CN1036019C - 钻进装置 - Google Patents

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Abstract

该钻进装置包括可被供入被钻孔的钻切装置1，它包括套件2及其内侧的一个至少在钻进时的钻体3。钻体3的头部I中至少有钻中心孔R的主钻件4和为套件2扩大中心孔R的副钻件5及钻屑排除用冲除装置6。以配对组配V传输主钻件4的绕轴S的旋转运动W4及其轴向冲击运动t4给基本在该钻体3头部I处的副钻件5。件5以连接组配L在套件2头I′连接中使之作绕纵轴S转动且还可使其在从洞中放出主钻件4时与副钻件5脱开。优化的主钻件4尺寸是使之有效直径Rd至少为套件2内径2d的60%。最好大于75%。

Description

钻进装置
本发明涉及一种钻进装置，它包括用以供入一个被钻的孔内的钻切机构，而且它最好是能在纵方向上能延伸的。
一种现有的这种钻进机构有一个套件，大体在其内部，在钻进时至少有一个钻体，在其钻头部至少有一个用以钻出中心孔的主钻件及为该套件修整中心孔用的一个副钻件，还有用以排去钻进废物用的冲除装置。钻进时至少由一个配对组装件来传输该主钻件的绕纵轴的旋转运动及纵向的冲击运动给副钻件，它在该钻切机构的钻头处主要以驱动形式连接于主钻件，其间该副钻件由一个联给组件与套件头部连接使绕中心纵轴作旋转。为使主钻件从制备孔中移开，同时使至少该副钻件留于孔底，主钻件设置成可从副钻件拆下。
诸如上述的钻进装置业已公开于例如英国专利公开GB959955及GB1068638之中。其中描述的方案中都包括有内钻切机构，换言之，钻中心孔用的中心钻头，相对钻头纵轴对称的外钻切机构以及在可能完成钻进后将其与套件一起留在孔内。在这种装置中，由于该外钻进件、或换称之为扩钻的中心旋转运动，该钻进装置的破裂危险，特别与现行广为应用的带偏心扩钻的钻进装置相比是相当小的。
按在英国公开专利GB959955中所示方案中，该扩钻的接触表面是从内侧与套件头部接触。在此情况下该中心钻头的有效直径还因中心钻与扩钻间的螺旋锁定和冲击面组件而减小。上述公开示出两种不同的解决办法，其中第一解决办法中的螺旋锁定组件是在钻进装置采用一种形状锁定，而另一解决方法中则在钻进装置间采用一种卡口式联结。因此，该冲击表面组件包括了在扩钻与中心钻间的一种凹凸组件，它适合在所述螺旋锁定组件的前缘。在上述的一个方案中，套件必须送进孔内由中心钻钻进，其间该送进运动是通过该配对组件由扩钻传动的，在此情况下的套件随动于扩钻。所以被传动的中心钻的冲击运动，至少一部分也直接给套件在实践中则是可能的。
英国公开专利GB10b8638方案中，扩钻以与套件头端头对端头的方式放置。在此情况下该扩钻中装有一个内座，它被置于与该套件头内表面相接触的位置上。在该套件头和内座上有一个凹凸组件，凭其作用该内座在轴向上保持在位，但允许套件相对座作旋转。在上述方案中，在于该中心钻臂连接中业已采用一个附加块，它通过该座的作用将中心钻的旋转、进给和冲击运动结合到扩钻上去。
上述的这些方案是公知的，该中心钻有效直径相对地小，约为套件内径的50％。当然，这也就是有必要采用超大型钻杆的原因，随之也就增加了上述钻进装置的制造成本。另外结构庞大也是增加加工该钻进装置部件难度的一个原因，还有它的应用需要大的能量。这就是上述类型的解决方案现今实际中不予大量采用的原因，尽管中心旋转的扩孔，特别是与所谓偏心式扩孔相比具有许多显著的优点。
