本发明专利技术涉及水射流技术领域，具体涉及一种腔长可调的自激振荡射流钻头及水射流装置，包括轴体、筒体和旋转体，轴体内部设有流体通道，轴体外表面固定有键体，筒体内表面后部设有与键体突出于轴体外表面部分对应配合的轴向滑槽，筒体内表面后部设有若干个间隔分布且与轴向滑槽连通的径向限位槽；旋转体后部内孔与筒体外表面旋转配合连接，旋转体前端设有若干个喷嘴，旋转体内表面、轴体前端面和筒体内表面合围形成自激振荡腔；键体沿着筒体内部轴向滑槽前后移动至不同位置，沿径向限位槽旋转至径向限位槽底部，实现自激振荡腔的腔长可调。其操作简单，能够适应于各种工程场景和不同的配套装备，获取最佳的振荡效果。获取最佳的振荡效果。获取最佳的振荡效果。
【技术实现步骤摘要】
一种腔长可调的自激振荡射流钻头及射流装置
[0001]本专利技术涉及水射流
，具体涉及一种腔长可调的自激振荡射流钻头及水射流装置。
技术介绍
[0002]水射流技术已经广泛应用于生活和工业的各个领域。目前，水射流大致可以分为三种类型：连续射流、脉冲射流、空化射流。连续水射流技术在地下空间破岩钻进工程如井下煤层气开采、石油径向水平井等领域已经取得广泛的应用，而水射流钻头在其中发挥着破岩和钻进的作用。目前应用于这些工程领域的钻头主要包括：多孔直射流钻头、旋转射流钻头和直旋混合射流钻头。多孔直射流钻头成孔不圆整，不利于钻头的钻进；直旋混合射流结构复杂，水射流能量损失大；而旋转射流钻头因其旋转的工作特点，对岩石表面产生疲劳破坏，且成孔圆整，破岩面积大，能很好的适用于地下空间破岩钻进工程，但旋转射流易雾化，速度衰减快，破岩效果受靶距影响较大。脉冲射流是非连续射流，脉冲水射流利用水力冲击——水锤作用产生的巨大瞬态能量, 来达到切割或破碎材料等目的。脉冲射流中一类重要的类型就是自激振荡脉冲射流，很多文献表明自激振荡脉冲射流能够更有效的利用能量和锤击压力，其破岩性能优于连续水射流。如中国专利CN110359855A《具有防失速装置的自旋转射流钻头用喷头》描述的钻头结构复杂，加工困难，并且体积较大不适用于煤矿井下受限空间的使用；专利CN103752433A《一种高压水射流自激振荡喷嘴装置》利用自激振荡腔产生脉冲射流，但射流孔单一，不能用来破岩钻进。
[0003]总体上，目前自激振荡射流钻头的自激振荡腔的腔长调节不便，针对不同工程场景或不同的配套装备，需要更换射流钻头，重新进行调试，影响作业效率。并且目前地下空间破岩钻进工程如井下煤层气开采，油藏石油开采等领域应用的水射流钻头任存在以下问题：1）自旋转射流钻头虽然成孔圆整，但射流能量衰减快，易产生雾化；2）自激振荡射流钻头产生的射流直径小，不适用于地下空间钻进作业；3）现有自旋转钻头结构复杂，尺寸大，不利于钻头的转向钻进；4）没有一种既能应用于煤矿井下受限空间中煤层气的抽采和石油领域径向水平井钻进的钻头。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种腔长可调的自激振荡射流钻头及水射流装置，其能够调节自激振荡腔的腔长，操作简单，能够适应于各种工程场景和不同的配套装备，以获取最佳的振荡效果。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：第一方面，本专利技术提供了一种腔长可调的自激振荡射流钻头，包括轴体、筒体和旋转体，所述轴体内部设有流体通道，轴体外表面固定有键体，所述筒体内表面后部设有与键体突出于轴体外表面部分对应配合的轴向滑槽，筒体内表面后部设有若干个间隔分布且与轴向滑槽连通的径向限位槽；所述旋转体后部内孔与筒体外表面旋转配合连接，旋转体前
端设有若干个喷嘴，旋转体内表面、轴体前端面和筒体内表面合围形成自激振荡腔，所述流体通道出口和喷嘴入口与自激振荡腔连通；所述键体沿着筒体内部轴向滑槽前后移动至不同位置后，沿径向限位槽旋转至径向限位槽底部，实现自激振荡腔的腔长可调。
[0006]进一步，所述轴体前部外表面与筒体前部内表面之间固定有密封圈。
[0007]进一步，所述筒体前部外表面周向设有若干个凹槽，所述若干个凹槽沿筒体轴向间隔布置。
[0008]进一步，所述筒体外表面周向均匀设有若干个径向盲孔，径向盲孔内通过弹簧滑动连接有底座，底座自由端支撑连接滚珠，所述旋转体后部内孔表面环设有与所述滚珠对应配合的滑槽。
[0009]进一步，所述旋转体前端内侧表面朝自激振荡腔方向凸起设置。
[0010]进一步，所述喷嘴包括中心喷嘴、中间喷嘴和若干个周向均匀布置于旋转体前端的旋转喷嘴；所述中心喷嘴的轴线与旋转体的轴线重合；所述中间喷嘴的轴线的延长线与中心喷嘴的轴线相交并形成预设张角，所述中间喷嘴的轴线和旋转体后端面相交的位置与中心喷嘴的轴线之间的距离记为Lm，所述Lm与流体通道出口直径d1之间的比值即Lm/d1在0.5~0.75之间;所述旋转喷嘴的轴线与中心喷嘴的轴线不在同一平面内，两者相距预设距离Le，所述旋转喷嘴的轴线与中心喷嘴的轴线形成预设倾角。
[0011]进一步，所述筒体后端设有径向朝外延伸的限位凸起，该限位凸起与旋转体后端位置相对应，当自激振荡射流钻头喷射射流时，由于射流的反冲力，使得旋转体后端与筒体上的限位凸起接触形成密封。
[0012]进一步，所述筒体包括套筒以及可拆卸连接于套筒外壁上的中间件，所述旋转体后部内孔与中间件外表面旋转配合连接。
[0013]进一步，所述旋转体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体后部内孔与筒体外表面旋转配合连接，第一壳体前部外表面与第二壳体后部内表面可拆卸连接，所述喷嘴设置于第二壳体上。
[0014]第二方面，本专利技术提供了一种水射流装置，其包括上述的腔长可调的自激振荡射流钻头。
[0015]本专利技术的有益效果：1、本专利技术通过在所述筒体内表面后部设置与键体突出于轴体外表面部分对应配合的轴向滑槽，筒体内表面后部设置若干个间隔分布且与轴向滑槽连通的径向限位槽，轴体外表面固定的键体能够沿着筒体内部轴向滑槽前后移动至不同位置后，沿径向限位槽旋转至径向限位槽底部，实现自激振荡腔的腔长可调，自激振荡腔的腔长可通过榫卯连接进行调节，操作简单，能够适应于各种工程场景和不同的配套装备，以获取最佳的振荡效果。
[0016]2、本专利技术设置于旋转体前端的喷嘴包括中心喷嘴、中间喷嘴和若干个周向均匀布置于旋转体前端的旋转喷嘴，结合旋转体的布置，使得钻头工作时能够实现自旋转，结合了自旋转射流能够产生成孔圆整、成孔面积大的优势和自激振荡脉冲射流能够更有效利用能量和锤击压力的特点，形成了一种自激振荡
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自旋转射流新的射流形式，弥补了旋转射流能量衰减快的缺点，大大提高了破岩和钻进的效果。
[0017]3、本专利技术通过通过具有不同张角和倾角喷嘴，对岩石施加切向和径向作用力的同时还能通过旋转、振荡周期性施加作用力，加速岩石破碎，提高了钻进的效率。
[0018]4、本专利技术所述腔长可调的自激振荡射流钻头结构简单、可拆卸，加工简单，尺寸大小可根据使用场景进行针对性设计，适用性强。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例中所述腔长可调的自激振荡射流钻头的剖面结构示意图；图2为本专利技术实施例中所述轴体的结构示意图；图3为本专利技术实施例中所述套管的结构示意图；图4为本专利技术实施例中所述中间件的结构示意图；图5为图4的A
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A截面示意图；图6为本专利技术实施例中所述滚珠的配合示意图；图7为本专利技术实施例中所述第一壳体的结构示意图；图8为本专利技术实施例中所述第二壳体的结构示意图；图9为本专利技术实施例中腔长调整至最大时自激振荡射流钻头的剖面结构示意图。
[0020]图中，1—轴体，11—流体通道，12—第一安装槽，13—第二安装槽，2—筒体，21—轴向滑槽，22—径向限位槽，23—径向盲孔，24—凹槽，25—限位凸起，26—套筒，27—中间件，3—旋转体，31本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种腔长可调的自激振荡射流钻头，其特征在于：包括轴体（1）、筒体（2）和旋转体（3），所述轴体（1）内部设有流体通道（11），轴体（1）外表面固定有键体（4），所述筒体（2）内表面后部设有与键体（4）突出于轴体（1）外表面部分对应配合的轴向滑槽（21），筒体（2）内表面后部设有若干个间隔分布且与轴向滑槽（21）连通的径向限位槽（22）；所述旋转体（3）后部内孔与筒体（2）外表面旋转配合连接，旋转体（3）前端设有若干个喷嘴（5），旋转体（3）内表面、轴体（1）前端面和筒体（2）内表面合围形成自激振荡腔（6），所述流体通道（11）出口和喷嘴（5）入口与自激振荡腔（6）连通；所述键体（4）沿着筒体（2）内部轴向滑槽（21）前后移动至不同位置后，沿径向限位槽（22）旋转至径向限位槽（22）底部，实现自激振荡腔（6）的腔长可调。2.根据权利要求1所述的腔长可调的自激振荡射流钻头，其特征在于：所述轴体（1）前部外表面与筒体（2）前部内表面之间固定有密封圈（7）。3.根据权利要求1或2所述的腔长可调的自激振荡射流钻头，其特征在于：所述筒体（2）前部外表面周向设有若干个凹槽（24），所述若干个凹槽（24）沿筒体（2）轴向间隔布置。4.根据权利要求1或2所述的腔长可调的自激振荡射流钻头，其特征在于：所述筒体（2）外表面周向均匀设有若干个径向盲孔（23），径向盲孔（23）内通过弹簧（8）滑动连接有底座（9），底座（9）自由端支撑连接滚珠（10），所述旋转体（3）后部内孔表面环设有与所述滚珠（10）对应配合的滑槽（33）。5.根据权利要求1或2所述的腔长可调的自激振荡射流钻头，其特征在于：所述旋转体（3）前端内侧表面朝自激振荡腔（6）方向凸起设置。6.根据权利要求1或2所述的腔长可调的自激...
【专利技术属性】
技术研发人员：周哲，葛兆龙，刘湘杰，卢义玉，李倩，张娣，张宏伟，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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