用于石油钻机的气动式销轴拆装工具及其控制系统
技术领域
本发明属于机械设备技术领域,涉及一种用于石油钻机的气动式销轴拆装工具及其控制系统。
背景技术
现有的石油钻机井架、底座结构部件大多采用销轴、耳板连接形式进行组装。钻机搬迁时,需人工用榔头或者锤子拆装,劳动强度大,作业效率低。
近年来,为了提高钻井作业效率,和改善作业环境,自动化、智能化钻机呼吁很高,越来越多的钻机采用自动控制技术,越来越多的钻井承包商希望钻机拆装作业也能减少人工参与。
目前,市场上尚无专用于拆装石油钻机井架、底座连接销的自动打销工具,因此,研制一种气动式销轴拆装工具及控制系统,不仅可以减少人工参与,实现无人力打销作业,提高安装拆卸作业效率,改善作业环境,而且有着良好的市场潜力。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于石油钻机的气动式销轴拆装工具,解决了目前尚无专用于拆装石油钻机井架、底座连接销的自动打销工具问题。
本发明的另一目的是提供一种用于石油钻机的气动式销轴拆装工具的控制系统。
本发明用于石油钻机的气动式销轴拆装工具,包括壳体结构及安装在壳体结构内部的冲击部件,
壳体结构包括依次沿轴向首尾固接的储能缸筒、中盖、主活塞缸体、导向筒、快排活塞缸筒、前盖、套筒;
冲击部件包括轴向套装在主活塞缸体内腔的主活塞,主活塞在主活塞缸体内腔活动,主活塞、主活塞缸体及导向筒组成的腔体为杆腔W,主活塞靠近中盖的端面安装有密封垫a,主活塞沿中轴线开有台阶通孔a,台阶通孔a靠近前盖一端螺纹连接有活塞杆一端,活塞杆轴向开有台阶通孔b,台阶通孔b中内径大的孔靠近中盖,活塞杆处于杆腔W的侧壁沿径向开有与台阶通孔b贯穿的通气孔T1,所述活塞杆的台阶处安装撞针组件;
活塞杆穿过导向筒及前盖,快排活塞缸筒6内轴向套装有快排活塞12,快排活塞缸筒6侧壁不同高度开有气口K1、气口K2及气口T;
活塞杆的一端处于套筒中,活塞杆的另一端卡装有锤头,锤头活动时可伸出套筒,锤头与活塞杆之间轴向安装有张紧弹簧。
本发明的特点还在于,
撞针组件包括插入在活塞杆台阶通孔b中的撞针,撞针在活塞杆的台阶孔内活动,撞针靠近锤头一端可以触碰到锤头,撞针在靠近锤头一端与主活塞杆之间安装有密封圈,撞针靠近主活塞的一端螺纹连接有导气压盖,导气压盖与主活塞之间安装有压紧弹簧,导气压盖与安装在活塞杆台阶处的密封垫b与配合对台阶孔b进行封堵。
密封垫b为柱状,密封垫b内靠近中盖的一端沿轴向开有锥形孔,锥形孔大端靠近导气压盖,锥形孔轴向连通有直孔,锥形孔与导气压盖配合。
中盖为回转体,中盖轴向开锥形孔,锥形孔大端靠近储能缸筒。
储能缸筒开有进气口K4。
导向筒包括同轴固接的两个圆筒a,导向筒的大圆筒a靠近前盖一端固接快排活塞缸筒一端,快排活塞缸筒为柱状且沿中轴线开有台阶孔c,台阶孔c的内径大的孔靠近导向筒,导向筒的小圆筒a伸入快排活塞缸筒内,快排活塞缸筒另一端同轴固接前盖一端;导向筒伸入快排活塞缸筒的小圆筒a外壁套有快排活塞,快排活塞由两个同轴固接的圆筒组成,快排活塞的小圆筒的外径与快排活塞缸筒台阶孔c内径小的孔配合,快排活塞的大圆筒b的外径与快排活塞缸筒台阶孔c内径大的孔配合,快排活塞在导向筒的小圆筒a上活动;活塞杆穿过导向筒且在导向筒内活动,导向筒周围环状布置多个平行于导向筒通孔的通孔T2,导向筒外侧壁开有进气口K3。
前盖沿轴向开有前盖通孔,活塞杆从前盖通孔穿过且在前盖通孔内活动。
