具有定向联接机构的锁紧螺母的制作方法
【专利摘要】一种用于安装在圆柱体上的锁紧螺母，其包括限定螺母接合表面的螺母体以及与所述螺母体相关联的定向联接机构，所述定向联接结构用于响应于所述螺母体与所述圆柱体之间在锁紧方向上的相对旋转将所述螺母体与所述圆柱体锁紧。所述定向联接机构可包括多个凹陷、容纳在所述凹陷内的多个滚动构件，以及用于将所述滚动构件保持在所述凹陷中的保持设备。一种将所述锁紧螺母安装在所述圆柱体上的方法，其包括：使所述螺母接合表面与圆柱体接合表面接合；将所述滚动构件插入在所述凹陷中；使所述螺母体与所述圆柱体螺纹连接以便将所述锁紧螺母安装在所述圆柱体上；以及使所述保持设备与所述螺母体连接以便将所述滚动构件保持在所述凹陷内。
【专利说明】
具有定向联接机构的锁紧螺母
技术领域
[0001]本公开涉及螺纹连接，并且更具体地说，涉及具有定向联接机构的螺纹连接部件。
【背景技术】
[0002]两个部件之间的螺纹连接可由两个部件上互补的螺纹表面提供。在许多螺纹连接中，两个部件中的一个上的外螺纹被配置来与两个部件中的另一个上的内螺纹接合以便可释放地连接两个部件。此类螺纹连接通常可被称作公/母螺纹连接，其中具有外螺纹的部件可被称作公部件并且具有内螺纹的部分可被称作母部件。包括公/母螺纹连接的螺纹连接容易由于各种原因松开，所述原因包括振动和人为失误(其中螺纹连接被错误地松开)。
【附图说明】
[0003]现将参考附图来描述本发明的实施方案，其中:
[0004]图1是锁紧螺母的示例性实施方案中的示例性螺母体的示图。
[0005]图2是图1中描绘的示例性螺母体的示图，其中示例性滚动构件插入在凹陷中。
[0006]图3是图1中描绘的示例性螺母体中的凹陷的单独示图，其中示例性滚动构件插入在凹陷中。
[0007]图4是图1中描绘的示例性螺母体的示图，其中示例性滚动构件插入在凹陷中，并且示例性保持环安装在示例性螺母体中的保持环凹槽内。
[0008]图5是沿着图4中的线5-5截取的图4中描绘的锁紧螺母的示例性部件的横截面示图。
[0009]图6是图5的横截面示图的侧视图。
[0010]图7是图1中描绘的示例性螺母体的示意示图，其中示例性滚动构件插入在凹陷中，其描绘示例性螺母体相对于示例性螺母体可安装在其上的圆柱体向左和向右的旋转效果O
[0011]图8是安装在轴上的图1中描绘的示例性螺母体的示图，其中示例性滚动构件插入在凹陷中，其描绘示例性螺母体相对于轴向左和向右的旋转效果。
[0012]图9是示出为与钻柱相连接的示例性旋转导向钻井装置的示图。
[0013]图10是示出为与钻柱断开连接的图9中描绘的示例性旋转导向钻井装置的示意纵切面组装图。
【具体实施方式】
[0014]本文件中对于取向、操作参数、范围、范围下限以及范围上限的参考并非旨在对本发明的范围规定严格的界限，但应解释为意味着“近似”或“大约”或“大体上”在本文件的教义范围内，除非另有明确说明。
[0015]本公开涉及螺纹连接部件。更具体地说，本公开涉及用于安装在圆柱体上以便在锁紧螺母与圆柱体之间提供螺纹连接的锁紧螺母。
[0016]圆柱体可包括任何圆柱部分，作为非限制性实例，所述圆柱部分包括轴、心轴、螺栓、双头螺栓、连杆、螺杆或任何其他圆柱形物体。圆柱体可以是实心的或者可限定完全或部分地延伸穿过圆柱体的圆柱孔。
[0017]在一些特定实施方案中，圆柱体可包括限定延伸穿过轴的轴孔的轴。
[0018]圆柱体包括用于接合锁紧螺母的圆柱体接合表面。圆柱体接合表面可以是圆柱体的外表面或圆柱体的内表面。圆柱体接合表面包括提供圆柱体螺纹的有螺纹圆柱体部段。圆柱体螺纹可以是外螺纹或内螺纹。
[0019]圆柱体螺纹可以任何合适方式设置在有螺纹圆柱体部段中。作为非限制性实例，圆柱体螺纹可限定在圆柱体接合表面中。
[0020]在一些实施方案中，有螺纹圆柱体部段可包括圆柱体接合表面的全部或大体全部。在一些实施方案中，有螺纹圆柱体部段可包括圆柱体接合表面的一部分，使得圆柱体接合表面包括有螺纹圆柱体部段和无螺纹圆柱体部段。
[0021]可单独使用或者在任何合适的装置中使用锁紧螺母与圆柱体之间的螺纹连接。
[0022]在一些实施方案中，在其中使用螺纹连接的装置可被配置来插入在钻孔内。在一些实施方案中，在其中使用螺纹连接的装置可以是用于钻钻孔的装置。在一些实施方案中，在其中使用螺纹连接的装置可以是钻井马达。在一些实施方案中，在其中使用螺纹连接的装置可以是旋转导向钻井装置。
[0023]锁紧螺母包括用于接合圆柱体接合表面的螺母接合表面。螺母接合表面可以是锁紧螺母的外表面或者锁紧螺母的内表面。锁紧螺母被配置成使得螺母接合表面可与圆柱体接合表面接合。螺母接合表面包括提供螺母螺纹的有螺纹螺母部段。螺母螺纹可以是外螺纹或内螺纹。锁紧螺母被配置成使得有螺纹螺母部段可与有螺纹圆柱体部段螺纹连接。
[0024]螺母螺纹可以任何合适方式设置在有螺纹螺母部段中。作为非限制性实例，螺母螺纹可限定在螺母接合表面中。
[0025]在一些实施方案中，锁紧螺母可包括螺母体。
