CN101343982A - 双层筒式钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双层筒式钻具，包括连接部件、内筒体、外筒体和若干切削工具；所述内筒体的上端部与连接部件固定连接；所述外筒体套装在所述内筒体的外侧，且在外筒体内圆柱表面与内筒体外圆柱表面之间形成环形空腔；所述外筒体的上端部与连接部件固定连接；所述若干切削工具分别固定设置在所述内筒体和外筒体的下沿上；其中，所述内筒体和外筒体上分别设置有若干个沿筒体圆柱表面呈螺旋上升状的导向条。本发明携带钻渣的空间划分为两个部分：内筒体的内腔和内外筒体之间的所形成的环形空间，有利于携带硬质颗粒状的钻渣，大大提高了钻具的携渣能力，进而可有效避免卡钻等事故的发生，提高钻削效率及成孔速度。

Description

双层筒式钻具

技术领域

本发明涉及成孔作业用钻具，具体涉及一种筒式钻具。

背景技术

旋挖钻进施工时选用合适的钻具至关重要，它对减少钻具本身的消耗、节约能源、提高成孔的速度和质量以及整个施工效率的提高都有着重要的作用。

对于碎石或卵石地层等钻进施工工况来说，可以选用锥螺旋钻具或筒式钻具。在实际施工过程中，上述两种钻具都存在着影响成孔质量或效率的问题。其中，采用锥螺旋钻头钻进过程中不能实现理想的导向，成孔会发生倾斜现象，影响成孔质量；另外，采用锥螺旋钻头不能有效携带钻渣，部分钻渣滞留在孔底，影响成孔效率。其中，采用现有的筒式钻具能够克服锥螺旋钻头在施工中存在的导向问题，但是，由于筒体内腔较大且地层特点所决定的钻渣之间的粘附性低，因此，大部分钻渣滞留在孔底，现有筒式钻具无法实现有效地携带钻渣，随着钻具的继续钻进易出现卡钻等事故，钻进效率较低。

有鉴于此，针对碎石或卵石地层等钻进施工工况，亟待研制开发出一种钻具，即能够保证可靠的钻进导向又能够实现有效的携带钻渣，以提高成孔质量和成孔效率。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种双层筒式钻具。

本发明提供的双层筒式钻具，包括连接部件、内筒体、外筒体和若干切削工具；所述内筒体的上端部与连接部件固定连接；所述外筒体套装在所述内筒体的外侧，且在外筒体内圆柱表面与内筒体外圆柱表面之间形成环形空腔；所述外筒体的上端部与连接部件固定连接；所述若干切削工具分别固定设置在所述内筒体和外筒体的下沿上；其中，所述内筒体和外筒体上分别设置有若干个沿筒体圆柱表面呈螺旋上升状的导向条。

优选地，所述内筒体上的切削工具的下缘低于所述外筒体上的切削工具的下缘。

优选地，所述外筒体上的若干个导向条具体为若干个第一外导向条和若干个第一内导向条；所述若干个第一外导向条设置在所述外筒体的外圆柱表面上；所述若干个第一内导向条设置在所述外筒体的内圆柱表面上。

所述若干个第一外导向条分为两组且沿径向对称设置在所述外筒体的两侧，每组第一外导向条均沿轴向由上至下依次间隔设置。

所述若干个第一内导向条分为两组且沿径向对称设置在所述外筒体的两侧，每组第一内导向条均沿轴向由上至下依次间隔设置；所述两组第一外导向条与两组第一内导向条分别沿周向交错设置。

优选地，所述外筒体上具有径向贯通的第一开口，所述第一开口设置在最上方的第一外导向条上端部的外周。

优选地，所述内筒体上的若干个导向条具体为若干个第二外导向条和若干个第二内导向条；所述若干个第二外导向条设置在所述内筒体的外圆柱表面上；所述若干个第二内导向条设置在所述内筒体的内圆柱表面上。

所述若干个第二外导向条分为两组且沿径向对称设置在所述内筒体的两侧，每组第二外导向条均沿轴向由上至下依次间隔设置。

所述若干个第二内导向条分为两组且沿径向对称设置在所述内筒体的两侧，每组第二内导向条均沿轴向由上至下依次间隔设置；所述两组第二外导向条与两组第二内导向条分别沿周向交错设置。

