專利名稱：限流器和鉆鑿組件的制作方法
技術領域：
本公開總體涉及鉆鑿操作、鉆桿及其部件和鉆鑿組件。
背景技術：
因為巖屑在鉆頭周圍形成，所以在所有鉆鑿操作期間有必要將流體諸如水送至切割面以清除巖屑，并且在一些情況下用以冷卻鉆尖。能夠通過使流體通過鉆桿的中心通道將流體送至鉆頭。在采礦操作中，諸如在地下煤礦中，在鉆鑿操作中使用相當大量體積的水，并且因此產生類似體積的廢水。廢水可積聚，并且可能在采礦操作附近諸如地下礦井巷道中提供安全隱患，并且因此需要執行處理或緩解措施。上述背景技術的引用不等于認可該背景技術形成本領域普通技術人員的公知常識的一部分。上述引用也無意限制本文公開的限流器和鉆組件。
發明內容
在第一方面公開一種限流器，所述限流器包括適合用于限制通過鉆桿通道的流體流的本體，該本體具有用于將所述本體聯接到鉆桿通道中的聯接部，所述本體限定上游流體接收通道、下游流體排出通道以及位于所述通道之間的、具有限制性直徑的通道，以限制鉆桿通道中的流體流。在一個實施例中，所述通道沿鉆桿通道的中心縱向軸線彼此同心地對準。在一個實施例中，具有限制性直徑的通道可在直徑上(但不限于)從鉆桿通道的直徑的約25%至約50%范圍變化。在一種形式中，具有限制性直徑的通道具有圓形橫截面。在一個實施例中，上游流體接收通道從其上游端向內漸縮至具有限制性直徑的通道。在一種形式中，所述通道的上游端具有(但是不限于)比鉆桿通道的直徑的大約60%大的直徑。在一種形式中，限流器的下游端適合接收旋轉驅動工具諸如螺絲刀，以將限流器旋擰到通道中。在一個實施例中，下游流體排出通道具有多邊形橫截面。在一種形式中，該多邊形橫截面可能為六邊形、星形、正方形或矩形狹槽。應明白，可通過將下游流體排出通道和具有互補形狀頭部的旋轉驅動工具接合而驅使限流器進入到鉆桿通道中。在一種形式中，下游流體排出通道具有與上游流體接收通道的上游端相似的直徑。在一個實施例中，該聯接部為設置在本體的外部表面上的螺紋，其中該聯接部被構造成與鉆桿的內壁上的螺紋互補，所述鉆桿的內壁限定通過其中的通道。在第二方面公開一種限流器，所述限流器包括適合用于限制通過鉆桿通道的流體流的本體，該本體具有使得流體能夠流經本體的內部通道以及外螺紋，所述外螺紋被布置成接合設置在鉆桿的通道內的內螺紋，所述限流器被構造成在使用中設置于鉆桿的端部的內側，以便允許利用所述鉆頭的帶螺紋的柄部將鉆頭連接至所述鉆桿的端部，所述鉆頭的帶螺紋的柄部接合所述鉆桿的所述內螺紋。
在一種形式中，限流器的下游端適合接收旋轉驅動工具諸如螺絲刀，以將限流器旋擰到通道中。在一種形式中，該下游端具有多邊形橫截面。在一種形式中，該多邊形橫截面可能為六邊形、星形、正方形或矩形狹槽。在本公開的第三方面，提供一種鉆桿組件，其包括鉆桿以及限流器，所述鉆桿具有用于使流體流通過其中的鉆桿通道，所述限流器被設置在鉆桿通道內并且包括適合用于限制通過鉆桿通道的流體流的本體。在一種形式中，限流器本體具有聯接部，所述聯接部用于將所述本體聯接至鉆桿通道。在一種形式中，該本體具有外螺紋，所述外螺紋被布置成接合設置在鉆桿通道內的內螺紋。在一種形式中，限流器被設置于鉆桿的端部的內側，并且鉆桿在所述鉆桿的端部處包括聯接部，以接合鉆頭，從而將鉆頭連接至所述鉆桿。在一種形式中，鉆桿聯接部為所述鉆桿的內螺紋的一部分，限流器則附接到該部分。