CN109798080A - 一种快插式送水器及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快插式送水器及其施工方法，包括从内到外同轴依次布设的芯轴、轴承和轴承套筒，在芯轴的侧壁上安装有高压水接口；还包括同轴紧密套装在芯轴内并能轴向移动的传力空心轴；传力空心轴的封闭端设有压柄以及滚动体，传力空心轴的开口端设有同轴的芯杆；芯杆的外壁与轴承套筒内壁之间依次设有同轴的环形活塞、卡爪推紧套和卡爪；卡爪包括周向排布的弧形的卡爪片，卡爪片端部内壁为爪片楔形面；在爪片楔形面与芯杆外壁之间设有活塞块，活塞块靠近爪片楔形面的壁面为楔形外壁，在活塞块与芯杆之间设有沿芯杆径向的第一弹簧。本发明能实现送水器安全可靠地与钻杆内螺纹的快速连接，提高钻进效率，满足回转钻进及高压密封的要求。

Description

一种快插式送水器及其施工方法

技术领域

本发明属于煤矿井下送水器的技术领域，具体涉及一种快插式送水器及其施工方法。

背景技术

在煤矿井下钻探过程中，需要送水器向钻杆内部输送高压冲洗介质排渣或驱动孔底动力马达。在现有技术中，送水器不能与钻杆实现快速连接，在加装钻杆的过程中，需要频繁装卸送水器，通常配备专人手动操作。目前，送水器与钻杆的螺纹连接基本依靠人工进行手动拧扣，管钳拧紧，以保证连接安全可靠。在拧卸送水器时，需要更大的卸扣力，现有送水器与钻杆的连接方式操作较为繁琐，费时费力。因此，需要一种能够与钻杆内螺纹进行快速连接且具备密封功能的送水器，以降低劳动强度、提高钻进效率。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种快插式送水器及其施工方法，克服目前送水器与钻杆之间的装卸效率低，造成钻进效率低等缺陷。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种快插式送水器，包括从内到外同轴依次布设的芯轴、轴承和轴承套筒，在芯轴的侧壁上安装有高压水接口；还包括同轴紧密套装在芯轴内并能轴向移动的一端封闭且另一端开口的传力空心轴；所述高压水接口密封连通传力空心轴；

传力空心轴的封闭端与芯轴的一端平齐并设有压柄以及位于压柄和封闭端之间的滚动体，传力空心轴的开口端与芯轴的另一端平齐并设有能随传力空心轴轴向移动且与传力空心轴同轴的芯杆；

芯杆的外壁与轴承套筒内壁之间依次设有能随传力空心轴轴向移动且与传力空心轴同轴的环形活塞、卡爪推紧套和用于装卸钻杆的卡爪；所述卡爪包括周向排布的弧形的卡爪片，卡爪片端部内壁为爪片楔形面；

在所述爪片楔形面与芯杆外壁之间设有活塞块，活塞块靠近爪片楔形面的壁面为与所述爪片楔形面配合的楔形外壁，在活塞块与芯杆之间设有沿芯杆径向的第一弹簧。

本发明还包括如下技术特征：

可选地，所述卡爪片有四个，四个卡爪片两两相对，且相对的两个卡爪片为一组，卡爪片包括一端与卡爪推紧套的端部相接触的弧形部，在弧形部的另一端连接外壁设有螺纹牙的弹性片，弹性片的端部内壁为所述爪片楔形面，两组卡爪片的螺纹牙相差二分之一螺纹距；

每个卡爪片对应一个所述活塞块，相邻两个活塞块之间连接有传力杆，且每个活塞块上连一个传力杆。

可选地，在所述芯杆端部外壁上沿芯杆径向设有活塞槽，每个所述活塞块对应设在一个活塞槽内，且四个活塞块沿芯杆周向均布；

所述传力杆与活塞块之间铰接；

所述卡爪推紧套与弧形部之间通过设在弧形部上的固定孔进行固定连接。

可选地，所述芯轴靠近芯杆的开口端部为三级环形台阶面；

芯轴的开口端部的第三级环形台阶面的外壁紧贴轴承套筒内壁，所述传力空心轴的开口端部为垂直于传力空心轴轴向的环形边缘，所述环形边缘的外壁与芯杆的开口端部的一级台阶的侧壁接触；

