环滑轮的制作方法

专利名称：环滑轮的制作方法
环滑轮
相关引用
本申请的权利要求美国申请号60/825650、申请日2006年9月14 日递交的美国专利临时申请案的优先权，该案的内容以引用的方式并入 本文中。
背景技术：
滑轮或槽轮应用在许多需要支撑绳索或缆绳运转的场合中。滑轮 的使用通常与井，例如气井、油井和水井，相关。滑轮也应用在线缆牵 引作业中。虽然以下的描述主要将涉及油、气井工业领域，但是，本文 中公开的本发明也可以应用在使用滑轮的各种场合中。
井，例如气井、油井和水井，是通过在地面上钻一个又深又窄的洞 并之后灌浆(cementing)或以其它方式将中空的套管(casing)固定 在所述孔内而形成的。井口就是所述套管暴露在地表上方的部分。泵或 阀设置在井口处用于控制液体或气体从井中流出。
经常需要将各种各样的工具沿套管放入。这些工具可以包括照相 机、振动器、炸药、各种声波发生器以及用于清洗套管内部的装备等。 为了便于将工具放入套管中，通常需要使用缆绳。缆绳必须能够经受一 般气井和油井中普遍存在的高腐蚀环境。而且，缆绳必须具有足够的强 度，以能经受住当工具被放入套管中数百甚至数千英尺时所承受的张 力。此外，所使用的缆绳的类型也是由所使用的工具的类型决定。例如， 一些工具需要缆绳能够携带电流以给工具提供动力或者传送由工具发 回的信号。
由于上述的要求，缆绳可能相当昂贵，价格甚至高达每英寸数美元。 大多数缆绳由不锈钢或其它无腐蚀性金属制成。常用的缆绳包括同轴电 缆，E线(E-line)和钢丝(slick line)，所述E线是一种内部具有
一个或多个导线的铠装电缆，而所述钢丝则是一种通常由碳钢制成的实心缆线。
作业期间，井位处安装有一个大型连续的缆绳巻轴。尽管缆绳相对 柔软，但是必须以一种能够防止缆绳扭结的方式将缆绳送入套管中。缆 绳的扭结可能潜在地导致损害或者破坏缆绳。而且，缆绳必须便于光滑 和方便地在套管中放入或者提升工具。
在典型的缆绳作业中，缆绳经位于钻井装置台上的第一传动滑轮从
绞绳盘中展开。这个滑轮叫做地滑轮(floor sheave)，缆绳自该滑轮 向上引至第二滑轮，该第二滑轮悬挂在位于钻井井架(drilling derrick)顶部的中心或中心附近的块体上。第二滑轮叫做顶滑轮，缆 绳从顶滑轮上向下垂至井孔中。
地滑轮和顶滑轮都包括周边形成有槽的自由转动轮。该槽设置成容 纳并保持缆绳。缆绳绕在下滑轮的轮上并接着引至顶滑轮组件的轮上。 缆绳设置在轮的所述槽中，从而防止缆绳从所述轮滑落。缆绳的自由端 连在要被送入套管中的工具上。地滑轮和顶滑轮的典型样例由地处犹他 州的Wireline Technologies, Inc.销售。
与滑轮相关的一个问题在于它们的尺寸。具体地，大多数的滑轮都 是非常笨重的，难以移动或者搬运。典型的有，直径20英寸且重量至 少60磅的滑轮，和直径36英寸且重量约为180磅的滑轮。这些滑轮装 置如此的重量，使得必须搬运这些滑轮的工作人员在搬运这些笨重的设 备时，经常性地遭受到背部或者身体其它部位的损伤。同时，由于这些 滑轮非常笨重，工作人员经常会在搬运期间抛落滑轮或者错误地处理滑 轮。这种对滑轮错误的处理会导致对滑轮本身、对工作人员，或者对其 它财物造成严重且大成本的损害。
经常会发生工具在送入套管的过程中意外地卡住或者暂时性地停 止等状况。这时，缆绳松弛。这种松弛可能造成缆绳"跳出"滑轮组件 轮上的槽。而工具继续下落时，缆绳和滑轮组件都可能遭到被严重损害。 有时，缆绳从滑轮中跳出时还会造成缆绳的断裂，从而导致工具自由地 掉入井底。不仅修复断裂的缆绳需要花费极其昂贵的费用，而且将工具 从井底中取出也需要花费大量的停机时间和费用。而且，缆绳的跳出或 者断裂也会使下放工具的工作人员处于危险之中。因此，业界亟需一种解决上述问题中的一个或多个的新型滑轮。具 体地，业界亟需一种更轻便更易于使用和搬运的新滑轮。同样，业界亟 需一种能够防止使用者的手，衣服或肢体与缆绳接触或者被缆绳碰伤的 滑轮。而且，业界亟需一种能够防止缆绳从滑轮组件中滑轮上的槽"跳 出"的滑轮组件。这些和其它优点将在具体实施例中公开。

发明内容
本发明的目的在于解决现有滑轮和滑轮组件中存在的上述诸多不 足之处中的一个或多个。本发明是一种新型的用于缆绳和绳索的滑轮组 件。它可以用来在井位处将绳索提升/下放到井孔中，用在缆绳牵引作 业或其它需要滑轮组件的场合。
