一种基于三角形阀体的连续波发生器转阀的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于三角形阀体的连续波发生器的转阀，包括转子和定子，所述转子包括多个叶片，相邻叶片之间的缺口由圆弧线、圆角线和径向线段组成。所述定子与转子具有相同的叶片数，其叶片缺口形状有转子叶片缺口演化而来，通过本发明设计出的基于三角形阀体的连续波发生器的转阀结构简单、易于加工，而且能够输出高度相似的正弦压力波信号。
【专利说明】—种基于三角形阀体的连续波发生器转阀
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油天然气随钻测量【技术领域】，特别是涉及一种用于井下遥测信号数据传输的连续波泥浆脉冲发生器的转阀。
【背景技术】
[0002]近年来蓬勃发展的随钻测量技术在增强大位移井、高难度水平井、分支井的地质导向和地层评价能力和提高油层钻遇率等方面具有重大作用。但随着井下信息量的不断增多，数据信号高速传输在随钻测量系统设计中的地位日益突出，成为随钻测量技术持续向前发展必须面对的问题。纵观当前应用的井下遥测信号数据传输技术，泥浆脉冲传输，尤其是连续波泥浆脉冲传输以其传输速率较高、抗干扰能力强，成为使用最为广泛、发展潜力极大的数据传输方式。
[0003]泥浆脉冲连续波发生器通过改变旋转转子与定子过流断面的相对位置而产生连续压力波信号，发生方式有旋转阀和剪切阀两种。无论哪一种连续波发生器，都包括连续波脉冲发生单元、动力输出装置以及压力平衡模块及密封模块。对于旋转阀式连续波发生器，转子在电机驱动下沿固定方向连续转动，与定子产生节流。而在剪切阀式连续波发生器中，电机驱动的转子在与定子形成的最大、最小流通面积间往复摆动，周期振荡，产生节流。
[0004]基于提高压力波信号检测强度、降低检测难度等的考虑，通常将连续波脉冲发生单元中的定子和转子结构设计成特殊的阀口形状，以满足连续正弦压力波的输出需求。
[0005]在美国发明专利US4，847，815 “用于随钻测量工具中的正弦压力波发生器(Sinusoidal Pressure Pulse Generator For Measurement While Drilling Tool)，，和美国发明专利5，249，161，“随钻测井中脉冲发生器防阻塞方法和装置(Methods andapparatus for preventing jamming of encoder of logging while drilling tool)，，中，均公开了一种基于薄壁刃口压力波产生原理的三角阀体正弦式连续波压力信号发生器的定转子设计思路，但经过测试发现，该种阀形虽然产生上下波动的压力波信号，但与标准的正弦信号相比，还存在不小的偏差。此外，国内学者贾朋在其博士毕业论文《钻井液连续波发生器设计与信号传输特性实验研究》中利用基于薄壁刃口压力波产生原理和正弦波最大相关原则，依据扇形定子和三角形转子的耦合关系，推导阀口极坐标方程，并经周期性扩展得到阀体曲线上各点极径与极角的对应关系，这种方法得到的阀体产生压力波与标准正弦波相关程度高，但阀口曲线方程复杂，加工难度高。另外，文中虽然提到了曲线阀口两条曲线间应采用圆弧过渡，但并未给出圆弧的具体尺寸设计规则。
[0006]鉴于外切式三角阀口转阀具有体积小、结构简单、易于加工、便于质量控制、安装调节方便等特点，有必要对产生高度相似正弦压力波信号的阀形建立一套行之有效的结构优化方法，以利用连续波泥浆脉冲实现井下遥测信号数据的高速传输。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种基于三角形阀体，并为连续波泥浆脉冲发生器提供高度相似正弦压力波信号输出的转阀，以提高地面信号检测强度和井下数据传输速率。
[0008]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0009]一种基于三角形阀体的连续波发生器的转阀，包括转子和定子，所述转子包括多个叶片，转子叶片角和叶片缺口角分别为2p/n和p/n，其中η为叶片数且η=3~6，相邻叶片之间的缺口由圆弧线、圆角线和径向线段组成，所述圆弧线及其延长线对应的弦与所述径向线段的夹角为b，所述转子的外径为D。
[0010]转子与定子旋转过程的节流面积与阀体压力差ΛΡα) (Pa)满足以下公式，
[0011]
【权利要求】
1.一种基于三角形阀体的连续波发生器的转阀，其特征在于:包括转子(I)和定子(2)，所述转子(I)包括多个叶片(11)，转子叶片角(g)和叶片缺口角(Y)分别为2p/n和p/n，其中η为叶片数且n=3~6，相邻叶片之间的缺口(12)由圆弧线(121 )、圆角线(122)和径向线段(123)组成，所述圆弧线(121)及其延长线对应的弦与所述径向线段(123)的夹角为b，所述转子(I)的外径为D， 所述圆弧线(121)的极坐标方程为，
2.根据权利要求1所述的转阀，其特征在于:所述定子(2)的外径比转子(I)的外径大5-10毫米，定子(2)与转子(I)具有相同的叶片数和相似叶片缺口形状，所述定子(2)中心顶部形成有锥形头(22)，以降低泥浆对阀体叶片的冲蚀；上部侧面形成有10°~20°倒角(26)，形成泥浆导流面；下端边缘设计有安装凸台(25);底部中心开有传动轴安装盲孔；侧面均布有固定螺纹孔(23)，用与定子安装套紧固连接。
3.根据权利要求1所述的转阀，其特征在于:所述转子(I)与所述定子(2)同轴配合，所述转子(I)上端面设置有迷宫密封结构，且与所述定子(2)下端面之间形成可调安装间隙，所述转子(I)中心形成有安装孔，安装孔上开有矩形花键，便于传递传动轴输出扭矩。
4.根据权利要求1所述的转阀，其特征在于:当所述定子(2)和转子(I)完全闭合时，形成转阀最小流通面积Amin,当所述转子(I)相对于所述定子(2)在叶片完全重合状态下逆时针匀速旋转a=wt (a ￡p/4, w为旋转角速率，t为时间)角度时,单一叶片转子/定子节流面积A(t)为:
5.根据权利要求1所述的转阀，其特征在于:所述转子(I)由4个转子叶片(11)组成，圆弧弦与直线段夹角(b)为60°，缺口角(y)为p/4，叶片角(g)为p/2，转子(I)外径D=80mm，圆弧线(121)的半径RQ=19mm，圆角线(122)的半径札=2.!，所述定子(2)外径为90mmo`
【文档编号】E21B47/18GK103696763SQ201310755292
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月29日 优先权日:2013年12月29日
【发明者】鄢志丹, 魏春明, 耿艳峰, 胡秀凤, 李园, 张晖 申请人:中国石油集团渤海钻探工程有限公司