CN105756574A - 一种内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆，它包括双层钻杆，双层钻杆包括外管、内管、上接头、下接头、上密封环和下密封环，内管和外管同轴向设置且内管与外管之间设置有间隙，上接头设置在外管的上端，下接头设置在外管的下端，上接头和下接头分别与外管固定连接构成钻杆的承载结构，上密封环和下密封环分别位于钻杆的上、下接头内并与内管连接构成钻杆的内层结构，上接头的内部沿周向设置有内牙嵌，下接头的外部沿周向设置有外牙嵌，上接头的外周和下接头的外周设置有相同结构的外齿轮，下接头的外齿轮外套设有内齿套。本发明作为工程钻机钻杆用于传递动力、气举反循环传输流体，具有承载安全、可快速拆卸、双层密封可靠的优点。

Description

一种内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆

技术领域

本发明属于大型工程钻机技术领域，尤其涉及一种内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆。

背景技术

大型工程（含竖井）钻机采用钻杆传递动力、泥浆护壁、压气提升排渣、反循环洗井的方式工作。以往大型工程（或竖井）钻机的钻杆连接主要采用两种方式：法兰盘螺栓连接和内六方外牙嵌连接，均可作成双层钻杆结构。

法兰盘式双层钻杆：双层密封易实现，但钻进时其连接螺栓易疲劳和松动，常发生掉钻事故；钻杆的拆卸比较耗时，严重影响钻井效率，特别是在深大井筒的施工中，表现更为突出。

内六方外牙嵌式双层钻杆：采用六方传扭牙嵌承受拉力，承载可靠，拆卸方便，但钻杆接头的加工工艺性差，加工精度不易保证，加之局部应力大，容易产生不均匀磨损，多因素终导致高压气体密封失效，工作中容易漏气，目前内六方外牙嵌双层钻杆尚无气封成功的先例。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种承载安全、可快速拆卸、双层密封可靠的内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆，它包括双层钻杆，双层钻杆包括外管、内管、上接头、下接头、上密封环和下密封环，内管和外管同轴向设置且内管与外管之间设置有间隙，上接头设置在外管的上端，下接头设置在外管的下端，上接头和下接头分别与外管焊接连接构成钻杆的承载结构，上密封环和下密封环分别位于钻杆的上、下接头内并与内管连接构成钻杆的内层结构，上接头的内部沿周向设置有内牙嵌，下接头的外部沿周向设置有外牙嵌，内牙嵌和外牙嵌具有相同且均布的牙嵌数和牙槽数，上接头的外周和下接头的外周设置有相同结构的外齿轮，下接头的外齿轮外套设有与其相啮合的内齿套，内齿套与下接头卡接连接。

所述上密封环与上接头固定连接，下密封环与下接头浮动连接。

所述上密封环于上接头内断续焊接固定，且上密封环外圆面与其上接头的配合面间设置有径向O型密封圈，下密封环位于下接头内孔内其外侧面与下接头内孔间留有可径向浮动的间隙。

所述双层钻杆设置有至少两个，相邻联接的两根双层钻杆处于上部的称之为上部双层钻杆、处于下部的称之为下部双层钻杆，下部双层钻杆的上接头的内牙嵌与上部双层钻杆的下接头的外牙嵌咬合连接，下部双层钻杆的上接头的外齿轮与上部双层钻杆的内齿套啮合连接，下部双层钻杆的上接头的外齿轮、上部双层钻杆的下接头的外齿轮与上部双层钻杆的内齿套构成齿轮联轴器。

所述上部双层钻杆下接头内的下密封环与下部双层钻杆上接头内的上密封环对应的圆柱面设置为精密配合，该配合面间设置有径向O型密封圈并形成内层密封；

所述上部双层钻杆下接头的尾端外圆柱面与下部上部双层钻杆上接头内的上密封环对应处内圆柱面设置为精密配合，且下部双层钻杆上接头的内牙嵌的内接圆柱面与上部双层钻杆下接头对应处圆柱面设置为精密配合；

