專利名稱：一種改進的旋轉輥擴孔器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種改進的旋轉輥擴孔器和對其各種元件的改進。
背景技術：
在鉆孔操作中，鉆頭受到磨損，因此鉆孔的尺寸將隨時間改變。為了確保鉆孔的尺 寸保持精確，將旋轉輥擴孔器定位在鉆桿柱上，并用于將鉆孔擴大到需要的尺寸。旋轉輥擴 孔器包含在鉆桿柱上使得鉆頭能夠使用很長的時間周期而不必更換，這防止了高成本的停 機時間。旋轉輥擴孔器的工作環境是很惡劣的。結果，旋轉輥擴孔器的元件需要經常保養、 維修或更換。由于停機檢修花費巨大，因此最好是延長旋轉輥擴孔器的工作壽命，從而減少 由于維修的停機時間。最好也能使旋轉輥擴孔器中使用的輥組件能夠從擴孔器體部中它們 各自的凹穴中快速和容易地取出和更換。本發明要提供一種改進的旋轉輥擴孔器及其各種元件。本發明還要提供一種用于設備的均壓裝置。

發明內容
根據本發明的第一方面，提供一種旋轉輥擴孔器，包括具有至少一個用于接收輥 組件的擴孔器體部，其中所述輥組件包括多個連接在一起形成能夠插入所述凹穴中的單個 集成件的元件。優選地，所述集成件通過單個緊固設備固定在所述凹穴中。根據本發明的第二方面，提供一個用于旋轉輥擴孔器的輥組件，所述輥組件包括 輥銷和被布置成安裝在所述輥銷上并且繞所述輥銷轉動的破碎輥，其中輥組件連接在一起 以便形成能夠插入到旋轉輥擴孔器的凹穴中的單個集成件。優選地，該集成件被布置成通過單個緊固設備固定到凹穴。優選地，所述輥組件進一步包括用于將所述輥銷保持在所述凹穴內的第一保持裝 置，所述第一保持裝置包括第一插塞，該第一插塞布置成連接到輥銷，以使輥銷、破碎輥和 第一插塞形成能夠插入到旋轉輥擴孔器的凹穴中的所述單個集成件。優選地，第一插塞具有與輥銷的第一端相匹配的第一表面，和布置成與所述凹穴 的側壁嚙合的第二表面，所述凹穴的所述側壁和所述第一插塞的所述第二表面被構造成， 當用所述緊固設備將輥組件固定到所述凹穴時，第一插塞被拉入到凹穴內。優選地，輥組件進一步包括第二保持裝置。優選地，在輥銷與破碎輥的第一端之間提供第一止推環，并且在破碎輥的第二端 與所述第二保持裝置之間提供第二止推環。優選地，第一和第二止推環是犧牲止推環，布置
3成調節旋轉輥擴孔器使用過程中施加到破碎輥的推力負載。優選地，第一插塞的第一表面與輥銷的第一端互補。優選地，輥銷的第一端形成有 擴大的頭部。優選地，輥銷包括其中形成有具有通到輥銷的第二端的中心縱向盲孔的桿。該孔 形成潤滑劑儲池。該孔通向基本上垂直于它延伸的側面開口，并且通向初級潤滑劑分配槽。 優選地，初級潤滑劑分配槽基本上沿輥銷的縱向延伸，并且可以采用各種構造，例如，“8字 形”構造。在破碎輥繞輥銷旋轉過程中，潤滑劑可以通過側面開口從儲池提供到初級潤滑劑 分配槽中。隨著破碎輥繞輥銷旋轉，潤滑劑分配到輥銷的桿上。優選地，在破碎輥與輥銷的桿之間提供密封裝置，以防止潤滑劑泄漏。優選地，在輥銷的孔中提供均壓裝置。該均壓裝置被布置成均衡旋轉輥擴孔器的 體部周圍的鉆孔泥漿與輥銷的孔中包含的潤滑劑之間的壓力。均壓裝置可以包括過濾器， 例如，燒結金屬過濾器。在一個優選實施例中，第一插塞形成為具有底部和頂部的截錐體。優選地，截錐體 具有相對于它的中心縱軸小于或等于7°的角度。優選地，這個角度是大約3°。將第一插 塞的底部布置成位于在凹穴中的最上部的位置上。底部具有小于頂部的外徑的外徑。優選地，第一插塞的底部具有形成為與凹穴的配合部分嚙合的底面。優選地，凹穴 的配合部分包括具有能夠擰入緊固件的中心螺紋孔的柱體。優選地，第一插塞包括通向第一插塞的側壁并且也通到第一插塞的底部的緊固件 接收空腔。該空腔被構造成使得緊固件能夠穿過側壁上的開口并且定位在其中。在這個位 置，緊固件的前端延伸穿過底部中的開口。以這種方式，可以將緊固件的前端擰入到凹穴的 柱體中形成的螺紋孔。優選地，第一插塞還包括形成在其側壁上的長螺釘連接槽口。螺釘連接槽口被構 造成接收連接到輥銷的擴大的頭部的螺釘的頭部。優選地，在第一插塞的頂部形成孔，并且該孔被布置成使得工具能夠從中穿過，從 而可以將緊固件擰入到柱體的孔中。在一種特別優選的形式中，該緊固件是插座頭緊固件，并且該插座頭緊固件布置 成定位在緊固件接收空腔的上部。