本发明提供的滑轮组件包括无中心转轴的环，这与使用具有中心转 轴和轴承组件的实体(重)滑轮的现有滑轮组件不同。该环设计成可以 转动并支撑绳索或者缆绳。该环的重量明显轻于其它现有的滑轮组件， 因此极大地减轻了本实施例中滑轮组件的重量。该环包括容纳并保持绳 索或缆绳的槽。更具体地，所述槽设计成一旦绳索或者缆绳加载到滑轮 组件上时，绳索或者缆绳会合适进入该环上的槽中。
该环大体由支撑组件进行支撑。支撑组件可以包括两个或更多个辊 子，两个或更多个轴承，或它还可以包括低摩擦固定支撑座。
当用辊子来支撑环时，每一辊子通常包括转轴和外表面。转轴定义 轴线或辊子的转动。外表面位于沿着辊子的外边缘处。辊子的外表面与 环的内表面配合并支撑环的内表面。当然，所述辊子设计成使得每个辊 子的外表面绕转轴转动。更具体地，辊子设计成当环随着绳索或缆绳的 运动转动时进行转动。
当用轴承来支撑环时，每一轴承会连接在一个板上并被该板支撑。 轴承可以成对设置，以使得在相邻板上的两个轴承对齐，以类似上述的 单个辊子的方式支撑该环。然而，轴承不必须成对设置，而是沿着板交
错设置。由于不使用辊子、转轴(axels)和各种间隔件，因此，当滑 轮组件中使用轴承而不使用辊子时，可以减少相当的重量，且滑轮组件 更轻薄。
6低摩擦固定支撑座可以由抛光的铝、不锈钢或者其它具有足够强度 和光滑度的材料加工而成。它也可以选择性地被涂上的低摩擦涂层，如 特氟纶涂层或类似涂层。
环滑轮组件包括装卸绳索或缆绳的装置。这可以采用枢转板
(pivoting plate)结构、枢转门结构或其它能实现绳索或者缆绳的装 卸的类似结构来实现。
在一个采用枢转板结构的实施例中，其中一个辊子作为枢转辊子 (pivot roller)，而余下的辊子被设计成支撑辊子。不管是支撑辊子 还是枢转辊子，都联接至枢转板。这个板大体位于环滑轮组件的前表面 上，且该板被设计成覆盖环和辊子。另一个附加的支撑结构，比如第二 板，被加在滑轮组件的后面并采用类似设计用来保护环/辊子。
枢转板还可以包括一个或多个狭缝。大体上，这些狭缝就是枢转板 上的槽，被设计成使支撑辊子的转轴可以与这些槽缝接合和/或配合。 通常，这些狭缝位于枢转板的内侧。狭缝优选为枢转板内部的槽，而不 是枢转板中的孔。然而，枢转板上的狭缝也可以是孔。
滑轮组件还可以包括与枢转板连接的闩锁。闩锁具有接合位置和分 离位置。闩锁被设计成当闩锁处于接合位置时，闩锁防止板绕着枢转辊 子的转轴枢转。
一旦闩锁被分离，使用者可以绕着枢转辊子的转轴转动枢转板。如 前所述，支撑辊子的转轴被设计成使得它们可以与这些狭缝接合和/或 配合。因此，当枢转板绕着枢转辊子的转轴转动时，支撑辊子转轴在狭 缝中滑动。当支撑辊子转轴抵达狭缝端部时，支撑辊子转轴与狭缝的顶 边接触，并阻止枢转板过度转动。
当枢转板绕着枢转转轴转动时，环和槽暴露给使用者。以这种方式 "打开"滑轮组件，能使使用者将绳索装入环内的槽中。同样，这个打 开滑轮组件的方式，可以在任务完成后随时将绳索从滑轮组件中卸载下 来。
当绳索或缆绳装载到槽/环上后，枢转板可以被转回至"关闭"位 置。此时，闩锁可以处于锁合位置，将枢转板保持在关闭位置。假如处 于关闭位置，枢转板在环转动时保护绳索/环并防止使用者的手指、衣服和身体等意外地被拽入绳索和环等中。
在另一个采用枢转板结构的实施例中，两个轴承对齐并具有作为枢 转转轴的公共转轴。余下的轴承相互独立并不与对面板上的轴承联接。 枢转板相对其它板进行转动，将环暴露出来以实现绳索或缆绳的装卸。
在采用枢转门结构的实施例中，辊子固定在前后板上，而这前后板 都不相对于辊子转动。反之，小枢转门以可枢转方式连接在一个板上， 比如前板上。门通常锁合在"关闭"位置，但可以解锁并转动到一个"打 开"位置，从而将绳索装入到环滑轮组件或从环滑轮组件中卸下。在采 用枢转门结构的实施例中，还可以采用使用轴承而非辊子的滑轮组件。


为了方便理解本发明的上述和其它特征和优点，将参照附图中所示 的具体实施例将前面对本发明简单的描述进行进一步详细地阐述。应当 理解，以下图示仅示意了本发明的典型实施例，因而本发明的保护范围 并不限于此。接下来将结合以下附图描述和说明本发明的具体细节和内 容，其中
图1是本发明范围内的具有枢转板的滑轮组件的正视图2是图l所示的滑轮组件的剖视图，示意出了支撑辊子之一与滑
轮环中相应的槽之间的接合。
图3是图l所示的滑轮组件的剖视图，示意出了枢转辊子的接合。 图4是一正视图，示意出了滑轮组件位于可使绳索装入滑轮组件中
的打开位置处的状态。
图5是本发明范围内具有枢转门的滑轮组件的透视图，其中，门处
于"关闭"位置。
图6是图5所示的滑轮组件的透视图，其中，门处于"打幵"位置。
图7是图5所示的滑轮组件的剖视图，示出了枢转门。
