專利名稱：連接長(zhǎng)元件的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將多個(gè)長(zhǎng)元件以首尾相連的方式連接在一起的裝置和方法。本發(fā)明可用耒將長(zhǎng)空心管件、長(zhǎng)實(shí)心軸、或其外表面上具有螺紋齒或其它結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)元件連接在一起。
在許多場(chǎng)合，希望將長(zhǎng)元件以首尾相連的方式連接在一起。例如，在鉆井方面，當(dāng)鉆井時(shí)希望將許多段螺旋鉆以首尾相接的方式連接起來。有時(shí)，可能希望將長(zhǎng)實(shí)心軸、或?qū)㈤L(zhǎng)空心管件以首尾銜接的方式連接在一起。
在所有這些應(yīng)用場(chǎng)合，都希望將長(zhǎng)元件的各段剛性地連接在一起，并使它們?cè)诳v向上互相對(duì)準(zhǔn)。并且還希望它們連接成這樣，即當(dāng)施加扭矩給它們時(shí)，它們能作一致的旋轉(zhuǎn)。
美國(guó)第4，821，818號(hào)專利中，公開了分離的管狀螺鉆部件的一種連接系統(tǒng)。每段螺鉆部分的鄰接端包括一個(gè)包圍管端的接頭。鄰接管段之一上的接頭自該管端部朝后設(shè)置，并且該管的端部伸出到接頭的外邊。而另一管段上的接頭則軸向伸出到該管端的外邊。兩接頭的軸端包括凸伸部和凹槽，凸伸部和凹槽嚙合在一起，這樣使管段扣在一起而不能有相互間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。一個(gè)鉸接連接器合攏地包圍著兩個(gè)接頭，并將它們固定在一起，這樣，使連接在一起的管段不能軸向移動(dòng)而互相脫開。
在美國(guó)專利4，821，818中，兩個(gè)接頭采用可在管段端部上滑動(dòng)和焊接的方式固定連接到管段上。這種焊接連接方法做起來既困難又費(fèi)時(shí)。
因此，本發(fā)明的首要目的是提供一種將長(zhǎng)元件以首尾銜接的方式連接在一起的改進(jìn)的裝置和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種連接長(zhǎng)元件的裝置和方法，與美國(guó)第4，821，818號(hào)專利公開的裝置相比，組裝省時(shí)，且非常容易。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種用于將各類長(zhǎng)元件，包括實(shí)心軸，空心管，以及外表具有螺紋齒或其它結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)元件連接在一起的裝置和方法。
本發(fā)明的上述目的可以通過這樣的裝置獲得該裝置包括固定連接到第一、第二長(zhǎng)圓柱件的鄰接軸端的第一接頭和第二接頭。長(zhǎng)圓柱件可以是空心管件、實(shí)心軸、或者其外表具有螺紋齒或者其它結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)元件。第一、二接頭中各包括軸向彼經(jīng)相背離的環(huán)狀接頭臺(tái)肩。第一和第二接頭還包括鄰接端緣，每個(gè)鄰接端緣包括軸向延伸的凸部和凹槽。當(dāng)?shù)谝弧⒌诙宇^連接在一起時(shí)，這些凸部和凹槽互相嚙合在一起，這樣，使兩個(gè)接頭相互一致地轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)接頭沿軸向伸出而焊接到軸或管的軸端，這樣，使兩個(gè)接頭與軸或管連接在一起。采用這種將接頭連接到管端的焊接連接方式，與美國(guó)第4，821，818號(hào)專利公開的接頭與管之間的焊接連接方式相比較，既容易又快。
