CN105507805A - 一种新型水井钻机 - Google Patents

Abstract

本发明申请涉及了一种旋转式钻进的地面驱动装置，具体公开了一种新型水井钻机，包括机架，机架上设有动力系统、液压系统和钻井系统，液压系统包括液压泵、油箱和多路阀，液压泵设在机架上，油箱设在液压泵上方，多路阀设在油箱的一侧，动力系统与液压泵连接，钻井系统包括桅杆和动力头座，桅杆上设有链条，链条由第一液压马达驱动，链条的两端连接在动力头座的上、下两端，动力头座滑动连接在桅杆上，动力头座上设有第二液压马达和动力头，第二液压马达与动力头相连，第一液压马达和第二液压马达均与多路阀相连；本发明申请意在提供一种密封性好、钻井质量高的新型水井钻机，以解决现有动力头存在密封性差、钻井质量低的问题。

Description

一种新型水井钻机

技术领域

本发明涉及一种旋转式钻进的地面驱动装置，具体涉及了一种新型水井钻机。

背景技术

山地钻机又叫人抬式山地钻机，人抬式就是可以给人抬走的，放在工程来讲就是，它在打孔过程中的移动可以人抬的，比较适合山地、黄土塬、丘陵、戈壁、农田等复杂地表的勘探钻井。

现有的山地钻机已经有所改进，一般是包括基座、桅杆、液压系统和动力系统，桅杆固定连接在基座上，桅杆上滑动连接由动力头座，动力头座与桅杆上的提升系统相连接，提升系统上连接有第一液压马达，动力头座上安装有动力头，动力头上连接有第二液压马达，液压系统控制两个液压马达正转或反转，以分别控制动力头座上、下运动和动力头旋转钻井，动力系统控制液压系统中的液压泵，以保证液压油可连续的送入至液压马达中；而目前山地钻机上配套的动力头有两种结构形式，一种适用于空气钻井，对压缩空气等气体介质有较好的密封效果，一种适用于泥浆钻井，对泥浆等液体介质密封较好；而因为山地钻机搬运方便，钻井能力较强，人们会使用其钻水井。

以往使用介质水的动力头，密封结构包括垫片，垫片将主轴包围，在垫片上放入多层橡胶圈，以防止水从动力头中流出，再在橡胶圈上直接安装轴承；在山地钻机工作时，由于主轴和轴承内圈都是在快速的连续的旋转，橡胶圈很容易被磨损，因此动力头内部的密封性较差，一段时间以后，将导致介质水从磨损的橡胶垫中流出，操作人员将会将动力头拆卸下来，更换其内部的橡胶垫，操作麻烦，更换频繁。

另一方面，现有的山地钻机，在钻井时，由于钻头转动，钻头与地面相互作用，钻头往往会发生较大的震动偏移，也会使桅杆产生较大的振动偏移，桅杆也将带动钻头发生较大的振动偏移，而钻头将会钻出口径不规则且口径较大的井，影响钻井质量。

发明内容

本发明意在提供一种密封性好、使用寿命长的一种新型水井钻机。

本方案中的一种新型水井钻机，包括机架，机架固定连接在地面上，机架上设有动力系统、液压系统和钻井系统，液压系统包括液压泵、油箱和多路阀，液压泵设在机架上，油箱设在液压泵上方，多路阀设在油箱的一侧，动力系统与液压泵连接，钻井系统包括桅杆和动力头座，桅杆上部与下部设有相应的两个齿轮，下部齿轮上连接有第一液压马达，齿轮上啮合有链条，链条的两端连接在动力头座的上、下两端，动力头座滑动连接在桅杆上，动力头座上设有第二液压马达和动力头，第二液压马达与动力头相连，第一液压马达和第二液压马达均与多路阀相连，动力头包括外壳，外壳内设有主轴，外壳内上部设有第一上凸肩，外壳内上部设有位于第一上凸肩上方的第二上凸肩，外壳内下部设有第一下凸肩，外壳内下部设有位于第一下凸肩上方的第二下凸肩；第一上凸肩和第一下凸肩与主轴之间均设有第一垫片，两个第一垫片上与主轴之间设有相互配合的两个油封；第二上凸肩和第二下凸肩与主轴之间均设有第二垫片，两个第二垫片上与主轴之间设有相互配合的两个轴承，机架上设有位于动力头下方的导向座，导向座上设有导向孔，导向孔内设有支撑环，支撑环和导向座之间设有密封圈。

本方案的技术原理及有益效果为：取来外壳，外壳是整个动力头的主体构架；在外壳内的第一上凸肩和第一下凸肩上分别放上第一垫片，第一上凸肩和第一下凸肩可稳定地将两个第一垫片承载固定，第一垫片与外壳壁相抵，第一垫片一方面支撑主轴，使主轴的旋转中心不会发生偏移，另一方面可阻挡部分水从第一垫片外溢，形成第一道密封。

在将第一垫片固定后，将润滑油放入两个油封内，再将两个油封分别放入两个第一垫片上，两个油封与外壳壁相抵，两个油封主要与主轴之间形成油封，将全部水阻挡在两个油封之间，形成第二道密封，并润滑主轴，减少主轴与第一垫片、第二垫片和油封之间的摩擦，减少了第一垫片、第二垫片和油封的损耗，提高了第一垫片、第二垫片和油封的使用寿命，也使主轴更易旋转，两个油封次要辅助支撑主轴。

两个油封分别与第二上凸肩和第二下凸肩平齐，然后在两个油封上以及与其平齐的第二上凸肩和第二下凸肩上分别安放两个第二垫片，两个第二垫片与外壳壁相抵，第二垫片与第一垫片的作用一样，一方面支撑主轴，使主轴的旋转中心不会发生偏移，另一方面可阻挡从油封漏出的水从第二垫片外溢，形成第三道密封，第一垫片和第二垫片形成了主轴的四道支撑部，而油封在第一垫片和第二垫片之间，可减少油封与主轴之间的相抵力，减少两者之间的摩擦力，从而进一步提高了油封的使用寿命。

使用油封将润滑油密封，润滑油又将水密封在油封之上，油封相较橡胶垫密封，润滑油与主轴之间的缝隙更小，谁不会从润滑油中通过，橡胶垫是靠与主轴相抵的微变量而产生水封，其两者之间的距离由于摩擦，很容易产生缝隙，易使水从缝隙中流出，第二垫片还可进一步防止从油封中漏出的水外溢；综上，本方案的三道密封可提高外壳与主轴之间的密封性。

在两个第二垫片上分别安放两个轴承，两个轴承的外壁与外壳壁相抵，将主轴穿过两个轴承、两个第二垫片和两个油封以及两个第一垫片形成的轴孔，转动主轴，轴承随着主轴旋转，轴承与油封之间设有第二垫片，轴承将不会磨损油封，提高了油封的使用寿命，并且密封性也不会破坏。

另一方面，启动动力装置，动力装置带动液压泵将油箱中的油泵入多路阀中，多路阀将分别带动第一液压马达和第二液压马达转动，第一液压马达将带动桅杆下部齿轮旋转，下部齿轮将带动链条运动，链条带动上部齿轮旋转，链条也将带动动力头座在桅杆上上、下滑动，动力头座带动动力头上、下移动，在动力头上安装钻杆和钻头，动力头将会带动钻杆和钻头上、下运动，先将钻头穿过导向座上的导向孔，钻杆与支撑环间隙、滑动或者转动配合，将钻头移动到与地面相抵时，启动第一液压马达，钻头开始钻井。

钻头旋转与地面作用，会产生剧烈震动，动力装置的启动也会产生距离震动，然而机架固定连接在地面上，动力装置和钻头产生的震动，将很难带动机架产生剧烈震动，而钻杆被限制在导向座中，导向座上的导向孔将控制钻杆在固定的位置上进行旋转，从而防止了钻杆发生较大的震动偏移，保证了钻头钻出的井的口径整齐规则，从而提高了钻机的使用寿命。

防止在钻井时，泥浆从井口中喷出到导向座上，可防止泥浆或者喷出到高处，并洒落至操作人员，将操作人员的衣服弄脏，或者直接喷到操作人员身上，伤害到操作人员，支撑环和导向座之间设有密封圈，密封圈可防止泥浆中的水喷出到导向座上部，避免了水喷入到动力头上，减少了水对动力头的侵蚀，进一步提高了钻机的使用寿命。

进一步，两个轴承的上方的外壳内均开有挡圈槽，两个挡圈槽内均设有第一挡圈，第一上凸肩和第一下凸肩上均设有第二挡圈，两个第一垫片分别设于两个第二挡圈上。第一挡圈和第二挡圈配合，可防止轴承、第二垫片、油封和第一垫片在主轴上窜动；第二挡圈也可防止轴承漏油。

进一步，外壳上两个第一垫片之间开有进水孔，两个第一垫片之间的主轴上开有周向均布的通孔，通孔相错设置，主轴的下端开有出水孔，通孔与出水孔连通。在进水孔上连接一个水泵，启动水泵，将水泵入到外壳内，水通过通孔进入到主轴内，穿过出水孔流出到主轴外，通孔相错设置，可起到稳流的作用。

进一步，所述动力头座上卡接有支撑板，动力头座通过销轴将支撑板卡紧，外壳通过第一法兰连接在支撑板上，第一液压马达与主轴相连，主轴下方连接有第二法兰，第二法兰上连接有钻头短接。销轴将支撑板卡紧在动力头座上，销轴可使支撑板更加稳定地安装在动力头座上；需要拆卸支撑板时，可将销轴拔下，将支撑板从动力头座上拆卸下来，需要安装支撑板时，将支撑板卡接在动力头座上，在将销轴插入到动力头座上，并卡紧支撑板，方便了支撑板的拆装；第一法兰的设置，方便了外壳与动力头座的连接，第二法兰的设置，方便了主轴与钻头短接的连接；将钻杆和钻头安装在钻头接头上，启动第二液压马达，主轴旋转，主轴带动钻头接头旋转，钻头开始钻井，第二液压马达为钻头的钻井提供了动力。

进一步，桅杆底端固定连接有连接柱，机架上设有凹槽，连接柱设在凹槽内，凹槽上开有定位孔，还包括定位销，定位销穿过定位孔将连接柱卡紧在凹槽内。将连接柱安装在凹槽内，使用定位销插入定位孔中，并将连接柱卡紧，此连接方式简单方便，便于桅杆安装或者拆卸。

进一步，动力头座和桅杆之间设有垫板，垫板螺纹连接在动力头座上，垫板的设置，可减少动力头座和桅杆之间的摩擦，减少动力头座和桅杆相互作用的损伤。

进一步，动力系统位柴油机，柴油机通过皮带与液压泵相连，柴油机的耗油低，低转速时，扭矩就可达到高峰，动力大。

附图说明

图1为本发明实施例一一种新型水井钻机的示意图；

图2为图1中动力头与动力头座和钻头接头配合的示意图；

图3为图1中导向座的示意图；

图4为图1中动力头的剖面图；

图5为图1中动力头座与桅杆配合的局部示意图；

图6为图1中动力头座与桅杆配合的局部剖面图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：柴油机1、机架2、散热器3、油箱4、倾斜支撑杆5、桅杆6、链条7、第二液压马达8、螺纹杆9、动力头座10、第一法兰11、动力头12、进水孔13、主轴14、第二法兰15、第三法兰16、钻头短接17、导向座18、定位销19、连接柱20、橡胶密封圈21、支撑环22、导向孔23、垫板24、第一挡圈25、轴承26、第二垫片27、油封28、第一垫片29、第二挡圈30、外壳31、出水孔32、第二上凸肩33、第一上凸肩34、第一下凸肩35、第二下凸肩36、挡圈槽37、卡条38、销轴39、支撑板40。

实施例一基本如附图1、图2和图3所示：一种新型水井钻机，包括机架2，机架2固定连接在地面上，机架2上滑动连接有柴油机1，液压系统设在柴油机1的左侧，钻井系统设在液压系统的左侧，液压系统包括液压泵、油箱4和多路阀，液压泵螺纹连接在机架2上，油箱4设在液压泵上方，油箱4上连接有散热器3，多路阀设在油箱4的后侧，柴油机1通过皮带与液压泵连接，钻井系统包括桅杆6和动力头座10，桅杆6底端焊接有连接柱20，机架2上设有凹槽，连接柱20设在凹槽内，连接柱20与凹槽的侧壁相抵，凹槽两个侧壁上开有相应的定位孔，还包括定位销19，定位销19穿过定位孔将连接柱20卡紧在凹槽内，桅杆6和机架2之间铰接有用于支撑桅杆6的倾斜支撑杆5，桅杆6上部与下部设有相应的两个齿轮，下部齿轮上连接有第一液压马达，齿轮上啮合有链条7，链条7的两端连接在动力头座10的上、下两端，动力头座10滑动连接在桅杆6上，动力头座10上开有卡条38，将带有卡槽的支撑板40通过卡条38安装在动力头座10上，动力头座10上开有两个销孔，将销轴39穿过两个销孔，销轴39与支撑板40壁相抵并卡紧支撑板40，外壳31通过第一法兰11连接在支撑板40上，动力头座10上通过螺栓连接有第二液压马达8，第二液压马达8与主轴14相连，主轴14下方连接有第二法兰15，钻头短接17上设有第三法兰16，第二法兰15与第三法兰16连接，机架2上焊接有位于钻头短接17下方的导向座18，导向座18上设有导向孔23，导向孔23内设有支撑环22，支撑环22和导向座18之间设有橡胶密封圈21。

如图4所示，动力头12包括外壳31，外壳31两头粗中间细，外壳31内上部设有第一上凸肩34，外壳31内上部设有位于第一上凸肩34上方的第二上凸肩33，外壳31内下部设有第一下凸肩35，外壳31内下部设有位于第一下凸肩35上方的第二下凸肩36；第一上凸肩34和第一下凸肩35上均安放有与外壳31壁相抵的第二挡圈30，第一上凸肩34和第一下凸肩35与主轴14之间均装有与外壳31壁相抵的第一垫片29，两个第一垫片29分别设于两个第二挡圈30上，两个第一垫片29上分别装有相互配合的与外壳31壁相抵的两个油封28；第二上凸肩33和第二下凸肩36与主轴14之间均设有与外壳31壁相抵的第二垫片27，两个第二垫片27上设有相互配合的两个轴承26，两个轴承26的外壁与外壳31壁相抵，两个轴承26的上方的外壳31内均开有挡圈槽37，两个挡圈槽37内均设有第一挡圈25，两个第一挡圈25与轴承26相抵，将主轴14穿过两个轴承26、两个第二垫片27和两个油封28以及两个第一垫片29形成的轴孔中，外壳31上两个第一垫片29之间开有进水孔13，两个第一垫片29之间的主轴14上开有周向均布的通孔，通孔相错设置，主轴14的下端开有出水孔32，通孔与出水孔32连通。

如图5和图6所示，一种新型水井钻机，动力头座10和桅杆6之间设有垫板24，垫板24螺纹连接在动力头座10上，垫板24与桅杆6滑动连接，桅杆6上部与下部转动连接有相应的两个齿轮，下部齿轮上连接有第一液压马达，齿轮上啮合有链条7，链条7的两端螺纹连接有两个螺纹杆9，两个螺纹杆9螺纹连接在动力头座10的上、下两端。

先将皮带安装在柴油机1和液压泵的皮带轮上，滑动柴油机1将皮带处于张紧状态，启动柴油机1，柴油机1带动带动液压泵将油箱4中的油泵入多路阀中，多路阀将分别带动第一液压马达和第二液压马达8转动。

