本實用新型屬于水射流刀具技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自旋轉(zhuǎn)水射流擴孔裝置。

背景技術(shù)：

我國95%的煤礦和大量的陸地油氣資源需要進行地下開采，受各種復(fù)雜的煤層和巖層地質(zhì)條件因素的限制，開采難度大，同時煤層中的瓦斯和巖層中油氣的主要成分是甲烷，其一般占95%-98%左右，在開采過程中，尤其是煤礦資源的開采，災(zāi)害十分嚴重，嚴重的危害著人民的生命健康。同時由于煤炭和油氣的需求高居不下，部分老煤礦不得不延長服務(wù)年限， 加大礦山的開采力度與強度，非常規(guī)油氣資源也將成為我國油氣開采的主要對象，而深度開采會面臨地應(yīng)力增大，透氣性差，瓦斯和油氣釋放距離長、抽放、排空難度加大甚至是失效等多種問題。目前使用的高壓水射流旋轉(zhuǎn)鉆擴孔技術(shù)來沖破巖層，但在實際應(yīng)用中仍有幾點不足：在實際情況下由于水壓過大，旋轉(zhuǎn)速度過快，使得噴出的水流霧化無法達到集中破巖的效果；由于礦下煤層環(huán)境復(fù)雜，巖層有松有軟，對于旋轉(zhuǎn)鉆頭的周向和軸向載荷具有較大的波動，對內(nèi)部零件沖擊大，使得現(xiàn)有擴孔裝置壽命短，破巖效率低下。

鑒于上述情況，為保證實際生產(chǎn)中的開采安全，改善煤巖層瓦斯和石油氣釋放條件及提高鉆孔瓦斯抽放速度和效率，進一步提升瓦斯和石油氣在抽取過程中的效率，而發(fā)開出的一種高效穩(wěn)定水射流擴孔裝置和擴孔技術(shù)將擁有十分可觀的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種自旋轉(zhuǎn)水射流擴孔裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案：一種自旋轉(zhuǎn)水射流擴孔裝置，包括具有中心通道的主軸，主軸沿軸向方向由后向前依次由一體制成的管接頭、限位擋環(huán)和空心軸構(gòu)成，限位擋環(huán)的外徑大于管接頭和空心軸的外徑，空心軸上通過軸承密封組件轉(zhuǎn)動連接有套筒，套筒前端外部螺紋連接有旋轉(zhuǎn)噴頭，旋轉(zhuǎn)噴頭前端面呈前細后粗的圓錐面結(jié)構(gòu)；旋轉(zhuǎn)噴頭與空心軸之間設(shè)置有動靜環(huán)密封結(jié)構(gòu)；

旋轉(zhuǎn)噴頭中心設(shè)置有與中心通道前端同軸向貫通的中心噴孔，旋轉(zhuǎn)噴頭內(nèi)部沿徑向方向開設(shè)有至少三個前射流導(dǎo)孔，每個前射流導(dǎo)孔的內(nèi)端均與中心噴孔連通，旋轉(zhuǎn)噴頭前部外側(cè)開設(shè)有數(shù)目與前射流導(dǎo)孔相等的前射流孔，前射流孔的后端對應(yīng)與一個前射流導(dǎo)孔的外端連通，前射流孔的中心線偏離中心噴孔的中心線，所有前射流孔的中心線均與中心噴孔的中心線呈10-30°的夾角；

限位擋環(huán)內(nèi)部沿徑向方向開設(shè)有至少三個后射流導(dǎo)孔，限位擋環(huán)后部外側(cè)開設(shè)有數(shù)目與后射流導(dǎo)孔相等的后射流孔，后射流孔的前端對應(yīng)與一個后射流導(dǎo)孔的外端連通，后射流孔的中心線與中心噴孔的中心線位于同一平面上，所有后射流孔的中心線均與中心通道的中心線呈10-30°的夾角。

