本实用新型涉及一种用于钻机、特别是石油钻机的两用水龙头,即除了具备普通水龙头的功能之外,还可完成单根钻杆的上扣和卸扣的任务。 上海东风机器厂制造的SL450/20Q两用水龙头,就属于这类水龙头。它是把普通水龙头经过改进后,装上一个动力装置,该动力装置靠一个气路控制系统进行控制。于是它既能起到普通水龙头的作用,悬吊钻柱,借助转盘带动钻具旋转並输送泥浆泵排出的泥浆直到井底,又能利用动力装置联接置于鼠洞中的单根,而不再使用猫头轴上扣。动力装置由一个气马 驱动,经两级齿轮减速付减速 第一级齿轮减速付减速后,带动输出轴上的小齿轮旋转,小齿轮再带动装在水龙头中心管上的大齿圈,进行第二级减速。大齿圈带动中心管旋转,装在中心管上的方钻杆也随之旋转,从而可以完成联接单根钻杆的任务。为了在正常钻进时,不会使转盘驱动方钻杆,从而使气马达被驱动空转,造成不必要的磨损,在小齿轮和第一级齿轮减速付之间,有一套伸缩机构。该机构使小齿轮在正常钻进时与大齿圈脱开一段距离。当需要接单根时,将方钻杆与转盘脱开,並在气路控制系统向气马达供气的同时,也向伸缩机构中的活塞上腔供气,推动活塞、联接套、轴套、离合器套向下运动,从而推动小齿轮向下运动,使之与大齿圈进入啮合状态。如果发生小齿轮和大齿圈的牙顶住时,在旋转扭矩的作用下,使轴套和离合器套间的螺旋花键相对转动,並通过离合器套端面和小齿轮尾端间的牙嵌式离合器传递,使小齿轮旋转一个角度,这样小齿轮便可与大齿圈顺利啮合,于是气马达的旋转动力传给方钻杆。当停止供气后,小齿轮在弹簧力的作用下,退回原来的位置,与大齿圈脱开。这种水龙头存在下述三个缺点:
1.由于小齿轮只能正转而不可反转,因此只能完成单根钻杆的上扣,而不能卸扣,即只完成一半任务。小齿轮不能反转的原因是:假如气马达反转,则在扭矩作用下,使离合器套沿螺旋花键向上运动,使离合器套与小齿轮间的牙嵌式离合器脱开,从而使小齿轮不再旋转;
2.利用伸缩机构使小齿轮和大齿圈进入啮合时,经常发生碰撞和摩擦,所产生地铁屑进入下面的水龙头主轴承后,会使其研坏,破坏了水龙头的正常运行,现场实验也证明了这一问题:
3.气马达传给方钻杆的驱动扭矩偏小。
本实用新型的目的就是提供一种克服上述缺点的新型两用水龙头,即不但使动力装置完成单根钻杆上扣,而且可以卸扣;根除小齿轮和大齿圈进入啮合时碰撞产生铁屑的问题;並进一步增大传给方钻杆的驱动扭矩,满足钻井的实际需要。
这一任务是用下面的技术方案实现的:总体结构与上海东风机器厂的两用水龙头相类似,即由水龙头,装在水龙头上的动力装置及其气路控制系统所组成。动力装置由气马达驱动,经两级齿轮减速付减速后,驱动水龙头的中心管旋转。与其不同的特点是:在一、二级齿轮减速付之间装有一个摩擦片式离合器来取代伸缩机构。小齿轮与大齿圈在正常钻进时一直处于啮合状态,而靠摩擦片式离合器来控制一、二级齿轮减速付之间旋转扭矩的传递或脱开。即气路控制系统向气马达供气的同时,也向摩擦片式离合器供气,使摩擦片平面相互贴合,传递扭矩;停止供气时,在弹簧力的作用下使摩擦片脱开,不会传递扭矩。
这一技术方案解决了两个问题:一是气马达不论正转或反转,扭矩均可传给水龙头的中心管和方钻杆,既可完成单根钻杆上扣,又可卸扣。同时,正常钻进时,因为摩擦片脱开,亦不会使转盘之动力传给气马达使其空转;二是由于小齿轮和大齿轮总是处于啮合位置,则不会存在进入啮合时产生齿的碰撞,当然不会产生铁屑研坏主轴承的问题。
图1为两用水龙头传动系统原理图。
图2为两用水龙头总体方案图。
图3为两用水龙头中的动力装置结构图。
以下将结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。
参看图1、图2,动力装置2装在水龙头1的壳体上,大齿圈3装在水龙头1的中心管4上。动力装置2中的气马达5由气路控制系统控制供压力气后旋转,驱动第一级齿轮减速付(齿轮7/齿轮8),经过摩擦片式离合器后带动第二级齿轮减速付(小齿轮20/大齿圈3),使装在中心管4上的大齿圈3旋转,从而中心管4也旋转,带动方钻杆旋转。
参看图3,两用水龙头中的动力装置2主要由外联接套11、内联接套14、装在内、外联接套中的若干个内摩擦片13、外摩擦片12、加力套15、活塞18、弹簧16等零件组成。外联接套11的下段呈盆状,並在周壁上铣出花键槽,外摩擦片12的外花键齿恰好装入槽中。与盆状下段相接的上段是轴颈,齿轮8通过键22固装在该轴颈上。内联接套14通过键21固装在小齿轮20之轴颈上,並伸入外联接套11的盆腔中。内联接套14的外壁上铣出花键齿,而内摩擦片13孔中的内花键槽恰好套入该花键齿上。内、外摩擦片是相互交替装入内、外联接套中,同时靠装在内联接套14上的限位块24和外壳17上的定位台肩的支承,使内、外摩擦片之间保持有一定的间隙,即呈脱开状态。在摩擦片的下部是加力套15和活塞18,二者可沿着轴向平行移动。在活塞18和外壳17的环形空间中均布着若干个压缩弹簧16。隔板10位于支座6和外壳17的中间。在隔板10的侧面装有一个进气咀9,该进气咀与隔板10和外壳17体内的气道相通。出气口位于活塞18的下面。当气路控制系统向气马达供气的同时,亦向进气咀9供气。气压推动活塞18,加力套15向上运动,使内、外摩擦片平面贴合,于是可将气马达传给第一级齿轮减速付的扭矩传递给第二级齿轮减速付;当停止供气后,在弹簧16的推力下,加力套15和活塞18又回到原来的位置,内、外摩擦片重新脱开,因而在正常钻井情况下,转盘的驱动扭矩不会传给气马达使其空转。
为了增大中心管2和方钻杆的驱动扭矩,在气马达与功率不变的情况下,可以用增大减速比的方法来实现。本方案中第一级齿轮减速付减速比为53:16,第二级齿轮减速付减速比为110:12,从而使中心管的驱动扭矩增大至260kgf·m,而上海东风机器厂的两用水龙头中心管的驱动扭矩仅为200kgf·m。