图8是本发明范围内另一具有枢转门的滑轮组件的透视图，其中，
门处于"关闭"位置。
图9是图8所示的滑轮组件的透视图，其中，枢转门处于"打开"位置。图IO是图8所示的滑轮组件的剖视图。
图11是图8所示的滑轮组件的又一剖视图，示意出了枢转转轴。 图12是图9所示的滑轮组件的透视图，其中，环被去除，以使处
于"打开"位置的枢转门更加直观。
图13是图9所示的滑轮组件的又一透视图，其中，环被省略，以 使处于"打开"位置的枢转门更加直观。
图14是图9所示的滑轮组件的正视图，其中，枢转板被省略，以 使处于"打开"位置的轴承的相对位置更加直观。
具体实施例方式
结合附图将最好地理解本发明的优选实施例，其中，相同的元件采 用相同的数字进行标识。容易理解，本发明中的部件，如同文中以及附 图中所述描述的，可以设置和设计成宽泛的各种不同的结构。因此，本 发明的实施例中的下列更细节的描述，如图1一14所示意，均非用于限 制本发明所要求的保护范围，而仅仅表示本发明优选实施例中的内容。
图1示意出了在一个采用枢转板结构的实施例中一种滑轮组件10 的正视图。滑轮组件IO设计成使得其能够应用在采油采气工业、线缆 牵引工业或其它需要滑轮的场合中。更具体地，滑轮组件10设计成使 得其可以将绳索14送入井位处的井孔中。在此作出进一步更详细的说 明，滑轮组件IO相对于一些已有的公知滑轮具有显著的优势。然而， 关于一些当前已知的滑轮和滑轮组件的大致背景介绍，读者可以参考美 国专利No. 6,105，939、美国专利No. 5,645,269、美国专利No. 6,340,271、 美国专利No. 6,375,163。(此处以引用的方式将这些专利合并入本文 中)
在市场上能够获得的滑轮中，该装置包括用于移动绳索的整体的滑 轮。然而，本实施例中的滑轮与这些公知的滑轮在于本实施例中的滑 轮包括环20，而不是(笨;的)实体盘状滑轮。与其它整体的滑轮一 样，环20设计成使得其能够'转动并引导绳索14进入或者离开井孔。还 有，这个结构是环20，而不是实心滑轮结构装置。这样，整个滑轮组 件10可以比其它先前的公知滑轮更轻，有利于使用和搬运。重量的减轻带来了显著的优势，即它更易于使用/搬运，并且不会造成必须移动 这些滑轮的工作人员的背部损伤(和/或其它损伤)。而且，滑轮组件 IO是一个更加轻便的装置，所以，在使用/搬运期间，工作人员不太可 能错误地处理滑轮组件10，掉落、拖曳滑轮组件10等。
本实施例中的环20可以由各种材料制成，其中，该材料包括但限
于金属、金属合金、塑料和塑料合成物。在一个实施例中，环20由润
滑塑胶制成。这里说的"润滑塑胶"是指任何类型的耐久且自润滑聚合 材料。由于这些材料是"自润滑"的，因此这些材料大体具有能够改善
或减少摩擦系数的添加剂。(摩擦系数优选为少于0.5更优选为在 0.15-0.35之间。)二硫化钼是聚合材料中的一种有用的添加剂。另一 种有用的添加剂是油。
而且，专用高性能塑料类，比如工程塑料，也可以用作润滑塑胶。 许多工程塑料包含尼龙和其它能改善聚合材料性能的添加剂，包括但不 限于，玻璃增强料和蜡。合适的工程塑料可以从许多供应商处购买。以 下包括部分提供工程塑料的供应商俄亥俄州威洛比市的Cast Nylons Limited;英国莱斯特的Nylacast;马萨诸塞州罗克兰的Polymer Corporation;纽约皮克斯基尔的Timco。
在一些实施例中，环20的滑轮直径可能至少为十六(16)英寸。 这里说的"滑轮直径"并不是指环20的实际直径。相反，"滑轮直径" 指的是轮环20的有效直径，即横跨在环20直径上的绳索中心之间测得 的距离。
本领域技术人员应该知道，有许多不同尺寸的滑轮组件，其可以有 大范围的滑轮直径。例如，这些实施例可以被构造成其中，滑轮组件 10的滑轮直径约为二十(20)英寸、三十(36)英寸或者行业中常用 的其它尺寸。另一些实施例可以形成为其中，滑轮组件10非常大， 其滑轮直径约为六十(60)英寸或更大。当然，也可能是其它尺寸。通 常，正如业内公知的，不同尺寸的环可以通过采用车床或者其它类似的 能制造所述环的机器加工。当然，这些类型机器的约束和要求可能也限 制和/或影响了本发明范围内可获得的所述环的精确尺寸。
环20通常被支撑组件支撑。支撑组件可以包括两个或多个辊子、两个或多个轴承，或者它可以包括低摩擦固定支撑座。在如图1所示的
实施例中，环20被两个或多个辊子26支撑。这些辊子26可以由铝、 金属、塑料或其它类似材料制成。在一些实施例中，辊子26可以由耐 久的润滑塑胶制成。辊子也可以由低摩擦材料，如抛光金属或具有例如 特氟纶的低摩擦涂层的金属制成。在一些实施例中，辊子的直径可以约 为四(4)英寸。当然，也可以采用其它尺寸和/或直径的辊子，这取决 于被辊子26支撑的环20的尺寸。
每个辊子26通常包括转轴34和外表面38。转轴34定义出轴线或 辊子26的转动。外表面38位于沿着辊子26的外周边缘位置处。辊子 26的外表面38与环20的内表面96配合并支撑环的内表面96。当然， 辊子26设计成使得每个辊子26的外表面38绕转轴34转动。更具体地， 辊子26设计成使得它们随着环20转动或绳索14被移入或移出井孔而 转动。
如图l所示的辊子26定位成大体呈半圆形的配置。本领域技术人 员应该知道，辊子26也可以是其它配置。然而，值得注意的是这些辊 子中的一个，辊子26a以与其它辊子26a不同的方式联接于滑轮组件 10上。(辊子26a的联接方式和作用将在这里作出进一步详细的说明。) 然而，为了清楚且表示方便的目的，辊子26a在下文中被称为"枢转辊 子26a"。
辊子26、 26a都联接在轴接板50上，轴接板50被设计成覆盖并保 护辊子26、 26a。更具体地，板50位于环20的侧面并被设计成覆盖辊 子26、 26a，从而防止使用者的衣服、身体或其它被拉曳到辊子26、 26a 中。在许多实施例中，板50由金属制成，如铝(包括厚度1/2英寸的7075 铝板)、不锈钢(包括厚度1/2英寸的17-4PH不锈钢)。也可以使用其 它类型的金属和金属合金。而且，本领域技术人员应该知道，除了金属， 也可以使用其它类型的材料(包括塑料等)来制作板50。
滑轮组件还可以包括用于支撑辊子26的支撑结构56。通常，支撑 结构56包括由金属、金属合金、铝、不锈钢等材料制成的板60。然而， 能够支撑环20和辊子26的其它类型的结构也可以用作支撑结构56。 支撑结构56通常设在与枢转板50相对的环20侧面。
ii枢转板50和支撑结构56的其余部分可以通过一个或多个可伸縮销 64联接在一起。可伸縮紧固销设计成在使用期间将板50和支撑结构56 紧固在正常的位置上。然而，由于销64是可伸縮的，所以它们(将会 在下文中作出更详细的说明)可以被取出，从而使得绳索14可以被装 载到滑轮组件10上。
如本领域所公知，滑轮组件IO在使用期间可以连接到能保持和支 撑滑轮组件10的马蹄夹70上。优选地，如图1所示，马蹄夹70联接 到支撑结构56的顶部。
护手装置74可以通过一个或多个联接销76可选择地联接到枢转板 50。本领域公知的护手装置74设计成提供进一步的保护和防护，防止 使用者的手、衣服或身体被拖曳到滑轮组件IO中。有多种不同类型的 护手装置74是本领域公知的。然而，现有优选的护手装置74之一就是 美国专利No. 5,645,269 (该专利如上所述，在此以引用的方式并入本文 中)中公开的装置。因此，有关护手装置74的更多信息，使用者可以 参考该专利。在一些实施例中，护手装置74会通过安全插销(ball-lock pin)联接至第二板60上。然而，也可以使用其它类型的联接机构和/ 或连接护手装置74的装置。
如图1所示，枢转板50还可以包括一个或多个狭缝80。狭缝80 可以是枢转板50中的槽，其设计成使支撑辊子26的转轴34可以与这 些狭缝80接合和/或配合。在一些实施例中，狭缝80大体呈弓形。然 而，狭缝80也可以采用其它形状和结构。在一些实施例中，狭缝80 仅位于枢转板50的内部，即，狭缝80是部分穿过枢转板50的槽，而 非完全穿过板50的狭缝。在一些实施例中，板50中的这些狭缝80完 全打开，以使得可从滑轮组件10的外部看见转轴34。然而，如果板50 中的这些狭缝80是完整的孔，使用者的手指、身体部分就有可能被卡 在这些孔中。因此，在板50中采用这些完整的孔并非是目前的最佳选 择。相反，将板50内部的这些狭缝80设成槽，从而使得从滑轮组件 IO的外部看时，转轴34被隐藏/屏蔽，这才是目前的最佳选择。
在此参照图2，对狭缝80和转轴34之间的接合进行更详细地介绍。 图2是带有一个支撑辊子26的滑轮组件10的剖视图。如图2所示，狭缝80是设于枢转板50的内表面82中的槽。辊子26的转轴34的第一 端84设计成配合进入狭缝80并实现辊子26与枢转板50之间的接合。 第一端84与转轴34之间的接合可以通过榫形接合、丁字槽接合或其它 类似接合实现。
转轴34的第一端84与狭缝80之间的接合可以提供重要优点。例 如，这种类型的接合能够在滑轮组件IO使用期间，即将绳索14装入环 20时，充分地保持并支撑板50。同时，这种类型的接合能够允许枢转 板50转动并允许进入环20和滑轮组件IO的内部，以下将作进一步详 细地介绍。
如图2所示，转轴34也可以联接到支撑件56上。也可以采用一个 或多个轴承90联接辊子26。轴承90通常为设计成根据辊子26的转动 减少摩擦的辊子轴承或球轴承。因为锥形辊子轴承和球面辊子轴承具有 更高的动态负载量，所以通常会采用这些轴承。具体地，锥形轴承的尺 寸优选为30x72x28.75或35x75x28，而球面轴承的尺寸优选为 35x73x23。
在一些实施例中，轴承90理想的位置如图2所示。然而，本领域 技术人员应该知道，轴承90的结构、位置和/或配置也是可以变化的。
仍参照图2，对本实施例中的环20进行更详细介绍。由图2可知， 环20包括容纳和保持绳索14的槽94。更具体地，槽94设计成使得一 旦绳索14装载到滑轮组件IO上，绳索14就会配合进入环20上的环槽 94中。
图2也示出了辊子26支撑环20的方式。环20设计成使得其能够 与辊子26的外表面38接合。通常，这通过环20中的内表面96与辊子 26的外表面38配合而实现。在一些实施例中，这种类型的配合联接通 过在内表面96的一部分上形成一个舌状突出物并使该舌状突出物伸入 位于辊子26外表面38的槽100中而实现。当然，内表面96与辊子26 的外表面38之间的配合联接也可以采用其它类型的联接方式。
也可以在滑轮组件10中加入止动销或止动杆104。止动销104位 于环20上方。止动销104可以通过联接机构105，如穿过定位件56的 螺丝或螺栓，固定在合适的位置上。止动销104可以与环20的顶部接触，以将环20定位/保持在辊子26上。当然，如果销104被去除，环 20可以与辊子26分离，以使得可以对辊子26和/或转轴34进行任何 必要的维修。
在此参见图3，图3为示出枢转辊子26a与枢转板50的接合方式 的剖视图。图3是与图2所示的剖视图类似的剖视图。然而，与图2 不同的是，图3是示意出枢转辊子26a (而非辊子26)的剖视图。
如图3所示，枢转辊子26a与支撑辊子26之间的一个不同之处在 于，枢轴34a与枢转板50的联接。更具体地，与辊子26 (参见图2) 不同，转轴34a不与枢转板50的狭缝80接合和/或配合。相反，转轴 34a连接/联接到枢转板50上。然而，需要说明的是，由于转轴34a与 枢转板50之间的连接是一个"枢转"联接，其中枢转辊子的转轴34a 起到枢轴的作用，以使得枢转板50可以绕着枢转辊子26a的转轴34a 枢转。
在此参见图4，图4是滑轮组件10的正视图。如图4所示，滑轮 组件10可以包括联接至支撑件56的闩锁110。闩锁110具有锁合位置 和解锁位置。闩锁IIO被设计成使得当该闩锁IIO位于锁合位置时，该 闩锁110防止枢转板50绕着枢转辊子26a的转轴34a枢转。然而，如 图4所示，闩锁110位于解锁位置。
一旦闩锁110解锁，使用者可以绕着枢转辊子26a的转轴34a枢转 枢转板50。如上所述，支撑辊子26的转轴34设计成使得它们可以与 枢转板50中的狭缝80接合和/或配合(如图l和2所示)。因此，当 枢转板50绕转轴34a枢转时，转轴34在狭缝80内滑动。当转轴34 抵达狭缝80的端部时，转轴34与狭缝80的顶部边缘116接触，并防 止枢转板50任何的继续转动。因此，按照这种方式，狭缝80起到了一 个自动"止动"作用，从而防止枢转板50 "过度"枢转。
而且，如图4所示，当枢转板50绕转轴34a转动时，环20和槽 94暴露给使用者。滑轮组件10的"打开"状态，使得使用者能够将 绳索14装入槽94中，从而可以将绳索14放入井孔中。同样地，滑轮 组件10的这种类型的打开，可以在任务完成后随时将绳索从环20卸载 下来。值得注意的是，图1所示的实施例中，枢转辊子26a是滑轮组件 10中端部(即外侧)辊子中的一个。这种结构是目前优选实施例中的 一个，其中这种定位使得枢转板50枢转时，形成通向环20的最大通道 (access)。
图1示意出了枢转板50被枢转回至"关闭"位置后的滑轮组件10。 更具体地， 一旦将绳索14装入槽94,枢转板50可以被枢转回至关闭 位置。此时，闩锁110可以处于将枢转板50保持在关闭位置的锁合位 置处。如图1所示， 一旦滑轮组件10位于关闭位置，枢转板50在环 20转动时保护绳索14/环20并防止使用者的手指，衣服或身体部分等 被卡在绳索14或环20等上。
值得注意的是，在滑轮组件10的使用期间，本发明的滑轮组件10 具有多个辊子26、 26a的事实可能提供显著优势。具体地，现有技术中 的滑轮存在的问题之一在于它们包括一个绕单转轴转动的大轮。这种大 轮用来支撑绳索或缆绳。然而，如果该单轴在使用期间失效(或者以其 它方式损坏)，就没有任何其它用于支撑滑轮的结构。而且，在这种情 况下，滑轮不仅不能正常转动，甚至绳索或缆绳也不能在轮上移动。从 而可能对绳索造成重大损坏。绳索的损坏甚至可能造成绳索以及连于绳 索上的设备全部掉入井底。
然而，具有多个辊子26、 26a和多个转轴34、 34a的滑轮组件10 解决了这一问题。实质上，使用多个辊子/转轴，导致滑轮组件10的"冗 余"。因此，如果一个或多个辊子26、 26a和/或转轴34、 34a在使用 期间失效，则仍有其它辊子26、 26a(和/或转轴34、 34a)可以支撑滑 轮组件并防止绳索14毁损或断裂。
另一实施例提供了一种如图5 — 7所示的装卸绳索的枢转门机构。 该实施例与上述的实施例在很多方面都是类似的。共同的特征以及优点 不再赘述。以下描述的部分细节也可以应用于图1-4所阐述的实施例 中。
图5是本发明范围内具有枢转门302的滑轮组件300的透视图，其 中，门处于"关闭"位置。滑轮组件包括由如上所述的润滑塑胶材料制 成的环304。环304可以包括如玻璃纤维的增强填料，以改善强度和耐
15久性。环304由多个辊子306支撑，每一辊子306具有由前板310和后 板312支撑的转轴308。如上所述，辊子306的外表面可以设计成尺寸 与结构都与环304的内表面313匹配并且用于支撑环304的内表面313。
如图5-7所示的环304比如图2和3所示的环20窄。为了帮助维 持环304的适当间距与定位，前板310和后板312的内表面上固定有多 个垫片314。垫片314优选由低摩擦材料制成，例如与用于制造环304 的材料不同的金属或耐用塑料材料制成。举例而言，垫片314可以由超 高分子量塑料制成。为了进一步帮助将环304适当定位于滑轮组件300 中，可以将罩板316固定到前板310和后板312上。罩板316可以由与 垫片314相同的材料制成。在一实施例中，罩板316由阳极氧化铝制成。 罩板316固定在滑轮组件300的顶部附近。罩板316还有一个附加功能， 即辅助保持绳索在环304中的正确定位。在滑轮组件300的使用期间， 可能有时绳索会松弛并可以从环304内的槽中跳出。罩板316的上表面 318向下朝环304折弯成将绳索送入环304的槽内。图7示出了此特征。
块体320通过块体紧固件321固定在后板312上。马蹄夹322连接 到块体320上以在使用期间保持并支撑滑轮组件300。 一个或多个锁定 销324，如图7所示，在枢转门302中与孔325接合以将门302锁定在 "关闭"位置，如图5所示。 一个或多个弹簧326使锁定销324偏置到 合适位置上以实现与门302的接合。锁定销324与球形把手328连接， 所述球形把手328允许使用者控制锁定销324的运动是否接合和锁定门 302或脱离和解锁门302。球形把手328连接在块体320中的"L"型 通道330上。图6示出球形把手328，其定位使得锁定销324与门302 分离和解锁。如图6所示，门302向下枢转从而实现绳索在滑轮组件 300上的装卸。图6示出了门302处于"打开"位置时的状态。
快速释放销332与前板310和后板320接合，以辅助将绳索正确保 持在环304中。通过简单地去除和安装快速释放销332，就能实现绳索 的装卸。
图7是图5所示的带枢转门的实施例中的滑轮组件的剖视图。图7 示出了多种上述结构。另外，还示出了多种内部特征。枢转门302绕以 枢轴螺母338固定的枢转336枢转。垫圈340将枢转门302和前板310隔离。罩板316通过螺丝342联接在前板310和后板312上。
如图7所示，转轴308通过枢轴螺母338固定在合适位置。辊子 306用的轴承组件包括侧间隔件346和中心间隔件348。轴承内圈350 设于侧间隔件346和中心间隔件348之间。轴承外圈352被定位于与轴 承内圈350接合。辊子轴承组件可以通过润滑油嘴354进行润滑。
图8 — 11示出了另一具有用于装卸绳索的枢转门机构的实施例。该 实施例与上述的实施例在很多方面都是类似的。共同的特征以及优点不 再赘述。以下描述的一些细节也可以应用于前面图1-7所阐述的实施例 中。
图8是本发明范围内具有枢转板的滑轮组件400的透视图，其中， 枢转板402处于"关闭"位置。滑轮组件包括由如上所述的润滑塑胶材 料制成的环404。环404可以包括如玻璃纤维的增强填料，以改善强度 和耐久性。环404由多个轴承406， 408支撑，轴承406联接在枢转板 402上，而轴承408联接在后板410上。多个轴承支撑件412， 414用 于将轴承406， 408分别支撑在它们各自的板上。与前述这些釆用多个 辊子来支撑环的实施例不同的是，如图8 — 14所示的实施例采用多个轴 承来支撑环。轴承406， 408的外表面可以设计成尺寸与结构都与环404 的内表面匹配并且支撑环404的内表面。
如图8-14所示的环404比如图2和3所示的环20窄。为了帮助将 环404正确保持于滑轮组件400中，罩板416可以通过罩板紧固件418 固定于后板410上。该特征由图10所示最佳。罩板416可以由低摩擦 材料，比如与制作环404的材料不同的金属或耐久性塑胶材料，制成。 例如，罩板416可以由超高分子量塑料制成。在一实施例中，罩板由阳 极氧化铝制成。罩板416通过螺丝418固定在滑轮组件400的顶部附近。 罩板416还有附加功能，即辅助绳索或缆绳在环404中的正确定位。在 滑轮组件400的使用期间，可能有时绳索或缆绳会松弛并从环404内的 环槽中跳出。罩板416的一个表面向下朝环404折弯成将绳索送入环 404的槽内。
块体420通过块体紧固件421固定在后板410上。马蹄夹422连接 到块体420上以在使用期间保持并支撑滑轮组件400。 一个或多个锁定销424，如图10所示，与在枢转板402中的孔425接合，如图9所示， 以将板402锁定在"关闭"位置，如图8所示。 一个或多个弹簧426 使锁定销424偏置到合适的位置上以与枢转板402接合。锁定销424 优选与球形把手428连接，所述球形把手428允许使用者控制锁定销 424的运动是否接合和锁定板402或与板402分离和解锁。球形把手428 可以连接在块体420中的"L"型通道430上。图9示意出球形把手 428，其定位成使得锁定销424与板402分离和解锁。如图9所示，枢 转板402向下枢转从而实现绳索在滑轮组件400上的装卸。图9， 12， 13示出了板402处于"打开"位置时的状态。
快速释放销432与枢转板402和后板410接合，以辅助将绳索或缆 绳正确保持在环404中。简单地去除和安装快速释放销432，以实现绳 索或缆绳的装卸。
图10是图8所示的滑轮组件的剖视图，示出枢转板的实施例中的 锁定特征。图IO示出了多种上述结构。另外，还示出了一些内部特征。 每个轴承406， 408通过各个侧间隔件446和中心间隔件448被保持在 正确的间隔和对齐的位置。
如图IO所示，轴承406， 408并不具有一个公共转轴。连接在枢转 板402上的轴承406与连接在后板410上的轴承408可以不轴向对齐。 如图11所示，由于枢轴轴承450中的一对共用一个枢转转轴452，所 以这是有可能的。枢转板402绕通过枢轴螺母454固定的枢转转轴452 枢转。枢轴轴承450通过各个侧间隔件446和中心间隔件448被保持在 正确的间隔和对齐的位置。
轴承406， 408， 450位于板402， 410上，呈大体半圆形配置。枢 转转轴452设于半圆的一端，而锁定柱460设于半圆的另一端。锁定柱 460通过锁定柱螺母462固定在枢转板上。锁定柱螺母462的第一端464 的尺寸和结构被设计成与形成在后板410中的狭缝466接合。第一端 464和狭缝466之间的接合可以通过榫形接合、丁字槽接合或其它类似 接合实现。这种接合能够在滑轮组件400使用期间，即将绳索或缆绳装 入环404时，充分地将枢转板402和后板410保持并支撑在正确的间隔 和对齐的位置。同时，这种类型的接合能够允许枢转板402转动并允许进入环404和滑轮组件400的内部，与前述图l一4所示的实施例中的
方式类似。
在实践中， 一旦使用者将锁定销424从枢转板402中的孔425中分 离并移除快速释放销432，枢转板402可以相对后板410绕枢转转轴452 枢转。图12和13示出了这个枢转动作，其中没示出阻挡轴承406， 408 的相对位置的视野的环404。图14也示出了这个枢转动作，其中，当 滑轮组件位于"打幵"位置时，枢转板被移开从而示出轴承406， 408 的相对位置。
并且，如图9所示，当枢转板402绕着枢转转轴452枢转时，环 404暴露给使用者。滑轮组件400的这种"打开"允许使用者将绳索或 缆绳装入环404中。同样，滑轮组件400的这种"打开"使得当任务完 成后方便将绳索或缆绳从环404取出。
值得注意的是，在滑轮组件400的使用期间，本发明提供的滑轮组 件400具有多个轴承406， 408， 450，还可以提供显著的优势，包括上 述与任何一个轴承失效相关的冗余。
前述的说明和附图集中在这些利用辊子或轴承来支撑环的实施例。 采用尺寸和结构被设计成用于支撑环的内表面的曲面座组件来取代辊 子或轴承，也属于本发明的保护范围。环滑轮可以通过省略轴承或辊子 及其相应的转轴和辊子轴承组件而变得简化。此外，环滑轮的重量可以 通过省略辊子，转轴以及轴承组件而大幅度减轻。合适的曲面座由比如 抛光铝或不锈钢等低摩擦材料制成，这些低摩擦材料还可能被进一步地 涂上如特氟纶等低摩擦涂层。该座可以以与上述实施例类似的方式联接 在前后板上。座的外形与环的内表面的外形互补。
除了上述有关重量方面的优点，省略与辊子相关的移动部件还给环 滑轮带来了显著的维修与成本方面的优点。此外，前后板不需要被相互 远离地间隔开来，从而使得滑轮组件能以一个更加紧凑的形式进行装 配，并进一步减轻了环滑轮组件的重量。
本领域的技术人员应该了解，本文中公开的环滑轮组件不仅仅限于 应用在油井工业和气井工业中的绳索使用上，也可以应用在其它需要大 型重型滑轮的领域，例如动力电缆的牵引。在不偏离本发明的所广泛描述和所附的权利要求所限定的结构、方 法或其它基本特征的情况下，本发明可以以其它具体的形式来体现。所 述的实施例在各种情况下都仅仅被考虑成示例性的而非限制性的。因 此，本发明的范围由所附权利要求所限定，而不是由前文的描述所限定。 在权利要求的等价物的方式和范围的所有改变都包括在本发明的范围 内。
权利要求
1.一种滑轮组件，包括环，由润滑塑胶制成，所述环由具有支撑面的支撑组件支撑，其中，所述环具有内表面，所述内表面的横截面轮廓与所述支撑面互补，和，其中所述环包括形成在所述环外表面上的槽；和架，所述架支撑所述支撑组件，所述架包括枢转装置，所述枢转装置用于打开和关闭所述滑轮组件以允许绳索或者缆绳的装卸。
2. 如权利要求l所述的滑轮组件，其中，所述支撑组件包括多个 辊子。
3. 如权利要求l所述的滑轮组件，其中，所述支撑组件包括多个 轴承。
4. 如权利要求l所述的滑轮组件，其中，所述支撑组件包括曲面座。
5. 如权利要求3所述的滑轮组件，其中，所述曲面座由抛光金属 加工而成。
6. —种用于运行绳索的滑轮组件，包括 支撑结构；具有狭缝的枢转板；连接至所述枢转板的至少两个辊子，其中，所述辊子包括 外表面；和转轴，所述外表面绕所述转轴转动，所述转轴限定所述辊子的旋转 轴线，其中，所述辊子中的至少一个是支撑辊子，所述支撑辊子设置成 使得所述支撑辊子的转轴具有与所述狭缝接合的第一端，且其中，所述 辊子中的一个为枢转辊子，所述枢转辊子设置成使得所述枢转辊子的转轴用作枢轴，从而使得所述板绕着所述枢转辊子的所述转轴转动；和 环，所述环由润滑塑胶制成，所述环由所述辊子的外表面支撑，其中，所述环包括-用于保持绳索的槽；用于与所述辊子的外表面配合的内表面。
7. 如权利要求6所述的滑轮组件，其中，所述板进一步包括具有 接合位置和分离位置的闩锁，所述闩锁被设计成使得当所述闩锁接合 时，所述闩锁防止所述板绕着所述枢转辊子的转轴枢转。
8. 如权利要求6所述的滑轮组件，其中，所述环的滑轮直径至少 为16英寸。
9. 如权利要求8所述的滑轮组件，还包括联接至所述第二板上的 固定销，所述固定销被设计成确保所述环的内表面和所述支撑辊子的外 表面之间的接合。
10. 如权利要求6所述的滑轮组件，还包括 一个或多个附加支撑辊子；和与所述附加支撑辊子对应的一个或多个附加狭缝，其中，每一附加 支撑辊子包括具有第一端的转轴，所述第一端与所述附加狭缝中的一个 接合。
11. 如权利要求6所述的滑轮组件，其中，所述狭缝大体呈拱形。
12. 如权利要求6所述的滑轮组件，其中，所述支撑辊子的所述转 轴与所述板上的所述狭缝接合。
13. 如权利要求6所述的滑轮组件，其中，辊子进一步包括便于辊 子转动的轴承。
14. 如权利要求6所述的滑轮组件，其中，所述板上的所述狭缝从 所述板的外表面上是不可见的。
15. 如权利要求6所述的滑轮组件，进一步包括护手组件，所述护 手组件防止使用者的手、衣服或身体部分被拖曳进入所述滑轮组件。
全文摘要
本发明提供一种滑轮组件，该滑轮组件包括由支撑组件支撑的环，而不是由中心轴支撑的实心滑轮。该支撑组件可以包括多个辊子或一个曲面座。该环由润滑塑胶或其它类似材料制成。该环包括用于保持绳索或缆绳的槽和被设计成与支撑组件的外表面配合的内表面。
文档编号E21B19/00GK101589209SQ200780042212
公开日2009年11月25日 申请日期2007年9月14日 优先权日2006年9月14日
发明者乔治·万特, 布莱恩·梅斯, 德里克·D·卡尔森, 肯·戴顿, 鲁斯·万斯 申请人:有线技术有限公司