专利名称：限流器和钻凿组件的制作方法
技术领域：
本公开总体涉及钻凿操作、钻杆及其部件和钻凿组件。
背景技术：
因为岩屑在钻头周围形成，所以在所有钻凿操作期间有必要将流体诸如水送至切割面以清除岩屑，并且在一些情况下用以冷却钻尖。能够通过使流体通过钻杆的中心通道将流体送至钻头。在采矿操作中，诸如在地下煤矿中，在钻凿操作中使用相当大量体积的水，并且因此产生类似体积的废水。废水可积聚，并且可能在采矿操作附近诸如地下矿井巷道中提供安全隐患，并且因此需要执行处理或缓解措施。上述背景技术的引用不等于认可该背景技术形成本领域普通技术人员的公知常识的一部分。上述引用也无意限制本文公开的限流器和钻组件。
发明内容
在第一方面公开一种限流器，所述限流器包括适合用于限制通过钻杆通道的流体流的本体，该本体具有用于将所述本体联接到钻杆通道中的联接部，所述本体限定上游流体接收通道、下游流体排出通道以及位于所述通道之间的、具有限制性直径的通道，以限制钻杆通道中的流体流。在一个实施例中，所述通道沿钻杆通道的中心纵向轴线彼此同心地对准。在一个实施例中，具有限制性直径的通道可在直径上(但不限于)从钻杆通道的直径的约25%至约50%范围变化。在一种形式中，具有限制性直径的通道具有圆形横截面。在一个实施例中，上游流体接收通道从其上游端向内渐缩至具有限制性直径的通道。在一种形式中，所述通道的上游端具有(但是不限于)比钻杆通道的直径的大约60%大的直径。在一种形式中，限流器的下游端适合接收旋转驱动工具诸如螺丝刀，以将限流器旋拧到通道中。在一个实施例中，下游流体排出通道具有多边形横截面。在一种形式中，该多边形横截面可能为六边形、星形、正方形或矩形狭槽。应明白，可通过将下游流体排出通道和具有互补形状头部的旋转驱动工具接合而驱使限流器进入到钻杆通道中。在一种形式中，下游流体排出通道具有与上游流体接收通道的上游端相似的直径。在一个实施例中，该联接部为设置在本体的外部表面上的螺纹，其中该联接部被构造成与钻杆的内壁上的螺纹互补，所述钻杆的内壁限定通过其中的通道。在第二方面公开一种限流器，所述限流器包括适合用于限制通过钻杆通道的流体流的本体，该本体具有使得流体能够流经本体的内部通道以及外螺纹，所述外螺纹被布置成接合设置在钻杆的通道内的内螺纹，所述限流器被构造成在使用中设置于钻杆的端部的内侧，以便允许利用所述钻头的带螺纹的柄部将钻头连接至所述钻杆的端部，所述钻头的带螺纹的柄部接合所述钻杆的所述内螺纹。
在一种形式中，限流器的下游端适合接收旋转驱动工具诸如螺丝刀，以将限流器旋拧到通道中。在一种形式中，该下游端具有多边形横截面。在一种形式中，该多边形横截面可能为六边形、星形、正方形或矩形狭槽。在本公开的第三方面，提供一种钻杆组件，其包括钻杆以及限流器，所述钻杆具有用于使流体流通过其中的钻杆通道，所述限流器被设置在钻杆通道内并且包括适合用于限制通过钻杆通道的流体流的本体。在一种形式中，限流器本体具有联接部，所述联接部用于将所述本体联接至钻杆通道。在一种形式中，该本体具有外螺纹，所述外螺纹被布置成接合设置在钻杆通道内的内螺纹。在一种形式中，限流器被设置于钻杆的端部的内侧，并且钻杆在所述钻杆的端部处包括联接部，以接合钻头，从而将钻头连接至所述钻杆。在一种形式中，钻杆联接部为所述钻杆的内螺纹的一部分，限流器则附接到该部分。在一种形式中，所述限流器本体限定上游流体接收通道、下游流体排出通道以及位于所述通道之间的具有限制性直径的通道，以限制钻杆通道中或钻头的端口装置中的流体流。在另一个方面，本公开提供一种钻头装置，其具有适合用于被钻杆紧密接合的钻柄，所述钻头具有位于其中的至少一个钻头通道，所述至少一个钻头通道能够与所述钻杆的钻杆通道连通以接收来自钻杆通道的流体流，所述钻头还包括限流器，所述限流器包括适合于限制从所述钻杆通道流入或进入钻头通道的流体流的本体。在一种形式中，钻头和限流器整体成型或者被连接在一起。在另一种形式中，钻头和限流器分开成型，并且被布置成单独连接至钻杆。在一种形式中，限流器被布置成设置在钻头附近，以便调节进入钻头通道的流体流。在另一种形式中，限流器被插入钻头通道。在任一种形式中，限流器都可布置成用以适合单独操作，以便允许操作者在现场或者在钻头或钻杆制造后改变钻组件的流量要求。在一种形式中，限流器为根据本公开的之前方面的上文所述的其它形式。所公开的实施例允许减少送至钻头的水的体积和流量，同时能够有效执行钻凿操作，并且因此允许减少钻凿操作期间产生的水的流量。本公开实施例的进一步优势在于，在不需要对钻杆和/或钻头进行任何修改的情况下能够将限流器改装到现有的钻凿组件。
尽管已在发明内容中提出可能落入本公开范围的任何其它形式，现在仍将参考附图仅经由示例来描述特定实施例，其中:图1是根据一个特定实施例的限流器的透视图；图2是图1中所示的限流器的平面图；图3是沿图2的A-A线截取的限流器的纵向横截面图；图4是根据一个特定实施例的钻杆组件的上部平面图；图5是沿图4的线B-B截取的钻杆组件的纵向横截面图；图6是图4和5中所示的钻杆组件的分解图；图7是包括图1的限流器的钻凿组件的纵向截面；以及
图8是图8的钻凿组件的变体。
具体实施例方式本说明书广泛涉及一种限流器，所述限流器适合用于限制通过钻杆通道、钻头以及钻杆组件的流体诸如水的流量。参考图1至3，其中示出限流器10的一个实施例。限流器10包括圆柱部分14形式的本体12，本体12被构造成以充分水密配合的方式被接收在钻杆34的钻杆通道16中，如图4至6中所示。圆柱部分14包括上游侧18和下游侧20 (定向在通过钻杆34的流体的大致流向上)。限流器包括联接布置，以将限流器连接至钻杆，在所示形式中，该联接布置被形成为圆柱部分14的表面22上的螺纹，以促进限流器10与钻杆通道16的互补的带螺纹的内部通道24的接合。在所示形式中，本体12限定下列形式的通过本体12的一系列同心对准通道，即上游流体接收通道26、下游流体排出通道28和位于所述通道26、28之间的、具有限制性直径的通道30。在使用中，通道26、28、30被布置成沿钻杆通道16的中心纵向轴线设置。上游流体接收通道26将来自钻杆通道16的流体流引导至限流器10的具有限制性直径的通道30。上游流体接收通道26从位于圆柱部分14的上游侧18的上游端32向内渐缩至具有限制性直径的通道30。因此，应明白，上游端32具有比限制性直径的通道30更大的直径。在一些形式的限流器10中，所述通道26的上游端32可能具有比钻杆通道16的直径的大约60%大的直径。一般来说，所述通道26的上游端32的直径将少量地比钻杆的内部直径窄。上游流体接收通道26可以延伸至限流器10的总长度的约50%。具有限制性直径的通道30被构造成在不降低钻头性能的情况下限制钻杆通道16中的流体流。如果流体流不足以在钻头周围通过并且从中冲出钻屑，那么钻头的性能将降低。在一些形式的限流器10中，通道30为具有圆形横截面的圆柱形。限制性直径可以从钻杆通道16的直径的约25%变到约50%，不过取决于所期望的钻具性能特征和所需的水流量降低的程度，也可选择该范围外的限制性直径。下游流体排出通道28将来自限流器10，具体地来自具有限制性直径的通道30的流体流引导至钻杆通道16。在所示形式中，下游流体排出通道28沿其长度具有恒定横截面直径，该恒定横截面直径大于通道30的限制性直径。在一种形式的限流器10中，通道28具有与上游流体接收通道26的上游端32的直径类似的直径。应明白，限流器中的内部通道可以与上述的和所示的不同。例如，由于制造程序和不同的流量需求，渐缩的上游流体接收通道26的角度和具有限制性直径的通道30可能变化。在图中所示的限流器IO中，下游流体排出通道28具有六边形横截面。然而，应明白，下游流体排出通道28可具有替代形状的多边形横截面，诸如多边星形、正方形或矩形的形式。有利地，可在所述通道28中接收内部扳紧驱动装置的互补形状的头部，以通过将限流器10的本体12旋拧入钻杆通道16的带螺纹的内壁24中，促进限流器10在钻杆通道16中的接合，如图4至6所示。这样，可利用扳紧驱动装置将限流器10方便地旋拧入钻杆通道16中，并且随后可以同样的方式将限流器10从钻杆通道16中拆除。
所示限流器10的另外的特征在于，限流器10被设计成位于用于将钻头联接至钻杆的钻杆中的内部螺纹24中。具体地，限流器的本体被设计成充分得薄，以便位于钻杆的内部通道中，而同时仍允许实现用以接收钻头的充分暴露的内部螺纹。在使用中，内部螺纹通常被设计成比钻头的柄部长约13mm，并且所示形式的多余螺纹用于容纳限流器10。这样，能够易于将限流器改装到现有的钻凿组件。图7示出包括安装在钻杆34内的限流器10的钻凿组件。具有本体42和柄部44的钻头40安装在钻杆34上。在所示形式中，钻头44的柄部44是带螺纹的，并且匹配钻杆的内部螺纹24，安装限流器后，柄部长度近似内部螺纹的自由长度46，使得限流器10的定位不妨碍将钻头正常连接至钻杆。钻头包括与钻杆通道16流体连通的内部通道48，并且限流器通过减小通道16的直径而限制了流到钻头通道48中的流量。如能够看到的，限流器通道的最窄部分(中心部分30)比钻头通道的直径小，从而限流器将通过钻杆16的流降低至如下更大程度，即:可以通过在钻杆上安装钻头进行对流量的任何约束。示例现在将描述采用图1至3的限流器10的方法的非限制性示例，以阐明如何将限流器10应用到例如关于采煤的钻凿操作中。试验了具有不同限制性直径的相应通道30的四个限流器10，以确定水流量降低对钻头的性能以及随之发生的在钻孔附近的巷道中残留水的减少的影响。进行关于是否产生对冲洗所钻的孔的程度有正面 或负面影响的视觉观察。试验中使用的钻杆具有12.7mm的钻杆通道直径，并且钻头具有相应的7mm直径。通过未使用限流器10的钻杆通道的水的流速为35L/分钟。下表示出具有不同限制性直径的相应通道30对流速和冲洗效果的影响。
权利要求
1.一种限流器，所述限流器包括适合用于限制通过钻杆通道的流体流的本体，所述本体具有用于将所述本体联接到所述钻杆通道中的联接部，所述本体限定上游流体接收通道、下游流体排出通道和位于所述通道之间的、具有限制性直径的通道，以限制所述钻杆通道中的所述流体流。
2.根据权利要求1所述的限流器，其中所述通道沿所述钻杆通道的中心纵向轴线彼此同心地对准。
3.根据权利要求1或2所述的限流器，其中所述具有限制性直径的通道可在直径上从所述钻杆通道的直径的约25%至约50%变化。
4.根据上述权利要求中的任一项所述的限流器，其中所述具有限制性直径的通道具有圆形横截面。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的限流器，其中所述上游流体接收通道从其上游端向内渐缩至所述具有限制性直径的通道。
6.根据权利要求5所述的限流器，其中所述通道的所述上游端具有比所述钻杆通道的大约60%大的直径。
7.根据上述权利要求中的任一项所述的限流器，其中所述下游流体排出通道具有多边形横截面。
8.根据权利要求7所述的限流器，其中所述多边形横截面为六边形、星形、正方形或矩形狭槽。
9.根据权利要求7或 8所述的限流器，其中所述多边形横截面适合用于接纳旋转驱动工具的互补形状的头部。
10.根据权利要求5至9中的任一项所述的限流器，其中所述下游流体排出通道具有与所述上游流体接收通道的所述上游端类似的直径。
11.根据上述权利要求中的任一项所述的限流器，其中所述联接部为设置在所述本体的外部表面上的螺纹，所述螺纹与所述钻杆的内壁上的螺纹互补，其中所述钻杆的内壁限定了通过其中的所述通道。
12.一种限流器，所述限流器包括适合用于限制通过钻杆通道的流体流的本体，所述本体具有使得流体能够流经所述本体的内部通道以及外螺纹，所述外螺纹被布置用以接合设置在所述钻杆的通道内的内螺纹，且所述限流器被构造成在使用中设置在所述钻杆的端部的内侧，以便允许利用钻头的带螺纹的柄部将所述钻头连接至所述钻杆的端部，所述钻头的带螺纹的柄部接合所述钻杆的所述内螺纹。
13.一种钻杆组件，所述钻杆组件包括钻杆以及限流器，所述钻杆具有用于使流体流通过的钻杆通道，所述限流器被设置在所述钻杆通道内并且包括适合用于限制通过所述钻杆通道的流体流的本体。
14.根据权利要求13所述的钻杆组件，其中所述限流器被设置在所述钻杆的端部的内侦U，并且所述钻杆在所述钻杆的端部处包括联接部，以接合钻头，从而将所述钻头连接至所述钻杆。
15.一种钻头装置，所述钻头装置具有适合用于被钻杆紧密接合的钻柄，所述钻头具有位于其中的至少一个内部通道，所述至少一个内部通道能够与所述钻杆的钻杆通道连通，以接收来自所述钻杆通道的流体流，且所述钻头还包括限流器，所述限流器包括适合用于限制从所述钻杆通道流入或进入所述钻头通道的流体流的本体。
16.根据权利要求15所述的钻头装置，其中所述限流器与所述钻头分开形成，并且所述限流器被联接至所述钻头。
17.根据权利要求16所述的钻头装置，其中所述限流器被设置在所述钻头通道内。
18.一种限流器，所述限流器大体上如参考附图在说明书中描述的。
19.一种钻杆组件，所述 钻杆组件大体上如参考附图在说明书中描述的。
全文摘要
本发明提供一种限流器和钻凿组件，该限流器包括适合用以限制通过钻杆通道的流体流的本体，所述本体具有用于将所述本体联接到所述钻杆通道中的联接部，且所述本体限定上游流体接收通道、下游流体排出通道和位于所述通道之间的、具有限制性直径的通道，以限制所述钻杆通道中的所述流体流。
文档编号E21B17/00GK103174386SQ20121056236
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者约翰·霍斯 申请人:山特维克知识产权股份有限公司