专利名称：一种改进的旋转辊扩孔器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的旋转辊扩孔器和对其各种元件的改进。
背景技术：
在钻孔操作中，钻头受到磨损，因此钻孔的尺寸将随时间改变。为了确保钻孔的尺寸保持精确，将旋转辊扩孔器定位在钻杆柱上，并用于将钻孔扩大到需要的尺寸。旋转辊扩孔器包含在钻杆柱上使得钻头能够使用很长的时间周期而不必更换，这防止了高成本的停机时间。
旋转辊扩孔器的工作环境是很恶劣的。结果，旋转辊扩孔器的元件需要经常保养、维修或更换。由于停机检修花费巨大，因此最好是延长旋转辊扩孔器的工作寿命，从而减少由于维修的停机时间。最好也能使旋转辊扩孔器中使用的辊组件能够从扩孔器体部中它们各自的凹穴中快速和容易地取出和更换。
本发明要提供一种改进的旋转辊扩孔器及其各种元件。
本发明还要提供一种用于设备的均压装置。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种旋转辊扩孔器，包括具有至少一个用于接收辊组件的扩孔器体部，其中所述辊组件包括多个连接在一起形成能够插入所述凹穴中的单个集成件的元件。
优选地，所述集成件通过单个紧固设备固定在所述凹穴中。
根据本发明的第二方面，提供一个用于旋转辊扩孔器的辊组件，所述辊组件包括辊销和被布置成安装在所述辊销上并且绕所述辊销转动的破碎辊，其中辊组件连接在一起以便形成能够插入到旋转辊扩孔器的凹穴中的单个集成件。
优选地，该集成件被布置成通过单个紧固设备固定到凹穴。
优选地，所述辊组件进一步包括用于将所述辊销保持在所述凹穴内的第一保持装置，所述第一保持装置包括第一插塞，该第一插塞布置成连接到辊销，以使辊销、破碎辊和第一插塞形成能够插入到旋转辊扩孔器的凹穴中的所述单个集成件。
优选地，第一插塞具有与辊销的第一端相匹配的第一表面，和布置成与所述凹穴的侧壁啮合的第二表面，所述凹穴的所述侧壁和所述第一插塞的所述第二表面被构造成，当用所述紧固设备将辊组件固定到所述凹穴时，第一插塞被拉入到凹穴内。
优选地，辊组件进一步包括第二保持装置。
优选地，在辊销与破碎辊的第一端之间提供第一止推环，并且在破碎辊的第二端与所述第二保持装置之间提供第二止推环。优选地，第一和第二止推环是牺牲止推环，布置成调节旋转辊扩孔器使用过程中施加到破碎辊的推力负载。
优选地，第一插塞的第一表面与辊销的第一端互补。优选地，辊销的第一端形成有扩大的头部。
优选地，辊销包括其中形成有具有通到辊销的第二端的中心纵向盲孔的杆。该孔形成润滑剂储池。该孔通向基本上垂直于它延伸的侧面开口，并且通向初级润滑剂分配槽。优选地，初级润滑剂分配槽基本上沿辊销的纵向延伸，并且可以采用各种构造，例如，“8字形”构造。
在破碎辊绕辊销旋转过程中，润滑剂可以通过侧面开口从储池提供到初级润滑剂分配槽中。随着破碎辊绕辊销旋转，润滑剂分配到辊销的杆上。
优选地，在破碎辊与辊销的杆之间提供密封装置，以防止润滑剂泄漏。
优选地，在辊销的孔中提供均压装置。该均压装置被布置成均衡旋转辊扩孔器的体部周围的钻孔泥浆与辊销的孔中包含的润滑剂之间的压力。均压装置可以包括过滤器，例如，烧结金属过滤器。
在一个优选实施例中，第一插塞形成为具有底部和顶部的截锥体。优选地，截锥体具有相对于它的中心纵轴小于或等于7°的角度。优选地，这个角度是大约3°。将第一插塞的底部布置成位于在凹穴中的最上部的位置上。底部具有小于顶部的外径的外径。
优选地，第一插塞的底部具有形成为与凹穴的配合部分啮合的底面。优选地，凹穴的配合部分包括具有能够拧入紧固件的中心螺纹孔的柱体。
优选地，第一插塞包括通向第一插塞的侧壁并且也通到第一插塞的底部的紧固件接收空腔。该空腔被构造成使得紧固件能够穿过侧壁上的开口并且定位在其中。在这个位置，紧固件的前端延伸穿过底部中的开口。以这种方式，可以将紧固件的前端拧入到凹穴的柱体中形成的螺纹孔。
优选地，第一插塞还包括形成在其侧壁上的长螺钉连接槽口。螺钉连接槽口被构造成接收连接到辊销的扩大的头部的螺钉的头部。
优选地，在第一插塞的顶部形成孔，并且该孔被布置成使得工具能够从中穿过，从而可以将紧固件拧入到柱体的孔中。
在一种特别优选的形式中，该紧固件是插座头紧固件，并且该插座头紧固件布置成定位在紧固件接收空腔的上部。空腔的上部被构造成，当把紧固件拧入凹穴的柱体中时，能够将第一插塞拉入到凹穴，而当拧出紧固件时，可以将第一插塞提出凹穴。
优选地，第二保持装置包括形成为截锥体的第二插塞。优选地，该截锥体具有相对于其中心纵轴小于或等于7°的角度。角度优选是大约3°。该第二插塞具有底部、顶部和侧壁。该底部具有比顶部外径大的外径，并且布置成定位在凹穴内最下方的位置上。
在第二插塞中形成有基本上垂直于第二插塞的纵向中心轴的孔。孔被布置成接收辊销的第二端。优选地，该孔的尺寸能够与辊销的第二端滑动配合。
优选地，还在第二插塞的侧壁上提供一个小孔。该小孔被布置成有助于包含在润滑剂储池中的润滑剂与使用过程中包围辊组件的泥浆之间的压力均衡。
