钻杆操作装置 【技术领域】
本发明涉及用于细长零件 （例如有一定长度的钻杆、 柱、 实心管、 薄壁管等） 的操作装置。 在整个说明书中， 术语 “钻杆” 被认为是包括在地面的洞孔和井的钻孔、 安装和维 护中所使用的所有形式的细长构件， 包括杆、 管子、 管道和以长度形式提供的壳体， 并且它 们互相连接以在洞孔中被使用。
背景技术 本发明的一种特定应用涉及一种可与在钻孔中使用的钻机一起使用的配件。 这种 钻机通常包含直立的桅杆， 该直立桅杆具有安装在其上的钻床头， 其中钻床头能够沿着桅 杆移动， 并且钻头设有可接收和接合钻柱的上端， 并且可向钻柱施加旋转力的装置， 以使其 在钻孔中旋转， 从而这种旋转通过安装在钻柱下端的钻头产生切割作用。钻柱包括首尾相 连的多个钻杆。每个钻杆通常最多等于桅杆的高度。通常， 每个钻杆可具有高达约六米的 长度。在钻孔操作期间， 当钻床头达到桅杆的下端时， 钻柱被夹住， 钻床头从钻柱分离。然
后钻杆的新长度上升到位， 以使所述新长度的上端接合至钻床头， 所述新长度的下端与钻 柱的上端接合。 一旦钻杆的新长度已经被安装， 那么钻孔操作可重新开始， 直到钻床头再次 达到桅杆的下端。在可能延伸几百米的深洞孔的钻孔工作期间， 必须以非常有规律的间隔 将钻杆的新长度定位进钻柱中。
钻机经常安装在机动车辆 （例如卡车或货车） 的底盘上。钻杆可安装进存储区， 使 得它们以堆叠排列的方式水平地位于同一车辆上的钻孔桅杆旁边。可选地， 钻杆可安装在 停于钻机旁边的车辆上， 或堆叠在钻机旁边的地面上。
用于将钻杆提升至桅杆的一种常见方法包含沿着钻杆安装夹具、 将夹具连接至由 位于桅杆上端的绞车支撑的线缆上、 然后将钻杆提升到位。这要求由钻机工作人员中的一 成员操纵， 要求其在钻杆的长度上升到位时支持和引导钻杆长度的最下端。由于钻孔场所 的性质， 该工作是非常危险的。另外， 在提升钻杆期间， 在钻杆的上部撞击钻孔桅杆上的某 些障碍物时， 会引起其下端以不可预知的方式移动， 可能对工作人员造成伤害是已知的。 另 外， 该过程需要引导一端的工作人员与控制绞车的其他工作人员之间的密切配合。
类似地， 在提升钻柱期间， 必须有规律地从钻柱移除钻杆并将这些钻杆安放在位 于桅杆旁边的存储区， 桅杆或者可位于与钻机相同的车辆上、 在相邻的车辆上、 或者在钻机 旁边的地面上。这也会对需要操作和存放钻杆的人员造成危险。
过去， 提出了用于操作钻杆的可选设备。 AU693382 和 US6298927 描述了这种例子。 纵观本说明书， 本发明背景技术和现有技术的描述旨在促进对本发明的理解。应当理解的 是， 所述讨论不是确认或认为所提及的任意材料在本申请优先权日时是澳大利亚或世界上 公知常识的一部分。 发明内容根据一个实施例， 钻杆操作装置包括可移动接合装置， 其构造成接合钻杆， 并将钻 杆在第一位置与第二位置之间移动。 所述钻杆操作装置进一步包括构造成以检测第一位置 和第二位置的一个或多个位置传感器。 所述一个或多个位置传感器可通信地连接至控制中 心。 所述控制中心基于所述可移动接合装置的位置允许或限制可移动接合装置接合或松开 钻杆。
根据另一个实施例， 用于钻杆操作装置的位置传感器包括壳体， 该壳体具有可旋 转地连接至所述壳体的摆锤。摆锤包括触发器。所述位置传感器进一步包括接近开关， 其 构造成在相对于重力的特定位置检测所述触发器。
根据本发明的另一示例性的实施方式， 钻杆操作装置包括可移动夹钳。用于钻杆 操作装置的位置传感器系统包括水平传感器， 其构造成检测可移动夹钳相对于重力的水平 位置。所述位置传感器系统进一步包括旋转传感器， 其构造成检测可移动夹钳相对于与重 力平行和 / 或与桅杆对齐的限定轴线的旋转位置。另外， 所述位置传感器系统包括可通信 地连接至水平传感器和旋转传感器的控制中心。
本发明的另一实施例包括一种使用可控制夹钳操作钻杆的方法。 所述方法包括在 第一位置使用可控制夹钳接合钻杆。在接合钻杆时， 所述方法进一步包括锁定可控制夹钳 并将钻杆从所述第一位置向第二位置输送。此外， 所述方法包括在第二位置解锁可控制夹 钳和松开钻杆的动作。
从下面的描述和所附权利要求可更加全面地清楚本发明的这些以及其它目的和 特征， 或者可通过下文所述的本发明的实践学习到。 附图说明 为进一步阐述本发明的上述及其它优点和特征， 参考附图中示出的具体实施方式 将提供本发明的更加详细的描述。应当理解， 这些附图仅描绘了本发明的举例说明的实施 方式， 因此不能认为是对其范围的限制。通过使用附图来进一步具体化和细化地描述和解 释本发明， 其中 ： 图 1 为根据第一实施方式的钻杆操作装置的等视轴图， 当钻杆已经开始被接合构件接 合时， 所述钻杆操作装置及时地与钻孔桅杆连接 ； 图 2 为对应于图 1 的等视轴图， 示出了接合构件沿着细长构件支撑支撑的运动 ； 图 3 为对应于图 1 和 2 的等视轴图， 示出了钻杆在其细长构件支撑支撑上的最终位置 ； 图 4 为对应于前述附图的等视轴图， 阐明了从存储仓提升的钻杆 ； 图 5 为对应于前述附图的等视轴图， 阐明了被提升至其直立位置时的钻杆 ； 图 6 为立体图， 阐明了绕着环绕第二轴线的旋臂枢转的细长构件支撑 ； 图 7 为上部等视轴图， 阐明了在其负载位置与其最终位置之间的中间位置的旋臂 ； 图 8 为对应于图 7 的等视轴图， 阐明了钻孔桅杆上的旋臂和在最终位置的钻杆 ； 图 9 为钻杆操作装置的等视轴图， 阐明了杆操作装置的示例性实施方式中的位置传感 器的一种可能结构 ； 图 10 为钻杆操作装置的等视轴图， 阐明了第二位置传感器的一种可能结构 ； 图 11A 阐明了操作钻杆的示例性图表 ； 图 11B 阐明了操作钻杆的示例性方法 ；
图 12 为水平传感器的示例性实施方式的等视轴图 ； 图 13 为水平传感器的示例性实施方式的分解图 ； 图 14 为可用在水平传感器中的摆锤组件的示例性实施方式的等视轴图 ； 图 15A 至 15C 阐明了相对于细长构件支撑位置的水平传感器位置的示例性实施方式 ； 图 16 为安装至位于钻杆操作装置上的动力驱动器的旋转传感器实施例的等视轴图 ； 图 17 为旋转传感器的示例性实施方式的等视轴图 ； 图 18 为旋转传感器的示例性实施方式的等轴剖面图 ； 图 19A 至 19C 阐明了相对于细长构件支撑位置的旋转传感器位置的示例性实施方式。 具体实施方式