先将第一液压马达油路打开，第一液压马达转动，桅杆6下部齿轮旋转，齿轮将带动链条7运动，链条7带动上部齿轮旋转，链条7也将带动动力头座10在桅杆6上向上滑动，待适宜位置后，将钻杆和钻头安装在钻头接头上，在使第一液压马达油路反向，第一液压马达反转，桅杆6下部齿轮反转，链条7将带动动力头座10在桅杆6上向下滑动，钻头和钻杆将穿过导向座18上的导向孔23，钻杆与支撑环22滑动配合，钻头将与地面相抵；再将启动第二液压马达8的油路打开，第二液压马达8转动，主轴14旋转，主轴14带动钻头接头旋转，钻头接头带动钻杆和钻头旋转，钻头开始钻井。

在进水孔13上连接一个水泵，启动水泵，将水泵入到外壳31内，水通过通孔进入到主轴14内，穿过出水孔32流出到主轴14外，进入到钻头接头中，经过钻杆，进入到钻头中，穿过钻头喷射在需要开钻的地面上，高压水一方面可将钻头与地面摩擦产生的热量带走，一方面可对地面施加一定的力，有助于钻头破碎地面。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种新型水井钻机，包括机架，机架固定连接在地面上，机架上设有动力系统、液压系统和钻井系统，液压系统包括液压泵、油箱和多路阀，液压泵设在机架上，油箱设在液压泵上方，多路阀设在油箱的一侧，动力系统与液压泵连接；

钻井系统包括桅杆和动力头座，桅杆上部与下部设有相应的两个齿轮，下部齿轮上连接有第一液压马达，齿轮上啮合有链条，链条的两端连接在动力头座的上、下两端，动力头座滑动连接在桅杆上，动力头座上设有第二液压马达和动力头，第二液压马达与动力头相连，第一液压马达和第二液压马达均与多路阀相连；

其特征在于：动力头包括外壳，外壳内设有主轴，外壳内上部设有第一上凸肩，外壳内上部设有位于第一上凸肩上方的第二上凸肩，外壳内下部设有第一下凸肩，外壳内下部设有位于第一下凸肩上方的第二下凸肩；

第一上凸肩和第一下凸肩与主轴之间均设有第一垫片，两个第一垫片上与主轴之间设有相互配合的两个油封；

第二上凸肩和第二下凸肩与主轴之间均设有第二垫片，两个第二垫片上与主轴之间设有相互配合的两个轴承，机架上设有位于动力头下方的导向座，导向座上设有导向孔，导向孔内设有支撑环，支撑环和导向座之间设有密封圈。

2.根据权利要求1所述的新型水井钻机，其特征在于：所述两个轴承的上方的外壳内均开有挡圈槽，两个挡圈槽内均设有第一挡圈，第一上凸肩和第一下凸肩上均设有第二挡圈，两个第一垫片分别设于两个第二挡圈上。

3.根据权利要求1所述的新型水井钻机，其特征在于：所述外壳上两个第一垫片之间开有进水孔，两个第一垫片之间的主轴上开有周向均布的通孔，通孔相错设置，主轴的下端开有出水孔，通孔与出水孔连通。

4.根据权利要求3所述的新型水井钻机，其特征在于：所述动力头座上卡接有支撑板，动力头座通过销轴将支撑板卡紧，外壳通过第一法兰连接在支撑板上，第一液压马达与主轴相连，主轴下方连接有第二法兰，第二法兰上连接有钻头短接。

5.根据权利要求4所述的新型水井钻机，其特征在于：所述桅杆底端固定连接有连接柱，机架上设有凹槽，连接柱设在凹槽内，凹槽上开有定位孔，还包括定位销，定位销穿过定位孔将连接柱卡紧在凹槽内。

6.根据权利要求5所述的新型水井钻机，其特征在于：所述动力头座和桅杆之间设有垫板，垫板螺纹连接在动力头座上。

7.根据权利要求1所述的新型水井钻机，其特征在于：所述动力系统位柴油机，柴油机通过皮带与液压泵相连。