CN109630024B - 一种分体式牙轮钻头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分体式牙轮钻头，属于地质钻探装置技术领域，用于解决现有牙轮钻头的牙掌与掌座一体化连接，牙轮整体的质量大，对单个的牙轮进行更换时，工人的劳动强度大，牙轮更换不方便的问题。本发明包括掌座，掌座上端设置有环形分布的三个牙掌，任意牙掌上均转动连接有牙轮；牙掌与掌座之间滑动连接，掌座中部设置有放置槽，放置槽的下端内壁开设有第一内螺纹，掌座中部设置有用于对牙掌进行压紧的压紧单元，压紧单元下端连接有与第一内螺纹相互匹配的连接端。

Description

一种分体式牙轮钻头
技术领域
本发明涉及地质钻探装置技术领域，更具体的是涉及一种分体式牙轮钻头。
背景技术
在石油钻井中，到目前为止使用最多的、能适应各种地层的钻头是牙轮钻头。牙轮钻头中使用最多的是三牙轮钻头，广泛应用于石油、天然气钻井以及其他地质钻探等。
三牙轮钻头在钻压和钻柱旋转的作用下，牙齿压碎并吃入岩石，同时产生一定的滑动而剪切岩石。当牙轮在井底滚动时，牙轮上的牙齿依次冲击、压入地层，这个作用可以将井底岩石压碎一部分，同时靠牙轮滑动带来的剪切作用削掉牙齿间残留的另一部分岩石，使井底岩石全面破碎，井眼得以延伸。装拆钻头还需手工将钻头与钻杆螺纹震松后，拆卸钻头。目前使用的油气井、水井钻机更换或拆卸三牙轮钻头作业操作时，主要依靠人工用管钳子将三牙轮钻头进行拆卸，很容易损坏钻杆螺纹部分，使用不方便，其效率低下，导致钻进成本升高。
并且，现有的三牙轮钻头的某个牙轮损坏时，需要将牙轮与牙掌的转轴之间的滚珠取出，然后实现对牙轮的取下更换，牙掌与掌座一体化连接，钻头的整体质量大，不方便对单独某个牙轮进行更换。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决现有牙轮钻头的牙掌与掌座一体化连接，牙轮整体的质量大，对单个的牙轮进行更换时，工人的劳动强度大，牙轮更换不方便的问题，本发明提供一种分体式牙轮钻头。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
本发明的分体式牙轮钻头，包括掌座，掌座上端设置有环形分布的三个牙掌，任意牙掌上均转动连接有牙轮；牙掌与掌座之间滑动连接，掌座中部设置有放置槽，放置槽的下端内壁开设有第一内螺纹，掌座中部设置有用于对牙掌进行压紧的压紧单元，压紧单元下端连接有与第一内螺纹相互匹配的连接端。
本发明作为进一步优选的，牙掌下端为倾斜面，牙掌下端设置有至少一条滑块，滑块的截面形状为燕尾形或工字形，掌座设置有与滑块相互匹配的滑槽，滑槽的上端贯穿掌座的外壁，滑槽的下端未贯穿掌座的侧壁。
本发明作为进一步优选的，压紧单元包括放置箱、调节盘、小伞齿轮和压紧块；
放置箱设置在放置槽内，调节盘设置在放置槽内部，调节盘的上端设置有阿基米德螺旋槽，调节盘的下端设置有大锥齿轮，多个小伞齿轮转动设置并贯穿放置箱的外壁，小伞齿轮与大锥齿轮相互啮合，调节盘的上端设置有三个压紧块，任意压紧块的下端设置有与阿基米德螺旋槽相互配合的多个弧形凸起，任意压紧块贯穿放置箱的外壁后连接有紧固块，牙掌外壁还开设有与紧固块相互匹配的紧固孔。
本发明作为进一步优选的，压紧块的两侧均开设有导向槽，放置箱的内壁设置有伸入导向槽的导向块。
本发明作为进一步优选的，小伞齿轮的外侧贯穿放置箱侧壁后设置有方形孔，小伞齿轮外壁沿圆周方向开设有环形凹槽，放置箱的内壁下端连接有立柱，立柱侧壁位于环形凹槽内。
本发明作为进一步优选的，放置箱的下端与连接端相互连接，放置箱的中部设置有工艺孔，工艺孔包括密封孔和位于密封孔下端的转动孔，密封孔内壁开设有密封内螺纹，转动孔的截面形状为正多边形，密封孔的内径大于转动孔的最大直径。
