一种法兰机构的制作方法

专利名称：一种法兰机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种破碎机械，更具体地，本发明涉及一种法兰机构。
背景技术：
在资源开采、基础建设工程、地质勘探、钻井、地热利用等领域，需要破碎机构对硬 物进行锤击来进行粉碎，并将产生的碎物清理出去，传统的锤头是实心结构。在实际工作中，实心锤头将锤击物击碎，然后停止锤击，移开锤头，将被击碎的锤 击物用水或其他方式稀释吸出，这种机构在需要取出被击碎的锤击物时，锤头都要停止工 作，使得工作效率大大降低。锤击时最靠近锤头底端的锤击物最先被击碎，最先被击碎的部 分由于不能及时取出而被反复击打，在锤击处形成“垫子”样的隔层，消耗了离锤头底端较 远部位所受的锤击力，有用功比率很低。实心结构使得锤头质量较重，给停止工作、移位和 锤击物的清除都带来很大困难；另外，实心结构耗用材料多，材料浪费大，使用过程中能耗 也大。在锤击过程中需要不停地将锤击碎屑取出，以使得锤击能够深入进行下去，现有 技术通常使用基于离心泵的反循环来进行，这种方法需要泵的动力大，消耗能量高，不够经 济。同时由于泵本身的吸程和扬程有限，限制了清除碎屑的深度。现有破碎机构通常采用钢丝绳和锤头直接相连，实心锤头重，钢丝绳的承受力大， 机械磨损高，整个机械的使用寿命低。由于钻探或者锤击随着进度要加深，预置的主钻杆在一定深度下不能满足要求， 需要增加钻杆；另外，如果在锤头和主钻杆之间加装短的定尺钻杆，则便于安装、维护和运 输。钻杆间的连接使用传统的法兰来完成，在作业或施工现场将两个法兰片用螺栓进 行连接，在连接时需要多个人，分别用两个扳手进行连接，需要紧固的螺栓要6-12个，费 时、费工。同时，由于法兰片与所要连接的构件分离，很容易产生螺栓丢失，使法兰与所要连 接的构件无法连接的问题。

发明内容
为克服现有破碎机械和锤头的缺陷，本发明提出一种新的法兰机构。根据本发明的一个方面，提供一种法兰连接机构，包括两个法兰片和两个半圆抱 箍，其特征在于法兰的一片为圆环状，法兰的另一片为带柄的环状，两片分别被预先固定 到要连接的两个管件上，两个半圆抱箍的各自的一端连接在带柄的法兰上；一个法兰的端 面具有抗扭销子，另一个法兰的对应处有凹槽，防止相连接的法兰横向扭动。


图1为根据本发明实施例的一种破碎机的机构示意图；图2为图1所示破碎机的K向和F向示意图3为中空锤头以及锤头表面示意图；图4是短的钻杆连接示意图；图5示出两端具有带柄法兰片的短的钻杆；图6示出带柄的法兰片；图7示出不带柄的法兰片；图8示出一个抱箍；图9示出另一个抱箍；图10示出和锤头、主钻杆连接的压缩弹簧罩；图11示出压缩弹簧罩中的弹簧柱的截面图；图12示出具有吊环装置的弯头；图13和图14示出将进气管分段连通的圆盘；图15示出进气管的主钻杆连接的阀门机构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。可以理解，对于中空锤头、法 兰、压缩弹簧罩、进气管的结构和布置，可以单独应用在包括但不限于在第一实施例中描述 的破碎机构中，或者作为一个单独产品出售或者使用。另外，对于中空锤头、压缩弹簧罩、主钻杆、吊环装置和进气管可以相互组合构成 破碎机构，例如具有锤头、主钻杆和进气管的破碎机构，具有中空锤头、主钻杆、吊环装置和 进气管的破碎机构，具有抱箍法兰连接的多个短的钻杆、中空锤头、进气管和吊环装置的破 碎机构，在根据下述实施例的教导下，本领域中技术人员可以对根据本发明的组件进行组 合来实现本发明提到的各个功能，所做的各种组合包括在后附权利要求的范围中，但本发 明的破碎机构的组成根据上述组成部分不限于此。图1示出根据本发明的第一实施例的一种破碎机构，如图1所示，该破碎机构包括 吊环装置，主钻杆，进气管，压缩弹簧罩和锤头。吊环装置位于破碎机构的最上端，包括吊 环、支架和钢丝绳，支架支撑在井口，钢丝绳牵拉主钻杆，钢丝绳通过吊环来提拉主钻杆，使 得主钻杆升降。