軸承密封組件包括由后向前依次設(shè)置在套筒內(nèi)壁和空心軸外壁之間的后密封端蓋、后橡膠擋圈、后圓柱滾子軸承、后限位圈、后圓錐滾子軸承、前圓錐滾子軸承、前限位圈、前圓柱滾子軸承、前橡膠擋圈以及前密封端蓋，空心軸外壁后側(cè)和前側(cè)分別開設(shè)有一個環(huán)形槽，后橡膠擋圈和前橡膠擋圈分別安裝在空心軸前側(cè)和后側(cè)的一個環(huán)形槽內(nèi)，套筒內(nèi)壁設(shè)有位于后圓錐滾子軸承和前圓錐滾子軸承之間的環(huán)形凸臺，后圓錐滾子軸承和前圓錐滾子軸承內(nèi)的圓錐滾子的較小端均鄰近環(huán)形凸臺。

限位擋環(huán)上設(shè)置有與套筒后端面頂壓接觸的防霧化限速結(jié)構(gòu)；

防霧化限速結(jié)構(gòu)包括摩擦塊、調(diào)節(jié)彈簧和調(diào)節(jié)螺栓，摩擦塊呈圓柱狀結(jié)構(gòu)，摩擦塊的長度大于套筒與限位擋環(huán)之間的間隙，限位擋環(huán)上開設(shè)有調(diào)節(jié)孔，調(diào)節(jié)孔的中心線與中心通道的中心線平行，調(diào)節(jié)彈簧和摩擦塊設(shè)置在調(diào)節(jié)孔內(nèi)，調(diào)節(jié)螺栓由調(diào)節(jié)孔后端伸入并螺紋連接到調(diào)節(jié)孔內(nèi)，調(diào)節(jié)螺栓前端通過調(diào)節(jié)彈簧與摩擦塊后端頂壓配合，摩擦塊前端與套筒后端面頂壓接觸。

動靜環(huán)密封結(jié)構(gòu)包括預(yù)緊彈簧、摩擦副靜環(huán)、摩擦副動環(huán)和密封圈，空心軸的內(nèi)壁前端部開設(shè)有后環(huán)形臺階槽，旋轉(zhuǎn)噴頭在中心噴孔內(nèi)壁后端開設(shè)有前環(huán)形臺階槽，預(yù)緊彈簧和摩擦副靜環(huán)安裝在后環(huán)形臺階槽內(nèi)，摩擦副動環(huán)安裝在前環(huán)形臺階槽內(nèi)，預(yù)緊彈簧后端頂壓在后環(huán)形臺階槽的后端面上，預(yù)緊彈簧前端與摩擦副靜環(huán)后端頂壓配合，摩擦副靜環(huán)前端面與摩擦副動環(huán)后端面頂壓密封配合；空心軸內(nèi)壁上開設(shè)有位于后環(huán)形臺階槽內(nèi)的密封槽，密封圈安裝在密封槽內(nèi)并與摩擦副靜環(huán)的外壁密封配合；

空心軸的內(nèi)壁在后環(huán)形臺階槽的后端處設(shè)置有圓錐形過渡結(jié)構(gòu)，圓錐形過渡結(jié)構(gòu)呈后細前粗形狀，圓錐形過渡結(jié)構(gòu)的前端面的直徑小于預(yù)緊彈簧的外徑且大于預(yù)緊彈簧的內(nèi)徑。

采用上述技術(shù)方案，本實用新型具有以下技術(shù)效果：

1、本實用新型旨在保證工程安全實施的前提下并且高效的純射流破煤、破巖，高壓膠管與管接頭連接，來自高壓水泵的高壓射流通過高壓膠管進入到中心通道內(nèi)，高壓水流一部分將進入限位擋環(huán)內(nèi)的后射流導(dǎo)孔，并通過后射流孔向后噴出，由于后射流孔中心線與中心通道中心線位于同一平面上，這樣不會使限位擋環(huán)和主軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的動力，后射流孔中心線與中心通道中心線夾角在13°左右，以提供本實用新型在擴孔過程中前進時的動力，同時起到清孔作用。高壓水流的另外一部分進入到與套筒前端相連的旋轉(zhuǎn)噴頭的中心噴孔內(nèi)，再由中心噴孔進入前射流導(dǎo)孔，并通過前射流孔向前噴出，由于前射流孔的中心線偏離中心噴孔的中心線，并且所有前射流孔的中心線均與中心噴孔的中心線呈10-30°的夾角，這樣使一部分高壓水在前射流孔中高速射出同時可以作為使動力使得旋轉(zhuǎn)噴頭和與之相連的套筒高速旋轉(zhuǎn)，形成向外噴射且具有旋轉(zhuǎn)力的水射流，進而使得這種水射流作用到地下煤層中達到切割和破煤鉆孔的目的。本實用新型的旋轉(zhuǎn)噴頭包括一個的直向的中心噴孔，其軸線與空心軸軸線重合，多個前射流孔的噴水方向成旋風(fēng)狀，噴出的高壓水流所形成法向轉(zhuǎn)矩帶動旋轉(zhuǎn)噴頭和套筒繞空心軸按照一定的方向旋轉(zhuǎn)并在高壓水的作用下高速旋轉(zhuǎn)。