主活塞远离中盖的端面安装有缓冲垫,所述缓冲垫高出主活塞远离中盖的端面。
壳体结构上安装有底座,底座一端安装有扶手;所述壳体结构上安装有吊索。
本发明还提供了用于石油钻机的气动式销轴拆装工具的控制系统,包括气源及与气源分别连通的球阀、五通气控阀P3口,球阀连通三通阀的P1口,所述三通阀的A1口连通三通气控阀的P2口,三通气控阀的K21连通双向节流阀的A4口,所述双向节流阀的P4口分别连通进气口K4、气口K2;所述三通气控阀的A2口连通五通气控阀的K31口,所述五通气控阀的A34口连通双向节流阀的P4口,所述五通气控阀的A32口分别连通气口K3、气口K1。
本发明的有益效果是,
用于石油钻机的气动式销轴拆装工具,实现了对石油钻机井架、底座上销轴进行自动快速冲击拆装且后座力很小,可通过固定打销作业或起吊打销作业两种作业模式,该工具替代人力抡锤拆装井架底座上销轴,大幅降低了钻机拆装时人员劳动强度,提高了钻机转场和安装效率。
用于石油钻机的气动式销轴拆装工具的控制系统,是对该气动式销轴拆装工具采用压缩空气作为动力源安全节能环保,一键式操作简单高效。
附图说明
图1是本发明用于石油钻机的气动式销轴拆装工具的结构示意图;
图2是本发明用于石油钻机的气动式销轴拆装工具蓄气待机状态的结构示意图;
图3是用于石油钻机的气动式销轴拆装工具活塞回程时结构示意图;
图4是本发明图1的导气压盖局部放大图;
图5是本发明图2的导向筒局部放大图;
图6是本发明用于石油钻机的气动式销轴拆装工具的气控系统的原理图。
图中,1.储能缸筒,2.中盖,3.主活塞缸体,4.缓冲垫,5.导向筒,6.快排活塞缸筒,7.前盖,8.套筒,9.锤头,10.张紧弹簧,11.密封圈,12.快排活塞,13.活塞杆,14.密封垫b,15.撞针,16.导气压盖,17.压紧弹簧、18.主活塞,19.密封垫a,20.拉紧螺杆,21.底座,22.扶手,23.按钮开关,24.三通气控阀,25.五通气控阀,26.双向节流阀,27.球阀,28.气源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明用于石油钻机的气动式销轴拆装工具,包括壳体结构及安装在壳体结构内部的冲击部件。
如图1所示,壳体结构包括壳体结构包括依次沿轴向首尾固接的储能缸筒1、中盖2、主活塞缸体3、导向筒5、快排活塞缸筒6、前盖7、套筒8,其中的固接连接方式可选用拉紧螺杆20固接;储能缸筒1开有进气口K4;中盖2为回转体,中盖2轴向开锥形孔,锥形孔大端靠近储能缸筒1,锥形孔有利于气体导入;导向筒5沿轴向开有导向筒通孔,通孔周围环状布置多个平行于导向筒通孔的通孔T2,前盖7沿轴向开有前盖通孔。
如图1及图4所示,冲击部件包括,套装在主活塞缸体3内腔的主活塞18,主活塞18能在主活塞缸体3内进行轴向往复运动;中盖2及主活塞18将壳体结构分为储能腔V、塞腔U和杆腔W,主活塞18远离中盖2的端面安装有缓冲垫4,缓冲垫4高出主活塞18远离中盖2的端面,缓冲垫4用于避免主活塞18对导向筒5刚性冲击,主活塞18靠近中盖2的端面安装有密封垫a19,用于主活塞对中盖2上喷口的封堵与密封;主活塞18沿中轴线开有台阶通孔a,台阶通孔a靠近前盖7一端螺纹连接有活塞杆13一端,活塞杆13轴向开有台阶通孔b,台阶通孔b中内径大的孔靠近中盖2,活塞杆13处于杆腔W的侧壁沿径向开有与台阶通孔贯穿的通气孔T1,活塞杆13的台阶处安装撞针组件,撞针组件包括插入