CN1101108A - 连接长元件的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一对长圆柱件与第一和第二接头相连接，使第 一、二接头于其连接端轴向向外伸出，第一和第二接 头在其端缘处设有连接凹槽与凸部，可相互联锁在一 起，以防两个长元件彼此相对转动，一个连接器可拆 卸地装在第一和第二接头的外面以将两个接头固定 在一处，以防彼此间的相对轴向移动，两接头各被焊 到第一和第二圆柱件的轴端；利用此长元件连接装置 和方法，可简便而省时地组装各种纵长元件。

Description

本发明涉及将多个长元件以首尾相连的方式连接在一起的装置和方法。本发明可用耒将长空心管件、长实心轴、或其外表面上具有螺纹齿或其它结构的长元件连接在一起。

在许多场合，希望将长元件以首尾相连的方式连接在一起。例如，在钻井方面，当钻井时希望将许多段螺旋钻以首尾相接的方式连接起来。有时，可能希望将长实心轴、或将长空心管件以首尾衔接的方式连接在一起。

在所有这些应用场合，都希望将长元件的各段刚性地连接在一起，并使它们在纵向上互相对准。并且还希望它们连接成这样，即当施加扭矩给它们时，它们能作一致的旋转。

美国第4，821，818号专利中，公开了分离的管状螺钻部件的一种连接系统。每段螺钻部分的邻接端包括一个包围管端的接头。邻接管段之一上的接头自该管端部朝后设置，并且该管的端部伸出到接头的外边。而另一管段上的接头则轴向伸出到该管端的外边。两接头的轴端包括凸伸部和凹槽，凸伸部和凹槽啮合在一起，这样使管段扣在一起而不能有相互间的相对转动。一个铰接连接器合拢地包围着两个接头，并将它们固定在一起，这样，使连接在一起的管段不能轴向移动而互相脱开。

在美国专利4，821，818中，两个接头采用可在管段端部上滑动和焊接的方式固定连接到管段上。这种焊接连接方法做起来既困难又费时。

因此，本发明的首要目的是提供一种将长元件以首尾衔接的方式连接在一起的改进的装置和方法。

本发明的另一个目的是提供一种连接长元件的装置和方法，与美国第4，821，818号专利公开的装置相比，组装省时，且非常容易。

本发明的再一个目的是提供一种用于将各类长元件，包括实心轴，空心管，以及外表具有螺纹齿或其它结构的长元件连接在一起的装置和方法。

本发明的上述目的可以通过这样的装置获得：该装置包括固定连接到第一、第二长圆柱件的邻接轴端的第一接头和第二接头。长圆柱件可以是空心管件、实心轴、或者其外表具有螺纹齿或者其它结构的长元件。第一、二接头中各包括轴向彼经相背离的环状接头台肩。第一和第二接头还包括邻接端缘，每个邻接端缘包括轴向延伸的凸部和凹槽。当第一、第二接头连接在一起时，这些凸部和凹槽互相啮合在一起，这样，使两个接头相互一致地转动。两个接头沿轴向伸出而焊接到轴或管的轴端，这样，使两个接头与轴或管连接在一起。采用这种将接头连接到管端的焊接连接方式，与美国第4，821，818号专利公开的接头与管之间的焊接连接方式相比较，既容易又快。

将一个长圆柱连接管压入两个接头之一的内孔中。该连接管伸出被压入的该接头轴端之外，且连接管的该伸出部分以配合方式装入另一接头内孔之中。

一个铰式连接器合拢地包围着两个联锁的接头。该连接器包括一对隔开的环状凸缘，该环状凸缘与第一和第二接头的接头台肩相配合，这样，将第一、第二接头扣在一起，使第一、第二接头在该环状凸缘之内联锁，从而避免它们轴向相互脱开。上述。连接器还包括两个分开的半圆筒，将这两个半圆筒铰接在一起，使它们能够合拢并包围在联锁接头的外边。