2、在高壓水流的作用下，擠壓旋轉(zhuǎn)噴頭，空心軸將會產(chǎn)生軸向移動，為保證空心軸和旋轉(zhuǎn)噴頭連接處的密封性，本實用新型中采取動靜環(huán)密封結(jié)構(gòu)，預(yù)緊彈簧提供初始壓力，使摩擦副靜環(huán)前端緊壓摩擦副動環(huán)后端面，保證初始狀態(tài)的密封，隨著泵壓的增大，由于本實用新型在空心軸的內(nèi)壁的后環(huán)形臺階槽的后端處設(shè)置有圓錐形過渡結(jié)構(gòu)，高壓水流會壓迫預(yù)緊彈簧，增大預(yù)緊彈簧的彈力，預(yù)緊彈簧使摩擦副靜環(huán)前端進一步緊壓摩擦副動環(huán)后端面，隨著泵壓的增大，摩擦副靜環(huán)受到的壓力越大，摩擦副靜環(huán)與摩擦動靜環(huán)之間的接觸面上的壓力越大，密封能力越強，避免漏水。

3、本實用新型設(shè)置了一種具有防霧化限速結(jié)構(gòu)，其旨在防止射流霧化并加強承載能力和使用壽命，以有效的提升裝置的耐久性，進而大幅度提升破巖效率。在實際工作狀態(tài)中由于水壓過大，旋轉(zhuǎn)速度過快，使得噴出的水流霧化無法達到集中破巖的效果。故根據(jù)在實際生產(chǎn)應(yīng)用中的需求，并遵循操作簡便安全并可調(diào)速的原則，本實用新型設(shè)計出用加入摩擦塊摩擦減速的結(jié)構(gòu)對套筒作減速處理：摩擦塊長度遠遠大于限位擋環(huán)與套筒之間的間隙，同時使摩擦塊緊緊貼靠于套筒后端表面。內(nèi)部的摩擦塊同時由調(diào)節(jié)螺栓通過調(diào)節(jié)彈簧進行預(yù)緊，通過對調(diào)節(jié)螺栓預(yù)緊力大小的改變，從而有效的改變套筒和旋轉(zhuǎn)噴頭的旋轉(zhuǎn)速度。

4、針對礦下煤層環(huán)境復(fù)雜，巖層有松有軟，對于旋轉(zhuǎn)噴頭的周向和軸向載荷具有較大的波動，對內(nèi)部零件沖擊大，使得現(xiàn)有擴孔裝置壽命短、破巖效率低下的問題，本實用新型本著盡量縮小擴孔裝置整體尺寸，消除主軸上零件的應(yīng)力集中的實用原則，設(shè)計出合適的結(jié)構(gòu)使其內(nèi)部構(gòu)成更加合理以增強其承載能力和使用壽命進而加提升其工作效率：在空心軸外表面設(shè)置環(huán)形槽用來安裝前橡膠擋圈和后橡膠擋圈，達到裝置內(nèi)部零件的隔離減震效果。在前橡膠擋圈和后橡膠擋圈之間采用一對圓錐滾子軸承和一對圓柱滾子軸承，圓錐滾子軸承的小端與套筒內(nèi)表面的環(huán)形凸臺接觸，實現(xiàn)對套筒的軸向定位，同時這兩種軸承、中間的前限位圈和后限位圈共同作用實現(xiàn)套筒的周向定位。兩種軸承的外觀尺寸都較小，有效的保證擴孔裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的緊湊。圓柱滾子軸承的定心性強，承載能力強，外圈可以與內(nèi)圈存在一定的軸向錯動，當載荷突變時內(nèi)圈與外圈的錯動可以有效的避免零件的損壞。圓錐滾子軸承可以同時承受軸向和周向兩種載荷，承載能力強同時能減輕滾子軸承收到的沖擊載荷，保證軸承的定位可靠和使用壽命。

