防喷器的闸板锁紧装置的制作方法

本发明涉及一种在土层或岩石的钻进中用于密封或封隔井眼或井的装置，特别涉及一种防喷器的闸板锁紧装置。

背景技术：

在石油、天然气钻井过程中，地层流体一旦失去控制，就可能发生井涌或井喷失控，必须使用防喷器对其控制，而闸板防喷器是防喷器中必不可少的一种。闸板防喷器一般使用液压油控制，由液缸内的液压油推动活塞、闸板轴和闸板，使闸板向井口中心方向移动直至关闭闸板，达到封井、有效控制井口压力的目的。闸板防喷器封井后，如果需要长时间封井或防止液压失效闸板打开的情况，就必须使用闸板锁紧装置将闸板在其所处位置处锁紧，防止闸板在井内波动的压力下向外运动，保证防喷器封井的稳定性和可靠性。

闸板锁紧装置分为手动锁紧装置和液动锁紧装置。

手动锁紧装置主要包括液压关闭锁紧轴随动结构、花键轴套结构、液压关闭锁紧轴不随动结构3类。现实中最常用的是第一类和第三类，第二类是在第一类的基础上在锁紧轴内部增加了花键套，本质上与第一类相同，但实际使用较少。三类结构的使用特点都是利用人工旋转手轮带动锁紧轴旋转几十圈后依靠锁紧轴梯形螺纹副间的自锁实现锁紧闸板，解锁也需同样反向转动手轮几十圈。虽然可以达到锁紧的目的，但是这三类手动锁紧装置费时、费力、效率低。而且由于井场环境和温度的变化，会导致螺纹接触面锈死或咬合，使锁紧和解锁困难，导致闸板不能顺利关闭和打开。关于液动锁紧装置，2007年出版的《石油矿场机械》第36卷第10期第1～4页的专题研究《闸板防喷器液压锁紧装置研究现状》和2008年7月出版的《石油钻探技术》第36卷第4期的论文《闸板防喷器液压锁紧装置现状及发展研究》这两篇论文在对国内外液压锁紧装置研究现状进行分析的基础上，详细介绍了几种不同的液压锁紧装置的结构特点，但是这些液压锁紧装置均存在或结构复杂、或体积庞大、或故障率高的缺点。

另外，防喷器的闸板液动锁紧装置在许多美国专利中都已经被公开，包括但不限于专利号为US3242826、US3470793、US3941141、US4052995、US4076208、US4290577、US4293115、US4601232、US4969390、US4969627、US5025708、US5575452、US5918851、US7195224、US7798466、US8444109、US8857784的专利文件和这些专利文件中所引用的专利文献和/或非专利文献。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中防喷器的闸板锁紧装置中手动锁紧装置和液动锁紧装置的缺点，提供一种防喷器的闸板锁紧装置，根据转动锁紧轴方式的不同，既可以运用在手动锁紧装置上，也可以运用在液动锁紧装置上。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种防喷器的锁紧装置，包括闸板、侧门、闸板轴、锁紧轴及液缸，所述闸板安装在所述侧门内端，所述闸板轴从所述侧门中穿出与所述闸板连接，所述液缸安装在所述侧门的外端，所述闸板轴的端部套设有第一活塞，所述第一活塞与所述液缸的内腔匹配，使得所述闸板轴在所述液缸内轴向移动，所述锁紧轴可部分置于闸板轴内部实现相对运动，其特点在于：

所述闸板轴内部设有轴向的异型孔，所述锁紧轴上设有N(N为自然数)条轴向的锁紧条，两者能相互匹配套合；

所述异型孔的径向上设有第一螺旋曲面区，所述锁紧条的径向上设有第二螺旋曲面区，两者相互匹配。

较佳地，所述第一螺旋曲面区为第一螺旋曲面，或者为第一螺旋曲面组；

所述第二螺旋曲面区为第二螺旋曲面，或者为第二螺旋曲面组；

所述第一螺旋曲面区或第二螺旋曲面区的螺旋升角为0°-23°。

较佳地，所述异型孔内设有多层第一螺旋曲面区，所述锁紧条在所述锁紧轴上形成多层第二螺旋曲面区，两者相应匹配。

较佳地，所述异型孔端部有导向圆孔，所述锁紧轴端部有导向圆柱。

较佳地，所述闸板轴的异型孔与所述锁紧轴的锁紧条在轴向上相互凹凸配合，所述异型孔和锁紧条上的半锥角为1°25'43”-90°。

较佳地，所述防喷器的闸板锁紧装置还包括执行机构，所述执行机构设置在所述锁紧轴的另一端，用于带动所述锁紧轴旋转。

较佳地，所述执行机构包括锁紧液缸，所述锁紧轴的一端与所述闸板轴连接，所述锁紧轴的另一端穿入所述锁紧液缸中，所述锁紧液缸与所述液缸的外端连接。

较佳地，所述执行机构还包括第二活塞、第三活塞、第一齿条、第二齿条及转动齿轮，所述转动齿轮穿设在所述锁紧轴的另一端；

所述第一齿条和所述第二齿条分别啮合于所述转动齿轮的上下方，所述第二活塞与所述第一齿条固定连接，所述第三活塞与所述第二齿条固定连接，且所述第二活塞和所述第三活塞分别位于所述转动齿轮的两侧；

所述锁紧轴上设有键槽，所述转动齿轮通过键与所述锁紧轴连接；

所述执行机构收容于所述锁紧液缸中。

较佳地，所述执行机构还包括第四活塞、第五活塞、连接杆和摆动杆，所述摆动杆安装在所述锁紧轴的另一端，且所述摆动杆穿过所述连接杆，所述连接杆的两端分别与所述第四活塞和所述第五活塞固定连接；

所述执行机构收容于所述锁紧液缸中。

较佳地，所述执行机构包括主动齿轮、从动齿轮及电机，所述从动齿轮穿设在所述锁紧轴的另一端，所述主动齿轮通过连接轴与所述电机连接，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合。

本发明的积极进步效果在于：本发明防喷器的闸板锁紧装置可以只需转动锁紧轴1/6圈就能实现锁紧，如果依靠人力直接转动锁紧轴进行锁紧将比传统手动锁紧装置提高效率至少百倍，极大地降低了劳动强度和提高了锁紧效率；如果依靠液压驱动执行机构旋转锁紧轴进行锁紧，则会比传统液动锁紧装置结构更简单、体积更小巧、加工成本和故障率更低。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一的结构示意图。图2为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中闸板轴与锁紧轴的装配示意图。

图3为图2中沿A-A线剖开的剖视图。

图4为图2中沿B-B线剖开的剖视图。

图5为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中闸板轴与锁紧轴配合的 透视图。

图6为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。(少标了a和b)

图7为图6中a部分的放大图。

图8为图6中b部分的放大图。

图9为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴依次由解锁位置运动到锁紧位置的示意图。

图10为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴与执行机构配合后位于解锁位置的示意图。

图11为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中所述闸板打开后处于解锁状态的示意图。

图12为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴与执行机构配合后位于锁紧位置的示意图。

图13为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中所述闸板关闭后处于锁紧状态的示意图。

图14为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例二中锁紧轴与执行机构配合后位于解锁位置的示意图。

图15为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例二中所述闸板打开后处于解锁状态的示意图。

图16为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例二中锁紧轴与执行机构配合后位于锁紧位置的示意图。

图17为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例二中所述闸板关闭后处于锁紧状态的示意图。

图18为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例三中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。

图19为图18中a1部分的放大图。

图20为图18中a2部分的放大图。

图21为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例四中闸板轴与锁紧轴配合的透视图。

图22为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例四中闸板轴与锁紧轴配合的主视图一。

图23为图22中a3部分的放大图。

图24为图22中a4部分的放大图。

图25为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例四中闸板轴与锁紧轴配合的主视图二。

图26为图25中a5部分的放大图。

图27为图25中a6部分的放大图。

图28为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例五中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。

图29为图28中b1部分的放大图。

图30为图28中b2部分的放大图。

图31为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例六中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。

图32为图31中b3部分的放大图。

图33为图31中b4部分的放大图。

图34为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例七中闸板轴与锁紧轴配合的透视图。

图35为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例七中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。

图36为图35中c1部分的放大图。

图37为图35中c2部分的放大图。

图38为图35中沿C-C线剖开的剖视图一。

图39为图35中沿D-D线剖开的剖视图一。

图40为图35中沿C-C线剖开的剖视图二。

图41为图35中沿D-D线剖开的剖视图二。

图42为图35中沿C-C线剖开的剖视图三。

图43为图35中沿D-D线剖开的剖视图三。

图44为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例八中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。

图45为图44中d1部分的放大图。

图46为图44中d2部分的放大图。

图47为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例八中闸板轴与锁紧轴形成 二组螺旋曲面的示意图。

图48为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例八中闸板轴与锁紧轴配合的内部结构示意图一。

图49为图48中e1部分的放大图。

图50为图48中e2部分的放大图。

图51为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例八中闸板轴与锁紧轴配合的内部结构示意图二。

图52为图51中f1部分的放大图。

图53为图51中f2部分的放大图。

图54为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例九中闸板轴与锁紧轴配合的透视图。

图55为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例九中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。

图56为图55中g1部分的放大图。

图57为图55中g2部分的放大图。

图58为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例十中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。

图59为图58中h1部分的放大图。

图60为图58中h2部分的放大图。

图61为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例十一中闸板轴与锁紧轴配合的透视图。

图62为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例十一中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。

图63为图62中I1部分的放大图。

图64为图62中I2部分的放大图。

图65为图62中沿E-E线剖开的剖视图。

图66为图62中沿F-F线剖开的剖视图。

图67为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例十二中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。

图68为图67中J1部分的放大图。

图69为图67中J2部分的放大图。

图70为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例十三中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。

图71为图70中K1部分的放大图。

图72为图70中K2部分的放大图。

图73为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例十四中执行机构与锁紧轴配合的立体图。

图74为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例十五中执行机构与锁紧轴配合的立体图。

图75为本发明防喷器的闸板锁紧装置中闸板轴与锁紧轴锁紧配合排列组合示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一：

图1为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一的结构示意图。如图1所示，本发明公开了一种防喷器的闸板锁紧装置，包括防喷器100、壳体110、闸板120、侧门130及液缸140，闸板120被收容在壳体110内，侧门130固定在壳体110的外侧，即位于闸板120的外端，将闸板120封闭在壳体110内，同时使得连接闸板120的闸板轴121由侧门130中穿出，液缸140安装在侧门130的外端。

在闸板轴121的端部套设有第一活塞160，第一活塞160与液缸140的内腔匹配，使得闸板轴121能够在液缸140内实现轴向移动，从而带动闸板轴121在液缸140的内腔内移动，其中第一活塞160的活塞行程为L。

图2为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中闸板轴与锁紧轴的装配示意图。图3为图2中沿A-A线剖开的剖视图。图4为图2中沿B-B线剖开的剖视图。

如图2至图4所示，同时结合图1，防喷器的闸板锁紧装置还包括锁紧轴 150和锁紧液缸170，锁紧轴150的一端与闸板轴121连接，锁紧轴150的另一端由锁紧液缸170穿出，而锁紧液缸170与液缸140的外端连接，以实现锁紧轴150在闸板轴121内相对移动并旋转锁紧。

闸板轴121内开设有异型孔123，相应地在锁紧轴150上设置锁紧条151，使得锁紧条151与异型孔123相互配合锁紧。锁紧条151的数量可以设置多条，例如一条、两条或三条，且锁紧条151均匀地分布在锁紧轴150上，将锁紧轴150的外表面均匀等分。如图2至图4所示，本实施例中在锁紧轴150上设置两条锁紧条151，将锁紧轴150进行四等分。

在异型孔123内设有第一螺旋曲面组124，包括螺旋上升曲面1241和1242，锁紧条151在锁紧轴150上形成第二螺旋曲面组152，包括螺旋上升曲面1521和1522，第一螺旋曲面组124与第二螺旋曲面组152相应匹配，即螺旋上升曲面1241匹配螺旋上升曲面1521和螺旋上升曲面1242匹配螺旋上升曲面1522，它们的螺旋升角匹配相等。第一螺旋曲面组124的螺旋升角为0°-23°，第二螺旋曲面组152的螺旋升角为0°-23°。本实施例中第一螺旋曲面组124和第二螺旋曲面组152的螺旋升角为0°，即第一螺旋曲面组124和第二螺旋曲面组152为平面。特别地，两条锁紧条151形成的第二螺旋曲面组152的位置高度相互一致，同样异型孔123内的第一螺旋曲面组124的位置高度也相互一致。

图5为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中闸板轴与锁紧轴配合的透视图。图6为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。图7为图6中a部分的放大图。图8为图6中b部分的放大图。

如图5至图6所示，异型孔123端部有导向圆孔1231，同时锁紧轴150端部有导向圆柱1511，锁紧条151环设在锁紧轴150的外表面上。其中，闸板轴导向深度L1，锁紧轴导向长度L3和闸板轴圆柱部分总长L2。L1的取值范围为0～(闸板轴圆柱部分总长L2-活塞行程L)；L3的取值范围为0～(闸板轴圆柱部分总长L2-活塞行程L)。以下实施例均如斯，不再赘述。

如图7和图8所示，本实施例中异型孔123的螺旋升角为0°，锁紧条151的螺旋升角也为0°，两者可以相互匹配锁紧。

根据上述结构，锁紧轴150和闸板轴121通过相应的螺旋升角接触匹配，依靠两者之间的摩擦力实现自锁。

图9为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴依次由解锁位置运动到锁紧位置的示意图。如图9所示，锁紧轴150沿箭头X的方向由解锁位 置运动至锁紧位置。当锁紧轴150处于解锁位置时，锁紧轴150整体缩进在闸板轴121的异型孔123内。随着闸板轴121的移动，锁紧轴150逐渐相对地从闸板轴121内向外伸出，并发生旋转直至锁紧轴150第二螺旋曲面组与闸板轴121的异型孔123的第一螺旋曲面组匹配锁紧。解锁运动是锁紧运动的反向过程，在此不再赘述。

上述结构的防喷器的闸板锁紧装置使用人力直接驱动锁紧轴外端部旋转从而实现手动锁紧。

此外，在上述结构的基础之上，本发明的防喷器的闸板锁紧装置还可以包括执行机构180，从而更进一步地实现液压自动锁紧。

图10为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴与执行机构配合后位于解锁位置的示意图。图11为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中所述闸板打开后处于解锁状态的示意图。图12为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中锁紧轴与执行机构配合后位于锁紧位置的示意图。图13为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例一中所述闸板关闭后处于锁紧状态的示意图。

如图10至图13所示，执行机构180设置在锁紧轴150的另一端，主要用于带动锁紧轴150的旋转。优选地，执行机构180包括第二活塞184、第三活塞185、第一齿条182、第二齿条183及转动齿轮181，将转动齿轮181穿设在锁紧轴150的另一端上。转动齿轮181和锁紧轴150之间采用键联接的方式，在锁紧轴150上设置键槽155，在键槽155内放置键1811(如图5所示)，通过键1811使得转动齿轮181与锁紧轴150联接为一体。第二活塞184与第一齿条182固定连接在一起，第三活塞185与第二齿条183固定连接在一起，第一齿条182在转动齿轮181上部与转动齿轮181啮合，第二齿条在转动齿轮181下部与转动齿轮181啮合，且第二活塞184和第三活塞185分别位于转动齿轮181的两侧。第一齿条182和第二齿条183在第二活塞184及第三活塞185的带动下同时推动转动齿轮181进行顺时针或逆时针转动，从而实现顺时针锁紧或逆时针解锁动作。

防喷器的闸板锁紧装置的锁紧液缸170将执行机构180整体收容在内。锁紧液缸170内有密封件密封在锁紧轴150上，从而将液缸140的关腔142和锁紧液缸170的解锁腔210隔离，并且锁紧液缸170端部另有密封件密封在锁紧轴150上使得解锁腔210内液压油不泄漏到大气中。

如图10和图11所示，本实施例中的防喷器的闸板锁紧装置通过液压来驱动活塞160并由其带动闸板轴121移动，从而带动闸板120的开合。因此，在侧门130上部开设有关油路131，使关油路131与液缸140的关腔142连通。在侧门130上部开设的关油路131下部同一方向平行开设开油路141，使开油路141与液缸140的开腔143连通。关油路131和开油路141是两条分开运行、互不干扰的独立油路。同时在锁紧液缸170上开设有锁紧油路172和解锁油路171，解锁油路171和开油路141连通，锁紧油路172与关油路131连通，并与液缸140的关腔142连通。当液缸140的开腔143从开油路141通入液压油后，第一活塞160带动闸板轴121向远离井口中心的方向移动，闸板轴121的异型孔123将锁紧轴150部分套入其中。同时由于解锁油路171和开油路141相通，所以液压油通过解锁油路171同时也进入了解锁腔210，将第二活塞184和第三活塞185推至锁紧液缸盖200。此时第二活塞184和第三活塞185由于受到锁紧液缸盖200的端面的阻止而停止运动，从而无法带动第一齿条182和第二齿条183的运动，进而无法带动转动齿轮181逆时针旋转。当液压油推动第一活塞160与锁紧液缸170的端面接触时，由于锁紧液缸170端面的阻止而使第一活塞160停止运动。这样卸除液压力后，整个防喷器的闸板锁紧装置处于解锁状态(如图11所示)。

如图12和图13所示，当液缸140的关腔142从关油路131通入液压油后，活塞160带动闸板轴121向井口中心方向移动，此时锁紧油路172中的液压油也同时进入锁紧腔220，欲推动第二活塞184和第三活塞185同时对应带动第一齿条182和第二齿条183运动，通过齿条与转动齿轮181的啮合使转动齿轮181有带动锁紧轴150顺时针旋转的趋势，但由于此时锁紧轴150还处在闸板轴121内部，闸板轴121阻止了锁紧轴150的顺时针旋转。锁紧轴150在无法运动的情况下，闸板轴121和锁紧轴150逐渐地轴向分离，直到锁紧轴150上第二螺旋曲面组152脱离闸板轴150的阻止时，锁紧轴150在导向圆柱1511的导向作用下立即发生顺时针旋转并与闸板轴150上第一螺旋曲面组124相应匹配从而锁紧。卸除液压力后，锁紧轴150与闸板轴121继续保持锁紧状态。特别地，当螺旋上升曲面组的角度不为0°时(如实施例5)，在使用过程中锁紧轴151可以通过自动增加旋转的角度而自动补偿由于钻杆及闸板胶芯的磨损所导致的轴向移动量的增加。

实施例二：

本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，其不同之处在于：本实施例中防喷器的闸板锁紧装置中开设的锁紧油路不同，因而相应地将执行机构180中对于活塞和齿条的连接关系设置不同。

图14为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例二中锁紧轴与执行机构配合后位于解锁位置的示意图。图15为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例二中所述闸板打开后处于解锁状态的示意图。图16为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例二中锁紧轴与执行机构配合后位于锁紧位置的示意图。图17为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例二中所述闸板关闭后处于锁紧状态的示意图。

如图14所示，执行机构180包括第二活塞184、第三活塞185、第一齿条182、第二齿条183及转动齿轮181，将转动齿轮181穿设在锁紧轴150的另一端上。第二活塞184与第二齿条183固定连接在一起，第三活塞185与第一齿条182固定连接在一起，第一齿条182在转动齿轮181上部与转动齿轮181啮合，第二齿条183在转动齿轮181下部与转动齿轮181啮合，且第二活塞184和第三活塞185分别位于转动齿轮181的两侧。第一齿条182和第二齿条183分别在第三活塞185及第二活塞184的带动下同时推动转动齿轮181进行顺时针或逆时针转动，从而实现顺时针锁紧或逆时针解锁动作。

如图15所示，在侧门130上部开设有关油路131，使关油路131与液缸140的关腔142连通。在侧门130上部开设的关油路131下部同一方向平行开设开油路141，使开油路141与液缸140的开腔143连通。关油路131和开油路141是两条分开运行、互不干扰的独立油路。同时在锁紧液缸170上开设有相互连通的解锁油路171和解锁油路173，解锁油路173和开油路141连通，且解锁油路173与液缸140的开腔143连通。当液缸140的开腔143从开油路141通入液压油后，第一活塞160带动闸板轴121向远离井口中心方向移动，闸板轴121的异型孔123将锁紧轴150部分套入其中。同时由于解锁油路171和解锁油路173与开油路141相通，故而液压油通过解锁油路171和解锁油路173同时也进入了解锁腔210，从而将与第二活塞184连接的第二齿条183端部推动至第二活塞185的内端面，同时将与第三活塞185连接的第一齿条182端部推动至第一活塞184的内端面。此时，第二活塞184和第三活塞185由于受到对方内端面的阻止而停止运动，从而无法带动第一齿条182和第二齿条183运动， 进而无法带动转动齿轮181逆时针旋转。当液压油推动第一活塞160与锁紧液缸170的端面接触时，由于锁紧液缸170端面的阻止而使第一活塞160停止运动。卸除液压力后，整个防喷器的闸板锁紧装置处于解锁状态。

如图16和图17所示，当液缸140的关腔142从关油路131通入液压油后，活塞160带动闸板轴121向井口中心方向移动，此时关腔142内液压油也同时进入锁紧腔220，欲推动第二活塞184和第三活塞185同时对应带动第二齿条183和第一齿条182运动，通过齿条与转动齿轮181的啮合使转动齿轮181有带动锁紧轴150顺时针旋转的趋势，但由于此时锁紧轴150还处在闸板轴121内部，闸板轴121阻止了锁紧轴150的顺时针旋转。锁紧轴150在无法运动的情况下，闸板轴121和锁紧轴150逐渐地轴向分离，直到锁紧轴150上第二螺旋曲面组152脱离闸板轴150的阻止时，锁紧轴150在导向圆柱1511的导向作用下立即发生顺时针旋转并与闸板轴150上第一螺旋曲面组124相应匹配从而锁紧。卸除液压力后，锁紧轴150与闸板轴121继续保持锁紧状态。特别地，当螺旋上升曲面组的角度不为0°时(如实施例5)，在使用过程中锁紧轴151可以通过自动增加旋转的角度而自动补偿由于钻杆及闸板胶芯的磨损所导致的轴向移动量的增加。

实施例三：

图18为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例三中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。图19为图18中a1部分的放大图。图20为图18中a2部分的放大图。

如图18至图20所示，本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，其不同之处在于：闸板轴121内的异型孔123的第一螺旋曲面组124的螺旋升角为0°，同样锁紧轴150的锁紧条151的第二螺旋曲面组152的螺旋升角为0°。特别地，两条锁紧条151形成的第二螺旋曲面组152的位置高度不一致。

实施例四：

图21为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例四中闸板轴与锁紧轴配合的透视图。图22为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例四中闸板轴与锁紧轴配合的主视图一。图23为图22中a3部分的放大图。图24为图22中a4部分的放大图。

如图21至图24所示，本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，其不同之处在于：两条锁紧条151形成的第二螺旋曲面组152的位置高度相互一致，同样异型孔123内的第一螺旋曲面组124的位置高度也相互一致。锁紧轴151的端部形状为外凸锥形，闸板轴121的导向圆孔下为内凹锥形，半锥角θ1、θ2取值范围为1°25'43”-90°。闸板轴121和锁紧轴150在对应相等的半锥角处重合并锁紧。

图25为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例四中闸板轴与锁紧轴配合的主视图二。图26为图25中a5部分的放大图。图27为图25中a6部分的放大图。

如图25至图27所示，同理也可以这样设置：两条锁紧条151形成的第二螺旋曲面组152的位置高度不一致。异型孔123内的第一螺旋曲面组124的位置高度也不一致。同时锁紧轴151的端部形状为外凸锥形，闸板轴121的导向圆孔下为内凹锥形。具体地说，锁紧轴半锥角θ3取值范围为1°25'43”-90°，半锥角θ4取值范围为1°25'43”-90°。闸板轴121和锁紧轴150在对应相等的半锥角处重合并锁紧。

实施例五：

图28为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例五中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。图29为图28中b1部分的放大图。图30为图28中b2部分的放大图。

如图28至图30所示，本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，其不同之处在于：闸板轴121内的异型孔123的第一螺旋曲面组124的螺旋升角θ5为5°，同样锁紧轴150的锁紧条151的第二螺旋曲面组152的的螺旋升角θ5为5°。此处锁紧轴150上设置有两条锁紧条151，将锁紧轴150的外圆表面四等分。特别地，两条锁紧条151形成的第二螺旋曲面组152的位置高度相互一致，同样异型孔123内的第一螺旋曲面组124的位置高度也相互一致。类似实施例4中的半锥角θ1和半锥角θ2的角度分类，在对应相等的半锥角处重合并锁紧的情况，在实施例5有螺旋升角的情况下也可以转化为在对应相等的螺旋升角处重合并锁紧而同样实施，在此不再赘述。

实施例六：

图31为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例六中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。图32为图31中b3部分的放大图。图33为图31中b4部分的放大图。

如图31至图33所示，本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，其不同之处在于：闸板轴121内的异型孔123的第一螺旋曲面组124的螺旋升角θ6为5°，同样锁紧轴150的锁紧条151的第二螺旋曲面组152的螺旋升角θ6为5°。此处锁紧轴150上设置有两条锁紧条151，将锁紧轴150的外圆表面四等分。特别地，两条锁紧条151形成的第二螺旋曲面组152的位置高度不一致。优选地各个锁紧条151的第二螺旋曲面组152位于一条螺旋线上，这些锁紧部位的边线就重合在螺旋线上。同样异型孔123内的第一螺旋曲面组124的位置高度也不一致。优选地异型孔123的第一螺旋曲面组124位于一条螺旋线上，这些锁紧部位的边线就重合在螺旋线上。

实施例七：

图34为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例七中闸板轴与锁紧轴配合的透视图。图35为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例七中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。图36为图35中c1部分的放大图。图37为图35中c2部分的放大图。

如图34至图37所示，本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，其不同之处在于：锁紧轴150上设置一条锁紧条151，将锁紧轴150的外圆表面二等分。闸板轴121内的异型孔123的第一螺旋曲面124的螺旋升角为0°(即为平面)，同样锁紧轴150的锁紧条151的第二螺旋曲面152的螺旋升角为0°(即为平面)。

图38为图35中沿C-C线剖开的剖视图一。图39为图35中沿D-D线剖开的剖视图一。如图38和图39所示，闸板轴121内异型孔123的剖面为半圆环形，相应地锁紧轴150的锁紧条151的剖面为相应的半圆环形，便于两者顺滑地套合。

图40为图35中沿C-C线剖开的剖视图二。图41为图35中沿D-D线剖开的剖视图二。如图40和图41所示，闸板轴121内异型孔123和锁紧轴150的锁紧条151还可以设置为如下结构：闸板轴121内异型孔123的剖面的上部具 有外凸的角度α1及下部具有外凸的角度β1。相应地锁紧轴150的锁紧条151的剖面的上部具有外凸的角度α2及下部具有外凸的角度β2。这里的角度α1可取0°-30°，角度β1也可取0°-30°，两者角度可任意组合。同样角度α2可取0°-30°，角度β2也可取0°-30°，两者角度可任意组合。但是角度α1和角度α2的取值必须相同，角度β1和角度β2取值必须相同。

图42为图35中沿C-C线剖开的剖视图三。图43为图35中沿D-D线剖开的剖视图三。如图42和图43所示，闸板轴121内异型孔123和锁紧轴150的锁紧条151还可以设置为如下结构：闸板轴121内异型孔123的剖面的上部具有内凹的角度α3及下部具有内凹的角度β3。相应地锁紧轴150的锁紧条151的剖面的上部具有内凹的角度α4及下部具有内凹的角度β4。这里的角度α3可取0°-30°，角度β3也可取0°-30°，两者角度可任意组合。同样角度α4可取0°-30°，角度β4也可取0°-30°，两者角度可任意组合。但是角度α3和角度α4的取值必须相同，角度β3和角度β4取值必须相同。

实施例八：

图44为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例八中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。图45为图44中d1部分的放大图。图46为图44中d2部分的放大图。

如图44至图46所示，本实施例的结构与实施例七的结构基本相同，其不同之处在于：闸板轴121内的异型孔123的第一螺旋曲面124的螺旋升角θ7为3°，同样锁紧轴150的锁紧条151的第二螺旋曲面152的螺旋升角θ7为3°。

图47为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例八中闸板轴与锁紧轴形成二层螺旋曲面的示意图。如图47所示，闸板轴121和锁紧轴150之间的锁紧可以采用二接触面锁紧的方式，即形成二层螺旋曲面，接触面156的宽度小于螺旋曲面槽125的宽度，从而通过两者的匹配来实现锁紧，其作用方式与一个锁紧接触面相同，多设置锁紧接触面可以使得锁紧更可靠。当然，上述接触面锁紧方式也可以运用到其他螺旋升角或多层螺旋曲面区，其同样可以实现上述功能。

图48为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例八中闸板轴与锁紧轴配合的内部结构示意图一。图49为图48中e1部分的放大图。图50为图48中e2部分的放大图。如图48至图50所示，上述螺旋升角θ7为3°时，其锁紧轴150 可以设置为凸型。具体地说，闸板轴121内异型孔123的第一螺旋曲面124与异型孔123的内壁面夹角θ8为1°25'43”-90°。锁紧轴150上锁紧条151的第二螺旋曲面152与锁紧条151的外表面夹角θ8为1°25'43”-90°。

图51为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例八中闸板轴与锁紧轴配合的内部结构示意图二。图52为图51中f1部分的放大图。图53为图51中f2部分的放大图。如图51至图53所示，上述螺旋升角θ7为3°时，其锁紧轴150可以设置为凹型。具体地说，闸板轴121内异型孔123的第一螺旋曲面124与异型孔123的内壁面夹角θ9为1°25'43”-90°。锁紧轴150上锁紧条151的第二螺旋曲面152与锁紧条151的外表面夹角θ9为1°25'43”-90°。

如图48和图51所示，其同样也适用于锁紧轴150上设置多条锁紧条151的情况，例如设置两条锁紧条151将锁紧轴150四等分，或设置三条锁紧条151将锁紧轴150六等分。θ8、θ9取值范围为1°25'43”-90°。

实施例九：

图54为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例九中闸板轴与锁紧轴配合的透视图。图55为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例九中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。图56为图55中g1部分的放大图。图57为图55中g2部分的放大图。

如图54至图57所示，本实施例的结构与实施例七的结构基本相同，其不同之在于：闸板轴121内的异型孔123的第一螺旋曲面124的螺旋升角θ10为17°，同样锁紧轴150的锁紧条151的第二螺旋曲面152的螺旋升角θ10为17°。

实施例十：

图58为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例十中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。图59为图58中h1部分的放大图。图60为图58中h2部分的放大图。

如图58至图60所示，本实施例的结构与实施例七的结构基本相同，其不同之在于：闸板轴121内的异型孔123的第一螺旋曲面124的螺旋升角θ11为23°，同样锁紧轴150的锁紧条151的第二螺旋曲面152的螺旋升角θ11为23°。在所有实施例中设置一定角度的螺旋升角既可以实现自锁，也可以在转动过程中产生轴向的推动力，也就能够自动补偿由于钻杆及闸板胶芯的磨损所导致的 轴向移动量的增加，而且可以防止解锁过程中的解锁过头现象。与实施例九相比，在同样能保证自锁的情况下，由于螺旋升角的增大将导致在相同转动角度的条件下产生出比实施例九更多的轴向移动量。

实施例十一：

图61为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例十一中闸板轴与锁紧轴配合的透视图。图62为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例十一中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。图63为图62中I1部分的放大图。图64为图62中I2部分的放大图。

如图61至图64所示，本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，其不同之处在于：锁紧轴150上设置三条锁紧条151，将锁紧轴150的外圆表面六等分。闸板轴121内的异型孔123的第一螺旋曲面组124的螺旋升角为0°(即为平面)，同样锁紧轴150的锁紧条151的第二螺旋曲面组152的螺旋升角为0°(即为平面)。

图65为图62中沿E-E线剖开的剖视图。图66为图62中沿F-F线剖开的剖视图。如图65和图66所示，锁紧条151将锁紧轴150六等分，闸板轴121内异型孔123呈相应地的形状，便于两者顺滑地套合。

实施例十二：

图67为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例十二中闸板轴与锁紧轴配合的主视图。图68为图67中J1部分的放大图。图69为图67中J2部分的放大图。

如图67至图69所示，本实施例的结构与实施例十一的结构基本相同，其不同之处在于：闸板轴121内的异型孔123的第一螺旋曲面组124具有螺旋升角θ12为7°，同样锁紧轴150的锁紧条151的第二螺旋曲面组152具有螺旋升角θ12为7°。此处锁紧轴150上设置有三条锁紧条151，将锁紧轴150的外圆表面六等分。特别地，三条锁紧条151形成的第二螺旋曲面组152的位置高度相互一致，同样异型孔123内的第一螺旋曲面组124的位置高度也相互一致。

实施例十三：

图70为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例十三中闸板轴与锁紧轴配 合的主视图。图71为图70中K1部分的放大图。图72为图70中K2部分的放大图。

如图70至图72所示，本实施例的结构与实施例十一的结构基本相同，其不同之处在于：闸板轴121内的异型孔123的第一螺旋曲面组124具有螺旋升角θ13为7°，同样锁紧轴150的锁紧条151的第二螺旋曲面组152具有螺旋升角θ13为7°。此处锁紧轴150上设置有三条锁紧条151，将锁紧轴150的外圆表面六等分。特别地，三条锁紧条151形成的第二螺旋曲面组152的位置高度不一致。优选地各个锁紧条151的第二螺旋曲面组152位于一条螺旋线上，这些锁紧部位的边线就重合在螺旋线上。同样异型孔123内的第一螺旋曲面组124的位置高度也不一致。优选地各个异型孔123的第一螺旋曲面组124位于一条螺旋线上，这些锁紧部位的边线就重合在螺旋线上。

实施例十四：

图73为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例十四中执行机构与锁紧轴配合的立体图。

如图73所示，本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，其不同之处在于：执行机构180包括第四活塞300、第五活塞400、连接杆186和摆动杆187。摆动杆187安装在锁紧轴150的另一端，且摆动杆187穿过连接杆186，在连接杆186的两端分别与第四活塞300和第五活塞400固定连接。

通过开关油路的液压力推动第四活塞300和第五活塞400，由第四活塞300和第五活塞400推动连接杆186，再由连接杆186带动摆动杆187，再由摆动杆187带动锁紧轴150逆时针或顺时针旋转。图73示出了在关油路的液压力推动第四活塞300和第五活塞400，进而推动摆动杆187顺时针旋转，从而达到的锁紧位置。同理，解锁位置则是通过开油路的液压力推动第四活塞300和第五活塞400反向运动，从而促使锁紧轴150逆时针旋转解锁。

实施例十五：

图74为本发明防喷器的闸板锁紧装置的实施例十五中执行机构与锁紧轴配合的立体图。如图74所示，本实施例的结构与实施例一的结构基本相同，其不同之处在于：执行结构180包括主动齿轮188、从动齿轮189及电机190，从动齿轮189穿设在锁紧轴150的另一端，主动齿轮188通过连接轴191与电 机190连接，同时从动齿轮189与主动齿轮188啮合。

电动机190可以自带电池也可以外接电源，通过开油路的液压力作用触动电动机190正转(即逆时针)开关，由连接轴191带动主动齿轮188逆时针旋转从而带动从动齿轮189顺时针旋转而锁紧，解锁时通过关油路的液压力触动电动机190反转(即顺时针)开关，由连接轴191带动主动齿轮188顺时针旋转，从而带动从动齿轮189逆时针旋转而解锁。

基于上述各实施例的描述，本发明防喷器的闸板锁紧装置中锁紧条的数量可以根据需要进行设计，其相应的螺旋升角在0°-23°内都能完成自锁锁紧。螺旋升角的变化有利于在轴向上的移动量进行调节。螺旋升角大，则相同转角导致闸板轴的轴向移动量就大，对于钻杆及闸板胶芯的磨损所导致的轴向移动量的增加的补偿就多。因此锁紧条的数量及其螺旋升角的角度不受上述实施例的限制，可以根据实际需求进行调配。

另外，上述第二活塞184、第三活塞185、第四活塞300及第五活塞400横截面均可以采用圆形、长圆形或者椭圆形，其形状不受上述实施例的限制。

图75为本发明防喷器的闸板锁紧装置中闸板轴与锁紧轴锁紧配合排列组合示意图。如图75所示，其中O1表示锁紧条将锁紧轴等分，O2表示具有螺旋升角，O3表示螺旋升角为0°，O4表示螺旋升角的高度一致，O5表示螺旋升角的高度不一致，O6表示闸板轴导向圆孔具有导向深度，O7表示锁紧轴导向圆柱具有导向长度，O8表示轴向接触面角度(即半锥角)，O9表示径向接触面数量，O10表示闸板轴锁紧轴凹凸。上述O1-O10均为本发明防喷器的闸板锁紧装置中闸板轴与锁紧轴之间锁紧配合可以限定的技术特征，除了O2和O3，O4和O5不能相互组合之外，其他均可以进行任意组合形成各种实施方案。例如，O1、O3和O5组合，表示所述闸板轴与锁紧轴之间的锁紧配合由锁紧轴被任意等分后，闸板轴和锁紧轴的螺旋升角为0°，且螺旋升角的高度不一致的情况。再如，O1、O2、O4、O6、O7、O8、O9和O10组合，表示所述闸板轴和锁紧轴之间的锁紧配合由锁紧轴被任意等分后，闸板轴和锁紧轴具有一定的螺旋升角，并且螺旋升角的高度一致，闸板轴导向圆孔具有一定的导向深度，锁紧轴导向圆柱具有一定的导向长度，闸板轴和锁紧轴的轴向接触面有一定的角度，闸板轴和锁紧轴的径向有一定数量的接触面，闸板轴和锁紧轴的接触面形状可以互为凹凸的情况。

由此可见，这些方案都可以达到本发明的效果，并不受上述所举实施例的 限制。本发明中闸板轴和锁紧轴之间锁紧配合的排列组合形式多种多样，无法通过实施例一一罗列。因此，如图75所示，本领域技术人员应该明白各种组合的方式，在此不再赘述。

综上所述，本发明防喷器的闸板锁紧装置可以只需转动锁紧轴1/6圈就能实现锁紧，如果依靠人力直接转动锁紧轴进行锁紧将比传统手动锁紧装置提高效率至少百倍，极大地降低了劳动强度和提高了锁紧效率；如果依靠液压驱动执行机构旋转锁紧轴进行锁紧，则会比传统液动锁紧装置结构更简单、体积更小巧、加工成本和故障率更低。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。