所述上部双层钻杆下接头的尾端外圆柱面与下部双层钻杆上接头内的上密封环对应处内圆柱面设置为精密配合，该配合面间设置有径向O型密封圈并形成外层密封。

所述内牙嵌和外牙嵌均设置为6～12个牙嵌。

所述齿轮联轴器的外齿轮的齿数为牙嵌数的整数倍。

所述上密封环于其构成内层密封和外层密封的两个密封圆柱面间的区域沿圆周方向开有若干个腰形通孔，所述下密封环于其外侧沿圆周方向开有若干个豁口。

所述内齿套的上端有限位端盖。

本发明的有益效果：

采用上述技术方案，内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆的内壁结构由上下密封环及内管构成，中间通孔用于传输洗井液（泥浆），该双层钻杆的外壁结构由上下接头及外管通过上下密封环构成，双层钻杆内外壁之间有间隙，该间隙即作为传输压缩空气的通道。

钻杆上接头宜采用内牙嵌结构型式，下接头则采用外牙嵌结构型式，钻杆的上下接头均应具有相同且均布的牙嵌数和牙槽数，钻杆联接时，一个接头的牙嵌必须能从对应接头的牙槽中穿过，一对咬合的牙嵌用于传递钻杆所受的拉力。钻杆的上下接头外周均有相同的外齿轮结构，连接时上下接头的外齿均与同一个内齿套啮合构成齿轮联轴器，以实现钻杆接头的传扭。将钻杆下接头的下端与钻杆上接头的对应处圆柱面设计成精密配合，钻杆上接头的内牙嵌内接圆柱面与钻杆下接头对应处圆柱面也设计成精密配合，这样一个接头内有上下两处精密圆柱面配合（且要求上下圆柱面同轴），则保证了钻杆接头的抗弯能力，从而保证了钻杆接头外层密封的可靠性。钻杆接头的内层径向密封的可靠性是通过内管的浮动来保证的。钻杆接头的齿轮联轴器不仅适宜传递任意大小的扭矩，而且由于齿轮联轴器具有很好的浮动性，使钻杆接头的传扭结构与受拉结构及抗弯结构间不产生相互影响，这不仅使得钻杆接头的承载有了保证，而且也使得技术上难度最大的钻杆外层密封更有保证。

所述内齿套的上端有限位端盖防止内齿套向下脱落，内齿套依靠重力防止上窜。

本发明中上接头、下接头分别与外管焊接成一体以作为钻杆的承载结构，内管与外管间的间隙作为压缩空气的流动通道。上接头上端内部设置内牙嵌、外部设置外齿轮，下接头外部下端设置外牙嵌、外部上端设置外齿轮。上接头的内牙嵌和下接头的外牙嵌均具有相同且均布的牙嵌数和牙槽数。上接头的外齿轮与下接头的外齿轮具有相同的结构。任何一根上部双层钻杆的下接头的外齿轮与另一根下部双层钻杆的上接头的外齿轮可同时与上部双层钻杆所设内齿套啮合构成齿轮联轴器以实现钻杆结头间的传扭。连接时任何一根上部双层钻杆下接头的牙嵌从其下部双层钻杆的上接头的内牙槽中进入到该上接头牙嵌的下部，转动一定的角度即可实现一对钻杆上、下接头间牙嵌的咬合，咬合的牙嵌主要用于钻杆接头间轴向（拉）力传递。本发明作为工程钻机钻杆用于传递动力、气举反循环传输流体，具有承载安全、可快速拆卸、双层密封可靠的优点。

综上，内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆是一种承载安全、可快速拆卸、双层密封可靠的新型钻杆，是大型工程钻机技术的一次重大突破。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A向视图；