[0026]在一些实施方案中，螺母体可具有第一螺母端和第二螺母端。在一些实施方案中，螺母接合表面可沿着螺母体的第一螺母端与第二螺母端之间的全距离延伸。在一些实施方案中，螺母接合表面可沿着螺母体的第一螺母端与第二螺母端之间的距离的部分延伸。
[0027]在一些实施方案中，螺母体可具有用于与用于使螺母体相对于圆柱体旋转的合适工具接合的螺母转矩表面。取决于螺母体的配置，螺母转矩表面可以是外螺母表面或内螺母表面。
[0028]螺母转矩表面可包括任何合适形状的表面。在一些实施方案中，螺母转矩表面可以是多边形表面，诸如五边形或六边形表面。在一些实施方案中，螺母转矩表面可以是可与管子扳手或其他合适工具接合的圆形表面。
[0029]在一些实施方案中，螺母体可以是实心的。在一些此类实施方案中，螺母接合表面可包括外螺母表面，使得有螺纹螺母部段可包括外螺母螺纹。
[0030]在一些实施方案中，螺母体可限定螺母孔，使得螺母体具有围绕螺母孔的内螺母表面。在一些此类实施方案中，螺母接合表面可包括内螺母表面，使得有螺纹螺母部段可包括内螺母螺纹。在一些此类实施方案中，螺母接合表面可包括外螺母表面，使得有螺纹螺母部段可包括外螺母螺纹。
[0031]在一些实施方案中，有螺纹螺母体部段可包括螺母接合表面的全部或大体全部。在一些实施方案中，有螺纹螺母部段可包括螺母接合表面的一部分，使得螺母接合表面包括有螺纹螺母部段和无螺纹螺母部段。
[0032]锁紧螺母的有螺纹螺母部段与圆柱体的有螺纹圆柱体部段螺纹连接，以便在圆柱体与锁紧螺母之间提供螺纹连接，从而将锁紧螺母安装在圆柱体上。
[0033]锁紧螺母包括用于防止或减少有螺纹圆柱体部段与有螺纹螺母部段之间的螺纹连接松开的锁紧机构。
[0034]在一些实施方案中，锁紧机构可包括定向联接机构，其中定向联接机构是一个设备，当锁紧螺母安装在圆柱体上时，所述设备能够响应于螺母体与圆柱体之间在锁紧方向上的相对旋转将螺母体与圆柱体锁紧，并且当锁紧螺母安装在圆柱体上时，容许螺母体与圆柱体之间在与锁紧方向相反的旋转方向上的相对旋转。
[0035]定向联接机构可包括能够提供相对旋转的锁紧方向和相对旋转的旋转方向的任何合适的设备。在一些实施方案中，定向联接机构可包括单向轴承、斜撑离合器、自由回转机构或者类似设备。
[0036]在一些实施方案中，定向联接机构可与螺母体连接、成一体或以其他方式相关联。在此类实施方案中，定向联接机构可以任何合适的方式与螺母体连接、成一体或以其他方式相关联。在一些特定实施方案中，定向联接机构可与螺母体连接。在一些特定实施方案中，定向联接机构的部件中的一些或全部可与螺母体成一体。
[0037]在一些实施方案中，定向联接机构可包括围绕螺母接合表面的圆周间隔开的多个滚动构件，其中当锁紧螺母安装在圆柱体上时，滚动构件响应于螺母体与圆柱体之间在锁紧方向上的相对旋转将螺母体与圆柱体锁紧，并且当锁紧螺母安装在圆柱体上时，容许螺母体与圆柱体之间在旋转方向上的相对旋转。
[0038]滚动构件可包括具有允许滚动构件滚动或围绕轴线旋转的滚动表面的任何合适的结构，所述轴线大体垂直于螺母体与圆柱体之间的相对旋转的平面。
[0039]滚动构件的滚动表面可包括任何合适的形状。在一些实施方案中，滚动构件的滚动表面可以是圆形滚动表面，使得滚动表面具有相对于其旋转中心的恒定半径。在此类实施方案中，滚动构件可包括球面滚子、圆柱滚子、圆锥滚子、滚柱、滚针或者一些其他合适的滚动元件。
[0040]在一些实施方案中，滚动构件的滚动表面可以是成形滚动表面，使得滚动表面具有相对于其旋转中心的可变半径。在此类实施方案中，滚动构件可以是或可用作凸轮、止轮垫、棘爪或者类似结构以便提供锁紧功能。
[0041]滚动构件可包括任何合适的形状。在一些实施方案中，滚动构件可包括具有圆形滚动表面的球面滚子。在一些实施方案中，滚动构件可包括具有圆形滚动表面的圆柱滚子。在一些实施方案中，滚动构件可以是具有成形滚动表面的大致球面滚子。在一些实施方案中，滚动构件可以是具有成形滚动表面的大致圆柱滚子。
[0042]多个滚动构件可包括任何数量的滚动构件。滚动构件可以任何合适的配置围绕螺母接合表面的圆周布置。在一些实施方案中，多个滚动构件可围绕螺母接合表面的圆周大体均勾地间隔开。
[0043]在一些实施方案中，定向联接机构还可包括用于容纳多个滚动构件的一个或多个凹陷。在此类实施方案中，一个或多个凹陷可与锁紧螺母或圆柱体相关联。在一些此类实施方案中，一个或多个凹陷可限定在圆柱体接合表面中。在一些此类实施方案中，一个或多个凹陷可限定在螺母接合表面中。
[0044]在一些实施方案中，当锁紧螺母安装在圆柱体上时，滚动构件可插入在螺母接合表面与圆柱体接合表面之间，使得滚动构件与螺母接合表面和/或圆柱体接合表面相互作用以便将螺母体与圆柱体锁紧。在一些此类实施方案中，滚动构件可容纳在一个或多个凹陷中。
[0045]在一些实施方案中，具有成形滚动表面的滚动构件可与螺母接合表面和/或圆柱体接合表面相互作用以便将螺母体与圆柱体锁紧。
