CN101250977A - 一种深海岩芯取样钻机钻进动力头 - Google Patents
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Abstract
一种深海岩芯取样钻机钻进动力头，其包括圆柱形壳体，壳体上下两端分别通过带密封垫的上盖和下盖封闭；上盖上安装有液压马达，主轴通过轴承安装于壳体内，液压马达输出轴与主轴之间通过键连接，主轴上部套有棘轮，棘轮通过键与主轴连接；壳体侧面焊接有卸扣油缸；卸扣油缸的油缸盖或油缸体上设有卸扣油缸油管接口；卸扣油缸内的卸扣活塞带有扭力弹簧和棘爪及棘爪销；主轴通过键与可抛弃连接轴连接，可抛弃连接轴通过置于主轴中下部对称设置的变径通孔内的钢球与主轴轴向固定；可抛弃连接轴通过螺纹与钻杆连接；主轴外面套有带密封圈的环形弃轴活塞组件。本发明可在小功率的海底岩芯取样钻机上实现强力拧卸钻杆丝扣，应急抛弃钻杆；结构简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种深海岩芯取样钻机钻进动力头，尤其是涉及一种具有强力拧卸钻杆丝扣和应急抛弃钻杆功能的深海岩芯取样钻机钻进动力头。
背景技术
现代海底资源勘探，许多时候要用到海底岩芯取样钻机，这种钻机一般装备于大型远洋科学调查船上，用铠装脐带电缆吊放至海底，通过铠装脐带电缆供电和通讯遥控在海底钻探取得岩芯。当海底岩芯取样钻机的钻进深度超过十米时，往往需要使用顺次连接的多根钻杆，这就需要采用钻杆接卸机构。由于钻杆丝扣在钻进过程中有可能被拧得很紧，拧卸钻杆时往往需要钻机的钻进动力头具有强大的反向扭力矩。当钻机的铠装脐带电缆能够提供的电功率充足，钻机配备有足够强大的液压动力系统时，可以依靠钻机钻进动力头上的大扭矩液压马达就能实现钻杆的强力拧卸。但很多远洋科学考察船并未装备可以提供强大电力的铠装脐带电缆，海底岩芯钻机能够得到的电功率十分有限，仅依靠钻机钻进动力头上的液压马达不能实现钻杆的强力拧卸。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型深海岩芯取样钻机钻进动力头，该钻进动力头可用于具有钻杆接卸功能的液压传动海底岩芯取样钻机，可在其液压马达功率较小的情况下实现强力拧卸钻杆功能，并可在发生事故时瞬间抛弃钻杆。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：其包括圆柱形壳体，壳体上下两端分别通过带密封垫的上盖和下盖封闭；壳体侧面焊接卸扣油缸；上盖上安装有液压马达，上部套有棘轮的主轴通过轴承安装于壳体内，棘轮通过键与主轴连接，液压马达输出轴与主轴之间通过键连接；卸扣油缸的油缸盖或油缸体上设有油管接口；卸扣油缸内的卸扣活塞带有扭力弹簧和棘爪及棘爪销；主轴通过键与可抛弃连接轴连接，可抛弃连接轴且通过置于主轴中下部对称设置的变径通孔内的钢球与主轴固定；可抛弃连接轴通过螺纹与钻杆连接；主轴外面套有带密封圈的环形弃轴活塞组件。
所述环形弃轴活塞组件可由弃轴活塞、固定环、下部为喇叭口形状的钢球卡套、弹性卡环构成，固定环、钢球卡套套在环形弃轴活塞的内部，通过弹性卡环封挡，弃轴活塞与活塞套配套安装。
所述主轴中下部对称设置的变径通孔数可为2-12个，优选4-10个，每个通孔内放有大小相适配的钢球各1个。
本发明成功地解决了小功率海底岩芯取样钻机强力拧卸钻杆丝扣问题；而且，当发生事故，钻具被岩层卡住时，可以瞬间将被卡住的钻杆脱开，使钻机可以安全返回船上；结构简单，紧凑，易于加工制造；工作可靠。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构示意图；
图2为图1A-A向剖视图。
图中：1-液压马达，2-上盖，3-壳体，4-轴承，5-棘轮，6-主轴，7-弃轴活塞，8-键，9-活塞套，10-下盖，11-油封，12-卸扣油缸，13-卸扣活塞，14-棘爪，15-密封圈，16-弃轴油缸油管接口，17-钢球，18-可抛弃连接轴，19-钻杆，20-油缸盖，21-扭力弹簧，22-棘爪销，23-卸扣油缸油管接口，24-密封垫，25-焊缝，26-固定环，27-钢球卡套，29-过水环，30-弹性卡环，31-供水管
