一种伸缩式定心装置

1.本发明涉及定心设备技术领域，具体是涉及一种伸缩式定心装置。


背景技术：

2.近年来，国内外学者针对不同的管道设计了多种定心系统。post和sheiretov等提出了利用弹性元件蓄能的定心系统；bloom等设计出可调整的滑动式定心机构；guerrero等研制出基于六连杆的定心系统，用于牵引不规则套管井的井下设备；白相林等设计了一种用于水平井油管的偏置式自动定心机构；邢书剑等研究了一种利用双锥体主轴同步定心的方法，用于500mm 以上大尺寸内径的自动测量；徐从启等针对内径为15～20 mm 的微小管道，设计了凸轮推杆、蜗轮蜗杆及丝杠螺母副三种调节机构，并比较分析了各自的优缺点；郑立评等针对火炮身管内径的测量设计了一种弹性伞状定心机构。
3.但是，目前现有的定心装置其操作使用复杂，通用性较差，且定心精度无法得到有效保证，实际使用效果较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种伸缩式定心装置，解决当前定心装置的操作使用复杂，通用性较差，且定心精度无法得到有效保证的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：本发明提供了一种伸缩式定心装置，包括：定位管，所述定位管通过连接机构与支撑管可拆卸连接，所述定位管和支撑管的轴线相重合；所述支撑管外设有至少三个导向管，所述导向管内活动套设有活动轴，所述活动轴的一端伸入至支撑管内并设有行星齿轮，另一端螺纹连接有支腿，所述活动轴、行星齿轮和支腿的轴线相重合，且与支撑管的轴线相垂直；所述支撑管内靠近空心管的一侧转动连接有齿环，所述活动轴和导向管之间设有弹性机构，在弹性机构的弹力作用下，所述行星齿轮与齿环相啮合。
6.进一步的，还包括有驱动机构，所述驱动机构包括传动轴，所述传动轴的一端设有限位凹槽，另一端设有连接板，所述连接板与齿环固定连接，所述限位凹槽、传动轴和齿环的轴线相重合。
7.进一步的，所述连接机构为空心管，所述空心管的一端与支撑管螺纹连接，另一端与定位管固接，所述定位管、空心管、支撑管相互连通且轴线重合。
8.进一步的，所述导向管内设有第一轴承，所述活动轴活动套设于第一轴承内，所述空心管内设有第二轴承，所述传动轴活动套设于第二轴承内。
9.进一步的，所述定位管远离支撑管的一侧设有握持管，所述握持管的直径大于定位管的直径。
10.进一步的，所述握持管的前端上开设有多个周向依次分布的膨胀槽，所述膨胀槽径向贯穿管壁并向定位管延伸，以此将定位管分割成多个弹性形变部。
11.进一步的，所述支腿远离活动轴的一端设有支撑盘，所述支撑盘上设有用于与管道内壁相贴合的弧形凸起。
12.进一步的，所述弹性机构包括碟簧，所述活动轴上设有限位环，所述碟簧支撑于限位环和导向管之间。
13.进一步的，所述导向管设有三个，且均匀排布于支撑管的外壁上。
14.进一步的，所述活动轴上设有贯穿孔，所述贯穿孔内设有内螺纹，所述支腿上设有外螺纹，所述外螺纹与内螺纹相啮合。
15.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：1、本发明通过前后两段固定在管道内壁，增大了接触固定面积，从而可提高定心精度，其前端由定位管支撑，可以根据需求安装不同管径的定位管，后端伸缩支腿可以实现较大范围的伸缩，前后两端配合在提高该定心装置通用性的同时，两端互相校正也进一步提高了定心精度；2、本发明通过齿环带动行星齿轮转动，再通过行星齿轮带动活动轴使其与支腿发生相对转动，从而可使支腿的伸缩保持一致，再次提高了定心精度，此外通过弹性机构使支腿上的支撑力达到一定程度时，行星齿轮就会与齿环趋向脱落，从而能够保证支腿顶在管道内壁上的支撑力恰好达到最佳并且保持相等，使定心精度得到有效提高；3、本发明通过将扳手与限位凹槽相卡合，从而能够通过扳手带动传动轴转动，传动轴转动再通过连接板则可带动齿环转动，以此方式能够方面快捷的完成对齿环的驱动，其操作简单，使用方便，效果较佳。
附图说明