綜上所述，本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊，采用以水射流為動力兼切割刀具的方式進行鉆擴孔，使用純射流破煤、破巖擴孔技術(shù)和相應(yīng)的裝置將會使我國的現(xiàn)代煤礦和石油氣的開采效率和安全性大幅度提升，也為我國的經(jīng)濟建設(shè)和安全穩(wěn)定提供了可靠的保障。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型的一種自旋轉(zhuǎn)水射流擴孔裝置，包括具有中心通道1的主軸，主軸沿軸向方向由后向前依次由一體制成的管接頭2、限位擋環(huán)3和空心軸4構(gòu)成，限位擋環(huán)3的外徑大于管接頭2和空心軸4的外徑，空心軸4上通過軸承密封組件轉(zhuǎn)動連接有套筒5，套筒5前端外部螺紋連接有旋轉(zhuǎn)噴頭6，旋轉(zhuǎn)噴頭6前端面呈前細后粗的圓錐面結(jié)構(gòu)；旋轉(zhuǎn)噴頭6與空心軸4之間設(shè)置有動靜環(huán)密封結(jié)構(gòu)。

旋轉(zhuǎn)噴頭6中心設(shè)置有與中心通道1前端同軸向貫通的中心噴孔7，旋轉(zhuǎn)噴頭6內(nèi)部沿徑向方向開設(shè)有至少三個前射流導(dǎo)孔8，每個前射流導(dǎo)孔8的內(nèi)端均與中心噴孔7連通，旋轉(zhuǎn)噴頭6前部外側(cè)開設(shè)有數(shù)目與前射流導(dǎo)孔8相等的前射流孔9，前射流孔9的后端對應(yīng)與一個前射流導(dǎo)孔8的外端連通，前射流孔9的中心線偏離中心噴孔7的中心線，所有前射流孔9的中心線均與中心噴孔7的中心線呈10-30°的夾角。

限位擋環(huán)3內(nèi)部沿徑向方向開設(shè)有至少三個后射流導(dǎo)孔10，限位擋環(huán)3后部外側(cè)開設(shè)有數(shù)目與后射流導(dǎo)孔10相等的后射流孔11，后射流孔11的前端對應(yīng)與一個后射流導(dǎo)孔10的外端連通，后射流孔11的中心線與中心噴孔7的中心線位于同一平面上，所有后射流孔11的中心線均與中心通道1的中心線呈10-30°的夾角。

軸承密封組件包括由后向前依次設(shè)置在套筒5內(nèi)壁和空心軸4外壁之間的后密封端蓋12、后橡膠擋圈13、后圓柱滾子軸承14、后限位圈15、后圓錐滾子軸承16、前圓錐滾子軸承17、前限位圈18、前圓柱滾子軸承19、前橡膠擋圈20以及前密封端蓋21，空心軸4外壁后側(cè)和前側(cè)分別開設(shè)有一個環(huán)形槽，后橡膠擋圈13和前橡膠擋圈20分別安裝在空心軸4前側(cè)和后側(cè)的一個環(huán)形槽內(nèi)，套筒5內(nèi)壁設(shè)有位于后圓錐滾子軸承16和前圓錐滾子軸承17之間的環(huán)形凸臺22，后圓錐滾子軸承16和前圓錐滾子軸承17內(nèi)的圓錐滾子的較小端均鄰近環(huán)形凸臺22。

