鋁合金鑽杆杆體和鋼接頭連接使用的冷組裝裝置製造方法

2023-09-16 18:48:15

鋁合金鑽杆杆體和鋼接頭連接使用的冷組裝裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種鋁合金鑽杆杆體和鋼接頭連接使用的冷組裝裝置，是由杆體夾持機構、鋁合金鑽杆體內冷卻機構、給進機構、鋼接頭迴轉機構、參數檢測機構以及實驗臺架組成，本實用新型採用冷組裝裝置進行鋁合金鑽杆杆體與鋼接頭的組裝。冷組裝時，先把鋁合金鑽杆杆體冷卻到一定溫度使其收縮，隨後擰入鋼接頭，待恢復室溫後螺紋連接處可獲得一定的預緊力，達到鋁合金鑽杆傳遞扭矩和承受載荷的要求。本實用新型可在同一實驗臺架上，僅通過更換不同直徑的鑽杆杆體和接頭，來實現其冷組裝，提高連接強度和可靠性。
【專利說明】 鋁合金鑽杆杆體和鋼接頭連接使用的冷組裝裝置
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種鋁合金鑽杆杆體和鋼接頭連接使用的冷組裝裝置。
【背景技術】
[0002]在地質勘探、石油天然氣、煤炭、金屬礦山等勘查開發的鑽探過程中，都需要用到鑽杆。隨著鑽探深度的增加，難度也在增大，對鑽杆的質量要求更高。鋁合金鑽杆具有密度小、比強度高、耐腐蝕性強等優點，隨著鑽探深度的增加其優勢更為明顯，但其耐磨性較低，而在鑽井操作中，接頭需要經常地擰卸，因此在實際使用時，一般將鋁合金鑽杆管體與鋼接頭組裝在一起形成鑽杆柱，由鋼接頭來承受擰卸操作。由於鋁合金與鋼在彈性模量、熱膨脹係數、延伸率、屈服強度等方面的差異，經常出現連接不可靠的情況。鑽杆杆體和接頭的連接也一直是鑽杆的薄弱環節。
[0003]一般採用將鋁合金鑽杆杆體施加一定的扭矩與鋼接頭組裝的方法，該方法儘管應用較廣，但卻有其不足之處，如當鋁合金鑽杆和鋼接頭沿螺紋同時相對移動時，當達到較高的接觸壓力時仍不能完全避免局部的鋁合金與鋼緊扣。當這樣扣緊的地方很多時，組裝過程中螺紋連接可能被卡住，在以後的使用過程中這樣的接頭會損壞。

【發明內容】

[0004]本實用新型的目的的提供一種鋁合金鑽杆杆體和鋼接頭連接使用的冷組裝裝置。本實用新型採用冷組裝裝置進行鋁合金鑽杆杆體與鋼接頭的組裝。冷組裝時，先把鋁合金鑽杆杆體冷卻到一定溫度使其收縮，隨後擰入鋼接頭，待恢復室溫後螺紋連接處可獲得一定的預緊力，達到鋁合金鑽杆傳遞扭矩和承受載荷的要求。
[0005]本實用新型是由杆體夾持機構、鋁合金鑽杆體內冷卻機構、給進機構、鋼接頭迴轉機構、參數檢測機構以及實驗臺架組成，
[0006]所述杆體夾持機構通過固定底板固定在實驗臺架上，通過杆體夾持器上的三個夾持螺釘來夾持鋁合金鑽杆杆體，三個夾持螺釘布置在同一平面，等角度排布，半圓夾持器通過擰緊緊固螺栓來抱緊夾持器，半圓夾持器下面通過螺栓連接在固定底板上，並可通過調整螺栓來調整鋁合金鑽杆杆體的高度，使鋁合金鑽杆杆體與鋼接頭在同一平面；
[0007]所述鋁合金鑽杆體內冷卻機構的液氮罐放置在地面上，液氮罐通過調節閥與進液管連接形成冷卻液通道，進液管連接雙壁冷卻管，雙壁冷卻管與鋁合金鑽杆杆體內的冷卻腔連通，冷卻腔為鋁合金鑽杆杆體的螺紋區，液氮從雙壁冷卻管的液氮噴射孔噴出，噴在鋁合金鑽杆杆體螺紋區內壁上，對鋁合金鑽杆杆體進行冷卻，液氮汽化，使鋁合金鑽杆杆體降溫，汽化後的氮氣通過雙壁冷卻管外壁上的氮氣排出孔進入氮氣排放通道，至排氣管排出，冷卻腔通過耐低溫橡膠墊來保證密封性；鋁合金鑽杆杆體的螺紋區設置溫度傳感器埋置孔，於不同深度埋置溫度傳感器，通過參數檢測機構實時檢測杆體冷卻溫度，根據檢測溫度來調整調節閥的開度；
