鋁合金鑽杆杆體和鋼接頭連接使用的熱組裝裝置製造方法

2023-12-03 15:55:11

鋁合金鑽杆杆體和鋼接頭連接使用的熱組裝裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋁合金鑽杆杆體和鋼接頭連接使用的熱組裝裝置，是由鋼接頭加熱機構、給進機構、鋼接頭迴轉機構、杆體夾持機構、鋁合金鑽杆杆體內冷卻機構、鋼接頭外部冷卻機構、參數檢測機構和實驗臺架組成；本發明採用熱組裝裝置進行鋁合金鑽杆杆體與鋼接頭的組裝。熱組裝時，先把鋼接頭加熱到一定溫度使其膨脹，隨後在熱狀態下擰到鋁合金鑽杆杆體上，隨後對其冷卻，待冷卻後螺紋連接處可獲得一定的預緊力，滿足鋁合金鑽杆傳遞扭矩和承受載荷的需要。本發明可在同一實驗臺架上，僅通過更換不同材質和尺寸的鑽杆杆體和接頭，來實現其熱組裝，提高其連接強度和可靠性。
【專利說明】鋁合金鑽杆杆體和鋼接頭連接使用的熱組裝裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋁合金鑽杆杆體和鋼接頭連接使用的熱組裝裝置。
【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]本發明的目的的提供一種鋁合金鑽杆杆體和鋼接頭連接使用的熱組裝裝置。本發明採用熱組裝裝置進行鋁合金鑽杆杆體與鋼接頭的組裝。熱組裝時，先把鋼接頭加熱到一定溫度使其膨脹，隨後在熱狀態下擰到鋁合金鑽杆杆體上，隨後對其冷卻，待冷卻後螺紋連接處可獲得一定的預緊力，滿足鋁合金鑽杆傳遞扭矩和承受載荷的需要。
[0005]本發明是由鋼接頭加熱機構、給進機構、鋼接頭迴轉機構、杆體夾持機構、鋁合金鑽杆杆體內冷卻機構、鋼接頭外部冷卻機構、參數檢測機構和實驗臺架組成；
[0006]所述鋼接頭加熱機構的感應加熱器固定在滑動支架上，感應加熱器與感應線圈連接，感應線圈套裝在鋼接頭上，可對鋼接頭進行加熱，加熱後可取出感應線圈；
[0007]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；
[0008]所述鋼接頭迴轉機構固定在滑動支架上，鋼接頭迴轉機構的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，傳動軸鏈輪通過傳動軸及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，變徑接頭連接鋼接頭，鋼接頭下面放置有滾動支架，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。
[0009]所述杆體夾持機構通過固定底板固定在實驗臺架上，杆體夾持機構通過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，半圓夾持器通過螺栓連接來抱緊夾持器，半圓夾持器下面通過螺栓連接固定底板，並可通過調整螺栓來調整鋁合金鑽杆杆體的高度，與鋼接頭在同一平面。
[0010]所述鋁合金杆體內冷卻機構的水箱放置在實驗臺架下面，水泵與水箱連通，水泵從水箱中抽水，通過進水管進入雙壁冷卻管的進水通道，從進水通道的水眼中噴出，噴到鋁合金鑽杆杆體的螺紋區內壁上，雙壁冷卻管的兩端放置橡膠墊用以密封，使水再通過雙壁冷卻管的排放通道進入回水管返回水箱，形成閉式循環，在水箱中設置過濾網。