因此，本发明的主要目的在于解决上述存在问题，提供一种改进的钻进装置。根据本发明的钻进装置，它至少优化该主钻件的尺寸，该主钻件的有效直径至少是套件内径的60％，最好是大于75％。
按照本发明的钻进装置，它包括有供入一个被钻的孔并且可在其纵向S延伸的一个钻切机构，其中该钻切机构包括一个套件，在钻进中其内侧至少有钻切机构，在其钻切头部I至少有用作一个中心孔R钻进的主钻体和一个为该套件修扩该中心孔R用的副钻体，以及去除钻切废物用的一个冲除装置，凭此至少在钻进时以一个位于该钻切机构钻头部I的主要以驱动方式连接该主钻体和副钻体，通过配对组件将绕纵轴S的该旋转运动W4及沿主钻体纵向上的该冲击运动t4传输给副钻体，其中该副钻体被安排成以一个连接组件L与该套件的头部I′相连接使绕纵轴S作中心旋转，凭此该主钻体从制备孔中撤出时可从该副钻体上拆开，同时至少该副钻体被留于该孔底，用以导引冲洗介质至钻切区的冲除装置的至少该主机构有由一条或最好是几条偏心的流体通道穿过该主钻切体的钻切面的设置，用以排除该钻切废物的该冲除装置的副机构被设置成导引至少部分在该套件内的废物，其特征在于，用作排除钻切废物的该冲除装置的副机构设置成主要通过该主钻切机构和/或副钻切机构的钻切表面来导引废物。
本发明的钻进装置的最重要的优点是结构简单和使用可靠，其中特别是因为扩钻的中心旋转运动，在该钻进装置的使用中其操作能力能达到最佳程度。由于这种结构强度意义上的优越操作原理，另外相比于现用方法的钻进装置增加使用寿命是可能的。由于本发明，可优化中心钻与扩孔钻的比例，以此方法则整个钻进装置及属于它的各部件可容易地被加工而无需不相称的操作能量。但是按本发明的钻进装置的中心钻，需要时也可被作得比现在的中心钻，和/或由相同零件内侧的钻进表面导出的生成排出物甚至更大。还有，按本发明的钻进装置中，有可能以简单方式将扩钻接到套件上。采用这种方式不仅中心钻、而且套件也可以从钻得的孔内取出，因而只留扩钻在孔中。
按照本发明的钻进装置的优选实例表现在其他在后的权利要求之中。
以下结合附图详细说明本发明。这些附图是，
图1为按本发明的一个优选钻进装置中钻头的纵向剖视图，
图2为图1所示钻进装置的主构架件的侧视图，和
图3为图1所示钻头的前视图。
该钻进装置包括一个钻进装置1，它用以送进到一个要钻的孔洞中去，而且它最好是在轴向S上可延伸的，其中该钻进装置包括一个套件2，基本是在其内侧、钻进时至少有一个钻切机构3。钻切机构3的钻头I中至少有一个用作钻削中孔R的主钻体4和一个用作为套件2扩大该中孔R的副钻体5，以及用以排除钻切废物用的一个冲除结构6。至少在钻进中的绕纵轴S的旋转运动W4和主钻体4的轴向冲击运动t4是由一个配对组件传输给该副钻件5的，它以驱动方式基本是在钻切机构3的钻头I处连接到主钻体4上去。副钻件5的安排是，通过一个连接组件L与套件2头部I共同绕中心纵轴S旋转。另外，该主钻件4被作成可从副钻件5上拆开，使可从制备好的孔中移开主钻件4，而至少将副钻件5留于该孔底。为至少优化主钻件4的尺寸，该主钻件4的有效直径至少是该套件内径的60％，最好为大于75％。
图1中示出的优选实施例中，连接组件L的该连接面Lp在与副钻件5的连接中安排成与套件2的头部I′相接触，其中连接面Lp的内径Ld最好作得比套件2的内径2d大。
再参见图1，钻切机构3的钻头I至少包括一个主构架件4a和一个副构架件5a，其中与钻切表面接触处设置有主钻件和副钻件4、5的钻切机构10a，10b，在本实施例中，采用分离的钻头形式。主构架件4a的副端II处至少备有供冲击装置或与钻杆联接的，以及供从中心冲除用介质导入的安装和连接组件9、11。在此情况下的整体形式出现的该副构架件5a的副端设置有一个连接表面L2，它环绕该套件2的头I′而设，其内径Ld最好是和该套件2的外径20一样大。
再行参见图2中的最佳实施例，在该主构架件4a的径向外表面上和副构架件5a的内表面上设置了该配对组件的主配件V1，也就是像在图1和2中表示的一个凸凹组件13a，13b，一方面是用作钻进时靠主构架件4a作旋转运动W4使转动副构架件5a；另一方面是在钻进之后使主构架件4a沿纵向S从副构架件5a上分开。另外，构成该配对组件的副组件V2是一个主凹凸组件7a，7b，用以将由主构架件4a传输的冲击运动t4传导给副构架件5a。该主构架件4a和副构架件5a的钻切表面被设置在基本是同一钻切面上，其中副组件V2的主凹凸组件7a，7b最好设置在与所述钻切面相连接位置处。采用这种方式，遂即得到该钻头的一个最佳结构，这样冲击能量就能尽量靠近扩钻5的钻切表面来传输。另一方面，现述方案可使主构架件4a有相对地整体结构，这在操作耐用意义上其优越性显著。
在所示实施例中，该冲洗装置6的主机构6a用作导引清洗介质至钻切区，设置多个流体通道通过主钻切机构4的钻切表面。在此情况下清洗介质由中心被导引通过该主构架4a的副端II，因此在主构架件4a的钻头内最好通过三个流体通道来导引，偏离中心方式通向钻切面。由于按本发明可以作到主构架件4a的大横截面，钻切废物的排除用的该冲除装置6的副机构6b设置用于主要通过该套件2内侧的主钻切机构4的钻切表面来导引废物。
具体参见图3，该冲除装置b的副机构6b被对称地安排在构架件4a，5a间，如在横截面图中可见的，即设置在该主构架件4a外表面上的基本是沿纵向S的三个流体槽。于是传输冲击运动的该组件V2的冲击表面被副冲洗机构6b所减小，作为一种补偿最好附加在轴向S上与主凹凸组件7a，7b隔有一段距离的地方设置至少一个副凹凸组件7a′，7b′的结构。在图1和2中所示实施例中，所述副凹凸组件最好由属于该配对组件的主组件V1的该凹凸组件13a，13b形成。在此情况下，如图2中所示，该设置的锁定凸块13a通过该锁定凹进端部的弓形前角K的设置，即对着中心钻4a上横向锁定凹进13b的后缘固紧。
作为优选实施例，该钻切机构3被设计成主要通过在第一方向W4上作连接的旋转运动以运作，其中为使钻进中主钻体4和副钻体5互相锁定，最好让该配对组件的主配组V1设计成由三凸凹组件13a，13b的按卡口式原理作业。这样，为使主钻体4从副钻体5上分开，只需相对主方向W4作反向旋转主钻切机构3，即可打开该主组件V1在轴向S上的锁定，就如图2中展示的那样。此时，如图2和3所示，属于主配件V1位于主构架件4a的外表面的纵向凹进组件13b，它按照流体通道6b形成，流体通道其作用为该冲除装置的副机构。如图1所示，所述槽6b是通过位于中心钻切表面上的传输通道6b′联通于中心钻里边的流体通道6a的。
具体参见图1，作为优选方案在套件2的头部I′处设有诸如一个套箍或类似物和一个中间体8，其作用至少是用以加强套件2的头部I′。这样，至少为了送进套件2到孔洞去，作为该配对组件的第三组配V3的一个凹凸表面组件14a，14b被设置以与中心钻4a和中间体8相连接。
还有，在扩钻5a与套件2头部的套箍8连接的优选方案中，一种可使自由旋转而又至少限制其彼此间相对纵向运动的方式是在所述部件5a和I′的连接中设置例如是一个副凹凸表面组件15a，15b的一种配对组件的第四组件V4。
上述方案还在钻进装置的操作上作出改进，其方式为将套件2送进孔中的力是由中心钻4a直接对准作用于套件2的头部的，而不像是在传统方案中比如通过扩孔钻起作用的。这甚至使套箍8与扩孔钻5a间的连接采用可拆卸式的成为可能，以此方式则可只将扩钻留在已钻得的孔底。在现示的方案中，这可通过凸起15a来实现，即靠弹簧力将所述凸起15a连接到扩钻上。当然，该扩钻的凸起15a作成用一定的力即可使断裂的整体的结构形式也是可以的。
实验还证明在配对组件的接触表面处最好施用特殊处理，例如喷涂或表面硬化。不言而喻本发明不局限于上述实施例，以此基本构思内可在很大范围内作出修改。比如钻切机构的钻头可以采用比上述例中更多数量的构架件，还比如其中钻头可以整体分块连接到主构架件的头部。当然在现示实施中不必采用分离的中间件，而相同类型的组件可以是设在该套件头部的内侧和/或外侧表面的整体组件结构。相应地，该所示例中的中间件其结构形式也可以是允许相对于该副构架件有其螺旋运动，且至少部分限制其间的相互轴向运动，以此方式则该中间件可搁置于到达套件内侧的副构架件的一个导向面上，因此该副构架件也间接地搁置在该主构架件的一个导向凸起之上。
当然钻切机构之间，乃至它们与套件之间的相互配对组件也可以有许多不同方式的结构。因此该主副构架件彼此间的连接可以例如一种螺纹连接，其中它们间的锁定是通过机械的、液压的和/或电动组件实现的。当然部件间连接只能采用螺纹连接，可此方案可能会在部件间的分开上有麻烦，因为可能会因钻进中彼此挤得太紧而粘连。构架件也可以快式联结原理连接，此时轴向上两构件具有彼此配合的齿。可是这种情况中为实现构架件间的精确轴向锁定采用简单的结构是不大可能的。而后的某些操作中存在有，例如该构架件发生不希望有的分离危险，所以需要有附加的步骤来使它们再行接合。由于该方案还有问题，在各个操作情况下尚未完全肯定，如关于该构架件内侧相互间足够长，在此时一方面因中心、钻达不到要钻的地方引起钻切结果很糟，另一方面该构架件间的啮合还可能因打碎而出毛病。
副钻体当然可只和该主钻体连接，这种情况下的危险是在孔洞底处该副钻体转至一个不适合位置时，那么该主钻体就要从孔洞中取出，这样利用该制备的孔甚至会不可能。
按本发明的装置中可采用通常材料制作各部件，并采用现有许多不司方法生产。另外作为该钻进装置的钻进运动可采用例如一种振荡的旋转运动。

Claims (8)

1.一种钻进装置，包括有供入一个被钻的孔并且可在其纵向(S)延伸的一个钻切机构，其中该钻切机构包括一个套件(2)，在钻进中其内侧至少有钻切机构(3)，在其钻切头部(I)至少有用作一个中心孔(R)钻进的主钻体(4)和一个为该套件(2)修扩该中心孔(R)用的副钻体(5)，以及去除钻切废物用的一个冲除装置(6)，凭此至少在钻进时以一个位于该钻切机构(3)钻头部(I)的主要以驱动方式连接该主钻体(4)和副钻体(5)，通过配对组件将绕纵轴(S)的该旋转运动(W4)及沿主钻体(4)纵向上的该冲击运动(t4)传输给副钻体(5)，其中该副钻体(5)被安排成以一个连接组件(L)与该套件(2)的头部(I′)相连接使绕纵轴(S)作中心旋转，凭此该主钻体(4)从制备孔中撤出时可从该副钻体(5)上拆开，同时至少该副钻体(5)被留于该孔底，用以导引冲洗介质至钻切区的冲除装置(6)的至少该主机构(6a)有由一条或最好是几条偏心的流体通道穿过该主钻切体(4)的钻切面的设置，用以排除该钻切废物的该冲除装置(6)的副机构(6b)被设置成导引至少部分在该套件(2)内的废物，
其特征在于，
用作排除钻切废物的该冲除装置(6)的副机构(6b)设置成主要通过该主钻切机构(4)和/或副钻切机构(5)的钻切表面来导引废物。
2.按照权利要求1所述的钻进装置，其特征在于，其中该钻切机构(3)的钻头(I)至少包括其钻切表面设置有诸如整体钻切件、分离钻切件、钻头或类似物的钻切机构(10a，10b)的一个主构架件(4a)和副构架件(5a)，其中最好在该主构架件(4a)的副端(II)处至少有用作连接一个冲击装置或钻杆的、以及用于最好由中心导引冲洗介质的固定和联结组件(9，11)，其中最好为一个整体件的该副构架件(5a)的副端上设置有一个环绕该套件(2)头部(I′)的连接表面(LP)，其内直径(Ld)最好至少能与该套件(2)的外径(2D)一样大，其中设置在该主构架件(4a)的径向外表面的，及在该副构架件(5a)的内表面上的该配对组合件的至少一个主配件(V1)，一方面至少在钻进时通过该主构架件(4a)旋转运动(W4)的作用来转动该副构架件(5a)，而另一方面至少在钻进之后将该主构架件(4a)在纵向(S)上与副构架件(5a)分离；还有至少将该主构架件(4a)传输的冲击运动(t4)通过副配件(V2)引导至副构架件(5a)，其中该主构架件(4a)和副构架件(5a)的钻切表面最好设置在同一钻切面上，其中该冲除装置(6)的副机构(6b)为设置在该构架件(4a，5a)之间，从横截面上看基本上位于轴向(S)、最好是在该主构架件(4a)的外表面上对称的至少两条，最好是三条流体通槽以导引钻切废物。
3.按照权利要求1或2所述的钻进装置，其特征在于，其钻切机构(3)被放置成基本在该主方向(W4)上连续旋转运动所操作，其中为使至少在钻进中该主(4)副(5)钻切机构间的锁定，最好设置有该配对组件的主配件(V1)，通过两或几个凸凹配件(13a，13b)按卡式连接原理来操作，凭此最好通过按相对该主向(W4)反向旋动该钻切机构(3)以打开该主配组件(V1)在轴向(S)的锁定，以使该主钻切机构(4)从该副钻切机构(5)上分开，属于该冲除装置(6)副机构的流体通槽(6b)至少部分地由属于该主配组件(V1)的，最好位于该主构架件(4a)外表面的该轴向(S)凹进的配件(13b)所构成。
4.按照权利要求1至3中任何一项所述的钻进装置，其特征在于，至少为了补偿副冲除机构(6b)所引起的副配件(V2)的冲击表面的减小，该副配件(V2)至少包括一个在轴向(S)上与主凹凸组件(7a，7b)相隔有一段距离的副凹凸组件(7a′，7b′)。
5.按照权利要求4所述的钻进装置，其特征在于，其中最好该副凹凸组件至少部分地构成属于该配对组件的主组件(V1)的该凹凸组件(13a，13b)。
6.按照权利要求5所述的钻进装置，其特征在于，属于该主配组件(V1)的锁定凸块(13a)最好通过该锁定凹进(13b)端部的弓形前角(K)的设置，对着分别属于该组件的横向锁定凹进(13b)的后缘固紧。
7.按照权利要求1至6中任何一项所述的钻进装置，其特征在于，其中有如一个套箍式类似物的中间件(8)被安置在该套件(2)的头部(I′)用以至少加强该套件(2)的头部(I′)。有如用作至少送进该套件(2)进到孔中的主凹凸表面组件(14a，14b)的该配对组件的第三配件(V3)设置，以用来连接例如该主构架件(4a)的主钻体(4)和中间件(8)。
8.按照权利要求1至7中任何一项所述的钻进装置，其特征在于，为了按既允许自由旋转又至少限制其彼此相对纵向运动的方式用连接组件(L)将副钻体(5)和套件(2)的头部(I′)连接起来，设置了与所述部件(5，I′)连接的一种配对组件的第四组件(V4)，例如一个副凹凸表面组件(15a，15b)。
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