空腔的上部被構造成，當把緊固件擰入凹穴的柱體中時， 能夠將第一插塞拉入到凹穴，而當擰出緊固件時，可以將第一插塞提出凹穴。優選地，第二保持裝置包括形成為截錐體的第二插塞。優選地，該截錐體具有相對 于其中心縱軸小于或等于7°的角度。角度優選是大約3°。該第二插塞具有底部、頂部和 側壁。該底部具有比頂部外徑大的外徑，并且布置成定位在凹穴內最下方的位置上。在第二插塞中形成有基本上垂直于第二插塞的縱向中心軸的孔。孔被布置成接收 輥銷的第二端。優選地，該孔的尺寸能夠與輥銷的第二端滑動配合。優選地，還在第二插塞的側壁上提供一個小孔。該小孔被布置成有助于包含在潤 滑劑儲池中的潤滑劑與使用過程中包圍輥組件的泥漿之間的壓力均衡。一個凸塊從第二插塞的側壁伸出。凸塊被布置成與形成在凹穴的一部分中的互補 形狀的凹槽相嚙合。根據本發明的一個優選實施例，旋轉輥擴孔器的每個凹穴包括下錐形插槽、初級空腔、次級空腔和上錐形插槽。優選地，該上錐形插槽定位在旋轉輥擴孔器的上孔端部，而 下錐形插槽優選定位在旋轉輥擴孔器的下孔端部。上錐形插槽被布置成接收第一保持裝置。該上錐形插槽包括具有相對于插槽的垂 直軸(即，垂直于旋轉輥擴孔器的縱軸的軸)小于或等于7°角度的半圓形截頂錐形座。該 角度優選是大約3°。該插槽是錐形的，從而插槽的較小直徑形成凹穴底面的一部分。正切 于錐形座的是具有用于匹配錐形座的錐形體的側面的入口導向槽。該座延伸大約270°弧 長，弧長的其余部分向次級空腔敞開。該座優選延伸大于180°弧長。柱體基本上位于上錐形插槽的中心，第一插塞的緊固件優選安排固定在該柱體 中。優選地，初級空腔(或輥空腔)構造成為安裝在輥銷上的破碎輥提供操作間隙。初 級空腔與擴孔器體部的外徑相比形成頸縮。這導致初級空腔具有在垂直于擴孔器體部的縱 軸方向的深度，這個深度小于上和下錐形插槽的深度。優選地，次級空腔形成為在空腔的底面變窄的側面梯形。次級空腔形成用于輥銷 的頭部的座。優選地，下錐形插槽被布置成接收第二保持裝置。下錐形插槽包括相對于插槽的 垂直軸的(即，垂直于旋轉輥擴孔器的縱向軸的軸)小于或等于7°角度的半圓形截頂錐形 座。角度優選是大約3°。插槽是錐形的，從而插槽的較大直徑形成凹穴底面的一部分。在下錐形插槽的側壁部分的位置上形成布置成接收第二插塞的固定凸塊的槽或 突臺。該槽或突臺優選是基本上新月形的。根據本發明的第三方面，提供一種用于旋轉輥擴孔器的破碎輥，所述破碎輥包括 中央部分和第一及第二部分，中央部分具有大于第一和第二端部的外徑的外徑，其中中央、 第一和第二部分布滿突起裝置。優選地，突起裝置布置在中央部分，以便突起裝置與被擴孔的鉆孔壁的一部分的 接觸區相重疊。可以將突起裝置布置在環繞破碎輥的中央部分的至少一個螺旋線上。螺旋 線較佳是左旋螺旋線。這種布置起到減小破碎輥使用過程中垂直面上的推力負載的作用。優選地，每個突起裝置包括安裝在破碎輥中形成的孔中的鈕。鈕優選是半圓形的 碳化鎢鈕。根據一個優選形式，中央部分上的鈕布置成四排，每排八個，并且設置在左旋 3. 31699”節距螺旋線上。每行以90°的角位移分隔，并且每行的開始點以等于0. 125X 1/9 的螺旋線基準曲線長度的遞增步長開始。每個突起裝置間隔螺旋線長度的1/9。 優選地，位于每個螺旋間隔的行之間的是生成在與突起裝置相同的螺旋線基準路 徑的凹槽。凹槽被布置成提供增大的泥漿流通輥，并增大來自擴孔器的殘渣通過的間隙。根據本發明的第四方面，提供一種旋轉輥擴孔器，包括具有至少一個用于接收輥 組件的凹穴的擴孔器體部，所述輥組件包括銷、被布置成安裝在所述銷上的破碎輥、銷與破 碎輥之間的密封裝置和用于將銷保持在所述凹穴中的裝置，其中銷包括具有位于其中的均 壓裝置的孔，均壓裝置基本上用于均衡密封裝置上的壓力。優選地，均壓裝置用于均衡使用過程中旋轉輥擴孔器體部周圍的鉆孔泥漿與包含 在輥銷的孔中的潤滑劑之間的壓力。優選地，破碎輥被布置成繞輥銷旋轉。
5