在活塞杆13台阶孔中的撞针15,撞针15在活塞杆13的台阶通孔内活动,撞针15靠近锤头9活动可以碰撞到锤头9,撞针15在靠近锤头一端与活塞杆13的台阶孔b之间安装有密封圈11,撞针15靠近主活塞18的一端螺纹连接有导气压盖16,导气压盖16与主活塞18之间安装有压紧弹簧17,导气压盖16与安装在活塞杆13台阶处的密封垫b14与配合使用,密封垫b14为柱状,密封垫b14内靠近中盖2的一端沿轴向开有锥形孔,锥形孔大端靠近导气压盖16,锥形孔轴向连通有直孔,锥形孔与导气压盖16配合,在压紧弹簧17弹力作用下,导气压盖16右端压紧贴合在密封垫b14上,对塞腔U和杆腔W间的通孔进行密封。
如图2和5所示,主活塞18穿过导向筒5的导向筒通孔及前盖7的前盖通孔,导向筒5包括同轴固接的两个圆筒a,导向筒5的大圆筒a靠近前盖7一端固接快排活塞缸筒6一端,快排活塞缸筒6为柱状且沿中轴线开有台阶孔c,台阶孔c的内径大的孔靠近导向筒5,导向筒5的小圆筒a伸入快排活塞缸筒6内,快排活塞缸筒6另一端同轴固接前盖7一端,对快排活塞12运动进行限位;导向筒5伸入快排活塞缸筒6的小圆筒a外壁套有快排活塞12,快排活塞12由两个同轴固接的圆筒b组成,快排活塞12的小圆筒b的外径与快排活塞缸筒6台阶孔c内径小的孔配合,快排活塞12的大圆筒b的外径与快排活塞缸筒6台阶孔c内径大的孔配合,快排活塞12在导向筒5的小圆筒a上活动,快排活塞缸筒6侧壁不同高度开有气口K1、气口K2及气口T;导向筒5大圆筒a的端面、快排活塞缸筒6内侧壁及快排活塞12小圆筒b的端面形成快速排气腔S,快排活塞缸筒6内侧壁及快排活塞12外侧壁形成快排活塞杆腔Q,前盖7靠近导向筒5的端面、快排活塞缸筒6内侧壁及快排活塞12大圆筒b端面形成快排活塞塞腔P,气口K1、气口K2及气口T与快速排气腔S、快排活塞杆腔Q及快排活塞塞腔P分别对应;快排活塞12滑行至与导向筒5接触时,可对导向筒5上的环状群孔T2进行封堵;通过导向筒5的通孔T2,可将流体排往快速排气腔P;通过调整排气口K1、K2进气和排气的顺序,可对快排活塞12位置进行调整,从而实现群孔T2通气-封堵的控制。
如图2和5所示,活塞杆13的另一端处于套筒8中,活塞杆13的另一端卡装有锤头9,锤头9可以沿套筒8轴向往复运动且可以伸出套筒8,锤头9与活塞杆13之间轴向安装有张紧弹簧10,活塞杆13与锤头9对接面可贴合在一起,也可留出距离A;张紧弹簧10安装在活塞杆13与锤头9对接面处的空腔内,在张紧弹簧10弹力作用下,可将活塞杆13和锤头9相互推离,使其对接面处产生距离A呈浮起状态;当撞针15在气压作用下向锤头9方向运动时,导气压盖16与密封垫14的锥形孔进行锥面密封,撞针15伸出,锤头9碰撞到被操作工件后压紧弹簧10压缩,锤头9与撞针15碰撞并作用与撞针15,撞针15向远离锤头9的方向运动,通于撞针15撞针15右端与锤头9内孔端面留有间隙B,尺寸B远小于尺寸A;活塞杆13靠近锤头一端中心孔内安装有密封圈11,以对中心孔和撞针15之间的环形空间进行密封,避免杆腔W气体从活塞杆13端面与锤头9间隙处向外泄漏。
如图1所示,壳体结构上安装有底座21,底座上安装有扶手22;壳体结构上安装有吊索,扶手22和吊索可通过固定打销作业或起吊打销作业两种作业模式,方便使用。