限位擋環(huán)3上設(shè)置有與套筒5后端面頂壓接觸的防霧化限速結(jié)構(gòu)；防霧化限速結(jié)構(gòu)包括摩擦塊23、調(diào)節(jié)彈簧24和調(diào)節(jié)螺栓25，摩擦塊23呈圓柱狀結(jié)構(gòu)，摩擦塊23的長度大于套筒5與限位擋環(huán)3之間的間隙，限位擋環(huán)3上開設(shè)有調(diào)節(jié)孔，調(diào)節(jié)孔的中心線與中心通道1的中心線平行，調(diào)節(jié)彈簧24和摩擦塊23設(shè)置在調(diào)節(jié)孔內(nèi)，調(diào)節(jié)螺栓25由調(diào)節(jié)孔后端伸入并螺紋連接到調(diào)節(jié)孔內(nèi)，調(diào)節(jié)螺栓25前端通過調(diào)節(jié)彈簧24與摩擦塊23后端頂壓配合，摩擦塊23前端與套筒5后端面頂壓接觸。

動靜環(huán)密封結(jié)構(gòu)包括預(yù)緊彈簧26、摩擦副靜環(huán)27、摩擦副動環(huán)28和密封圈29，空心軸4的內(nèi)壁前端部開設(shè)有后環(huán)形臺階槽，旋轉(zhuǎn)噴頭6在中心噴孔7內(nèi)壁后端開設(shè)有前環(huán)形臺階槽，預(yù)緊彈簧26和摩擦副靜環(huán)27安裝在后環(huán)形臺階槽內(nèi)，摩擦副動環(huán)28安裝在前環(huán)形臺階槽內(nèi)，預(yù)緊彈簧26后端頂壓在后環(huán)形臺階槽的后端面上，預(yù)緊彈簧26前端與摩擦副靜環(huán)27后端頂壓配合，摩擦副靜環(huán)27前端面與摩擦副動環(huán)28后端面頂壓密封配合；空心軸4內(nèi)壁上開設(shè)有位于后環(huán)形臺階槽內(nèi)的密封槽，密封圈29安裝在密封槽內(nèi)并與摩擦副靜環(huán)27的外壁密封配合。

空心軸4的內(nèi)壁在后環(huán)形臺階槽的后端處設(shè)置有圓錐形過渡結(jié)構(gòu)30，圓錐形過渡結(jié)構(gòu)30呈后細前粗形狀，圓錐形過渡結(jié)構(gòu)30的前端面的直徑小于預(yù)緊彈簧26的外徑且大于預(yù)緊彈簧26的內(nèi)徑。

本實用新型旨在保證工程安全實施的前提下并且高效的純射流破煤、破巖，高壓膠管與管接頭2連接，來自高壓水泵的高壓射流通過高壓膠管進入到中心通道1內(nèi)，高壓水流一部分將進入限位擋環(huán)3內(nèi)的后射流導(dǎo)孔10，并通過后射流孔11向后噴出，由于后射流孔11中心線與中心通道1中心線位于同一平面上，這樣不會使限位擋環(huán)3和主軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的動力，后射流孔11中心線與中心通道1中心線夾角在13°左右，以提供本實用新型在擴孔過程中前進時的動力，同時起到清孔作用。高壓水流的另外一部分進入到與套筒5前端相連的旋轉(zhuǎn)噴頭6的中心噴孔7內(nèi)，再由中心噴孔7進入前射流導(dǎo)孔8，并通過前射流孔9向前噴出，由于前射流孔9的中心線偏離中心噴孔7的中心線，并且所有前射流孔9的中心線均與中心噴孔7的中心線呈10-30°的夾角，這樣使一部分高壓水在前射流孔9中高速射出同時可以作為使動力使得旋轉(zhuǎn)噴頭6和與之相連的套筒5高速旋轉(zhuǎn)，形成向外噴射且具有旋轉(zhuǎn)力的水射流，進而使得這種水射流作用到地下煤層中達到切割和破煤鉆孔的目的。本實用新型的旋轉(zhuǎn)噴頭6包括一個的直向的中心噴孔7，其軸線與空心軸4軸線重合，多個前射流孔9的噴水方向成旋風(fēng)狀，噴出的高壓水流所形成法向轉(zhuǎn)矩帶動旋轉(zhuǎn)噴頭6和套筒5繞空心軸4按照一定的方向旋轉(zhuǎn)并在高壓水的作用下高速旋轉(zhuǎn)。

