一种能解锁的锁紧机构的制作方法

本实用新型涉及石油天然气开采机械设备领域，特别涉及用于丢手可取式井下工具的一种能解锁的锁紧机构。

背景技术：

石油天然气行业的完井、修井作业中往往先使用封隔器、桥塞等井下工具对井底进行压力隔离，再进行压裂或更换管柱等操作。目前常用的封隔器或桥塞等工具多采用丢手可取的形式，这种丢手可取式工具通常是通过工具内外层套间的相对运动，实现对密封胶筒和卡瓦进行坐封和解封操作。坐封后，为了保持胶筒的压缩状态和卡瓦的卡紧状态，需要该封隔器内置锁紧机构，锁紧机构作为封隔器的关键机构，在封隔器坐封后起到防止密封元件(胶筒或卡瓦)松弛回弹，以及在长期承受高压情况下仍具有较强的锁紧承受能力作用，确保环空封隔密封的长久可靠性。在作业完成后，需要起出封隔器时，通过上提打捞工具解除锁紧机构的锁紧状态，使胶筒收缩、卡瓦解卡，进而提出封隔器。

现有的丢手可取式工具的锁紧机构有斜坡卡簧锁紧机构、直台阶卡簧锁紧机构、双面螺纹卡簧锁紧机构和卡瓦-卡簧组合式锁紧机构。以最常见的斜坡卡簧锁紧机构为例，该机构利用棘齿单向可动反向制动的工作原理，通过一个大斜坡卡簧机构来实现封隔器的锁紧，卡簧为C形环设计，内侧加工有锯齿螺纹。装配时，整个卡簧固定在卡簧套的内表面凹槽内。进行锁紧时，卡簧套推动卡簧下行，压缩密封元件；锁紧后，卡簧在回弹时发生径向收缩，其内表面锯齿螺纹与本体上的螺纹啮合锁紧，防止卡簧套后退，从而保证封隔胶筒的压缩效果。卡簧大斜面与卡簧套斜面接触，既可以防止卡簧套回退，又可以将一部分轴向力转化为对卡簧的径向力，增强卡簧与本体之间的锁紧效果。

为便于解锁，现有的锁紧机构通常使用剪切销钉将棘齿部位(卡簧)固定；解锁时剪断销钉释放棘齿，以达到解锁目的。这种利用剪切销钉进行解锁的锁紧机构具有不可克服的缺陷：首先，现有通过剪切销钉实现解锁功能的锁紧机构其结构一般复杂，组件较多，很难做到小尺寸，对于生产加工、现场施工和操作也带来很多困难；其次，剪切销钉的剪切力影响整个封隔器其承受工作压力的大小，如果剪切销钉的剪切力过小，封隔器的承载力小，容易受到压差变化而提前解锁，影响封隔器的封隔性能；如果剪切销钉的剪切力过大，锁紧机构解锁时需要的外力相应增加，也就增加了现场施工的难度和成本；因此设计上述锁紧机构时需要将剪切销钉的剪切力及所需剪切销钉的个数限定的十分精准，但同时也大大减小了现有锁紧机构其承受工作压力的适应范围。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种能解锁的锁紧机构，其锁紧可靠，结构紧凑，具有较强的承载能力和较广的适用范围。

为达到上述目的，本实用新型提出一种能解锁的锁紧机构，其中，所述能解锁的锁紧机构包括心轴、锁环、锁环座、衬套和支撑套，所述支撑套具有开口向上的安装腔，所述支撑套底部设有用于穿设所述心轴的穿孔，所述心轴上下贯穿所述安装腔，所述锁环、所述锁环座和所述衬套均设置在所述安装腔内，所述锁环包括锁环本体和弹簧箍，所述锁环本体呈圆筒状且由多个弧形锁环瓣沿周向拼合而成，所述锁环本体套设在所述心轴外，所述弹簧箍套设在所述锁环本体的外壁上，所述锁环内壁和所述心轴外壁上分别设有能相互啮合的凸齿，所述锁环座是由沿周向设置的多个弧形锁环座瓣构成的圆环体，所述锁环的下端由上向下套设在所述锁环座内并与所述锁环座内壁构成锥面配合，所述衬套套设在所述锁环座外壁和所述支撑套内壁之间并能向上移动。

如上所述的能解锁的锁紧机构，其中，所述衬套呈开口向下的筒状，所述衬套的顶部设有用于穿设所述心轴的透孔，在所述衬套的内壁面上设有沿径向凸出的、呈阶梯状的第一凸台和第二凸台，所述第二凸台位于所述第一凸台的上方，所述衬套由上向下套入所述安装腔，所述第一凸台的下沿顶抵在所述锁环座的顶面上，所述锁环能在所述第二凸台和所述锁环座之间上下移动。

如上所述的能解锁的锁紧机构，其中，在所述锁环本体的外壁上沿周向开设有一圈环槽，所述弹簧箍套设在所述环槽内，所述锁环本体能沿周向分成多瓣。

如上所述的能解锁的锁紧机构，其中，所述弹簧箍呈圆环状并具有沿轴向设置的开口。

如上所述的能解锁的锁紧机构，其中，所述锁环本体由三个形状相同的所述锁环瓣组成。

如上所述的能解锁的锁紧机构，其中，所述心轴的外壁面为圆柱面，在所述心轴的外壁面上沿竖直方向均匀排列有多条第一凸齿，在所述锁环本体的内壁面上沿竖直方向均匀排列有多条第二凸齿，所述第一凸齿和所述第二凸齿均沿周向设置并能相互啮合。

如上所述的能解锁的锁紧机构，其中，所述第一凸齿的齿形和所述第二凸齿的齿形相同且均为三角形。

如上所述的能解锁的锁紧机构，其中，所述锁环本体下端的外壁面和所述锁环座的内壁面均为由上至下渐缩的圆锥面。

如上所述的能解锁的锁紧机构，其中，所述锁环座由四个形状相同的所述锁环座瓣组成。

与现有技术相比，本实用新型具有以下特点和优点：

本实用新型提出的能解锁的锁紧机构避免了采用剪断销钉进行解锁，而是巧妙地采用上提衬套使锁环座失去径向约束，继而解除锁环座与锁环之间的锥面配合，从而最终实现解锁。这样，本实用新型提出的能解锁的锁紧机构在锁紧状态下结构稳定可靠，不但具有较强的承载力，其承载力还不会受外界工作压力的影响而发生变化，进而其能承受工作压力的适应范围也就更大。

本实用新型提出的能解锁的锁紧机构结构简单紧凑，可以坐到较小尺寸；解锁的操作过程也十分简单，只需上提衬套即可，大大提高了生产效率。

本实用新型提出的能解锁的锁紧机构其锁定状态心轴的回弹量小。当将本实用新型提出的能解锁的锁紧机构应用于封隔器时，减少其锁紧状态的回弹量能够有效地提高封隔器的密封性能。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。

图1为本实用新型提出的能解锁的锁紧机构的结构示意图；

图2为本实用新型处于锁紧状态的第一示意图；

图3为本实用新型处于锁紧状态的第二示意图；

图4为本实用新型处于解锁状态的第一示意图；

图5为本实用新型处于解锁状态的第二示意图。

附图标记说明：

100 锁紧机构； 110 心轴；

111 第一凸齿； 120 锁环；

121 锁环本体； 122 弹簧箍；

123 环槽； 124 第二凸齿；

130 锁环座； 140 衬套；

141 第一凸台； 142 第二凸台；

150 支撑套； 151 安装腔。

具体实施方式

结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。

请参考图1至图5，其中，图1为本实用新型提出的能解锁的锁紧机构的结构示意图；图2为本实用新型处于锁紧状态的第一示意图；图3为本实用新型处于锁紧状态的第二示意图；图4为本实用新型处于解锁状态的第一示意图；图5为本实用新型处于解锁状态的第二示意图。

如图1所示，本实用新型提出的能解锁的锁紧机构100包括由内向外依次设置的心轴110、锁环120、锁环座130、衬套140和支撑套150，支撑套150具有开口向上的安装腔151，支撑套150底部设有用于穿设心轴110的穿孔，心轴110上下贯穿安装腔151，锁环120、锁环座130和衬套140均设置在安装腔151内，锁环120包括锁环本体121和弹簧箍122，锁环本体121呈圆筒状且由多个弧形锁环瓣沿周向拼合而成，弹簧箍122套设在锁环本体121的外壁上，锁环120内壁和心轴110外壁上分别设有能相互啮合的凸齿，锁环座130是由沿周向设置的多个弧形锁环座瓣构成的圆环体，锁环120的下端由上向下套设在所述锁环座内并与所述锁环座130内壁构成锥面配合，衬套140套设在锁环座130外壁和支撑套150内壁之间并能向上移动。

本实用新型提出的能解锁的锁紧机构100在安装时，先将锁环120套设在心轴110上，再将衬套140套在锁环120的外部，锁环座130固定在锁环120和衬套140之间，最后将支撑套150套设在该能解锁的锁紧机构100的所有件(所有件包括心轴110、锁环120、锁环座130和衬套140)的外部。