所述芯杆的外壁为四级环形台阶面，所述轴承套筒的内壁为二级环形台阶面，在芯杆的第一级环形台阶面与轴承套筒的第二级环形台阶面之间设有同轴的第二弹簧；

所述环形活塞的一端与芯杆的三级环形台阶面之间设有弹性驱动球，环形活塞的另一端卡在卡爪推紧套的外壁内，在环形活塞的端部和轴承套筒的第一级环形台阶面之间设有同轴的第三弹簧；

所述轴承和芯轴的开口端部的三级环形台阶面之间设有轴承垫圈，在轴承和轴承垫圈之间设有用以对轴承进行轴向定位的轴承卡环，所述轴承卡环固定在芯轴外壁上。

可选地，所述传力空心轴的封闭端的外部为圆台结构，所述压柄包括垂直于芯轴的轴向的下压段，以及连接下压段的手压段，所述下压段的端部与芯轴的端部之间通过铰接轴铰接，在下压段与封闭端的圆台结构之间设有所述滚动体，在所述下压段上设有弧形槽，用以放置所述滚动体；

所述芯轴靠近压柄的端部内壁设有环形限位台，用以对传力空心轴的轴向移动进行限位，防止传力空心轴向压柄移动时，继续顶推已经复位的压柄。

可选地，所述轴承套筒靠近压柄的一端与芯轴外壁之间设有轴承挡圈，用以对轴承进行轴向限位；

所述轴承挡圈通过固定销固定在芯轴外壁上；

所述轴承有两个，两个轴承紧贴芯轴并沿芯轴的轴向布设，两个轴承之间设有紧贴芯轴外壁的环形挡环，用以对两个轴承进行轴向定位。

可选地，在传力空心轴和芯轴之间、芯轴和轴承套筒之间、环形活塞和轴承套筒之间、卡爪的弧形部与轴承套筒之间以及环形边缘与芯杆端面之间均设有密封圈，用以实现密封作用；

所述轴承垫圈和芯轴开口端部的三级环形台阶面之间填充有格莱圈，用以实现密封作用。

本发明还提供了一种快插式送水器的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：先按下压柄，压柄绕着铰接轴转动，滚动体与传力空心轴的封闭端圆台结构接触，在压柄的作用下，传力空心轴轴向移动，并推动芯杆、环形活塞和卡爪均轴向移动，使第二弹簧和第三弹簧压缩，且芯杆移动的速度大于卡爪移动的速度，使活塞块的楔形外壁远离爪片楔形面，第一弹簧复位，卡爪收缩，将卡爪的弹性片***到钻杆的内螺纹中；

步骤二：再松开压柄，第二弹簧和第三弹簧复位作用下，弹性片、环形活塞、芯杆和传力空心轴向压柄方向移动，弹性片移动过程中，活塞块的楔形外壁支撑爪片楔形面使弹性片张开，由于两组卡爪片的螺纹牙相差二分之一螺纹距，其中一组卡爪片与钻杆内螺纹的螺纹顶部接触，另一组卡爪片能落入钻杆母接头的螺纹槽内；

步骤三：在活塞块、传力空心杆和第一弹簧的作用下，与钻杆内螺纹的螺纹顶部接触的一组卡爪片被挤压，与这一组卡爪片接触的活塞块被压缩，通过传力杆传力，传力杆将其另一端的活塞块外推，使另一组卡爪片张开，该组卡爪片与钻杆的内螺纹啮合，实现送水器与钻杆的快速密封连接。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(Ⅰ)本发明操作简单、体积小巧、质量较轻，只需通过操作压柄即可实现送水器安全可靠地与钻杆内螺纹的快速连接，避免了手拧螺纹费时、费力的操作，提高钻进效率，满足回转钻进及高压密封的要求。本发明便于实现送水器与钻杆自动化瞬间密封连接，便于进一步实现煤矿井下“自动化”、“无人化”钻进。