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
参照图1、2，本实施例包括圆柱形壳体3，壳体3上下两端别通过上盖2和下盖10封闭，壳体3与上盖2和下盖10之间通过密封垫24密封；壳体3侧面通过焊缝25焊接有卸扣油缸12；上盖2上安装有液压马达1，上部套有棘轮5的主轴6通过轴承4安装于壳体3内，棘轮5通过键与主轴6连接，液压马达1输出轴与主轴6之间通过键连接；卸扣油缸12的油缸盖20上设有卸扣油缸油管接口23；卸扣油缸12内的卸扣活塞13带有扭力弹簧21和棘爪14及棘爪销22；主轴6通过键8与可抛弃连接轴18连接，可抛弃连接轴18且通过置于主轴6中下部变径通孔内的钢球17与主轴6固定；可抛弃连接轴18通过螺纹与钻杆19连接，钻杆19下部安装有钻头(图中未示出)；主轴6外面套有带密封圈15的环形弃轴活塞组件。正常钻进时，液压马达1输出的旋转运动和扭矩经主轴6和可抛弃连接轴18传递给钻杆19，通过钻杆19下部安装的钻头钻入岩层。
环形弃轴活塞组件由弃轴活塞7、固定环26、下部为喇叭口形状的钢球卡套27、弹性卡环30构成，固定环26、钢球卡套27套在环形弃轴活塞7的内部，通过弹性卡环30封挡，活塞套9与弃轴活塞7配套安装。
主轴6的中下部对称设置的变径通孔为8个，每个通孔内放置有大小相适配的钢球17各1个(图1中可见到两个)。
卸扣油缸12缸体外壳中间部位嵌入壳体3贯通至壳体3内壁的长方形槽中。卸扣油缸12内部圆柱形空腔和壳体3内部圆柱形空腔在空间方位上相互垂直并连通，且卸扣油缸12在壳体3上的焊接位置正好是棘轮5在壳体3内部的安装位置。
卸扣油缸12内的卸扣活塞13，为圆柱形，其柱体侧面开有长方形槽，该长方形槽与卸扣油缸12上连通壳体3内部的长方形槽在宽度和安装方向上均一致；棘爪14通过棘爪销22安装在卸扣活塞13侧面的长方形槽中，由于受到扭力弹簧21的作用可向槽外弹出，当卸扣活塞13运行至卸扣油缸12中部相应位置时，棘爪14将在扭力弹簧21的作用下进入壳体3内部，与壳体3内部安装的棘轮5配合形成棘轮棘爪机构；卸扣油缸12两端部由油缸盖20封闭，可通过卸扣油缸油管接口23向卸扣油缸12内注入高压液压油，推动卸扣活塞13双向移动，从而带动棘爪14双向移动；如图2所示，当卸扣活塞13由下向上运动时，棘爪14进入壳体3内部推动棘轮5反时针方向转动，由于卸扣活塞13可提供相当强大的推力，可使与棘轮5通过键连接的主轴6获得相当大的反转扭矩，该扭矩比液压马达1可提供的反转扭矩大很多，足以将因钻进而拧得很紧的钻杆丝扣拧卸开；当卸扣活塞13位于图中最下部位置时，棘爪14自动缩回卸扣油缸12内，棘轮5及主轴6可以自由正反向转动。
可抛弃连接轴18，与主轴6之间除通过键8连接并传递扭矩外，还通过钢球17轴向固定并传递轴向拉力。由弃轴活塞7、固定环26、钢球卡套27、弹性卡环30构成的环形弃轴活塞组件在上下方向能够同步运动，但由于组件零件之间间隙的存在，主轴6的旋转运动不至于传递给环形弃轴活塞7；当环形弃轴活塞组件处于图2所示位置时，8个钢球17均被钢球卡套27限制在主轴6上的8个通孔内部，其一部分球体凸出于主轴6内壁且正好顶在插入主轴6中的可抛弃连接轴18的带斜面的台阶上，从而将可抛弃连接轴18固定在主轴6内，并可将轴向拉力传递给与可抛弃连接轴18相连的钻杆19。当遇到事故需要抛弃钻杆19时，通过弃轴卸扣油缸油管接口16向弃轴活塞7下部的环形油腔内注入高压液压油，并且使得弃轴活塞7上部的环形油腔回油，弃轴活塞7将向上运动并通过台阶带动钢球卡套27一起向上运动；由于钢球卡套27下部为带锥度的喇叭口，当钢球卡套27内表面对钢球17的约束逐渐放松时，由于钢球17所在主轴6上的通孔的锥度作用，钢球17将自动向主轴6的外表面方向移动，直到钢球17不再能顶住可抛弃连接轴18的台阶，可抛弃连接轴18即可以向下自由脱出，同与之相连的钻杆19一起被抛弃。
活塞套9是为方便安装而设置的零件，与壳体3一起形成弃轴活塞7下部的环形油腔。安装时先安装弃轴活塞组件，再安装活塞套9。
