專利名稱:繩索取芯鉆具的功能機(jī)構(gòu)的制作方法
本發(fā)明為繩索取芯鉆具的打撈定位機(jī)構(gòu)、可調(diào)式到位報信機(jī)構(gòu)和可調(diào)式巖芯堵塞報信機(jī)構(gòu)。
當(dāng)繩索取芯鉆具從地面拉起(或往地面拖放)時，由于取芯器和打撈器長度較大，鉆具重力所造成的彎矩，有時可使矛頭從打撈器中脫出，造成鉆具脫落，有時則造成打撈鉤或撈矛頭單動軸的彎曲或損壞。增設(shè)矛頭絞鏈機(jī)構(gòu)可避免上述事故的發(fā)生?，F(xiàn)有的矛頭絞鏈機(jī)構(gòu)采用彈簧卡槽定位方法，矛頭只能在鉆具軸所在的一個平面內(nèi)轉(zhuǎn)動±90°，其轉(zhuǎn)動自由度小，且工作時定位不可靠。
現(xiàn)有的彈卡機(jī)構(gòu)使用扭轉(zhuǎn)彈簧以提供張力，使彈卡張開定位。使用這種扭轉(zhuǎn)彈簧，結(jié)構(gòu)簡單。由于扭轉(zhuǎn)彈簧必須給予彈卡足夠大的張力，并能承受較大的應(yīng)力變化，因此，它應(yīng)具有較大的剛度和韌性。然而，受可容空間所限，彈簧的圈數(shù)不能多，直徑不能大，因而其抗疲勞性差，使用壽命短。一旦扭轉(zhuǎn)彈簧在鉆進(jìn)過程中損壞，將使鉆具失去定位，導(dǎo)致繩索取芯鉆具失去取芯能力。結(jié)果，不但因被迫打撈鉆具或提鉆而降低工效，還由于所采巖、礦芯的減少而影響工程質(zhì)量。
現(xiàn)有繩索取芯鉆具的到位報信機(jī)構(gòu)有閥桿式和球閥式。鉆具到位后水路被堵，使泵壓升高，從而達(dá)到報信目的。鉆進(jìn)不同孔深地段所需的報信壓力隨孔深而改變。然而，這兩種到位報信機(jī)構(gòu)不但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，易出故障，工作不可靠，報信壓力也不易調(diào)整。
彈性閥片式巖芯堵塞報信機(jī)構(gòu)在巖芯堵塞時，閥片軸向被壓縮，徑向則膨大，以致部分或全部堵塞內(nèi)外管間的環(huán)狀液流斷面，使泵壓升高而報信。這種巖芯堵塞報信機(jī)構(gòu)動作靈敏，報信可靠。為適應(yīng)鉆進(jìn)不同地層的需要，報信時巖芯堵塞所造成的閥片軸向壓力應(yīng)有較大的調(diào)整范圍?，F(xiàn)有的彈性閥片式巖芯堵塞報信機(jī)構(gòu)在調(diào)整報信軸向壓力時須拆開鉆具，改變閥片的組合方式或更換不同彈性的閥片，因而調(diào)節(jié)困難。此外，采用此種結(jié)構(gòu)，不能進(jìn)行壓力的連續(xù)調(diào)整。
本發(fā)明的任務(wù)就是要增加撈矛頭彎曲的自由度和定位的可靠性，使它除了能與鉆具軸線彎曲±90°外，還能繞軸線任意旋轉(zhuǎn);去掉抗疲勞性差的扭轉(zhuǎn)彈簧，采用圓柱壓縮彈簧和圓錐桿，使彈卡定位可靠，并以此提高打撈成功率，設(shè)計易調(diào)整的節(jié)流式到位報信機(jī)構(gòu)，設(shè)計易調(diào)整的彈性閥片式巖芯堵塞報信機(jī)構(gòu)。
為解決以上任務(wù)，本發(fā)明作如下設(shè)計如圖1所示，撈矛頭(1)和矛頭座(3)通過銷(5)絞鏈連接。矛頭座(3)和圓錐桿(11)通過銷(7)和長孔(8)相聯(lián)接。兩片彈卡(17)通過彈簧銷(18)裝在彈卡架(12)內(nèi)，彈卡架(12)與簧座(19)通過卡環(huán)(20)相聯(lián)接。彈簧(10)為圓柱狀壓力彈簧。它套在圓錐桿(11)上，裝在彈卡架(12)內(nèi)，一端與簧座(19)的內(nèi)環(huán)狀底面(9)相接觸，另一端則壓在圓錐桿(11)的錐頭環(huán)狀端面(14)上，在彈簧(10)的作用下，圓錐桿(11)的錐頭(16)擠向兩片彈卡(17)之間，使其向外張開，一旦彈卡(17)張開到位，圓錐桿(11)的錐頭圓柱(15)即可進(jìn)入兩片彈卡(17)間并將其鎖住，使彈卡(17)不能合攏。