均壓裝置可以包括過濾器，例如，燒結金屬過濾器。根據本發明的第五方面，提供一種旋轉輥擴孔器，包括具有至少一個用于接收輥 組件的凹穴的擴孔器體部，所述輥組件包括輥銷和被布置成安裝在所述輥銷上的破碎輥， 其中擴孔器體部具有在遠離破碎輥的區域中的初級外徑和在鄰近破碎輥的區域中的次級 外徑，其中與初級外徑相比，次級外徑減小，以便提供應力釋放。根據本發明的第六方面，提供一種用于設備的均壓裝置，所述設備具有至少一個 用于密封所述設備的第一和第二構件之間的潤滑劑供給的密封裝置，所述均壓裝置被布置 安裝在所述設備上，并且布置成使它用于均衡潤滑劑施加到所述至少一個密封裝置的第一 側面的壓力，與施加到至少一個密封裝置的第二側面上的流體壓力。


以下參考附圖，僅以舉例說明的方式，說明本發明的實施例，其中圖1是根據本發明的一個實施例的旋轉輥擴孔器的剖視圖；圖IA是圖1中所示的旋轉輥擴孔器的中央部分(即，凹穴和輥組件)的放大視 圖；圖2是根據本發明的一個實施例與具有多個凹穴的擴孔器體部相鄰的輥組件的 局部組裝圖；圖3是安裝在旋轉輥的凹穴中的圖2中所示的輥組件的中央縱向剖面圖；圖3A是沿一條偏離旋轉輥擴孔器的中心線的線的輥組件的一端的局部剖面圖；圖4是圖3中所示的旋轉輥擴孔器的凹穴的縱向剖面圖；圖5至8是根據本發明的一個實施例的第一保持裝置的透視圖；圖9至11是根據本發明的一個實施例的第二保持裝置的透視圖；圖12是根據本發明的一個實施例的破碎輥的側視圖；圖13是圖12中所示的破碎輥的縱向剖面圖；圖14是圖12中所示的破碎輥的端視圖；圖15至17是根據本發明的一個實施例的輥銷的視圖；圖18是顯示將第一保持裝置連接到從輥銷的擴大頭部延伸的連接螺釘的剖面 圖；圖19是顯示將保持插塞插入到第一保持裝置的連接螺釘槽口中的剖面圖；圖20是顯示將輥集成件(S卩，組裝好的輥組件)插入到旋轉輥擴孔器的凹穴中的 局部剖面圖；圖21是圖IA中所示穩定帶的透視圖；圖22是圖21中所示穩定帶的前視圖；和圖23是圖21中所示穩定帶的側視圖。
具體實施例方式圖1和IA示出了根據本發明示例性實施例的旋轉輥擴孔器10。旋轉輥擴孔器10 具有外螺紋端12和內螺紋端14。將旋轉輥擴孔器10布置成連接到鉆桿柱(未示出)。如 本實施例中所示，外螺紋端12位于旋轉輥擴孔器10的下孔端，內螺紋端14位于旋轉輥擴孔器10的上孔端。顯然應當理解，旋轉輥擴孔器10的各端的構造或性質可以改變。旋轉輥擴孔器10包括管狀擴孔器體部16，管狀擴孔器體部16包括三個沿圓周間 隔的凹穴18。位于每個凹穴18內的是輥組件或輥集成件20。凹穴18被顯示為環繞擴孔 器體部16的圓周等間距間隔，并且位于擴孔器體部16的部分16a中，該部分16a具有大于 擴孔器體部16的其余部分的外徑。盡管示出了三個凹穴18，但是應當知道，可以設計為具 有不同數量的凹穴18和間距的布置。圖2更好地示出了在擴孔器體部16中形成的凹穴18。這個圖也示出了形成在相 鄰凹穴18之間的切除部分或泥漿道17。圖2示出了分解條件下的輥組件20。輥組件20包括輥銷22、破碎輥24、第一保持 裝置26、第二保持裝置28、保持螺釘29、第一止推環30、第二止推環32、一對密封件34a和 34b、均壓裝置36、緊固件38、一對自鎖銷38a、連接螺釘70和保持插塞72。當把輥組件20的元件組裝在一起時，它們形成單個的集成件，該集成件可以利用 緊固件38固定到旋轉輥擴孔器10的凹穴18中。在使用過程中，破碎輥24被布置成繞輥 銷22旋轉，以便利用它擴大旋轉輥擴孔器10穿過的鉆孔的側壁。現在更詳細地說明輥組 件20的每個元件和形成在擴孔器體部16中的凹穴18的性能。圖3，3A和4最好地示出了每個凹穴18的構造和輥組件20在其各自凹穴18中的 嚙合。每個凹穴18包括下錐形插槽40、初級空腔42、次級空腔44和上錐形插槽46。下錐 形插槽40位于旋轉輥擴孔器10的下孔端，而上錐形插槽46位于旋轉輥擴孔器10的上孔 端。布置下錐形插槽40以接收第二保持裝置28，而布置上錐形插槽46以接收第一保持裝 置26。布置初級空腔42以接收輥銷22和安裝在輥銷上的破碎輥24。設計初級空腔42的 尺寸和構造，以提供旋轉輥擴孔器10使用過程中的破碎輥24的操作間隙。次級空腔44為 輥銷22的頭部22a形成一個座。下錐形插槽40包括一個具有相對于凹穴18的垂直軸(即，垂直于旋轉輥擴孔器 10的縱軸的軸)小于或等于7°角度的半圓截頂錐形座。如圖所示，這個角度是大約3°。 下錐形插槽40的直徑逐漸變小，以便插槽40的較大直徑形成凹穴18的底面18a的一部分。 正切于錐形座的是具有與錐形座的錐形相匹配的側面的入口導向槽40a。