本实用新型提出的能解锁的锁紧机构100包括两种工作状态：一种是锁紧状态；另一种是解锁状态。

如图2所示，锁紧状态时，锁环120和锁环座130套设在心轴110和衬套140之间，锁环座130的内壁面与锁环120下端的外壁面锥面配合，锁环座130对锁环120施加径向的紧固力，使得锁环120抱紧心轴110，设置在锁环120和心轴110之间的凸齿相互啮合，此时，心轴110沿轴向锁紧方向(在本实施例中锁紧方向为心轴110向下移动的方向)止动，不能再向下运动。

如图4、图5所示，解锁状态时，上提衬套140，使衬套140沿轴向向上移动，衬套140与锁环座130分离后，解除了对锁环座130的径向约束，能分瓣的锁环座130也不会再对锁环120施加径向的紧固力，锁环座130和锁环120之间的锥面配合失效，此时，心轴110沿原锁紧方向移动可以撑开锁环120和锁环座130，心轴110和锁环120之间相互啮合的凸齿脱开，如图4所示，使得心轴110可以沿原锁紧方向移动，同时，如图5所示，心轴110也可向上移动，最终实现了心轴110可以双向移动。

由于本实用新型提出的能解锁的锁紧机构100避免了采用剪断销钉进行解锁，而是巧妙地采用上提衬套140使能分瓣的锁环座130失去径向约束，继而解除锁环座130与锁环120之间的锥面配合，从而最终实现解锁。这样，本实用新型提出的能解锁的锁紧机构100在锁紧状态下结构稳定可靠，具有较强的承载力，且承载力受外界工作压力的影响较小，其能承受工作压力的适应范围也更大。同时，该能解锁的锁紧机构100结构简单紧凑，可以坐到较小尺寸，可以适用于不同型号的封隔器；解锁的操作过程也十分简单，只需上提衬套140即可，大大提高了生产效率。

在本实用新型一个可选的例子中，如图1至图5所示，衬套140呈筒状，在衬套140的内壁面上设有沿径向凸出的第一凸台141和第二凸台142，第二凸台142位于第一凸台141的上方，且衬套140在第二凸台142处的内径小于其在第一凸台141处的内径，衬套140由上向下地套入安装腔151后，能解锁的锁紧机构100处于锁紧状态，如图2、图3所示，衬套140和支撑套150一起形成一个呈阶梯状圆柱形的内部空间，供容纳锁环120和锁环座130，锁环座130沿周向分为多瓣并拼合在一起，锁环座130的外壁面与衬套140的内壁面面接触，锁环座130的顶面顶抵在第一凸台141的下沿，这样衬套140将锁环座130固定在安装腔151内，锁环120的顶端和第二凸台的下沿之间具有间隔，该间隔即为胶筒的实际回弹距离。当工作时锁环顶端与第二凸台间接触时，锁环与锁环座锥面间形成的径向间隙应大于锁环齿间措动所需的径向位移。胶筒的回弹能影响胶筒与密封面间接触应力大小，但胶筒的压缩量往往有富余，胶筒的实际回弹距离远远小于胶筒的弹性形变，在轻微回弹后胶筒仍能保证一定的密封效果。锁环120能在锁环座130和第二凸台142的下沿之间上下移动。锁环120套设在心轴110外，设置在锁环120和心轴110之间的凸齿相互啮合；如图2所示，当心轴110向下移动时，心轴110带动锁环120一起向下移动，锁环120下端的外壁面与锁环座130的内壁面锥面配合，使锁环座130对锁环120沿轴向的阻挡力部分转化为沿径向的约束力，锁环120抱紧心轴110，设置在锁环120与心轴110之间的凸齿紧密配合，实现锁紧功能。如图3所示，当心轴110向上移动时，带动锁环120向上移动，当锁环120的上端面被第二凸台142阻挡后，锁环120受到向下的力，驱使锁环120与心轴110发生相对滑动，使锁环120扩径，设置在锁环120和心轴110之间的凸齿开始相对错动，最终解除相互的啮合，心轴110可以向上移动。本实用新型提出的能解锁的锁紧机构具有单项锁紧功能，心轴110沿轴向锁紧方向止动(禁止心轴110向下移动)，反方向仍可以运动(允许心轴110向上移动)。

在本实用新型一个可选的例子中，如图1所示，在锁环本体121的外壁上沿周向开设有一圈环槽123，弹簧箍122套设在环槽123内，锁环本体121能沿周向分为多瓣。锁环120其弹簧箍122具有很大的弹性，允许一定的径向弹性扩张而不散乱，扩张力减小后，分瓣的锁环本体121还能在弹簧箍122弹性力的作用下同时缩回。安装时，首先用弹簧箍122将锁环本体121箍住组成锁环120，然后将锁环120套在心轴110上，再将衬套140套在锁环120的外部，将锁环座130装在衬套140端部圆柱孔中，最后，将支撑套150套在所有件外部。

在一个可选的例子中，锁环本体131由三个形状相同的锁环瓣组成，当然本领域技术人员也可以根据实际情况锁环本体131由四块或更多块锁环瓣组成。

本实用新型提出的能解锁的锁紧机构100其锁定状态下，心轴110的回弹量小。封隔器坐封后撤销载荷时，密封元件作为弹性体有恢复原来形状的趋势，这种恢复力作用在锁环上使锁环和心轴锁紧前有一个瞬时的回退，这个回退距离即回弹量。心轴110的回弹量是与设置在心轴110和锁环120之间的凸齿的齿距和齿高相关的。在设计的齿顶角一定的前提下，齿高决定了承载能力；在保证一定承载能力(齿高)的前提下，封隔器在坐封完毕撤销载荷后，锁环120产生径向收缩与心轴110锁紧，这样锁环120外锥面与锁环座130内锥面之间产生间隙，锁环120外锥面与锁环座130内锥面的间隙对锁环120的回弹量有影响。由于锁环120采用分瓣式结构，并且外用弹簧箍122固定，在锁环120与心轴110间的滑动过程中，锁环120径向扩径量小，所需锁环120外锥面与对应锁环座130内壁面间隙较小，故在锁定状态下心轴110的回弹量较小。回弹量对封隔器性能的影响很大，减少回弹量能够有效地提高封隔器的密封性能。

在一个可选的例子中，弹簧箍122呈圆环状并具有沿弹簧箍122的轴向设置的开口，开口可以沿轴向开设在弹簧箍122圆周上的任意位置处，使得弹簧箍122在径向力作用下可以扩径张开。

在本实用新型一个可选的例子中，如图1至图5所示，心轴110的外壁面为圆柱面，在心轴110的外壁面上沿竖直方向均匀排列有多条第一凸齿111，在锁环本体121的内壁面上沿竖直方向均匀排列有多条第二凸齿124，第一凸齿111沿心轴110的周向设置，第二凸齿124沿锁环120的周向设置，第一凸齿111和第二凸齿124能相互啮合。安装时，将锁环120套设在心轴110设有第一凸齿111的位置处，并使第一凸齿111和第二凸齿124相互啮合。

在一个可选的例子中，第一凸齿111的齿形和第二凸齿124的齿形相同且均为等腰三角形。

在本实用新型一个可选的例子中，如图1、图2所示，锁环本体121下端的外壁面和锁环座130的内壁面均为由上至下渐缩的圆锥面，以形成锥面配合。这样，如图2所示，当锁环本体121向下移动至锁环座130处时，锁环本体121的外壁面便被锁环座130的内壁面阻挡进而固定；同时由于锁环本体121的外壁面与锁环座130的内壁面为锥面配合，锁环座130不但阻止了锁环本体121继续下移，还能对锁环本体121施加沿径向的紧固力，使得锁环本体121进一步的抱紧心轴110，导致心轴110也无法继续向下移动，实现对心轴110的锁紧功能。

在本实用新型一个可选的例子中，锁环座130由四个形状相同的锁环座瓣组成。当然，锁环座130可以由三个、五个或更多个锁环座瓣组成。

当本实用新型提出的能解锁的锁紧机构100应用于封隔器时，锁环120、锁环套130和衬套依次套设在心轴110上，支撑套150套设在所有件的外部，使能解锁的锁紧机构100处于锁紧状态。心轴110上部设有用于密封的胶筒和用于固定的卡瓦，胶筒和卡瓦均套设在支撑套150下部。封隔器坐封时，将封隔器放置在管柱内，之后上提心轴110，胶筒受挤压膨胀密封环空，卡瓦扩径并固定在管柱内，此时，胶筒有恢复原状态的弹性力，心轴110受到胶筒施加的向下的压力，但此时能解锁的锁紧机构100处于锁紧状态，心轴110带动锁环120向下移动时，锁环120受到锁环座130的阻挡并与锁环座130锥面配合，锁环座130对锁环120施加径向的紧固力，使得锁环120抱紧心轴110，设置在锁环120和心轴110之间的凸齿相互啮合，此时，心轴110被锁环120固定不能再继续向下运动，实现了对心轴110和密封元件的锁紧。

当封隔器需要解封时，上提衬套140，衬套140与锁环座130分离并解除了对锁环座130的径向约束，锁环座130对锁环120的径向约束也相应解除，锁环座130和锁环120之间的锥面配合失效，此时，心轴110向下移动可以撑开锁环120和锁环座130，心轴110和锁环120之间相互啮合的凸齿脱开，心轴110可以双向移动，胶筒恢复原状态，封隔器实现解封。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本实用新型进行解释，以便于能够更好地理解本实用新型，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本实用新型的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。