[0011]所述鋼接頭外部冷卻機構的潛水泵放置在水箱中，通過外冷卻水管連接環形冷卻器，環形冷卻器內壁設有噴水孔，噴水孔成環形排布，可對鋼接頭進行360°噴水冷卻，形成循環；
[0012]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。
[0013]本發明採用熱組裝裝置進行鋁合金鑽杆杆體與鋼接頭的組裝。熱組裝時，先把鋼接頭加熱到一定溫度使其膨脹，隨後在熱狀態下擰到鋁合金鑽杆杆體上，隨後對其冷卻，待冷卻後螺紋連接處可獲得一定的預緊力，滿足鋁合金鑽杆傳遞扭矩和承受載荷的需要。
[0014]本發明的具體工作過程是:
[0015]本發明的鋼接頭加熱機構為鋼接頭加熱到組裝所需的溫度；給進機構在鋼接頭加熱到需要的高溫後，帶動鋼接頭向鋁合金鑽杆杆體方向前進，至鋼接頭前端面與鋁合金鑽杆杆體端面接觸，螺紋嚙合；同時鋁合金鑽杆杆體內冷卻機構啟動，通過雙壁冷卻管形成閉式循環，冷卻鋁合金杆體內部，防止因接觸高溫的鋼接頭帶來的溫度升高，導致其材料強度的降低；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，沿著螺紋旋入鋁合金鑽杆杆體，達到配合端面，形成可靠連接；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；鋼接頭外部冷卻機構在組裝完成後提供冷卻，使鋼接頭溫度降到室溫；而參數檢測機構可以通過傳感器把整個過程中的加熱溫度，冷卻液流量，鋼接頭溫度，鋁合金鑽杆杆體溫度，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。
[0016]本發明的有益效果是:
[0017]通過熱組裝方法來實現鋁合金鑽杆和鋼接頭的可靠連接，使鋼接頭溫度升高，產生膨脹，同時在鋁合金管體內部降溫，把鋁合金杆體的溫度控制在材料許可的範圍內，實現兩者的緊固配合，產生預緊力。本發明可在同一實驗臺架上，僅通過更換不同材質和尺寸的鑽杆杆體和接頭，來實現其熱組裝，提高其連接強度和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發明的主視圖。
[0019]圖2是本發明的俯視圖。
[0020]圖3是本發明的左視圖。
[0021 ] 圖4是本發明的立體示意圖。[0022]圖中:1—鋼接頭加熱機構；11—感應加熱器；12—加熱線圈；13—鋼接頭；2—給進機構；21—手輪；22—絲槓；23—開合螺母；24—滑動支架；25—絲槓固定板；26—滑塊；27—導軌；3—迴轉機構；31—電機；32—輸出軸鏈輪；33—鏈條；34—傳動軸鏈輪；35—軸承座；36一傳動軸；37一扭矩傳感器；38—滑環固定管；39—滑環；310—變徑接頭；311—滾動支架；13—鋼接頭；4一桿體夾持機構；41一招合金鑽杆杆體；42—夾持螺釘；43—夾持器；44一半圓型夾持器；45—固定底板；5—招合金鑽杆杆體內冷卻機構；51—7jC箱；52—水泵；53—過濾網；54—進水管；55 —回水管；56—雙壁冷卻管；57—橡膠墊；6—鋼接頭外部冷卻機構；61—潛水泵；62—外冷卻水管；63—環形冷卻器；7—參數檢測機構；71—無紙記錄儀；72—溫度傳感器；8—實驗臺架。
【具體實施方式】
[0023]本發明是由鋼接頭加熱機構1、給進機構2、鋼接頭迴轉機構3、杆體夾持機構4、鋁合金鑽杆杆體內冷卻機構5、鋼接頭外部冷卻機構6、參數檢測機構7和實驗臺架8組成；
[0024]所述鋼接頭加熱機構I的感應加熱器11固定在滑動支架24上，感應加熱器11與感應線圈12連接，感應線圈12套裝在鋼接頭13上，可對鋼接頭13進行加熱，加熱後可取出感應線圈12 ；
[0025]所述給進機構2的手輪21通過螺紋連接在絲槓22上，絲槓22另一端通過絲槓固定板25固定在實驗臺架上，絲槓22上連接有開合螺母23，開合螺母23上邊與滑動支架24連接，滑塊26固定在滑動支架24的下面，滑塊26與導軌27相連，可通過導軌27做直線運動，導軌27固定在實驗臺架8上；
[0026]所述鋼接頭迴轉機構3固定在滑動支架24上，鋼接頭迴轉機構3的電機31通過固定板安裝在滑動支架24上，電機31的輸出軸鏈輪32安裝在電機31輸出軸上，鏈條33繞設在輸出軸鏈輪32和傳動軸鏈輪34上，傳動軸鏈輪34通過傳動軸36及軸承座35固定在位於滑動支架24的固定板上，傳動軸36連接扭矩傳感器37，再連接滑環固定管38，滑環固定管38另一端連接變徑接頭310，並通過軸承座安裝在位於滑動支架24的安裝板上，滑環39安裝在滑環固定管38上，變徑接頭310連接鋼接頭13，鋼接頭13下面放置有滾動支架311，滾動支架311連接在滑動支架24上，滾動支架311可隨鋼接頭13轉動，起導正作用，使鋼接頭13保證平行度。
[0027]所述杆體夾持機構4通過固定底板45固定在實驗臺架8上，杆體夾持機構4通過夾持器43上的三個夾持螺釘42來夾持鋁合金鑽杆杆體41，三個夾持螺釘42布置在同一平面，等角度排布，半圓夾持器44通過螺栓連接來抱緊夾持器43，半圓夾持器44下面通過螺栓連接固定底板45，並可通過調整螺栓來調整鋁合金鑽杆杆體41的高度，與鋼接頭13在同
一平面。
[0028]所述鋁合金杆體內冷卻機構5的水箱51放置在實驗臺架8下面，水泵52與水箱51連通，水泵52從水箱51中抽水，通過進水管54進入雙壁冷卻管56的進水通道，從進水通道的水眼中噴出，噴到鋁合金鑽杆杆體41的螺紋區內壁上，雙壁冷卻管56的兩端放置橡膠墊57用以密封，使水再通過雙壁冷卻管56的排放通道進入回水管55返回水箱51，形成閉式循環，在水箱51中設置過濾網53。
[0029]所述鋼接頭外部冷卻機構6的潛水泵61放置在水箱51中，通過外冷卻水管62連接環形冷卻器63，環形冷卻器63內壁設有噴水孔，噴水孔成環形排布，可對鋼接頭13進行360°噴水冷卻，形成循環；
[0030]所述參數檢測機構7的無紙記錄儀71放置在實驗臺架8上的固定底板45上，參數檢測機構7通過傳感器把加熱過程中的加熱溫度，鋼接頭13溫度，鋁合金鑽杆杆體41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71中，實時檢測，鋼接頭13及鋁合金鑽杆杆體41上布置有溫度傳感器72。
[0031]本發明的工作過程是:
[0032]鋼接頭加熱機構I使用感應加熱器11，通過加熱線圈12，把鋼接頭13加熱到所需溫度。
[0033]加熱到所需溫度後，感應加熱器11停機，將加熱線圈12取出，給進機構2開始工作，轉動手輪21，帶動絲槓22轉動，通過絲槓22上面的開合螺母23帶動滑動支架24，滑動支架24通過滑塊26在導軌27上做直線運動，把鋼接頭13向鋁合金鑽杆杆體41靠近，至鋼接頭13前端面與鋁合金鑽杆杆體41端面接觸，螺紋嚙合；絲槓22通過絲槓固定板25固定在實驗臺架8上。
[0034]同時鋁合金杆體內冷卻機構5啟動，通過雙壁冷卻管56形成閉式循環，水泵52從水箱51中抽水，通過進水管54進入雙壁冷卻管56的進水通道，從進水通道的水眼中噴出，噴到鋁合金鑽杆杆體41的螺紋區內壁上，雙壁冷卻管56的兩端放置橡膠墊57，用以密封，使水再通過雙壁冷卻管56的排放通道進入回水管55返回水箱51，形成閉式循環，在水箱51中設置過濾網53,保證水質。
[0035]鋼接頭迴轉機構3在鋼接頭13和招合金鑽杆杆體41接觸後，電機31通過輸出軸鏈輪32，使用鏈條33將迴轉運動傳遞至傳動軸鏈輪34，通過軸承座35，傳動軸36，使用變徑接頭310連接鋼接頭13，使其迴轉，沿著螺紋旋入鋁合金鑽杆杆體41，達到配合端面，中間另安裝有扭矩傳感器37，用於檢測上扣扭矩，以及滑環39，使得鋼接頭13上面的溫度傳感器72在鋼接頭13迴轉的時候可以將信號線傳出，而不會被纏繞；滑環39通過滑環固定管38 —端連接變徑接頭310，一端和扭矩傳感器37連接，通過軸承座固定在滑動支架24上。鋼接頭13下面放置有滾動支架311，可跟隨鋼接頭13轉動，起到扶正作用，使鋼接頭保持平行度，利於組裝。
[0036]杆體夾持機構4通過夾持器43上的三個夾持螺釘42來夾持鋁合金鑽杆杆體41，通過半圓型夾持器44來夾緊夾持器43，半圓夾持器44通過螺栓連接在固定底板45上，可通過調整螺栓來調整鋁合金鑽杆杆體的高度，與鋼接頭在同一平面，並通過固定底板45固定在試驗臺架上。
[0037]鋼接頭外部冷卻機構6在組裝完成後提供冷卻，通過放置在水箱51 (和內冷卻共用)裡的潛水泵61，抽取水，水流通過外冷卻水管62流入環形冷卻器63，其內壁設有噴水孔，噴水孔成環形排布，可對鋼接頭進行360°噴水冷卻，冷卻效果好，使鋼接頭溫度降到室溫，形成循環，此循環為開式循環，組裝過程中需要及時地往水箱中補充水。
[0038]參數檢測機構7可以通過傳感器把加熱過程中的加熱溫度，鋼接頭13溫度，鋁合金鑽杆杆體41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71中，實時檢測，鋼接頭13及鋁合金鑽杆杆體41上布置有溫度傳感器72。整個機構安裝在實驗臺架8上，布局緊湊，佔用空間小。[0039]本發明的鋼接頭加熱機構I為鋼接頭13加熱到組裝所需的溫度；給進機構2在鋼接頭13加熱到需要的高溫後，帶動鋼接頭13向鋁合金鑽杆杆體41方向前進，至鋼接頭13前端面與鋁合金鑽杆杆體41端面接觸，螺紋嚙合；同時鋁合金鑽杆杆體41內冷卻機構5啟動，通過雙壁冷卻管形成閉式循環，冷卻鋁合金杆體內部，防止因接觸高溫的鋼接頭帶來的溫度升高，導致其材料強度的降低；鋼接頭迴轉機構3在鋼接頭13和鋁合金鑽杆杆體41接觸後，使鋼接頭13迴轉，沿著螺紋旋入鋁合金鑽杆杆體41，達到配合端面，形成可靠連接；杆體夾持機構4可調整鋁合金鑽杆杆體41的中心高度，使其與鋼接頭13在同一平面，並固定鋁合金鑽杆杆體41 ;鋼接頭外部冷卻機構6在組裝完成後提供冷卻，使鋼接頭13溫度降到室溫；而參數檢測機構7可以通過傳感器把整個過程中的加熱溫度，冷卻液流量，鋼接頭13溫度，鋁合金鑽杆杆體41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。
【權利要求】
1.一種鋁合金鑽杆杆體和鋼接頭連接使用的熱組裝裝置，其特徵在於:是由鋼接頭加熱機構(I)、給進機構(2 )、鋼接頭迴轉機構(3 )、杆體夾持機構(4)、鋁合金鑽杆杆體內冷卻機構(5)、鋼接頭外部冷卻機構(6)、參數檢測機構(7)和實驗臺架(8)組成； 所述鋼接頭加熱機構(I)的感應加熱器(11)固定在滑動支架(24 )上，感應加熱器(11)與感應線圈(12)連接，感應線圈(12)套裝在鋼接頭(13)上，可對鋼接頭(13)進行加熱，力口熱後取出感應線圈(12)； 所述給進機構(2)的手輪(21)通過螺紋連接在絲槓(22)上，絲槓(22)另一端通過絲槓固定板(25 )固定在實驗臺架上，絲槓(22 )上連接有開合螺母(23 )，開合螺母(23 )上邊與滑動支架(24)連接，滑塊(26)固定在滑動支架(24)的下面，滑塊(26)與導軌(27)相連，可通過導軌(27)做直線運動，導軌(27)固定在實驗臺架(8)上； 所述鋼接頭迴轉機構(3)固定在滑動支架(24)上，鋼接頭迴轉機構(3)的電機(31)通過固定板安裝在滑動支架(24 )上，電機(31)的輸出軸鏈輪(32 )安裝在電機(31)輸出軸上，鏈條(33 )繞設在輸出軸鏈輪(32 )和傳動軸鏈輪(34 )上，傳動軸鏈輪(34 )通過傳動軸(36 )及軸承座(35)固定在位於滑動支架(24)的固定板上，傳動軸(36)連接扭矩傳感器(37)，再連接滑環固定管(38)，滑環固定管(38)另一端連接變徑接頭(310)，並通過軸承座安裝在位於滑動支架(24)的安裝板上，滑環(39)安裝在滑環固定管(38)上，變徑接頭(310)連接鋼接頭(13)，鋼接頭(13)下面放置有滾動支架(311)，滾動支架(311)連接在滑動支架(24)上，滾動支架(311)可隨鋼接頭(13)轉動； 所述杆體夾持機構(4 )通過固定底板(45 )固定在實驗臺架(8 )上，杆體夾持機構(4 )通過夾持器(43)上的三個夾持螺釘(42)來夾持鋁合金鑽杆杆體(41)，三個夾持螺釘(42)布置在同一平面，等角度排布，半圓夾持器(44)通過螺栓連接來抱緊夾持器(43)，半圓夾持器(44)下面通過螺栓連接固定底板(45)，並可通過調整螺栓來調整鋁合金鑽杆杆體(41)的高度，與鋼接頭(13)在同一平面； 所述鋁合金杆體內冷卻機構(5)的水箱(51)放置在實驗臺架(8)下面，水泵(52)與水箱(51)連通，水泵(52 )從水箱(51)中抽水，通過進水管(54 )進入雙壁冷卻管(56 )的進水通道，從進水通道的水眼中噴出，噴到鋁合金鑽杆杆體(41)的螺紋區內壁上，雙壁冷卻管(56)的兩端放置橡膠墊(57)用以密封，使水再通過雙壁冷卻管(56)的排放通道進入回水管(55)返回水箱(51)，形成閉式循環，在水箱(51)中設置過濾網(53)； 所述鋼接頭外部冷卻機構(6)的潛水泵(61)放置在水箱(51)中，通過外冷卻水管(62)連接環形冷卻器(63)，環形冷卻器(63)內壁設有噴水孔，噴水孔成環形排布，可對鋼接頭(13)進行360°噴水冷卻，形成循環； 所述參數檢測機構(7)的無紙記錄儀(71)放置在實驗臺架(8)上的固定底板(45)上，參數檢測機構(7)通過傳感器把加熱過程中的加熱溫度，鋼接頭(13)溫度，鋁合金鑽杆杆體(41)溫度，冷卻液流量，上扣轉速，上扣扭矩採集到無紙記錄儀(71)中，鋼接頭(13)及鋁合金鑽杆杆體(41)上布置有溫度傳感器(72)。
【文檔編號】E21B19/16GK103643907SQ201310705125
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月19日 優先權日:2013年12月19日
【發明者】孫友宏, 毛建設, 王曉峰, 劉寶昌, 範曉鵬, 薛軍, 高科, 郭威 申請人:吉林大學