如圖2所示，當(dāng)撈矛頭(1)從回收管(13)內(nèi)拉出，矛頭座(3)帶動圓錐桿(11)上移，使錐頭(16)和錐頭圓柱(15)從兩片彈卡(17)間退出，并壓縮圓柱彈簧(10)。繼續(xù)拉動撈矛頭(1)，則矛頭座(3)的環(huán)狀端面(6)碰到回收管(13)的環(huán)狀底面(4)，帶動后者上移，彈卡(17)在回收管(13)的斜面(21)作用下得以合攏，鉆具便可拉起。撈矛頭(1)從回收管(13)拉出后，以銷(5)為軸可轉(zhuǎn)動±90°，并能以鉆具軸線(2)為軸任意轉(zhuǎn)動。圖2所示的撈矛頭(1)在從回收管(13)拉出后，不僅以銷(5)為軸轉(zhuǎn)了90°，且以鉆具軸線(2)為軸相對圖1轉(zhuǎn)了一角度。
以上結(jié)構(gòu)不但增加了撈矛頭的自由度，而且提高了其定位的可靠性。圓柱壓力彈簧和圓錐桿所組成的彈卡自鎖結(jié)構(gòu)，不僅保證了彈卡定位的可靠性，而且提高了彈簧的使用壽命。
本發(fā)明設(shè)計了可調(diào)節(jié)流式到位報信機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)如圖3所示，由彈卡架(12)上的通水孔(22)、套(25)、鍵(24)和卡簧圈(23)等組成。套(25)與回收管(13)絲扣聯(lián)接，當(dāng)鉆具投放到位，懸掛環(huán)(26)坐于座環(huán)(27)上切斷內(nèi)外管間的環(huán)狀液流斷面時，沖洗液被迫通過彈卡架(12)上的通水孔(22)，經(jīng)懸掛接頭(28)、通水孔(29)，繞過懸掛環(huán)(26)，回到下部液流環(huán)狀斷面。
液流斷面突然改變處，液流壓力增長計算公式為P＝ξ (V2)/(2g) γ，Pa……(1)式中P-壓力增長，Pa;
ξ-局部壓力增長系數(shù);
V-液體流速，m/s;
g-重力加速度，9.81m/s2;
γ-液體重度，N/m2。
液體流速公式為V＝ (Q)/(S) ，m/s……(2)式中Q-體積流率，m3/S;
S-液流斷面，m2。
將式(2)代入式(1)，則得P＝ξ (γ)/(2g) · (Q3)/(S2) ，Pa……(3)從式(3)可以看出，在ξ、γ、g和Q不變情況下，壓力變化與S2成反比。因此，通過改變S，即可有效地調(diào)整P，當(dāng)S減少到S/2，則P將增大到4P。
調(diào)整步驟如下取下卡簧圈(23)(圖4)，取出鍵(24)，通過調(diào)整套(25)絲扣，使套(25)與彈卡架(12)作相對運(yùn)動，以改變套(25)對彈卡架(12)上通水孔(22)的遮擋
，并使回收管(13)絲扣部和套(25)絲扣部的鍵槽相重合，然后把鍵(24)嵌入回收管絲扣鍵槽和套絲扣鍵槽內(nèi)，使套(25)定位，卡簧圈(23)卡在套卡簧槽里，防止鍵(24)脫落，圖4中的套(25)已調(diào)到遮擋彈卡架(12)上通水孔(22)的一部分。