主钻杆的上端接有弯头，用于排出残渣液。进气管附在主钻杆一侧由上到 下延伸，并且和主钻杆连通，进气管的上端连接空气压缩机(简称空压机)，通过空压机将 空气经过进气管压入主钻杆中。主钻杆和压缩弹簧罩的上部相连，压缩弹簧罩的下部和锤 头相连，所述锤头是中空的，主钻杆、压缩弹簧罩和锤头形成中空连通，该锤头底部的开口 偏心布置。在现有技术中，锤头一般是实心的。虽然也存在中空的锤头，但该锤头的开口通常 位于中部，布置在中部的优点是锤头材质分布均勻，对于锤头的锤击受力均勻，可以较好地 保护锤头，但相对而言，锤头在锤击时，空间狭窄，开口位于中部的锤头，使得锤头下面的被 锤击部分形成突起，堵塞主钻杆的开口，而不能均勻锤击。为克服这一缺陷，在本实施例中， 该锤头的内部包含空腔，锤头的上端表面和压缩弹簧罩的下端表面焊接或者铆接。锤头上 部开口的压缩弹簧罩的下部开口连通，锤头上部开口的内径等于或者小于压缩弹簧罩的下 部开口。进一步，如图2所示，锤头的中空腔在下部分成两个腔，该两个腔的开口的内径均小于中空腔的内径，更优地，两个开口的横截面面积小于中空腔的横截面面积。使用两个开 口使得空心接触部位的压强(吸力)增多，便于物料的清除，同时在清除过程中所需动力大 大减小。中空部位所占体积小，实心部位所占体积大，对与锤头的使用寿命不会造成实质性 影响。在一个实施例中，可以理解，相对于上述锤头在底部分为两个开口，在此处的锤头的 中空腔可以在底部分为一个或者多个开口，这些开口可以均勻或者不成规律地分布在锤头 的底表面，例如，形成相互间隔的圆环，形成相互间隔的三角状等等。这些一个或者多个开 口可以偏心布置，或者部分偏心布置。这些一个或者多个开口可以是圆形、椭圆形、矩形或 者其他形状，它们的形状可以一致或者不一致。例如，这些开口的一部分是圆形，另一部分 是椭圆形或者矩形。它们的内径也可以是一样的，或者内径互相不同。图3示出锤头底表面，如图3所示，锤头底面布置多个相互连通的槽，槽的边缘布 置多个高硬度的合金板或者合金凸起。布置高硬度的合金板或者合金突起，可以增强锤击 的硬度。布置多个相互连通的槽，可以使得锤击杂质和流体不会在锤头底表面形成粘附物。 在一个例子中，锤头表面分布多个合金板，在不布置合金板的位置刻槽，形成连通。合金板 的形状不限于圆形，可以使用椭圆形或者矩形，前端优选使用锥形，即合金板的前端的横截 面面积小于后端的横截面面积，后端便于嵌入锤头主体中。在实际工程中，由于钻击的深入，主钻杆的长度需要调整，而使用标准化长度的主 钻杆，就需要在工程中携带多个主钻杆，并且需要将主钻杆整体从锤击位置提出，而进行更 换，在工程准备和替换中很不便利。在本实施例中，在主钻杆和压缩弹簧罩之间可以添加多 个由法兰和抱箍连接的钻杆，该多个短的钻杆可以加装在主钻杆的上端，这样在不需要将 主钻杆提出锤击位置的情况下就可以将主钻杆的长度增加。根据实际锤击情况，可以随时 停止锤击，将多个短的钻杆临时加装到主钻杆上，而停机加装相对于将破碎机械整体提出 锤击位置而言时间相当短，也就是省去了最费时的提出主钻杆和锤头的时间。使用现有的法兰连接可以实现短的钻杆和主钻杆的连接，但是现有法兰如背景技 术中所述连接操作困难，耗时费力，并且需要法兰和钻杆之间的较好的适配性。如图4和5 所示，在本实施例中，短的钻杆两端可以提前安装法兰片，短的钻杆两端可以布置具有柄的 法兰片，而该钻杆两端的连接件上布置不带柄的法兰，法兰的机构以下结合图6-9详细描 述。或者每个短的钻杆的一端布置不带柄的法兰片，一端布置带柄的法兰片，可以实现标准 化连接。这样，主钻杆除了上端和弯头连接的一段以及下端和压缩弹簧罩连接的一段外，都 可以使用两端连接有法兰片的短的钻杆。主钻杆和上部弯头之间也可以采用这样的法兰机 构连接，这样就可以在主钻杆和弯头之间任意加装钻杆。这样的法兰机构以及相应的短的 钻杆运输方便，在施工地进行组装，根据深度需要随时调整，使加装操作标准化，省时省力。