半圓形凹槽40b形成在下錐形插槽40的下部，并且與凹穴18的底面18a重合。凹 槽40b是用來接收形成在第二保持裝置28上的互補形狀的凸塊28k的固定凹槽。固定凹 槽40b和凸塊28k的功能將在以后更詳細地說明。四個碳化物嵌塊18b安裝在下錐形插槽40的底面18a的一部分中，以便定位在輥 銷22的頭部22a下方。提供碳化物嵌塊18b以防止旋轉輥擴孔器10使用過程中由于頭部 22a的運動造成凹穴18的底面18a磨損。如圖4中清楚示出的，與擴孔器體部16的外徑相比，初級空腔42形成頸縮。此外， 初級空腔42的底面18a朝著擴孔器體部16中心線的方向逐步降低。因此，初級空腔42在 垂直于縱軸方向上具有足以提供破碎輥24的工作間隙的深度。此外，與鄰近下和上錐形插 槽40、46的區域中擴孔器體部16的外徑相比，擴孔器體部16在這個區域的外徑減小或“頸 縮”。擴孔器體部16的這種頸縮構造提供凹穴18的這個區域中的應力釋放。次級空腔44形成為在空腔44的下孔端變窄的側面梯形形狀。上錐形插槽46包括具有相對于插槽46的垂直軸小于或等于7°角度的半圓截頂錐形座。如圖所示，這個角度是大約3°。上插槽46的直徑逐漸變小，以便插槽46的較小 直徑形成凹穴18的底面18a的一部分。該座延伸大約270°弧長，弧長的其余部分通向次 級空腔44。立柱52基本位于上錐形插槽46的中心。立柱52包括形成為螺紋以便能夠接 收緊固件38的孔54。作為選擇，如圖所示，可以將螺紋嵌塊54a定位在孔54中。圖5至8示出了第一保持裝置26。第一保持裝置26形成為第一插塞26，并且布 置成被接收在上錐形插槽46內。第一插塞26形成為截錐體。該截錐體具有相對于它的中 心縱軸小于或等于7°的角度，并且包括底部26a和頂部26b。如圖所示，該截錐體具有大 約3°的角度。底部26a布置成定位在下錐形插槽46的最下部。底部26a具有小于頂部 26b的外徑的外徑。底部26a的底面形成為與在上錐形插槽46的這個區域中的凹穴18的 底面18a相嚙合的形狀。更具體地講，底部26a形成的形狀使得它能夠與立柱52匹配。第一插塞26包括通向側壁26d并且還通到第一插塞的底部26a的緊固件接收空 腔26c。空腔26c被構造成能夠將緊固件38定位在其中，并且能夠將緊固件38的前端38b 固定在立柱52中形成的孔54內。在第一插塞26的頂部26b位置有孔26e，并且該孔被構 造成使得工具的工作端能夠從中穿過。這使得能夠將緊固件38擰入和擰出立柱52的孔 54。在第一插塞26的頂部26b形成一對布置成接收自鎖銷38a的孔。自鎖銷38a被 構造成能夠將緊固件38適當地定位和鎖定在緊固件接收空腔26c內。第一插塞26的側壁26d還包括一個長形的連接螺釘槽口 26f，該連接螺釘槽口 26f能夠將第一插塞26連接到從輥銷22的擴大頭部22a伸出的連接螺釘70。連接螺釘槽 口 26f包括布置成接收螺紋保持插塞72 (圖19)的螺紋上部26f ’。在接收保持插塞72之 前，螺紋上部26f’形成的尺寸能使連接螺釘70的頭部70a從中穿過。以這種方式，可以將 連接螺釘70的頭部70a插入到連接螺釘槽口 26f中，然后螺釘70的桿部可以沿槽口 26f 的長度移動。螺釘70與第一插塞26之間的連接將在以后更詳細地說明。如圖3中最好地示出的，緊固件38是一個插座頭緊固件。緊固件38的頭部布置 成定位在空腔26c的上部，從而當把緊固件38擰入立柱52時，能夠將第一保持裝置26拉 入到下錐形插槽46中，并且當擰出緊固件38時，能夠將第一保持裝置26提升出上錐形插 槽46。下錐形插槽46的側壁構造和輥銷22的頭部22a的形狀有利于第一保持裝置26的 這種動作。當把第一保持裝置26 (第一插塞26)連接到輥銷22時，第一插塞26進出上錐 形插槽46的運動導致整個輥集成件20進出凹穴18的運動。圖9至11示出了第二保持裝置28。第二保持裝置28或第二插塞形成為截錐體。 該截錐體具有相對于其中心縱軸小于或等于7°的角度。如圖所示，這個角度是大約3°。 第二插塞28具有底部28b、頂部28c和側壁28d。底部28b具有比頂部28c大的外徑，并且 被布置成定位在上錐形插槽40內的最下部。在第二插塞28的側壁28d的平面部分形成有 一個孔28e。孔28e基本垂直于其中心縱軸延伸。孔28e布置成接收輥銷22的第二端22b。 孔28e的尺寸使得其能夠與輥銷22的第二端22b滑動配合。在第二插塞28的底部28b形成有螺紋孔28f。螺紋孔28f布置成接收將輥銷22 的第二端22b定位在第二插塞28內的保持螺釘29。保持螺釘29與輥銷22的嚙合將在下 面更詳細地說明。在第二插塞28的側壁28d中形成有小孔28j。小孔28j的功能將在以下說明。