在一種形式中，所述限流器本體限定上游流體接收通道、下游流體排出通道以及位于所述通道之間的具有限制性直徑的通道，以限制鉆桿通道中或鉆頭的端口裝置中的流體流。在另一個方面，本公開提供一種鉆頭裝置，其具有適合用于被鉆桿緊密接合的鉆柄，所述鉆頭具有位于其中的至少一個鉆頭通道，所述至少一個鉆頭通道能夠與所述鉆桿的鉆桿通道連通以接收來自鉆桿通道的流體流，所述鉆頭還包括限流器，所述限流器包括適合于限制從所述鉆桿通道流入或進入鉆頭通道的流體流的本體。在一種形式中，鉆頭和限流器整體成型或者被連接在一起。在另一種形式中，鉆頭和限流器分開成型，并且被布置成單獨連接至鉆桿。在一種形式中，限流器被布置成設置在鉆頭附近，以便調節進入鉆頭通道的流體流。在另一種形式中，限流器被插入鉆頭通道。在任一種形式中，限流器都可布置成用以適合單獨操作，以便允許操作者在現場或者在鉆頭或鉆桿制造后改變鉆組件的流量要求。在一種形式中，限流器為根據本公開的之前方面的上文所述的其它形式。所公開的實施例允許減少送至鉆頭的水的體積和流量，同時能夠有效執行鉆鑿操作，并且因此允許減少鉆鑿操作期間產生的水的流量。本公開實施例的進一步優勢在于，在不需要對鉆桿和/或鉆頭進行任何修改的情況下能夠將限流器改裝到現有的鉆鑿組件。
盡管已在發明內容中提出可能落入本公開范圍的任何其它形式，現在仍將參考附圖僅經由示例來描述特定實施例，其中:圖1是根據一個特定實施例的限流器的透視圖；圖2是圖1中所示的限流器的平面圖；圖3是沿圖2的A-A線截取的限流器的縱向橫截面圖；圖4是根據一個特定實施例的鉆桿組件的上部平面圖；圖5是沿圖4的線B-B截取的鉆桿組件的縱向橫截面圖；圖6是圖4和5中所示的鉆桿組件的分解圖；圖7是包括圖1的限流器的鉆鑿組件的縱向截面；以及
圖8是圖8的鉆鑿組件的變體。
具體實施例方式本說明書廣泛涉及一種限流器，所述限流器適合用于限制通過鉆桿通道、鉆頭以及鉆桿組件的流體諸如水的流量。參考圖1至3，其中示出限流器10的一個實施例。限流器10包括圓柱部分14形式的本體12，本體12被構造成以充分水密配合的方式被接收在鉆桿34的鉆桿通道16中，如圖4至6中所示。圓柱部分14包括上游側18和下游側20 (定向在通過鉆桿34的流體的大致流向上)。限流器包括聯接布置，以將限流器連接至鉆桿，在所示形式中，該聯接布置被形成為圓柱部分14的表面22上的螺紋，以促進限流器10與鉆桿通道16的互補的帶螺紋的內部通道24的接合。在所示形式中，本體12限定下列形式的通過本體12的一系列同心對準通道，即上游流體接收通道26、下游流體排出通道28和位于所述通道26、28之間的、具有限制性直徑的通道30。在使用中，通道26、28、30被布置成沿鉆桿通道16的中心縱向軸線設置。上游流體接收通道26將來自鉆桿通道16的流體流引導至限流器10的具有限制性直徑的通道30。上游流體接收通道26從位于圓柱部分14的上游側18的上游端32向內漸縮至具有限制性直徑的通道30。因此，應明白，上游端32具有比限制性直徑的通道30更大的直徑。在一些形式的限流器10中，所述通道26的上游端32可能具有比鉆桿通道16的直徑的大約60%大的直徑。一般來說，所述通道26的上游端32的直徑將少量地比鉆桿的內部直徑窄。上游流體接收通道26可以延伸至限流器10的總長度的約50%。具有限制性直徑的通道30被構造成在不降低鉆頭性能的情況下限制鉆桿通道16中的流體流。如果流體流不足以在鉆頭周圍通過并且從中沖出鉆屑，那么鉆頭的性能將降低。