参考图6-9，示出一种法兰连接机构，该法兰机构包括但不限于用于上述钻杆的加 装。该法兰结构包括两个法兰片和两个半圆抱箍，法兰的一片为圆环状，法兰的另一片为带 柄的圆环状，不带柄的法兰和带柄的法兰除了柄的部分之外内径和外径相同，两个法兰片 分别被预先固定到要连接的两个管上，使用包括但不限于焊接或者铆接的方式。图6示出 带柄的法兰，其主体是圆环形，内径适配于所连接管件的内径。法兰体的柄上留有两个左右 对称的螺孔。通过该两个螺孔，两个半圆抱箍的各自的一端连接在带柄的法兰上。图7示 出不带柄的法兰，该法兰的内径同样适配于所连接管件的内径。该法兰和带柄的法兰形状、 材质适配。图6和7所示的法兰片的圆环上可以留有圆孔，以使连接的管件周围布置的气管穿过法兰片固定。或者不留有圆孔，由于法兰片本身的厚度不足以影响气管或者其他管 件在主钻杆四周的依附。一个法兰的端面具有抗扭销子，另一个法兰的对应处有凹槽，防止 相连接的法兰横向扭动。该抗扭销子可以是十字销子，扁销子。该端面布置的抗扭销子前 端横截面的面积较小，后端横截面的面积较大，对应地，凹槽的前端的横截面较大，而后端 的横截面的面接较小，这样容易使得法兰片容易对准，并且能够是法兰片契合。另外，凹槽 使用圆形，即前端和后端的横截面相同，等于销子后端的横截面的面积。图8和9示出两个半圆抱箍，其中，两个半圆抱箍通过螺栓相对地连接在带柄的法 兰的连接端面，即通过螺栓将两个半圆抱箍固定到柄上的螺孔中。两个半圆抱箍在远离带 柄的法兰的一面的外缘具有向内的卷边，在法兰片对准时，通过卷边将两个法兰收紧，防止 法兰纵向移动。卷边距带柄法兰片的距离等于或者略大于不带柄法兰片的厚度，这样可以 通过卷边将不带柄的法兰相对于管件的突出凸缘遏制，向着带柄法兰收紧。在卷边距带柄 法兰片的距离略大于不带柄法兰片的厚度时，为了增加法兰片之间的密闭性，在两个法兰 片之间可以布置柔性垫片。法兰的环形边缘可以设置为弧形，对应的抱箍的卷边设计为弧 形，以便于在使用时根据使用的磨损情况逐步紧固。另外，抱箍还有另一种布置方式，其中，两个半圆抱箍可以在上端开口，开口的两 侧有横向通孔，该开口夹到带柄的法兰的柄上，该横向通孔和柄上的螺孔对准，通过螺栓将 抱箍和带柄法兰相连。开口的宽度大于柄的宽度，在将两个法兰片固定时，可以连接开口和 带柄法兰的螺栓上、在柄的左边或者右边添加垫圈，以使抱箍可以向右或者向左移动，以适 应性地收紧两个法兰片。如上所述，两个抱箍的一端分别连接在柄上，而两个抱箍的另一端，一个抱箍装有 销子，另一个抱箍装有槽口，槽口与销子相匹配。当两个法兰对准后，将两个抱箍环抱该法 兰片，拧紧销子，固定法兰连接。另外如上所述，通过调整两个半圆抱箍在带柄的法兰连接 处的连接螺栓，来调整两片法兰之间的松紧。图10示出和中空锤头连接的压缩弹簧罩，图11示出纵向弹簧柱的横截面。如图 10所示，压缩弹簧罩和锤头形成中空连通，其中压缩弹簧罩中存在外径相同而内径不同的 中空管，进气管可以和压缩弹簧罩中的中空管相连。主钻杆和压缩弹簧罩上部的齿盘相连， 压缩弹簧罩的下端部和锤头相连，所述压缩弹簧罩下部连接的锤头通过包括所述齿盘的弹 簧旋转机构相对于主钻杆旋转。进一步，参考图10和11，弹簧旋转机构包括上齿盘、横向弹簧盘、纵向弹簧柱；上 齿盘位于压缩弹簧罩的内部上方，上齿盘的上表面和主钻杆直接焊接或者铆接，上齿盘的 下表面分布有齿片。纵向弹簧柱连接在压缩弹簧罩的底部，横向弹簧盘由纵向弹簧柱连接 支撑，横向弹簧盘的上表面布置齿片，横向弹簧盘上的齿片可以和上齿盘的齿片咬合。上齿 盘的直径大于压缩弹簧罩的上部开口的内径。锤头和压缩弹簧罩的下表面铆接或者焊接。压缩弹簧罩的下开口内径大于锤头的 上开口内径。在锤击时，上齿盘和横向弹簧盘之间通过主钻杆的提升而分离，横向弹簧盘的齿 片离开上齿盘的齿片，在横向弹簧的支撑下，横向弹簧盘绕上齿盘旋转，带动压缩弹簧罩除 上齿盘之外的部件以及锤头一起绕主钻杆旋转，然后横向弹簧盘的齿片和齿盘的下一齿片 咬合，锤头相应旋转移位，使得主钻杆下降时，锤击不同的位置。