优选地，所述内筒体上具有径向贯通的第二开口，所述第二开口设置在最上方的第二外导向条上端部的外周。

本发明提供的双层筒式钻具与现有技术相比，现有筒式钻具的筒体内腔较大，携渣效果效差，特别对于碎石或卵石钻层来说，地层特点决定了钻渣之间粘附性低，因此，现有筒式钻具无法实现有效的携带钻渣，钻削效率较低；本发明在现有筒式钻具的基础上，增设有内层筒钻，这样，钻具的携带钻渣空间划分为两个部分：内筒体的内腔和内外筒体之间的所形成的环形空间，相比于现有的单层筒钻，较小的携渣空间利于携带硬质颗粒状的钻渣，可提高钻具的携渣能力，因此，有效避免了卡钻等事故的发生，进而提高钻削效率及成孔速度；另外，内外两层筒钻同时进行钻进，提高了钻具的钻削能力，并进一步提高钻削效率。

本发明的优选方案中，所述内筒体上的切削工具的下缘低于所述外筒体上的切削工具的下缘，即内层钻筒的工作高度低于外层钻筒的工作高度，钻进施工时，内筒体下端的切削工具首先进入工作状态，钻削孔底中心处的地层；外筒体下端的切削工具随后进入工作状态，其中，内筒体钻进时的切削半径较小，故钻削阻力相对较小，而在外筒体钻进时，孔底中心部的地层已完成钻削，外筒体的钻削阻力减小。因此，在驱动力、钻削直径等相关参数相同的前提下，可加大钻机作用在孔底的加压力和切削力，进一步提高了钻具的钻削能力。

本发明提供的双层筒式钻具，可用于旋挖钻机或者其它桩工机械进行碎石或卵石地层的施工。

附图说明

图1a和图1b是本发明所述双层筒式钻具的立体图；

图2是本发明所述双层筒式钻具的主视图；

图3是是图2的A-A向剖视图；

图4是本发明所述双层筒式钻具的俯视图；

图5是图3的B-B剖视图；

图6是本发明所述双层筒式钻具的仰视图。

图1-图6中：

连接部件1、加强筋板11、连接板12、内筒体2、第二外导向条21第二内导向条22、第二开口23、外筒体3、第一外导向条31、第一内导向条32、第一开口33、若干切削工具4、环形空腔5、

具体实施方式

本发明的设计要点在于：在现有筒式钻具的基础上增设了内层筒钻，将筒式钻具的携渣空间分成两个部分：内筒体的内腔和内外筒体之间的所形成的环形空间；本发明的双型腔结构的筒式钻具利于携带硬质颗粒状的钻渣，从而提高钻具的携渣能力，能够有效避免发生钻渣滞留于孔底引起的卡钻等现象，进而提高钻削效率。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合说明书附图作进一步的详细说明。

请参见图1，该图为本发明的立体图。其中，图1a为基于上方视角得到的立体图，图1b为基于下方视角得到的立体图。

本发明主要包括连接部件1、内筒体2、外筒体3和若干切削工具4。

其中，所述连接部件1用于实现本发明所述双层筒式钻具与动力头(或其它驱动装置)之间的可靠连接，图中所示连接部件1的箱形结构件，同时为提高其自身的抗扭能力，在该箱形结构的四个角部连接处均设置有加强筋板11。需要说明的是，由于连接部件1不是本专利的发明点所在，故其详细结构在此不予赘述。

其中，内外嵌套的内筒体2和外筒体3的上端部分别与所述连接部件1固定连接，如图1a中所示，所述连接部件1的下端固定设置有连接板12，所述内筒体2和外筒体3的上端部分别与该连接板12固定连接；所述外筒体3套装在所述内筒体2的外侧且在外筒体3的内圆柱表面与内筒体2的外圆柱表面之间形成环形空腔5，即，钻具的携渣空间由内筒体2分隔为两个部分：内筒体2的内腔和内外筒体之间的所形成的环形空腔5；特别说明的是，在外筒体3的钻削直径确定的前提下，所述内筒体2与外筒本3之间的径向距离可以根据地层碎石或卵石的粒度大小的实际情况来确定。实际上，若粒度较大，则径向距离可相对远些，若粒度较小，则径向距离可相对近些，以满足携渣需要。