如上所述，第二插塞28具有形成在其下部的凸塊28k。凸塊28k布置成與下錐形 插槽40中形成的固定凹槽40b相嚙合。這種嚙合用于更好地將輥組件20保持在凹穴18 中。圖12至14示出了破碎輥24。破碎輥24被形成為具有中心孔的中空圓柱體構件， 該中心孔的尺寸能夠接收輥銷22的桿部。破碎輥24在每端具有用于破碎輥24與井孔壁 間初級嚙合的減小的直徑部分。次級嚙合直徑形成在初級嚙合部分之間，并且分布著多個 鈕60 (圖12至14中未示出)。鈕60優選是半圓形的碳化鎢鈕，每個碳化鎢鈕安裝在孔62 內。根據一個優選實施例，碳化物鈕60布置成四行，每行八個，并且設置在左旋3. 31699” 節距螺旋線上。每行以90°的角位移分隔開，并且每行的開始點以等于0. 125X1/9的螺旋 線基準曲線長度的遞增步長開始。每個鈕60間隔1/9的螺旋曲線長度。熟悉本領域的人員應當理解，破碎輥24上鈕60的上述布置提供碳化物鈕的非常 有效使用，從而顯著減少碳化物的使用。也預期碳化物用量的減少能夠減小鉆桿柱上的扭 矩負載。應當進一步理解的是，也可以使用破碎輥上的其它碳化物鈕的布置形式。最好這 樣布置碳化物鈕，使得在使用過程中它們能夠提供對井或鉆孔的被擴大的壁部分的完全覆 蓋。也就是說，各個碳化物鈕的接觸區與鉆孔的被擴大的部分相重疊。位于鈕的每個螺旋線間隔的行之間的是溝槽64。有四個溝槽64，并且它們在與孔 62相同的螺旋線基準路徑上生成。布置溝槽64以使增加的泥漿流過破碎輥24，并增大能 夠通過來自旋轉輥擴孔器10的破碎殘渣的間隙。在破碎輥24的各端24a、24b包括的初級嚙合直徑使得旋轉輥擴孔器10能夠雙向 使用(即，在其上孔和下孔中使用)。在每個初級直徑中具有七個用于嵌入增強圓頂形碳化 鎢鈕60a的孔62a。孔62a是等間距的，并且繞圓周鉆在垂直于輥中心軸線的表面上。如圖12中所示，在每個初級嚙合直徑上形成有鉆透通向中心孔的增強孔62b。每 個孔62b加工有內螺紋，并且布置成接收壓力插塞63。每個孔62b具有潤滑油注入口和清 洗口的雙重功能。壓力插塞63的使用將在以后更詳細地說明。如圖13中所示，在破碎輥24的中心孔壁內形成有一對密封件保持槽66，該保持槽 布置成接收對應的密封件34a、34b。如圖所示，密封件34a、34b是簡單的0形環。但是，也 可以使用其它類型的密封件。如圖13中所示，在破碎輥24的孔的兩端的中間具有增強環形槽24c。每個槽24c 布置成接收穩定帶75。如圖21中更好地示出的，每個穩定帶75是一個在點A斷開的帶， 以便在帶的對應端部75a、75b之間提供間隙。端部75a，75b以大約45°的角度(見圖23) 終止。可以料想以其它角度終止。設計每個穩定帶75的尺寸以提供環繞輥銷22的桿的最小松動配合，并且在對應 的槽24c中浮動。因此，穩定帶75可以隨輥銷22轉動，或隨破碎輥24轉動。優選地，這種穩定帶75是用具有合理的硬度和相對低的摩擦系數的材料制造。這 種材料可以是從杜邦公司制造的、以特富龍(TEFLON) 商標在市場上銷售的聚四氟乙烯 (PTFE)系列中選擇的一種氟聚合物。但是，更好的是，通過添加諸如玻璃、青銅、或鎳之類的 填料強化這種材料。添加青銅的PTFE是最理想的材料。以這種形式，穩定帶75將幫助輥銷22基本穩定地繞其縱軸和沿其整個長度轉動。 在這方面，在某些情況下，密封件34a、34b可能對輥銷22的端對端跳動是敏感的，例如，一般在操作過程中由于輥組件20受到的合理強度的沖擊壓力造成的跳動。因此，增加使用這 種一般類型的穩定帶75有助于輥組件20的平穩操作。圖15至18示出了輥銷22。輥銷22包括通向下端22b的縱向中心孔22c (如圖3 和15中最好地示出的)。輥銷22的桿中的孔22c形成潤滑劑儲池。