一种管状物交替式连续输送机构的制作方法

本发明属于钻探与钻井工程技术领域，特别涉及一种适用于地质钻探、能源钻井、极地钻探等送钻系统的管状物交替式连续输送机构。

背景技术：

地面存储系统是配套双钻头自平衡钻具系统的地面设备，要求井下的管状物在受到一定的拉力作用下到达地面过程中无挤压变形，以管状物为载体的流体、缆线、数据线等要求在此过程中无泄漏、无漏电、无连电等。目前，常规所用的起升下放设备多以绞车的滚动缠绕原理为主，绞车回转将各种管线缠绕在滚筒上实现起升下放物体。双钻头自平衡钻具系统用管状物是将电源线、钻井液循环通道和数据信号控制线等集成在一起的集成管线，用现有绞车提升钻具，就管状物而言会出现如，管状物在滚筒上极易被挤偏、绞车上旋转滚筒的管状物固定端与地面静止部分动静密封和动静状态下的电液隔离技术难以克服，机构将十分复杂。因此，通过绞车存储管状物的方法很难满足实际需求。

国内大多以传统钻具系统为依托，在结构、材料和工艺方面尽可能提高钻进效率，节省钻进成本，已取得了相关的理论成果。但是，关于双钻头自平衡钻具方面的研究很少，吉林大学提出了“一种井下扭矩自平衡有缆钻具系统”，详见专利号201710082518，同时对井下扭矩自平衡有缆钻具系统配套的管状物地面排布存储系统方面的研究也有了初步进展，提出了“一种自平衡钻具系统用缆管地面仿生存储系统”，详见申请号201811147745.5。双钻头自平衡钻具系统的理论和方法具有原创性，研究和应用前景广阔，将具有十分深远的意义。因此，作为双钻头自平衡钻具系统的配套，研究自平衡钻具系统用管状物地面仿生存储系统对于该系统的系统化研究具有很大的推动作用，意义重大。其中地面涡状的管状物连续输送机构是该机构不可或缺的一部分。

技术实现要素：

针对重载下管状物上提和下放难度极大的问题，本发明的目的是为井下扭矩自平衡有缆钻具系统配套一种管状物交替式连续输送机构，用于解决双钻头自平衡钻具系统所使用管状物由地面到地下的输送问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种管状物交替式连续输送机构，其特征在于，该管状物交替式连续输送机构由至少三组设置在钻柱上的夹紧输送组件构成，所述夹紧输送组件包括运送驱动电机、运送齿条、运送齿轮、运送夹紧件、夹紧支撑导件、夹紧电机定子、夹紧电机转子、夹紧传力轴、夹紧传力轴承力轴承、夹紧传力轴后盖、夹紧传力轴支撑及夹紧支撑环板，所述运送驱动电机的输出轴与运送齿轮同轴连接，运送驱动电机用于驱动运送齿轮转动；所述运送齿轮与运送齿条啮合组成传动副；所述运送夹紧件上具有竖直导向凸槽、运送齿条固定槽、夹紧管状物接触面及运送夹紧平面，竖直导向凸槽与竖直导向凹槽间隙配合，二者之间相对往复竖向滑动；运送齿条固定槽与运送齿条的光滑面过盈配合连接；夹紧管状物接触面为圆弧形曲面，圆弧形曲面的直径与管状物直径相等；所述夹紧支撑导件上具有夹紧支撑导件水平导向凹槽、推拉母丝杠、竖直导向凹槽、轴承外支撑限位环、轴承外接触面及夹紧支撑导件光滑圆弧面，夹紧支撑导件水平导向凹槽与夹紧支撑导件水平导向凸槽相配合，二者相对往复水平滑动；推拉母丝杠与推拉公丝杠相配合；轴承外支撑限位环用于固定夹紧传力轴承力轴承；轴承外接触面与夹紧传力轴承力轴承外侧面过盈配合；夹紧支撑导件光滑圆弧面与夹紧支撑导件接触柱面公差配合；所述夹紧电机定子固定在夹紧支撑导件上；所述夹紧电机转子设置在夹紧电机定子内部，且夹紧电机转子与夹紧电机定子之间通过轴承连接，夹紧电机转子包括夹紧电机转子本体及夹紧电机转子内键槽，夹紧电机转子内键槽沿夹紧电机转子本体轴向设置在其内侧壁上，夹紧电机转子内键槽与传扭滑键间隙配合；所述夹紧传力轴上设置有导正顶法凹坑、夹紧传力轴导正轴承上套、传扭滑键及推拉公丝杠，导正顶法凹坑为内锥形，导正顶法凹坑与导正顶尖接触配合；夹紧传力轴导正轴承上套与夹紧传力轴承力轴承过盈配合；所述夹紧传力轴后盖包括夹紧传力轴后盖本体及导正顶尖，夹紧传力轴后盖本体上开设有第一固定孔，第一固定孔与第二固定孔对应并由配合螺栓固定；导正顶尖设置在夹紧传力轴后盖本体中部；所述夹紧传力轴支撑包括夹紧传力轴支撑本体、第二固定孔及夹紧传力轴导正轴承下套，所述第二固定孔及夹紧传力轴导正轴承下套均设置在夹紧传力轴支撑本体上，其中夹紧传力轴导正轴承下套与夹紧传力轴承力轴承过盈配合；所述夹紧支撑环板上具有夹紧支撑导件水平导向凸槽、夹紧支撑导件接触柱面及固定板，夹紧支撑导件水平导向凸槽沿夹紧支撑环板轴向设置在夹紧支撑导件接触柱面上，固定板与回转柱外表面吻合并由螺栓固定连接。

进一步，所述竖直导向凸槽与竖直导向凹槽之间的间隙为0.05mm～2mm，并在间隙中充填有润滑油或润滑用酯类物质。

进一步，所述运送夹紧平面和与其呈平行设置同时夹紧管状物接触面圆心所在的平面之间距离为2mm～10mm。

进一步，所述夹紧支撑导件水平导向凹槽与夹紧支撑导件水平导向凸槽为公差配合，二者相对滑动面间涂有润滑油。

进一步，所述轴承外支撑限位环的内径与夹紧传力轴承力轴承的外径相差至少2mm，同时轴承外支撑限位环的内径与夹紧传力轴承力轴承的内径相差至少2mm。

进一步，所述夹紧电机转子内键槽与传扭滑键的间隙在0.05mm～0.2mm之间，并在间隙中充填有润滑油。

进一步，所述导正顶法凹坑的最大外径为10mm～30mm。

进一步，所述导正顶法凹坑的内锥角为30°～120°。

进一步，所述导正顶法凹坑的锥角大于导正顶尖的锥角3°～10°。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：针对重载下管状物上提和下放难度极大的问题，本发明提供的一种管状物交替式连续输送机构，用于解决双钻头自平衡钻具系统所使用管状物由地面到地下的输送问题，同时解决了管状物上下输送平稳性问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的总装配体剖面图。

图2是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的一组夹紧输送组件俯视图。

图3是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的一组夹紧输送组件立体图。

图4是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的运送夹紧件俯视图。

图5是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的夹紧支撑导件主视图。

图6是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的夹紧支撑导件俯视剖面图，即图5沿a-a线剖视图。

图7是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的夹紧支撑导件左视图。

图8是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的夹紧电机转子主视图。

图9是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的夹紧传力轴主视图。

图10是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的夹紧传力轴局部放大图。

图11是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的夹紧传力轴俯视剖面图，即图9沿d-d线剖视图。

图12是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的夹紧传力轴俯视局部放大图，即图11中ⅲ处的局部放大图。

图13是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的夹紧传力轴后盖剖面图。

图14是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的夹紧传力轴支撑剖面图。

图15是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的夹紧支撑环板主视图。

图16是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的夹紧支撑环板左视剖面图，即图15沿b-b线剖视图。

图17是本发明实施例中管状物交替式连续输送机构的夹紧支撑环板立体图。

图中各标记如下：1-固定柱、2-回转承压轴承、3-回转柱、4-回转扶正轴承、5-管状物、6-运送驱动电机、7-运送齿条、8-运送齿轮、9-运送夹紧件、10-夹紧支撑导件、11-夹紧电机定子、12-夹紧电机转子、13-夹紧传力轴、14-夹紧传力轴承力轴承、15-夹紧传力轴后盖、16-夹紧传力轴支撑、17-夹紧支撑环板、901-竖直导向凸槽、902-运送齿条固定槽、903-夹紧管状物接触面、904-运送夹紧平面、1001-夹紧支撑导件水平导向凹槽、1002-推拉母丝杠、1003-竖直导向凹槽、1004-轴承外支撑限位环、1005-轴承外接触面、1006-夹紧支撑导件光滑圆弧面、1201-夹紧电机转子本体、1202-夹紧电机转子内键槽、1301-导正顶法凹坑、1302-夹紧传力轴导正轴承上套、1303-传扭滑键、1304-推拉公丝杠、1501-夹紧传力轴后盖本体、1502-导正顶尖、1503-第一固定孔、1601-第二固定孔、1602-夹紧传力轴支撑本体、1603-夹紧传力轴导正轴承下套、1701-夹紧支撑导件水平导向凸槽、1702-夹紧支撑导件接触柱面、1703-固定板。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1至17所示，一种管状物交替式连续输送机构，由至少三组设置在钻柱18上的夹紧输送组件构成，钻柱18与回转柱3同轴连接，钻柱18的下端与回转柱3的顶端螺纹连接，回转柱3与固定柱1同轴设置，回转柱3的下部通过回转承压轴承2与固定柱1连接，回转柱3的上部通过回转扶正轴承4与固定柱1连接；

所述夹紧输送组件包括运送驱动电机6、运送齿条7、运送齿轮8、运送夹紧件9、夹紧支撑导件10、夹紧电机定子11、夹紧电机转子12、夹紧传力轴13、夹紧传力轴承力轴承14、夹紧传力轴后盖15、夹紧传力轴支撑16及夹紧支撑环板17；

所述运送驱动电机6的输出轴与运送齿轮8同轴连接，运送驱动电机6用于驱动运送齿轮8转动；

所述运送齿轮8与运送齿条7啮合组成传动副；

所述运送夹紧件9上具有竖直导向凸槽901、运送齿条固定槽902、夹紧管状物接触面903及运送夹紧平面904，竖直导向凸槽901与竖直导向凹槽1003相配合，二者之间相对往复竖向滑动，为使二者在频繁相对滑动中减少磨损，需要竖直导向凸槽901与竖直导向凹槽1003为间隙配合，其间隙在0.05mm～2mm之间，并在间隙中充填有润滑油或润滑用酯类物质；运送齿条固定槽902与运送齿条7的光滑面过盈配合连接；夹紧管状物接触面903为圆弧形曲面，圆弧形曲面的直径与管状物5直径相等，使得管状物5被一对运送夹紧件9夹紧时，夹紧管状物接触面903与管状物5外表面贴合，以保证相互间紧密接触产生最大的摩擦阻力；所述运送夹紧平面904和与其呈平行设置同时夹紧管状物接触面903圆心所在的平面之间距离为2mm～10mm，其目的是为管状物5被一对运送夹紧件9夹紧时产生的径向变形提供径向空间；

所述夹紧支撑导件10上具有夹紧支撑导件水平导向凹槽1001、推拉母丝杠1002、竖直导向凹槽1003、轴承外支撑限位环1004、轴承外接触面1005及夹紧支撑导件光滑圆弧面1006，夹紧支撑导件水平导向凹槽1001与夹紧支撑导件水平导向凸槽1701相配合，二者相对往复水平滑动，使夹紧支撑导件10不能围绕其中心轴旋转，为使二者在频繁相对滑动中减少磨损，需要夹紧支撑导件水平导向凹槽1001与夹紧支撑导件水平导向凸槽1701为公差配合，二者相对滑动面间涂有润滑油；推拉母丝杠1002与推拉公丝杠1304配合，当夹紧传力轴13转动时，可带动夹紧支撑导件10沿轴向往复运动；轴承外支撑限位环1004用于固定夹紧传力轴承力轴承14，轴承外支撑限位环1004的内径与夹紧传力轴承力轴承14的外径相差至少2mm，同时轴承外支撑限位环1004的内径与夹紧传力轴承力轴承14的内径相差至少2mm，轴承外接触面1005与夹紧传力轴承力轴承14外侧面过盈配合；夹紧支撑导件光滑圆弧面1006与夹紧支撑导件接触柱面1702公差配合；

所述夹紧电机定子11固定在夹紧支撑导件10上；

所述夹紧电机转子12设置在夹紧电机定子11内部，且夹紧电机转子12与夹紧电机定子11之间通过轴承连接，夹紧电机转子12包括夹紧电机转子本体1201及夹紧电机转子内键槽1202，夹紧电机转子内键槽1202沿夹紧电机转子本体1201轴向设置在其内侧壁上，夹紧电机转子内键槽1202与传扭滑键1303间隙配合，其间隙在0.05mm～0.2mm之间，在间隙中充填有润滑油；

所述夹紧传力轴13上设置有导正顶法凹坑1301、夹紧传力轴导正轴承上套1302、传扭滑键1303及推拉公丝杠1304，导正顶法凹坑1301的最大外径为10mm～30mm，导正顶法凹坑1301为内锥形，内锥角为30°～120°，导正顶法凹坑1301与导正顶尖1502接触配合，导正顶法凹坑1301的锥角大于导正顶尖1502的锥角3°～10°；夹紧传力轴导正轴承上套1302与夹紧传力轴承力轴承14过盈配合；

所述夹紧传力轴后盖15包括夹紧传力轴后盖本体1501及导正顶尖1502，夹紧传力轴后盖本体1501上开设有第一固定孔1503，第一固定孔1503与第二固定孔1601对应并由配合螺栓固定；导正顶尖1502设置在夹紧传力轴后盖本体1501中部，导正顶尖1502与导正顶法凹坑1301接触配合；

所述夹紧传力轴支撑16包括夹紧传力轴支撑本体1602、第二固定孔1601及夹紧传力轴导正轴承下套1603，所述第二固定孔1601及夹紧传力轴导正轴承下套1603均设置在夹紧传力轴支撑本体1602上，其中夹紧传力轴导正轴承下套1603与夹紧传力轴承力轴承14过盈配合；

所述夹紧支撑环板17上具有夹紧支撑导件水平导向凸槽1701、夹紧支撑导件接触柱面1702及固定板1703，夹紧支撑导件水平导向凸槽1701沿夹紧支撑环板17轴向设置在夹紧支撑导件接触柱面1702上，夹紧支撑导件水平导向凸槽1701与夹紧支撑导件水平导向凹槽1001相对往复水平滑动配合；夹紧支撑导件接触柱面1702与夹紧支撑导件光滑圆弧面1006公差配合；固定板1703与回转柱3外表面吻合，并由相应规格螺栓固定连接。

本发明提出了一种管状物交替式连续输送机构，其工作原理为：其由三组以上的夹紧输送组件构成，如图1所示，以a、b、c三组夹紧输送组件为例，在上提管状物5时，首先a、b两组中的夹紧电机转子12带动夹紧传力轴13回转，夹紧传力轴13促使夹紧支撑导件10向管状物5水平移动直至夹紧力达到设定值为止，然后a、b两组的运送驱动电机6驱动运送齿轮8转动，运送齿轮8与运送齿条7啮合构成传动副，由运送齿条7和运送夹紧件9的组合件夹紧管状物5向上运动；与此同时，c组未进行夹管状物5动作并在空载下快速驱动运送齿条7和运送夹紧件9的组合件向下运动到其最下位，然后在快速夹紧管状物5的同时运送齿条7和运送夹紧件9的组合件向上运动，在其与管状物5接触时与a、b两组的向上运动速度相同，此时a组迅速松开管状物5，并在空载下快速驱动运送齿条7和运送夹紧件9的组合件向下运动到其最下位，然后重复此前c组的动作程序，在a组夹紧管状物5时，b组的运送齿条7和运送夹紧件9的组合件正好到达其最上位并迅速松开管状物5，接着重复此前a的动作程序，如此反复进行，始终能保证两组夹紧输送组件一直在夹紧并匀速平稳上提管状物5。反之亦然，下放管状物5时，上述动作程序逆向执行即可完成。当管状物5的的重量很大时，可以通过增加更多组夹紧输送组件来实现对其上提和下放动作。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。