[0046]在定向联接机构包括一个或多个凹陷的一些实施方案中，一个或多个凹陷可包括多个成形凹陷，并且滚动构件可与成形凹陷相互作用以便将螺母体与圆柱体锁紧。在一些此类实施方案中，滚动构件可包括圆形滚动表面。
[0047]在一些此类实施方案中，成形凹陷可包括限定在螺母接合表面中的楔形凹陷。楔形凹陷可以任何合适的方式配置。
[0048]在一些实施方案中，楔形凹陷可在凹陷的深凹陷端处具有位于螺母接合表面内的深凹陷深度。在一些实施方案中，楔形凹陷可在凹陷的浅凹陷端处具有位于螺母接合表面内的浅凹陷深度。楔形凹陷的端部围绕螺母接合表面的圆圆周向地间隔开。
[0049]楔形凹陷可在深凹陷端与浅凹陷端之间具有凹陷表面，使得凹陷深度在深凹陷端处的深凹陷深度与浅凹陷端处的浅凹陷深度之间变化。在一些实施方案中，凹陷表面可限定在螺母接合表面中。在一些实施方案中，凹陷表面可以是倾斜凹陷表面，使得沿着在深凹陷端与浅凹陷端之间延伸的凹陷长度提供凹陷深度中的渐变。
[0050]在一些特定实施方案中，定向联接机构可包括多个滚动构件以及围绕螺母接合表面的圆周布置的多个楔形凹陷，其中多个滚动构件容纳在多个凹陷内，使得滚动构件围绕螺母接合表面的圆周间隔开。多个滚动构件和多个凹陷中的一些或全部可同样配置，或者多个滚动构件和多个凹陷可具有多个配置。
[0051]多个楔形凹陷可包括任何数量的凹陷。凹陷可以任何合适的配置围绕螺母接合表面的圆周布置。在一些实施方案中，多个凹陷可围绕螺母接合表面的圆周大体均匀地间隔开。
[0052]滚动构件可布置在其对应凹陷中，使得其能够在凹陷内沿着凹陷长度、在深凹陷端与朝向浅凹陷端的位置之间滚动有限的距离。
[0053]在定向联接机构包括多个滚动构件和多个凹陷的一些实施方案中，滚动构件可容纳在每个凹陷内。在一些实施方案中，仅一些凹陷可容纳滚动构件。
[0054]具有圆形滚动表面的滚动构件具有由滚动构件的滚动表面限定的滚动直径。楔形凹陷的深凹陷深度和浅凹陷深度以及其对应滚动构件的滚动直径被选择，使得滚动构件可在深凹陷端处装配在楔形凹陷内，并且可在凹陷变得太浅而使得滚动构件不能继续朝向浅凹陷端滚动之前朝向浅凹陷端滚动一部分距离，从而致使滚动构件约束在楔形凹陷内，以便抵抗进一步朝向浅凹陷端滚动并且提供锁紧功能。因此，滚动构件的滚动直径大于其对应凹陷的浅凹陷深度。
[0055]具有成形滚动表面的滚动构件具有由滚动构件的滚动表面限定的最小滚动直径和最大滚动直径。凹陷的深度以及具有成形滚动表面的对应滚动构件的滚动直径被选择，使得滚动构件的最小滚动直径可装配在凹陷内并且滚动构件的最大滚动直径不能装配在凹陷内。因此，具有成形滚动表面的滚动构件的最大滚动直径大于其对应凹陷的深度。
[0056]滚动构件可由能够与螺母接合表面和/或圆柱体接合表面相互作用以便将螺母体与圆柱体锁紧的任何材料或材料组合构成。
[0057]在一些实施方案中，有螺纹螺母部段可沿着螺母接合表面从螺母体的第一螺母端朝向第二螺母端延伸。在一些实施方案中，有螺纹螺母部段可在螺母孔内延伸到第二螺母端延伸。在一些实施方案中，有螺纹螺母部段可沿着螺母接合表面终止在第一螺母端与第二螺母端之间，使得螺母接合表面包括有螺纹螺母部段和无螺纹螺母部段。在一些实施方案中，无螺纹螺母部段可沿着螺母接合表面从螺母体的第二螺母端朝向第一螺母端延伸，并且可沿着螺母接合表面终止在无螺纹螺母部段与有螺纹螺母部段汇合处。
[0058]在一些实施方案中，锁紧机构可位于有螺纹螺母部段内或者以其他方式与有螺纹螺母部段相关联。在一些实施方案中，锁紧机构可位于无螺纹螺母部段内或者以其他方式与无螺纹螺母部段相关联。
[0059]在锁紧机构包括具有一个或多个凹陷的定向联接机构的一些实施方案中，一个或多个凹陷可位于无螺纹螺母部段内或者以其他方式与无螺纹螺母部段相关联和/或可位于或邻近螺母体的第二端。在一些实施方案中，可从第二螺母端接近一个或多个凹陷。在一些实施方案中，一个或多个凹陷可邻近第二螺母端。在一些实施方案中，滚动构件可从第二螺母端插入凹陷中，并且可在螺母接合表面与圆柱体接合表面接合时从第二螺母端从凹陷移除。
[0060]在一些实施方案中，滚动构件可包括滚动构件工具表面，所述滚动构件工具表面用于与工具接合以促进将滚动构件从锁紧螺母和/或滚动构件的对应凹陷移除。滚动构件工具表面可包括适于与选择的工具接合的任何表面。在一些实施方案中，滚动构件工具表面可包括限定在滚动构件内的孔，当滚动构件容纳在其对应凹陷内时，可从第二螺母端接近所述滚动构件。在一些实施方案中，孔可以是有螺纹的以促进滚动构件与螺纹工具的接入口 ο
[0061]在一些实施方案中，滚动构件可由磁性材料或可吸引磁铁的材料构成，以便促进使用具有合适磁特性的工具将滚动构件从锁紧螺母和/或滚动构件的对应凹陷移除。
[0062]在螺母接合表面包括无螺纹螺母部段的一些实施方案中，一个或多个凹陷可限定在无螺纹螺母部段中。在一些此类实施方案中，一个或多个凹陷可限定在无螺纹螺母部段中、邻近第二螺母端。