將一個(gè)長(zhǎng)圓柱連接管壓入兩個(gè)接頭之一的內(nèi)孔中。該連接管伸出被壓入的該接頭軸端之外，且連接管的該伸出部分以配合方式裝入另一接頭內(nèi)孔之中。
一個(gè)鉸式連接器合攏地包圍著兩個(gè)聯(lián)鎖的接頭。該連接器包括一對(duì)隔開的環(huán)狀凸緣，該環(huán)狀凸緣與第一和第二接頭的接頭臺(tái)肩相配合，這樣，將第一、第二接頭扣在一起，使第一、第二接頭在該環(huán)狀凸緣之內(nèi)聯(lián)鎖，從而避免它們軸向相互脫開。上述。連接器還包括兩個(gè)分開的半圓筒，將這兩個(gè)半圓筒鉸接在一起，使它們能夠合攏并包圍在聯(lián)鎖接頭的外邊。


圖1 是一對(duì)采用本發(fā)明而連接在一起的兩段螺旋鉆的正視圖。
圖2 是兩個(gè)連接在一起的管端和將這兩個(gè)管端聯(lián)鎖在一起的鉸式連接器的部件分解圖。
圖3 是沿圖1中的3-3線剖開的剖面圖。
圖4 是在切成兩半和形成本發(fā)明所使用的兩個(gè)接頭之前的長(zhǎng)圓筒的剖面圖。
圖5 是圖4所示的長(zhǎng)圓筒的正視圖，圖中示出了彼此分成兩個(gè)接頭的切割線。
圖6 是沿圖5中6-6線剖開的剖視圖。
圖7 是用于本發(fā)明的鉸式連接器的立體圖。
參見附圖，序號(hào)10總的表示由第一長(zhǎng)管12和第二長(zhǎng)管14構(gòu)成的管件裝置。管12、14用連接器16連接在一起。管12和14分別包括管孔18和20，并包括分別設(shè)置在其外表面上的螺旋片22和24。而管12和14可以是圖示的空心管，也可以是實(shí)心軸，或者在其外表面設(shè)有、或不設(shè)有螺旋片22和24。管12包括一個(gè)斜削的管端26，管14也包括一個(gè)斜削的管端28。固定連接到管12軸端的是陽接頭30，而固定連接到管14軸端的是陰接頭32。接頭30、32各自包括第一孔34和第二較大的孔36。陰接頭32中的第二較大孔36的直徑最好稍大于陽接頭30中的第二孔36的直徑。接頭32中的孔36內(nèi)端開設(shè)有一O型圈槽38，在該槽38中放有彈性O(shè)型圈40。接頭30中不設(shè)O型圈槽。
固定連接到管18的接頭30端部包括一個(gè)斜削的臺(tái)肩42，該臺(tái)肩在環(huán)形唇狀凸緣44上終止。如圖3所示，唇狀凸緣44適配裝入管12的管孔18之內(nèi)。此后，用環(huán)狀焊縫46將接頭30和管12連接在一起。焊縫46與美國(guó)第4，821，818號(hào)專利揭示的焊接線相比較，實(shí)施既容易又省時(shí)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的接頭30和32制造并連接到管12和14上，與用美國(guó)專利4，821，818所展示的結(jié)構(gòu)來制造和連接相比較，大約少花4小時(shí)。
接頭32包括一個(gè)斜削的臺(tái)肩48和環(huán)形唇狀凸緣50，唇狀凸緣50裝入管14的管孔20之內(nèi)。用環(huán)狀焊縫52以與接頭30固定連接到管18上所用的焊縫46相似的方式將接頭32固定連接到管14上。
接頭30和32分別包括一個(gè)彼此相對(duì)的端緣54和56。端緣54包括多個(gè)凸部58和與該凸部交替布置的凹槽60。端緣56包括多個(gè)凸部62和凹槽64，該凸部62和凹槽64分別以嚙合的方式與接頭30的凹槽60和凸部58相配合。
每個(gè)接頭30和32的外表面上設(shè)有面對(duì)軸向的接頭臺(tái)肩66和68，彼此朝向相反。在臺(tái)肩66的兩邊，接頭30具有大直徑部分70加小直徑部分72。而接頭32在臺(tái)肩68的兩邊具有大直徑部分74和小直徑部分76。