图1  是一对采用本发明而连接在一起的两段螺旋钻的正视图。

图2  是两个连接在一起的管端和将这两个管端联锁在一起的铰式连接器的部件分解图。

图3  是沿图1中的3-3线剖开的剖面图。

图4  是在切成两半和形成本发明所使用的两个接头之前的长圆筒的剖面图。

图5  是图4所示的长圆筒的正视图，图中示出了彼此分成两个接头的切割线。

图6  是沿图5中6-6线剖开的剖视图。

图7  是用于本发明的铰式连接器的立体图。

参见附图，序号10总的表示由第一长管12和第二长管14构成的管件装置。管12、14用连接器16连接在一起。管12和14分别包括管孔18和20，并包括分别设置在其外表面上的螺旋片22和24。而管12和14可以是图示的空心管，也可以是实心轴，或者在其外表面设有、或不设有螺旋片22和24。管12包括一个斜削的管端26，管14也包括一个斜削的管端28。固定连接到管12轴端的是阳接头30，而固定连接到管14轴端的是阴接头32。接头30、32各自包括第一孔34和第二较大的孔36。阴接头32中的第二较大孔36的直径最好稍大于阳接头30中的第二孔36的直径。接头32中的孔36内端开设有一O型圈槽38，在该槽38中放有弹性O型圈40。接头30中不设O型圈槽。

固定连接到管18的接头30端部包括一个斜削的台肩42，该台肩在环形唇状凸缘44上终止。如图3所示，唇状凸缘44适配装入管12的管孔18之内。此后，用环状焊缝46将接头30和管12连接在一起。焊缝46与美国第4，821，818号专利揭示的焊接线相比较，实施既容易又省时。已经发现，本发明的接头30和32制造并连接到管12和14上，与用美国专利4，821，818所展示的结构来制造和连接相比较，大约少花4小时。

接头32包括一个斜削的台肩48和环形唇状凸缘50，唇状凸缘50装入管14的管孔20之内。用环状焊缝52以与接头30固定连接到管18上所用的焊缝46相似的方式将接头32固定连接到管14上。

接头30和32分别包括一个彼此相对的端缘54和56。端缘54包括多个凸部58和与该凸部交替布置的凹槽60。端缘56包括多个凸部62和凹槽64，该凸部62和凹槽64分别以啮合的方式与接头30的凹槽60和凸部58相配合。

每个接头30和32的外表面上设有面对轴向的接头台肩66和68，彼此朝向相反。在台肩66的两边，接头30具有大直径部分70加小直径部分72。而接头32在台肩68的两边具有大直径部分74和小直径部分76。

连接管78在配合装入第一接头30的接头孔36之内，并具有两个相对的斜削端80和82。环状槽84设置在斜削端80附近，在该环状槽84内装有O型弹性圈（未示）。当管78压入接头30的接头孔36之内时，它将在接头30的端部向外轴向伸出，该连接管78是按一定尺寸制作的，可对准且配合地装入接头32的第二接头孔36内，如图3所示。由于阴接头32的孔38的直径稍大于阳接头30的孔36的直径，因此连接管78可以非常紧密地压入接头30的接头孔36内，但又与接头32的接头孔36形成稍松的配合。这样，使管段容易组装和拆卸，这是因为在组装和拆卸过程中，连接管78仍然装在较小的接头孔之内。

连接器16包围着联锁的接头30和32，并包括第一半连接器86和第二半连接器88。半连接器86和88内轴向铰链90以枢轴方式连接在一起。连接器16包括位于其一端的内端凸缘92和位于其另一端的内端凸缘94。每个凸缘92、94包括相互隔开并面对面设置的台肩96、98，台肩96、98形成了位于两者之间的大孔100。