[0063]在一些实施方案中，锁紧螺母可包括保持设备，所述保持设备用于在圆柱体接收在螺母孔内时将一个或多个滚动构件保持在锁紧螺母和/或一个或多个凹陷内。保持设备可包括任何合适的结构或设备。在一些实施方案中，保持设备可选择性地与螺母体连接。在一些实施方案中，当螺母接合表面与圆柱体接合表面接合时，保持设备可与螺母体断开连接。
[0064]在一些实施方案中，保持设备可包括保持环。在一些实施方案中，保持环可被配置来围绕螺母接合表面的圆周延伸。
[0065]在一些实施方案中，保持环可与螺母体的第二螺母端相关联。在一些实施方案中，可从第二螺母端接近保持环。在一些实施方案中，保持环可邻近第二螺母端。
[0066]在一些实施方案中，保持设备还可包括由螺母体限定的保持环凹槽，以用于选择性地使保持环与螺母体连接。在一些实施方案中，保持环凹槽可与螺母体的第二螺母端相关联。在一些实施方案中，保持环凹槽可邻近第二螺母端。在一些实施方案中，保持环凹槽可允许保持环从第二螺母端插入保持环凹槽内，并且允许在螺母接合表面与圆柱体接合表面接合时从第二螺母端从保持环凹槽移除保持环。
[0067]取决于锁紧机构的取向和配置，锁紧螺母可被配置来抵抗锁紧螺母相对于圆柱体向左旋转，或者锁紧螺母可被配置来抵抗锁紧螺母相对于圆柱体向右旋转。
[0068]在锁紧机构包括具有多个滚动构件的定向联接机构的一些实施方案中，对锁紧螺母相对于圆柱体的旋转的抵抗可通过滚动构件与螺母接合表面和/或圆柱体接合表面之间的相互作用提供。
[0069]在锁紧机构包括具有多个滚动构件和多个凹陷的定向联接机构的一些实施方案中，对锁紧螺母相对于圆柱体的旋转的抵抗可通过滚动构件与对应凹陷的凹陷表面和/或圆柱体接合表面之间的相互作用提供。在一个方向上的相对旋转将致使滚动构件沿着圆柱体接合表面朝向其对应凹陷的深凹陷端滚动，而在相反方向上的相对旋转将致使滚动构件沿着圆柱体接合表面朝向其对应凹陷的浅凹陷端滚动。
[0070]如果凹陷被取向并且配置成使得，当锁紧螺母安装在圆柱体上时，滚动构件通过锁紧螺母相对圆柱体向左的旋转被推向浅凹陷端，那么锁紧螺母相对圆柱体向左的旋转将被锁紧螺母抵抗，因为滚动构件在圆柱体接合表面与凹陷表面之间被楔住。
[0071]如果凹陷被取向并且配置成使得，当锁紧螺母安装在圆柱体上时，滚动构件通过锁紧螺母相对圆柱体向右的旋转被推向浅凹陷端，那么锁紧螺母相对圆柱体向右的旋转将被锁紧螺母抵抗，因为滚动构件在圆柱体接合表面与凹陷表面之间被楔住。
[0072]图1-7描绘锁紧螺母的示例性实施方案。图8描绘安装在圆柱体的实施方案上的图1-7中描绘的锁紧螺母的示例性实施方案。图9-10描绘在其中可使用锁紧螺母的示例性旋转导向钻井装置。
[0073]作为非限制性实例，锁紧螺母的示例性实施方案可作为预加载系统的部件用在示例性旋转导向钻井装置中，所述预加载系统用于预加载示例性旋转导向钻井装置中包括的止推轴承。作为非限制性实例，锁紧螺母可通过在止推轴承上施加压缩力和/或通过在轴上施加张力用在这种预加载系统中。
[0074]在图1-8中描绘的示例性实施方案中，锁紧螺母可与示例性旋转导向钻井装置的轴形成螺纹连接，以便在轴上施加张力并从而预加载止推轴承。在其他实施方案中，锁紧螺母可与示例性旋转导向钻井装置的壳体形成螺纹连接，以便在止推轴承上施加压缩力。
[0075]锁紧螺母的其他实施方案可提供用于安装在圆柱部分的其他实施方案上，并且可被包括在本公开范围内的其他装置中。
[0076]作为非限制性实例，示例性旋转导向装置(200)可以是美国专利号6，244，361(Comeau等人)和/或美国专利号6,769,499 (Cargi 11等人)中描述的类型的旋转导向钻井装置。
[0077]首先参考图9-10，示例性旋转导向钻井装置(200)包括具有外壳体孔(204)和内壳体孔(206)的壳体(202)。轴(208)延伸穿过壳体孔(206)。轴(208)可相对于壳体(202)旋转。
[0078]在示例性旋转导向装置(200)中，钻头(210)与轴(208)的远端连接，并且钻柱(212)与轴(208)的近端连接。钻柱(212)可包括诸如随钻测量系统的钻柱通信系统(214)。
[0079]在示例性旋转导向钻井装置(200)中，抗旋转设备(216)在邻近壳体(202)近端处与壳体(202)连接或成为一体，并且近钻头稳定器(218)在邻近壳体(202)远端处与壳体(202)连接或成为一体。
[0080]在示例性旋转导向钻井装置(200)中，偏转机构(220)容纳在壳体(202)内，所述偏转机构(220)可被致动来致使轴(208) 一部分在壳体孔(206)内的径向偏转。
[0081]在示例性旋转导向钻井装置(200)中，下部焦点轴承(222)、下部旋转密封组件(224)、上部轴承(226)以及上部旋转密封组件(228)位于壳体孔(206)内，以便在壳体(202)内支撑轴(208)并且提供壳体(202)与轴(208)之间的密封。