上齿盘上具有多个齿片，齿片是锲形或者三角形，横向弹簧盘上的齿片和齿盘上 的齿片的数量对应。所述齿片的数量为18到72个中的其中一个，使得主钻杆每次提升可 以导致锤头对应旋转5-20度，当然，该齿片的数量根据需要可以增加或者减少，来调整锤 头旋转的角度大小。 进一步参考如图1，进气管布置在主钻杆一侧由上到下延伸，进气管的上端接有空 压机，用于将空气压入进气管。进气管和主钻杆连通，经由空压机通过进气管将气体压入主 钻杆中。一般地，进气管附在主钻杆一侧，在由上到下45-55米的其中一个位置处和伸入 主钻杆，和主钻杆连通。经过实验验证，该位置处于进气管竖直由上到下50米的位置处压 力最大。上述布置适合用于在主钻杆的固定位置布置，对于锤击过程中，主钻杆的逐渐深 入，使得进气管和主钻杆的位置接口处不能很好的控制在期望的压力点。在本申请的进气管的另一种连接中，所述进气管在主钻杆由上到下的多个位置和 主钻杆连通，在每个连通处安装压力敏感阀门。在没有达到期望压力时，压力阀门趋于关闭 状态；在达到期望压力点时，压力阀门自动打开，通气进入主钻杆，使得实现期望压力的气 压通入主钻杆。其中，压力敏感阀门的开启点设置45-55米处，更优选地，设置在5kg点，即 50米水压处。在运行中，主钻杆向下锤击，锤头将锤击面粉碎，碎屑、杂质经通入的流体稀释，通 过中空锤头、压缩弹簧罩进入主钻杆，进气管通过和主钻杆连接的部位通入气体，该气体将 连接部位上部的液体向上推动，经过主钻杆排出。而连接部位下部的液体不会受到影响。 这样在锤击的同时，下部一直将掺有杂质的液体向上流动，气体一直将主钻杆中的液体向 外推，从而将粉碎的杂质排出，该过程在锤击的同时进行，而不需要专门的停工处理排出过 程。这样的气举反循环可以更快更好更干净的清理井下的碎屑，由于空气自身的浮力和推 举力，气举可以用小的力就可以举起重的力量，将碎块清除。对于某些情况，需要旋转主钻杆，这样存在问题就是进气管附在主钻杆的一侧，但 并未和主钻杆一体，主钻杆的旋转会使得进气管和附在主钻杆的其它管件在主钻杆上形成 缠绕，而导致机械故障。在本发明中，通过将进气管分成两段，其中，进气管的上段随着主钻杆旋转，下段 和主钻杆保持不旋转。具体地，在主钻杆的上部外侧布置分别刻槽的两个半上盘和两个 半下盘，两个半上盘铆合抱紧主钻杆，两个半下盘铆合抱紧主钻杆，四个半盘之间形成中空 环。上半盘和下半盘通过压盘压合在一起。上半盘和转盘连接，转盘带动上半盘转动，进入 带动主钻杆转动。进气管被铆合的圆盘分隔为两段，上段和上半盘相连，下段和下半盘相连。进气管 通入的气体通过上段进入中空环，中空环中的气体流入进气管的下段。这样，在主钻杆的旋 转时，将不影响进气管，也不会使进气管缠绕在主钻杆上，还能保证进气管的正常通气。图12中示出吊环装置，该吊环装置位于破碎机构的最上端，用于通过支架和钢丝 牵拉主钻杆。由吊环装置带动锤对锤击物的锤击，做上下往复式运动，其运动的距离(或高 度)由相应的传感器根据上一次锤击所取得的数据进行分析后决定。在本发明的实施例中，各种材质可以使用抗磨损和硬度高的锰钢或者其它钢材。
以上总的描述了构成破碎装置的结构的各个组成，但对于本领域内普通技术人员 可以理解的，对于具体实现的破碎装置，并不一定需要具有上述全部组成部分，本领域内的 技术人员可以结合各自的特定进行组合。在以下的实施例中，描述了破碎装置的各种不同 的组成，并且对于和上述特征类似的结构，以下将不进行详细描述，这些组成的实施例仅是 示意性而非限制性的。在本发明的第二实施例中，提供了一种锤头，该锤头包括中空腔室，中空腔室在锤 头下部分为一个或者多个开口，所述一个或者多个开口偏心布置。本实施例中，锤头的上端 表面和压缩弹簧罩的下端表面焊接或者铆接。锤头上部开口和压缩弹簧罩的下部开口连 通，锤头上部开口的内径等于或者小于压缩弹簧罩的下部开口。如图2所示，锤头的中空腔在下部分成两个腔，该两个腔的开口的内径均小于中 空腔的内径。