在一些形式的限流器10中，通道30為具有圓形橫截面的圓柱形。限制性直徑可以從鉆桿通道16的直徑的約25%變到約50%，不過取決于所期望的鉆具性能特征和所需的水流量降低的程度，也可選擇該范圍外的限制性直徑。下游流體排出通道28將來自限流器10，具體地來自具有限制性直徑的通道30的流體流引導至鉆桿通道16。在所示形式中，下游流體排出通道28沿其長度具有恒定橫截面直徑，該恒定橫截面直徑大于通道30的限制性直徑。在一種形式的限流器10中，通道28具有與上游流體接收通道26的上游端32的直徑類似的直徑。應明白，限流器中的內部通道可以與上述的和所示的不同。例如，由于制造程序和不同的流量需求，漸縮的上游流體接收通道26的角度和具有限制性直徑的通道30可能變化。在圖中所示的限流器IO中，下游流體排出通道28具有六邊形橫截面。然而，應明白，下游流體排出通道28可具有替代形狀的多邊形橫截面，諸如多邊星形、正方形或矩形的形式。有利地，可在所述通道28中接收內部扳緊驅動裝置的互補形狀的頭部，以通過將限流器10的本體12旋擰入鉆桿通道16的帶螺紋的內壁24中，促進限流器10在鉆桿通道16中的接合，如圖4至6所示。這樣，可利用扳緊驅動裝置將限流器10方便地旋擰入鉆桿通道16中，并且隨后可以同樣的方式將限流器10從鉆桿通道16中拆除。
所示限流器10的另外的特征在于，限流器10被設計成位于用于將鉆頭聯接至鉆桿的鉆桿中的內部螺紋24中。具體地，限流器的本體被設計成充分得薄，以便位于鉆桿的內部通道中，而同時仍允許實現用以接收鉆頭的充分暴露的內部螺紋。在使用中，內部螺紋通常被設計成比鉆頭的柄部長約13mm，并且所示形式的多余螺紋用于容納限流器10。這樣，能夠易于將限流器改裝到現有的鉆鑿組件。圖7示出包括安裝在鉆桿34內的限流器10的鉆鑿組件。具有本體42和柄部44的鉆頭40安裝在鉆桿34上。在所示形式中，鉆頭44的柄部44是帶螺紋的，并且匹配鉆桿的內部螺紋24，安裝限流器后，柄部長度近似內部螺紋的自由長度46，使得限流器10的定位不妨礙將鉆頭正常連接至鉆桿。鉆頭包括與鉆桿通道16流體連通的內部通道48，并且限流器通過減小通道16的直徑而限制了流到鉆頭通道48中的流量。如能夠看到的，限流器通道的最窄部分(中心部分30)比鉆頭通道的直徑小，從而限流器將通過鉆桿16的流降低至如下更大程度，即:可以通過在鉆桿上安裝鉆頭進行對流量的任何約束。示例現在將描述采用圖1至3的限流器10的方法的非限制性示例，以闡明如何將限流器10應用到例如關于采煤的鉆鑿操作中。試驗了具有不同限制性直徑的相應通道30的四個限流器10，以確定水流量降低對鉆頭的性能以及隨之發生的在鉆孔附近的巷道中殘留水的減少的影響。進行關于是否產生對沖洗所鉆的孔的程度有正面 或負面影響的視覺觀察。試驗中使用的鉆桿具有12.7mm的鉆桿通道直徑，并且鉆頭具有相應的7mm直徑。通過未使用限流器10的鉆桿通道的水的流速為35L/分鐘。下表示出具有不同限制性直徑的相應通道30對流速和沖洗效果的影響。
權利要求
1.一種限流器，所述限流器包括適合用于限制通過鉆桿通道的流體流的本體，所述本體具有用于將所述本體聯接到所述鉆桿通道中的聯接部，所述本體限定上游流體接收通道、下游流體排出通道和位于所述通道之間的、具有限制性直徑的通道，以限制所述鉆桿通道中的所述流體流。
2.根據權利要求1所述的限流器，其中所述通道沿所述鉆桿通道的中心縱向軸線彼此同心地對準。
