CN103899260A - 一种三个斜面x形排布的夹持体及双向自锁卡瓦 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三个斜面X形排布的夹持体及双向自锁卡瓦，双向导斜座的前部内凹槽底部设有三个斜面,两边的斜面为一个方向,向下,并且互相重合,中间的斜面为另外一个相反的方向,向上,这两个方向的每个斜面都与被夹持管柱中心线夹角15°左右，并且和牙板托架后部的三个斜面与被夹持管柱中心线的夹角相等；中部设有复位弹簧座；双向导斜座的三个斜面与牙板托架的三个斜面相对应。作用在被夹持油管柱上的轴向力通过牙板、牙板托架在双向导斜座斜面上所产生的分力，使牙板对油管柱的夹持力增大。分力对双向导斜座作用使双向导斜座与壳体长圆通孔滑道腔内弧面的正压力增大，从而增大了两者之间的摩擦力，使双向导斜座向后移动困难。实现自锁功能。有利于夹持体夹持功能的安全性。

Description

一种三个斜面X形排布的夹持体及双向自锁卡瓦

技术领域：

本发明提供一种三个斜面X形排布的夹持体，同时还提供了带有该结构夹持体的双向自锁卡瓦，用于石油、天然气、煤层气的开采过程中，夹持钻杆以及夹持生产和作业管柱的工具，属于油气勘探开发机械技术领域。

背景技术：

目前在用的卡瓦有两种结构形式，一是直卡式，夹持体径向运动，实现夹持功能。例如安全闸板防喷器；二是靠内棱锥面和内圆锥面，通过夹持体轴向运动实现缩径达到卡紧的卡瓦。

所述的直卡式卡瓦：由液缸沿着管柱径向直推，带动夹持体前后直线运动，实现卡紧和松开。夹持体由牙板，牙板托组成。其缺点是不能实现自锁。冬季时冰和凝油冻在牙板上，造成夹持不可靠。优点是结构简单、体积小、重量轻、可以安装在防喷串中。这是目前普遍在用的一种卡瓦。另一种是由牙板托架、单向导斜体、牙板组成夹持体，只能单向自锁，没有双向自锁功能，使用时只能用于单向夹持范围，见专利“高压油气井带压作业液压活动卡瓦”，200420069634.4。也有做成双向夹持功能的，由两个斜面组成，呈＜形布置，由于双向导斜座对牙板托架的支撑上下偏载造成夹持不可靠，没能广泛应用。

所述的斜面夹紧式卡瓦：由液缸带动摆杆或托架，实现夹持体上下沿着卡瓦体的内孔斜面轴向垂直运动，实现缩径夹紧。夹持体由牙板，牙板托架组成，卡瓦体上设置内圆锥孔或棱锥孔。这种卡瓦优点是可以实现自锁。缺点是体积大、结构复杂、重量大，不能安装在防喷串中。这种卡瓦，如果是单向斜面体，即为单向卡瓦；如果是双向斜面体，即为双向卡瓦，可以双向自锁。例如专利“钻机液动对开卡瓦装置”ZL 2012 2 0104163.0，和专利“一种带导斜槽的卡瓦座”ZL 2010 2 0668150.7。

发明内容：

本发明公开一种三个斜面X形排布的夹持体，通过牙板托架与双向导斜座的斜面效应实现双向自锁功能和增大夹持力的效果。

本发明公开一种三个斜面X形排布夹持体的双向自锁卡瓦，同时实现对被夹持的管柱的举升和下压的两种功能，并且能实现双向自锁。

本发明提供的三个斜面X形排布的夹持体，由牙板、牙板托架、双向导斜座、复位弹簧、限位销钉构成；

其中牙板为半圆柱筒形，牙板的内半圆柱筒表面均布横向卡瓦牙，牙板的外半圆柱筒表面采用外圆柱燕尾结构；

双向导斜座的前部内凹槽底部设有三个斜面,两边的斜面为一个方向,向下,并且互相重合,中间的斜面为另外一个相反的方向,向上,这两个方向的每个斜面都与被夹持管柱中心线夹角15°左右，并且和牙板托架后部的三个斜面与被夹持管柱中心线的夹角相等；中部设有复位弹簧座；双向导斜座的三个斜面与牙板托架的三个斜面相对应。

牙板托架前部的燕尾槽内镶装牙板；牙板托架后部设有三个斜面依据方向与双向导斜座三个斜面对应配合，装入双向导斜座的前部内凹槽中，可以沿着双向导斜座的斜面上、下滑动。

所述的牙板托架后部的三个斜面与被夹持管柱的中心线夹角成15°左右，中间的斜面中部设有复位弹簧座，其中镶嵌有复位弹簧，可以为牙板托架提供一个在外力消除后，恢复到中位的弹性力。

双向导斜座的前部内凹槽两侧各设置两个销孔，限位销钉安装其中，在双向导斜座的左、右端纵向凹槽内用压板将限位销钉固定。限位销钉的另一端插入牙板托架的左、右侧两长圆凹槽内。限位销钉通过牙板托架长圆凹槽的内侧面，实现约束牙板托架在上、下方向与前、后方向的有限空间进行移动。

一种三个斜面X形排布双向自锁卡瓦，主要由壳体、若干个本发明提供的夹持体及若干个液压缸构成；壳体内部设置贯通长圆通孔，构成了左、右长圆通孔滑道腔；所述的夹持体，安装在壳体的左、右长圆通孔内；液压缸位于壳体的两侧，液压缸的油缸活塞杆端头与夹持体的双向导斜座尾部T形槽连接；活塞杆在压力油的作用下推拉夹持体沿着壳体的左、右长圆通孔滑道腔内表面前后滑动，实现夹持和松开的功能。

所述三个斜面X形排布双向自锁卡瓦，其特征在于：夹持体为两个，以被夹持管柱轴线为中心线按180°等距离安装；夹持体为三个，以被夹持管柱轴线为中心线按120°等距离安装；夹持体为四个，以被夹持管柱轴线为中心线按90°等距离安装。

本发明夹持体功能的增加和结构的变化，是本发明的核心技术。

两组夹持体相对安装。相向靠近时夹持油管柱的外表面，约束油管柱的上、下运动。两组夹持体相背分离时松开油管柱，油管柱可以自由的上、下运动。

本发明夹持体，上、下方位以重力方向为下，反向为上。不施加其他作用力时，被夹持管柱受两种力，一是重力，二是油井中气液的压力形成的上顶力，如果不施加外力，夹持体的受力为二力之和，这个合力通过夹持体的牙板，传给牙板托架，再通过牙板托架传给双向导斜座，对于管柱、牙板、牙板托架、双向导斜座，在夹持状态下，双向导斜座是相对静止部件。夹持体后移，夹持停止，牙板托架在复位弹簧的作用下处于中位状态。从投影图上看，如果把处于工作位置的牙板托架和双向导斜座的六个斜面向上、下两个方向延长，每个斜面上、下两边总会有一边和管柱中心线相交，并且夹角相等，为15°左右。交点在上面的斜面为“向下斜面”，它可以使牙板托架产生增大下压力和夹持力功能，交点在下面的斜面为“向上斜面”，它可以使牙板托架产生增大上举力和夹持力的功能。

牙板托架为可以沿着双向导斜座的三个斜面向上、向下运动的滑块。牙板托架的前部表面采用内圆柱环形燕尾槽结构，便于安装牙板。在“向上斜面”的中部设有弹簧座，座上安装复位弹簧。牙板托架的左、右两个外侧面各设置了一个长圆凹槽，与限位销钉配合，控制牙板托架的上、下和前、后运动范围。

双向导斜座在活塞杆的带动下可以前、后运动。在双向导斜座前部设置可以镶嵌牙板托架的内凹槽，间隙为滑动配合。内凹槽的底部设置一个“向上斜面”和两个“向下斜面”。两个“向下斜面”左右延长后相重合，并且分布在中间“向上斜面”的两侧。在中间“向上斜面”的中部设弹簧座并安装复位弹簧。这两个“向下斜面”与一个“向上的斜面”左右延长后在空间相交成一直线。三个斜面在相交线垂直方向投影为X形。

牙板托架镶嵌在双向导斜座的前部内凹槽中。牙板托架一个“向上斜面”和两个“向下斜面”与双向导斜座的一个“向上斜面”和两个“向下斜面”相互对应。产生滑动摩擦并且可以沿着双向导斜座的对应斜面上、下滑动。

当合力向下时，牙板带动牙板托架向下运动。这时牙板托架一个“向上斜面”与双向导斜座的一个“向上斜面”接触，牙板托架另外两个“向下斜面”与双向导斜座的另外两个“向下斜面”分离，牙板托架沿双向导斜座的“向上斜面”向下滑动，由于双向导斜座的这个“向上斜面”的斜面效应推动牙板托架向前移动。从而使牙板对油管柱的夹持产生了增力效果。这个向下的合力越大，夹持力就越大。该工况适用于控制油管柱下落，并且提升油管柱。（举升支反力）

当合力向上时，牙板带动牙板托架向上运动。这时牙板托架两个“向下斜面”与双向导斜座的两个“向下斜面”接触，牙板托架中间的“向上斜面”与双向导斜座的中间的“向上斜面”分离，牙板托架的两个“向下斜面”沿双向导斜座的两个“向下斜面”向上滑动。由于双向导斜座的“向下斜面”的斜面的效应作用推动牙板托架向前移动。从而使牙板对管柱的夹持产生了增力效果。这个合力力越大，夹持力越大。该工况适用于控制油管柱上窜，并且下压油管柱。（下压支反力）

牙板托架与双向导斜座之间的复位弹簧，下端安装在双向导斜座的弹簧座上。复位弹簧上端支撑在牙板托架的弹簧座上。复位弹簧的弹力使牙板托架在不受外力时处于中位位置。

本发明的积极效果在于：作用在被夹持油管柱上的轴向力通过牙板、牙板托架在双向导斜座斜面上所产生的分力，使牙板对油管柱的夹持力增大。分力对双向导斜座作用使双向导斜座与壳体长圆通孔滑道腔内弧面的正压力增大，从而增大了两者之间的摩擦力，使双向导斜座向后移动困难。实现自锁功能。有利于夹持体夹持功能的安全性。

附图说明

图1为本发明三个斜面X形排布双向自锁卡瓦结构原理图；

图2为本发明夹持体结构原理图；

图3为本发明牙板托架结构原理图；

图4为本发明双向导斜座结构原理图；

图中，1、牙板；2、牙板托架；3、双向导斜座；4、复位弹簧；5、限位销钉；6、液缸活塞杆；7、管柱；8、液压缸；9、壳体；10、内六角螺栓；2-1、向下斜面；2-2、向下斜面；2-3、向上斜面；2-4、复位弹簧座；2-5、前部内圆柱燕尾槽；2-6、长圆凹槽；2-7、固定牙板的内六角螺栓孔；2-8、前部内圆柱面；3-1、向下斜面；3-2、向下斜面；3-3、向上斜面；3-4、复位弹簧座；3-5、T形燕尾槽；3-6、限位销钉孔；3-7、纵向凹槽；3-8、前部内凹槽。

具体实施方式：

根据附图1、本发明主要由壳体9、两组夹持体、两组驱动液压缸8等部件构成。

所述的夹持体如附图4所示，包括牙板1、牙板托架2、双向导斜座3、复位弹簧4、四个限位销钉5等；其中牙板1为半圆柱筒形，牙板1的内半圆柱筒表面均布横向卡瓦牙，牙板1的外半圆柱筒表面采用外圆柱燕尾结构；牙板1的燕尾安装在牙板托架2前部的内圆柱环形燕尾槽2-5中，用内六角螺栓10固定。牙板1将管柱7夹持；把液缸活塞杆6的T形端头安装入双向导斜座3后端的T形燕尾槽中，两液压缸8前部法兰与壳体9两侧法兰用螺栓连接。

根据附图3所示，牙板托架2包括一个向上斜面2-3，布置在中间，一个向下斜面2-1和另一个向下斜面2-2布置在一个向上斜面2-3的两侧；每个斜面都与被夹持管柱7中心线夹角15°，并且和牙板托架2后部的三个斜面与被夹持管柱中心线的夹角相等；复位弹簧座2-4布置在向上斜面2-3的中间，两个长圆凹槽2-6分布在向下斜面2-1和向下斜面2-2的外侧平面上；前部内圆柱燕尾槽2-5布置在前部内圆柱面2-8上，内圆柱面2-8的上部设有一个固定牙板1的内六角螺栓孔2-7。

根据附图4所示，双向导斜座3包括一个向上斜面3-3布置在中间，一个向下斜面3-1和另一个向下斜面3-2布置在一个向上斜面3-3的两侧，复位弹簧座3-4布置在一个向上斜面3-3的中间位置；在内凹槽3-8的左右两外侧面设置纵向凹槽3-7，在纵向凹槽3-7的槽底设有2个限位销钉孔3-6。在双向导斜座3的左、右两外侧面纵向凹槽内用压板将限位销钉5固定；限位销钉5的另一端插入牙板托架2的左、右侧两长圆凹槽内。限位销钉5通过牙板托架长2圆凹槽的内侧面，实现约束牙板托架2在上、下方向与前、后方向的有限空间进行移动。在双向导斜座3的后面设置一个T形燕尾槽3-5。

如图1所示，把牙板托架2后部镶装入双向导斜座3的前部凹槽3-8中，牙板托架2的“向下斜面”2-1与双向导斜座3的“向下斜面”3-1相互配合对应，牙板托架2的“向下斜面”2-2与双向导斜座3的“向下斜面”3-2相互配合对应，牙板托架2中间的“向上斜面”2-3与双向导斜座3中间“向上斜面”3-3相互配合对应。复位弹簧4镶嵌在牙板托架2的复位弹簧座2-4与双向导斜座3的复位弹簧座3-4之间；限位销钉5穿过双向导斜座3的纵向凹槽3-7底部限位销钉孔3-6，插入牙板托架2外侧长圆凹槽2-6中，用压板把限位销钉5在纵向凹槽3-6底部固定；牙板托架2即被镶嵌在双向导斜座3的前部内凹槽3-8中；内凹槽3-8两内侧面与牙板托架2两个外侧面滑动配合，约束了牙板托2左右运动，牙板托架2在内凹槽3-8中，只能上下和前后运动。限位销钉5和牙板托架2外侧长圆凹槽2-6的侧面，限制了牙板托架2在双向导斜座3的内凹槽3-8中前后、上下的运动距离。牙板1带动牙板托架2只能在长圆凹槽2-6和限位销钉5限定的空间里运动。

Claims (4)

1. 一种三个斜面X形排布的夹持体，其特征在于：由牙板、牙板托架、双向导斜座构成；

其中，牙板为半圆柱筒形，牙板的内半圆柱筒表面均布横向卡瓦牙，牙板的外半圆柱筒表面采用外圆柱燕尾结构；

双向导斜座的前部内凹槽底部设有三个斜面；两边的斜面为一个方向，并且互相重合，中间的斜面为另外一个相反的方向，这两个方向的斜面，呈X形排布；每个斜面都与被夹持管柱中心线夹角15°左右，并且和牙板托架后部的三个斜面与被夹持管柱中心线的夹角相等；双向导斜座的三个斜面与牙板托架的三个斜面相对应；

牙板托架前部的燕尾槽内镶装牙板；牙板托架后部设有三个斜面，两个方向，呈X形排布，依据方向与双向导斜座三个斜面对应配合，装入双向导斜座的前部内凹槽中，可以沿着双向导斜座的斜面上、下滑动。

2. 根据权利要求1所述的三个斜面X形排布的夹持体，其特征在于：双向导斜座前部内凹槽底部的三个斜面和牙板托架后部的三个斜面与被夹持管柱的中心线夹角都为15°左右，中间的斜面中部设有复位弹簧座，其中镶嵌有复位弹簧，可以为牙板托架提供一个在外力消除后，恢复到中位的弹性力。

3. 一种三个斜面X形排布双向自锁卡瓦，其特征在于：主要由壳体、若干个权利要求1所述的夹持体及若干个液压缸构成；

壳体内部设置贯通长圆通孔，构成了左、右长圆通孔滑道腔；若干个权利要求1所述的夹持体安装在壳体的左、右长圆通孔内；液压缸位于壳体的两侧，液压缸的油缸活塞杆端头与夹持体的双向导斜座尾部T形槽连接；活塞杆在压力油的作用下推拉夹持体沿着壳体的左、右长圆通孔滑道腔内表面前后滑动，实现夹持和松开的功能。

4. 根据权利要求3所述三个斜面X形排布双向自锁卡瓦，其特征在于：

所述的夹持体为两个，以夹持管柱轴线为中心线按180°等距离安装；夹持体为三个，以被夹持管柱7轴线为中心线按120°等距离安装；夹持体为四个，以被夹持管柱7轴线为中心线按90°等距离安装。

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