使用两个开口使得空心接触部位的压强增多，便于物料的清除，同时在清除过 程中所需动力大大减小。中空部位所占体积小，实心部位所占体积大。在一个实施例中，可 以理解，锤头的中空腔可以在下部分为一个或者多个开口，这些开口可以均勻或者不成规 律地分布在锤头的底表面。如上所述，这些一个或者多个开口可以偏心布置，或者部分偏心 布置。这些一个或者多个开口可以是圆形、椭圆形或者矩形，它们的形状可以一致或者不一 致。例如，这些开口的一部分是圆形，另一部分是椭圆形或者矩形。它们的内径也可以是一 样的，或者内径互相不同。图3示出锤头底表面，如图3所示，锤头底面布置多个相互连通的槽，槽的边缘布 置多个高硬度的合金球(尖)头。布置高硬度的合金球(尖)头，可以增强锤击的硬度。布 置多个相互连通的槽，可以使得锤击杂质和流体不会在锤头底表面形成粘附物。该中空锤头可以用于破碎机构，该破碎机构还可以包括吊环装置，主钻杆，进气 管，压缩弹簧罩；其中，吊环装置用于通过支架和钢丝牵拉主钻杆，主钻杆、压缩弹簧罩和中 空锤头形成中空连通，主钻杆和压缩弹簧罩的上部相连，压缩弹簧罩的下部和锤头相连；进 气管附在主钻杆一侧由上到下延伸，并且和主钻杆连通，经由空压机通过进气管将气体压 入主钻杆中；所述锤头的中空腔室的内径小于主钻杆的中空的内径。在本发明的第三实施例中，如图1所示，提供了一种锤头旋转机构，包括主钻杆， 压缩弹簧罩和中空锤头；主钻杆、压缩弹簧罩和锤头形成中空连通，主钻杆和压缩弹簧罩上 部的齿盘相连，压缩弹簧罩的下端部和锤头相连，该锤头底部的开口偏心布置，所述压缩弹 簧罩下部连接的锤头通过包括所述齿盘的弹簧旋转机构相对于主钻杆旋转。图10示出和中空锤头连接的压缩弹簧罩，图11示出纵向弹簧柱的横截面。如图 10所示，压缩弹簧罩和锤头形成中空连通，其中压缩弹簧罩中存在外径相同而内径不同的 中空管，进气管和压缩弹簧罩中的中空管相连。主钻杆和压缩弹簧罩上部的齿盘相连，压缩 弹簧罩的下端部和锤头相连。进一步，参考图10和11，弹簧旋转机构包括上齿盘、横向弹簧盘、纵向弹簧柱；上 齿盘位于压缩弹簧罩的内部上方，上齿盘的上表面和主钻杆直接焊接或者铆接，上齿盘的 下表面分布有齿片。纵向弹簧柱连接在压缩弹簧罩的底部，横向弹簧盘由纵向弹簧柱连接 支撑，横向弹簧盘的上表面布置齿片，横向弹簧盘上的齿片可以和上齿盘的齿片咬合。上齿 盘的直径大于压缩弹簧罩的上部开口的内径。锤头和压缩弹簧罩的下表面铆接或者焊接。压缩弹簧罩的下开口内径大于锤头的上开口内径。在锤击时，上齿盘和横向弹簧盘之间通过主钻杆的提升而分离，横向弹簧盘的齿 片离开上齿盘的齿片，在横向弹簧的支撑下，横向弹簧盘绕上齿盘旋转，带动压缩弹簧罩除 上齿盘之外的部件以及锤头一起绕主钻杆旋转，然后横向弹簧盘的齿片和齿盘的下一齿片 咬合，锤头相应旋转移位，使得主钻杆下降时，锤击不同的位置。上齿盘上具有多个齿片，齿片是锲形或者三角形，横向弹簧盘上的齿片和齿盘上 的齿片的数量对应。所述齿片的数量为18到72个中的其中一个，使得主钻杆每次提升可 以导致锤头对应旋转5-20度，当然，该齿片的数量根据需要可以增加或者减少，来调整锤 头旋转的角度大小。锤头旋转机构还包括进气管，所述进气管附在主钻杆一侧由上到下延 伸，并且和主钻杆连通，经由空压机通过进气管将气体压入主钻杆中。在本发明的第四实施例中，提供一种法兰连接机构，该法兰结构包括两个法兰片 和两个半圆抱箍，法兰的一片为圆环状，法兰的另一片为带柄的圆环状，不带柄的法兰和带 柄的法兰除了柄的部分之外内径和外径相同，两个法兰片分别被预先固定到要连接的两个 管上，使用包括但不限于焊接或者铆接的方式。图6示出带柄的法兰，其主体是圆环形，内 径适配于所连接管件的内径。法兰体的柄上留有两个左右对称的螺孔。通过该两个螺孔， 两个半圆抱箍的各自的一端连接在带柄的法兰上。图7示出不带柄的法兰，该法兰的内径 同样适配于所连接管件的内径。该法兰和带柄的法兰形状、材质适配。