本发明用于石油钻机的气动式销轴拆装工具的控制系统,如图6所示,包括气源28及与气源28分别连通的球阀27、五通气控阀25P3口,球阀27连通三通阀23的P1口,所述三通阀23的A1口连通三通气控阀24的P2口,所述三通气控阀24的K21连通双向节流阀26的A4口,所述双向节流阀26的P4口分别连通进气口K4、气口K2;所述三通气控阀24的A2口连通五通气控阀25的K31口,所述五通气控阀25的A34口连通双向节流阀26的P4口,所述五通气控阀25的A32口分别连通气口K3、气口K1。
本发明的工作过程,
(1)当销轴拆装工具接通气源时,如图2所示,三通气控阀23的P1口与A1口处于断开状态,气控阀25的控制口K31因未供气处于初始状态,气控阀25的A34口与O32口处于导通排气状态,此时,销轴拆装工具储能腔V内气体经K4气口及气控阀25的A34口和O32口排出,销轴拆装工具快排活塞杆腔Q内气体经销轴拆装工具上的K2气口及气控阀25的A34口和O32口排出;同时,气控阀25的P3口与A32处于导通通气状态,气源经气控阀25的P3口与A32口并分成二路气,一路气经销轴拆装工具K1气口进入快排活塞塞腔P,使快排活塞塞腔P充气,快排活塞12向左移动,对导向筒5上排气口T2进行封堵;一路气经销轴拆装工具K3气口进入杆腔W,使杆腔W充气推动主活塞17向中盖2运动并封住中盖喷口,为打销作业作准备。
(2)当瞬时按下三通气控阀23控制的按钮开关时,如图1所示,三通气控阀23的P1口与A1口导通气源经气控阀24进入气控阀25的控制口K31,控制气控阀25换向,此时,气控阀25的A32口与O31口导通处于排气状态,销轴拆装工具快排活塞塞腔P内气体经K1气口及气控阀25的A32口和O31口排空,销轴拆装工具杆腔W内气体经K3气口及气控阀25的A32口和O31口排空;同时,气控阀25的P3口与A34接通后导通气源并分成三路气,一路气进入双向节流阀26,因双向节流阀26的节流作用,当瞬时按下按钮开关时,进入双向节流阀26的压缩空气气量少,还不能驱动气控阀24换向,气控阀24仍处于初始导通状态;一路气经气动式销轴拆装工具K2气口进入快排活塞杆腔Q,使快排活塞杆腔Q充气,从而使快排活塞12向右移动,打开导向筒5上排气口T2,使杆腔W气体通过排气口T2进入快速排气腔S并通过T口排出气缸;一路气经气动式销轴拆装工具K4气口进入销轴拆装工具储能腔V,使销轴拆装工具储能腔V充气,当储能腔V充气压力达额定气压后,压缩空气推动主活塞18快速向前运动;当锤头9接触销轴后停止运动,而主活塞18和活塞杆13继续向前运动使得活塞杆13与锤头9对接面处间隙A由大变小直至贴合后对所需拆装销轴进行打击作业,同时锤头9撞击撞针15使其与导气压盖16整体向主活塞18方向滑动并压缩压紧弹簧17,致使导气压盖16端面离开密封垫b14,使得塞腔U高压气体通过活塞和活塞杆中心孔及通气孔T1进入杆腔W,并通过排气口T2、快速排气腔S和T口排出气缸。当活塞杆13冲击锤头9打击销轴时,因能将销轴拆装工具储能腔V和塞腔U内高压气体通过气孔T1、杆腔W、排气口T2、快速排气腔S和T口快速泄压,使得打销作业能量仅是活塞和活塞杆动能的释放。打击作业后,在销轴反作用下,活塞和活塞杆能在缸筒中快速停止冲击并回缩,从而降低活塞及活塞杆作用在销轴拆装工具壳体结构上的反作用力,由此大幅度减少气动式销轴拆装工具打销时的回弹后座力,确保了气动式销轴拆装工具平稳安全工作;当松开三通气控阀23控制的按钮开关时,三通气控阀23的P1口与A1口断开,从而断开气控阀25控制口K31的控制气,气控阀25复位至初始状态,气控阀25的A34口与O32口处于导通排气状态,使储能腔V和快排活塞杆腔Q排气;同时,气控阀25的P3口与A32口处于导通通气状态,使快排活塞塞腔P和杆腔W充气,气动式销轴拆装工具复位至接通气源时的初始状态。
