CN104879084B - 防喷器的闸板锁紧装置 - Google Patents

Abstract

一种防喷器的闸板锁紧装置,包括闸板、侧门、闸板轴、液缸、锁紧轴及缸盖，所述闸板安装在所述侧门内端，所述闸板轴从所述侧门中穿出与所述闸板连接，所述液缸安装在所述侧门的外端，所述闸板轴的端部套设有第一活塞，所述第一活塞与所述液缸的内腔匹配，使得所述闸板轴在所述液缸内轴向移动，锁紧轴与闸板轴连接，缸盖安装在液缸外侧，闸板锁紧装置还包括锁紧块，锁紧块上有螺旋曲面；锁紧块上有连接轴，通过连接轴与缸盖连接，锁紧块可围绕连接轴旋转；锁紧轴端部有曲面，其能与所述锁紧块上螺旋曲面匹配。本发明简化了结构及油路，减小了锁紧装置的体积，有使得加工成本、劳动强度和故障率降低，锁紧效率、可靠性、维修便利性提高的有益效果。

Description

防喷器的闸板锁紧装置

技术领域

本发明涉及一种在土层或岩石的钻进中用于密封或封隔井眼或井的装置，特别设涉及一种防喷器的闸板锁紧装置。

背景技术

在石油、天然气钻井过程中，地层流体一旦失去控制，就可能发生井涌或井喷失控，必须使用防喷器对其控制，而闸板防喷器是防喷器中必不可少的一种。闸板防喷器一般使用液压油控制，由液缸内的液压油推动活塞、闸板轴和闸板，使闸板向井口中心方向移动直至关闭闸板，达到封井、有效控制井口压力的目的。闸板防喷器封井后，如果需要长时间封井或防止液压失效闸板打开的情况，就必须使用闸板锁紧装置将闸板在其所处位置处锁紧，防止闸板在井内波动的压力下向外运动，保证防喷器封井的稳定性和可靠性。

闸板锁紧装置分为手动锁紧装置和液动锁紧装置。

手动锁紧装置主要包括液压关闭锁紧轴随动结构、花键轴套结构、液压关闭锁紧轴不随动结构3类。现实中最常用的是第一类和第三类，第二类是在第一类的基础上在锁紧轴内部增加了花键套，本质上与第一类相同，但实际使用较少。三类结构的使用特点都是利用人工旋转手轮带动锁紧轴旋转几十圈后依靠锁紧轴梯形螺纹副间的自锁力实现锁紧闸板，解锁同样也需同样反向转动手轮几十圈。虽然可以达到锁紧的目的，但是这三类手动锁紧装置费时、费力、效率低。而且由于井场环境和温度的变化，会导致螺纹接触面锈死或咬合，使锁紧和解锁困难，导致闸板不能顺利关闭和打开。关于液动锁紧装置，2007年出版的《石油矿场机械》第36卷第10期第1～4页的专题研究《闸板防喷器液压锁紧装置研究现状》和2008年7月出版的《石油钻探技术》第36卷第4期的论文《闸板防喷器液压锁紧装置现状及发展研究》这两篇论文在对国内外液压锁紧装置研究现状进行分析的基础上，详细介绍了几种不同的液压锁紧装置的结构特点，但是这些液压锁紧装置均存在或结构复杂、或体积庞大、或故障率高的缺点。

另外，防喷器的闸板自动液动锁紧装置在许多美国专利中都已经被公开，包括但不限于专利号为US3242826、US3470793、US3941141、US4052995、US4076208、US4290577、US4293115、US4601232、US4969390、US4969627、US5025708、US5575452、US5918851、US7195224、US7798466、US8444109、US8857784的专利文件和这些专利文件中所引证的先前技术引用的专利文献和/或非专利文献。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中防喷器的闸板锁紧装置中手动锁紧装置和液动锁紧装置的缺点，提供一种防喷器的闸板锁紧装置，根据执行机构转动连接轴方式的不同，既可以运用在手动锁紧装置上，也可以运用在液动锁紧装置上。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种防喷器的闸板锁紧装置, 包括闸板、侧门、闸板轴、液缸、锁紧轴及缸盖，所述闸板安装在所述侧门内端，所述闸板轴从所述侧门中穿出与所述闸板连接，所述液缸安装在所述侧门的外端，所述闸板轴的端部套设有第一活塞，所述第一活塞与所述液缸的内腔匹配，使得所述闸板轴在所述液缸内轴向移动，所述锁紧轴与闸板轴连接，所述缸盖安装在液缸外侧，其特点在于：

所述闸板锁紧装置还包括锁紧块，所述锁紧块上有螺旋曲面。

所述锁紧块上有连接轴，通过连接轴与缸盖连接，所述锁紧块可围绕连接轴旋转。

所述锁紧轴端部有曲面，所述曲面能与所述锁紧块上螺旋曲面匹配。

较佳地，所述锁紧块为扇形。

较佳地，所述锁紧块的螺旋曲面的螺旋升角范围为0°-23°。

较佳地，所述防喷器的闸板锁紧装置还包括执行机构，所述执行机构设置在所述连接轴的另一端，用于带动所述连接轴旋转。

较佳地，所述执行机构包括锁紧液缸，所述连接轴的一端与所述缸盖连接，所述连接轴的另一端穿入所述锁紧液缸中。

较佳地，所述执行机构还包括第二活塞、第三活塞、第一齿条、第二齿条及转动齿轮，所述转动齿轮穿设在所述连接轴的另一端；

所述第一齿条和所述第二齿条分别啮合于所述转动齿轮的上下方，所述第二活塞与所述第一齿条固定连接，所述第三活塞与所述第二齿条固定连接，或者所述第二活塞与所述第二齿条固定连接,所述第三活塞与第一齿条固定连接,且所述第二活塞和所述第三活塞分别位于所述转动齿轮的两侧；

所述连接轴上设有键槽，所述转动齿轮通过键与所述连接轴连接；

所述执行机构收容于所述锁紧液缸中。

较佳地，所述执行机构还包括第四活塞、第五活塞、连接杆和摆动杆，所述摆动杆安装在所述连接轴的另一端，且所述摆动杆穿过所述连接杆，所述连接杆的两端分别与所述第四活塞和所述第五活塞固定连接；

所述执行机构收容于所述锁紧液缸中。

较佳地，所述执行机构包括主动齿轮、从动齿轮及电机，所述从动齿轮穿设在所述连接轴的另一端，所述主动齿轮通过传动轴与所述电机连接，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合。

本发明的积极进步效果在于：本发明防喷器的闸板锁紧装置一般只需转动锁紧块1/6圈就能实现锁紧，如果依靠人力直接旋转连接轴带动锁紧块进行锁紧将比传统手动锁紧装置提高效率百倍以上，极大地降低了劳动强度和提高了锁紧效率；如果依靠液压驱动执行机构旋转连接轴带动锁紧块进行锁紧，则会比传统液动锁紧装置结构更简单、体积更小巧、加工成本和故障率更低。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴处于解锁状态的立体图。

图2为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴处于解锁状态的结构示意图。

图3为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中闸板轴、锁紧轴、缸盖、锁紧块处于解锁状态的装配主视图。

图4为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中闸板轴、锁紧轴、缸盖、锁紧块处于解锁状态的装配右视图。

图5为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴处于锁紧状态的立体图。

图6为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴处于锁紧状态的结构示意图。

图7为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中闸板轴、锁紧轴、缸盖、锁紧块处于锁紧状态的装配主视图。

图8为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中闸板轴、锁紧轴、缸盖、锁紧块处于锁紧状态的装配右视图。

图9为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴与锁紧块配合主视图。

图10为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴与锁紧块配合俯视图。

图11为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中连接轴与执行机构配合后的示意图。

图12为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例二中锁紧轴与锁紧块配合主视图。

图13为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例二中锁紧轴与锁紧块配合俯视图。

图14为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例三中锁紧轴与锁紧块配合主视图。

图15为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例三中锁紧轴与锁紧块配合俯视图。

图16为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例四中执行机构与锁紧块配合的立体图。

图17为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例五中执行机构与锁紧块配合的立体图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一

图1为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴处于解锁状态的立体图。

图2为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴处于解锁状态的结构示意图。如图1至图2所示，本发明公开了一种防喷器的闸板锁紧装置，包括防喷器100、壳体110、闸板120、侧门130、液缸140、锁紧轴150、缸盖170及闸板轴121，闸板120被收容在壳体110内，侧门130固定在壳体110的外侧，即位于闸板120的外端，将闸板120封闭在壳体110内，同时使得连接闸板120的闸板轴121由侧门130中穿出，液缸140安装在侧门130的外端。缸盖170与液缸140外侧连接。

在闸板轴121的端部套设有第一活塞160，第一活塞160与液缸140的内腔匹配，使得闸板轴121能够在液缸140内实现轴向移动，从而带动闸板轴121在液缸140内轴向移动。

在侧门130上设有开油路141和关油路131，液压油通过开关油路分别进入液缸140的开腔143和关腔142。

图3为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中闸板轴、锁紧轴、缸盖、锁紧块处于解锁状态的装配主视图。图4为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中闸板轴、锁紧轴、缸盖、锁紧块处于解锁状态的装配右视图。

如图3至图4所示，锁紧轴150一端与闸板轴121连接，另一端与缸盖170连接，并从缸盖170中穿出。锁紧块173置于缸盖170内腔171中，通过连接轴1731与缸盖170连接。通过转动连接轴1731可使锁紧块173围绕连接轴轴线旋转，锁紧块173上有螺旋曲面1732，其螺旋升角为θ，本实施例为3°。锁紧轴150端部有曲面1501，曲面1501能与锁紧块173上螺旋曲面1732吻合。

如图2至图4所示，当液压油通过开油路141进入开腔143后，推动第一活塞160并带动闸板轴121和锁紧轴150向远离井口中心的方向运动，直到第一活塞160接触到缸盖170端面而停止，此时闸板120处于打开状态，锁紧轴150处于解锁状态。

图5为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴处于锁紧状态的立体图。图6为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴处于锁紧状态的结构示意图。图7为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中闸板轴、锁紧轴、缸盖、锁紧块处于锁紧状态的装配主视图。图8为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中闸板轴、锁紧轴、缸盖、锁紧块处于锁紧状态的装配右视图。图9为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴与锁紧块配合主视图。图10为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴与锁紧块配合俯视图。

如图5至图10所示，当液压油通过关油路131进入关腔142后，推动第一活塞160并带动闸板轴121和锁紧轴150向井口中心的方向运动，直到第一活塞160接触到侧门130端面而停止，此时闸板120处于关闭状态，通过转动连接轴1731带动锁紧块173顺时针转动并与锁紧轴150的端部曲面1501吻合锁紧，卸除液压力后，依靠锁紧轴150的端部曲面1501与锁紧块173的螺旋曲面1732的之间摩擦力继续保持自锁状态。解锁运动是锁紧运动的反向过程，在此不再赘述。特别地，当螺旋升角不为0°时（如本实施例），在使用过程中锁紧块可以通过在旋转过程中自动增加旋转的角度吻合锁紧轴150的端部曲面1501而自动补偿由于钻杆及闸板胶芯的磨损所导致的轴向移动量的增加。

上述结构的防喷器的闸板锁紧装置使用人力直接驱动连接轴带动锁紧块旋转从而实现手动锁紧。

此外，在上述结构的基础之上，本发明的防喷器的闸板锁紧装置还可以包括执行机构180，从而更进一步地实现液压自动锁紧。

图11为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中连接轴与执行机构配合后的示意图。

图中锁紧液缸200将执行机构180整体收容在内。执行机构180设置在连接轴1731的另一端，主要用于带动连接轴1731的旋转。优选地，执行机构180包括第二活塞184、第三活塞185、第一齿条182、第二齿条183及转动齿轮181，将转动齿轮181穿设在连接轴1731的另一端上。转动齿轮181和连接轴1731之间采用键联接的方式，在连接轴1731上设置键槽155，在键槽155内放置键1811，通过键1811使得转动齿轮181与连接轴1731联接为一体。第二活塞184与第二齿条183固定连接在一起，第三活塞185与第一齿条182固定连接在一起，第一齿条182在转动齿轮181上部与转动齿轮181啮合，第二齿条在转动齿轮181下部与转动齿轮181啮合，且第二活塞184和第三活塞185分别位于转动齿轮181的两侧。第一齿条182和第二齿条183在第二活塞184及第三活塞185的带动下同时推动转动齿轮181进行顺时针或逆时针转动，从而带动连接轴1731上的锁紧块173实现顺时针锁紧或逆时针解锁动作。第二活塞184、第三活塞185的运动均由液压油推动。

实施例二

图12为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例二中锁紧轴与锁紧块配合主视图。图13为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例二中锁紧轴与锁紧块配合俯视图。

如图12至图13所示，本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，其不同之处在于：螺旋升角θ的值为0°，无法自动补偿由于钻杆及闸板胶芯的磨损所导致的轴向移动量的增加。

实施例三

图14为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例三中锁紧轴与锁紧块配合主视图。图15为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例三中锁紧轴与锁紧块配合俯视图。

如图14至图15所示，本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，其不同之处在于：螺旋升角θ的值为23°。

由于螺旋升角的增加，则相同转角导致闸板的轴向移动量就大，对于钻杆及闸板胶芯的磨损所导致的轴向移动量的增加的补偿就多。因此螺旋升角的角度不受上述实施例的限制，可以根据实际需求进行调配。

实施例四

图16为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例四中连接轴与执行机构配合后的立体图。

如图16所示，本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，其不同之处在于：执行机构180包括第四活塞300、第五活塞400、连接杆186和摆动杆187。摆动杆187安装在连接轴1731的另一端，且摆动杆187穿过连接杆186，在连接杆186的两端分别与第四活塞300和第五活塞400固定连接。

通过开关油路的液压力推动第四活塞300和第五活塞400，由第四活塞300和第五活塞400推动连接杆186，再由连接杆186带动摆动杆187，再由摆动杆187带动连接轴1731逆时针或顺时针旋转。图16示出了在关油路的液压力推动第四活塞300和第五活塞400，进而推动摆动杆187顺时针旋转，从而达到的锁紧位置。同理，解锁位置则是通过开油路的液压力推动第四活塞300和第五活塞400反向运动，从而促使锁紧轴150逆时针旋转解锁。

实施例五

图17为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例五中连接轴与执行机构配合后的立体图。如图17所示，本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，其不同之处在于：执行结构180包括主动齿轮188、从动齿轮189及电机190，从动齿轮189穿设在连接轴1731的另一端，主动齿轮188通过传动轴191与电机190连接，同时从动齿轮189与主动齿轮188啮合。

电动机190可以自带电池也可以外接电源，通过开油路的液压力作用触动电动机190正转（即逆时针）开关，由连接轴191带动主动齿轮188逆时针旋转从而带动从动齿轮189顺时针旋转而锁紧，解锁时通过关油路的液压力触动电动机190反转（即顺时针）开关，由连接轴191带动主动齿轮188顺时针旋转，从而带动从动齿轮189逆时针旋转而解锁。

基于上述各实施例的描述，本发明防喷器的闸板锁紧装置中锁紧块的螺旋升角在0°-23°内都能完成自锁。螺旋升角的变化有利于在轴向上的移动量进行调节。螺旋升角大，则相同转角导致闸板轴的轴向移动量就大，对于钻杆及闸板胶芯的磨损所导致的轴向移动量的增加的补偿就多。因此螺旋升角的角度不受上述实施例的限制，可以根据实际需求进行调配。

综上所述，本发明防喷器的闸板锁紧装置一般只需转动锁紧块1/6圈就能实现锁紧，如果依靠人力直接旋转连接轴带动锁紧块进行锁紧将比传统手动锁紧装置提高效率百倍以上，极大地降低了劳动强度和提高了锁紧效率；如果依靠液压驱动执行机构旋转连接轴带动锁紧块进行锁紧，则会比传统液动锁紧装置结构更简单、体积更小巧、加工成本和故障率更低。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种防喷器的闸板锁紧装置, 包括闸板、侧门、闸板轴、液缸、锁紧轴及缸盖，所述闸板安装在所述侧门内端，所述闸板轴从所述侧门中穿出与所述闸板连接，所述液缸安装在所述侧门的外端，所述闸板轴的端部套设有第一活塞，所述第一活塞与所述液缸的内腔匹配，使得所述闸板轴在所述液缸内轴向移动，所述锁紧轴与闸板轴连接，所述缸盖安装在液缸外侧，其特征在于：

所述闸板锁紧装置还包括锁紧块，所述锁紧块上有螺旋曲面；

所述锁紧块上有连接轴，通过连接轴与缸盖连接，所述锁紧块可围绕连接轴旋转；

所述锁紧轴端部有曲面，所述曲面能与所述锁紧块上螺旋曲面匹配。

2.如权利要求1所述的防喷器的闸板锁紧装置，其特征是所述锁紧块为扇形。

3.如权利要求1所述的防喷器的闸板锁紧装置，其特征是所述锁紧块的螺旋曲面的螺旋升角范围为0°-23°。

4.如权利要求1所述的防喷器的闸板锁紧装置，其特征在于，所述防喷器的闸板锁紧装置还包括执行机构，所述执行机构设置在所述连接轴的另一端，用于带动所述连接轴旋转。

5.如权利要求4所述的防喷器的闸板锁紧装置，其特征在于，所述执行机构包括锁紧液缸，所述连接轴的一端与所述缸盖连接，所述连接轴的另一端穿入所述锁紧液缸中。

6.如权利要求5所述的防喷器的闸板锁紧装置，其特征在于，所述执行机构还包括第二活塞、第三活塞、第一齿条、第二齿条及转动齿轮，所述转动齿轮穿设在所述连接轴的另一端；

所述第一齿条和所述第二齿条分别啮合于所述转动齿轮的上下方，所述第二活塞与所述第一齿条固定连接，所述第三活塞与所述第二齿条固定连接，或者所述第二活塞与所述第二齿条固定连接,所述第三活塞与第一齿条固定连接,且所述第二活塞和所述第三活塞分别位于所述转动齿轮的两侧；

所述连接轴上设有键槽，所述转动齿轮通过键与所述连接轴连接。

7.如权利要求4所述的防喷器的闸板锁紧装置，其特征在于，所述执行机构还包括第四活塞、第五活塞、连接杆和摆动杆，所述摆动杆安装在所述连接轴的另一端，且所述摆动杆穿过所述连接杆，所述连接杆的两端分别与所述第四活塞和所述第五活塞固定连接。

8.如权利要求5或6所述的防喷器的闸板锁紧装置，其特征在于所述执行机构均收容于所述锁紧液缸中。

9.如权利要求4所述的防喷器的闸板锁紧装置，其特征在于，所述执行机构包括主动齿轮、从动齿轮及电机，所述从动齿轮穿设在所述连接轴的另一端，所述主动齿轮通过传动轴与所述电机连接，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合。