一个凸块从第二插塞的侧壁伸出。凸块被布置成与形成在凹穴的一部分中的互补形状的凹槽相啮合。
根据本发明的一个优选实施例，旋转辊扩孔器的每个凹穴包括下锥形插槽、初级空腔、次级空腔和上锥形插槽。优选地，该上锥形插槽定位在旋转辊扩孔器的上孔端部，而下锥形插槽优选定位在旋转辊扩孔器的下孔端部。
上锥形插槽被布置成接收第一保持装置。该上锥形插槽包括具有相对于插槽的垂直轴(即，垂直于旋转辊扩孔器的纵轴的轴)小于或等于7°角度的半圆形截顶锥形座。该角度优选是大约3°。该插槽是锥形的，从而插槽的较小直径形成凹穴底面的一部分。正切于锥形座的是具有用于匹配锥形座的锥形体的侧面的入口导向槽。该座延伸大约270°弧长，弧长的其余部分向次级空腔敞开。该座优选延伸大于180°弧长。
柱体基本上位于上锥形插槽的中心，第一插塞的紧固件优选安排固定在该柱体中。
优选地，初级空腔(或辊空腔)构造成为安装在辊销上的破碎辊提供操作间隙。初级空腔与扩孔器体部的外径相比形成颈缩。这导致初级空腔具有在垂直于扩孔器体部的纵轴方向的深度，这个深度小于上和下锥形插槽的深度。
优选地，次级空腔形成为在空腔的底面变窄的侧面梯形。次级空腔形成用于辊销的头部的座。
优选地，下锥形插槽被布置成接收第二保持装置。下锥形插槽包括相对于插槽的垂直轴的(即，垂直于旋转辊扩孔器的纵向轴的轴)小于或等于7°角度的半圆形截顶锥形座。角度优选是大约3°。插槽是锥形的，从而插槽的较大直径形成凹穴底面的一部分。
在下锥形插槽的侧壁部分的位置上形成布置成接收第二插塞的固定凸块的槽或突台。该槽或突台优选是基本上新月形的。
根据本发明的第三方面，提供一种用于旋转辊扩孔器的破碎辊，所述破碎辊包括中央部分和第一及第二部分，中央部分具有大于第一和第二端部的外径的外径，其中中央、第一和第二部分布满突起装置。
优选地，突起装置布置在中央部分，以便突起装置与被扩孔的钻孔壁的一部分的接触区相重叠。可以将突起装置布置在环绕破碎辊的中央部分的至少一个螺旋线上。螺旋线较佳是左旋螺旋线。这种布置起到减小破碎辊使用过程中垂直面上的推力负载的作用。
优选地，每个突起装置包括安装在破碎辊中形成的孔中的钮。钮优选是半圆形的碳化钨钮。
根据一个优选形式，中央部分上的钮布置成四排，每排八个，并且设置在左旋3.31699”节距螺旋线上。每行以90°的角位移分隔，并且每行的开始点以等于0.125×1/9的螺旋线基准曲线长度的递增步长开始。每个突起装置间隔螺旋线长度的1/9。
优选地，位于每个螺旋间隔的行之间的是生成在与突起装置相同的螺旋线基准路径的凹槽。凹槽被布置成提供增大的泥浆流通辊，并增大来自扩孔器的残渣通过的间隙。
根据本发明的第四方面，提供一种旋转辊扩孔器，包括具有至少一个用于接收辊组件的凹穴的扩孔器体部，所述辊组件包括销、被布置成安装在所述销上的破碎辊、销与破碎辊之间的密封装置和用于将销保持在所述凹穴中的装置，其中销包括具有位于其中的均压装置的孔，均压装置基本上用于均衡密封装置上的压力。
优选地，均压装置用于均衡使用过程中旋转辊扩孔器体部周围的钻孔泥浆与包含在辊销的孔中的润滑剂之间的压力。
优选地，破碎辊被布置成绕辊销旋转。
均压装置可以包括过滤器，例如，烧结金属过滤器。
根据本发明的第五方面，提供一种旋转辊扩孔器，包括具有至少一个用于接收辊组件的凹穴的扩孔器体部，所述辊组件包括辊销和被布置成安装在所述辊销上的破碎辊，其中扩孔器体部具有在远离破碎辊的区域中的初级外径和在邻近破碎辊的区域中的次级外径，其中与初级外径相比，次级外径减小，以便提供应力释放。
根据本发明的第六方面，提供一种用于设备的均压装置，所述设备具有至少一个用于密封所述设备的第一和第二构件之间的润滑剂供给的密封装置，所述均压装置被布置安装在所述设备上，并且布置成使它用于均衡润滑剂施加到所述至少一个密封装置的第一侧面的压力，与施加到至少一个密封装置的第二侧面上的流体压力。
以下参考附图，仅以举例说明的方式，说明本发明的实施例，其中图1是根据本发明的一个实施例的旋转辊扩孔器的剖视图；图1A是图1中所示的旋转辊扩孔器的中央部分(即，凹穴和辊组件)的放大视图；图2是根据本发明的一个实施例与具有多个凹穴的扩孔器体部相邻的辊组件的局部组装图；图3是安装在旋转辊的凹穴中的图2中所示的辊组件的中央纵向剖面图；图3A是沿一条偏离旋转辊扩孔器的中心线的线的辊组件的一端的局部剖面图；图4是图3中所示的旋转辊扩孔器的凹穴的纵向剖面图；图5至8是根据本发明的一个实施例的第一保持装置的透视图；图9至11是根据本发明的一个实施例的第二保持装置的透视图；图12是根据本发明的一个实施例的破碎辊的侧视图；图13是图12中所示的破碎辊的纵向剖面图；图14是图12中所示的破碎辊的端视图；图15至17是根据本发明的一个实施例的辊销的视图；图18是显示将第一保持装置连接到从辊销的扩大头部延伸的连接螺钉的剖面图；