[0082]在示例性旋转导向钻井装置(200)中，下部焦点轴承(222)轴向地位于偏转机构(220)与下部旋转密封组件(224)之间。
[0083]偏转机构(220)可包括能够致使轴(208)的部分在壳体孔(206)内的径向偏转的任何结构、设备或装置。轴(208)的部分的径向偏转可导致轴(208)在壳体孔(206)内的弯曲。另外或可替代地，轴(208)的部分的径向偏转可导致轴(208)在壳体孔(206)内的接合，如果轴(208)包括促进此类接合的接头(未示出)。
[0084]在图9-10中描绘的示例性旋转导向钻井装置(200)中，轴(208)的移动由下部焦点轴承(222)调节，所述下部焦点轴承(222)充当轴(208)的支点。因此，轴(208)通过偏转机构(220)的径向偏转致使轴(208)在壳体孔(206)内围绕下部焦点轴承(222)倾斜。
[0085]参考图1-8，描绘锁紧螺母(20)的示例性实施方案以用于提供与圆柱体的螺纹连接。参考图9-10，图8中描绘的圆柱体可以是示例性旋转导向钻井装置(200)中的轴(208)。
[0086]参考图8，轴(208)包括圆柱体接合表面(22)、有螺纹圆柱体部段(24)和无螺纹圆柱体部段(26)。圆柱体接合表面(22)是轴(208)的外表面。因此有螺纹圆柱体部段(14)包括限定在轴(208)的圆柱体接合表面(22)中的外圆柱体螺纹(28)。轴(208)还限定延伸穿过轴(208)的轴孔(30)。在图8中描绘的轴(208)中，无螺纹圆柱体部段(26)相对光滑。
[0087]锁紧螺母(20)不限于与图8中描绘的轴(208)—起使用，并且不限于与图9-10中描绘的示例性旋转导向钻井装置(200)—起使用。
[0088]参考图1，在示例性实施方案中，锁紧螺母(20)包括螺母体(42)。螺母体(42)具有第一螺母端(44)、第二螺母端(46)并且限定沿着第一螺母端(44)与第二螺母端(46)之间的全距离延伸的螺母接合表面(48)。在示例性实施方案中，螺母接合表面(48)是螺母体(42)的围绕螺母孔(50)的内表面。螺母体(42)还具有外螺母表面(52)。
[0089]在示例性实施方案中，外螺母表面(52)限定大致圆形的螺母转矩表面，用于与合适的扳手接合以便使螺母体(42)相对于轴(208)旋转。
[0090]在示例性实施方案中，轴(208)可接收在螺母孔(50)内以便使螺母接合表面(48)与圆柱体接合表面(22)接合。
[0091]在示例性实施方案中，螺母接合表面(48)包括有螺纹螺母部段(60)和无螺纹螺母部段(62)。螺纹螺母部段(60)沿着螺母接合表面(48)从第一螺母端(44)朝向第二螺母端(46)延伸。无螺纹螺母部段(62)沿着螺母接合表面(48)从第二螺母端(46)朝向第一螺母端
(44)延伸。
[0092]有螺纹螺母部段(60)包括内螺母螺纹(64)。在示例性实施方案中，内螺母螺纹
(64)限定在螺母体(42)的螺母接合表面(48)中。在示例性实施方案中，无螺纹螺母部段(62)相对光滑ο
[0093]有螺纹螺母部段(60)可与有螺纹圆柱体部段(24)螺纹连接。
[0094]锁紧螺母(20)包括用于防止或减少有螺纹圆柱体部段与有螺纹螺母部段之间的螺纹连接松开的锁紧机构。在示例性实施方案中，锁紧机构包括定向联接机构。
[0095]在示例性实施方案中，定向联接机构包括在螺母接合表面(48)的圆周间隔开的多个凹陷(70)。在示例性实施方案中，凹陷(70)限定在螺母接合表面(48)中、邻近第二螺母端(46)。因此，在示例性实施方案中，凹陷(70)限定在螺母接合表面(48)的无螺纹螺母部段
(62)中。
[0096]在示例性实施方案中，多个凹陷(70)包括四个大体相同的凹陷(70)。在其他实施方案中，可提供多于或少于四个凹陷(70)。在其他实施方案中，多个凹陷(70)的形状和配置可变化。相对大数量的凹陷(70)可帮助增加锁紧机构的总体锁紧力能力，并且可帮助减少锁紧机构在锁紧方向上阻止锁紧螺母(20)的旋转中的“滑移”、“游隙”和/或“侧隙”。改变凹陷(70)的形状和配置可为锁紧螺母(20)提供多种锁紧特征和/或特性。
[0097]在示例性实施方案中，凹陷(70)围绕螺母接合表面(48)的圆周大体均匀地间隔开。在其他实施方案中，凹陷(70)可围绕螺母接合表面(48)的圆周不均匀地间隔开，和/或可仅围绕螺母接合表面(48)的圆周的一部分间隔开。
[0098]在示例性实施方案中，凹陷(70)是楔形的。凹陷(70)中的每一个在深凹陷端(74)处具有深凹陷深度(72)，在浅凹陷端(78)处具有浅凹陷深度(76)，并且在深凹陷端(74)与浅凹陷端(78)之间具有凹陷表面(80)。深凹陷端(74)与浅凹陷端(78)之间的距离是凹陷长度(82)。在示例性实施方案中，凹陷表面(80)是提供深凹陷端(74)与浅凹陷端(78)之间沿着凹陷长度(82)的渐进的凹陷深度过渡的倾斜凹陷表面(80)。
[0099]参考图3，在示例性实施方案中，浅凹陷深度(76)基本为零，使得凹陷深度沿着凹陷长度(82)从深凹陷端(74)处的最大深度变化到浅凹陷端(78)处的零。
[0100]参考图1-8，在示例性实施方案中，定向联接机构还包括当锁紧螺母(20)安装在轴(208)上时容纳在多个凹陷(70)内的多个滚动构件(90)。
[0101]在示例性实施方案中，滚动构件(90)是具有大体圆形的滚动表面(92)的圆柱滚子，并且凹陷(70)经设定尺寸来容纳圆柱滚子的长度。
[0102]在示例性实施方案中，当锁紧螺母(20)安装在轴(208)上时，滚动构件(90)容纳在多个凹陷(70)中的每一个内。因此，由于示例性实施方案中的定向联接机构包括四个凹陷
(70)，示例性实施方案中的定向联接机构还包括四个滚动构件(90)。在一些其他应用中，如果特定应用不需要锁紧螺母(20)的全锁紧力能力，那么当锁紧螺母(20)安装在轴(208)上时，凹陷(70)中的一些可不具备滚动构件(90)。
[0103]滚动构件(90)中的每一个布置在其对应凹陷(70)内，使得其能够在凹陷(70)内沿着凹陷长度(82)、在深凹陷端(74)与朝向浅凹陷端(74)的位置之间滚动有限的距离。
[0104]滚动构件(90)中的每一个具有由其滚动表面(92)限定的滚动直径(94)。在示例性实施方案中，滚动构件(90)中的每一个的滚动直径(94)大于其对应凹陷(70)的浅凹陷深度
(76)。
[0105]在示例性实施方案中，滚动构件(90)可从第二螺母端(46)插入凹陷(70)中，并且当轴(208)接收在螺母孔(50)内并且螺母接合表面(48)与圆柱体接合表面(22)接合时，可从第二螺母端(46)从凹陷(70)移除。这一特征在示例性实施方案中通过邻近第二螺母端
(46)定位凹陷(70)并且通过在螺母接合表面(48)中限定凹陷(70)来促进。
[0106]在示例性实施方案中，滚动构件(90)中的每一个包括滚动构件工具表面(96)，用于与合适的工具(未示出)接合以促进将滚动构件(90)从其对应凹陷(70)移除。在示例性实施方案中，滚动构件工具表面(90)包括限定在滚动构件(90)中的每一个的端部中的孔，所述孔被配置来在其中接收螺纹杆(未示出)或针头钳(未示出)ο在示例性实施方案中，可从第二螺母端(46)接近滚动构件工具表面(96)来帮助从第二螺母端(46)从凹陷(70)移除滚动构件(90)。
[0107]参考图4-6，在示例性实施方案中，定向联接机构还包括用于当锁紧螺母(20)安装在轴(208)上时将滚动构件(90)保持在凹陷(70)内的保持设备。
[0108]在示例性实施方案中，保持设备包括保持环(100)，所述保持环(100)可选择性地与螺母体(42)连接以便将滚动构件(90)保持在凹陷(70)内。在示例性实施方案中，保持环(100)邻近第二螺母端(46)。在示例性实施方案中，当轴(208)接收在螺母孔(50)内并且螺母接合表面(48)与圆柱体接合表面(22)接合时，保持环可与螺母体(42)断开连接。
[0109]在示例性实施方案中，保持设备还包括由螺母体(42)限定、邻近第二螺母端(46)的保持环凹槽(102)，用于选择性地使保持环(100)与螺母体(42)连接。在示例性实施方案中，保持环凹槽(102)允许保持环(100)插入在保持环凹槽(102)内，并且允许保持环(100)在轴(208)接收于螺母孔(50)内并且螺母接合表面(48)与圆柱体接合表面(22)接合时从保持环凹槽(102)移除。
[0110]锁紧螺母(20)可被配置成使得锁紧螺母(20)相对于轴(208)的向左旋转为锁紧方向，或者可被配置成使得锁紧螺母(20)相对于轴(208)的向右旋转为锁紧方向。
[0111]参考图7-8，在锁紧螺母(20)的示例性实施方案的应用中，其中锁紧螺母(20)安装在示例性旋转导向钻井装置(200)的轴(208)上，锁紧螺母(20)相对于轴(208)的向右旋转可以是锁紧方向(110)，并且锁紧螺母(20)相对于轴(208)的向左旋转可以是旋转方向
[112]，从而避免锁紧螺母(20)与轴(208)之间的螺纹连接在使用示例性旋转导向钻井装置(200)期间无意识松开，其中轴(208)相对于壳体(202)向右旋转。
[0112]因此，参考图3，凹陷(70)可被配置在此类应用中，使得响应于锁紧螺母(20)相对于轴(208)向右旋转，滚动构件(90)朝向其对应凹陷(70)的浅凹陷端(78)滚动，从而致使滚动构件(90)在凹陷表面(80)与轴(208)之间被楔住以便将螺母体(42)与轴(208)锁紧。
[0113]一种将锁紧螺母(20)的示例性实施方案安装在轴(208)上的示例性方法如下:
[0114]1.可使螺母体(42)从第一螺母端(44)经过轴(208)的端部，使得轴(208)接收在螺母孔(50)内并且螺母接合表面(48)与圆柱体接合表面(22)接合；
[0115]2.可使保持环(100)经过轴(208)的端部，使得保持环(100)围绕轴(208)、邻近螺母体(42)的第二螺母端(46);
[0116]3.可从螺母体(42)的第二螺母端(46)将滚动构件(90)插入其对应的凹陷(70)内；
[0117]4.可从第二螺母端(46)将保持环(100)插入保持环凹槽(102)内，以便使保持环
(100)与螺母体(42)可移除地连接，并且从而完成锁紧螺母(20)的组装;并且
[0118]5.可使组装的锁紧螺母(20)相对于轴(208)在旋转方向(112)上旋转，以便在锁紧螺母(20)与轴(208)之间提供螺纹连接，并且从而完成将锁紧螺母(20)安装在轴(208)上。
[0119]锁紧螺母(20)的组装以及锁紧螺母(20)在轴(208)上的安装可遵循不同于上列顺序的顺序。
[0120]一旦锁紧螺母(20)完全组装在轴(208)上，锁紧螺母(20)相对于轴(208)在旋转方向(I12)上的旋转就将由滚动构件(90)及其对应凹陷(70)提供的定向联接机构调整，从而使锁紧螺母(20)与轴(208)之间的螺纹连接能够制成。
[0121]一旦锁紧螺母(20)完全组装并且安装在轴(208)上，锁紧螺母(20)相对于轴在锁紧方向(110)上的旋转就将由滚动构件(90)及其对应凹陷(70)提供的定向联接机构抵抗。
[0122]一种将锁紧螺母(20)的示例性实施方案从轴(208)卸载的示例性方法如下:
[0123]1.可从第二螺母端(46)将保持环(100)从保持环凹槽(102)移除，以便将保持环
(100)与螺母体(42)断开连接；
[0124]2.可通过将滚动构件工具表面(96)与合适的工具接合，从螺母体(42)的第二螺母端(46)将滚动构件(90)从其对应凹陷(70)移除；
[0125]3.可使螺母体(42)相对于轴(208)在锁紧方向(110)上旋转，以便断开锁紧螺母
(20)与轴(208)之间的螺纹连接。
[0126]4.可将保持环(100)从轴(208)的端部移除;并且
[0127]5.可将螺母体(42)从轴(208)的端部移除。
[0128]锁紧螺母(20)的拆卸以及锁紧螺母(20)从轴(208)的卸载可遵循不同于上列顺序的顺序，只要在尝试使螺母体(42)相对于轴(208)在锁紧方向(110)上旋转之前，将滚动构件(90)从其对应凹陷(70)移除。
[0129]在此文件中，词语“包括”以其非限制性的含义使用以便意指紧接着所述词语的项目被包括，但是没有明确提及的项目并不被排除。通过不定冠词“一个”表示的元件并不排除超过一个所述元件存在的可能性，除非上下文清楚地要求存在一个所述元件并且仅存在一个所述元件。
【主权项】
1.一种用于安装在圆柱体上的锁紧螺母，其中所述圆柱体包括圆柱体接合表面，所述圆柱体接合表面包括有螺纹圆柱体部段，所述锁紧螺母包括: (a)螺母体，其具有第一螺母端、第二螺母端并且限定在所述第一螺母端与所述第二螺母端之间延伸的螺母接合表面，其中所述螺母接合表面可与所述圆柱体接合表面接合； (b)所述螺母接合表面包括有螺纹螺母部段，其中所述有螺纹螺母部段可与所述有螺纹圆柱体部段螺纹连接;以及 (c)与所述螺母体相关联的定向联接机构，所述定向联接机构用于在所述锁紧螺母安装在所述圆柱体上时，响应于所述螺母体与所述圆柱体之间在锁紧方向上的相对旋转将所述螺母体与所述圆柱体锁紧。2.如权利要求1所述的锁紧螺母，其中所述定向联接机构包括围绕所述螺母接合表面的圆周间隔开的多个滚动构件，其中当所述锁紧螺母安装在所述圆柱体上时，所述滚动构件响应于所述螺母体与所述圆柱体之间在所述锁紧方向上的相对旋转将所述螺母体与所述圆柱体锁紧。3.如权利要求2所述的锁紧螺母，其中当所述锁紧螺母安装在所述圆柱体上时，所述滚动构件插入在所述螺母接合表面与所述圆柱体接合表面之间。4.如权利要求3所述的锁紧螺母，其中所述定向联接机构还包括限定在所述螺母接合表面中并且围绕所述螺母接合表面的所述圆周间隔开的多个凹陷，并且其中所述多个滚动构件容纳在所述多个凹陷内，使得所述滚动构件围绕所述螺母接合表面的所述圆周间隔开。5.如权利要求3所述的锁紧螺母，其中所述凹陷是楔形凹陷，其中所述凹陷中的每一个在深凹陷端处具有深凹陷深度，在浅凹陷端处具有浅凹陷深度，并且在所述深凹陷端与所述浅凹陷端之间具有凹陷表面，其中所述滚动构件中的每一个具有滚动直径，并且其中所述滚动直径大于所述浅凹陷深度。6.如权利要求5所述的锁紧螺母，其中所述滚动构件中的每一个包括圆形滚动表面。7.如权利要求4至6中任一项所述的锁紧螺母，其中所述滚动构件可从所述第二螺母端插入所述凹陷中，并且可在所述螺母接合表面与所述圆柱体接合表面接合时从所述第二螺母端从所述凹陷移除。8.如权利要求4至7中任一项所述的锁紧螺母，其还包括保持设备，所述保持设备用于在所述锁紧螺母安装在所述圆柱体上时将所述滚动构件保持在所述凹陷内。9.如权利要求8所述的锁紧螺母，其中所述保持设备包括保持环，其中所述保持环可选择性地与所述螺母体连接以便将所述滚动构件保持在所述凹陷内，并且其中当所述螺母接合表面与所述圆柱体接合表面接合时，所述保持环可与所述螺母体断开连接。10.如权利要求9所述的锁紧螺母，其中所述保持设备还包括由所述螺母体限定、邻近所述第二螺母端的保持环凹槽，所述保持环凹槽用于选择性地使所述保持环与所述螺母体连接，并且其中所述保持环凹槽允许所述保持环从所述第二螺母端插入所述保持环凹槽内，并且允许所述保持环在所述螺母接合表面与所述圆柱体接合表面接合时从所述第二螺母端从所述保持环凹槽移除。11.如权利要求4至10中任一项所述的锁紧螺母，其中所述凹陷邻近所述第二螺母端定位。12.如权利要求11所述的锁紧螺母，其中所述有螺纹螺母部段沿着所述螺母接合表面从所述第一螺母端朝向所述第二螺母端延伸。13.如权利要求11至12中任一项所述的锁紧螺母，其中所述螺母接合表面包括无螺纹螺母部段，并且其中所述凹陷限定在所述无螺纹螺母部段中。14.如权利要求13所述的锁紧螺母，其中所述无螺纹螺母部段沿着所述螺母接合表面从所述第二螺母端朝向所述第一螺母端延伸。15.如权利要求6至14中任一项所述的锁紧螺母，其中所述滚动构件是圆柱滚子。16.如权利要求4至15中任一项所述的锁紧螺母，其中所述滚动构件中的每一个包括可从所述第二螺母端接近的滚动构件工具表面，所述滚动构件工具表面用于与工具接合以促进将所述滚动构件从所述凹陷移除。17.如权利要求4至16中任一项所述的锁紧螺母，其中所述凹陷围绕所述螺母接合表面的所述圆周均匀地间隔开。18.如权利要求5至17中任一项所述的锁紧螺母，其中所述凹陷表面中的每一个是倾斜凹陷表面。19.如权利要求1至18中任一项所述的锁紧螺母，其中所述圆柱体是轴。20.如权利要求19所述的锁紧螺母，其中所述轴限定延伸穿过所述轴的轴孔。21.如权利要求19至20中任一项所述的锁紧螺母，其中所述轴是用于钻钻孔的装置的部件。22.如权利要求19至21中任一项所述的锁紧螺母，其中所述轴是旋转导向钻井装置的部件。23.如权利要求1至23中任一项所述的锁紧螺母，其中所述螺母体限定螺母孔，并且其中所述螺母接合表面包括所述螺母孔。24.—种将锁紧螺母安装在圆柱体上的方法，其中所述圆柱体包括圆柱体接合表面，所述圆柱体接合表面包括有螺纹圆柱体部段，所述方法包括: (a)提供锁紧螺母，其中所述锁紧螺母包括: (i)螺母体，其具有第一螺母端、第二螺母端并且限定在所述第一螺母端与所述第二螺母端之间延伸的螺母接合表面，其中所述螺母接合表面包括有螺纹螺母部段;以及 (ii)与所述螺母体相关联的定向联接机构，其中所述定向联接机构包括围绕所述螺母接合表面的圆周间隔开的多个凹陷； (b)使所述螺母接合表面与所述圆柱体接合表面接合； (c)将多个滚动构件插入到所述凹陷中；以及 (d)使所述有螺纹螺母部段与所述有螺纹圆柱体部段螺纹连接，以便将所述锁紧螺母安装在所述圆柱体上。25.如权利要求24所述的方法，其中所述锁紧螺母还包括保持设备，所述保持设备用于在所述锁紧螺母安装在所述圆柱体上时将所述滚动构件保持在所述凹陷内，所述方法还包括使所述保持设备与所述螺母体连接以便将所述滚动构件保持在所述凹陷内。26.如权利要求25所述的方法，其中所述保持设备包括保持环和由所述螺母体限定的保持环凹槽，并且其中使所述保持设备与所述螺母体连接包括将所述保持环插入所述保持环凹槽内。27.如权利要求26所述的方法，其中所述凹陷邻近所述第二螺母端定位，并且其中所述保持环凹槽由所述螺母体限定、邻近所述第二螺母端，所述方法还包括当所述圆柱体接收在所述螺母孔内时，将所述滚动构件从所述第二螺母端插入到所述凹陷中，并且所述方法还包括当所述圆柱体接收在所述螺母孔内时，将所述保持环从所述第二螺母端插入所述保持环凹槽内。28.如权利要求26至27中任一项所述的方法，其中所述凹陷邻近所述第二螺母端定位，并且其中所述保持环凹槽由所述螺母体限定、邻近所述第二螺母端，所述方法还包括当所述圆柱体接收在所述螺母孔内时，将所述保持环从所述第二螺母端从所述保持环凹槽移除，并且所述方法还包括当所述圆柱体接收在所述螺母孔内时，将所述滚动构件从所述第二螺母端从所述凹陷移除。29.如权利要求24至28中任一项所述的方法，其中所述凹陷是楔形凹陷，其中所述凹陷中的每一个在深凹陷端处具有深凹陷深度，在浅凹陷端处具有浅凹陷深度，并且在所述深凹陷端与所述浅凹陷端之间具有凹陷表面，其中所述滚动构件中的每一个具有滚动直径，并且其中所述滚动直径大于所述浅凹陷深度。30.如权利要求29所述的方法，其中所述滚动构件中的每一个包括圆形滚动表面。31.如权利要求24至30中任一项所述的方法，其中所述螺母体限定螺母孔，并且其中所述螺母接合表面包括所述螺母孔。
【文档编号】F16B39/32GK105829740SQ201480070108
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年1月21日
【发明人】M·A·德米西, A·德席尔瓦
【申请人】哈利伯顿能源服务公司