3.根據權利要求1或2所述的限流器，其中所述具有限制性直徑的通道可在直徑上從所述鉆桿通道的直徑的約25%至約50%變化。
4.根據上述權利要求中的任一項所述的限流器，其中所述具有限制性直徑的通道具有圓形橫截面。
5.根據上述權利要求中的任一項所述的限流器，其中所述上游流體接收通道從其上游端向內漸縮至所述具有限制性直徑的通道。
6.根據權利要求5所述的限流器，其中所述通道的所述上游端具有比所述鉆桿通道的大約60%大的直徑。
7.根據上述權利要求中的任一項所述的限流器，其中所述下游流體排出通道具有多邊形橫截面。
8.根據權利要求7所述的限流器，其中所述多邊形橫截面為六邊形、星形、正方形或矩形狹槽。
9.根據權利要求7或 8所述的限流器，其中所述多邊形橫截面適合用于接納旋轉驅動工具的互補形狀的頭部。
10.根據權利要求5至9中的任一項所述的限流器，其中所述下游流體排出通道具有與所述上游流體接收通道的所述上游端類似的直徑。
11.根據上述權利要求中的任一項所述的限流器，其中所述聯接部為設置在所述本體的外部表面上的螺紋，所述螺紋與所述鉆桿的內壁上的螺紋互補，其中所述鉆桿的內壁限定了通過其中的所述通道。
12.一種限流器，所述限流器包括適合用于限制通過鉆桿通道的流體流的本體，所述本體具有使得流體能夠流經所述本體的內部通道以及外螺紋，所述外螺紋被布置用以接合設置在所述鉆桿的通道內的內螺紋，且所述限流器被構造成在使用中設置在所述鉆桿的端部的內側，以便允許利用鉆頭的帶螺紋的柄部將所述鉆頭連接至所述鉆桿的端部，所述鉆頭的帶螺紋的柄部接合所述鉆桿的所述內螺紋。
13.一種鉆桿組件，所述鉆桿組件包括鉆桿以及限流器，所述鉆桿具有用于使流體流通過的鉆桿通道，所述限流器被設置在所述鉆桿通道內并且包括適合用于限制通過所述鉆桿通道的流體流的本體。
14.根據權利要求13所述的鉆桿組件，其中所述限流器被設置在所述鉆桿的端部的內偵U，并且所述鉆桿在所述鉆桿的端部處包括聯接部，以接合鉆頭，從而將所述鉆頭連接至所述鉆桿。
15.一種鉆頭裝置，所述鉆頭裝置具有適合用于被鉆桿緊密接合的鉆柄，所述鉆頭具有位于其中的至少一個內部通道，所述至少一個內部通道能夠與所述鉆桿的鉆桿通道連通，以接收來自所述鉆桿通道的流體流，且所述鉆頭還包括限流器，所述限流器包括適合用于限制從所述鉆桿通道流入或進入所述鉆頭通道的流體流的本體。
16.根據權利要求15所述的鉆頭裝置，其中所述限流器與所述鉆頭分開形成，并且所述限流器被聯接至所述鉆頭。
17.根據權利要求16所述的鉆頭裝置，其中所述限流器被設置在所述鉆頭通道內。
18.一種限流器，所述限流器大體上如參考附圖在說明書中描述的。
19.一種鉆桿組件，所述 鉆桿組件大體上如參考附圖在說明書中描述的。
全文摘要
本發明提供一種限流器和鉆鑿組件，該限流器包括適合用以限制通過鉆桿通道的流體流的本體，所述本體具有用于將所述本體聯接到所述鉆桿通道中的聯接部，且所述本體限定上游流體接收通道、下游流體排出通道和位于所述通道之間的、具有限制性直徑的通道，以限制所述鉆桿通道中的所述流體流。
文檔編號E21B17/00GK103174386SQ20121056236
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者約翰·霍斯 申請人:山特維克知識產權股份有限公司