其中，所述若干切削工具4分别固定设置在所述内筒体2和外筒体3的下沿上；同样，所述切削工具4不是本专利的发明点，基于现有技术，其结构形式和材质可根据施工成本的需要而选择(钻齿或其它的硬质切削工具)；或者根据具体地层的碎石或卵石特性而选择，以使其切削效果达到最佳。

其中，所述内筒体2和外筒体3上分别设置有若干个沿筒体圆柱表面呈螺旋上升状的导向条，以防止钻渣积存在孔底，进而避免重复钻削影响成孔效率；同时，桩孔内的保护液可沿所述外导向条之间形成的空间上下流通，避免局部流体压力过大而影响钻具正常工作。

施工中，本发明所述双层筒式钻具在动力头(或其它驱动装置)的作用下进行钻进操作，随着切削工具旋转切削地层，钻渣进入内筒体2的内腔和内外筒体之间的所形成的环形空腔5后沿着导向条上移，一次钻削操作完成后提钻，此时，动力头(或其它驱动装置)进行正、反转交替高速转动，从而快速地完成卸渣操作。

请参见图2，该图是本发明所述双层筒钻的主视图。

如图2所示，所述内筒体2上的切削工具4的下缘低于所述外筒体3上的切削工具4的下缘，即内层钻筒的工作高度低于外层钻筒的工作高度，钻进施工时，内筒体2下端的切削工具4首先进入工作状态，钻削孔底中心处的地层；外筒体3下端的切削工具4随后进入工作状态。由于内筒体钻进时的切削半径较小，故钻削阻力相对较小，而在外筒体钻进时，孔底中心部的地层已完成钻削，外筒体的钻削阻力减小；在驱动力、钻削直径等相关参数相同的前提下，加大了钻机作用在孔底的加压力和切削力，进一步提高了钻具的钻削能力。

请参见图3，该图是图2的A-A向剖视图。

如图3所示，所述外筒体3上的若干个导向条具体为若干个第一外导向条31和若干个第一内导向条32；所述若干个第一外导向条31设置在所述外筒体3的外圆柱表面上；所述若干个第一内导向条32设置在所述外筒体3的内圆柱表面上。实际上，所述第一外导向条31和第一内导向条32不局限于图中所示的若干个，它们均可以采用一根螺旋上升的导向条来实现钻渣导向的功能，只要满足使用需要均本专利的保护范围内。

请参见图4，该图是本发明的俯视图。

如图4所示，所述若干个第一外导向条31分为两组，且沿径向对称设置在所述外筒体3的两侧，每组第一外导向条均沿轴向由上至下依次间隔设置。

所述若干个第一内导向条32分为两组，且沿径向对称设置在所述外筒体3的两侧，每组第一内导向条32均沿轴向由上至下依次间隔设置。

结合图3和图4所示，所述两组第一外导向条31与两组第一内导向条32分别沿周向交错设置。内外交错设置导向条的设计不仅可以使得外筒体3在工作状态处于均匀受力状态，而且在钻具回转过程中各方向的转动惯量分布均匀，从而进一步提高钻具的使用寿命。

如图3所示，所述外筒体3上具有径向贯通的第一开口33，所述第一开口33设置在最上方的第一外导向条31上端部的外周。当钻渣随最上方的第一外导向条31上移至其上端部附近时，可经所述第一开口33落入外筒体3的内腔，提钻时，即完成携渣和卸渣的操作。另外，桩孔内的保护液可经第一开口33流通于外筒体3内外，进而保证外筒体3内外的液体压力均衡。实际上，所述第一开口33可沿外筒体3的轴向设置在最上方的几个第一外导向条31上端部的外周。

请参见图5，该图是图3的B-B剖视图。

结合图5和图3所示，所述内筒体2上的若干个导向条具体为若干个第二外导向条21和若干个第二内导向条22；如图5所示，所述若干个第二外导向条21设置在所述内筒体2的外圆柱表面上；如图3所示，所述若干个第二内导向条22设置在所述内筒体2的内圆柱表面上。实际上，所述第二外导向条21和第二内导向条22也可以不局限于图中所示的若干个，它们均可以采用一根螺旋上升的导向条来实现钻渣导向的功能，只要满足使用需要均本专利的保护范围内。

请参见图6，该图是本发明所述双层筒式钻具的仰视图。

如图6所示，所述若干个第二外导向条21分为两组且沿径向对称设置在所述内筒体2的两侧，每组第二外导向条21均沿轴向由上至下依次间隔设置。

所述若干个第二内导向条22分为两组且沿径向对称设置在所述内筒体2的两侧，每组第二内导向条22均沿轴向由上至下依次间隔设置；所述两组第二外导向条21与两组第二内导向条22分别沿周向交错设置。同样，内外交错设置导向条的设计不仅可以使得内筒体2在工作状态处于均匀受力状态，而且在钻具回转过程中各方向的转动惯量分布均匀，从而进一步提高钻具的使用寿命。

如图2所示，所述内筒体2上具有径向贯通的第二开口23，所述第二开口23设置在最上方的第二外导向条21上端部的外周。同理，当钻渣随最上方的第二外导向条21上移至其上端部附近时，可经所述第二开口23落入内筒体2的内腔，提钻时，即完成携渣和卸渣的操作。另外，桩孔内的保护液可经第二开口23流通于内筒体2内外，进而保证内筒体2内外的液体压力均衡。实际上，所述第二开口23也可沿内筒体2的轴向设置在最上方的几个第二外导向条21上端部的外周。

特别说明的是，所述内筒体2和外筒体3上的导向条的旋向相同为最佳方案，即，所述第一外导向条31、第一内导向条32、第二外导向条21和第二内导向条22的螺旋上升的方向一致，以确保钻渣随钻具的转动沿导向条可靠地上移并进入钻具内腔。

综上，基于碎石或卵石地层的特点，本发明利用双层钻筒提高了钻具携渣能力，避免了钻渣滞留在孔底而产生卡钻等事故的发生，因此，大大提高了钻具的钻削性能和成孔效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1、双层筒式钻具，其特征在于，包括：

连接部件；

内筒体，其上端部与连接部件固定连接；

外筒体，套装在所述内筒体的外侧，且在外筒体内圆柱表面与内筒体外圆柱表面之间形成环形空腔；所述外筒体的上端部与连接部件固定连接；和

若干切削工具，分别固定设置在所述内筒体和外筒体的下沿上；

其中，所述内筒体和外筒体上分别设置有若干个沿筒体圆柱表面呈螺旋上升状的导向条。

2、根据权利要求1所述的双层筒式钻具，其特征在于，所述内筒体上的切削工具的下缘低于所述外筒体上的切削工具的下缘。

3、根据权利要求1或2所述的双层筒式钻具，其特征在于，所述外筒体上的若干个导向条具体为：

若干个第一外导向条，设置在所述外筒体的外圆柱表面上；和

若干个第一内导向条，设置在所述外筒体的内圆柱表面上。

4、根据权利要求3所述的双层筒式钻具，其特征在于，所述若干个第一外导向条分为两组且沿径向对称设置在所述外筒体的两侧，每组第一外导向条均沿轴向由上至下依次间隔设置。

5、根据权利要求4所述的双层筒式钻具，其特征在于，所述若干个第一内导向条分为两组且沿径向对称设置在所述外筒体的两侧，每组第一内导向条均沿轴向由上至下依次间隔设置；且所述两组第一外导向条与两组第一内导向条分别沿周向交错设置。

6、根据权利要求5所棕的双层筒式钻具，其特征在于，所述外筒体上具有径向贯通的第一开口，所述第一开口设置在最上方的第一外导向条上端部的外周。

7、根据权利要求1或2所述的双层筒式钻具，其特征在于，所述内筒体上的若干个导向条具体为：

若干个第二外导向条，设置在所述内筒体的外圆柱表面上；和

若干个第二内导向条，设置在所述内筒体的内圆柱表面上。

8、根据权利要求7所述的双层筒式钻具，其特征在于，所述若干个第二外导向条分为两组且沿径向对称设置在所述内筒体的两侧，每组第二外导向条均沿轴向由上至下依次间隔设置。

9、根据权利要求8所述的双层筒式钻具，其特征在于，所述若干个第二内导向条分为两组且沿径向对称设置在所述内筒体的两侧，每组第二内导向条均沿轴向由上至下依次间隔设置；所述两组第二外导向条与两组第二内导向条分别沿周向交错设置。

10、根据权利要求9所述的双层筒式钻具，其特征在于，所述内筒体上具有径向贯通的第二开口，所述第二开口设置在最上方的第二外导向条上端部的外周。

Images