图6和7所示的法 兰片的圆环上可以留有圆孔，以使连接的管件周围布置的气管穿过法兰片固定。或者不留 有圆孔，由于法兰片本身的厚度不足以影响气管或者其他管件在主钻杆四周的依附。一个 法兰的端面具有抗扭销子，另一个法兰的对应处有凹槽，防止相连接的法兰横向扭动。该抗 扭销子可以是十字销子，扁销子等。该端面布置的抗扭销子前端横截面的面积较小，后端横 截面的面积较大，对应地，凹槽的前端的横截面较大，而后端的横截面的面接较小，这样容 易使得法兰片容易对准，并且能够是法兰片契合。图8和9示出两个半圆抱箍，其中，两个半圆抱箍通过螺栓相对地连接在带柄的法 兰的连接端面，也即是通过螺栓将两个半圆抱箍固定到柄上的螺孔中。两个半圆抱箍在远 离带柄的法兰的一面的外缘具有向内的卷边，在法兰片对准时，通过卷边将两个法兰收紧， 防止法兰纵向移动。卷边距带柄法兰片的距离等于或者略大于不带柄法兰片的厚度，这样 可以通过卷边将不带柄的法兰相对于管件的突出凸缘遏制，向着带柄法兰收紧。在卷边距 带柄法兰片的距离略大于不带柄法兰片的厚度时，为了增加法兰片之间的密闭性，在两个 法兰片之间可以布置柔性垫片。另外，抱箍还有另一种布置方式，其中，两个半圆抱箍可以在上端开口，开口的两 侧有横向通孔，该开口夹到带柄的法兰的柄上，该横向通孔和柄上的螺孔对准，通过螺栓将 抱箍和带柄法兰相连。开口的宽度大于柄的厚度，在将两个法兰片固定时，可以连接开口和 带柄法兰的螺栓上、在柄的左边或者右边添加垫圈，以使抱箍可以向右或者向左移动，以适 应性地收紧两个法兰片。如上所述，两个抱箍的一端分别连接在柄上；而两个抱箍的另一端，一个抱箍装有 销子，另一个抱箍装有槽口，槽口与销子相匹配。当两个法兰对准后，将两个抱箍环抱该法 兰片，拧紧销子，固定法兰连接。另外，通过调整两个半圆抱箍在带柄的法兰连接处的连接 螺栓，来调整两片法兰之间的松紧。
该法兰机构可用于一种破碎机构，在该破碎机构中，使用该法兰机构将多个钻杆 连接在一起，形成主钻杆，其中，该破碎机构包括吊环装置，主钻杆，进气管，压缩弹簧罩， 锤头；吊环装置用于通过支架和钢丝牵拉主钻杆，所述主钻杆、压缩弹簧罩和锤头形成中空 连通，主钻杆和压缩弹簧罩的上部相连，压缩弹簧罩的下部和锤头相连；进气管附在主钻杆 一侧由上到下延伸，并且和主钻杆连通，经由空压机通过进气管将气体压入主钻杆中；所述 锤头是中空的，该锤头底部的开口偏心布置；所述主钻杆和所述压缩弹簧罩之间还包括多 个法兰机构所连接的一个或者多个钻杆。在本发明的第五实施例中，提供了一种具有进气管的破碎组件，包括主钻杆，进 气管和中空锤头；中空锤头连接在主钻杆的下端，进气管布置在主钻杆一侧由上到下延伸， 进气管的上端接有空压机，用于将空气压入进气管。进气管和主钻杆连通，经由空压机通过 进气管将气体压入主钻杆中。一般地，进气管附在主钻杆一侧，在由上到下45-55米的其中一个位置处和伸入 主钻杆，和主钻杆连通。经过实验验证，该位置处于进气管竖直由上到下50米的位置处压 力最大。上述布置适合用于在主钻杆的固定位置布置，对于锤击过程中，主钻杆的逐渐深 入，使得进气管和主钻杆的位置接口处不能很好的控制在期望的压力点。在本申请的进气管的另一种连接中，所述进气管在主钻杆由上到下的多个位置和 主钻杆连通，在每个连通处安装压力敏感阀门。在没有达到期望压力时，压力阀门关闭；在 达到期望压力点时，压力阀门打开，通气进入主钻杆，使得实现期望压力的气压通入主钻 杆。其中，压力敏感阀门的开启点设置45-55米处，更优选地，设置在5kg点，即50米水压 处。图15示出进气管和主钻杆之间的阀门机构示意图。如图15所示，该阀门装置包 括压簧、阀体、锥形阀芯、0型圈、气阀导向柱和拉环，压簧、锥形阀芯、0型圈、气阀导向柱和 拉环位于阀体的竖直中空中，上部通过压簧螺栓固定。阀门的进气口连接进气管，阀门的出 气口连接主钻杆，进气口和出气口之间通过锥形阀芯封闭，锥形阀芯上端通过压簧压置，压 簧通过调节螺纹固定在阀体中。阀芯下部是0型圈，0型圈连接气阀导向柱，气阀导向柱连 接拉环。