為了使卡簧圈(23)定位可靠，且易于取放，將其設(shè)計為圖6所示形狀，卡簧圈體(23)與套(25)上的卡簧槽(30)(圖8)相一致，長度應(yīng)大于半圓周長，小于3/4圓周長，最好為2/3圓周長?？ɑ扇?23)的一端有小鉤(31)，安裝時將此小鉤(31)嵌在套(25)的定位槽(32)內(nèi)(圖8)，即可防止卡簧圈(23)在卡簧槽(30)內(nèi)轉(zhuǎn)動。鍵(24)如圖7所示，鍵身(33)在工作時插入回收管(13)和套(25)的鍵槽(34)內(nèi)，使套(25)定位。鍵頭(35)壓在卡簧圈(23)下，使鍵(24)不能意外地脫出，套(25)的形狀如圖8所示，車扣一端加工了卡簧槽(30)、缺口(36)、絲扣上的鍵槽(34)及卡簧定位槽(32)。
從公式(3)還可看出，當(dāng)ξ、γ、g和S為一定值，Q降到Q/2時，P將減少到P/4，因此，這種可調(diào)節(jié)流式到位報信機(jī)構(gòu)，在開足泵量沖送鉆具時，鉆具到位后，泵壓持續(xù)上升量大，信號明顯，易于觀察，不會漏掉。而鉆進(jìn)時改用小泵量，隨著液流量的減小，報信部位的壓力損耗以液流量的平方倍下降。這種到位報信機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，容易調(diào)整，調(diào)整范圍大，連續(xù)可調(diào)，工作可靠，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
巖芯堵塞報信機(jī)構(gòu)的設(shè)計原理是，空心圓柱形彈性閥片軸向受壓時其軸向長度減小，直徑變大。若使相同性能和直徑的閥片產(chǎn)生相同的直徑變形量，閥片軸向長度大時，所需軸向壓力小;閥片長度小，則所需壓力大。根據(jù)這一原理，通過調(diào)整閥片可產(chǎn)生徑向變形的自由面長度，以改變所需壓縮力的辦法，實現(xiàn)對巖芯堵塞報信壓力的調(diào)節(jié)，具體作法如下通過對一個專用套的調(diào)節(jié)，以罩住閥片的不同長度，使所罩部分不能自由發(fā)生徑向變形，藉以縮短閥片可自由發(fā)生徑向變形部分的長度，以調(diào)整巖芯堵塞報信壓力。采用本發(fā)明中可調(diào)節(jié)流式到位報信機(jī)構(gòu)中的套(25)、鍵(24)和卡簧圈(23)諸零件。套(25)與懸掛接頭(28)以絲扣聯(lián)接(圖3)。通過對此聯(lián)接絲扣的調(diào)整，套(25)與懸掛接頭(28)作相對運(yùn)動，從而罩住部分閥片(38)，或?qū)⑵渫耆ㄩ_(圖3為完全敞開)，以改變巖芯堵塞報信時所需壓力。閥片(38)用聚氨脂制作，形狀如圖5所示，由大直徑圓柱段(39)和小直徑圓柱段(40)所構(gòu)成，在大直徑圓柱段(39)上平行閥片軸線對稱地切去兩片柱面(41)，使閥片(38)在發(fā)生彈性變形遮擋液流斷面時，允許少量沖洗液流過。這樣，既可使泵壓提高而報信，又不致因沖洗液的完全中斷而燒鉆。巖芯堵塞報信機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)方法與到位報信機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)方法一樣。
圖3所示為巖芯堵塞報信壓力最小時的狀態(tài)。此時，閥片(38)的圓柱面全部為自由面，其可變形長度為閥片(38)的整個長度。而圖4則為巖芯堵塞報信壓力最大時的狀態(tài)。此時，套(25)已將閥片(38)的小直徑圓柱面(40)完全罩住，使其不能發(fā)生徑向彈性形變，只有大直徑圓柱段(39)能在巖芯堵塞所造成的壓力作用下發(fā)生彈性變形。在這種情況下，由于閥片(38)變形長度大大減小，產(chǎn)生同樣變形量時所需的壓力也將大大增加?？赏ㄟ^選擇不同硬度聚氨脂及閥片(38)長度辦法來保證所需巖芯堵塞壓力。