提供了一种可归并到钻机或者作为附件或者作为钻机主要部分的钻杆操作装置。 这种钻机通常包含从滑动台向上延伸的直立桅杆。 所述桅杆可包括沿着桅杆在与滑动台相 邻的下部位置与朝着桅杆自由端的上升位置之间可移动的传动机头。 所述桅杆可在其安装 点绕着一横截轴枢转， 所述横截轴大体上位于滑动台的平面内。 桅杆的枢轴运动受控制， 并 且使桅杆能够采取多种直立位置， 这些直立位置可包括水平或垂直位置， 以使能够以任何 期望的角度钻出钻孔。 在至少一个实施例中， 钻机可安装至车辆上 （未示出） 。在其它实施例中， 钻机可通 过车辆运输， 然后在从车辆卸下时保留在固定位置。 在另一些其它实施例中， 钻机可以与例 如 Mini Sonic® 钻机相同的方式构造成本身是便携式的。
钻床头设有可接收和接合钻柱 （未示出） 的上端的装置， 该装置可向钻柱施加旋转 力， 以使其在钻孔内旋转， 由此这种旋转通过安装在钻柱下端的钻头产生切割作用。另外， 钻床头可具有用于向钻柱施加轴向力的装置， 并且与压缩空气源相连， 以向钻头提供压缩 空气， 从而促进来自钻孔得切割的贯穿间隙以及流体操作的铁锤的操作， 其中流体操作的 铁锤可与钻头或柱相连。同样地， 在某些情形下， 钻床头还可任选地施加振动能量， 用于本 领域内已知的声频钻削过程。
钻柱可包括首尾相连的多个钻杆其中， 其中， 任意个体的钻杆的长度通常最多等 于桅杆的高度 （例如， 大致六米） 。在钻孔操作期间， 当钻床头达到桅杆的下端时， 钻柱被留 存至桅杆上， 传动机头从钻柱分离， 以被上升至桅杆的上端。然后新的钻杆被上升到位， 以 便下一钻杆的上端被接合至钻床头， 并且钻杆的下端松开。 然后， 钻床头将下一钻杆向下移 动， 以接合钻柱的上端。一旦下一钻杆被安装， 那么钻孔操作可重新开始， 直到钻床头再次 达到桅杆的下端为止。
在可能延伸几百米的深洞孔的钻孔工作期间， 必须以有规律的间隔将钻杆的新长 度定位进钻柱中。 通常， 钻机设有可容纳待使用的钻杆的存储区 23， 使得它们以堆叠排列的 方式水平地位于同一车辆上或者可选地在停于钻机旁边的车辆上的钻孔桅杆的旁边， 或者 在钻机旁边的地面上。
过去， 从存储仓将新钻杆上升至桅杆的一般方法包含将夹具安装到沿钻杆长度的 中间位置， 将夹具连接至由位于桅杆上端的绞车支撑的线缆上， 然后将钻杆提升到位。 这需 要钻机工作人员中的一成员的大量人工介入， 在钻杆被上升到位时要求该工作人员支撑和 引导钻杆的最下端。另外， 该过程需要引导一端的工作人员与控制绞车的其他工作人员之
间的密切配合。 在移除钻杆的长度的相反过程中， 需要相似量的体力劳动， 以控制钻杆与绞 车线缆的结合。 有时在钻柱的上升期间， 必须从钻柱有规律地移除钻杆， 并将那些钻杆放在 位于桅杆旁边的存放架中， 其中桅杆或者可位于与钻机相同的车辆上， 或者在一些相邻的 车辆上， 或者在钻机旁边的地面上。
根据本文所述实施方式的钻杆操作装置的目的是使得从位于钻机桅杆最近处的 存储区 23 拾取钻杆， 并将钻杆输送进与位于钻孔内的钻柱相对齐的位置， 当钻杆在存储区 23 与钻柱之间移动时无需工作人员操纵和支撑， 也不用使用绞车线缆。根据本文所述实施 方式的钻杆操作装置提供了， 一旦钻杆到达支撑钻杆上端的传动机头的位置， 那么钻柱就 可与钻杆的上端接合， 以使钻杆下降至与钻柱的上端接合。
在图 1 阐明的实施例中， 钻杆操作装置 100 结合至钻机 110 或与钻机 110 一体。 钻 杆操作装置 100 包括旋臂 11 和细长构件支撑 13。细长构件支撑 13 具有第一轴线 X 和细长 延伸 17。所述细长延伸延伸至细长构件支撑 13 的一侧， 与第一轴线 X 大体上同轴。所述细 长构件支撑包含保持机构， 例如一对夹钳 15， 其可沿着与第一轴线 X 平行的轴线纵向地间 隔开， 并且每个夹钳都包含可彼此靠近或远离的一对夹紧元件， 以有选择地接合和保持钻 杆 21 的侧壁， 由此当钻杆 21 由细长构件支撑 13 支撑时， 它被支撑成与第一轴线 X 平行并 且与其横向地间隔开。 细长构件支撑 13 还包括接合构件 19， 该接合构件 19 可滑动地支撑在延伸构件 17 上， 可沿着与第一轴线 X 平行的方向移动。接合构件 19 包含另一保持机构， 例如夹钳， 其可 操作， 以使它有选择地接合和保持钻杆 21。
细长构件支撑 13 安装至旋臂 11 的一端， 旋臂 11 的另一端安装至钻孔桅杆 10 或 其附近。细长构件支撑 13 可在旋臂 11 上绕着第二轴线 Y 旋转， 所述第二轴线 Y 与第一轴 线 X 成横向， 并且包括旋臂 11 的纵向轴线。旋臂 11 还能够相对于钻孔桅杆 10 绕着第三轴 线 Z 枢轴运动， 所述第三轴线 Z 与钻孔桅杆的轴线大体上平行， 从而与钻柱大体上平行。在 一个实施例中， 旋臂 11 绕着第三轴线 Z 在钻机 110 上的枢轴运动的范围可大约为 270 度。
第一动力驱动器 26 设在旋臂 11 与细长构件支撑 13 之间， 以使细长构件支撑 13 绕着第一轴线 X 旋转， 并且第二动力驱动器 27 设在旋臂 11 与细长构件支撑 13 之间， 以引 起细长构件支撑 13 绕着第二轴线 Y 的旋转。第三动力驱动器 28（图 7 中所示） 设置成使 旋臂 11 绕着第三轴线 Z 旋转。这些动力驱动器可采取任意形式的驱动器， 可包括液压的、 气动的、 电力的、 机械的或类似的动力源。
在一个实施例中， 钻杆操作装置 100 构造成接合位于存储区 23 中的钻杆 21。 存储 区 23 可位于钻孔桅杆 10 的一侧。存储区 23 可容纳在支撑钻机 110 的车辆 20 上， 或者在 另一车辆上， 或者支撑在地面上， 或者与钻孔桅杆 10 紧邻的其它适当结构上。
存储区 23 由任意已知类型的存储机构限定， 例如一组纵向间隔开的 U 形构件 25。 当细长构件支撑 13 位于存储区 23 紧邻处并且延伸 17 覆在其中的钻杆 21 上时， 所述一组 纵向间隔开的 U 形构件 25 能够绕着位于 U 形构件下方并且与位于存储区 23 内的钻杆 21 的的纵向轴线平行以及与第一轴线 X 平行的轴线旋转。 可枢转支撑使所述一组 U 形构件 25 倾斜， 引起钻杆 21 被定位好， 以准备与细长构件支撑 13 接合。
操作中， 如图 1-8 中阐明， 钻杆操作装置 100 构造成接合存储区 23 中的钻杆 21， 将钻杆 21 定位进细长构件支撑 13 中， 将钻杆 21 从存储区 23 提升起， 然后将钻杆 21 移进