側面開口 22d在潤滑 劑儲池22c與初級潤滑劑分配槽22e之間延伸。初級潤滑劑分配槽22e沿輥銷22的縱向 延伸。如圖16和17中最好地示出的，初級潤滑劑分配槽22e形成為“8字形”構造。應當知道，潤滑劑儲池22c能使潤滑劑儲存在輥銷22中，并且在破碎輥24繞輥銷 22旋轉過程中，經過側面開口 22d連續地供給到分配槽22e。隨著破碎輥24繞輥銷22轉 動，潤滑劑分配到輥銷22的桿上。密封件34a、34b將潤滑劑保持在輥銷22的桿上。第二側面開口 22i位于鄰近輥銷22的第二端22b的位置上，并且與潤滑劑儲池 22c相交。側面開口 22i通到槽22j。槽22j和側面開口 22i的功能將在以后說明。在鄰近輥銷22的第二端22b的位置還形成有橫向的保持槽口 22g。布置保持槽口 22g，使得第二保持裝置28中的保持螺釘29能夠定位在保持槽口 22g中。以這種方式，輥 銷22可以相對于第二保持裝置28定向。保持槽口 22g的使用使得輥銷22在連接到第一 插塞28之后，能夠進行受限的轉動。如圖3和20中最好地示出的，均壓裝置36設置成緊靠形成在潤滑劑儲池22c中 的埋頭孔的位置上。當把輥集成件20定位在凹穴18中時，潤滑劑儲池22c對著均壓裝置 36右側(如圖3中所示)的部分通到第二插塞28的孔28e。輥銷22的第二側面開口 22i 通向槽22j (圖20)，槽22j又與形成在第二插塞28中的小孔28j對準。第二插塞28的小 孔28j通向圍繞破碎輥24的區域。因此，應當知道，具有從圍繞破碎輥24的區域到均壓裝 置36的壓力流動路徑。均壓裝置36的作用是保證在擴孔操作過程中，軸承腔(即，輥銷22與破碎輥24 之間的間隙)內的潤滑劑的壓力與在擴孔操作過程中完全包圍旋轉輥擴孔器10的鉆孔泥 漿的壓力基本上相等。均衡這種壓力以防止密封件34a、34b爆破是十分重要的。均壓裝置可以采用過濾器36的形式。在一個實施例中，過濾器36可以是燒結金 屬過濾器。燒結金屬過濾器可以具有68%的銅、27%的鎳和5%的錫的合金組成，并且微米 捕獲等于或大約為30μπι。均壓裝置可以采用其它構造。如圖3、18和19中最好地示出的，輥銷22的頭部22a的形狀與第一插塞26的側 壁26b配合。因此，將頭部22a構造為外表面具有錐形掏槽的側面梯形固體結構。頭部22a包括與輥銷22的長軸一致的盲孔22f。孔22f帶有螺紋，以便能夠與連 接銷70連接。這種連接將在以后詳細說明。第一止推環30形成為低摩擦金屬或加強聚合物的固體環，該固體環靠在輥銷22 的頭部22a的輥側表面和破碎輥24的第一端24a的表面上。設計第一止推環30以承受由 于旋轉輥擴孔器10向上旋轉行程，從鉆孔的側壁作用在破碎輥24上的垂直推力。第一止 推環 30 是犧牲止推環(sacrificial thrustring)。第一止推環30具有布置成提供止推環30的內徑與輥銷22的桿之間的少量震動 吸收的內部0-形環密封件30a。0-形環密封件30a也起到阻止鉆孔泥漿流動的作用。第二止推環32是形成為低摩擦金屬或加強聚合物的固體環，該固體環靠在破碎 輥24的第二端24b和第二插塞28的表面上。設計第二止推環32以承受由于鉆孔內旋轉輥擴孔器10的向下旋轉行程，從鉆孔的側壁作用在破碎輥24的垂直推力。第二止推環32 是犧牲止推環。第二止推環具有布置成提供止推環32的內徑與輥銷22的桿之間的少量震動吸收 的內部0-形密封件32a。0-形密封件32a也起到阻止鉆孔泥漿流動的作用。0-形密封件32a、30a優選是由氟化彈性化合物制造的。輥組件20的組裝過程如下。沿輥銷22的桿滑動第一止推環30，直到它緊靠輥銷 22的頭部22a。然后，將具有安裝到位的密封件34a、34b和穩定帶75以及裝配了碳化物尖 端60的破碎輥24在輥銷22的桿上滑動，直到破碎輥24的第一端24a緊靠第一止推環30。 然后，將過濾器36安裝在潤滑劑儲池22c的埋頭孔上。在這個階段，經過孔62b中的一個(“第一孔62b”)將潤滑油注入到破碎輥24中。 注入潤滑油直到潤滑油流過破碎輥24的另一個初級嚙合直徑中的孔62b ( “第二孔62b”)。 然后，安裝壓力插塞63以密封住第二孔62b。繼續注入潤滑油，直到潤滑油流過潤滑劑儲池22c，并流過均壓過濾器36。