本发明作为进一步优选的，掌座下端开设有进水通道，任意相邻牙轮之间均设置有喷嘴，喷嘴与进水通道相互连通，喷嘴上端设置有喷淋装置，喷淋装置包括罩设在喷嘴外的固定架，固定架的内部上端设置有固定销，固定销下端转动连接有旋转叶。
本发明作为进一步优选的，牙掌上设置有固定轴，牙轮套设有在固定轴上，固定轴与牙轮配合设置有用于放置滚珠的环形的滚珠槽，牙掌开设有与滚珠孔相互连通的塞销孔，塞销孔下端连通有导油孔，导油孔下端连接有储油补偿系统，导油孔还连通设置有注油孔。
本发明的有益效果如下：
1、本发明的牙掌与掌座分体设置，便于将牙轮跟随牙掌一起取下，方便对某个牙轮进行检修，同时有效避免了，因牙轮钻头本体上某个牙掌或牙轮损坏，而需要对整个牙轮钻头进行更换带来资源的浪费；牙掌与掌座之间采用滑动连接，安装更换方便快捷，能快速实现对牙掌的更换，安装好后通过压紧单元同时对三个牙掌进行固定，保证牙掌与掌座的一体性，压紧单元下端通过螺纹与掌座进行固定连接，能实现对压紧单元的更换，同时，通过螺纹的方式保证了压紧单元与掌座的一体性，三个牙轮均设置有齿牙，并且是哪个牙轮的齿牙相互错位设置，起到对碎屑进行剔除的作用。
2、牙掌与掌座的接触面为倾斜面，通过至少一个滑块，保证牙掌与掌座安装时，能进行准确定位，实现快捷安装，滑块的截面形状为燕尾形或工字型，进行准确定位快捷安装的同时，保证了安装之后牙掌与掌座的一体性，滑槽的下端未贯穿掌座的侧壁，安装牙掌时，使牙掌从滑槽的上端向下进行安装，并且取出时也仅能从滑槽的上端取出，在滑槽的上端设置有压紧单元，避免牙轮钻头在工作过程中，使牙掌从掌座的滑槽上端滑出，其中滑块的加工为焊接或与牙掌一体成型。
3、压紧单元的原理与三爪卡盘类似，通过转动小伞齿轮，带动三个压紧块实现径向的移动，放置箱与连接端固定连接，小伞齿轮通过放置箱的外壁起支撑作用，调节盘中部套设有旋转轴，旋转轴和小伞齿轮同时对调节盘起到支撑作用，旋转轴的两端连接有轴承；需要说明的是，三个压紧块的相邻夹角与三个牙掌的相邻夹角相同，并且当连接部紧固后，一个压紧块正对一个牙掌，压紧块贯穿放置箱的外壁后连接的紧固块，恰好能伸入到牙掌上的紧固孔内，作为一种优选的方式，紧固块的截面形状为正多边形，例如正六边形，正八边形等，，在压紧块本身对滑块进行压紧的同是，本发明的牙轮钻头在安装过程中，通过压紧块对牙掌进行进一步的有效固定；安装牙掌之前，压紧块处于收纳状态，压紧块收纳在放置箱内，而放置箱不会干涉牙掌的滑块安装到滑槽内，当三个牙掌安装完毕后，此时放置箱上端的操作空间小，通过放置箱的侧壁的小伞齿轮转动，实现压紧块的径向移动，有效解决了三个牙掌安装完毕后，才将压紧单元放入到放置槽内后对牙掌进行固定带来的操作困难的问题。
4、在压紧块的两侧设置有导向槽，在放置箱的侧壁设置与导向槽相互匹配的导向块，使压紧块在移动的过程中能沿固定的路径进行移动，保证紧固块能进入到紧固槽内；并且，导向块对压紧块起到限位支撑的作用，压紧块在对牙掌进行固定时，压紧块受到偏心力，通过导向槽与导向块的作用，对压紧块起到辅助支撑的作用。
5、小伞齿轮贯穿放置箱外壁后开设有方孔，通过将扳手伸入到方孔内，方便施力，转动小伞齿轮；立柱设置在放置箱内壁下端，小伞齿轮的外壁设置有环形凹槽，立柱的侧壁位于环形凹槽内，通过立柱对小伞齿轮进行限位，起到保证小伞齿轮与大锥齿轮的啮合精度。
6、放置箱中部设置有工艺孔，工艺孔包括密封孔和旋转孔，通过将扳手插入到旋转孔内，对放置箱以及连接板进行转动，将连接部与放置槽内的第一内螺纹进行紧固，牙轮钻头在工作过程中产生的碎屑会进入到旋转孔内造成旋转孔的堵塞，通过旋转孔上端开设的密封孔，密封孔开设有第二内螺纹，第二内螺纹配设螺栓，当牙轮钻头处于工作过程中，螺栓对工艺孔进行密封，防止碎屑进入到工艺孔内，当需要对压紧单元与掌座进行分离时，打开密封孔内的螺栓，暴露出旋转孔，然后对通过旋转孔对放置箱进行旋转即可。
7、喷嘴上端设置有喷淋装置，通过水流的冲击力带动旋转叶转动，实现对水流的分散，实现对牙轮上的碎屑进行分散冲击，对牙轮进行充分的冲洗冷却。
附图说明
图1是牙轮钻头的俯视结构示意图；
图2是图1中A-A结构示意图；
图3是图2中B处的放大结构示意图；
图4是压紧单元未安装时的示意图；
图5是压紧单元的放大结构示意图；
图6是调节盘与压紧块的俯视结构示意图；
图7是大锥齿轮与小伞齿轮的连接示意图；
附图标记：1-牙轮，2-牙掌，3-掌座，310-放置槽，320-第一内螺纹，330-滑槽，4-连接部，5-放置箱，6-调节盘，610-阿基米德螺旋槽，620-大锥齿轮，7-小伞齿轮，710-环形凹槽，720-立柱，8-压紧块，810-导向槽，820-紧固块，821-紧固孔，830-弧形凸起，9-工艺孔，910-密封孔，920-转动孔，10-进水通道，11-喷嘴，12-喷淋装置，1210-固定架，1220-螺旋叶，1230-固定销，13-固定轴，14-塞销孔，15-滚珠槽，16-导油孔，17-注油孔，18-储油补偿系统。
具体实施方式
为了本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图1-7和以下实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本发明的分体式牙轮1钻头，包括掌座3，掌座3上端设置有环形分布的三个牙掌2，任意牙掌2上均转动连接有牙轮1；牙掌2与掌座3之间滑动连接，掌座3中部设置有放置槽310，放置槽310的下端内壁开设有第一内螺纹320，掌座3中部设置有用于对牙掌2进行压紧的压紧单元，压紧单元下端连接有与第一内螺纹320相互匹配的连接端。
采用上述技术方案后，本发明的牙掌2与掌座3分体设置，便于将牙轮1跟随牙掌2一起取下，方便对某个牙轮1进行检修，同时有效避免了，因牙轮1钻头本体上某个牙掌2或牙轮1损坏，而需要对整个牙轮1钻头进行更换带来资源的浪费；牙掌2与掌座3之间采用滑动连接，安装更换方便快捷，能快速实现对牙掌2的更换，安装好后通过压紧单元同时对三个牙掌2进行固定，保证牙掌2与掌座3的一体性，压紧单元下端通过螺纹与掌座3进行固定连接，能实现对压紧单元的更换，同时，通过螺纹的方式保证了压紧单元与掌座3的一体性，三个牙轮1均设置有齿牙，并且是哪个牙轮1的齿牙相互错位设置，起到对碎屑进行剔除的作用。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上作的进一步优化如下：牙掌2下端为倾斜面，牙掌2下端设置有至少一条滑块，滑块的截面形状为燕尾形或工字形，掌座3设置有与滑块相互匹配的滑槽330，滑槽330的上端贯穿掌座3的外壁，滑槽330的下端未贯穿掌座3的侧壁。
采用上述技术方案后，牙掌2与掌座3的接触面为倾斜面，通过至少一个滑块，保证牙掌2与掌座3安装时，能进行准确定位，实现快捷安装，滑块的截面形状为燕尾形或工字型，进行准确定位快捷安装的同时，保证了安装之后牙掌2与掌座3的一体性，滑槽330的下端未贯穿掌座3的侧壁，安装牙掌2时，使牙掌2从滑槽330的上端向下进行安装，并且取出时也仅能从滑槽330的上端取出，在滑槽330的上端设置有压紧单元，避免牙轮1钻头在工作过程中，使牙掌2从掌座3的滑槽330上端滑出，其中滑块的加工为焊接或与牙掌2一体成型。
实施例3
本实施例是在实施例1的基础上作的进一步优化如下：压紧单元包括放置箱5、调节盘6、小伞齿轮7和压紧块8；放置箱5设置在放置槽310内，调节盘6设置在放置槽310内部，调节盘6的上端设置有阿基米德螺旋槽610，调节盘6的下端设置有大锥齿轮620，多个小伞齿轮7转动设置并贯穿放置箱5的外壁，小伞齿轮7与大锥齿轮620相互啮合，调节盘6的上端设置有三个压紧块8，任意压紧块8的下端设置有与阿基米德螺旋槽610相互配合的多个弧形凸起830，任意压紧块8贯穿放置箱5的外壁后连接有紧固块820，牙掌2外壁还开设有与紧固块820相互匹配的紧固孔821。
采用上述技术方案后，压紧单元的原理与三爪卡盘类似，通过转动小伞齿轮7，带动三个压紧块8实现径向的移动，放置箱5与连接端固定连接，小伞齿轮7通过放置箱5的外壁起支撑作用，调节盘6中部套设有旋转轴，旋转轴和小伞齿轮7同时对调节盘6起到支撑作用，旋转轴的两端连接有轴承；需要说明的是，三个压紧块8的相邻夹角与三个牙掌2的相邻夹角相同，并且当连接部4紧固后，一个压紧块8正对一个牙掌2，压紧块8贯穿放置箱5的外壁后连接的紧固块820，恰好能伸入到牙掌2上的紧固孔821内，作为一种优选的方式，紧固块820的截面形状为正多边形，例如正六边形，正八边形等，，在压紧块8本身对滑块进行压紧的同是，本发明的牙轮1钻头在安装过程中，通过压紧块8对牙掌2进行进一步的有效固定；安装牙掌2之前，压紧块8处于收纳状态，压紧块8收纳在放置箱5内，而放置箱5不会干涉牙掌2的滑块安装到滑槽330内，当三个牙掌2安装完毕后，此时放置箱5上端的操作空间小，通过放置箱5的侧壁的小伞齿轮7转动，实现压紧块8的径向移动，有效解决了三个牙掌2安装完毕后，才将压紧单元放入到放置槽310内后对牙掌2进行固定带来的操作困难的问题。
实施例4
本实施例是在实施例3的基础上作的进一步优化如下：压紧块8的两侧均开设有导向槽810，放置箱5的内壁设置有伸入导向槽810的导向块。
采用上述技术方案后，在压紧块8的两侧设置有导向槽810，在放置箱5的侧壁设置与导向槽810相互匹配的导向块，使压紧块8在移动的过程中能沿固定的路径进行移动，保证紧固块820能进入到紧固槽内；并且，导向块对压紧块8起到限位支撑的作用，压紧块8在对牙掌2进行固定时，压紧块8受到偏心力，通过导向槽810与导向块的作用，对压紧块8起到辅助支撑的作用。
实施例5
本实施例是在实施例3的基础上作的进一步优化如下：小伞齿轮7的外侧贯穿放置箱5侧壁后设置有方形孔，小伞齿轮7外壁沿圆周方向开设有环形凹槽710，放置箱5的内壁下端连接有立柱720，立柱720侧壁位于环形凹槽710内。
采用上述技术方案后，小伞齿轮7贯穿放置箱5外壁后开设有方孔，通过将扳手伸入到方孔内，方便施力，转动小伞齿轮7；立柱720设置在放置箱5内壁下端，小伞齿轮7的外壁设置有环形凹槽710，立柱720的侧壁位于环形凹槽710内，通过立柱720对小伞齿轮7进行限位，起到保证小伞齿轮7与大锥齿轮620的啮合精度。
实施例6
本实施例是在实施例3的基础上作的进一步优化如下：放置箱5的下端与连接端相互连接，放置箱5的中部设置有工艺孔9，工艺孔9包括密封孔910和位于密封孔910下端的转动孔920，密封孔910内壁开设有密封内螺纹，转动孔920的截面形状为正多边形，密封孔910的内径大于转动孔920的最大直径。
采用上述技术方案后，放置箱5中部设置有工艺孔9，工艺孔9包括密封孔910和旋转孔，通过将扳手插入到旋转孔内，对放置箱5以及连接板进行转动，将连接部4与放置槽310内的第一内螺纹320进行紧固，牙轮1钻头在工作过程中产生的碎屑会进入到旋转孔内造成旋转孔的堵塞，通过旋转孔上端开设的密封孔910，密封孔910开设有第二内螺纹，第二内螺纹配设螺栓，当牙轮1钻头处于工作过程中，螺栓对工艺孔9进行密封，防止碎屑进入到工艺孔9内，当需要对压紧单元与掌座3进行分离时，打开密封孔910内的螺栓，暴露出旋转孔，然后对通过旋转孔对放置箱5进行旋转即可。
实施例7
本实施例是在实施例1的基础上作的进一步优化如下：掌座3下端开设有进水通道10，任意相邻牙轮1之间均设置有喷嘴11，喷嘴11与进水通道10相互连通，喷嘴11上端设置有喷淋装置12，喷淋装置12包括罩设在喷嘴11外的固定架1210，固定架1210的内部上端设置有固定销1230，固定销1230下端转动连接有旋转叶。牙掌2上设置有固定轴13，牙轮1套设有在固定轴13上，固定轴13与牙轮1配合设置有用于放置滚珠的环形的滚珠槽15，牙掌2开设有与滚珠孔相互连通的塞销孔14，塞销孔14下端连通有导油孔16，导油孔16下端连接有储油补偿系统18，导油孔16还连通设置有注油孔17。
采用上述技术方案后，喷嘴11上端设置有喷淋装置12，通过水流的冲击力带动旋转叶转动，实现对水流的分散，实现对牙轮1上的碎屑进行分散冲击，对牙轮1进行充分的冲洗冷却。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种分体式牙轮钻头，包括掌座(3)，所述掌座(3)上端设置有环形分布的三个牙掌(2)，任意所述牙掌(2)上均转动连接有牙轮(1)；其特征在于，所述牙掌(2)与掌座(3)之间滑动连接，所述掌座(3)中部设置有放置槽(310)，所述放置槽(310)的下端内壁开设有第一内螺纹(320)，所述掌座(3)中部设置有用于对牙掌(2)进行压紧的压紧单元，所述压紧单元下端连接有与第一内螺纹(320)相互匹配的连接端；
所述压紧单元包括放置箱(5)、调节盘(6)、小伞齿轮(7)和压紧块(8)；所述放置箱(5)设置在放置槽(310)内，所述调节盘(6)设置在放置箱(5)的内部，所述调节盘(6)的上端设置有阿基米德螺旋槽(610)，所述调节盘(6)的下端设置有大锥齿轮(620)，所述小伞齿轮(7)转动设置有多个并贯穿放置箱(5)的外壁，所述小伞齿轮(7)位于调节盘(6)下端并与大锥齿轮(620)相互啮合，所述调节盘(6)的上端设置有三个压紧块(8)，任意所述压紧块(8)的下端设置有与阿基米德螺旋槽(610)相互配合的多个弧形凸起(830)，任意所述压紧块(8)贯穿放置箱(5)的外壁后连接有紧固块(820)，所述牙掌(2)外壁还开设有与紧固块(820)相互匹配的紧固孔(821)；
所述牙掌(2)下端为倾斜面，所述牙掌(2)下端设置有至少一条滑块，所述滑块的截面形状为燕尾形或工字形，所述掌座(3)设置有与滑块相互匹配的滑槽(330)，所述滑槽(330)的上端贯穿掌座(3)的外壁，所述滑槽(330)的下端封口。
2.根据权利要求1所述的分体式牙轮钻头，其特征在于，所述压紧块(8)的两侧均开设有导向槽(810)，所述放置箱(5)的内壁设置有伸入导向槽(810)的导向块。
3.根据权利要求1所述的分体式牙轮钻头，其特征在于，所述小伞齿轮(7)的外侧贯穿放置箱(5)侧壁后设置有方形孔，所述小伞齿轮(7)外壁沿圆周方向开设有环形凹槽(710)，所述放置箱(5)的内壁下端连接有立柱(720)，所述立柱(720)侧壁位于环形凹槽(710)内。
4.根据权利要求1所述的分体式牙轮钻头，其特征在于，所述放置箱(5)的下端与连接端相互连接，所述放置箱(5)的中部设置有工艺孔(9)，所述工艺孔(9)包括密封孔(910)和位于密封孔(910)下端的转动孔(920)，所述密封孔(910)内壁开设有密封内螺纹，所述转动孔(920)的截面形状为正多边形，所述密封孔(910)的内径大于转动孔(920)的外接圆直径。
5.根据权利要求1所述的分体式牙轮钻头，其特征在于，所述掌座(3)下端开设有进水通道(10)，任意相邻牙轮(1)之间均设置有喷嘴(11)，所述喷嘴(11)与进水通道(10)相互连通，所述喷嘴(11)上端设置有喷淋装置(12)，所述喷淋装置(12)包括罩设在喷嘴(11)外的固定架(1210)，所述固定架(1210)的内部上端设置有固定销(1230)，所述固定销(1230)下端转动连接有旋转叶。
6.根据权利要求1所述的分体式牙轮钻头，其特征在于，所述牙掌(2)上设置有固定轴(13)，所述牙轮(1)套设有在固定轴(13)上，所述固定轴(13)与牙轮(1)配合设置有用于放置滚珠的环形的滚珠槽(15)，所述牙掌(2)开设有与滚珠槽(15)相互连通的塞销孔(14)，所述塞销孔(14)下端连通有导油孔(16)，所述导油孔(16)下端连接有储油补偿系统(18)，所述导油孔(16)还连通设置有注油孔(17)。
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