桅杆 10 上的位置， 使得钻杆 21 与钻柱对齐。为实施该动作， 旋臂 11 移入图 1 中所示的位 置。特别地， 旋臂 11 被引起开始从靠近桅杆 10 的位置绕着第三轴线 Z 旋转， 直到细长延伸 17 位于接近存储区 23 中的钻杆 21 的一端为止。
然后细长构件支撑 13 被引起绕着第二轴线 Y 旋转， 使得细长构件支撑 13 的第一 轴线 X 与存放在存储区 23 中的钻杆 21 的纵向轴线大体上平行。然后细长构件支撑 13 被 引起绕着第一轴线 X 旋转， 使得所述细长延伸 17 紧密地覆在存储区 23 中的钻杆 21 上。
然后接合构件 19 被引起沿着细长延伸 17 朝着细长延伸 17 的外端纵向地移动， 启 动接合部件 19 的另外的夹钳， 以适合与钻杆 21 接合。
然后接合部件 19 沿着纵向延伸 17 在细长构件支撑 13 的方向纵向地移动， 如图 2 和 3 中所示， 从而钻杆 21 进入夹钳 15 的分离的夹紧元件中的位置。一旦钻杆 21 相对于细 长构件支撑 13 位于所期望的位置， 那么夹钳 15 就接合钻杆 21， 如图 3 所示。
一旦钻杆 21 被细长构件支撑 13 接合， 它就被引起绕着第二轴线 Y 旋转， 以使钻杆 21 被从其在存储区 23 中大体上平行的位置提升起， 如图 4 所示。然后， 钻杆 21 最终移至如 图 5 所示的直立位置， 钻杆 21 位于桅杆 10 的旁边， 并且与桅杆 10 大体上平行。
如图 5 和 6 中不同位置所描述的， 细长构件支撑 13（及被保持的钻杆 21） 然后被 引起绕着第一轴线 X 旋转。因为第一轴线 X 距钻杆 21 中心轴线的横向位移， 钻杆 21 被引 起绕着旋臂 11 的一端旋转， 以被定位在可与钻柱对齐的位置。 然后旋臂 11 被引起绕着第三轴线 Z 旋转， 如图 7 和 8 中所示， 以使钻杆 21 与钻柱 对齐。在该最终位置， 钻机 110 的传动机头 （未示出） 可与钻杆 21 的上端接合， 以使钻杆 21 与位于桅杆 10 的底部的钻柱接合。 在钻杆 21 与钻柱的接合中， 可放松夹钳 15 的夹紧接合， 以允许钻杆 21 滑动地移动通过夹紧构件 15， 同时仍受限制， 由此它在移入与钻柱的接合中 保持钻杆 21 的对齐。
为了从钻柱移除钻杆 21， 旋臂 11 开始被引起在桅杆 10 上绕着第三轴线 Z 旋转， 直 至夹钳 15 与钻杆 21 接合。然后夹钳 15 与钻杆 21 接合。然后旋臂 11 被引起在桅杆 10 上 绕着第三轴线 Z 旋转， 以使旋臂 11 的外端邻近存储区 23。
细长构件支撑 13 被引起绕着第一轴线 X 旋转， 使得被支撑的钻杆 12 从而被放在 存储区 23 的最近处。然后细长构件支撑 13 被引起在旋臂 11 上绕着第二轴线 Y 旋转， 直到 钻杆 21 位于已经容纳在存储区 23 内的钻杆上方并与其平行。
然后接合构件 19 沿着延伸构件 17 移动， 并且其另外的夹钳与钻杆 21 接合， 同时 夹钳 15 从其脱离。随着接合构件 19 沿着延伸构件 17 远离旋臂 11 的运动， 钻杆 21 直接被 定位在存储区 23 上， 并且从另外的夹钳分离， 钻杆 21 被存放在存储区 23。
应当理解的是， 本发明的一个特征是存储区 23 可被容纳在载重车车身 20、 拖车或 类似车辆上， 该车辆可位于在桅杆 10 上的旋臂 11 的 270 度移动范围内的任意位置。
位置传感器系统 为了在上述过程期间防止钻杆操作装置 100 意外地从钻杆 21 脱离， 钻杆操作装置 100 可包括位置传感器系统， 该系统将钻杆 21 的接合和 / 或分离约束至钻杆操作装置 100 的特 定位置。 特别地， 为附加的安全和可靠， 可仅在从存储区 23 取回或返回钻杆 21 至存储区 23 时， 其在钻杆操作装置的旋转电弧的 270 度内 （图 1-3 中所示） ， 或者在将钻杆结合至钻柱或 从钻柱分离钻杆时 （图 8 中所示） ， 允许钻杆操作装置 100 接合和分离钻杆 21。在所有其它
位置 （图 4-7 中所示） ， 钻杆操作装置 100 被锁住， 或以其它方式被限制松开钻杆 21。位置传 感器系统可具有多种结构和操作实施方式。
1. 位置传感器系统结构 在一个示例性实施方式中， 位置传感器系统包括可通信地连接至两个位置传感器的控 制中心 （未示出） 。如图 9 中阐明， 例如， 第一位置传感器可为水平传感器 30， 该水平传感器 30 连接至第二动力驱动器 27， 使得该水平传感器 30 随着细长构件支撑 13 一同绕第二轴线 Y 旋转。图 10 中阐明了第二位置传感器的实施例， 可为安装至用于绕着第三轴线 Z 转动细 长构件支撑 13 的第三动力驱动器 28 上的旋转传感器 50。
图 9 和 10 仅示出了位置传感器系统的一个示例性实施方式， 位置传感器系统的特 征在实施方式中可彼此不同。 例如， 水平传感器 30 和旋转位置传感器 50 的位置可不同。 在 一个示例性实施方式中， 水平传感器 30 可直接位于细长构件支撑 13 上， 而在另一示例性实 施方式中， 水平传感器 30 可与第二动力驱动器 27 一体， 使得水平传感器 30 部分地或大体 上地封闭在第二动力驱动器 27 中。
如同水平传感器 30， 旋转位置传感器 50 也可位于多种位置。例如， 旋转位置传感 器 50 可与第三动力驱动器 28 一体， 使得旋转位置传感器 50 大体上封装在第三动力驱动器 28 内。在另一示例性实施方式中， 旋转位置传感器 50 可位于沿着第三动力驱动器 28 的驱 动轴的任意位置， 使得旋转传感器 50 可与位于驱动轴上或随同第三动力驱动器 28 一起旋 转的驱动组件的其它零件上的触发器相互作用。
就像位置传感器的位置可以变化， 位置传感器系统中所用的位置传感器的数量也 可变化。例如， 图 9 和 10 阐明了包括两个位置传感器的示例性实施方式。在另一示例性 实施方式中， 额外的位置传感器可与第一动力驱动器 26 结合， 使得控制中心还接收钻杆操 作装置 100 相对于第一轴线 X 的位置信息。其它示例性实施方式可包括指示钻杆操作装置 100 的各种其它位置 （例如存储区 23 与钻杆柱之间的中间位置） 的多个位置传感器。
通过增加位置传感器的数量， 所用传感器的类型可根据如何利用额外传感器来变 化。除了指示相对于重力的位置的水平传感器 30、 指示旋转位置的旋转传感器 50 以外， 位 置传感器系统还可含有线性位置设备。在一个示例性实施方式中， 线性位置传感器可对应 于接合构件 19 在与第一轴线 X 平行的线性路径移动时接合构件 19 的位置。
因此， 根据例如所需安装空间、 期望监测位置的数量和运动的性质等变量， 位置传 感器系统实施方式中位置传感器的位置、 数量和类型可彼此不同。
2. 位置传感器系统的操作 操作中， 位置传感器系统利用与位置传感器 30、 50 相通的控制中心 （未示出） 。图 11A 为阐明位置传感器系统 300 的一个操作实施例的示意图。特别地， 位置传感器系统 300 监 测位置传感器 30、 50 产生的传感器信号 302。如前所述， 控制中心 （未示出） 可用于监测传 感器信号 302。控制中心监测传感器信号 302， 以确定水平传感器是否被触发 304 或者旋转 传感器是否被触发 306。 如果水平传感器未被触发并且旋转传感器未被触发， 那么控制中心 锁定夹钳 308， 因此不允许夹钳松开钻杆。 相反， 如果水平传感器或者旋转传感器被触发， 那 么控制中心开启夹钳 310， 使得夹钳可松开或接合钻杆。
图 11B 阐明了使用包括水平传感器 30 和旋转传感器 50 的位置传感器系统将钻杆 21 从存储区 23 输送至钻柱的方法 320 的一个实施例。总而言之， 方法 320 的净效应是仅在将钻杆 21 取回或返回存储区 23 时， 或便于将钻杆 21 结合至钻柱或从钻柱分离时， 仅允许 夹钳 15 接合或松开钻杆 21。否则， 限制夹钳 15 松开钻杆 21， 从而防止钻杆 21 的不期望的 掉落。
方法 320 可包括水平传感器检测存储区位置和控制中心允许夹钳接合钻杆的动 作 322。例如， 水平传感器 30 可检测何时细长构件支撑 13 位于从存储区 23 取回钻杆 21 的 位置， 如图 1 至 3 中所示例如大体上水平的位置。
图 11B 阐明， 方法 320 可进一步包括接合在存储区的钻杆的动作 324。例如， 当水 平传感器 30 传递细长构件支撑 13 的大体上水平的位置时， 控制中心可允许夹钳 15 接合位 于存储区 23 中的钻杆 21。
另外， 方法 320 可包括朝着钻柱输送钻杆的动作 326。 例如， 细长构件支撑 13 可绕 着第二轴线 Y（如图 4 中所示） 和绕着第三轴线 Z（如图 5 至 7 中所示） 旋转。
图 11B 进一步阐明， 方法 320 可包括水平传感器检测缺少存储区位置和控制中心 限制夹钳松开的动作 328。例如， 当细长构件支撑 13 绕第二轴线 Y 旋转时， 水平传感器 30 可告知控制中心， 细长构件支撑 13 不再处于大体上水平的位置。然后控制中心锁定或以其 它方式限制夹钳 15 松开钻杆 21。 如图 11B 中阐明， 方法 320 还可包括旋转传感器检测钻柱位置的动作 330。例如， 旋转传感器 50 可构造成告知控制中心， 何时细长构件支撑 13 定位成便于将钻杆 21 结合至 钻柱。 因此， 如果细长构件支撑 13 的位置不在便于将钻杆 21 结合至钻柱的位置时， 夹钳 15 保持锁定或以其它方式被限制松开钻杆 21。
另外， 方法 320 可包括在钻柱位置松开钻杆的动作 332。例如， 当细长构件支撑 13 定位成便于使钻杆 21 结合至钻柱时， 如图 8 中所示， 那么旋转传感器 50 向控制中心指示该 位置， 并且控制中心随后开启或以其它方式允许夹钳 15 松开钻杆 21， 以便于将钻杆 21 结合 至钻柱。
相反， 在方法 320 的其它实施方式中， 该方法可包括允许将钻杆 21 从钻柱输送至 存储区 23 的动作。例如， 当从钻柱取回钻杆 21 时， 旋转传感器 50 告知控制中心， 细长构件 支撑 13 定位成在钻柱接合钻杆 21。因此， 控制中心允许夹钳 15 接合钻杆 21。一旦钻杆离 开钻柱 （即， 绕第三轴线 Z 旋转远离桅杆 10） ， 那么旋转传感器 50 就将钻杆 21 的位置发送至 控制中心， 并且控制中心随后锁定或以其它方式限制夹钳 15 松开钻杆 21。
另外， 当将钻杆 21 返回至存储区 23 时， 在细长构件支撑 13 处于大体上水平的位 置时水平传感器 30 发送信号到控制中心。随后控制中心开启或以其它方式允许夹钳 15 松 开钻杆 21， 以便于钻杆 21 返回至存储区 23。
除了控制夹钳 15 的功能之外， 位置传感器系统可控制钻杆操作装置 100 的其它功 能。例如， 在一个实施方式中， 位置传感器可构造成告知控制中心夹钳的位置。然后当位置 传感器指示夹钳处于分离位置时， 控制中心可限制细长构件支撑 13 旋转离开水平位置。依 据有关钻杆操作装置 100 的期望功能及关于其一个或多个组件的位置控制， 各实施方式中 其它功能和位置组合可彼此不同。
实际上， 控制中心可编程成提供全自动的钻杆操作装置 100， 从而限制对人工操作 者的需求。例如， 输送钻杆的整个方法 （如图 11 中所示） 可以是自动的， 仅由作为位置传感 器系统一部分的编程控制中心来执行。其它示例性实施方式可包含半自动化， 其中仅特定
的功能由编程控制中心执行， 而其它功能需要人工操作者。
位置传感器系统的自动化构造可依赖于如何将位置信息发送至控制中心。 在一个 实施例中， 位置传感器通过电线或其它物理电连接物理地连接至控制中心， 因此允许电信 号从位置传感器发送至控制中心。 在其它实施方式中， 建立无线连接， 使得位置传感器可借 助于无线电波、 或其它无线信号直接发送信号到控制中心。控制中心也可构造成既从物理 连接的位置传感器又从无线连接的位置传感器接收信号。
在采用无线位置传感器系统的情形下， 控制中心的物理位置可不同。 例如， 在一个 实施方式中， 控制中心可直接位于钻杆操作装置 100 上。然而， 在另一示例性实施方式中， 控制中心可位于控制中心能够接收无线信号的任意位置， 包括钻杆操作装置 100 本身以外 的位置。 此外， 无线控制中心可构造成从不只一件的设备接收无线信号， 从而允许控制中心 同时调整几件设备的功能。
水平传感器 就像总体的位置传感器系统具有许多实施方式一样， 个别的位置传感器也具有多种实 施方式。例如， 水平传感器 30 可具有多种结构和操作实施方式。
1. 水平传感器的结构 图 12 和 13 中示出了水平传感器 30 的一个示例性实施方式。在该实施方式中， 水平传 感器 30 包括壳体 32。壳体 32 包括多个被限定在其中的壳体紧固口 33， 壳体紧固件 34 延 伸通过这些壳体紧固口 33。壳体 32 进一步包括排出 / 填充口 35。面板 36 通过面板定位 器 37 固定至壳体 32。面板定位器 37 含有与面板 36 和壳体 32 中的相应口对齐的多个面板 口 49， 面板紧固件 38 延伸通过这些面板口 49 并将面板 36 固定至壳体 32。密封 39 设在壳 体 32 与面板 36 之间， 壳体 32 与面板 36 形成封装 （enclosure） 40。摆锤组件 42 可旋转地 连接至壳体 32 上， 使得摆锤组件 42 可在封装 40 内绕着毂 44 旋转。接近开关 41 延伸通过 面板 36 并进入封装 40。 简言之， 操作中， 水平传感器 30 可连接至第二动力驱动器 27， 使得水平传感器 30 以与细长构件支撑 13 大体上相同的速率绕着第二轴线 Y 旋转。当水平传感器 30 旋转时， 摆锤组件 42 绕着毂 44 自由转动， 相对于重力保持大体恒定的位置。当细长构件 13 处于大 体上水平的位置时， 如图 1 至 3 中所示， 连接至摆锤组件 42 的触发器 48 接触接近开关 41。 当与触发器 48 接触时， 接近开关 41 发送信号或以其它方式告知控制中心 （未示出） ， 指示细 长构件支撑 13 处于大体上水平的位置。可选地， 如果细长构件支撑 13 旋转远离大体上水 平的位置， 那么水平传感器 30 也旋转。当水平传感器 30 旋转时， 摆锤组件 42 相对于重力 保持大体恒定的位置， 并且触发器 48 脱离与接近开关 41 的接触。接触开关 41 随后告知控 制中心， 细长构件支撑 13 不再处于大体上水平的位置。
各实施方式中水平传感器 30 的组件以及各组件的特征可彼此不同。例如， 壳体是 可以变化的一个组件。图 12 和 13 阐明了一个示例性实施方式， 其示出了壳体 32 的各种几 何特征。例如， 图 12 和 13 中所示的壳体 32 为圆形盘， 其具有产生浅杯形的外径边缘。其 它实施例中， 壳体 32 的形状可为方形、 矩形、 三角形或任意其它形状或这些形状的组合， 只 要壳体 32 的形状便于摆锤组件 42 的自由旋转即可。
同壳体 32 的形状一起， 壳体 32 的尺寸是各实施方式可彼此不同的另一几何特征。 例如， 图 9 阐明了壳体 32 的一个实施方式， 其中壳体 32 的尺寸制成覆盖了与第二动力驱动
器 27 的末端大致相同大小的面积。在其它实施方式中， 壳体 32 的尺寸可不同， 以便于在钻 杆操作装置 100 上的多种安装位置。例如， 壳体 32 的尺寸可较小， 以致适合置于动力驱动 器的内部。
除了改变壳体 32 的几何特征之外， 还可改变壳体 32 的材料特征。在一个示例性 实施方式中， 壳体 32 由钢制成， 例如不锈钢。然而， 在其它实施方式中， 壳体可由多种材料 制成， 包括其它各种金属、 复合材料、 塑料或这些材料的任何组合。
壳体 32 所用材料可部分地确定壳体 32 的构造。例如， 图 13 示出了一个示例性实 施方式， 其中壳体 32 由单件材料制成。在另一示例性实施方式中， 壳体可由通过机械装置 （例如， 紧固件、 螺钉） 或化学手段 （例如， 焊接、 胶接或其它化学粘合） 连接在一起的多件材料 构造成。此外， 在多件壳体设计中， 所述多件材料可彼此不同。
除了壳体 32 的材料和构造， 在各实施方式中的壳体的各种设计元件也可彼此不 同。一种可变化的壳体 32 设计元件是壳体紧固口 33， 壳体紧固件 34 延伸通过该壳体紧固 口 33。在一个示例性实施方式中， 如图 12 中所示， 壳体紧固口 33 可位于壳体 32 的外周上。 然而， 在其它示例性实施方式中， 只要壳体紧固口 33 与相应的壳体紧固件 34 不干涉摆锤组 件 42 的旋转， 壳体紧固口 33 就可位于几乎任意的位置。 就像壳体紧固口 33 的位置可以变化一样， 壳体紧固口 33 的尺寸在各示例性实施 方式中也可彼此不同。图 12 示出了一个示例性实施方式， 其中壳体紧固口 33 大体为长方 形， 以致提供壳体紧固口 33 与壳体紧固件 34 之间的间隙。该间隙允许壳体 32 被转动， 或 以其它方式被调节至不同位置， 从而影响接近开关 41 的位置。该调节设计便于相对于水平 的大范围的可检测位置。在另一示例性实施方式中， 壳体紧固口 33 可更大， 以便促进更大 的调节。
实际上， 在一个示例性实施方式中， 可在壳体中设计一个大壳体紧固口 33， 以允许 壳体 32 的几乎全 360 度旋转。在更大的壳体紧固口 33 中， 多个壳体紧固件 34 可延伸通过 相同的壳体紧固口 33。在又一实施方式中， 壳体紧固口 33 可只允许用于一个壳体紧固件 34 的空间， 并为壳体紧固件 34 提供间隙， 使得壳体 32 不可调节。
如上所述， 壳体紧固口 33 的尺寸可确定壳体紧固口 33 的数量。在一个示例性实 施方式中， 图 12 所示， 具有绕着壳体 32 的圆周大致每六十度设置的六个壳体紧固口 33。 然 而， 在其它示例性实施方式中， 依据将壳体 32 牢固地保持在钻杆操作装置 100 上需要的壳 体紧固件 34 的数量， 或者依据壳体紧固口 33 本身的尺寸， 可具有更多或更少的壳体紧固口 33。
壳体紧固口 33 的各种特征可确定壳体紧固件 34 的特征， 其可在各实施方式中彼 此不同。一种可变化的壳体紧固件 34 的特征是紧固件类型。在一个示例性实施方式中， 图 12 中所示， 壳体紧固件 34 为螺纹紧固件， 其可被上紧或放松， 以连接或断开或调节壳体 32 的位置。在其它实施方式中， 壳体紧固件 34 可为铆钉型紧固件。并非必须使用机械壳体紧 固件 34， 在其它实施方式中， 壳体 32 可通过胶接或焊接连接至钻杆操作装置 100。
除了壳体紧固口 33 和壳体紧固件 34 之外， 排出 / 填充口 35 为壳体 32 上各实施 方式中可彼此不同的另一设计方面。例如， 如图 12 中所示， 两个排出 / 填充口 35 位于沿着 周围壳体的同一四分之一圆周内。在该布置中， 一个排出 / 填充口 35 可用于使液体进出水 平传感器 30， 而其它排出 / 填充口 35 促使空气移动进出水平传感器 30。在另一示例性实
施方式中， 可具有多个排出 / 填充口， 以致不管壳体 32 的方向都便于水平传感器 30 的排出 和 / 或填充。
将液体引入水平传感器 30 的一个原因是为保持摆锤组件 42 绕着毂 44 的持续旋 转。毂 44 是壳体 32 上可变化的另一设计方面的实施例。在一个示例性实施方式中， 图 13 中所示， 毂 44 与壳体 32 一体， 并可由相同件材料形成。在另一示例性实施方式中， 毂 44 可 配合地连接至壳体 32， 并由不同于壳体 32 材料的单独一件材料制成。
毂 44 设计成支撑摆锤组件 42， 如图 12 中阐明。例如， 图 13 和 14 示出了摆锤组件 42 的一个实施方式， 其包括构造成接受球轴承插入件 45 的摆锤体 43。球轴承插入件 45 具 有大体上对应于毂 44 的外径的内径。毂 44 的外径接合球轴承插入件 45 的内径， 使得球轴 承插入件 45 促进摆锤体 43 绕着毂 44 的轴线的旋转。球轴承插入件 45 通过与球轴承保持 环 46 与保持紧固件 47 结合而紧固在毂 44 上， 并且在摆锤体 43 内。
包括摆锤组件 42 部件的摆锤组件 42 可在各水平传感器 30 的实施方式中彼此不 同。摆锤组件 42 部件可改变的一个实施例是摆锤体 43。例如， 摆锤体 43 的形状可不同。 在图 14 中， 摆锤体 43 具有大体上半圆体形状。然而， 摆锤体 43 形状可在各实施方案中彼 此不同， 并且包括更多的矩形、 正方形和三角形形状， 只要摆锤体 43 的形状提供必要的重 量分布， 以允许摆锤组件 42 绕着毂 44 自由地旋转即可。
为了获得适合的重量分布， 可使用各种摆锤体 43 材料。一些摆锤体 43 材料的例 子包括金属， 例如钢。然而， 摆锤体 43 可为任意的材料或材料的组合， 只要其重量分布允许 摆锤组件 42 绕着毂 44 自由旋转即可。例如， 摆锤体 43 的上部可由塑料制成， 而摆锤体 43 的底部负重部分由更重的材料制成， 例如金属。
除了各种形状和材料组合之外， 摆锤体 43 还可具有各种触发器结构。在一个示例 性实施方式中， 摆锤体 43 为触发器。换句话说， 当摆锤体 43 接触接近开关 41 或者来到接 近开关 41 一定距离内时， 接近开关 41 发送信号给控制中心。摆锤组件 42 可另外地包括连 接至摆锤体 43 的触发器 48。 例如， 图 14 阐明了一个示例性实施方式， 其包括连接至摆锤体 43 的两个触发器 48。在该实施例中， 触发器 48 布置成与水平平行， 或者换句话说， 触发器 48 与重力垂直。
摆锤组件 42 的其它实施方式包括各种触发器 48 构造， 其可在使用的触发器 48 的 数量以及连接至摆锤体 43 的触发器 48 的位置中都不同。特别地， 另一示例性实施方式可 包括三个触发器， 两个触发器 48 如图 14 中阐明的这样布置， 第三个触发器布置成与重力平 行。在该实施方式中， 第三触发器会提供对垂直位置的检测， 即， 当细长构件支撑将钻杆保 持在垂直位置时 （如图 5 至 8 中所示） 。可在摆锤体上的不同位置布置任意数量的额外触发 器， 以按需要检测多个位置。
不但可改变触发器 48 的数量和布置， 而且也可改变触发器 48 的其它特征。例如， 依据水平传感器 30 上所用的接近开关 41 的类型， 每个触发器 48 都可由多种材料制成。例 如， 触发器 48 可由磁性的、 电感性的、 或具有一定电容量的材料制成， 使得当触发器 48 在接 近开关 41 的特定距离内或与接近开关 41 接触时， 接近开关 41 可检测到触发器 48。
此外， 在触发器 48 接触接近开关 41 的实施方式中， 触发器 48 可由在摆锤组件 42 旋转时允许触发器 48 绕着接近开关 41 弯曲的柔性材料制成。在其它示例性实施方式中， 触发器 48 可更加坚硬， 使得一旦触发器 48 与接近开关 41 接触， 触发器 48 就保持与接近开关 41 接触， 直到摆锤组件 42 沿着远离接近开关 41 的方向旋转为止。
除了改变触发器 48 材料之外， 还可改变触发器 48 的几何形状。图 14 示出了触发 器 48 大体上为圆柱形的一个示例性实施方式。然而， 触发器可具有任意的形状， 只要其整 体形状允许相对于接近开关 41 的持续位置测量即可。
一旦摆锤组件 42 构造和布置在壳体 32 的毂 44 上， 面板 36 就连接到壳体 32 上。 如图 12 和 13 中阐明， 面板 36 可为允许操作员无需移除面板 36 就可检查摆锤组件 42 的半 透明材料。半透明材料的一些例子包括玻璃、 丙烯酸玻璃或半透明材料。在其它示例性实 施方式中， 面板 36 的材料是非半透明的， 可由多种金属、 复合材料或非半透明塑料制成。
就像面板 36 的材料在各实施方式可彼此不同一样， 面板 36 的尺寸和形状也可不 同。如图 12 中阐明， 面板 36 的形状与壳体 32 的尺寸和形状大体上相同。在其它示例性实 施方式中， 面板 36 可为多种尺寸和形状， 其一部分可不同于壳体 32 的尺寸和形状。例如， 壳体可具有设计成允许连接圆形面板的正方形形状。
因此， 面板 36 可以多种方式连接至壳体 32。 在一个示例性实施方式中， 如图 12 中 阐明， 面板定位器 37 结合面板紧固件 38 一起使用， 以将面板 36 连接至壳体 32。在该示例 性实施方式中， 面板 36 通过延伸穿过面板定位器 37 和面板 36 的面板紧固件 38 被固定在 壳体 32 与面板定位器 37 之间， 并接合壳体 32。 在其它实施方式中， 并非必须利用面板定位 器 37。例如， 面板紧固件 38 可直接延伸穿过面板 36 并接合壳体 32， 从而省略了面板定位 器。然而， 如果面板 36 由易碎材料制成， 那么面板定位器可降低在面板 36 本身上形成应力 性断裂的风险。
一旦壳体 32 和面板 36 连接在一起， 那么就在壳体 32 与面板 36 之间形成允许摆 锤组件 42 自由旋转的封装 40。如上所述， 排出 / 填充口 35 可用于将液体引入封装 40。在 一个实施方式中， 例如， 封装 40 部分地或全部地填充有液体， 例如甘油。然而， 也可使用其 它液体， 只要液体的粘度在钻杆操作装置 100 的操作温度环境中保持相对一致即可。一些 其它液体的例子包括天然或合成的油基液体。