在高壓水流的作用下，擠壓旋轉(zhuǎn)噴頭6，空心軸4將會產(chǎn)生軸向移動，為保證空心軸4和旋轉(zhuǎn)噴頭6連接處的密封性，本實用新型中采取動靜環(huán)密封結(jié)構(gòu)，預(yù)緊彈簧26提供初始壓力，使摩擦副靜環(huán)27前端緊壓摩擦副動環(huán)28后端面，保證初始狀態(tài)的密封，隨著泵壓的增大，由于本實用新型在空心軸4的內(nèi)壁的后環(huán)形臺階槽的后端處設(shè)置有圓錐形過渡結(jié)構(gòu)30，高壓水流會壓迫預(yù)緊彈簧26，增大預(yù)緊彈簧26的彈力，預(yù)緊彈簧26使摩擦副靜環(huán)27前端進一步緊壓摩擦副動環(huán)28后端面，隨著泵壓的增大，摩擦副靜環(huán)27受到的壓力越大，摩擦副靜環(huán)27與摩擦動靜環(huán)之間的接觸面上的壓力越大，密封能力越強，避免漏水。

本實用新型設(shè)置了一種具有防霧化限速結(jié)構(gòu)，其旨在防止射流霧化并加強承載能力和使用壽命，以有效的提升裝置的耐久性，進而大幅度提升破巖效率。在實際工作狀態(tài)中由于水壓過大，旋轉(zhuǎn)速度過快，使得噴出的水流霧化無法達到集中破巖的效果。故根據(jù)在實際生產(chǎn)應(yīng)用中的需求，并遵循操作簡便安全并可調(diào)速的原則，本實用新型設(shè)計出用加入摩擦塊23摩擦減速的結(jié)構(gòu)對套筒5作減速處理：摩擦塊23長度遠遠大于限位擋環(huán)3與套筒5之間的間隙，同時使摩擦塊23緊緊貼靠于套筒5后端表面。內(nèi)部的摩擦塊23同時由調(diào)節(jié)螺栓25通過調(diào)節(jié)彈簧24進行預(yù)緊，通過對調(diào)節(jié)螺栓25預(yù)緊力大小的改變，從而有效的改變套筒5和旋轉(zhuǎn)噴頭6的旋轉(zhuǎn)速度。

針對礦下煤層環(huán)境復(fù)雜，巖層有松有軟，對于旋轉(zhuǎn)噴頭6的周向和軸向載荷具有較大的波動，對內(nèi)部零件沖擊大，使得現(xiàn)有擴孔裝置壽命短、破巖效率低下的問題，本實用新型本著盡量縮小擴孔裝置整體尺寸，消除主軸上零件的應(yīng)力集中的實用原則，設(shè)計出合適的結(jié)構(gòu)使其內(nèi)部構(gòu)成更加合理以增強其承載能力和使用壽命進而加提升其工作效率：在空心軸4外表面設(shè)置環(huán)形槽用來安裝前橡膠擋圈20和后橡膠擋圈13，達到裝置內(nèi)部零件的隔離減震效果。在前橡膠擋圈20和后橡膠擋圈13之間采用一對圓錐滾子軸承和一對圓柱滾子軸承，圓錐滾子軸承的小端與套筒5內(nèi)表面的環(huán)形凸臺22接觸，實現(xiàn)對套筒5的軸向定位，同時這兩種軸承、中間的前限位圈18和后限位圈15共同作用實現(xiàn)套筒5的周向定位。兩種軸承的外觀尺寸都較小，有效的保證擴孔裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的緊湊。圓柱滾子軸承的定心性強，承載能力強，外圈可以與內(nèi)圈存在一定的軸向錯動，當載荷突變時內(nèi)圈與外圈的錯動可以有效的避免零件的損壞。圓錐滾子軸承可以同時承受軸向和周向兩種載荷，承載能力強同時能減輕滾子軸承收到的沖擊載荷，保證軸承的定位可靠和使用壽命。

本實施例并非對本實用新型的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍。