CN1056899C - 潜孔冲击装置上可颠倒使用的机壳 - Google Patents

Abstract

一种用于潜孔钻机上的可颠倒使用的机壳具有一个在机壳通孔上位于两个机壳端之间中间位置处的预定的挡环槽长度，挡环槽深度和挡环体长度，因而使一个挡环可以被保持在挡环槽之中，而当机壳颠倒方向使用时，允许挡环作纵向的移动。

Description

潜孔冲击装置上可颠倒使用的机壳

本发明一般涉及流体传动冲击式潜孔钻机，更具体地说是涉及用作这种钻机的外体的机壳。

流体传动潜孔钻机通常使用一组内圆筒或进料管来进行空气循环所要求的流体传送或运输的功能。这些内部部件必须保持在钻机机壳的中央通孔内。为了使圆筒通孔的直径尽可能大及使这些部件保持在正确的纵向位置上，要提供一个配置机壳底部切出的凹槽内的固定用挡环作为一个肩托装置。象需要镗孔、磨光或搪磨这类的制造上的考虑阻止了这种作为机壳一部分的内部肩托或承磨衬套的形成。然而，一个带有一个连成一体的肩托的整体机壳，或者一个在出厂前已装好的不能卸下的环将对使备用部件保持为最低数量及避免对这敏感区域在维修期间造成伤害方面都是有利的。

此外，将机壳制成一种使其能在纵向上颠倒过来使用的形式也是非常可取的，因为当机壳的前端于使用中在钻头接口处磨损和磨蚀后，可以使机壳在纵向上颠倒过来，将未磨损的机壳端头放置在钻头接口处，从而延长了机壳的使用寿命。这样一种可颠倒使用的机壳必须使其挡环槽的长度大于挡环环体的长度，以便可以安装挡环。由于挡环槽是位于两个机壳端头之间的中间位置，对于组装钻机的人员要精确地对准和插入一个挡环是很成问题的，除非是挡环槽的长度大干挡环环体的长度。然而，如果挡环槽的长度对于一个特定的通孔和挡环是太长了的话，则挡环将呈“歪斜”或“转过来”的形式，从而丧失了其在槽内的压配合，并且当机壳排空时，例如在钻机内部部件进行修理时，将自由地从中掉出来。

以上所述说明了已知存在于现有可颠倒使用的机壳的局限性。这样，很明显如果能提供一种另外的形式可以克服上述的一个或多个局限性的机壳将是非常有益的。

因此，本发明的目的在于提供一种潜孔钻机上可颠倒使用的机壳，它能克服上述的一个或多个缺点。

根据本发明的用于一个潜孔钻机的机壳，所述机壳被用来将其第一机壳端连接到钻机后端组件上，并将其第二机壳端连接到钻机前端上，所述机壳的一端被使用磨损后可以纵向地颠倒过来再使用，它包括：

a.一个在所述第一机壳端和所述第二机壳端之间纵向延伸的细长空心管状体；

b.在所述管状体的一个内表面上形成的一个具有直径D的通孔，所述通孔具有一条在所述纵向方向上延伸的轴线；

c.用于将一个挡环保持在其内的位于所述内表面上的挡环槽装置，挡环用于将钻机后端组件支持在所述通孔内，所述挡环具有一个在1.0和6.0之间的挡环长深比，所述挡环槽装置基本上位于所述第一和第二机壳端之间的中间部位，从横截所述管状体的所述纵向方向的平面上观察，所述挡环槽装置是从所述通孔的所述轴线在径向方向上延伸的，所述挡环槽装置具有：

i.一个在所述纵向方向上量取的长度L；

ii.一个在所述径向方向上量取的深度t；和

iii.一个肩托比D/t，所述长度L在下列范围内具有最大数值：

大凹槽长度范围	通孔直径范围	肩托比范围	挡环长深比范围
				L(英寸)	D(英寸)	r＝D/t	K＝1/t
0.25-7.80	2.0-10.0	10.0-150.0	1.0-6.0

由此当机壳未与所述钻机的操作元件相连接时，挡环就将被所述挡环槽装置留住而不会从所述挡环槽中歪斜出来；和

d.所述通孔内表面具有一个纵断面，所述纵断面设有一个第一凹槽装置和一个第二凹槽装置，所述第一和第二凹槽装置以所述挡环装置为中心对称布置，以基本上相等的距离位于其两侧。

从下面结合附图对本发明所作的详细描述中，上述的及其它的方面将更易明了。附图中：

图1是带有现有技术的机壳的潜孔钻机的纵向截面图，其中的活塞处于驱动位置；

图2是类似于图1的视图，其中的活塞处于回复位置；

图3是本发明机壳的纵向截面图；

图4是一个处于机壳的挡环凹槽内的挡环的示意纵向横截面图，其中挡环已歪斜至即将丧失其压配合并从凹槽中掉出的位置，在图中正常位置的挡环以虚线表示；和

图5-8显示出挡环凹槽长度，通孔，挡环肩托比和挡环长深比之间关系的曲线。

为了揭示本发明，有必要对它与一个可操作的潜孔钻机之间的关系作出说明。因此下文中将描述这种钻机的一个实施例。参看图1和2，一个流体传动冲击工具总的以标号1表示。该装置被安置成悬挂在一个钻柱(未显示)上。钻机上设置有一个具有一个带螺纹部分5的后端联轴节3以便以螺纹连接在钻杆上。后端联轴节3如人所共知地具有一个供冲击流体流动的通孔7。一根空心的细长形管状机壳9具有一个以螺纹连接在后端联轴节3上的第一端11。机壳9的壳体部分13纵向地延伸至一个第二端15，第二端以螺纹连接在一个总的以标号17标示的前端部分上。

前端部分17包括一个滑动地保持在一个夹头21内的钻头19，夹头21以螺纹连接在机壳9的第二端15上。一个安置在机壳9内夹头21上方的挠性固定环23和一个带有一个嵌在机壳9内的底切内的第二裂环27的套管25形成前端17组合。这里描述前端元件仅为了清晰起见，并不构成本发明中的任何部件。

总的以标号30标示的后端组件部分包括一个安置在机壳9内的空气分配器32。一个在通孔7内的止回阀34也是后端组件30的部件，如人所共知的是为了防止钻机中空气的倒流。空气分配器32包括一个阀件35，如人所共知的，该阀件在该装置操作时开启和闭合以使流体流流入不同的通道。空气分配器32包括一个本体部分36，这部分也与通常的一样，在其上具有一个伸长的排气杆38。空气分配器32还包括一个纵向地沿着机壳9延伸的圆筒套管40。所描述的元件组合，包括止回阀34，空气分配器32，排气杆38，圆筒套管40都由拧入至机壳前端11和压靠在第一轴环44上的联轴节3保持在机壳9的通孔42内，第一轴环44跨在坐落在第二轴环48上的弹簧46上。后端部位在这里的描述完全是为了清晰起见，并不形成本发明中的任何部件。

后端组件30在机壳9内一个前端由一个弹性挡环50支承。挡环50如下面所叙述的位于第一机壳端11和第二机壳端15之间的中央。

活塞52如众所周知地是在如图1中所示的后端组件30和如图2中所示的前端17之间滑动的。活塞52当其处于驱动位置时，如图1中所示，形成后端组件30的一部分，而当其处于回复位置时，如图2中所示，则形成前端17的一部分。活塞52如众所周知地具有多个凹槽、沉割和环槽脊接触面。在钻孔操作中，驱动室54和回复室56，如众所周知地，在容积上交替地膨胀和收缩，同时也排出和压缩冲击流体。

如在图3中更为清晰地所示，本发明的机壳具有一个形成一个通孔62的内表面60，通孔62具有一条与机壳9的壳体13在同一方向纵向延伸的轴线64，该轴线与后端联轴节3的通孔7的轴线相重合。机壳9的内表面60具有一个由多个沉割部分66和交替相间的环槽脊部分68所组成的纵断面。该纵断面如众所周知的系由膛削或机械加工程序制成的。众所周知，该纵断面的目的是为了结合活塞52内的表面或沉割部分，后端组件30以及前端17以便形成供冲击流体流动的各种流体通道来操作钻机。众所周知，只要活塞的冲击反向活动是随着冲击流的排出一起完成的，则机壳9内的环槽脊68和沉割66以及其它元件中的表面或凹槽的确切结合将随着不同的钻机而有所不同。

如在横截于机壳体9的纵向方向的中心线平面70(图3)来估量，本发明的机壳9是可以纵向地颠倒过来使用的，该中心线平面位于第一机壳端11和第二机壳端15之间的中央。为了使机壳9可以颠倒过来使用，在第一机壳端11和中心线70之间的第一凹槽装置(沉割66和环槽脊68)必须基本上与第二机壳端15和中心线70之间的第二凹槽装置(底切66和棱背68)完全相同。所谓基本上完全相同是指在机壳9任何一端的凹槽与后端组件30或前端17相结合必须能提供完全相同的流体通道，而不管哪一个机壳端是连接到前端或后端上的。为了获得最好的操作效能和易于制造机壳体，第一凹槽装置和第二凹槽装置最好是以中心线平面70为中心对称安置在中心线平面70的两侧。但是，只要形成的流体通道除了机壳的纵向方向外是基本上相同的，与对称发生些微差异也照样能起作用。从图3中可以看到，挡环槽72正好以平面70居中。从平面70观察，挡环槽72是从轴线64径向延伸的一个平底凹槽。挡环槽72包括一对相间隔开的平行径向延伸的侧壁74和一个位于两侧壁之间的底表面76。挡环槽72纵向地沿着机壳9延伸而以平面70为中心向平面70的两侧各延伸相同的距离。

从图1和2中可以看到，后端组件30的长度(由标号80标示)并不是正好落在机壳9的中心线平面70上。因此，取决于后端组件30是连接在机壳9的哪一端，挡环50可以在挡环凹槽72内作纵向的些微来回移动。

然而，如图4中所示，挡环50的纵向移动也可以允许其从中心线平面70“转动”或“歪斜”出来。这种“歪料”在某种情况下使挡环失去它与挡环凹槽侧壁74的压配合90，因而当钻机后端组件30的操作元件不在机壳9内时，例如在钻机正在进行修理时，就会自由地从挡环凹槽72中掉出来。

参看图4，为了合适地设计出潜孔钻机而必须平衡的各种尺寸大小参数包括下列参数将予说明：

a.具有一个圆形截面的机壳通孔42(以D代表)，这是在一个垂直于轴线64和垂直于机壳体9的纵向方向的平面70从轴线64在径向方向量取的；

b.具有一个长度100(以L代表)的挡环槽72，这是在机壳体9的纵向方向量取的；

c.挡环凹槽的深度102(以t代表)，这是在一个垂直于轴线64和垂直于机壳体9的纵向方向的平面70从轴线64在径向方向量取的；

d.挡环凹槽肩托104，这是从轴线64在径向方向量取的，其数值等于挡环凹槽的深度t；

e.挡环肩托比(以r代表)，这是以D/t的比率计算的；

f.挡环体长度106(以1代表)，这是在机壳体9的纵向方向量取的；和

g.挡环长深比(以k代表)，这是以1/t计算的。

挡环肩托比(r)是在机壳9内量出的相对的挡环肩托大小(载重面积)。当选择适当的挡环肩托比时，必须在设计上考虑如支承后端组件30所要求的载重量和机壳9的最小的壁厚。例如，一个数值10的肩托比提供了一个大而强的肩托尺寸但是减小了机壳9的壁厚。一个数值150.0的肩托比提供了一个小的肩托和一个增大的机壳壁厚。

挡环长深比(K)是挡环50的相对抗弯强度的量度。当选择这一参数时，必须在设计上考虑强度和易于装配。例如，一个数值为1.0的挡环长深比将提供一个容易装配的细的环，但是只提供极小的抗弯强度。一个数值为6.0长深比将提供一个非常强的环，但可能装配很困难。