連接管78在配合裝入第一接頭30的接頭孔36之內(nèi)，并具有兩個(gè)相對(duì)的斜削端80和82。環(huán)狀槽84設(shè)置在斜削端80附近，在該環(huán)狀槽84內(nèi)裝有O型彈性圈(未示)。當(dāng)管78壓入接頭30的接頭孔36之內(nèi)時(shí)，它將在接頭30的端部向外軸向伸出，該連接管78是按一定尺寸制作的，可對(duì)準(zhǔn)且配合地裝入接頭32的第二接頭孔36內(nèi)，如圖3所示。由于陰接頭32的孔38的直徑稍大于陽接頭30的孔36的直徑，因此連接管78可以非常緊密地壓入接頭30的接頭孔36內(nèi)，但又與接頭32的接頭孔36形成稍松的配合。這樣，使管段容易組裝和拆卸，這是因?yàn)樵诮M裝和拆卸過程中，連接管78仍然裝在較小的接頭孔之內(nèi)。
連接器16包圍著聯(lián)鎖的接頭30和32，并包括第一半連接器86和第二半連接器88。半連接器86和88內(nèi)軸向鉸鏈90以樞軸方式連接在一起。連接器16包括位于其一端的內(nèi)端凸緣92和位于其另一端的內(nèi)端凸緣94。每個(gè)凸緣92、94包括相互隔開并面對(duì)面設(shè)置的臺(tái)肩96、98，臺(tái)肩96、98形成了位于兩者之間的大孔100。
半連接器86、88可以用如圖1和2所示的方式并采用聯(lián)鎖的鎖套102和鎖銷104連接在一起。鎖銷104可伸縮地插入銷筒106之內(nèi)，并包括一個(gè)鎖柄108，鎖柄108自鎖筒106中的銷槽110向外伸出。銷104為彈性安裝，可被偏壓而伸出如圖7所示的位置。柄108可用于將銷104縮回;使銷對(duì)準(zhǔn)裝入套102中，并使之在套102內(nèi)彈到它的伸出位置，借此，將兩個(gè)半連接器鎖住以形成一個(gè)完整的圓筒。
當(dāng)連接器16合攏后，包圍在聯(lián)鎖接頭30和32上與之相配合時(shí)，連接器16的臺(tái)肩96、98與套30、32的臺(tái)肩66、68對(duì)面相合。這樣，將套30、32卡在一起，使它們?cè)谳S向上不能相互移動(dòng)而脫開。本發(fā)明的一個(gè)重要特點(diǎn)是當(dāng)連接器16裝在接頭30、32之上并對(duì)其環(huán)繞配合時(shí)，管12、14之間的軸向張力由連接臺(tái)肩66、96和68、98承受。而銷104和套102并不承載管12和14之間的任何軸向張力。
管12、14的任何相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)通過聯(lián)鎖接頭30、32的凹槽和凸部60、58、62、64而得以避免。這樣，管12和14剛性地扣在一起，且如同一個(gè)整體一樣，可作彼此一致的旋轉(zhuǎn)。
參見圖4、5及6，本發(fā)明的接頭30、32以獨(dú)特的方式制造。如圖4所示，整體的圓筒狀管112可用來制作接頭30、32。管112可以機(jī)械加工方式分別形成接頭30、32的第一和第二接頭孔34、36。O型圈槽38也可在整體管112的內(nèi)部加工成型。相類似地，斜削的臺(tái)肩42、48和唇狀凸緣44，50，以及臺(tái)肩66、68也可在管112的外表面上加工成型。
參見圖5，此后，沿著圖5中序號(hào)114所表示的切割線將管112切成兩個(gè)分開的接頭30、32。切割線114最好采用激光切割工具切割形成，以便形成平整的切口。切割線114隨構(gòu)成凹槽60、64和凸部58，62的式樣確定。從圖6中可見，切割線114是徑向形成的，以使凸部58、62和凹槽60、64的邊緣沿著圓筒管112的經(jīng)向伸展。由這種方式所形成的接頭30、32，能夠確保凸部58、62嚙合著插入凹槽60、64內(nèi)，這樣形成緊固的嚙合配合。
在接頭30、32形成之后，再采用環(huán)形焊縫46、52將接頭30、32焊到管12、14的端部，這樣，管段的制造即告完成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，以這種方式進(jìn)行的管段制造，與美國(guó)專利4，821，818制造管段所需的時(shí)間相比較，可以節(jié)省4個(gè)多小時(shí)。