下盖10带有油封11、过水环29及供水管31；从供水管31向下盖10下部的带环形过水腔中供水时，水将通过过水环29进入旋转的可抛弃连接轴18内部的通水孔中，进而进入与可抛弃连接轴18连接的钻杆19中，形成钻孔冲洗水流。
实施例2
主轴6的中下部对称设置的变径通孔为4个，每个通孔内放置有钢球17各1个。其余同实施例1。
Claims (10)
1、一种深海岩芯取样钻机钻进动力头，包括圆柱形壳体(3)，壳体(3)上下两端分别通过带密封垫(24)的上盖(2)和下盖(10)封闭；上盖(2)上安装有液压马达(1)，主轴(6)通过轴承(4)安装于壳体(3)内，液压马达(1)输出轴与主轴(6)之间通过键(8)连接，其特征在于，主轴(6)上部套有棘轮(5)，棘轮(5)通过键与主轴(6)连接；壳体(3)侧面焊接有卸扣油缸(12)；卸扣油缸(12)的油缸盖(20)或油缸体上设有卸扣油缸油管接口(23)；卸扣油缸(12)内的卸扣活塞(13)带有扭力弹簧(21)和棘爪(14)及棘爪销(22)；主轴(6)通过键(8)与可抛弃连接轴(18)连接，可抛弃连接轴(18)且通过置于主轴(6)中下部对称设置的变径通孔内的钢球(17)与主轴(6)轴向固定；可抛弃连接轴(18)通过螺纹与钻杆(19)连接；主轴(6)外面套有带密封圈(15)的环形弃轴活塞组件。
2、如权利要求1所述的深海岩芯取样钻机钻进动力头，其特征在于，所述环形弃轴活塞组件由弃轴活塞(7)、固定环(26)、下部为喇叭口形状的钢球卡套(27)、弹性卡环(30)构成，固定环(26)、钢球卡套(27)套在环形弃轴活塞(7)的内部，通过弹性卡环(30)封挡，弃轴活塞(7)与活塞套(9)配套安装。
3、如权利要求1或2所述的深海岩芯取样钻机钻进动力头，其特征在于，主轴(6)中下部对称设置的变径通孔数为2-12个，每个通孔内放有大小相适配的钢球(17)各1个。
4、如权利要求3所述的深海岩芯取样钻机钻进动力头，其特征在于，主轴(6)中下部对称设置的变径通孔数为4-10个，每个通孔内放有大小相适配的钢球(17)各1个。
5、如权利要求1或2所述的深海岩芯取样钻机钻进动力头，其特征在于，卸扣油缸(12)缸体外壳中间部位嵌入壳体(3)贯通至壳体(3)内壁的长方形槽中，卸扣油缸(12)内部圆柱形空腔和壳体(3)内部圆柱形空腔在空间方位上相互垂直并连通，且卸扣油缸(12)在壳体(3)上的焊接位置正好是棘轮(5)在壳体(3)内部的安装位置。
6、如权利要求3所述的深海岩芯取样钻机钻进动力头，其特征在于，卸扣油缸(12)缸体外壳中间部位嵌入壳体(3)贯通至壳体(3)内壁的长方形槽中，卸扣油缸(12)内部圆柱形空腔和壳体(3)内部圆柱形空腔在空间方位上相互垂直并连通，且卸扣油缸(12)在壳体(3)上的焊接位置正好是棘轮(5)在壳体(3)内部的安装位置。
7、如权利要求1或2所述的深海岩芯取样钻机钻进动力头，其特征在于，所述卸扣活塞(13)为圆柱形，其柱体侧面开有长方形槽，该长方形槽与卸扣油缸(12)上连通壳体(3)内部的长方形槽在宽度和安装方向上均一致，棘爪(14)通过棘爪销(22)安装在卸扣活塞(13)侧面的槽中，与壳体(3)内部的棘轮(5)配合形成棘轮棘爪机构。
8、如权利要求3所述的深海岩芯取样钻机钻进动力头，其特征在于，所述卸扣活塞(13)为圆柱形，其柱体侧面开有长方形槽，该长方形槽与卸扣油缸(12)上连通壳体(3)内部的长方形槽在宽度和安装方向上均一致，棘爪(14)通过棘爪销(22)安装在卸扣活塞(13)侧面的槽中，与壳体(3)内部的棘轮(5)配合形成棘轮棘爪机构。
9、如权利要求5所述的深海岩芯取样钻机钻进动力头，其特征在于，所述卸扣活塞(13)为圆柱形，其柱体侧面开有长方形槽，该长方形槽与卸扣油缸(12)上连通壳体(3)内部的长方形槽在宽度和安装方向上均一致，棘爪(14)通过棘爪销(22)安装在卸扣活塞(13)侧面的槽中，与壳体(3)内部的棘轮(5)配合形成棘轮棘爪机构。
10、如权利要求1或2所述的深海岩芯取样钻机钻进动力头，其特征在于，下盖(10)还带有油封(11)、过水环(29)及供水管(31)。
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100818 Termination date: 20110409 |