为将液体保持在封装 40 内， 在壳体 32 与面板 36 之间设置密封 39。在一个示例性 实施方式中， 密封 39 为 O 形圈。然而， 在其它示例性实施方式中， 密封 39 可具有多种结构， 可由多种材料制成， 例如 PTFE 或各种金属。
如上所述， 水平传感器 30 包括延伸穿过面板 36 中的口的接近开关 41， 如图 12 中 阐明。接近开关 41 布置可在各实施方式中彼此不同。例如， 接近开关 41 在水平传感器 30 上的径向位置可不同。图 12 示出了接近开关 41 相对于重力开始布置成距水平有 90 度的 实施方式。在其它实施方式中， 接近开关可布置成检测 360 度旋转内的任意位置点。
除了径向位置之外， 接近开关 41 的位置可改变的另一方式是接近开关 41 延伸进 封装 40 的程度。例如， 在水平传感器 30 操作期间， 水平传感器 30 可延伸进封装 40 至触发 器 48 接触接近开关 41 的程度。在该实施方式中， 控制中心可不仅指示细长构件支撑 13 处 于水平位置， 而且它还可停止细长构件支撑 13 的旋转， 从而用作一旦细长构件支撑 13 达到 特定的限定位置的止挡。在另一实施方式中， 接近开关 41 可稍微少延伸进封装一些， 从而 允许触发器 48 在接近开关 41 下方通过。在该实施方式中， 接近开关 41 构造成基于触发器 48 与接近开关 41 之间的特定距离来检测触发器 48。当触发器 48 设计成在接近开关 41 下 方通过时， 细长构件支撑 13 可被允许继续旋转通过限定位置， 当细长构件支撑 13 旋转经过所述限定位置时， 接近开关 41 发送信号。
就像接近开关 41 的位置一样， 接近开关 41 的数量是接近开关 41 布置可变化的另 一方式。在一个示例性实施方式中， 如图 12 中所示， 使用一个接近开关 41 来检测相对于水 平的特定位置。在其它示例性实施方式中， 可使用任意数量的接近开关 41 来检测相对于水 平的多个不同位置。例如， 可使用两个接近开关 41， 从而允许水平传感器 30 检测相对于重 力， 何时细长构件支撑 13 处于水平位置和何时细长构件支撑 13 处于垂直位置。
除了各种接近开关 41 布置之外， 还具有多种类型的接近开关 41。 在一个示例性实 施方式中， 接近开关 41 为感应型接近开关。其它接近开关例子包括电容开关、 磁力开关、 激 光开关或光电池开关。
2. 水平传感器的操作 在一个示例性实施方式的操作中， 水平传感器 30 可连接至第二动力驱动器 27， 如图 9 中阐明， 使得水平传感器 30 以与细长构件支撑 13 大体上相同的速率绕第二轴线 Y 旋转。 当 水平传感器 30 旋转时， 摆锤体 43 绕毂 44 自由旋转， 并相对于重力大体上保持恒定的位置。 当细长构件 13 处于基本水平的位置时， 如图 1-3 中所示， 连接至摆锤体 43 的触发器 48 接 触接近开关 41。 当与触发器 48 接触时， 接近开关 41 发送信号， 或以其它方式指示控制中心 （未示出） ， 细长构件支撑 13 处于大体上水平的位置。 当细长构件支撑 13 旋转远离大体上水平的位置时， 水平传感器 30 也旋转。当水 平传感器 30 旋转时， 摆锤体 43 相对于重力保持恒定的位置， 并且触发器 48 脱离与接近开 关 41 的接触。随后接近开关 41 指示控制中心， 细长构件支撑 13 不再处于大体上水平的位 置。
图 15A 至 15C 阐明了接近开关 41 相对于细长构件支撑 13 方向的相对位置。 例如， 图 15A 阐明， 当细长构件支撑 13 和钻杆 21 处于大体上水平的位置时， 接近开关 41 与触发 器 48 接触。在该位置， 细长构件支撑 13 被开启， 可接合或脱离钻杆 21。当细长构件支撑 13 和钻杆 21 旋转远离大体上水平的位置时， 接近开关 41 旋转远离触发器 48， 如图 15B 所 示。只要触发器 48 旋转远离接近开关， 细长构件支撑 13 就被锁定， 从而不允许细长构件支 撑 13 松开钻杆 21。图 15C 阐明了当细长构件支撑 13 和钻杆位于大体上垂直的位置时接近 开关 41 相对于触发器 48 的位置。因此， 图 15A 至 15C 阐明了水平传感器 30 如何检测细长 构件支撑 13 相对于重力的位置的一个实施例。
在一个示例性实施方式中， 当水平传感器 30 在旋转时， 液体 （例如甘油） 通过向摆 锤组件 42 的运动提供阻尼力确保摆锤组件 42 的正常旋转。该阻尼力防止水平传感器 30 旋转时摆锤组件 42 摆动过大， 从而提供更加一致和可靠的位置测量。液体还通过保持摆锤 组件 42 和接近开关 41 清洁和免受外界污染来帮助维护水平传感器 30 的部件。结果， 液体 可帮助防止因外部污染引起的错误触发器检测。此外， 因为无论各种其它部件或机械的方 向， 液体都提供了重力的真实基准， 所以液体用来可相对于重力校准水平传感器。
旋转传感器 就像水平传感器 30 具有多种实施方式一样， 旋转传感器 50 也具有许多种实施方式。 例 如， 旋转传感器 50 可具有多种结构和操作实施方式。
1. 旋转传感器结构 如图 17 和 18 中所示， 旋转传感器 50 的示例性实施方式包括挡块 （block） 51， 该挡块
51 连接至具有挡块紧固件 53 的挡块安装件 52。接近开关 54 设在位于挡块 51 内的凹穴 58 中。挡块 51 含有触发器槽 55， 以便于触发器 60 移动通过挡块 51。挡块安装件 52 结合至 支架 56， 支架 56 通过支架紧固件 57 固定至钻杆操作装置。
简言之， 操作中， 如图 16 中阐明， 旋转传感器 50 连接至钻杆操作装置 100 的固定 部件， 使得旋转传感器 50 保持固定在适当的位置。例如， 旋转传感器可连接至第三动力驱 动器 28 的固定部分 62。第三动力驱动器的固定部分 62 可为发动机或促动器外壳， 该外壳 至少部分地覆盖动力驱动器的内部工件。位于旋转传感器上的接近开关 54 位于第三动力 驱动器 28 的旋转部分的紧邻处。第三动力驱动器的旋转部分可为以与第三动力驱动器相 同速度旋转的旋转轴 66 或旋转盘 64。 触发器 60 连接至第三动力驱动器 28 的旋转部分 64， 使得当第三动力驱动器 28 旋转时， 触发器 60 可进入触发器槽 55。 例如， 触发器可位于旋转 部分 64 的一侧， 如图 16 中阐明。当触发器 60 通过触发器槽 55 时， 触发器 60 能够进入接 近开关 54 的可检测距离内。一旦检测到触发器 60， 接近开关 54 指示控制中心 （未示出） 达 到特定旋转位置。