此可調(diào)節(jié)的巖芯堵塞報信機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，壓力調(diào)節(jié)范圍大，并連續(xù)可調(diào)，工作可靠，調(diào)整方便。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明的功能機(jī)構(gòu)①矛頭絞鏈、彈卡自鎖限位機(jī)構(gòu)由撈矛頭、彈卡、回收管、彈卡架、彈卡擋頭等零件所組成；②到位報信機(jī)構(gòu)由回收管、彈卡架、懸掛環(huán)、座環(huán)等零件所組成；③巖芯堵塞報信機(jī)構(gòu)由懸掛接頭、套、鍵、卡簧圈、閥片等零件構(gòu)成；其特點(diǎn)在于①撈矛頭(1)可從回收管(13)中拉出，然后能以銷(5)為軸轉(zhuǎn)動±90°，同時還可以鉆具中心線(2)為軸自由轉(zhuǎn)動，利用圓柱彈簧(10)和圓錐桿(11)使彈卡(17)定位可靠；②套(25)與回收管(13)絲扣聯(lián)接，通過調(diào)整絲扣，使套(25)與回收管(13)作相對運(yùn)動，以改變套(25)對彈卡架(12)上通水孔(22)的遮擋量。鍵(24)嵌入回收管絲扣鍵槽和套絲扣鍵槽(34)內(nèi)使套(25)定位(圖8)，卡簧圈(23)卡在套卡簧槽(30)里，防止鍵(24)脫落，以調(diào)節(jié)報信壓力；③套(25)同懸掛接頭(28)以絲扣聯(lián)接，通過絲扣調(diào)整，套(25)可與懸掛接頭(28)作相對運(yùn)動，從而罩住部分閥片(38)或完全敞開，以改變巖芯堵塞報信時所需壓力，鍵(24)嵌入懸掛接頭鍵槽和套絲扣鍵槽(34)里，使套(25)定位，卡簧圈(23)卡入套卡簧槽(30)里，防止鍵(24)脫落。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的本發(fā)明，其特點(diǎn)在于①卡簧圈(23)的形狀與套卡簧槽(30)一致，卡簧圈(23)長度應(yīng)大于半圓周長、小于3/4圓周長，最好為2/3圓周長，一端有小鉤(31)，嵌于套(25)上的定位槽(32)內(nèi)，防止卡簧圈轉(zhuǎn)動;②閥片(38)用不同硬度的聚氨脂制作，由大、小兩個直徑段所組成，直徑小的圓柱(40)可進(jìn)入套(25)，直徑大的圓柱(39)面平行于軸對稱地切去兩片(41)。
專利摘要
本發(fā)明公開一種繩索取芯鉆具用的矛頭可自由轉(zhuǎn)動、彈卡由圓錐桿自鎖的矛頭絞鏈、彈卡自鎖限位機(jī)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)液流孔斷面大小以改變到位報信壓力的到位報信機(jī)構(gòu)和利用調(diào)節(jié)彈性閥片自由面長度，來改變巖芯堵塞報信壓力的巖芯堵塞報信機(jī)構(gòu)。后兩者結(jié)構(gòu)簡單，連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍大，工作可靠，易于調(diào)節(jié)。
文檔編號E21B25/00GK86106661SQ86106661
公開日1988年5月18日 申請日期1986年10月7日
發(fā)明者婁述德 申請人:北京市地質(zhì)機(jī)械廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan