CN103696690A - 用于灌注桩施工的伸缩式潜孔钻具 - Google Patents

Abstract

本发明具体为一种用于灌注桩施工的伸缩式潜孔钻具，其特征是，它包括钻头，钢丝吊绳密封装置、泥浆管过渡接头、可伸缩的钻杆、潜水动力头；钢丝吊绳密封装置与泥浆管过渡接头密封固定连接，泥浆管过渡接头与可伸缩的钻杆密封固定连接，潜水动力头与可伸缩的钻杆密封固定连接，泥浆从设备内部直接通入并从钻头部位喷出，如此免去泥浆管，可以用于更小直径的孔。同时，采用液压马达，具有较大的扭矩，可以应付各种地质地层；采用伸缩式的钻杆，加快了作业的连续性并提高了钻孔的精确度。

Description

用于灌注桩施工的伸缩式潜孔钻具

技术领域

本发明涉及地下钻孔设备领域，具体为一种用于灌注桩施工的伸缩式潜孔钻具。

背景技术

    钻具在钻孔作业时，需要一根泥浆管将泥浆往钻头部位输送；如此，所钻孔的最小孔径就有限制，至少该孔径需要能够容纳输送泥浆的泥浆管以及钻具动力头，同时，传统钻具的动力头采用潜水电机驱动，由于采用电机驱动，其扭矩相对较小，在硬质地层使用时，存在钻孔困难的问题；再者，目前的钻杆采用续接式，由于作业时为旋转运动，导致钻杆的长度越长其同轴度就越差。并且，反复升降钻杆以进行继接作业，导致施工作业的整体进度变慢。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于灌注桩施工的伸缩式潜孔钻具，其可以在内部输送泥浆，从而免去泥浆管，可以用于更小直径的孔。同时，采用液压马达，具有较大的扭矩，可以应付各种地质地层；采用伸缩式的钻杆，加快了作业的连续性并提高了钻孔的精确度。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的：

一种用于灌注桩施工的伸缩式潜孔钻具，其特征是，它包括钻头，钢丝吊绳密封装置、泥浆管过渡接头、可伸缩的钻杆、潜水动力头；

所述钢丝吊绳密封装置包括：

钢丝绳，

外壳体，所述外壳体呈桶状，内部中空、顶部开孔、底部开口；

内壳体，所述内壳体呈筒状，顶部及底部开口，侧壁上开有注油口，内部中空，壳体外底部边缘设有连接座；

外壳体套于内壳体上，两者之间形成一个泥浆缓冲腔室；

钢丝绳一次穿过外壳体，内壳体后与可伸缩的钻杆连接，钢丝绳与外壳体、内壳体的接触段设有密封环；

所述泥浆管过渡接头包括：

两端设有连接法兰的管体，该管体侧壁上开有灌浆口，泥浆管过渡接头顶端的连接法兰与钢丝吊绳密封装置底部的连接座密封固定连接，泥浆过渡接头底端的连接法兰与可伸缩的钻杆顶部的连接法兰密封固定连接；

所述可伸缩的钻杆包括：

若干杆体，其从内至外逐层套设，且内部均为中空；

连接法兰，其与最外层杆体固定连接，可伸缩的钻杆通过该连接法兰与泥浆管过渡接头密封固定连接；

密封环组，其内圈套箍于内侧杆体外壁头端，其外圈撑于外侧杆体内壁内，密封环组的两端设有压板以使密封环组在杆体滑移时不产生位移；

限位环，其位于各组密封环组的下方，与内侧杆体的外壁固定连接，与外侧杆体的内壁不接触；

限位套，其与限位环匹配使用，位于外侧杆体的尾端，与外侧杆体的内壁固定连接，与内侧杆体的外壁不接触；

吊耳，其固定于最内层杆体的内部头端，用于与钢丝绳连接；

连接座，其固定于最内层杆体的尾端，用于与潜水动力头连接；

所述的潜水动力头包括：

上壳体，其顶部、底部开口；

中壳体，其顶部、底部开口；

下壳体，其顶部、底部开口；

马达，其为带中孔的内曲线马达；

上衬套、下衬套，衬套呈管状；

连接座，其盖于下衬套底端开口处，中央开孔，用于与钻头密封固定连接；

上壳体底部开口处与马达上罩用螺栓固定连接；中壳体顶部开口处与马达下罩用螺栓固定连接；中壳体底部开口处与下壳体顶部开口处用螺栓固定连接；上衬套设于上壳体内并与马达中孔对接，其与上壳体设有至少一道密封结构以阻止泥浆等液体经过上衬套进入马达内并通过上壳体予以固定；下衬套穿设于中壳体、下壳体内，且与马达中孔固定对接，下衬套与中壳体之间设有至少一对轴承以使下衬套被马达带动时可旋转，下衬套与下壳体之间设有至少一道密封结构以阻止泥浆等液体经过下衬套进入马达内；管状的上衬套、下衬套与马达的中孔、连接座中央的孔，形成一个管路以供泥浆通过；该潜水动力头还包括缓冲块，所述缓冲块设于潜水动力头的马达下罩与下衬套之间。

所述钻头包括：

刀头和连接杆，所述连接杆两端开口，内部中空，其顶部口与潜水动力头底部连接座密封固定连接。

所述的用于灌注桩施工的伸缩式潜孔钻具，可伸缩的钻杆的杆体内壁、外壁的截面形状均呈矩形，且折角处设有倒圆角。

所述的用于灌注桩施工的伸缩式潜孔钻具，每个密封环组均包括数个密封环，所述密封环的内壁截面与被其套箍的杆体的外壁截面形状相同，密封环的外壁截面与套于其外的杆体的内壁截面形状相同；所述的密封环，其外壁侧表面呈圆形或矩形凹凸相间、外壁上表面呈V形缺口。密封环包括橡胶垫环及金属环，所述橡胶垫环和金属环间隔设置。所述密封环为多种结构，并可组合安装；

本钻具采用上述结构设计，其在内部输送泥浆，从而免去泥浆管，可以用于更小直径的孔。同时，采用液压马达，具有较大的扭矩，可以应付各种地质地层；采用伸缩式的钻杆，加快了作业的连续性并提高了钻孔的精确度。整套钻具集成设计，减少施工人员，改善施工环境，提高施工效率。

附图说明

图1为本发明的立体示意图。

图2为本发明的剖视图。

图3为本发明钢丝吊绳密封装置剖视图一。

图4为本发明钢丝吊绳密封装置剖视图二。

图5为本发明伸缩钻杆的剖视图。

图6为本发明图5部分的局部放大图。

图7为本发明中密封环的俯视图。

图8为本发明中密封环的剖视图一。

图9为本发明潜水动力头的剖视图。

图10为本发明中可选择的密封环的剖视图二。

图11为本发明中可选择的密封环的剖视图三。

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步说明本发明。

如图1、图2所示，一种用于灌注桩施工的伸缩式潜孔钻具，它包括钻头5，钢丝吊绳密封装置1、泥浆管过渡接头2、可伸缩的钻杆3、潜水动力头4；

所述钢丝吊绳密封装置1包括两种方案：

方案一：

如图4所示，一种钢丝吊绳密封装置，包括钢丝绳1020（图4中未示出），还包括

外壳体1001，所述外壳体1001内部中空、顶部及底部开口；

外壳体端盖1003，所述外壳体端盖1003开有通孔，其盖于外壳体1001顶部开口处；

第一密封环1006，所述第一密封环1006设于外壳体端盖1003开孔内；

第一涨紧盖1005，所述第一涨紧盖1005开有通孔，其盖于外壳体端盖1003开口处，并对第一密封环1006施行压紧力，该压紧盖于外壳体端盖1003通过螺丝连接；

内壳体1002，所述内壳体1002呈筒状，顶部及底部开口，侧壁开有泄浆口10012，内部中空，壳体外底部边缘设有连接座10013用于与可伸缩的钻杆3的连接法兰密封固定连接；

内壳体端盖1004，所述内壳体端盖1004开孔，其盖于内壳体1002顶部开口处；

第二涨紧盖1007，所述第二涨紧盖1007开有通孔，其盖于内壳体端盖1004开口处；

吊绳套管1008，所述吊绳套管1008设于内壳体1002内，其侧壁上亦开泄油孔；

若干垫环10011及若干第二密封环10010，所述垫环10011及第二密封环10010间隔设于吊绳套管1008内；

钢丝绳1020依次通过第一涨紧盖1005、第一密封环1006后穿过吊绳套管1008及吊绳套管1008内部的垫环10011、第二密封环10010后与目标设备连接；

盖于内壳体端盖1004开口处的第二涨紧盖1007位于吊绳套管1008的上方，其通过一对螺丝与内壳体端盖1004螺纹连接并对吊绳套管1008内的第二密封环10010施行压紧力；

外壳体1001套于内壳体1002上，两者之间形成一个泥浆缓冲腔室；

钢丝绳1020依次穿过第一涨紧盖1005的通孔、第一密封环1006、吊绳套管1008及其内部的垫环10011、第二密封环10010、内壳体1002底部的开口后与可伸缩的钻杆3连接，泥浆迫于压力流动时，通过泄油口10012向泥浆缓冲室蔓延。

方案二：

如图3所示，一种回转式钢丝吊绳密封装置；它包括钢丝绳1020，还包括

外壳体1018，所述外壳体1018内部中空、顶部及底部开口；

外壳体端盖103，所述外壳体端盖103中央开有通孔，其盖于外壳体1018顶部开口处；

第一密封环101，所述第一密封环101设于外壳体端盖103中央开孔内；

第一涨紧盖102，所述第一涨紧盖102中央开有通孔，其盖于外壳体端盖103中央开口处，并对第一密封环101施行压紧力，该压紧盖于外壳体端盖103通过螺丝连接；

内壳体1011，所述内壳体1011呈筒状，顶部及底部开口，内部中空，壳体外底部边缘设有连接座1019；

内壳体端盖1010，所述内壳体端盖1010中央开孔，其盖于内壳体1012顶部开口处；

第二涨紧盖104，所述第二涨紧盖104中央开有通孔，其盖于内壳体端盖1010中央开口处；

回转轴套1012，所述回转轴套1012中央开有轴向通孔，该轴套套于内壳体1011内，其通过一对分别设置于套体外壁顶部及底部的轴承1013实现与内壳体1011内壁的转动连接，回转轴套1012外壁表面开有环形的储油槽1017；

密封套1015，密封套1015内孔为适配钢丝绳1020的反螺旋结构，密封套螺旋内孔与钢丝绳表面的螺旋匹配，钢丝绳上下直线行走时带动密封套水平旋转。密封套采用硬度适中的橡胶材料或聚氨酯材料，起到密封和抗磨损的作用。该密封套1015设于回转轴套1012的中央通孔内，密封套与回转轴套紧密配合，带动回转轴套一套旋转，其顶部设有第二密封环109；

盖于内壳体端盖1010中央开口处的第二涨紧盖104位于第二密封环109的上方，其通过一对螺丝与内壳体端盖1010螺纹连接并对第二密封环109施行压紧力；

外壳体1018套于内壳体1011上，两者之间形成一个泥浆缓冲腔室，泥浆迫于压力流动时经第二密封环109、第二涨紧盖1010处流出，并蔓延进泥浆缓冲室；

钢丝绳1020依次穿过第一涨紧盖102中央的通孔、第一密封环101、第二涨紧盖104中央的通孔、第二密封环109、密封套1015中央的通孔、回转轴套1012中央的通孔后与目标设备连接。

上述的回转式钢丝吊绳密封装置，通过外壳体1018、内壳体1011形成一个泥浆缓冲室，最终使得泄漏的泥浆经过回浆口被回收利用，如此，避免了泥浆在受压状态下泄漏造成的四散喷射、过快流失的问题。内壳体1011侧壁上开有数个注油口106、回转轴套012外壁上开有与注油口106相匹配的注油槽105，注油槽通过注油口注满黄油，依靠注油槽内黄油的内压和内壳体下部的迷宫沟槽，阻止泥浆进入装有轴承的内腔，保护轴承。

上述的回转式钢丝吊绳密封装置，第一密封环101、第二密封环109为弹性密封或柔性密封材质。（橡胶材料或聚氨酯材料）

如图2、所述泥浆管过渡接头2包括：

两端设有连接法兰的管体，该管体侧壁上开有灌浆口21，泥浆管过渡接头2顶端的连接法兰与钢丝吊绳密封装置1底部的连接座密封固定连接，泥浆过渡接头2底端的连接法兰与可伸缩的钻杆3顶部的连接法兰密封固定连接；

如图5、图6所示，所述可伸缩的钻杆3包括：

若干杆体301，其从内至外逐层套设，且内部均为中空；

连接法兰308，其与最外层杆体301固定连接，可伸缩的钻杆3通过该连接法兰308与泥浆管过渡接头2密封固定连接；

密封环组，其内圈套箍于内侧杆体301外壁头端，其外圈撑于外侧杆体301内壁内，密封环组的两端设有压板304以使密封环组在杆体301滑移时不产生位移；

限位环305，其位于各组密封环组的下方，与内侧杆体301的外壁固定连接，与外侧杆体301的内壁不接触；

限位套303，其与限位环305匹配使用，位于外侧杆体301的尾端，与外侧杆体301的内壁固定连接，与内侧杆体301的外壁不接触；

吊耳306，其固定于最内层杆体301的内部头端，用于与钢丝绳1020连接；

连接座307，其固定于最内层杆体301的尾端，用于与潜水动力头4连接；

如图9所示，所述的潜水动力头4包括：

上壳体402，其顶部、底部开口；

中壳体401，其顶部、底部开口；

下壳体409，其顶部、底部开口；

马达403，其为带中孔的内曲线马达；

上衬套407、下衬套405，衬套呈管状；

连接座4010，其盖于下衬套405底端开口处，中央开孔，用于与钻头5密封固定连接；

上壳体402底部开口处与马达403上罩用螺栓固定连接；中壳体401顶部开口处与马达403下罩用螺栓固定连接；中壳体401底部开口处与下壳体409顶部开口处用螺栓固定连接；上衬套407设于上壳体402内并与马达403中孔对接，其与上壳体之间设有至少一道密封结构408以阻止泥浆等液体经过上衬套407进入马达内并通过上壳体402以固定；下衬套405穿设于中壳体401、下壳体409内，且与马达403中孔固定对接，下衬套405与中壳体401之间设有至少一对轴承404以使下衬套405被马达403带动时可旋转，下衬套405与下壳体409之间设有至少一道密封结构406以阻止泥浆等液体经过下衬套405进入马达403内；管状的上衬套408、下衬套405与马达403的中孔、连接座4010中央的孔，形成一个管路以供泥浆通过；该潜水动力头4还包括缓冲块，所述缓冲块设于马达403下罩与下衬套405之间。

如图2所示，所述钻头5包括：

刀头52和连接杆51，所述连接杆51两端开口，内部中空，其顶部开口与潜水动力头4底部连接座4010密封固定连接。

所述的用于灌注桩施工的伸缩式潜孔钻具，可伸缩的钻杆3的杆体301内壁、外壁的截面形状均呈矩形，且折角处设有倒圆角。

如图7、图8所示，可伸缩的钻杆3的每个密封环组均包括数个密封环302，所述密封环302的内壁截面与被其套箍的杆体301的外壁截面形状相同，密封环302的外壁截面与套于其外的杆体301的内壁截面形状相同；所述的密封环302，其外壁侧表面呈锯齿形或矩形凹凸相间，密封环302包括橡胶垫环3022及金属环3021，所述橡胶垫环3022和金属环3021间隔设置，其间还可以加设PTFR环3023，如图10、图11所示，密封环302还可以采用不同的剖面形状以获得不同的密封效果。

Claims (6)

1.一种用于灌注桩施工的伸缩式潜孔钻具，其特征是，它包括钻头，钢丝吊绳密封装置、泥浆管过渡接头、可伸缩的钻杆、潜水动力头；

所述钢丝吊绳密封装置包括：

钢丝绳，

外壳体，所述外壳体呈桶状，内部中空、顶部开孔、底部开口；

内壳体，所述内壳体呈筒状，顶部及底部开口，侧壁上开有注油口，内部中空，壳体外底部边缘设有连接座；

外壳体套于内壳体上，两者之间形成一个泥浆缓冲腔室；

钢丝绳一次穿过外壳体，内壳体后与可伸缩的钻杆连接，钢丝绳与外壳体、内壳体的接触段设有密封环；

所述泥浆管过渡接头包括：

两端设有连接法兰的管体，该管体侧壁上开有灌浆口，泥浆管过渡接头顶端的连接法兰与钢丝吊绳密封装置底部的连接座密封固定连接，泥浆过渡接头底端的连接法兰与可伸缩的钻杆顶部的连接法兰密封固定连接；

所述可伸缩的钻杆包括：

若干杆体，其从内至外逐层套设，且内部均为中空；

连接法兰，其与最外层杆体固定连接，可伸缩的钻杆通过该连接法兰与泥浆管过渡接头密封固定连接；

密封环组，其内圈套箍于内侧杆体外壁头端，其外圈撑于外侧杆体内壁内，密封环组的两端设有压板以使密封环组在杆体滑移时不产生位移；

限位环，其位于各组密封环组的下方，与内侧杆体的外壁固定连接，与外侧杆体的内壁不接触；

限位套，其与限位环匹配使用，位于外侧杆体的尾端，与外侧杆体的内壁固定连接，与内侧杆体的外壁不接触；

吊耳，其固定于最内层杆体的内部头端，用于与钢丝绳连接；

连接座，其固定于最内层杆体的尾端，用于与潜水动力头连接；

所述的潜水动力头包括：

上壳体，其顶部、底部开口；

中壳体，其顶部、底部开口；

下壳体，其顶部、底部开口；

马达，其为带中孔的内曲线马达；

上衬套、下衬套，衬套呈管状；

连接座，其盖于下衬套底端开口处，中央开孔，用于与钻头密封固定连接；

上壳体底部开口处与马达上罩用螺栓固定连接；中壳体顶部开口处与马达下罩用螺栓固定连接；中壳体底部开口处与下壳体顶部开口处用螺栓固定连接；上衬套设于上壳体内并与马达中孔对接，其与上壳体之间设有至少一道密封结构以阻止泥浆等液体经过上衬套进入马达内并通过上壳体予以固定；下衬套穿设于中壳体、下壳体内，且与马达中孔固定对接，下衬套与中壳体之间设有至少一对轴承以使下衬套被马达带动时可旋转，下衬套与下壳体之间设有至少一道密封结构以阻止泥浆等液体经过下衬套进入马达内；管状的上衬套、下衬套与马达的中孔、连接座中央的孔，形成一个管路以供泥浆通过；

所述钻头包括：

刀头和连接杆，所述连接杆两端开口，内部中空，其顶部口与潜水动力头底部连接座密封固定连接。

2.根据权利要求1所述的用于灌注桩施工的伸缩式潜孔钻具，其特征是：可伸缩的钻杆的杆体内壁、外壁的截面形状均呈矩形，且折角处设有倒圆角。

3.根据权利要求1、所述的用于灌注桩施工的伸缩式潜孔钻具，其特征是：每个密封环组均包括数个密封环，所述密封环的内壁截面与被其套箍的杆体的外壁截面形状相同，密封环的外壁截面与套于其外的杆体的内壁截面形状相同；所述的密封环，其外壁侧表面呈圆形或矩形凹凸相间、外壁上表面呈V形缺口。

4.根据权利要求1所述的用于灌注桩施工的伸缩式潜孔钻具，其特征是：还包括缓冲块，所述缓冲块设于潜水动力头的马达下罩与下衬套之间。

5.根据权利要求1所述的所述的用于灌注桩施工的伸缩式潜孔钻具，其特征是：密封环包括橡胶垫环及金属环，所述橡胶垫环和金属环间隔设置。

6. 根据权利要求1所述的所述的用于灌注桩施工的伸缩式潜孔钻具，其特征是：密封环的端面为多种结构，并可组合安装。

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