[0008]所述給進機構的手輪通過螺紋連接在絲槓上，絲槓另一端通過絲槓固定板固定在實驗臺架上，絲槓上連接有開合螺母，開合螺母上邊與滑動支架連接，滑塊固定在滑動支架的下面，滑塊與導軌相連，可通過導軌做直線運動，導軌固定在實驗臺架上；
[0009]所述鋼接頭迴轉機構固定在滑動支架上，電機通過固定板安裝在滑動支架上，電機的輸出軸鏈輪安裝在電機輸出軸上，鏈條繞設在輸出軸鏈輪和傳動軸鏈輪上，傳動軸鏈輪連接傳動軸，通過軸承座固定在位於滑動支架的固定板上，傳動軸連接扭矩傳感器，再連接滑環固定管，滑環固定管另一端連接變徑接頭，並通過軸承座安裝在位於滑動支架的安裝板上，滑環安裝在滑環固定管上，變徑接頭一端連接滑環固定管，另一端連接鋼接頭，鋼接頭下面設置有滾動支架，滾動支架連接在滑動支架上，滾動支架可隨鋼接頭轉動，起導正作用，使鋼接頭保證平行度。
[0010]所述參數檢測機構的無紙記錄儀放置在實驗臺架上的固定底板上，參數檢測機構通過傳感器把加熱過程中的加熱溫度，鋼接頭溫度，鋁合金鑽杆杆體溫度，冷卻液流量，上扣轉速，上扣扭矩這些關鍵參數採集到無紙記錄儀中，實時檢測，鋼接頭及鋁合金鑽杆杆體上布置有溫度傳感器。
[0011]本實用新型的工作過程是:
[0012]杆體夾持機構可調整鋁合金鑽杆杆體的中心高度，使其與鋼接頭在同一平面，並固定鋁合金鑽杆杆體；鋁合金杆體內冷卻機構以液氮為冷源，通過雙壁冷卻管到達冷卻區域，即鑽杆杆體螺紋部位，通過液氮噴射孔以一定流量噴向杆體螺紋區內壁，液氮汽化，冷卻鋁合金杆體內部，使其溫度降低，汽化後的氮氣通過雙壁冷卻管外壁上的氮氣排出孔進入氮氣排放通道，至排氣管排出；給進機構在鋁合金鑽杆杆體冷卻到設定溫度後，帶動鋼接頭向鋁合金鑽杆杆體方向前進，鋼接頭前端面與杆體端面接觸，螺紋嚙合；鋼接頭迴轉機構在鋼接頭和鋁合金鑽杆杆體接觸後，使鋼接頭迴轉，沿著螺紋旋入鑽杆杆體，達到配合端面，形成可靠連接；而參數檢測機構可以通過傳感器把整個過程中的杆體冷卻溫度，冷卻液流量，鋼接頭溫度，上扣轉速，上扣扭矩這些關鍵參數採集到記錄儀中，實時檢測；本實用新型可在同一實驗平臺上，通過更換不同直徑的鋼接頭和鋁合金鑽杆杆體進行冷組裝，從而實現不同直徑範圍的鑽杆和接頭組裝的目的。
[0013]本實用新型的有益效果是:
[0014]1、本實用新型採用冷組裝裝置進行鋁合金鑽杆杆體與鋼接頭的組裝。冷組裝時，先把鋁合金鑽杆杆體冷卻到一定溫度使其收縮，隨後擰入鋼接頭，待恢復室溫後螺紋連接處可獲得一定的預緊力，達到鋁合金鑽杆傳遞扭矩和承受載荷的要求。
[0015]2、本實用新型可在同一實驗臺架上，僅通過更換不同直徑的鑽杆杆體和接頭，來實現其冷組裝，提高連接強度和可靠性。
[0016]3、本實用新型同樣可以應用於其他材質的鑽杆杆體和接頭的冷組裝。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的主視圖。
[0018]圖2是本實用新型的俯視圖。
[0019]圖3是本實用新型的左視圖。
[0020]圖4是本實用新型的立體示意圖。