本發(fā)明通過附圖和說明書對(duì)最佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。盡管使用了一些特殊術(shù)語，但這僅只為了將其歸類或描述，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，任何試圖建議對(duì)零件結(jié)構(gòu)、形狀進(jìn)行改變以及等同替換、或者提出這方面的實(shí)施手段都當(dāng)視為沒有超出本發(fā)明下述權(quán)利要求所進(jìn)一步規(guī)定的范圍與精神。
權(quán)利要求
1.一種長(zhǎng)元件的組合裝置，其特征為包括有第一和第二長(zhǎng)圓柱件，所述第一圓柱件有一個(gè)陽端，所述第二圓柱件有一個(gè)陰端，兩個(gè)圓柱件以首尾相接的方式安裝在一起，并使所述的第一圓柱件陽端鄰接于所述第二圓柱件的陰端；第一接頭，該第一接頭固定連接到所述第一圓柱件的陽端并在該第一圓柱件的陽端軸向向外伸出，所述第一接頭具有一個(gè)軸向面對(duì)所述第一圓柱件的接頭臺(tái)肩和一個(gè)遠(yuǎn)離所述第一圓柱件而設(shè)置的端緣，所述端緣包括有位于該端緣上的至少一個(gè)軸向延伸出的凸部及至少一個(gè)軸向凹槽；第二接頭，該第二接頭固定連接到所述第二圓柱件的陰端并在該第二圓柱件的陰端軸向向外伸出，且具有一個(gè)軸向面對(duì)所述第二圓柱件的接頭臺(tái)肩和一個(gè)遠(yuǎn)離所述第二圓柱件而設(shè)置的端緣，所述第二接頭的端緣具有至少一個(gè)軸向凸部和至少一個(gè)軸向凹槽，該第二接頭端緣上的軸向凸部和凹槽與所述第一接頭的凹槽和凸部嚙合地聯(lián)鎖在一起，這樣，將第一圓柱件與第二圓柱件固定在一起，以防它們繞其縱軸作相互間的轉(zhuǎn)動(dòng)；所述第一接頭具有一個(gè)內(nèi)孔，其開口朝向所述第二圓柱體的第二接頭；所述第二接頭具有一個(gè)內(nèi)孔，其開口朝向所述第一接頭；一個(gè)第三圓柱件，以配合方式裝入所述的第一和第二接頭兩者的內(nèi)孔中；和一個(gè)可拆卸的連接件，包圍著所述聯(lián)鎖著的第一和第二接頭，并具有與所述第二接頭的接頭臺(tái)肩相對(duì)接的一個(gè)第一連接件臺(tái)肩，以限制所述聯(lián)鎖著的第一和第二接頭作彼此分離的軸向運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合裝置，其特征是，其中所述第一和第二接頭各包括有一個(gè)圓柱形連接部分，該圓柱形連接部分分別與所述第一和第二圓柱件的陽端和陰端對(duì)準(zhǔn)并配合，一個(gè)第一焊接連接縫將所述第一接頭的連接部分固定地焊到所述第一圓柱件的陽端，一個(gè)第二焊接連接縫將所述第二接頭的連接部分固定地焊到第二圓柱件的所述陰端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合裝置，其特征是，其中所述第一接頭和第二接頭基本上完全軸向定位于第一焊接連接縫與第二焊接連接縫之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合裝置，其特征是，其中所述第三圓柱件固定在安裝在所述第一和第二接頭內(nèi)孔中的其中一個(gè)內(nèi)孔之內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合裝置，其特征為，其中所述第三圓柱件壓配于所述的一個(gè)內(nèi)孔中。
