套管钻机锁紧装置

技术领域

本发明涉及套管钻机领域，尤其是涉及一种套管钻机锁紧装置。

背景技术

套管钻井是指用套管代替钻杆对钻头施加扭矩和钻压，实现钻头旋转与钻进，整个钻井过程中可实现不提钻更换钻头钻具，减少起下钻和井喷、卡钻等意外事故，提高钻井安全性，钻井成本低，在煤矿、矿山和油田等领域得到了广泛应用。套管钻机是实现套管钻井的重要钻孔设备，套管锁紧装置是套管钻机的重要组成部分，其目的是将套管锁紧保证套管安全性。现有套管锁紧装置普遍采用液压大钳，在钻井时利用液压大钳锁紧套管，但液压大钳结构较为复杂、成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种套管钻机锁紧装置，不仅能能够抱紧套管并锁紧，而且结构简单，降低设备成本。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述的套管钻机锁紧装置，包括空心减速器，还包括

外筒组件，具有底板和设置在所述底板上的外筒；

内筒组件，所述内筒组件通过推力轴承与所述外筒组件转动连接，其具有设置在所述外筒内的内筒和安装筒，所述内筒的下端口向外延伸出底板，所述安装筒上开口设置且其筒底板固定在内筒的筒壁上，内筒的上端口位于安装筒内；

动力输入轴，所述动力输入轴与所述空心减速器的动力输出端传动连接；

锁紧结构，所述锁紧结构具有大伞齿轮、多个与所述大伞齿轮啮合的小伞齿轮和设置在每个所述小伞齿轮上的锁紧组件，所述大伞齿轮与外筒的环形顶板转动连接，大伞齿轮与动力输入轴传动连接；以及

辅助抱紧机构，所述辅助抱紧机构设置在所述内筒的下部；

其中，所述外筒、内筒、安装筒、大伞齿轮和动力输入轴同轴线设置；所述动力输入轴为使套管钻机的套管穿过的空心轴，动力输入轴与空心减速器传动连接，动力输入轴通过大伞齿轮和小伞齿轮带动所述锁紧组件径向移动。

有益效果是：本发明将内筒组件安装在外筒内，外形美观大方；在外筒内安装相互啮合的伞齿轮副，利用伞齿轮副实现每个锁紧组件的径向移动，进而实现套管的径向和轴向锁紧，结构简单巧妙，降低套管钻机设备成本。

优选的，与每个所述小伞齿轮对应处的安装筒的筒壁上均具有安装孔，且所述安装孔处具有外轴承座；与每个所述外轴承座对应处的安装筒内设置有内轴承座，所述小伞齿轮通过轴承分别与所述外轴承座、内轴承座转动连接。

优选的，所述锁紧组件包括与所述小伞齿轮螺纹连接的锁紧螺杆、固定在所述锁紧螺杆端部的锁紧牙块和防止所述锁紧牙块转动的限位单元。有益效果是：本发明利用限位单元对锁紧牙块和锁紧螺杆进行限位，使得锁紧螺杆和锁紧牙块只能径向往返移动，避免锁紧牙块出现扭转情况，进一步确保套管的锁紧作业。

优选的，所述限位单元包括一对插装在所述内轴承座上的导向杆和固连在两所述导向杆上的限位杆，所述限位杆与所述锁紧螺杆连接在一起。在实际工作时，由于限位杆和锁紧螺杆连接在一起，使得锁紧螺杆在导向杆和限位杆的作用下只能直线往返，进而确保锁紧牙块的径向伸缩。其中，在实际安装时，限位杆和锁紧螺杆可以是固定连接，也可以直接插接在一起。

优选的，所述锁紧牙块的锁紧面为弧形结构。在实际加工时，可在锁紧面安装齿牙板，增加径向以及轴向摩擦力。

优选的，多个所述小伞齿轮沿所述安装筒的圆周方向均匀间隔布设，使得锁紧组件沿圆周方向均匀间隔布设，使套管受力均衡。

优选的，辅助抱紧机构为设置在所述内筒的外露段的抱箍制动器，一方面可以辅助锁紧结构完成锁紧动作，另一方面辅助刹车。

优选的，所述推力轴承设置在位于所述安装筒和所述底板之间的所述内筒上。有益效果是：本发明通过推力轴承实现内筒组件与外筒组件的转动连接。

与现有技术相比，本发明将内筒组件安装在外筒内，外形美观大方；在外筒内安装相互啮合的伞齿轮副，利用伞齿轮副实现每个锁紧组件的径向移动，进而实现套管的径向和轴向锁紧，结构简单巧妙，降低套管钻机设备成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的剖视图。

图3是本发明外筒内部的示意图。

图4是本发明中锁紧组件和小伞齿轮的安装图。

图5是本发明中锁紧牙块的旋出给进示意图。

图6是本发明的使用状态图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

结合图1-3可知，本发明所述的套管钻机锁紧装置，包括空心减速器、外筒组件、内筒组件、动力输入轴1、锁紧结构和辅助抱紧机构；

空心减速器的动力输入端与电机传动连接，动力输入轴1与空心减速器的动力输出轴相连，电机和空心减速器构成的减速动力源带动动力输入轴1工作，进而将动力传输给内筒组件；另外，动力输入轴1为空心轴（即为管状结构），确保套管能够从动力输入轴1穿出；

外筒组件具有外筒2.1和固定在外筒2.1底部的底板2.2，底板2.2为圆环形结构，外筒2.1具有圆环结构的顶板，在实际安装时可将顶板固定在空心减速器的箱体上，方便安装；内筒组件具有设置在外筒2.1内的内筒3.1和安装筒3.2，内筒3.1的上下两端均开口设置，确保套管能够顺利通过；安装筒3.2上开口设置且其直径大于内筒3.1的直径，安装筒3.2的筒底板2.2固定在内筒3.1的筒壁上，且内筒3.1的上端口位于安装筒3.2内，为锁紧结构提供安装空间；另外，内筒3.1的下部向下延伸出外筒2.1和底板2.2，为辅助抱紧机构提供安装空间；位于安装筒3.2和底板2.2之间的内筒3.1上设置有推力轴承7，实现内筒组件和外筒2.1的转动连接，当内筒3.1转动时外筒2.1处于静止状态；

锁紧结构具有大伞齿轮4.1（其中轴线竖向设置）、三个与大伞齿轮4.1啮合的小伞齿轮4.2（小伞齿轮4.2的中轴线水平设置）和设置在每个小伞齿轮4.2上的锁紧组件，小伞齿轮4.2沿安装筒3.2周向均匀间隔设置（即小伞齿轮4.2两两之间的中心角为120°），使得锁紧组件沿圆周方向均匀间隔布设，使套管5受力均衡；大伞齿轮4.1通过轴承与外筒2.1的顶板转动连接，确保大伞齿轮4.1能够相对外筒2.1转动，大伞齿轮4.1与动力输入轴1连接，当动力输入轴1转动时可将动力传递给大伞齿轮4.1，进而通过大伞齿轮4.1实现每个小伞齿轮4.2的转动，使锁紧组件的径向移动；

其中，外筒2.1、内筒3.1、安装筒3.2、大伞齿轮4.1和动力输入轴1同轴线设置；动力输入轴1为使套管钻机的套管5穿过的空心轴，动力输入端的一端与大伞齿轮4.1连接，其另一端向上延伸出外筒2.1插装在空心减速器的动力输出孔空心轴内。当需要锁紧时，电机通过空心减速器将动力经动力输入轴1传输至大伞齿轮4.1，大伞齿轮4.1转动过程中带动三个小伞齿轮4.2同步转动，小伞齿轮4.2转动过程中使锁紧组件径向向内移动，三个锁紧组件共同作用于套管5，进而实现了套管5的径向和轴向抱紧，结构简单巧妙；本发明将内筒组件安装在外筒2.1内，外形美观大方；在外筒2.1内安装相互啮合的伞齿轮副，利用伞齿轮副实现每个锁紧组件的径向移动，进而实现套管5的径向和轴向锁紧，结构简单巧妙，降低套管钻机设备成本。

在实际安装时，小伞齿轮4.2的数量还可以是四个，锁紧组件对应为四组，本发明中的小伞齿轮4.2和锁紧组件并不局限于三个。

结合图2-3可知，安装筒3.2的筒壁上均布开设三个安装孔，安装孔处的安装筒3.2的外壁上设置有外轴承座4.3，与每个外轴承座4.3对应处的安装筒3.2内具有竖向设置的内轴承座4.4，每对内轴承座4.4和外轴承座4.3同轴设置；三个小伞齿轮4.2一一安装在每对内轴承座4.4和外轴承座4.3上，其中，小伞齿轮4.2的两端部均设置有轴承，小伞齿轮4.2通过轴承分别与内轴承座4.4、外轴承座4.3转动连接，确保每个小伞齿轮4.2受力均能转动。

结合图2-3和图4-5可知，每个小伞齿轮4.2的内部安装有一个锁紧组件，锁紧组件包括与小伞齿轮4.2螺纹连接的锁紧螺杆4.6、固定在锁紧螺杆4.6端部的锁紧牙块4.7和防止锁紧牙块4.7转动的限位单元，锁紧螺杆4.6与小伞齿轮4.2同轴线设置。由于小伞齿轮4.2和锁紧螺杆4.6螺纹连接，且限位单元具有限位作用，使得在小伞齿轮4.2转动时得锁紧螺杆4.6和锁紧牙块4.7只能径向往返移动，有效确保套管5的锁紧作业。

结合图3、5可知，限位单元包括穿设在锁紧螺杆4.6端部的限位杆4.8和垂直设置在限位杆4.8每个端部的导向杆4.9（为光轴），导向杆4.9插装在内轴承座4.4的安装孔内，可沿着安装孔径向往返移动，对锁紧螺杆4.6进行限位，进而实现锁紧牙块4.7的限位，避免锁紧牙块4.7随第三齿轮转动而碰触套管5，减少故障。

在实际加工时，锁紧牙块4.7的内表面为锁紧面，锁紧面为弧形结构。在实际安装时，可在锁紧面安装齿牙板，增加径向以及轴向摩擦力，确保锁紧效果。

结合图1-3可知，辅助抱紧机构为抱箍制动器6，并安装在位于外筒组件下方的内筒3.1上。当需要锁紧时将抱箍制动器6打开使其松开内筒3.1，当锁紧后将抱箍制动器6打开并抱紧内筒3.1，进而辅助刹车。

安装时，将外筒2.1的顶板固定在空心减速器的箱体上，将动力输入轴1固定在空心减速器的动力输出空心轴内，并确保空心减速器和电机传动连接，为套管5锁紧提供动力。将套管5穿过内筒3.1、大伞齿轮4.1和动力输入轴1，且套管向上延伸出动力输入轴1。在锁紧前，抱箍制动器6处于抱紧状态，启动电机，电机通过空心减速器和动力输入轴1将动力传递给大伞齿轮4.1，大伞齿轮4.1转动过程中带动与其啮合的每个小伞齿轮4.2同向转动，由于锁紧螺杆4.6和小伞齿轮4.2螺纹连接，使得锁紧螺杆4.6在限位单元的作用下向套管5径向移动，三个锁紧牙块4.7抱紧套管，进而实现套管的锁紧；锁紧后松开抱箍制动器；电机继续工作进而提供持续的夹紧力，并未套管提供动力。

最后还需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。因而，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。