据发现在上面所列的设计元素之间存在着一种相互关系，从而使一个挡环槽72的最大长度(L)可以被预测出来，这个长度(L)可以容许挡环50的纵向移动，而仍能通过压配合将挡环50保持在槽72内。这种槽长度(L)的外部极限列于表I内并显示在图5-7中。

                                表I

大凹槽长度的范围L，(英寸)	通孔直径的范围D，(英寸)	肩托比的范围范围r＝D/t	挡环长深比的k＝1/t
				0.25-7.80	2.0-10.0	10.0-150.0	1.0-6.0
0.25-1.22	2.0-10.0	150.0	1.0
				0.75-3.9	2.0-10.0	30.0	4.0
1.75-7.80	2.0-10.0	10.0	6.0

在图5中显示出肩托比(r)和挡环长深比(k)的最好组合，以用于预测为各种直径的通道可能接受的最大槽长度(L)。任何处于曲线110下面的凹槽长度将保持挡环50于槽72中。在曲线110之上，则挡环50将自由地从槽72中掉出。图6显示出对一个浅的槽深度(t)[r＝150.0]和窄的环体长度(1)[k＝1.0]可接受的槽长度(L)的外部极限。任何在曲线120下面的凹槽长度(L)都是可以接受的。图7显示出对一个深的槽深度(t)[r＝10.0]和长的环体长度(1)[k＝6.0]可接受的槽长度(L)的外部极限。任何在曲线130下面的槽长度(L)都是可以接受的。图8显示出图5-7的曲线的结合。

最后，应当知道这里所用的“挡环”一词指的是常规的，基本上是圆形的弹性可变形的环状元件，这种元件在钻机装配时可以弹性地变形成小直径的，以便插入一个通孔42中。这环将胀大或“卡入”槽72内，将其外直径表面轻压在槽的底表面76上，而其内直径表面稍许突出于通孔42内，从而支撑住后端组件30，如前文中所述。以这样一个位置，环50基本上永久地定位于槽72内，只有用特殊的工具才能设法将其取出。

Claims (3)

1.一种用于一个潜孔钻机的机壳，所述机壳被用来将其第一机壳端连接到钻机后端组件上，并将其第二机壳端连接到钻机前端上，所述机壳的一端被使用磨损后可以纵向地颠倒过来再使用，它包括：

a.一个在所述第一机壳端和所述第二机壳端之间纵向延伸的细长空心管状体；

b.在所述管状体的一个内表面上形成的一个具有直径D的通孔，所述通孔具有一条在所述纵向方向上延伸的轴线；

c.用于将一个挡环保持在其内的位于所述内表面上的挡环槽装置，挡环用于将钻机后端组件支持在所述通孔内，所述挡环具有一个在1.0和6.0之间的挡环长深比，所述挡环槽装置基本上位于所述第一和第二机壳端之间的中间部位，从横截所述管状体的所述纵向方向的平面上观察，所述挡环槽装置是从所述通孔的所述轴线在径向方向上延伸的，所述挡环槽装置具有：

i.一个在所述纵向方向上量取的长度L；

ii.一个在所述径向方向上量取的深度t；和

iii.一个肩托比D/t，所述长度L在下列范围内具有最大数值： 大凹槽长度范围 通孔直径范围 肩托比范围 挡环长深比范围     L(英寸)     D(英寸)     r＝D/t     K＝1/t     0.25-7.80     2.0-10.0     10.0-150.0     1.0-6.0

由此当机壳未与所述钻机的操作元件相连接时，挡环就将被所述挡环槽装置留住而不会从所述挡环槽中歪斜出来；和

d.所述通孔内表面具有一个纵断面，所述纵断面设有一个第一凹槽装置和一个第二凹槽装置，所述第一和第二凹槽装置以所述挡环装置为中心对称布置，以基本上相等的距离位于其两侧。

2.如权利要求1的机壳，其特征在于，其中所述挡环槽装置是由一对相间隔开的平行径向延伸的侧壁形成并带有一个在其间纵向延伸的底表面。

3.如权利要求1的机壳，其特征在于，其中所述第一和第二机壳端上都刻有螺纹以便连接到一个钻机后端和前端上。

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