图3是图1中B向视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

如图1至图3所示，本发明的一种内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆，它包括双层钻杆，双层钻杆包括外管2、内管10、上接头1、下接头3、上密封环9和下密封环8，内管10和外管2同轴向设置且内管10与外管2之间设置有间隙，上接头1设置在外管2的上端，下接头3设置在外管2的下端，上接头1和下接头3分别与外管10焊接连接构成钻杆的承载结构，上密封环9和下密封环8分别位于钻杆的上接头1、下接头3内并与内管10连接构成钻杆的内层结构，上密封环9于上接头1内断续焊接固定，且上密封环9外圆面与其上接头1的配合面间设置有径向O型密封圈7，下密封环8位于下接头3内孔内其外侧面与下接头3内孔间留有可径向浮动的间隙。上接头1的内部沿周向设置有内牙嵌11，下接头3的外部沿周向设置有外牙嵌31，内牙嵌11和外牙嵌31具有相同且均布的牙嵌数和牙槽数，上接头1的外周和下接头3的外周设置有相同结构的外齿轮，下接头3的外齿轮外套设有与其相啮合的内齿套4，内齿套4与下接头3卡接连接。

所述双层钻杆设置有至少两个，相邻联接的两根双层钻杆处于上部的称之为上部双层钻杆、处于下部的称之为下部双层钻杆，下部双层钻杆的上接头1的内牙嵌11与上部双层钻杆的下接头3的外牙嵌31咬合连接，下部双层钻杆的上接头1的外齿轮与上部双层钻杆的内齿套4啮合连接，下部双层钻杆的上接头1的外齿轮、上部双层钻杆的下接头3的外齿轮与上部双层钻杆的内齿套4构成齿轮联轴器。

所述上部双层钻杆下接头3内的下密封环8与下部双层钻杆上接头1内的上密封环9对应的圆柱面设置为精密配合，该配合面间设置有径向O型密封圈5并形成内层密封。

所述上部双层钻杆下接头3的尾端外圆柱面与下部上部双层钻杆上接头1内的上密封环对应处内圆柱面设置为精密配合，且下部双层钻杆上接头1的内牙嵌11的内接圆柱面与上部双层钻杆下接头3对应处圆柱面设置为精密配合。这样一个接头内有上下两处精密圆柱面配合（且要求以上所述上、下配合圆柱面同轴），则保证了一对钻杆上、下接头联接后在承受各种载荷（如弯矩）时仍保持精密配合。

所述上部双层钻杆下接头3的尾端外圆柱面与下部双层钻杆上接头1内的上密封环9对应处内圆柱面设置为精密配合，该配合面间设置有径向O型密封圈6并形成外层密封。

所述内牙嵌和外牙嵌均设置为8个牙嵌。所述齿轮联轴器的外齿轮的齿数为80个齿。

所述上密封环9于其构成内层密封和外层密封的两个密封圆柱面间的区域沿圆周方向开有若干个腰形通孔91，所述下密封8环于其外侧沿圆周方向开有若干个豁口81。

所述内齿套4的上端有限位端盖41防止内齿套向下脱落，内齿套4依靠重力防止上窜。

本发明上接头1和下接头3分别与外管2两端焊接并作为钻杆的承载结构，上接头1和下接头3的牙嵌部位在两根钻杆连接时用于定位和传递钻杆承受的轴向力（拉力）；内齿套4套在下接头3上并啮合钻杆接头（1、3）的外齿轮，用于传递钻杆扭矩；O型密封圈5、6、7在两根钻杆接头联接时起密封作用；内管10上下两端分别与上密封环9及下密封环8焊接，上密封环9位于上接头凹槽内，其外沿上口与上接头断续焊接固定，下密封环8可于下接头3的孔内浮动。上密封环9于其构成钻杆接头双层密封的两个密封圆柱面间的区域沿圆周方向开有若干个腰形通孔，下密封环8于其外侧沿圆周方向开有若干个豁口，上述腰形孔、豁口和内管10及外管2间的间隙共同形成压缩空气的通道，内管10的中心孔输送泥浆。