使用时，可以在进气管连接时拉下拉环，将进气口和出气口连通。或者到达预定压 力时，压簧弹开，将进气口和出气口连通。在运行中，主钻杆向下锤击，锤头将锤击面粉碎，碎屑、杂质经通入的流体稀释，通 过中空锤头、压缩弹簧罩进入主钻杆，进气管通过和主钻杆连接的部位通入气体，该气体将 连接部位上部的液体向上推动，经过主钻杆排出。而连接部位下部的液体不会受到影响。 这样在锤击的同时，下部一直将掺有杂质的液体向上流动，气体一直将主钻杆中的液体向 外推，从而将粉碎的杂质排出，该过程在锤击的同时进行，而不需要专门的停工处理排出过 程。这样的气举反循环可以更快更好更干净的清理井下的碎屑，由于空气自身的浮力和推 举力，气举可以用小的力就可以举起重的力量，将碎块清除。根据本发明的第六实施例，提供了一种可旋转钻杆的破碎机构，包括主钻杆，进 气管；其中，进气管附在主钻杆一侧由上到下延伸，并且和主钻杆连通，经由空压机通过进 气管将气体压入主钻杆中。主钻杆的上部的外侧布置分别刻槽的两个半上盘和两个半下 盘，两个半上盘铆合抱紧主钻杆，两个半下盘铆合抱紧主钻杆，四个半盘之间形成中空环，进气管被铆合的圆盘分隔为两段，上段和上半盘相连，下段和下半盘相连，主钻杆随着上半 盘所处的转盘来转动而不会将进气管缠绕在主钻杆上。其中，上半盘和下半盘通过压盘压合在一起。需要旋转上部主钻杆，这样存在问题 就是进气管附在主钻杆的一侧，但并未和主钻杆一体，主钻杆的旋转会使得进气管和附在 主钻杆的其它管件在主钻杆上形成缠绕，而导致机械故障。在本发明中，通过将进气管分成两段，其中，进气管的上段随着主钻杆旋转，下段 和主钻杆保持不旋转。具体地，在主钻杆的上部外侧布置分别刻槽的两个半上盘和两个 半下盘，两个半上盘铆合抱紧主钻杆，两个半下盘铆合抱紧主钻杆，四个半盘之间形成中空 环。上半盘和下半盘通过压盘压合在一起。上半盘和转盘连接，转盘带动上半盘转动，进入 带动主钻杆转动。进气管被铆合的圆盘分隔为两段，上段和上半盘相连，下段和下半盘相连。进气管 通入的气体通过上段进入中空环，中空环中的气体流入进气管的下段。这样，在主钻杆的旋 转时，将不影响进气管，也不会使进气管缠绕在主钻杆上，还能保证进气管的正常通气。根据本发明的中空锤头，在锤击时，不需要将锤移开，可以随时清除被击碎的锤 击物，节省时间和工作人员的劳动强度；由于锤击物可被及时清除，在锤的底部不再有“垫 子”，因此效率大大提高；中空锤头还可以通入各种物料，如液体或小于空心直径的物料，以 达到不同的用途和目的；中空锤头所用材料少，节省材料，重量轻，搬运方便，节省能源消 耗，还可以节省人工和时间。本发明使用的进气管很好地利用空气本身的特性的浮力和向上的推举力，同时压 缩空气到达需要清除碎屑的最底部，只要相应输送气体的管子有多长，清除碎屑的深度就 能达到多少，因此完全改变传统泵动力受吸程和扬程的限制不能达到清除碎屑深度要求的 缺陷。同时，空气压缩机使得清除碎屑的速度和力量都相当的大，再加上反循环不用停机更 换任何设备和部件，这样工作效率大大加快。主钻杆的中空和另外布置的导管可以通气、通各种液体以及半固体，导入气体、液 体或者半固体以送入锤击面的下方，或者将锤体下方的物质导出锤体以外(或者上面)，或 者对锤体进行冷却。由于采用了气举抽吸的方法，只用几秒中就可以完成残渣清除，传统方法可能要 用30分钟左右，还需要2-3人；中空气举方法只用1个人，本发明的机构可将较大的石块、 土块抽出，不必要锤击的粉碎，而传统的实心锤只能将击的粉碎的土块或石块冲出。本发明结构简单，施工方便，工作效率高，节省人工4-8人，比原有传统方法提高 效率2-3倍，节省耗材，节省电费，节省用水，施工成本低，成孔时间短，具有极高的经济价 值。本发明的实用性和通用性很强，可以在传统的冲击钻、回旋钻等现有设备上加装， 对于老设备可在不淘汰已有设备的前提下加装，能在利用落后的设备的前提下提高效率、 节省投资并且节省资源。