6.一種將第一和第二長(zhǎng)元件以彼此首尾相接的方式可拆卸地連接在一起的方法，其特征為所述的方法包括將第一接頭連接到所述第一長(zhǎng)元件的第一端，使第一接頭自所述第一長(zhǎng)元件的第一端軸向向外伸出，所述第一接頭具有面對(duì)著所述第一長(zhǎng)元件的第一端的一個(gè)接頭臺(tái)肩和一個(gè)呈軸向遠(yuǎn)離所述第一長(zhǎng)元件第一端的端緣，所述端緣有至少一個(gè)軸向延伸的凸部和至少一個(gè)軸向凹槽，所述第一接頭有一個(gè)軸向開設(shè)的內(nèi)孔，其開口方向背離所述第一長(zhǎng)元件的第一端;將一個(gè)第二接頭連接到所述第二長(zhǎng)元件的第二端，使第二接頭自所述第二長(zhǎng)元件的第二端軸向向外伸出，所述第二接頭具有面對(duì)所述第二長(zhǎng)元件第二端的一個(gè)接頭臺(tái)肩和一個(gè)軸向開設(shè)的內(nèi)孔，其開口方向背離所述第二長(zhǎng)元件的第二端，以及遠(yuǎn)離所述第二長(zhǎng)元件第二端而軸向設(shè)置的端緣，所述第二接頭的端緣具有至少一個(gè)軸向凸部和至少一個(gè)軸向凹槽，其形狀和尺寸做成使它們能與所述第一接頭的凹槽和凸部配合而聯(lián)鎖在一起將一個(gè)第三長(zhǎng)圓柱件的第一部分插入所述第一和第二接頭之一的內(nèi)孔中，使所述第三長(zhǎng)圓柱體的第二部分從所述該接頭之一的內(nèi)孔軸向向外伸出;將所述第三長(zhǎng)圓柱件的第二部分插入所述第一和第二接頭中的另一接頭內(nèi)孔之內(nèi)，這樣，將所述軸向凸部與凹槽相互配合而將所述第一接頭與第二接頭固定在一起;和用一個(gè)連接元件將所述第一和第二接頭包圍住，所述連接元件具有隔開的第一和第二連接臺(tái)肩，它們夾住位于其間的所述第一和第二接頭的接頭臺(tái)肩，將第一和第二接頭固定在一起以防彼此軸向脫開。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征為其中所述第一和第二接頭與所述第一和第二長(zhǎng)元件之間的連接是用焊接實(shí)現(xiàn)的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征為該方法還進(jìn)一步包括;當(dāng)所述第三長(zhǎng)圓柱件的第一部分插入所述接頭之一的內(nèi)孔時(shí)，將所述第一部分固定連接到所述接頭之一上。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征為其中所述第三長(zhǎng)圓柱件的第一部分與所述接頭之一的連接是采用將所述第一部分壓裝進(jìn)所述接頭之一的內(nèi)孔中的方法來實(shí)現(xiàn)的。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征為其中所述第一、二接頭的成形，采用沿著環(huán)繞于一個(gè)有延伸圓柱孔的單個(gè)圓筒、在其兩軸端中部的圓周方向上切割，將其分割為兩塊，所述切割線形成了所述第一、二接頭的凹槽和凸部，而所述分離的兩塊形成了所述的第一、二接頭。
全文摘要
一對(duì)長(zhǎng)圓柱件與第一和第二接頭相連接，使第一、二接頭于其連接端軸向向外伸出，第一和第二接頭在其端緣處設(shè)有連接凹槽與凸部，可相互聯(lián)鎖在一起，以防兩個(gè)長(zhǎng)元件彼此相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)連接器可拆卸地裝在第一和第二接頭的外面以將兩個(gè)接頭固定在一處，以防彼此間的相對(duì)軸向移動(dòng)，兩接頭各被焊到第一和第二圓柱件的軸端；利用此長(zhǎng)元件連接裝置和方法，可簡(jiǎn)便而省時(shí)地組裝各種縱長(zhǎng)元件。
文檔編號(hào)F16L21/06GK1101108SQ93118238
公開日1995年4月5日 申請(qǐng)日期1993年8月28日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月28日
發(fā)明者弗洛伊德·R·曼弗瑞德 申請(qǐng)人:金星制造公司