16.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1是本发明实施例提供的一种伸缩式定心装置的结构示意图；图2是图1所示伸缩式定心装置的第一轴承的结构示意图；图3是图1所示伸缩式定心装置在收缩时的结构示意图；图4是图1所示伸缩式定心装置的驱动机构的结构示意图；图5是图1所示伸缩式定心装置的第二轴承的安装示意图；图6是图1所示伸缩式定心装置的活动轴的结构示意图；图中：1、定位管；2、空心管；3、支撑管；4、导向管；5、活动轴；6、行星齿轮；7、支腿；8、齿环；9、碟簧；10、传动轴；101、限位凹槽；11、连接板；12、第一轴承；13、第二轴承；14、握持管；15、膨胀槽；16、支撑盘；17、限位环。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
18.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、
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底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或
暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
20.实施例一：如图1所示，本发明实施例提供了一种伸缩式定心装置，包括：定位管1，定位管1通过连接机构与支撑管3可拆卸连接，定位管1和支撑管3的轴线相重合；支撑管3外设有至少三个导向管4，导向管4内活动套设有活动轴5，活动轴5的一端伸入至支撑管3内并设有行星齿轮6，另一端螺纹连接有支腿7，活动轴5、行星齿轮6和支腿7的轴线相重合，且与支撑管3的轴线相垂直；支撑管3内靠近空心管2的一侧转动连接有齿环8，活动轴5和导向管4之间设有弹性机构，在弹性机构的弹力作用下，行星齿轮6与齿环8相啮合。
21.使用前，对定位管1进行拆卸，从而更换与管道内壁直径相一致的定位管1，而后手动调整支腿7的伸缩度，使其伸长至略大于管道内径。
22.在将装置送入管道的内部后，管道的前端受定位管1支撑，后端受支腿7支撑；由于此前调整支腿7的伸缩度略大于管道内径，因此在将支腿7置于管道内壁中后，支腿7会被小幅度压缩，从而带动活动轴5对弹性机构施加作用力，使弹性机构被压缩或拉伸，并产生反向作用力，反向作用力经过活动轴5传递至支腿7，使支腿7在初始状态下就对管道内壁施加一定程度的压力。
23.定心时，驱动齿环8进行转动，而后齿环8带动行星齿轮6转动，行星齿轮6带动活动轴5转动，由于此前支腿7对管道内壁施加一定程度的压力，因此支腿7会受到摩擦力的作用，从而限制支腿7跟随活动轴5进行同步转动，于是支腿7和活动轴5之间将出现相对转动，再由于螺纹连接的特性，二者之间还将产生轴向的相对位移，而由于支腿7已经顶在管道内壁上，无法再伸长，所以只能是活动轴5向着支撑管3进行轴向运动。在此过程中，活动轴5进一步的对弹性机构进行压缩或拉伸，使弹性机构产生的反向作用力逐渐增大，进而使支腿7顶在管道内壁上的力逐渐增大，同时活动轴5带动行星齿轮6向着支撑管3内进行轴向运动，使齿环8和行星齿轮6之间逐渐地不再啮合。当行星齿轮6轴向运动至与齿环8脱落时，齿环8将进行空转，此时行星齿轮6处于与齿环8紧贴，但未啮合的状态，该行星齿轮6所对应的支腿7顶在管道内壁上的力也将不再继续增大，此时装置完成了定心操作。以此能够就能保证多个支腿7顶在管道内壁上的力等大，且相互之间的伸出长度保持一致，有效提高了定心精度。
24.当需要从管道内壁中取出装置时，反向驱动齿环8进行转动，由于弹性机构的作用，行星齿轮6会受到一轴向力，使其与齿环8保持紧贴的状态，因此齿环8在转动过程中将带动行星齿轮6进行轻微的转动，行星齿轮6转动将带动活动轴5转动，活动轴5带动行星齿
轮6进行轴向位移，使行星齿轮6进一步与齿环8贴合，如此反复，使得行星齿轮6逐渐与齿环8完成啮合。于是活动轴5持续地进行轴向运动，并松开对弹性机构的压缩或拉伸，使支腿7顶在管道内壁上的力逐渐减少，当支腿7无法再与活动轴5发生相对转动时，即可将装置从管道内壁中取出。