[0021]圖中:1 一桿體夾持機構，11 一鋁合金鑽杆杆體，12—夾持螺釘，13—杆體夾持器，14一半圓型夾持器，15—緊固螺栓，16—固定底板；2—招合金鑽杆杆體冷卻機構，21—液氮罐，22—調節閥，23—進液管，24—排氣管，25—雙壁冷卻管，26—耐低溫橡膠墊，27—溫度傳感器埋置孔，3—給進機構，31—手輪，32—絲槓，33—開合螺母，34—滑動支架，35—絲槓固定板，36一滑塊，37一導軌，4一鋼接頭迴轉機構，41一電機，42一輸出軸鏈輪，43—鏈條，44 一傳動軸鏈輪，45—軸承座，46—傳動軸，47—扭矩傳感器，48—滑環固定管，49 一滑環，410—變徑接頭，411 一滾動支架，412—鋼接頭，413—溫度傳感器埋置孔，5—參數檢測機構，51一無紙記錄儀，6一實驗臺架。
【具體實施方式】
[0022]請參閱圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實用新型是由杆體夾持機構1、鋁合金鑽杆體內冷卻機構2、給進機構3、鋼接頭迴轉機構4、參數檢測機構5以及實驗臺架6組成，
[0023]所述杆體夾持機構I通過固定底板16固定在實驗臺架上，通過杆體夾持器13上的三個夾持螺釘12來夾持鋁合金鑽杆杆體11，三個夾持螺釘布置在同一平面，等角度排布，半圓夾持器14通過擰緊緊固螺栓15來抱緊夾持器13，半圓夾持器14下面通過螺栓連接在固定底板16上，並可通過調整螺栓來調整鋁合金鑽杆杆體11的高度，使鋁合金鑽杆杆體11與鋼接頭412在同一平面；
[0024]所述鋁合金鑽杆體內冷卻機構2的液氮罐21放置在地面上，液氮罐21通過調節閥22與進液管23連接形成冷卻液通道，進液管23連接雙壁冷卻管25，雙壁冷卻管25與鋁合金鑽杆杆體11內的冷卻腔連通，冷卻腔為鋁合金鑽杆杆體11的螺紋區，液氮從雙壁冷卻管25的液氮噴射孔噴出，噴在鋁合金鑽杆杆體11螺紋區內壁上，對鋁合金鑽杆杆體11進行冷卻，液氮汽化，使鋁合金鑽杆杆體11降溫，汽化後的氮氣通過雙壁冷卻管25外壁上的氮氣排出孔進入氮氣排放通道，至排氣管24排出，冷卻腔通過耐低溫橡膠墊26來保證密封性；鋁合金鑽杆杆體11的螺紋區設置溫度傳感器埋置孔27，於不同深度埋置溫度傳感器，通過參數檢測機構5實時檢測杆體冷卻溫度，根據檢測溫度來調整調節閥22的開度；
[0025]所述給進機構3的手輪31通過螺紋連接在絲槓32上，絲槓32另一端通過絲槓固定板35固定在實驗臺架6上，絲槓32上連接有開合螺母33，開合螺母33上邊與滑動支架34連接，滑塊36固定在滑動支架34的下面，滑塊36與導軌37相連，可通過導軌37做直線運動，導軌37固定在實驗臺架6上；
[0026]所述鋼接頭迴轉機構4固定在滑動支架34上，電機41通過固定板安裝在滑動支架34上，電機41的輸出軸鏈輪42安裝在電機41輸出軸上，鏈條43繞設在輸出軸鏈輪42和傳動軸鏈輪44上，傳動軸鏈輪44連接傳動軸46，通過軸承座45固定在位於滑動支架34的固定板上，傳動軸46連接扭矩傳感器47，再連接滑環固定管48，滑環固定管48另一端連接變徑接頭410，並通過軸承座安裝在位於滑動支架24的安裝板上，滑環49安裝在滑環固定管48上，變徑接頭410 —端連接滑環固定管48，另一端連接鋼接頭412，鋼接頭412下面設置有滾動支架411，滾動支架411連接在滑動支架24上，滾動支架411可隨鋼接頭412轉動，起導正作用，使鋼接頭412保證平行度。
[0027]所述參數檢測機構5的無紙記錄儀51放置在實驗臺架6上的固定底板16上，參數檢測機構5通過傳感器把加熱過程中的加熱溫度，鋼接頭溫度，鋁合金鑽杆杆體11溫度，冷卻液流量，上扣轉速，上扣扭矩這些關鍵參數採集到無紙記錄儀51中，實時檢測，鋼接頭412及鋁合金鑽杆杆體11上布置有溫度傳感器。
[0028]本實用新型的工作過程是:
[0029]杆體夾持機構I通過擰緊杆體夾持器13上的夾持螺釘12，使夾持螺釘12固定鋁合金鑽杆杆體11，採用三個螺釘固定，可靠牢固，將杆體夾持器13放入半圓夾持器14，並擰緊緊固螺栓15，使半圓夾持器14抱緊杆體夾持器13，半圓夾持器14通過螺栓連接在固定底板16上，可通過調整螺栓來調整鋁合金鑽杆杆體11的高度，使其與鋼接頭412在同一平面，並通過固定底板16固定在實驗臺架6上；
[0030]鋁合金杆體內冷卻機構2的冷源為液氮罐21，通過調節閥22連接進液管23形成冷卻液通道，通過雙壁冷卻管25進入冷卻腔，即鋁合金鑽杆杆體11的螺紋區，通過液氮噴射孔以一定的流量和壓力噴出，噴在鋁合金鑽杆杆體11螺紋區內壁上，對鑽杆杆體進行冷卻，液氮汽化，使杆體降溫，汽化後的氮氣通過雙壁冷卻管25外壁上的氮氣排出孔進入氮氣排放通道，至排氣管24排出，冷卻腔通過一定厚度的耐低溫橡膠墊26來保證密封性；在鑽杆杆體螺紋區設置溫度傳感器埋置孔27，於不同深度埋置溫度傳感器，通過參數檢測模塊5實時檢測杆體冷卻溫度，根據檢測溫度來調整調節閥22的開度；
[0031]鋁合金鑽杆杆體11冷卻到設定溫度後，給進機構3啟動，轉動手輪31，帶動絲槓32旋轉，通過開合螺母33帶動滑動支架34通過滑塊36沿著導軌37做直線運動，向鋁合金鑽杆杆體11方向前進，鋼接頭412連接在迴轉機構4上，鋼接頭迴轉機構4固定在滑動支架34，滑動支架34向前運動即鋼接頭421向前運動，至鋼接頭412前端面與鋁合金鑽杆杆體11端面接觸，螺紋嚙合；開合螺母33可在需要傳動時閉合，此時絲槓32可通過開合螺母33將運動傳遞至滑動支架34，不需要傳動時將其打開，此時絲槓32的運動不會傳遞到滑動支架34上；絲槓32通過絲槓固定板35固定在實驗臺架6上，連接簡單方便；
[0032]鋼接頭迴轉機構4在鋼接頭412和招合金杆體11接觸後，電機41通過輸出軸鏈輪42，使用鏈條43將迴轉運動傳遞至傳動軸鏈輪44，通過軸承座45，傳動軸46，使用變徑接頭410連接鋼接頭412，使其迴轉，沿著螺紋旋入鋁合金鑽杆杆體11，達到配合端面，中間另安裝有扭矩傳感器47，用於檢測上扣扭矩，以及滑環49，使得鋼接頭412上面的溫度傳感器在鋼接頭412迴轉的時候可以將信號線傳出，而不會被纏繞，滑環49安裝在滑環固定管48上，滑環固定管48 —邊連接鋼接頭412，另一邊連接扭矩傳感器27 ;鋼接頭412下面放置有滾動支架411，可跟隨鋼接頭412轉動，起到扶正作用，使鋼接頭保持平行度，利於組裝；
[0033]參數檢測機構5可以通過連接傳感器把整個過程中的杆體冷卻溫度，冷卻液流量，鋼接頭溫度，上扣轉速，上扣扭矩這些關鍵參數採集到無紙記錄儀51中，實時檢測。整個機構均安裝在實驗臺架6上，布局緊湊，佔用空間小。
【權利要求】
1.一種鋁合金鑽杆杆體和鋼接頭連接使用的冷組裝裝置，其特徵在於:是由杆體夾持機構(I)、鋁合金鑽杆體內冷卻機構(2 )、給進機構(3 )、鋼接頭迴轉機構(4 )、參數檢測機構(5)以及實驗臺架(6)組成， 所述杆體夾持機構(I)通過固定底板(16)固定在實驗臺架上，通過杆體夾持器(13)上的三個夾持螺釘(12 )來夾持鋁合金鑽杆杆體(11 )，三個夾持螺釘布置在同一平面，等角度排布，半圓夾持器(14)通過擰緊緊固螺栓(15)來抱緊夾持器(13)，半圓夾持器(14)下面通過螺栓連接在固定底板(16)上，並可通過調整螺栓來調整鋁合金鑽杆杆體(11)的高度，使鋁合金鑽杆杆體(11)與鋼接頭(412 )在同一平面； 所述鋁合金鑽杆體內冷卻機構(2 )的液氮罐(21)放置在地面上，液氮罐(21)通過調節閥(22 )與進液管(23 )連接形成冷卻液通道，進液管(23 )連接雙壁冷卻管(25 )，雙壁冷卻管(25 )與鋁合金鑽杆杆體(11)內的冷卻腔連通，冷卻腔為鋁合金鑽杆杆體(11)的螺紋區，液氮從雙壁冷卻管(25)的液氮噴射孔噴出，噴在鋁合金鑽杆杆體(11)螺紋區內壁上，對鋁合金鑽杆杆體(11)進行冷卻，液氮汽化，使鋁合金鑽杆杆體(11)降溫，汽化後的氮氣通過雙壁冷卻管(25)外壁上的氮氣排出孔進入氮氣排放通道，至排氣管(24)排出，冷卻腔通過耐低溫橡膠墊(26)來保證密封性；鋁合金鑽杆杆體(11)的螺紋區設置溫度傳感器埋置孔(27),於不同深度埋置溫度傳感器，通過參數檢測機構(5)實時檢測杆體冷卻溫度，根據檢測溫度來調整調節閥(22)的開度； 所述給進機構(3)的手輪(31)通過螺紋連接在絲槓(32)上，絲槓(32)另一端通過絲槓固定板(35 )固定在實驗臺架(6 )上，絲槓(32 )上連接有開合螺母(33 )，開合螺母(33 )上邊與滑動支架(34)連接，滑塊(36)固定在滑動支架(34)的下面，滑塊(36)與導軌(37)相連，可通過導軌(37 )做直線運動，導軌(37 )固定在實驗臺架(6 )上； 所述鋼接頭迴轉機構(4)固定在滑動支架(34)上，電機(41)通過固定板安裝在滑動支架(34 )上，電機(41)的輸出軸鏈輪(42 )安裝在電機(41)輸出軸上，鏈條(43 )繞設在輸出軸鏈輪(42)和傳動軸鏈輪(44)上，傳動軸鏈輪(44)連接傳動軸(46)，通過軸承座(45)固定在位於滑動支架(34)的固定板上，傳動軸(46)連接扭矩傳感器(47)，再連接滑環固定管(48)，滑環固定管(48)另一端連接變徑接頭(410)，並通過軸承座安裝在位於滑動支架(24)的安裝板上，滑環(49)安裝在滑環固定管(48)上，變徑接頭(410)—端連接滑環固定管(48)，另一端連接鋼接頭(412)，鋼接頭(412)下面設置有滾動支架(411)，滾動支架(411)連接在滑動支架(24)上，滾動支架(411)可隨鋼接頭(412)轉動； 所述參數檢測機構(5)的無紙記錄儀(51)放置在實驗臺架(6)上的固定底板(16)上，參數檢測機構(5)通過傳感器把加熱過程中的加熱溫度，鋼接頭溫度，鋁合金鑽杆杆體(11)溫度，冷卻液流量，上扣轉速，上扣扭矩這些關鍵參數採集到無紙記錄儀(51)中，實時檢測，鋼接頭(412)及鋁合金鑽杆杆體(11)上布置有溫度傳感器。
【文檔編號】B23P11/02GK203603799SQ201320843664
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月19日 優先權日:2013年12月19日
【發明者】毛建設, 孫友宏, 劉寶昌, 高科, 郭威, 薛軍, 範曉鵬 申請人:吉林大學