半连接器86、88可以用如图1和2所示的方式并采用联锁的锁套102和锁销104连接在一起。锁销104可伸缩地插入销筒106之内，并包括一个锁柄108，锁柄108自锁筒106中的销槽110向外伸出。销104为弹性安装，可被偏压而伸出如图7所示的位置。柄108可用于将销104缩回;使销对准装入套102中，并使之在套102内弹到它的伸出位置，借此，将两个半连接器锁住以形成一个完整的圆筒。

当连接器16合拢后，包围在联锁接头30和32上与之相配合时，连接器16的台肩96、98与套30、32的台肩66、68对面相合。这样，将套30、32卡在一起，使它们在轴向上不能相互移动而脱开。本发明的一个重要特点是当连接器16装在接头30、32之上并对其环绕配合时，管12、14之间的轴向张力由连接台肩66、96和68、98承受。而销104和套102并不承载管12和14之间的任何轴向张力。

管12、14的任何相对转动通过联锁接头30、32的凹槽和凸部60、58、62、64而得以避免。这样，管12和14刚性地扣在一起，且如同一个整体一样，可作彼此一致的旋转。

参见图4、5及6，本发明的接头30、32以独特的方式制造。如图4所示，整体的圆筒状管112可用来制作接头30、32。管112可以机械加工方式分别形成接头30、32的第一和第二接头孔34、36。O型圈槽38也可在整体管112的内部加工成型。相类似地，斜削的台肩42、48和唇状凸缘44，50，以及台肩66、68也可在管112的外表面上加工成型。

参见图5，此后，沿着图5中序号114所表示的切割线将管112切成两个分开的接头30、32。切割线114最好采用激光切割工具切割形成，以便形成平整的切口。切割线114随构成凹槽60、64和凸部58，62的式样确定。从图6中可见，切割线114是径向形成的，以使凸部58、62和凹槽60、64的边缘沿着圆筒管112的经向伸展。由这种方式所形成的接头30、32，能够确保凸部58、62啮合着插入凹槽60、64内，这样形成紧固的啮合配合。

在接头30、32形成之后，再采用环形焊缝46、52将接头30、32焊到管12、14的端部，这样，管段的制造即告完成。已经发现，以这种方式进行的管段制造，与美国专利4，821，818制造管段所需的时间相比较，可以节省4个多小时。

本发明通过附图和说明书对最佳实施例进行了描述。尽管使用了一些特殊术语，但这仅只为了将其归类或描述，而并非对本发明的限制，任何试图建议对零件结构、形状进行改变以及等同替换、或者提出这方面的实施手段都当视为没有超出本发明下述权利要求所进一步规定的范围与精神。

Claims (10)

1、一种长元件的组合装置，其特征为包括有

第一和第二长圆柱件，所述第一圆柱件有一个阳端，所述第二圆柱件有一个阴端，两个圆柱件以首尾相接的方式安装在一起，并使所述的第一圆柱件阳端邻接于所述第二圆柱件的阴端；

第一接头，该第一接头固定连接到所述第一圆柱件的阳端并在该第一圆柱件的阳端轴向向外伸出，所述第一接头具有一个轴向面对所述第一圆柱件的接头台肩和一个远离所述第一圆柱件而设置的端缘，所述端缘包括有位于该端缘上的至少一个轴向延伸出的凸部及至少一个轴向凹槽；

第二接头，该第二接头固定连接到所述第二圆柱件的阴端并在该第二圆柱件的阴端轴向向外伸出，且具有一个轴向面对所述第二圆柱件的接头台肩和一个远离所述第二圆柱件而设置的端缘，所述第二接头的端缘具有至少一个轴向凸部和至少一个轴向凹槽，该第二接头端缘上的轴向凸部和凹槽与所述第一接头的凹槽和凸部啮合地联锁在一起，这样，将第一圆柱件与第二圆柱件固定在一起，以防它们绕其纵轴作相互间的转动；