旋转传感器 50 的多个部件可在各实施方式中彼此不同。例如， 挡块 51 可由多种 材料制成。在一个示例性实施方式中， 挡块 51 由尼龙制成， 其使接近开关 54 能够检测通过 挡块 51 的材料的触发器 60。其它材料的例子包括尼龙复合材料、 塑料、 或者复合材料与塑 料材料的组合。挡块 51 可由多种其它材料制成， 只要接近开关 54 能检测通过挡块 51 材料 的触发器 60 即可。 就像挡块 51 的材料可在各实施方式中彼此不同一样， 挡块 51 的形状也可不同。 在 一个示例性实施方式中， 如图 17 和 18 中阐明， 挡块 51 具有矩形基座， 该矩形基座带有具有 梯形截面的上部。然而， 挡块 51 的形状可为任意形状， 只要挡块 51 可容纳接近开关 54 即 可。
除了整体形状之外， 挡块 51 还可改变的多种设计特征。如图 17 和 18 中阐明， 挡 块 51 包括构造成允许触发器 60 通过挡块 51 的触发器槽 55。在一个实施方式中， 触发器槽 55 相对于触发器 60 构造有最小间隙， 使得灰尘、 油脂和其它污染物在进入触发器槽 55 之前 就被刮离或以其它方式被从触发器 60 去除。
挡块 51 的可变化的另一设计特征是凹穴 58。在一个示例性实施方式中， 如图 18 中阐明， 凹穴 58 为螺纹盲孔。 螺纹盲孔设计将接近开关 54 牢固地连接至挡块 51， 同时由于 接近开关 54 相对于外界环境被密封的事实， 所以保护接近开关 54 免受污染。在其它示例 性实施方式中， 凹穴 58 可具有其它各种形式， 只要凹穴 58 将接近开关 54 牢固地保持在期 望的位置即可。
凹穴 58 可设计成容纳各种类型的接近开关 54。 接近开关的一些例子包括感应型、 电容型或磁力型接近开关 54。 因此， 根据所用接近开关 54 的类型， 触发器 60 材料可为具有 感应的、 电容的或磁性特征的任意材料。
如上所述， 在旋转传感器 50 的一个实施方式中， 挡块 51 通过挡块紧固件 53 连接 至挡块安装件 52， 如图 17 中所示。图 17 示出挡块紧固件 53 为螺纹紧固件。然而， 在其它 示例性实施方式中， 挡块紧固件可为更加永久性的， 例如铆钉。此外， 挡块 51 可通过化学结 合连接至挡块安装件 52， 例如通过在挡块与挡块安装件中涂抹胶水。
依据旋转传感器 50 的位置， 挡块安装件 52 可具有多种形状。在一个示例性实施
方式中， 如图 17 和 18 中所示， 挡块安装件 52 为具有设计成与支架 56 结合的边缘的 L 形 安装件。然而， 在其它示例性实施方式中， 依据各种设计考虑， 例如旋转传感器 50 的安装位 置， 挡块安装件可构造为不同形状。
在一示例性实施方式中， 挡块安装件 52 设计成与支架 56 结合， 如图 17 和 18 中所 示。在该示例性实施方式中， 支架 56 含有支架紧固件 57 延伸通过的口。例如， 支架紧固件 将支架 56 固定至第三动力驱动器 28， 随后将挡块安装件 52 和挡块 51 固定至第三动力驱动 器 28。支架紧固件 57 可为可被上紧或松开的螺纹紧固件， 以允许挡块 51 位置的调节。特 别地， 如果支架紧固件 57 被松开， 那么允许挡块安装件 52 在其内或沿着支架 56 滑动， 从而 调节接近开关 54 的位置。
除了支架， 其它旋转传感器实施方式也可以各种方式连接至钻杆操作装置 100。 例 如， 挡块安装件可使用各种紧固件或化学结合， 例如焊接连接至钻杆操作装置。
2. 旋转传感器的操作 操作中， 例如， 旋转传感器 50 可通过支架 56 连接至钻杆操作装置的固定部件， 例如， 第 三动力驱动器 28 的固定部分 62， 如图 16 中所示。旋转传感器 50 位于第三动力驱动器 28 的旋转部分 64 的紧邻处。触发器 60 连接至第三动力驱动器 28 的旋转部分 64， 使得当第三 动力驱动器 28 旋转时， 触发器 60 可进入位于挡块 51 上的触发器槽 55。当触发器 60 穿过 触发器槽 55 时， 触发器能够进入接近开关 54 的可检测距离内。 一旦检测到触发器 60， 接近 开关 54 指示控制中心 （未示出） 达到特定旋转位置。
特别地， 图 19A 至 19C 示出了相对于细长构件支撑 13 绕第三轴线 Z 的方向的触发 器 60 位置的俯视图。例如， 图 19A 阐明了在实例位置中由旋臂 11 支撑的细长构件支撑 13， 其示出了何时细长构件支撑 13 处于绕着第三轴线 Z 的存储区位置。如图所示， 在该位置， 触发器 60 位于旋转传感器 50 的远处， 从而接近开关 54 未被触发。
当细长构件支撑 13 绕着第三轴线 Z 旋转时， 触发器 60 以与细长构件 13 相同的速 率旋转， 如图 19B 中所示。通过进一步旋转， 细长构件支撑 13 可达到由图 19C 所示的钻柱 位置。在该位置， 触发器 60 通过触发器槽 55 进入挡块 51， 使得触发器 60 处在接近开关 54 的紧邻处。 在该位置， 例如， 接近开关 54 检测到触发器 60， 并指示控制中心已经达到钻柱位 置。例如， 然后控制中心可允许夹钳 15 松开钻柱 21， 以允许钻杆 21 结合至钻柱 （或者如果 从钻柱卸下钻杆 21， 那么控制中心可允许夹钳 15 接合钻杆 21） 。
在其它示例性实施方式中， 可在第三动力驱动器 28 的旋转部分 64 上设置多个触 发器 60， 使得接近开关 54 可指示细长构件支撑 13 相对于第三轴线 Z 的多个位置。
本发明不限于本文所述具体实施方式的范围。这些实施方式仅仅是说明的目的。 功能上等价的特征和方法显然落在本文所述的发明的范围内。
本发明可以多种具体形式表现， 而不脱离其宗旨或实质特征。所述实施方式在所 有方面都仅被认为是示例性而非限制性的。因此， 本发明的范围由所附权利要求而不是前 面的描述来限定。 在权利要求等价物的含义和范围内的所有变化都被认为落入本发明范围 内。