运动件磁性支撑在导向轴上是优选的，但是在其它可替 换形式中，可以设置某种空气或者其它支撑装置。这是为了避免任 何不必要的热积聚，热积聚会使永久磁体的性能下降。已经设置有 润滑支承件的根据本发明的系统容易产生一些热量，但是，如果存 在任何润滑剂的冷却，或者操作参数例如不会产生比永久磁体的劣 化温度更高的温度，那么这种系统可以操作。
同样提供流体通道53，流体通道53延伸穿过设备进入钻柱中， 因此提供冲洗能力以及冷却功能。这种流体可以是空气、液体(例 如水)，或者可以包括通常用在钻探中的润滑流体(例如浆料)。
对于图8到图12的设置，例如如果往复运动件为1.5米长， 并且往复运动的幅度从0. 1毫米到15毫米(取决于往复运动件的 转速、往复运动件的质量、磁体阵列、磁强、几何轮廓和间隙)。
优选的是，从(优选)高于20圈/秒到200圈/秒的循环频率 被认为是处于稳定的状态。200圈/秒的频率可以方便地利用4/8 磁性相互作用产生，如图2到图7中，依赖于大约3000 RPM的往 复运动件的旋转。
权利要求
1.一种能够提供振动输出的振动设备，所述设备包括具有第一和第二端的往复运动件，与所述往复运动件的第一端相关联的第一补充结构，和与所述往复运动件的第二端相关联的第二补充结构，其中具有一个或多个驱动装置以使所述往复运动件围绕穿过所述补充结构的轴线旋转，并且其中，由所述往复运动件在每一端处承载的磁体和由每个补充结构承载的磁体具有这样的作用，所述作用使得在由旋转引起的相互作用的影响下，第一端移动远离第二补充结构，并且依次，第二端移动远离第一补充结构，并且其中，振动输出是来自所述补充结构中的一个或另一个或者两者，并且不是直接来自所述往复运动件本身。
2. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，就距离而言，所 述第一和第二补充结构相对彼此固定，但是不相对彼此围绕所述轴 线旋转。
3. 如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述补充结构由所述往复运动件在其上被引导的轴承载。
4. 一种能够提供振动输出的振动设备，所述设备包括 往复运动件，能够重复地在第一和第二补充结构之间的往复运动轴线上或者轨迹上往复运动，驱动装置，使所述往复运动件围绕所述往复运动轴线或轨迹 的至少一部分旋转，和 磁性相互作用区域，位于至少一个补充结构和往复运动件中 的每一个上，从而往复运动件的旋转具有使往复运动件进行往复运 动的作用，在所述或者一补充结构和往复运动件之间引起交替的吸 引力和排斥力，并且其中，振动的输出是来自所述补充结构中的一个或另一 个或者两者，并且不是直接来自往复运动件本身。
5. —种能够提供振动输出的振动设备，所述设备包括 往复运动件，可围绕限定的往复运动轴线旋转，并且可在所述往复运动轴线上来回运动，驱动装置，使所述往复运动件围绕它的往复运动轴线旋转，第一补充结构，所述往复运动件朝着和远离所述第一补充结 构运动，并且反之亦然，第二补充结构，所述往复运动件远离和朝着所述第二补充结 构运动，并且反之亦然，所述往复运动件位于所述补充结构之间，其中，第一补充结构/往复运动件和往复运动件/第二补充结 构中的每一对的邻近区域具有磁性区域，当所述往复运动件旋转 时，所述磁性区域可操作以交替地为每一对提供吸引力或排斥力，并且其中，所述对之间的定相使得或者可以使得由于通过 它的旋转作用在往复运动件上的磁性相互作用，往复运动件在它的 往复运动轴线上往复运动，并且其中，振动的输出是来自所述补充结构中的一个或另一 个或者两者，并且不是直接来自往复运动件本身。
6. 如权利要求5所述的设备，其特征在于，就距离而言，所 述第一和第二补充结构相对彼此固定。
7. 如上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，往复 运动件位于导轴周围的磁性支承件或空气支承件上。