所述第一接头具有一个内孔，其开口朝向所述第二圆柱体的第二接头；

所述第二接头具有一个内孔，其开口朝向所述第一接头；

一个第三圆柱件，以配合方式装入所述的第一和第二接头两者的内孔中；和

一个可拆卸的连接件，包围着所述联锁着的第一和第二接头，并具有与所述第二接头的接头台肩相对接的一个第一连接件台肩，以限制所述联锁着的第一和第二接头作彼此分离的轴向运动。

2、根据权利要求1所述的组合装置，其特征是，其中所述第一和第二接头各包括有一个圆柱形连接部分，该圆柱形连接部分分别与所述第一和第二圆柱件的阳端和阴端对准并配合，一个第一焊接连接缝将所述第一接头的连接部分固定地焊到所述第一圆柱件的阳端，一个第二焊接连接缝将所述第二接头的连接部分固定地焊到第二圆柱件的所述阴端。

3、根据权利要求2所述的组合装置，其特征是，其中所述第一接头和第二接头基本上完全轴向定位于第一焊接连接缝与第二焊接连接缝之间。

4、根据权利要求1所述的组合装置，其特征是，其中所述第三圆柱件固定在安装在所述第一和第二接头内孔中的其中一个内孔之内。

5、根据权利要求4所述的组合装置，其特征为，其中所述第三圆柱件压配于所述的一个内孔中。

6、一种将第一和第二长元件以彼此首尾相接的方式可拆卸地连接在一起的方法，其特征为所述的方法包括：

将第一接头连接到所述第一长元件的第一端，使第一接头自所述第一长元件的第一端轴向向外伸出，所述第一接头具有面对着所述第一长元件的第一端的一个接头台肩和一个呈轴向远离所述第一长元件第一端的端缘，所述端缘有至少一个轴向延伸的凸部和至少一个轴向凹槽，所述第一接头有一个轴向开设的内孔，其开口方向背离所述第一长元件的第一端;

将一个第二接头连接到所述第二长元件的第二端，使第二接头自所述第二长元件的第二端轴向向外伸出，所述第二接头具有面对所述第二长元件第二端的一个接头台肩和一个轴向开设的内孔，其开口方向背离所述第二长元件的第二端，以及远离所述第二长元件第二端而轴向设置的端缘，所述第二接头的端缘具有至少一个轴向凸部和至少一个轴向凹槽，其形状和尺寸做成使它们能与所述第一接头的凹槽和凸部配合而联锁在一起：

将一个第三长圆柱件的第一部分插入所述第一和第二接头之一的内孔中，使所述第三长圆柱体的第二部分从所述该接头之一的内孔轴向向外伸出;

将所述第三长圆柱件的第二部分插入所述第一和第二接头中的另一接头内孔之内，这样，将所述轴向凸部与凹槽相互配合而将所述第一接头与第二接头固定在一起;和

用一个连接元件将所述第一和第二接头包围住，所述连接元件具有隔开的第一和第二连接台肩，它们夹住位于其间的所述第一和第二接头的接头台肩，将第一和第二接头固定在一起以防彼此轴向脱开。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征为其中所述第一和第二接头与所述第一和第二长元件之间的连接是用焊接实现的。

8、根据权利要求6所述的方法，其特征为该方法还进一步包括;当所述第三长圆柱件的第一部分插入所述接头之一的内孔时，将所述第一部分固定连接到所述接头之一上。

9、根据权利要求6所述的方法，其特征为其中所述第三长圆柱件的第一部分与所述接头之一的连接是采用将所述第一部分压装进所述接头之一的内孔中的方法来实现的。

10、根据权利要求6所述的方法，其特征为其中所述第一、二接头的成形，采用沿着环绕于一个有延伸圆柱孔的单个圆筒、在其两轴端中部的圆周方向上切割，将其分割为两块，所述切割线形成了所述第一、二接头的凹槽和凸部，而所述分离的两块形成了所述的第一、二接头。

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