专利名称：一种新型钻井液压动力钳的制作方法
技术领域：
本发明涉及上卸管柱螺纹的动力钳，特别是钻井工程中用于上卸钻杆螺纹的钻井液压动力钳。
背景技术：
在钻井工程中所用钻杆为大锥度(1∶4或1∶6)、大螺距(4扣/时或5扣/时)螺纹，螺纹的密封性及可靠性，靠钻杆公母扣接头端部贴紧程度来实现，在公母扣接头端部接触紧扣或冲扣松开的瞬间，扭矩最大，在公母扣接头端面接触之前或松开之后，管柱旋转力矩表现为单根钻杆惯性力矩和螺纹摩擦力矩，其值甚小，现有常规钻井大钳，由钳头开口旋转体总成夹持管柱，作圆周转动实现上卸钻杆螺纹，旋转体只能是圆柱体，必须有足够的径向尺寸来满足最大扭矩相应的抗外撑强度要求，不仅钳体很重，由此，还带来以下问题一是旋转体转动需要通过一系列多级减速传动，使液压马达减速增矩；二是旋转体不能直接配置液压元件，其夹持动作必须配备制动机构，使夹持零件相对于旋转体平动；三是旋转体还需要配置扶正机构才能保持定心转动；四是旋转体是开口的，重心偏离回转中心，随着动力钳能力的增加，旋转体质量加大，离心力也增大，为减轻钳体晃动，钳头转速也就必须限制。另外，现有的钻井大钳钳头旋转体采用内曲面滚子爬坡卡紧机构，每变换一种接头尺寸或接头磨损到一定程度都必须更换夹紧零部件，给使用带来不便，如国内Q100型钻井大钳，更换零部件为10kg左右的颚板总成，只能用人力装进或取出。该动力钳最大扭矩100kN·m，最高转速40r/min，总质量2400kg。又如艾克尔制造有限公司的870型钻井大钳，最大扭矩101kN·m，最高转速为33r/min，总质量达3266kg。钻井现场的实际工况是排除动力钳钳头离心力的影响，钻杆转速可显著提高，且质量越小的钻杆，转速应更快，以提高工效。
综上所述，现有技术的钻井大钳的不足之处一是转速慢，无论钻杆质量大小，最高转速相同，妨碍提高工效；二是变换卡紧管径必须更换零件，给使用带来不便；三是钳体太重，使搬运和操作不够灵活；四是钳体零件多，结构复杂，生产成本高。
本发明的目的就是要克服现有技术的不足之处，推出一种新型钻井液压动力钳，使其转速快，特别是钻杆质量越小，转速越快，变换管径不更换零件，结构简单，零部件少，重量轻，生产成本低。
发明内容
本发明的技术方案是一种新型钻井液压动力钳，由冲扣主钳、冲扣背钳、冲扣油缸、旋扣器、悬吊装置及液压控制系统组成，旋扣器又由摩擦轮夹紧机构及进退油缸组成，悬吊装置又由弓形悬吊杆、接杆、调节杆组成，冲扣主钳、冲扣背钳钳头为相同的行星爪式卡紧机构，两只冲扣油缸缸体绞接在冲扣背钳钳体两侧，其活塞杆绞接在与冲扣主钳紧固的支承板上，摩擦轮夹紧机构由两只液压马达各带动两只摩擦轮转动，且液压马达与摩擦轮轴心线保持平行，冲扣主钳在实施最大扭矩冲扣或紧扣时，相对与冲扣背钳只转一定角度，而不作圆周旋转，冲扣主钳与冲扣背钳钳头行星爪均由液压动力驱动齿条柱塞油缸中的齿条平动，齿条、双联齿轮、齿轮圈、行星齿轮相啮合带动其转动，使行星爪初始夹紧或松开管柱，当初始夹紧管柱后，再由冲扣油缸驱动冲扣主钳相对冲扣背钳转动一定角度，对钻杆螺纹实施冲扣或紧扣，并实现正反向连续卡紧任意管径不换件。冲扣主钳与冲扣背钳之间由弹性支承圈支承和对中。旋扣器直接安装在冲扣主钳盖板开口两侧，其摩擦轮夹紧机构下部有导向槽与固定在冲扣主钳上的导轨相配，旋扣器中的进退油缸为双活塞缸，其活塞两端的受压面积相等，使其怠速时在系统背压下不发生位移，且工作中活塞、活塞杆与缸体对中性好。悬吊装置的弓形悬吊杆安装在冲扣背钳尾部，其悬吊端在接杆与弓形悬吊杆之间联接有正反螺纹的调节杆，用来调整动力钳悬吊重心，使动力钳保持平行。安装液压控制元件的平台，后端固定在弓形悬吊杆上，前端与钳体两侧的扶手栏杆相联，扶手栏杆的另一端固定在冲扣背钳上。
图1为本发明一种新型钻井液压动力钳示意主视图；图2为图1的俯视图；图3为本发明一种新型钻井液压动力钳旋扣器的单面示意图；图4为本发明冲扣主钳、冲扣背钳钳头卡紧机构示意图；图5为本发明一种新型钻井液压动力钳液压控制系统原理图。
具体实施例方式
如图1、2所示，一种新型钻井液压动力钳由冲扣主钳1、冲扣背钳3、冲扣油缸A17、B21、旋扣器、悬吊装置、弹性支承圈9、平台16及液压控制系统组成，其中旋扣器又由摩擦轮夹紧机构A14、B18、进退油缸A13、B19组成；悬吊装置又由弓形悬吊杆10、接杆5及调节杆6组成。冲扣主钳1安装在冲扣背钳3之上，由弹性支承圈9支承和对中，冲扣油缸A17、B21的缸体绞接在冲扣背钳3钳体两侧，其活塞杆A7、B15分别绞接在与冲扣主钳1紧固于一体的支承板A4、B12上，旋扣器安装在冲扣主钳盖板8上，处于钳头回转中心坐标的Y-Y轴线上，摩擦轮夹紧机构中两只液压马达各带动两只摩擦轮转动，且液压马达与摩擦轮轴心线保持平行，悬吊装置通过弓形悬吊杆10固定在冲扣背钳3尾部，安装部分液压系统控制元件的平台16固定在弓形悬吊杆10上，并与扶手栏杆A11、B12相连，扶手栏杆另一端固定在冲扣背钳3上，因冲扣主钳1及冲扣背钳3钳体为非圆柱体，其受力断面尺寸由等强度设计确定，使其保证承载能力下重量很轻。
如图3所示，旋扣器由相同两部分组成，其单面旋扣器由摩擦轮夹紧机构A14及进退油缸A13组成，进退油缸固定在冲扣主钳盖板上，摩擦轮夹紧机构A14下部有导向槽与导轨23相配，导轨23固定在冲扣主钳盖板上，由进退油缸A13带动摩擦轮夹紧机构A14沿导轨进退，实施对管柱夹紧或松开，摩擦轮夹紧机构上部装有液压马达24，液压马达转动通过齿轮带动摩擦轮2旋转，对管柱实施正、反向旋扣，进退油缸为双活塞杆缸，其活塞22两端受压面相同，使其怠速时在系统背压下不发生位移，且工作中活塞、活塞杆与缸体对中性好。在相同系统压力下，液压马达旋转力矩与进退油缸推力成一定比例关系，保证摩擦轮夹紧管径不打滑。
如图4所示，行星爪式卡紧机构，由行星爪25、芯轴26、行星齿轮27、齿轮圈28、齿条柱塞油缸29及双联齿轮30组成，芯轴26固定在冲扣主钳及冲扣背钳钳体上，带外曲牙板的行星爪25与行星齿轮27通过花键轴套紧固于一体，可围绕芯轴26转动，在液力驱动齿条柱塞平动时，齿条、双联齿轮30、齿轮圈28、行星齿轮27相啮合，带动各行星爪转动，使行星爪的外曲牙板接触或撤离管柱，当外曲牙板接触管柱后，冲扣油缸驱动冲扣主钳相对冲扣背钳转动一定角度，行星爪继续卡紧管柱冲扣或紧扣，并使任意管径表面的旋转切向力与夹紧径向力之间保持设计规定的比例关系(即切径比)，保证夹紧管柱不打滑，也不夹紧过度，夹紧管子所产生的张力由冲扣主钳、冲扣背钳钳体承受。
如图5所示，液压控制系统由液压控制元件及执行元件两大部分组成，液压控制元件有主控多路阀31、双向锁紧阀A32、B33、溢流阀34、压力表35、分配阀A36、分配阀B37；执行元件为冲扣油缸A17、B21、液压马达24、齿条柱塞油缸29、旋扣器进退油缸A13、B19、机械臂升降油缸39、机械臂平移油缸38。(机械臂为配套器械，不属本发明内容)，由此构成机动灵活、完整统一的液压控制系统。
权利要求
1.一种新型钻井液压动力钳，由冲扣主钳(1)、冲扣背钳(3)、冲扣油缸A(17)、B(21)、旋扣器、悬吊装置及液压控制系统组成，旋扣器又由摩擦轮夹紧机构A(14)、B(18)及进退油缸A(13)、B(19)组成，悬吊装置又由弓形悬吊杆(10)、接杆(5)、调节杆(6)组成，冲扣油缸A(17)、B(21)缸体绞接在冲扣背钳(3)钳体两侧，冲扣油缸活塞杆A(7)、B(15)绞接在与冲扣主钳(1)紧固的支承板A(4)、B(12)上，其特征在于冲扣主钳(1)与冲扣背钳(3)钳头为相同的行星爪式卡紧机构，行星爪(25)由液压动力驱动初始夹紧或松开管柱，冲扣主钳(1)与冲扣背钳(3)之间由弹性支承圈(9)支承和对中，旋扣器直接安装在冲扣主钳盖板(8)开口两侧，其中两只油马达各带动两只摩擦轮转动，且油马达与摩擦轮中心线保持平行，弓形悬吊杆(10)安装在冲扣背钳(3)尾部。
2.如权利要求1所述的一种新型钻井液压动力钳，其特征在于冲扣主钳(1)和冲扣背钳(3)的行星爪式卡紧机构，由齿条柱塞油缸(29)驱动，通过齿条、双联齿轮(30)、齿轮圈(28)、行星齿轮(27)啮合带动行星爪(25)转动初始夹紧或松开管柱。
3.如权利要求1所述的一种新型钻井液压动力钳，其特征在于摩擦轮夹紧机构下部有导轨槽与固定在冲扣主钳盖板上的导轨(23)相配。
4.如权利要求1所述的一种新型钻井液压动力钳，其特征在于进退油缸A(13)、B(19)为双活塞杆缸，其活塞(22)两端受压面积相等。
5.如权利要求1所述的一种新型钻井液压动力钳，其特征在于弓形悬吊杆(10)的悬吊端，在接杆(5)与弓形悬吊杆(10)之间联接有正反螺纹的调节杆(6)。
6.如权利要求1所述的一种新型钻井液压动力钳，其特征在于安装液压控制元件的平台(16)固定在弓形悬吊杆(10)上，并与钳体两侧的扶手栏杆A(11)、B(20)相联，扶手栏杆的另一端固定在冲扣背钳(3)上。
全文摘要
本发明涉及一种新型钻井液压动力钳，由冲扣主钳、冲扣背钳、冲扣油缸、旋扣器、悬吊装置及液压控制系统组成，冲扣主钳处在冲扣背钳之上，之间由弹性支承圈支承和对中，冲扣油缸缸体绞接在冲扣背钳钳体两侧，其活塞杆分别绞接在冲扣主钳上，旋扣器安装在冲扣主钳盖板上，悬吊装置安装在冲扣背钳尾部，冲扣主钳及冲扣背钳钳头为相同的行星爪式卡紧机构，由液压动力驱动初始夹紧或松开管柱，冲扣主钳只相对冲扣背钳旋转一定角度，对钻杆螺纹实施冲扣或紧扣。紧扣前或冲扣后的高速旋扣由旋扣器承担。本发明的实施，使动力钳性能与钻井现场工况更吻合，动力钳结构更简单，钳体更轻便，生产成本更低廉，且显著提高工效。
文档编号E21B19/00GK1920241SQ20051009256
公开日2007年2月28日 申请日期2005年8月24日 优先权日2005年8月24日
发明者付蕾 申请人:付蕾