(Ⅱ)本发明中，按下压柄时，压柄绕着铰接轴转动，滚动体与传力空心轴的封闭端圆台结构接触，在压柄的作用下，传力空心轴轴向移动，并推动芯杆、环形活塞和卡爪均轴向移动，使第二弹簧和第三弹簧压缩，且芯杆移动的速度大于卡爪移动的速度，使活塞块的楔形外壁远离爪片楔形面，第一弹簧复位，卡爪收缩，从而将卡爪的弹性片***到钻杆的内螺纹中。

(Ⅲ)本发明中，松开压柄时，第二弹簧和第三弹簧复位作用下，弹性片、环形活塞、芯杆和传力空心轴向压柄方向移动，弹性片移动过程中，活塞块的楔形外壁支撑爪片楔形面使弹性片张开，由于两组卡爪片的螺纹牙相差二分之一螺纹距，其中一组卡爪片与钻杆内螺纹的螺纹顶部接触，另一组卡爪片能落入钻杆母接头的螺纹槽内。

(Ⅳ)本发明中，在活塞块、传力空心杆和第一弹簧的作用下，与钻杆内螺纹的螺纹顶部接触的一组卡爪片被挤压，与这一组卡爪片接触的活塞块被压缩，通过传力杆传力，传力杆将其另一端的活塞块外推，使另一组卡爪片张开，该组卡爪片与钻杆的内螺纹啮合，实现送水器与钻杆的快速密封连接。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为图1的右视图。

图3为本发明的卡爪片结构示意图。

图中各标号表示为：1-芯轴，2-轴承，3-轴承套筒，4-高压水接口，5-传力空心轴，6-压柄，7-环形活塞，8-滚动体，9-卡爪，10-芯杆，11-卡爪推紧套，12-活塞块，13-第一弹簧，14-轴承垫圈，15-传力杆，16-第二弹簧，17-弹性驱动球，18-第三弹簧，19-轴承卡环，20-轴承挡圈，21-环形挡环，22-格莱圈；

(6-1)-下压段，(6-2)-手压段，(6-3)-弧形槽；

(9-1)-弧形部，(9-2)-弹性片。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

如图1至3所示，本实施例提供一种快插式送水器，包括从内到外同轴依次布设的芯轴1、轴承2和轴承套筒3，在芯轴1的侧壁上安装有高压水接口4；还包括同轴紧密套装在芯轴1内并能轴向移动的一端封闭且另一端开口的传力空心轴5；高压水接口4密封连通传力空心轴5，用以对传力空心轴5内通入高压水；传力空心轴5的封闭端与芯轴1的一端平齐并设有压柄6以及位于压柄6和封闭端之间的滚动体8，传力空心轴5的开口端与芯轴1的另一端平齐并设有能随传力空心轴5轴向移动且与传力空心轴5同轴的芯杆10；芯杆10的外壁与轴承套筒3内壁之间依次设有能随传力空心轴5轴向移动且与传力空心轴5同轴的环形活塞7、卡爪推紧套11和用于装卸钻杆的卡爪9；卡爪9包括周向排布的弧形的卡爪片，卡爪片端部内壁为爪片楔形面；在爪片楔形面与芯杆10外壁之间设有活塞块12，活塞块12靠近爪片楔形面的壁面为与爪片楔形面配合的楔形外壁，在活塞块12与芯杆10之间设有沿芯杆10径向的第一弹簧13。

具体的，卡爪片有四个，四个卡爪片两两相对，且相对的两个卡爪片为一组，卡爪片包括一端与卡爪推紧套11的端部相接触的弧形部9-1，在弧形部9-1的另一端连接外壁设有螺纹牙的弹性片9-2，弹性片9-2的端部内壁为爪片楔形面，两组卡爪片的螺纹牙相差二分之一螺纹距；每个卡爪片对应一个活塞块12，相邻两个活塞块12之间连接有传力杆15，且每个活塞块12上连一个传力杆15。从而，当卡爪的弹性片***到钻杆的内螺纹中时，第二弹簧和第三弹簧复位作用下，弹性片、环形活塞、芯杆和传力空心轴向压柄方向移动，弹性片移动过程中，活塞块的楔形外壁支撑爪片楔形面使弹性片张开，由于两组卡爪片的螺纹牙相差二分之一螺纹距，其中一组卡爪片与钻杆内螺纹的螺纹顶部接触，另一组卡爪片能落入钻杆母接头的螺纹槽内；在活塞块、传力空心杆和第一弹簧的作用下，与钻杆内螺纹的螺纹顶部接触的一组卡爪片被挤压，与这一组卡爪片接触的活塞块被压缩，通过传力杆传力，传力杆将其另一端的活塞块外推，使另一组卡爪片张开，该组卡爪片与钻杆的内螺纹啮合，实现送水器与钻杆的快速密封连接。

在芯杆10端部外壁上沿芯杆10向设有活塞槽，每个活塞块12对应设在一个活塞槽内，且四个活塞块12沿芯杆10周向均布；传力杆15与活塞块12之间铰接；卡爪推紧套11与弧形部9-1之间通过设在弧形部9-1上的固定孔进行固定连接。

芯轴1靠近芯杆10的开口端部为三级环形台阶面；芯轴1的开口端部的第三级环形台阶面的外壁紧贴轴承套筒3内壁，传力空心轴5的开口端部为垂直于传力空心轴5轴向的环形边缘，环形边缘的外壁与芯杆10的开口端部的一级台阶的侧壁接触；芯杆10的外壁为四级环形台阶面，轴承套筒3的内壁为二级环形台阶面，在芯杆10的第一级环形台阶面与轴承套筒3的第二级环形台阶面之间设有同轴的第二弹簧16；环形活塞7的一端与芯杆10的三级环形台阶面之间设有弹性驱动球17，用以使且芯杆10移动的速度大于卡爪9移动的速度，环形活塞7的另一端卡在卡爪推紧套11的外壁内，在环形活塞7的端部和轴承套筒3的第一级环形台阶面之间设有同轴的第三弹簧18；轴承2和芯轴1的开口端部的三级环形台阶面之间设有轴承垫圈14，在轴承2和轴承垫圈14之间设有用以对轴承2进行轴向定位的轴承卡环19，轴承卡环19固定在芯轴1外壁上。

传力空心轴5的封闭端的外部为圆台结构，压柄6包括垂直于芯轴1的轴向的下压段6-1，以及连接下压段6-1的手压段6-2，下压段6-1的端部与芯轴1的端部之间通过铰接轴铰接，在下压段6-1与封闭端的圆台结构之间设有滚动体8，在下压段6-1上设有弧形槽6-3，用以放置滚动体8；芯轴1靠近压柄6的端部内壁设有环形限位台，用以对传力空心轴5的轴向移动进行限位，防止传力空心轴5向压柄6移动时，继续顶推已经复位的压柄6。

轴承套筒3靠近压柄6的一端与芯轴1外壁之间设有轴承挡圈20，用以对轴承2进行轴向限位；轴承挡圈20通过固定销固定在芯轴1外壁上；轴承2有两个，两个轴承2紧贴芯轴1并沿芯轴1的轴向布设，两个轴承2之间设有紧贴芯轴1外壁的环形挡环21，用以对两个轴承2进行轴向定位。

在传力空心轴5和芯轴1之间、芯轴1和轴承套筒3之间、环形活塞7和轴承套筒3之间、卡爪9的弧形部9-1与轴承套筒3之间以及环形边缘与芯杆10端面之间均设有密封圈，用以实现密封作用；轴承垫圈14和芯轴1开口端部的三级环形台阶面之间填充有格莱圈22，用以实现密封作用。

实施例2：

本实施例还提供了一种快插式送水器的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：先按下压柄，压柄绕着铰接轴转动，滚动体与传力空心轴的封闭端圆台结构接触，在压柄的作用下，传力空心轴轴向移动，并推动芯杆、环形活塞和卡爪均轴向移动，使第二弹簧和第三弹簧压缩，且芯杆移动的速度大于卡爪移动的速度，使活塞块的楔形外壁远离爪片楔形面，第一弹簧复位，卡爪收缩，将卡爪的弹性片***到钻杆的内螺纹中；

步骤二：再松开压柄，第二弹簧和第三弹簧复位作用下，弹性片、环形活塞、芯杆和传力空心轴向压柄方向移动，弹性片移动过程中，活塞块的楔形外壁支撑爪片楔形面使弹性片张开，由于两组卡爪片的螺纹牙相差二分之一螺纹距，其中一组卡爪片与钻杆内螺纹的螺纹顶部接触，另一组卡爪片能落入钻杆母接头的螺纹槽内；

步骤三：在活塞块、传力空心杆和第一弹簧的作用下，与钻杆内螺纹的螺纹顶部接触的一组卡爪片被挤压，与这一组卡爪片接触的活塞块被压缩，通过传力杆传力，传力杆将其另一端的活塞块外推，使另一组卡爪片张开，该组卡爪片与钻杆的内螺纹啮合，实现送水器与钻杆的快速密封连接。

Claims (8)

1.一种快插式送水器，包括从内到外同轴依次布设的芯轴(1)、轴承(2)和轴承套筒(3)，在芯轴(1)的侧壁上安装有高压水接口(4)；其特征在于，还包括同轴紧密套装在芯轴(1)内并能轴向移动的一端封闭且另一端开口的传力空心轴(5)；所述高压水接口(4)密封连通传力空心轴(5)；

传力空心轴(5)的封闭端与芯轴(1)的一端平齐并设有压柄(6)以及位于压柄(6)和封闭端之间的滚动体(8)，传力空心轴(5)的开口端与芯轴(1)的另一端平齐并设有能随传力空心轴(5)轴向移动且与传力空心轴(5)同轴的芯杆(10)；

芯杆(10)的外壁与轴承套筒(3)内壁之间依次设有能随传力空心轴(5)轴向移动且与传力空心轴(5)同轴的环形活塞(7)、卡爪推紧套(11)和用于装卸钻杆的卡爪(9)；所述卡爪(9)包括周向排布的弧形的卡爪片，卡爪片端部内壁为爪片楔形面；

在所述爪片楔形面与芯杆(10)外壁之间设有活塞块(12)，活塞块(12)靠近爪片楔形面的壁面为与所述爪片楔形面配合的楔形外壁，在活塞块(12)与芯杆(10)之间设有沿芯杆(10)径向的第一弹簧(13)。

2.如权利要求1所述的快插式送水器，其特征在于，所述卡爪片有四个，四个卡爪片两两相对，且相对的两个卡爪片为一组，卡爪片包括一端与卡爪推紧套(11)的端部相连接的弧形部(9-1)，在弧形部(9-1)的另一端连接外壁设有螺纹牙的弹性片(9-2)，弹性片(9-2)的端部内壁为所述爪片楔形面，两组卡爪片的螺纹牙相差二分之一螺纹距；

每个卡爪片对应一个所述活塞块(12)，相邻两个活塞块(12)之间连接有传力杆(15)，且每个活塞块(12)上连一个传力杆(15)。

3.如权利要求2所述的快插式送水器，其特征在于，在所述芯杆(10)端部外壁上沿芯杆(10)径向设有活塞槽，每个所述活塞块(12)对应设在一个活塞槽内，且四个活塞块(12)沿芯杆(10)周向均布；

所述传力杆(15)与活塞块(12)之间铰接；

所述卡爪推紧套(11)与弧形部(9-1)之间通过设在弧形部(9-1)上的固定孔进行固定连接。

4.如权利要求1所述的快插式送水器，其特征在于，所述芯轴(1)靠近芯杆(10)的开口端部为三级环形台阶面；

芯轴(1)的开口端部的第三级环形台阶面的外壁紧贴轴承套筒(3)内壁，所述传力空心轴(5)的开口端部为垂直于传力空心轴(5)轴向的环形边缘，所述环形边缘的外壁与芯杆(10)的开口端部的一级台阶的侧壁接触；

所述芯杆(10)的外壁为四级环形台阶面，所述轴承套筒(3)的内壁为二级环形台阶面，在芯杆(10)的第一级环形台阶面与轴承套筒(3)的第二级环形台阶面之间设有同轴的第二弹簧(16)；

所述环形活塞(7)的一端与芯杆(10)的三级环形台阶面之间设有弹性驱动球(17)，环形活塞(7)的另一端卡在卡爪推紧套(11)的外壁内，在环形活塞(7)的端部和轴承套筒(3)的第一级环形台阶面之间设有同轴的第三弹簧(18)；

所述轴承(2)和芯轴(1)的开口端部的三级环形台阶面之间设有轴承垫圈(14)，在轴承(2)和轴承垫圈(14)之间设有用以对轴承(2)进行轴向定位的轴承卡环(19)，所述轴承卡环(19)固定在芯轴(1)外壁上。

5.如权利要求1所述的快插式送水器，其特征在于，所述传力空心轴(5)的封闭端的外部为圆台结构，所述压柄(6)包括垂直于芯轴(1)的轴向的下压段(6-1)，以及连接下压段(6-1)的手压段(6-2)，所述下压段(6-1)的端部与芯轴(1)的端部之间通过铰接轴铰接，在下压段(6-1)与封闭端的圆台结构之间设有所述滚动体(8)，在所述下压段(6-1)上设有弧形槽(6-3)，用以放置所述滚动体(8)；

所述芯轴(1)靠近压柄(6)的端部内壁设有环形限位台，用以对传力空心轴(5)的轴向移动进行限位，防止传力空心轴(5)向压柄(6)移动时，继续顶推已经复位的压柄(6)。

6.如权利要求1所述的快插式送水器，其特征在于，所述轴承套筒(3)靠近压柄(6)的一端与芯轴(1)外壁之间设有轴承挡圈(20)，用以对轴承(2)进行轴向限位；

所述轴承挡圈(20)通过固定销固定在芯轴(1)外壁上；

所述轴承(2)有两个，两个轴承(2)紧贴芯轴(1)并沿芯轴(1)的轴向布设，两个轴承(2)之间设有紧贴芯轴(1)外壁的环形挡环(21)，用以对两个轴承(2)进行轴向定位。

7.如权利要求1至6任一权利要求所述的快插式送水器，其特征在于，在传力空心轴(5)和芯轴(1)之间、芯轴(1)和轴承套筒(3)之间、环形活塞(7)和轴承套筒(3)之间、卡爪(9)的弧形部(9-1)与轴承套筒(3)之间以及环形边缘与芯杆(10)端面之间均设有密封圈，用以实现密封作用；

所述轴承垫圈(14)和芯轴(1)开口端部的三级环形台阶面之间填充有格莱圈(22)，用以实现密封作用。

8.权利要求7所述的快插式送水器的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：先按下压柄，压柄绕着铰接轴转动，滚动体与传力空心轴的封闭端圆台结构接触，在压柄的作用下，传力空心轴轴向移动，并推动芯杆、环形活塞和卡爪均轴向移动，使第二弹簧和第三弹簧压缩，且芯杆移动的速度大于卡爪移动的速度，使活塞块的楔形外壁远离爪片楔形面，第一弹簧复位，卡爪收缩，将卡爪的弹性片***到钻杆的内螺纹中；

步骤二：再松开压柄，第二弹簧和第三弹簧复位作用下，弹性片、环形活塞、芯杆和传力空心轴向压柄方向移动，弹性片移动过程中，活塞块的楔形外壁支撑爪片楔形面使弹性片张开，由于两组卡爪片的螺纹牙相差二分之一螺纹距，其中一组卡爪片与钻杆内螺纹的螺纹顶部接触，另一组卡爪片能落入钻杆母接头的螺纹槽内；

步骤三：在活塞块、传力空心杆和第一弹簧的作用下，与钻杆内螺纹的螺纹顶部接触的一组卡爪片被挤压，与这一组卡爪片接触的活塞块被压缩，通过传力杆传力，传力杆将其另一端的活塞块外推，使另一组卡爪片张开，该组卡爪片与钻杆的内螺纹啮合，实现送水器与钻杆的快速密封连接。