在這 點，取下潤滑油注入設備，并把壓力插塞63裝配到第一孔62b中。然后，將第二止推環32在輥銷22的桿上定位，直到它緊靠破碎輥24的第二端 24b。最后，將第二插塞28滑動到輥銷22的端部上，以便使第二止推環32的末端處于與第 二插塞28的側壁28d的平面部分平齊對準的位置。然后，將保持螺釘29裝入螺紋孔28f 并且向內擰緊，從而使它定位在輥銷22的桿中形成的保持槽口 22g中。接著，將緊固件38插入第一插塞26的緊固件接收空腔26c，并且通過自鎖銷38a 固定到位。然后，將鋼球71放入盲孔22f。接下來，把連接螺釘70擰入孔22f，直到它牢固地 頂住鋼球71。這種操作保證了第一插塞26對輥銷22的嚙合的恒定深度。接著，將連接螺 釘70的頭部70a穿過第一插塞26中的連接螺釘槽口 26f的上部26f，。通過將保持插塞 72插入連接螺釘槽口 26f的螺紋上部26f’，保持第一插塞26與輥銷22之間的連接。保持 插塞72防止連接螺釘70的頭部70a從連接螺釘槽口 26f無意地抽出。圖18中最好地示出了連接螺釘70在第一插塞26的連接螺釘槽口 26f的定位。圖 19中最好地示出了保持插塞72在連接螺釘槽口 26f的螺紋上部26f’中的插入。如將變得明顯的那樣，輥銷22的頭部22a與第一插塞26之間的連接使得第一插 塞26能夠相對于輥銷22受限的鉸接，同時仍能保證在把輥集成件20裝配到旋轉輥擴孔器 10的凹穴18中時插塞26相對于輥銷22的適當對準。一旦組裝好輥組件20的元件，如將要說明的那樣，該輥集成件形成容易插入到旋 轉擴孔器10的凹穴18中的單個集成件。輥集成件20按如下方式裝配在旋轉輥擴孔器10的凹穴18內。首先，水平保持輥 集成件20，以便將第二插塞28定位在面對下錐形插槽40末端的前進位置上。然后，將輥 集成件20向凹穴18的底面18a傾斜。接著，降低第二插塞28到凹穴18中，直到第二插塞 28接觸凹穴18的底面18a。然后，將輥集成件20向前和向下滑動到凹穴18中，直到將第 二插塞28安放在下錐形插槽40中。在把第二插塞28定位在下錐形插槽40的過程中，第一插塞26相對于輥銷22和 上錐形插槽46自對準，使得它在凹穴18中適當地定位，準備用緊固件38固定在適當的位置。第一插塞26的這種“自對準”特性是第一插塞26、連接螺釘70、鋼球71和輥銷22的 頭部22a之間的連接性能的結果。然后，把一個六角螺絲刀穿過孔26d插到第一插塞26中，并且將緊固件38擰入到 形成在凹穴18的底面18a中的柱體52的螺紋孔54中。在把緊固件38擰入到孔54中時， 第一插塞26被拉入到上錐形插槽46中。圖20示出了裝配到旋轉輥擴孔器10的凹穴18 中的輥集成件20。熟悉本領域的人員應當知道，可以在擴孔器體部16上提供不同數量的凹穴18。此 外，盡管將凹穴18描述為是環繞擴孔器體的圓周等間距地間隔的，但是，并不需要總是這 種情況。例如，可以通過指數或對數值將它們間隔開。也應當知道，破碎輥24可以包括不同布置和數量的初級嚙合直徑(即，可以采用 多個臺階的形式)、碳化物鈕、凹槽和螺旋線。本發明的上述實施例具有有益效果，因為1.利用單一的鎖定設備(例如，螺栓38)將每個輥集成件20保持在其對應的凹穴 18中。2.由于輥集成件20裝配成單獨的“一個”組件，每個輥集成件20可以容易地裝配 到它對應的凹穴18和從對應凹穴取出。這使得能夠將輥集成件20快速地插入凹穴18和 從凹穴18取出，因此，有助于盡可能減少為保養旋轉擴孔器10所需的停機時間。3.第一保持裝置(第一插塞)26的布置使得緊固件38的擰緊能夠將第一保持裝 置26拉入到凹穴18中，并且緊固件的松開能夠將第一保持裝置26提起，從而將整個輥組 件20提出凹穴18。這保證了即使在現場條件最差時，也能取出輥集成件20。4.擴孔器體部16鄰近破碎輥24的頸縮部分有利于扭轉應力的釋放，否則這種扭 轉應力會集中在擴孔器體部16的這個區域。頸縮部分也使得較多的泥漿能夠流過夾在凹 穴18之間的初級泥漿道，并且通過和越過凹穴18。頸縮部分也在旋轉輥擴孔器10使用過 程中有任何一個泥漿道堵塞時，提供連接每個泥漿道的單向路徑。5.破碎輥24上碳化物鈕60、60a的布置減少了所使用碳化物的數量，而保持了必 要的性能。此外，可以設想碳化物鈕的布置可以減小鉆桿柱中的扭矩負載。6.所述的均壓布置和特別是潤滑劑腔22c中過濾器36的使用，提高了輥組件20 的操作壽命。7.旋轉輥擴孔器上的負載力實質上都是縱向的，而不是橫向的。這導致旋轉輥擴 孔器的更長工作壽命。8.在使用過程中，旋轉輥擴孔器向右旋轉(即，在向下看井孔時順時針方向)。破 碎輥24在與井孔嚙合時將向左旋轉。隨著鉆桿柱末端上的鉆頭通過正常操作磨損而減小 直徑，擴孔器通過它的輥壓和破碎作用，在超過鉆頭能力的周期中，保證井孔直徑規格尺寸 的完整性，以保持要求的孔規格。因此，根據本發明實施例的輥擴孔器的使用減小了為更換 鉆頭而從井孔完全取出鉆桿柱的頻率。9.可在現場提供輥集成件20，隨時準備使用，而不需要任何進一步的元件組裝。實施例僅是以舉例說明的方式描述的，并且各種修改包括在本發明的精神和范圍 內。
權利要求
一種輥組件，包括輥銷、布置成安裝在所述輥銷上的輥和布置在輥銷與輥之間以防止潤滑劑從輥銷與輥之間的間隙泄漏的密封裝置，該輥銷包括用作潤滑劑儲池的孔并被布置為使得來自所述潤滑劑儲池的潤滑劑能夠流入所述間隙中，所述孔被布置以接納靜止的均壓裝置，該均壓裝置在輥組件使用過程中用于基本上均衡所述密封裝置上的所述間隙中的潤滑劑的壓力與輥組件使用過程中輥周圍的鉆孔泥漿的壓力，從而防止所述密封裝置損壞或爆裂。
2.根據權利要求1所述的輥組件，其中該均壓裝置包括過濾器。
3.根據權利要求2所述的輥組件，其中該過濾器是燒結金屬過濾器。
4.根據權利要求3所述的輥組件，其中該過濾器具有大約68%的銅、27%的鎳和5%的 錫的合金組成。
5.根據權利要求2至4中任一項所述的輥組件，其中該過濾器具有大約30μ m的孔隙率。
6.根據前述權利要求中任一項所述的輥組件，其中該靜止的均壓裝置靠在形成在所述 輥銷的孔中的座上。
7.根據前述權利要求中任一項所述的輥組件，其中所述輥銷中的孔包括將所述潤滑劑 儲池與所述間隙相連的第一側面開口。
8.根據權利要求7所述的輥組件，其中所述第一側面開口通到形成在所述輥銷中的第一分配槽。
9.根據權利要求7或8所述的輥組件，其中所述輥銷中的孔還包括第二側面開口，所述 第二側面開口連接到在所述均壓裝置的與所述潤滑劑儲池一側相反的一側上的所述孔的 一部分，使得所述第二側面開口不通到所述間隙。
10.根據權利要求9所述的輥組件，其中所述第二側面開口通到形成在所述輥銷中的第二分配槽。
11.根據前述權利要求中任一項所述的輥組件，其中所述密封裝置包括一對密封件。
12.一種用于設備的均壓裝置，具有至少一個用于密封位于所述設備的第一和第二構 件之間的潤滑劑供給的密封裝置，所述均壓裝置被布置成靜止地安裝在所述設備中，并且 布置成用于均衡潤滑劑施加到所述至少一個密封裝置的第一側面的壓力，和施加到所述至 少一個密封裝置的第二側面的流體壓力。
13.根據權利要求12所述的均壓裝置，具有受到施加在所述至少一個密封裝置的第二 側面上的流體壓力的第一端，和受到潤滑劑壓力的第二端。
14.根據權利要求13所述的均壓裝置，其中第二端靠在形成在所述設備的孔中的座 上，所述孔用作潤滑劑儲池。
15.根據權利要求12至14中任一項所述的均壓裝置是由過濾材料構成的。
16.根據權利要求15所述的均壓裝置，其中所述過濾材料是燒結金屬。
17.根據權利要求12所述的均壓裝置，其中所述過濾材料具有大約68%的銅、27%的 鎳和5%的錫的合金組成。
18.根據權利要求15至17中任一項所述的均壓裝置，其中所述過濾材料具有大約 30 μ m的孔隙率。
19.一種包括根據權利要求1至11中任一項所述的輥組件的旋轉輥擴孔器。
全文摘要
本發明涉及一種用于旋轉輥擴孔器(10)的輥組件(20)。輥組件(20)包括輥銷(22)和破碎輥(24)。破碎輥(24)被布置成安裝在輥銷(22)上，并且繞輥銷旋轉。輥組件(20)連接在一起以便形成能夠插入到旋轉輥擴孔器(10)的凹穴(18)中、并使用單個緊固設備固定到凹穴(18)中的單個集成件。
文檔編號E21B10/24GK101956532SQ20101014008
公開日2011年1月26日 申請日期2003年11月7日 優先權日2002年11月7日
發明者約翰·弗朗西斯·肯尼迪, 邁克爾·德斯蒙德·斯萊特瑞 申請人:澳大利亞精細加工股份有限公司