8. —种能够提供振动输出的振动设备，所述设备包括具有 往复运动件的组件，所述往复运动件能够在补充结构之间往复运 动，至少一个所述补充结构提供振动输出，所述装置的特征在于，具有驱动装置以使往复运动件旋转， 并且在旋转的往复运动件和补充结构之间具有磁性相互作用，从而 与每个补充结构的相互作用、和使磁性作用交替的补充结构相对于 往复运动件的定相导致往复运动件的往复运动。
9. 如权利要求8所述的设备，其特征在于，磁性相互作用由 永久磁体引起。
10. 如权利要求8或9所述的设备，其特征在于，往复运动 件的驱动装置是带或往复运动件的其它边缘驱动装置，不会损坏往 复运动件在往复运动界限之间的往复运动。
11. 一种用于钻探的振动头，所述振动头包括如上述权利要 求中任一项所述的振动设备。
12. 用于权利要求11的振动头的具有浮动的或者柔顺性的支 撑件的钻探设备的用途，所述振动头连接到或者可连接到钻杆。
13. —种钻探设备，包括如权利要求11所述的振动头，连接到或者可连接到钻柱， 支撑件，和至少一个可重新配置的(例如柔顺性的)流体储存器(例如 柔顺性的气囊)，将振动头承载然而限制到支撑件， 其中，振动头、支撑件和所述至少一个可重新配置的流体储 存器的相互作用具有下面的效果承载所述连接的或者待连接的钻 柱的重量，而且允许振动头相对于支撑件沿着钻柱轴线的纵向方向 和横向方向的一些运动自由度。
14. 如权利要求13所述的设备，其特征在于，具有至少两个 储存器。
15. 如权利要求14所述的设备，其特征在于，至少一个所述储存器是气囊。
16. 如权利要求13-15中任一项所述的设备，其特征在于， 所述振动头的至少大部分在储存器(多个)的下面(当钻探轴线竖 直时)。
17. 如权利要求13-16中任一项所述的设备，其特征在于， 从振动头到钻柱中的振动输出是通过过渡件从非旋转但是振动的 组件直接或者间接地进入可旋转的和旋转的组件(例如钻柱的可连 接到的或者成形的部件)。
18. —种钻探设备，包括振动头，连接到或者可连接到钻柱，所述振动头具有可被旋 转驱动的往复运动件，所述往复运动件围绕它的往复运动轴线旋 转，并且在旋转的作用下以不同的磁性作用相互作用从而被往复运 动，振动输出不是来自往复运动件本身，支撑件，作为第一相互作用的柔顺性的装置(例如优选是置于振动头 的部件(多个)和支撑件之间的至少一个气囊)，承载振动头和所 述或任何连接的钻柱的重量，和作为第二相互作用的柔顺性的装置，(优选将振动头相对于 支撑件限制)，从而在振动头的振动循环的任何部分的过程中，所 述第一相互作用(优选)不完全损失。
19. 一种振动钻探设备，包括振动头，具有往复运动件，然而振动输出不直接来自往复运动件，可操纵的支撑件，振动头从所述支撑件安装，以在往复运动 件的作用下柔顺性地振动，支承件，与来自振动头的振动输出独立而被支撑，和由所述 支承件承载的钻柱连接器，旋转驱动装置，连接到钻柱连接器，其中在使用中，当往复运动件在往复运动件的驱动装置的作 用下旋转时，往复运动件在它的每一个端部处磁性地相互作用，从 而在这种相互作用下往复运动。
20. —种能够提供振动输出的振动设备，所述设备包括具 有往复运动件的组件，所述往复运动件能够在补充结构之间往复运 动，至少一个所述补充结构提供振动输出，所述装置特征在于具 有驱动装置以使往复运动件旋转，并且在旋转的往复运动件和补充 结构之间具有磁性相互作用，从而与每个补充结构的相互作用、和 使磁性相互作用交替的补充结构相对于往复运动件的定相导致往 复运动件的往复运动。
全文摘要
一种能够提供振动输出的振动设备，所述设备包括具有往复运动件的组件，所述往复运动件能够在补充结构之间往复运动，至少一个所述补充结构提供振动输出，所述装置特征在于具有驱动装置以使往复运动件旋转，并且在旋转的往复运动件和补充结构之间具有磁性相互作用，从而与每个补充结构的相互作用、和使磁性相互作用交替的补充结构相对于往复运动件的定相导致往复运动件的往复运动。
文档编号E21B7/00GK101107417SQ200580042797
公开日2008年1月16日 申请日期2005年12月14日 优先权日2004年12月14日
发明者R·普法勒特 申请人:柔性钻井有限公司