图19是显示将保持插塞插入到第一保持装置的连接螺钉槽口中的剖面图；图20是显示将辊集成件(即，组装好的辊组件)插入到旋转辊扩孔器的凹穴中的局部剖面图；图21是图1A中所示稳定带的透视图；图22是图21中所示稳定带的前视图；和图23是图21中所示稳定带的侧视图。
具体实施例方式
图1和1A示出了根据本发明示例性实施例的旋转辊扩孔器10。旋转辊扩孔器10具有外螺纹端12和内螺纹端14。将旋转辊扩孔器10布置成连接到钻杆柱(未示出)。如本实施例中所示，外螺纹端12位于旋转辊扩孔器10的下孔端，内螺纹端14位于旋转辊扩孔器10的上孔端。显然应当理解，旋转辊扩孔器10的各端的构造或性质可以改变。
旋转辊扩孔器10包括管状扩孔器体部16，管状扩孔器体部16包括三个沿圆周间隔的凹穴18。位于每个凹穴18内的是辊组件或辊集成件20。凹穴18被显示为环绕扩孔器体部16的圆周等间距间隔，并且位于扩孔器体部16的部分16a中，该部分16a具有大于扩孔器体部16的其余部分的外径。尽管示出了三个凹穴18，但是应当知道，可以设计为具有不同数量的凹穴18和间距的布置。
图2更好地示出了在扩孔器体部16中形成的凹穴18。这个图也示出了形成在相邻凹穴18之间的切除部分或泥浆道17。
图2示出了分解条件下的辊组件20。辊组件20包括辊销22、破碎辊24、第一保持装置26、第二保持装置28、保持螺钉29、第一止推环30、第二止推环32、一对密封件34a和34b、均压装置36、紧固件38、一对自锁销38a、连接螺钉70和保持插塞72。
当把辊组件20的元件组装在一起时，它们形成单个的集成件，该集成件可以利用紧固件38固定到旋转辊扩孔器10的凹穴18中。在使用过程中，破碎辊24被布置成绕辊销22旋转，以便利用它扩大旋转辊扩孔器10穿过的钻孔的侧壁。现在更详细地说明辊组件20的每个元件和形成在扩孔器体部16中的凹穴18的性能。
图3，3A和4最好地示出了每个凹穴18的构造和辊组件20在其各自凹穴18中的啮合。每个凹穴18包括下锥形插槽40、初级空腔42、次级空腔44和上锥形插槽46。下锥形插槽40位于旋转辊扩孔器10的下孔端，而上锥形插槽46位于旋转辊扩孔器10的上孔端。布置下锥形插槽40以接收第二保持装置28，而布置上锥形插槽46以接收第一保持装置26。布置初级空腔42以接收辊销22和安装在辊销上的破碎辊24。设计初级空腔42的尺寸和构造，以提供旋转辊扩孔器10使用过程中的破碎辊24的操作间隙。次级空腔44为辊销22的头部22a形成一个座。
下锥形插槽40包括一个具有相对于凹穴18的垂直轴(即，垂直于旋转辊扩孔器10的纵轴的轴)小于或等于7°角度的半圆截顶锥形座。如图所示，这个角度是大约3°。下锥形插槽40的直径逐渐变小，以便插槽40的较大直径形成凹穴18的底面18a的一部分。正切于锥形座的是具有与锥形座的锥形相匹配的侧面的入口导向槽40a。
半圆形凹槽40b形成在下锥形插槽40的下部，并且与凹穴18的底面18a重合。凹槽40b是用来接收形成在第二保持装置28上的互补形状的凸块28k的固定凹槽。固定凹槽40b和凸块28k的功能将在以后更详细地说明。
四个碳化物嵌块18b安装在下锥形插槽40的底面18a的一部分中，以便定位在辊销22的头部22a下方。提供碳化物嵌块18b以防止旋转辊扩孔器10使用过程中由于头部22a的运动造成凹穴18的底面18a磨损。
如图4中清楚示出的，与扩孔器体部16的外径相比，初级空腔42形成颈缩。此外，初级空腔42的底面18a朝着扩孔器体部16中心线的方向逐步降低。因此，初级空腔42在垂直于纵轴方向上具有足以提供破碎辊24的工作间隙的深度。此外，与邻近下和上锥形插槽40、46的区域中扩孔器体部16的外径相比，扩孔器体部16在这个区域的外径减小或“颈缩”。扩孔器体部16的这种颈缩构造提供凹穴18的这个区域中的应力释放。
次级空腔44形成为在空腔44的下孔端变窄的侧面梯形形状。
上锥形插槽46包括具有相对于插槽46的垂直轴小于或等于7°角度的半圆截顶锥形座。如图所示，这个角度是大约3°。上插槽46的直径逐渐变小，以便插槽46的较小直径形成凹穴18的底面18a的一部分。该座延伸大约270°弧长，弧长的其余部分通向次级空腔44。立柱52基本位于上锥形插槽46的中心。立柱52包括形成为螺纹以便能够接收紧固件38的孔54。作为选择，如图所示，可以将螺纹嵌块54a定位在孔54中。
图5至8示出了第一保持装置26。第一保持装置26形成为第一插塞26，并且布置成被接收在上锥形插槽46内。第一插塞26形成为截锥体。该截锥体具有相对于它的中心纵轴小于或等于7°的角度，并且包括底部26a和顶部26b。如图所示，该截锥体具有大约3°的角度。底部26a布置成定位在下锥形插槽46的最下部。底部26a具有小于顶部26b的外径的外径。底部26a的底面形成为与在上锥形插槽46的这个区域中的凹穴18的底面18a相啮合的形状。更具体地讲，底部26a形成的形状使得它能够与立柱52匹配。
第一插塞26包括通向侧壁26d并且还通到第一插塞的底部26a的紧固件接收空腔26c。空腔26c被构造成能够将紧固件38定位在其中，并且能够将紧固件38的前端38b固定在立柱52中形成的孔54内。在第一插塞26的顶部26b位置有孔26e，并且该孔被构造成使得工具的工作端能够从中穿过。这使得能够将紧固件38拧入和拧出立柱52的孔54。
在第一插塞26的顶部26b形成一对布置成接收自锁销38a的孔。自锁销38a被构造成能够将紧固件38适当地定位和锁定在紧固件接收空腔26c内。
第一插塞26的侧壁26d还包括一个长形的连接螺钉槽口26f，该连接螺钉槽口26f能够将第一插塞26连接到从辊销22的扩大头部22a伸出的连接螺钉70。连接螺钉槽口26f包括布置成接收螺纹保持插塞72(图19)的螺纹上部26f’。在接收保持插塞72之前，螺纹上部26f’形成的尺寸能使连接螺钉70的头部70a从中穿过。以这种方式，可以将连接螺钉70的头部70a插入到连接螺钉槽口26f中，然后螺钉70的杆部可以沿槽口26f的长度移动。螺钉70与第一插塞26之间的连接将在以后更详细地说明。
如图3中最好地示出的，紧固件38是一个插座头紧固件。紧固件38的头部布置成定位在空腔26c的上部，从而当把紧固件38拧入立柱52时，能够将第一保持装置26拉入到下锥形插槽46中，并且当拧出紧固件38时，能够将第一保持装置26提升出上锥形插槽46。下锥形插槽46的侧壁构造和辊销22的头部22a的形状有利于第一保持装置26的这种动作。当把第一保持装置26(第一插塞26)连接到辊销22时，第一插塞26进出上锥形插槽46的运动导致整个辊集成件20进出凹穴18的运动。
图9至11示出了第二保持装置28。第二保持装置28或第二插塞形成为截锥体。该截锥体具有相对于其中心纵轴小于或等于7°的角度。如图所示，这个角度是大约3°。第二插塞28具有底部28b、顶部28c和侧壁28d。底部28b具有比顶部28c大的外径，并且被布置成定位在上锥形插槽40内的最下部。在第二插塞28的侧壁28d的平面部分形成有一个孔28e。孔28e基本垂直于其中心纵轴延伸。孔28e布置成接收辊销22的第二端22b。孔28e的尺寸使得其能够与辊销22的第二端22b滑动配合。
在第二插塞28的底部28b形成有螺纹孔28f。螺纹孔28f布置成接收将辊销22的第二端22b定位在第二插塞28内的保持螺钉29。保持螺钉29与辊销22的啮合将在下面更详细地说明。
在第二插塞28的侧壁28d中形成有小孔28j。小孔28j的功能将在以下说明。
如上所述，第二插塞28具有形成在其下部的凸块28k。凸块28k布置成与下锥形插槽40中形成的固定凹槽40b相啮合。这种啮合用于更好地将辊组件20保持在凹穴18中。
图12至14示出了破碎辊24。破碎辊24被形成为具有中心孔的中空圆柱体构件，该中心孔的尺寸能够接收辊销22的杆部。破碎辊24在每端具有用于破碎辊24与井孔壁间初级啮合的减小的直径部分。次级啮合直径形成在初级啮合部分之间，并且分布着多个钮60(图12至14中未示出)。钮60优选是半圆形的碳化钨钮，每个碳化钨钮安装在孔62内。根据一个优选实施例，碳化物钮60布置成四行，每行八个，并且设置在左旋3.31699”节距螺旋线上。每行以90°的角位移分隔开，并且每行的开始点以等于0.125×1/9的螺旋线基准曲线长度的递增步长开始。每个钮60间隔1/9的螺旋曲线长度。
熟悉本领域的人员应当理解，破碎辊24上钮60的上述布置提供碳化物钮的非常有效使用，从而显著减少碳化物的使用。也预期碳化物用量的减少能够减小钻杆柱上的扭矩负载。应当进一步理解的是，也可以使用破碎辊上的其它碳化物钮的布置形式。最好这样布置碳化物钮，使得在使用过程中它们能够提供对井或钻孔的被扩大的壁部分的完全覆盖。也就是说，各个碳化物钮的接触区与钻孔的被扩大的部分相重叠。
位于钮的每个螺旋线间隔的行之间的是沟槽64。有四个沟槽64，并且它们在与孔62相同的螺旋线基准路径上生成。布置沟槽64以使增加的泥浆流过破碎辊24，并增大能够通过来自旋转辊扩孔器10的破碎残渣的间隙。
在破碎辊24的各端24a、24b包括的初级啮合直径使得旋转辊扩孔器10能够双向使用(即，在其上孔和下孔中使用)。在每个初级直径中具有七个用于嵌入增强圆顶形碳化钨钮60a的孔62a。孔62a是等间距的，并且绕圆周钻在垂直于辊中心轴线的表面上。
如图12中所示，在每个初级啮合直径上形成有钻透通向中心孔的增强孔62b。每个孔62b加工有内螺纹，并且布置成接收压力插塞63。每个孔62b具有润滑油注入口和清洗口的双重功能。压力插塞63的使用将在以后更详细地说明。
如图13中所示，在破碎辊24的中心孔壁内形成有一对密封件保持槽66，该保持槽布置成接收对应的密封件34a、34b。如图所示，密封件34a、34b是简单的O形环。但是，也可以使用其它类型的密封件。
如图13中所示，在破碎辊24的孔的两端的中间具有增强环形槽24c。每个槽24c布置成接收稳定带75。如图21中更好地示出的，每个稳定带75是一个在点A断开的带，以便在带的对应端部75a、75b之间提供间隙。端部75a，75b以大约45°的角度(见图23)终止。可以料想以其它角度终止。
设计每个稳定带75的尺寸以提供环绕辊销22的杆的最小松动配合，并且在对应的槽24c中浮动。因此，稳定带75可以随辊销22转动，或随破碎辊24转动。
优选地，这种稳定带75是用具有合理的硬度和相对低的摩擦系数的材料制造。这种材料可以是从杜邦公司制造的、以特富龙(TEFLON)商标在市场上销售的聚四氟乙烯(PTFE)系列中选择的一种氟聚合物。但是，更好的是，通过添加诸如玻璃、青铜、或镍之类的填料强化这种材料。添加青铜的PTFE是最理想的材料。
以这种形式，稳定带75将帮助辊销22基本稳定地绕其纵轴和沿其整个长度转动。在这方面，在某些情况下，密封件34a、34b可能对辊销22的端对端跳动是敏感的，例如，一般在操作过程中由于辊组件20受到的合理强度的冲击压力造成的跳动。因此，增加使用这种一般类型的稳定带75有助于辊组件20的平稳操作。
图15至18示出了辊销22。辊销22包括通向下端22b的纵向中心孔22c(如图3和15中最好地示出的)。辊销22的杆中的孔22c形成润滑剂储池。侧面开口22d在润滑剂储池22c与初级润滑剂分配槽22e之间延伸。初级润滑剂分配槽22e沿辊销22的纵向延伸。如图16和17中最好地示出的，初级润滑剂分配槽22e形成为“8字形”构造。
应当知道，润滑剂储池22c能使润滑剂储存在辊销22中，并且在破碎辊24绕辊销22旋转过程中，经过侧面开口22d连续地供给到分配槽22e。随着破碎辊24绕辊销22转动，润滑剂分配到辊销22的杆上。密封件34a、34b将润滑剂保持在辊销22的杆上。
第二侧面开口22i位于邻近辊销22的第二端22b的位置上，并且与润滑剂储池22c相交。侧面开口22i通到槽22j。槽22j和侧面开口22i的功能将在以后说明。
在邻近辊销22的第二端22b的位置还形成有横向的保持槽口22g。布置保持槽口22g，使得第二保持装置28中的保持螺钉29能够定位在保持槽口22g中。以这种方式，辊销22可以相对于第二保持装置28定向。保持槽口22g的使用使得辊销22在连接到第一插塞28之后，能够进行受限的转动。
如图3和20中最好地示出的，均压装置36设置成紧靠形成在润滑剂储池22c中的埋头孔的位置上。当把辊集成件20定位在凹穴18中时，润滑剂储池22c对着均压装置36右侧(如图3中所示)的部分通到第二插塞28的孔28e。辊销22的第二侧面开口22i通向槽22j(图20)，槽22j又与形成在第二插塞28中的小孔28j对准。第二插塞28的小孔28j通向围绕破碎辊24的区域。因此，应当知道，具有从围绕破碎辊24的区域到均压装置36的压力流动路径。
均压装置36的作用是保证在扩孔操作过程中，轴承腔(即，辊销22与破碎辊24之间的间隙)内的润滑剂的压力与在扩孔操作过程中完全包围旋转辊扩孔器10的钻孔泥浆的压力基本上相等。均衡这种压力以防止密封件34a、34b爆破是十分重要的。
均压装置可以采用过滤器36的形式。在一个实施例中，过滤器36可以是烧结金属过滤器。烧结金属过滤器可以具有68％的铜、27％的镍和5％的锡的合金组成，并且微米捕获等于或大约为30μm。均压装置可以采用其它构造。
如图3、18和19中最好地示出的，辊销22的头部22a的形状与第一插塞26的侧壁26b配合。因此，将头部22a构造为外表面具有锥形掏槽的侧面梯形固体结构。
头部22a包括与辊销22的长轴一致的盲孔22f。孔22f带有螺纹，以便能够与连接销70连接。这种连接将在以后详细说明。
第一止推环30形成为低摩擦金属或加强聚合物的固体环，该固体环靠在辊销22的头部22a的辊侧表面和破碎辊24的第一端24a的表面上。设计第一止推环30以承受由于旋转辊扩孔器10向上旋转行程，从钻孔的侧壁作用在破碎辊24上的垂直推力。第一止推环30是牺牲止推环(sacrificial thrustring)。
第一止推环30具有布置成提供止推环30的内径与辊销22的杆之间的少量震动吸收的内部O-形环密封件30a。O-形环密封件30a也起到阻止钻孔泥浆流动的作用。
第二止推环32是形成为低摩擦金属或加强聚合物的固体环，该固体环靠在破碎辊24的第二端24b和第二插塞28的表面上。设计第二止推环32以承受由于钻孔内旋转辊扩孔器10的向下旋转行程，从钻孔的侧壁作用在破碎辊24的垂直推力。第二止推环32是牺牲止推环。
第二止推环具有布置成提供止推环32的内径与辊销22的杆之间的少量震动吸收的内部O-形密封件32a。O-形密封件32a也起到阻止钻孔泥浆流动的作用。
O-形密封件32a、30a优选是由氟化弹性化合物制造的。
辊组件20的组装过程如下。沿辊销22的杆滑动第一止推环30，直到它紧靠辊销22的头部22a。然后，将具有安装到位的密封件34a、34b和稳定带75以及装配了碳化物尖端60的破碎辊24在辊销22的杆上滑动，直到破碎辊24的第一端24a紧靠第一止推环30。然后，将过滤器36安装在润滑剂储池22c的埋头孔上。
在这个阶段，经过孔62b中的一个(“第一孔62b”)将润滑油注入到破碎辊24中。注入润滑油直到润滑油流过破碎辊24的另一个初级啮合直径中的孔62b(“第二孔62b”)。然后，安装压力插塞63以密封住第二孔62b。
继续注入润滑油，直到润滑油流过润滑剂储池22c，并流过均压过滤器36。在这点，取下润滑油注入设备，并把压力插塞63装配到第一孔62b中。
然后，将第二止推环32在辊销22的杆上定位，直到它紧靠破碎辊24的第二端24b。最后，将第二插塞28滑动到辊销22的端部上，以便使第二止推环32的末端处于与第二插塞28的侧壁28d的平面部分平齐对准的位置。然后，将保持螺钉29装入螺纹孔28f并且向内拧紧，从而使它定位在辊销22的杆中形成的保持槽口22g中。
接着，将紧固件38插入第一插塞26的紧固件接收空腔26c，并且通过自锁销38a固定到位。
然后，将钢球71放入盲孔22f。接下来，把连接螺钉70拧入孔22f，直到它牢固地顶住钢球71。这种操作保证了第一插塞26对辊销22的啮合的恒定深度。接着，将连接螺钉70的头部70a穿过第一插塞26中的连接螺钉槽口26f的上部26f’。通过将保持插塞72插入连接螺钉槽口26f的螺纹上部26f’，保持第一插塞26与辊销22之间的连接。保持插塞72防止连接螺钉70的头部70a从连接螺钉槽口26f无意地抽出。
图18中最好地示出了连接螺钉70在第一插塞26的连接螺钉槽口26f的定位。图19中最好地示出了保持插塞72在连接螺钉槽口26f的螺纹上部26f’中的插入。
如将变得明显的那样，辊销22的头部22a与第一插塞26之间的连接使得第一插塞26能够相对于辊销22受限的铰接，同时仍能保证在把辊集成件20装配到旋转辊扩孔器10的凹穴18中时插塞26相对于辊销22的适当对准。
一旦组装好辊组件20的元件，如将要说明的那样，该辊集成件形成容易插入到旋转扩孔器10的凹穴18中的单个集成件。
辊集成件20按如下方式装配在旋转辊扩孔器10的凹穴18内。首先，水平保持辊集成件20，以便将第二插塞28定位在面对下锥形插槽40末端的前进位置上。然后，将辊集成件20向凹穴18的底面18a倾斜。接着，降低第二插塞28到凹穴18中，直到第二插塞28接触凹穴18的底面18a。然后，将辊集成件20向前和向下滑动到凹穴18中，直到将第二插塞28安放在下锥形插槽40中。
在把第二插塞28定位在下锥形插槽40的过程中，第一插塞26相对于辊销22和上锥形插槽46自对准，使得它在凹穴18中适当地定位，准备用紧固件38固定在适当的位置。第一插塞26的这种“自对准”特性是第一插塞26、连接螺钉70、钢球71和辊销22的头部22a之间的连接性能的结果。
然后，把一个六角螺丝刀穿过孔26d插到第一插塞26中，并且将紧固件38拧入到形成在凹穴18的底面18a中的柱体52的螺纹孔54中。在把紧固件38拧入到孔54中时，第一插塞26被拉入到上锥形插槽46中。图20示出了装配到旋转辊扩孔器10的凹穴18中的辊集成件20。
熟悉本领域的人员应当知道，可以在扩孔器体部16上提供不同数量的凹穴18。此外，尽管将凹穴18描述为是环绕扩孔器体的圆周等间距地间隔的，但是，并不需要总是这种情况。例如，可以通过指数或对数值将它们间隔开。
也应当知道，破碎辊24可以包括不同布置和数量的初级啮合直径(即，可以采用多个台阶的形式)、碳化物钮、凹槽和螺旋线。
本发明的上述实施例具有有益效果，因为1.利用单一的锁定设备(例如，螺栓38)将每个辊集成件20保持在其对应的凹穴18中。
2.由于辊集成件20装配成单独的“一个”组件，每个辊集成件20可以容易地装配到它对应的凹穴18和从对应凹穴取出。这使得能够将辊集成件20快速地插入凹穴18和从凹穴18取出，因此，有助于尽可能减少为保养旋转扩孔器10所需的停机时间。
3.第一保持装置(第一插塞)26的布置使得紧固件38的拧紧能够将第一保持装置26拉入到凹穴18中，并且紧固件的松开能够将第一保持装置26提起，从而将整个辊组件20提出凹穴18。这保证了即使在现场条件最差时，也能取出辊集成件20。
4.扩孔器体部16邻近破碎辊24的颈缩部分有利于扭转应力的释放，否则这种扭转应力会集中在扩孔器体部16的这个区域。颈缩部分也使得较多的泥浆能够流过夹在凹穴18之间的初级泥浆道，并且通过和越过凹穴18。颈缩部分也在旋转辊扩孔器10使用过程中有任何一个泥浆道堵塞时，提供连接每个泥浆道的单向路径。
5.破碎辊24上碳化物钮60、60a的布置减少了所使用碳化物的数量，而保持了必要的性能。此外，可以设想碳化物钮的布置可以减小钻杆柱中的扭矩负载。
6.所述的均压布置和特别是润滑剂腔22c中过滤器36的使用，提高了辊组件20的操作寿命。
7.旋转辊扩孔器上的负载力实质上都是纵向的，而不是横向的。这导致旋转辊扩孔器的更长工作寿命。
8.在使用过程中，旋转辊扩孔器向右旋转(即，在向下看井孔时顺时针方向)。破碎辊24在与井孔啮合时将向左旋转。随着钻杆柱末端上的钻头通过正常操作磨损而减小直径，扩孔器通过它的辊压和破碎作用，在超过钻头能力的周期中，保证井孔直径规格尺寸的完整性，以保持要求的孔规格。因此，根据本发明实施例的辊扩孔器的使用减小了为更换钻头而从井孔完全取出钻杆柱的频率。
9.可在现场提供辊集成件20，随时准备使用，而不需要任何进一步的元件组装。
实施例仅是以举例说明的方式描述的，并且各种修改包括在本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种用于旋转辊扩孔器的辊组件，所述辊组件包括辊销和布置成安装在所述辊销上并绕所述辊销转动的破碎辊，其中辊组件连接在一起以便形成能够插入到旋转辊扩孔器的凹穴中的单个集成件。
2.根据权利要求1所述的辊组件，其中该集成件被布置成凭借单个紧固设备固定到凹穴。
3.根据权利要求1或2所述的辊组件，其中所述辊组件进一步包括用于将所述辊销保持在所述凹穴内的第一保持装置，所述第一保持装置包括第一插塞，该第一插塞被布置成连接到辊销，从而使辊销、破碎辊和第一插塞形成所述的能够插入到旋转辊扩孔器的凹穴中的单个集成件。
4.根据权利要求3所述的辊组件，其中第一插塞具有与辊销的第一端相配合的第一表面，和布置成与所述凹穴的侧壁相啮合的第二表面，所述凹穴的所述侧壁和所述第一插塞的所述第二表面被构造成，当使用所述单个紧固设备将集成件固定到所述凹穴时，第一插塞被拉入到凹穴中。
5.根据权利要求4所述的辊组件，进一步包括第二保持装置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的辊组件，进一步包括位于辊销与破碎辊的第一端之间的第一止推环，和位于破碎辊的第二端与所述第二保持装置之间的第二止推环。
7.根据权利要求6所述的辊组件，其中第一和第二止推环是牺牲止推环。
8.根据权利要求6或7所述的辊组件，其中第一插塞的第一表面与辊销的第一端互补。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的辊组件，其中辊销的第一端形成有扩大的头部。
10.根据权利要求9所述的辊组件，其中辊销包括杆，该杆具有形成在杆中的、通到辊销的第二端的中心纵向盲孔。
11.根据权利要求10所述的辊组件，其中该孔形成润滑剂储池，并且该孔包括基本上垂直于孔延伸并通到初级润滑剂分配槽的侧面开口。
12.根据权利要求11所述的辊组件，其中该初级润滑剂分配槽基本上沿辊销的纵向延伸。
13.根据权利要求12所述的辊组件，其中该初级润滑剂分配槽采用“8字形”构造。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的辊组件，进一步包括提供在破碎辊和辊销的杆之间的密封装置。
15.根据前面任一项权利要求所述的辊组件，其中破碎辊包括至少一个形成在破碎辊的孔中的环形槽，所述环形槽被布置成其中接收稳定带。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的辊组件，其中在辊销的孔中提供有均压装置。
17.根据权利要求16所述的辊组件，其中该均压装置包括过滤器。
18.根据权利要求17所述的辊组件，其中该过滤器是烧结金属过滤器。
19.根据权利要求3至18中任一项所述的辊组件，其中第一插塞包括底部，该底部具有形成为与凹穴的配合部分相啮合形状的底面。
20.根据权利要求19所述的辊组件，进一步包括穿过第一插塞的侧壁并且还通到第一插塞的底部的紧固件接收空腔，所述紧固件接收空腔被布置成接收单个紧固设备。
21.根据权利要求20所述的辊组件，进一步包括形成在侧壁上的长形的螺钉连接槽口，所述螺钉连接槽口被构造成接收连接到辊销头部的螺钉的头部。
22.根据权利要求20所述的辊组件，其中第一插塞进一步包括通到所述紧固件接收空腔的孔，该孔被布置成工具能够穿过，以使单个紧固设备拧入到凹穴的配合部分。
23.根据权利要求5所述的辊组件，其中第二保持装置包括第二插塞，该第二插塞具有基本上垂直于第二插塞的中心纵轴而形成的大孔，所述大孔被布置成接收辊销的端部。
24.根据权利要求23所述的辊组件，其中第二插塞进一步包括小孔，该小孔具有通到所述大孔的第一端和在辊组件被装配到旋转辊扩孔器中时通到环绕破碎辊的区域的第二端。
25.根据权利要求23或24所述的辊组件，其中第二插塞进一步包括布置凸块，该凸块被布置成与形成在凹穴的一部分中的互补形状的凹槽啮合。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的辊组件，其中第二插塞进一步包括布置成接收用于将辊销定位在第二插塞中的装置的孔。
27.根据权利要求26所述的辊组件，其中该定位装置包括保持螺钉。
28.根据权利要求24所述的辊组件，其中辊销包括在润滑剂储池与第二插塞中的小孔之间延伸的侧面开口。
29.根据前面任一项权利要求所述的辊组件，其中所述破碎辊包括中心部分和第一及第二端部，该中心部分具有大于第一和第二部分的外径的外径，其中中心部分、第一和第二部分布满突起装置。
30.根据权利要求29所述的辊组件，其中突起装置环绕该中心部分定位，使得突起装置的接触区与被扩大的钻孔的壁的一部分相重叠。
31.根据权利要求29或30所述的辊组件，其中中心部分的突起装置布置成四行，每行八个，并且设置在左旋3.31699”螺距螺旋线上，每一行以90°角位移分隔开，每行的开始点以等于0.125×1/9的螺旋基准曲线长度的递增步长开始，并且每个突起装置间隔螺旋曲线长度的1/9。
32.根据权利要求31所述辊组件，其中凹槽位于每个螺旋间隔的行之间，螺旋间隔的行生成在与突起装置相同的螺旋基准路径上。
33.根据前面任一项权利要求所述的辊组件，其中破碎辊包括至少一个润滑剂入口孔和用于堵塞所述润滑剂入口孔的插塞装置，所述润滑剂入口孔布置成能够将润滑剂提供到辊销。
34.一种辊组件，包括辊销、布置成安装在所述辊销上的破碎辊、布置在辊销与破碎辊之间以防止位于辊销与破碎辊之间的润滑剂泄漏的密封装置和均压装置，其中该辊销包括被布置成接收该均压装置的孔，该均压装置在辊组件使用过程中，用于均衡密封装置上的润滑剂的压力与该辊组件使用过程中破碎辊周围的钻孔泥浆的压力，从而防止损坏该密封装置。
35.根据权利要求34所述的辊组件，进一步包括用于将所述辊销保持在旋转扩孔器的凹穴内的装置。
36.一种旋转辊扩孔器，包括具有至少一个用于接收辊组件的凹穴的扩孔器体部，其中所述辊组件包括多个连接在一起以形成能够插入到所述凹穴中的单个集成件的元件。
37.根据权利要求36所述的旋转辊扩孔器，其中所述单个集成件凭借单个紧固设备固定在所述凹穴中。
38.根据权利要求36或37所述的旋转辊扩孔器，其中旋转辊扩孔器的每个凹穴包括上锥形插槽、初级空腔、次级空腔和下锥形插槽。
39.根据权利要求38所述的旋转辊扩孔器，其中辊组件包括辊销和安装在辊销上的破碎辊，其中初级空腔被构造成为安装在辊销上的破碎辊提供操作间隙。
40.一种旋转辊扩孔器，包括根据权利要求1至35中任一项所述的扩孔器体部和至少一个辊组件，其中所述扩孔器体部具有至少一个用于接收所述至少一个辊组件的凹穴。
41.一种旋转辊扩孔器，包括具有至少一个用于接收辊组件的凹穴的扩孔器体部，所述辊组件包括销、布置成安装在所述销上的破碎辊、销与破碎辊之间的密封装置和用于将所述销保持在所述凹穴内的装置，其中该销包括孔，该孔具有位于孔中的均压装置，该均压装置用于基本上均衡密封装置上的压力。
42.根据权利要求41所述的旋转辊扩孔器，其中该均压装置用于在旋转辊扩孔器使用过程中均衡环绕旋转辊扩孔器的钻孔泥浆与包含在辊销的孔中的润滑剂之间的压力。
43.根据权利要求42所述的旋转辊扩孔器，其中该均压装置包括过滤器。
44.根据权利要求43所述的旋转辊扩孔器，其中该过滤器是烧结金属过滤器。
45.一种旋转辊扩孔器，包括具有至少一个用于接收辊组件的凹穴的扩孔器体部，所述辊组件包括辊销和布置成安装在所述辊销上的破碎辊，其中扩孔器体部具有在远离破碎辊的区域中的初级外径和在邻近破碎辊的区域中的次级外径，其中与初级外径相比，次级外径减小，以便提供应力释放。
46.一种用于设备的均压装置，具有至少一个用于密封位于所述设备的第一和第二构件之间的润滑剂供给的密封装置，所述均压装置被布置成安装在所述设备中，并且布置成用于均衡润滑剂施加到所述至少一个密封装置的第一侧面的压力，和施加到至少一个密封装置的第二侧面的流体压力。
47.根据权利要求46所述的均压装置，具有受到施加在至少一个密封装置的第二侧面上的流体压力的第一端，和受到润滑剂压力的第二端。
48.根据权利要求47所述的均压装置，其中第二端靠在形成在设备的孔中的座上，所述孔用作润滑剂储池。
49.根据权利要求46至48中任一项所述的均压装置是由过滤材料构成的。
50.根据权利要求49所述的均压装置，其中过滤材料是烧结金属。
51.根据权利要求50所述的均压装置，其中过滤材料具有基本上68％的铜、27％的镍和5％的锡的合金组成。
52.根据权利要求49至51中任一项所述的均压装置，其中过滤材料具有基本上30μm的孔隙率。
全文摘要
本发明涉及一种用于旋转辊扩孔器(10)的辊组件(20)。辊组件(20)包括辊销(22)和破碎辊(24)。破碎辊(24)被布置成安装在辊销(22)上，并且绕辊销旋转。辊组件(20)连接在一起以便形成能够插入到旋转辊扩孔器(10)的凹穴(18)中、并使用单个紧固设备固定到凹穴(18)中的单个集成件。
文档编号E21B10/26GK1711404SQ200380102814
公开日2005年12月21日 申请日期2003年11月7日 优先权日2002年11月7日
发明者约翰·弗朗西斯·肯尼迪, 马修·约翰·肯尼迪, 迈克尔·德斯蒙德·斯莱特瑞 申请人:澳大利亚精细加工股份有限公司