(3)当持续按下三通气控阀23控制的按钮开关,如图3所示,三通气控阀23的P1口与A1口导通气源经气控阀24进入气控阀25的控制口K31,从而控制气控阀25换向,①气控阀25的A32口与O31口导通处于排气状态,销轴拆装工具快排活塞塞腔P内气体经K1气口及气控阀25的A32口和O31口排空,销轴拆装工具杆腔W内气体经K3气口及气控阀25的A32口和O31口排空;同时,气控阀25的P3口与A34接通后导通气源并分成三路气,一路气经气动式销轴拆装工具K2气口进入快排活塞杆腔Q,使快排活塞杆腔Q充气,从而使快排活塞12向右移动,打开导向筒5上排气口T2,使杆腔W气体通过排气口T2进入快速排气腔S并通过T口排出气缸;一路气经气动式销轴拆装工具K4气口进入销轴拆装工具储能腔V,使销轴拆装工具储能腔V充气,当储能腔V充气压力达额定气压后,气动式销轴拆装工具进行打销作业,打销作业过程与瞬间按下三通气控阀23控制的按钮开关时的打销作业过程相同;一路气经双向节流阀26的P4和A4口进入气控阀24的K21控制口,因三通气控阀23控制的按钮开关保持持续按下状态,进入气控阀24控制口K21的气量由少变多直至气量能驱动气控阀24换向,气控阀24的A2气口与O21气口导通处于排气状态,此时,控制气控阀25控制口K31气口的气体经气控阀24的A2气口与O21气口排空,从而断开气控阀25控制口K31的控制气,气控阀25复位至初始状态,气控阀25的A34气口与O32气口处于导通排气状态,储能腔V和快排活塞杆腔Q均排气,气控阀25的P3口与A32口处于导通通气状态,快排活塞塞腔P和杆腔W均充气,使得气动式销轴拆装工具复位至接通气源时的初始状态,与此同时,气控阀24控制口K21的控制气经双向节流阀26的A4气口和P4气口及气控阀25的A34气口和O32气口放空,由此断开了气控阀24控制口K21的控制气,气控阀24复位至初始状态,气控阀24的P2气口与A2气口重新导通气控阀25控制口K31的控制气,气控阀25再次换向,再次执行上述①的动作,周而复始,销轴拆装工具实现连续循环打销作业,一旦松开三通气控阀23控制的按钮开关,三通气控阀23控制的按钮开关的P1口与A1口断开,从而断开气控阀25的控制口K31的控制气,气控阀25复位至初始状态,气控阀25的A34口与O32口处于导通排气状态,使储能腔V和快排活塞杆腔Q内气体排出,气控阀25的P3口与A32口处于导通通气状态,使快排活塞塞腔P和杆腔W充气,气动式销轴拆装工具复位至接通气源时的初始状态。
本发明用于石油钻机的气动式销轴拆装工具及其控制系统,利用对气缸后端进行储能和喷口高速喷射释放,并对前缸体进行快速排气以减小活塞冲击时背压,以达到提高活塞冲击速度,提升动能目的,还在活塞杆中心轴线处增加撞针结构的快速排气机构,在保证销轴拆装工具打销力度同时,可有效降低作业时的反弹后座力,确保设备连续工作能力和操作人员安全;此外,通过对气动式销轴拆装工具气路控制系统进行互锁设计,实现了单次打销和连续循环自动打销功能;该装置可通过外配固定焊接板或吊挂方式实现固定打销作业和起吊打销作业两种作业模式,同时该新型气动式销轴拆装工具为一键式操作,操作简单方便。