25.本实施例通过将前后两段固定在管道内壁，增大了接触固定面积，从而可提高定心精度，前端定位管1支撑，可以根据需求安装不同管径的定位管1，后端伸缩支腿7可以实现较大范围的伸缩，前后两端配合在提高该定心装置通用性的同时，两端互相校正也进一步提高了定心精度。
26.此外，支腿7伸缩保持一致，可提高定心精度，而通过设置弹性机构，可使支腿7上的支撑力达到一定程度时，行星齿轮6就会与齿环8趋向脱落，从而能够保证支腿7顶在管道内壁上的支撑力恰好达到最佳并且保持相等，使定心精度得到有效提高。
27.需要说明的是，支腿7顶在管道内壁上支撑力过小将导致装置容易松动，使定心精度下降；支撑力过大则会导致管道内壁被挤压变形，从而使装置产生偏移，也将导致定心精度下降。
28.在本实施例中，如图4所示，还包括有驱动机构，驱动机构包括传动轴10，传动轴10的一端设有限位凹槽101，另一端设有连接板11，连接板11与齿环8固定连接，限位凹槽101、传动轴10和齿环8的轴线相重合。
29.具体的，在定心时，将扳手穿过空心管2，使其与限位凹槽101相卡合，然后转动扳手，扳手将带动传动轴10转动，传动轴10转动将通过连接板11带动齿环8转动。以此方式能够方面快捷的完成对齿环8的驱动，其操作简单，使用方便，效果较佳。
30.在本实施例中，连接机构为空心管2，空心管2的一端与支撑管3螺纹连接，另一端与定位管1固接，定位管1、空心管2、支撑管3相互连通且轴线重合。
31.具体的，空心管2的结构强度高，能够降低两端的应力集中，延长了装置的使用寿命，且还能够通过螺纹连接的方式与支撑管3可拆卸连接，便于拆装，提高了更换效率。
32.在本实施例中，导向管4内设有第一轴承12，活动轴5活动套设于第一轴承12内，空心管2内设有第二轴承13，传动轴10活动套设于第二轴承13内。
33.可以理解的是，第一轴承12能够降低活动轴5转动过程中的所受到的摩擦力，从而提高了支腿7的伸缩流畅性，如图5所示，第二轴承13能够对传动轴10进行支撑，避免传动轴10出现偏移，提高了驱动效果。
34.在本实施例中，定位管1远离支撑管3的一侧设有握持管14，握持管14的直径大于定位管1的直径。
35.定心时，作业人员通过手持握持管14，能够方便地将装置推送至管道中；在定心完毕后，通过拉动握持管14，也能够方便地将装置从管道中取出，便于进行使用。
36.优选的，握持管14的前端上开设有多个周向依次分布的膨胀槽15，膨胀槽15径向贯穿管壁并向定位管1延伸，以此将定位管1分割成多个弹性形变部。
37.具体的，在将空心管2伸入管道内时，各弹性形变部会受到挤压，从而会产生弹性形变，进而致使其紧贴在管道内壁上，以此提高了定心精度；此外，通过弹性形变也便于空心管2的伸入或取出，避免空心管2在伸入或取出时与管道内壁发生剧烈摩擦。
38.实施例二：
如图1和图3所示，本实施例提供了一种伸缩式定心装置，其与实施例一的不同之处在于，支腿7远离活动轴5的一端设有支撑盘16，支撑盘16上设有用于与管道内壁相贴合的弧形凸起。
39.具体的，支撑盘16用于提高支腿7与管道内壁的接触面积，以此既提高了支腿7的支撑稳定性，又使支腿7所受的静摩擦力得到提升，从而便于进行伸缩。弧形凸起使支撑盘16能够更充分的与管道内壁贴合，使接触面积增大，进一步提高了上述效果。
40.在本实施例中，弹性机构包括碟簧9，活动轴5上设有限位环17，碟簧9支撑于限位环17和导向管4之间。但不仅限于此，弹性机构还可是压缩弹簧，这里不做具体限定。
41.在本实施例中，导向管4设有三个，且均匀排布于支撑管3的外壁上。具体的，三个导向管4既能够进行稳定的定心，又不会导致装置结构过于复杂，综合效果最佳。
42.在本实施例中，如图6所示，活动轴5上设有贯穿孔，贯穿孔内设有内螺纹，支腿7上设有外螺纹，外螺纹与内螺纹相啮合。
43.具体的，支腿7通过外螺纹和内螺纹与贯穿孔螺纹连接，以此在贯穿孔内旋进旋出。
44.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。