本发明用于传递动力、传输流体，工作时，压缩空气在外管2与内管10之间传输，泥浆在内管10内传输。钻杆联接时，一个接头的牙嵌必须能从对应接头的牙槽中穿过，一对咬合的牙嵌用于传递钻杆所受的拉力。钻杆的上下接头外周均有相同的外齿轮结构，连接时上下接头的外齿均与同一个内齿套啮合构成齿轮联轴器，以实现钻杆接头的传扭。钻杆接头的齿轮联轴器不仅适宜传递任意大小的扭矩，而且由于齿轮联轴器具有很好的浮动性，使钻杆接头的传扭结构与受拉结构及抗弯结构间不产生相互影响，这不仅使得钻杆接头的承载有了保证，而且也使得技术上难度最大的钻杆外层密封更有保证。而且，钻杆下接头的下端与钻杆上接头的对应处圆柱面设计成精密配合，钻杆上接头的内牙嵌内接圆柱面与钻杆下接头对应处圆柱面也设计成精密配合，这样一个接头内有上下两处精密圆柱面配合，则保证了钻杆接头的抗弯能力，从而保证了钻杆接头外层密封的可靠性。本发明的内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆是一种承载安全、可快速拆卸、双层密封可靠的新型钻杆。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆，其特征在于：它包括双层钻杆，双层钻杆包括外管、内管、上接头、下接头、上密封环和下密封环，内管和外管同轴向设置且内管与外管之间设置有间隙，上接头设置在外管的上端，下接头设置在外管的下端，上接头和下接头分别与外管焊接连接构成钻杆的承载结构，上密封环和下密封环分别位于钻杆的上、下接头内并与内管连接构成钻杆的内层结构，上接头的内部沿周向设置有内牙嵌，下接头的外部沿周向设置有外牙嵌，内牙嵌和外牙嵌具有相同且均布的牙嵌数和牙槽数，上接头的外周和下接头的外周设置有相同结构的外齿轮，下接头的外齿轮外套设有与其相啮合的内齿套，内齿套与下接头卡接连接。

2.根据权利要求1所述的内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆，其特征在于：所述上密封环与上接头固定连接，下密封环与下接头浮动连接。

3.根据权利要求2所述的内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆，其特征在于：所述上密封环于上接头内断续焊接固定，且上密封环外圆面与其上接头的配合面间设置有径向O型密封圈，下密封环位于下接头内孔内其外侧面与下接头内孔间留有可径向浮动的间隙。

4.根据权利要求1-3任一项所述的内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆，其特征在于：所述双层钻杆设置有至少两个，相邻联接的两根双层钻杆处于上部的称之为上部双层钻杆、处于下部的称之为下部双层钻杆，下部双层钻杆的上接头的内牙嵌与上部双层钻杆的下接头的外牙嵌咬合连接，下部双层钻杆的上接头的外齿轮与上部双层钻杆的内齿套啮合连接，下部双层钻杆的上接头的外齿轮、上部双层钻杆的下接头的外齿轮与上部双层钻杆的内齿套构成齿轮联轴器。

5.根据权利要求4所述的内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆，其特征在于：所述上部双层钻杆下接头内的下密封环与下部双层钻杆上接头内的上密封环对应的圆柱面设置为精密配合，该配合面间设置有径向O型密封圈并形成内层密封；

所述上部双层钻杆下接头的尾端外圆柱面与下部上部双层钻杆上接头内的上密封环对应处内圆柱面设置为精密配合，且下部双层钻杆上接头的内牙嵌的内接圆柱面与上部双层钻杆下接头对应处圆柱面设置为精密配合；

所述上部双层钻杆下接头的尾端外圆柱面与下部双层钻杆上接头内的上密封环对应处内圆柱面设置为精密配合，该配合面间设置有径向O型密封圈并形成外层密封。

6.根据权利要求5所述的内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆，其特征在于：所述内牙嵌和外牙嵌均设置为6～12个牙嵌。

7.根据权利要求5所述的内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆，其特征在于：所述齿轮联轴器的外齿轮的齿数为牙嵌数的整数倍。

8.根据权利要求5所述的内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆，其特征在于：所述上密封环于其构成内层密封和外层密封的两个密封圆柱面间的区域沿圆周方向开有若干个腰形通孔，所述下密封环于其外侧沿圆周方向开有若干个豁口。

9.根据权利要求5所述的内牙嵌外齿轮联轴器式双层钻杆，其特征在于：所述内齿套的上端有限位端盖。