在本发明的第七实施例中，本发明的机构可用于冲击钻和回旋钻，以下以冲击钻 示例，提供一种冲击钻机构，包括吊环装置，主钻杆，进气管，压缩弹簧罩和冲击钻头。吊环 装置位于冲击钻机构的最上端，包括吊环、支架和钢丝绳，支架支撑在井口，钢丝绳牵拉主 钻杆，钢丝绳通过吊环来提拉主钻杆，使得主钻杆升降。主钻杆的上端接有弯头，用于排出残渣液。进气管附在主钻杆一侧由上到下延伸，并且和负载主钻杆一侧的排渣杆连通，进气 管的上端连接空气压缩机(简称空压机)，通过空压机将空气经过进气管压入排渣杆中。主 钻杆和压缩弹簧罩的上部相连，压缩弹簧罩的下部和冲击钻相连。本发明可用于铁路、公路、桥梁、水利、电力基础工程、工民建的基础、石油开采、爆 破等应用领域。本发明可以及时将击碎的土屑和石屑排出，相比大大提高了钻速，进尺多、钻井时 效高、钻井周期短、每单位尺寸进尺成本低，是现代导向钻井的发展方向。最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法 及应用进行限制。
权利要求
1.一种法兰连接机构，包括两个法兰片和两个半圆抱箍，其特征在于法兰的一片为圆环状，法兰的另一片为带柄的环状，两片分别被预先固定到要连接的 两个管件上，两个半圆抱箍的各自的一端连接在带柄的法兰上；一个法兰的端面具有抗扭 销子，另一个法兰的对应处有凹槽，防止相连接的法兰横向扭动。
2.权利要求1的法兰连接机构，其中，法兰体的柄上留有两个左右对称的螺孔，两个半 圆抱箍的各自的一端通过该两个螺孔连接在带柄的法兰上。
3.权利要求2的法兰连接机构，其中，两个半圆抱箍在远离带柄的法兰的一面的外缘 具有向内的卷边，通过卷边将两个法兰拉紧，防止法兰纵向移动。
4.权利要求3的法兰连接机构，其中，卷边距带柄法兰片的距离等于或者略大于不带 柄法兰片的厚度，通过卷边将不带柄的法兰相对于管件的突出凸缘遏制，向着带柄法兰收 紧。
5.权利要求3的法兰连接机构，其中，两个半圆抱箍通过拉紧螺栓紧固；或者一个抱箍 有销子，另一个抱箍有槽口，槽口与销子相匹配固定。
6.权利要求3的法兰连接机构，其中，所述两个法兰片之间布置垫片，以增加密闭性。
7.权利要求1的法兰连接机构，其中，两个半圆抱箍在上端开口，开口的两侧有横向 通孔，该开口夹到带柄的法兰的柄上，该横向通孔和柄上的螺孔对准，开口的宽度大于柄的 宽度；在将两个法兰片固定时，连接开口和带柄法兰的螺栓上、在柄的左边或者右边添加垫 圈，以使抱箍向右或者向左移动。
8.权利要求1的法兰连接机构，该抗扭销子前端横截面的面积较小，后端横截面的面 积较大，对应凹槽的前端的横截面较大，后端的横截面的面接较小。
9.权利要求1的法兰连接机构，其中，不带柄的法兰和带柄的法兰除了柄的部分之外 内径和外径相同；法兰片的圆环上留有圆孔，以使连接的管件周围布置的气管穿过法兰片 固定。
10.一种破碎机构，包括吊环装置，主钻杆，进气拉管，压缩弹簧罩，锤头；其中，吊环装置用于通过支架和钢丝牵拉主钻杆，所述主钻杆、压缩弹簧罩和锤头形成 中空连通，主钻杆和压缩弹簧罩的上部相连，压缩弹簧罩的下部和锤头相连；进气拉管附在 主钻杆一侧由上到下延伸，并且和主钻杆连通，经由空压机通过进气拉管将气体压入主钻 杆中；所述锤头是中空的，该锤头底部的开口偏心布置；所述主钻杆和所述压缩弹簧罩之 间还包括多个由权利要求1-9的其中一个法兰机构所连接的一个或者多个钻杆。
全文摘要
本发明提供一种法兰连接机构，包括两个法兰片和两个半圆抱箍，其特征在于法兰的一片为圆环状，法兰的另一片为带柄的环状，两片分别被预先固定到要连接的两个管件上，两个半圆抱箍的各自的一端连接在带柄的法兰上；一个法兰的端面具有抗扭销子，另一个法兰的对应处有凹槽，防止相连接的法兰横向扭动。
文档编号E21B17/04GK102116133SQ20101057103
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者卢丹, 李丽 申请人:卢丹, 李丽