倾斜的椭圆形的螺纹底部的制作方法

本公开总体上涉及一种用于冲击钻探的、用于更强的连接、更少的突发失效和减小的应力的螺纹牙型。

背景技术：

1、冲击钻探被用于经由多个加长钻柱产生长钻孔，该多个加长钻柱通过互连的外螺纹和内螺纹而端部对端部地联接在一起。成熟的技术是通过从被安装在钻柱的一个端部处的岩石钻头传递到处于钻孔的底部处的岩石的锤击冲击来破碎岩石。通常，破碎岩石所需的能量由液压驱动的活塞产生，该活塞接触钻柱的端部(经由钻柄适配器)，以产生应力(或冲击)波，该应力(或冲击)波穿过钻柱传播并最终传播到基岩层面。

2、冲击钻探部件通常经由螺纹部分联接在一起。通常，在螺纹牙型中的牙底和牙面之间的过渡区域中存在单一半径。在这些急剧过渡部中产生应力，导致磨损增加，并因此降低部件的寿命。因此，所要解决的问题是如何减少在螺纹联接中产生的应力，以便增加它们的耐磨性并延长部件的寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有纵向中心轴线的冲击钻头部件，所述冲击钻头部件包括至少一个螺纹部分；其中所述螺纹部分包括多个螺纹牙型；其中每个螺纹牙型包括牙顶、牙底、接触牙面；非接触牙面；在所述牙底和所述接触牙面之间延伸的接触牙面过渡区段；以及在所述牙底和所述非接触牙面之间延伸的非接触牙面过渡区段；其中，所述接触牙面过渡区段和所述非接触牙面过渡区段中的至少一者的至少一个部分具有由椭圆的一部分限定的曲率，所述椭圆具有根据以下等式的半长轴(a)、半短轴(b)和指数因子(n)：

2、

3、其中，所述半长轴(a)和所述半短轴(b)与所述纵向中心轴线不平行。

4、有利地是，这使得所述椭圆的最大可能半径能够被定位在所述过渡区段的处在牙底和牙面之间的、具有最小横截面的区域中。因此，需要移除较少的钢材来形成所述螺纹牙型，而不需要改变所述接触和/或非接触牙面的长度。通过倾斜所述椭圆，可以以有利的方式将其定位成与所述螺纹的牙面和牙底两者相切。所述倾斜还允许增加所述椭圆的长轴半径和短轴半径，从而实现更平滑的过渡。总的来说，所述螺纹部分中的应力水平降低，使其不易磨损或过早断裂，因此增加了螺纹联接的寿命。

5、在一些示例实施例中，所述接触牙面过渡区段和所述非接触牙面过渡区段都具有由椭圆的一部分限定的曲率，其中所述半长轴(a)和所述半短轴(b)与所述纵向中心轴线不平行。有利地是，所述螺纹牙型中的应力进一步减小。

6、在一些示例实施例中，在所述过渡区段的椭圆形轮廓的半长轴(a)与所述纵向中心轴之间存在角(γ)，且其中γ在1-之间。有利地是，此范围导致在所述螺纹牙型中的应力水平最低。

7、在一些示例实施例中，所述过渡区段的外表面的横截面形状轮廓包括在椭圆的5-50%之间的一段。有利地是，此范围导致应力减小，同时仍然能够在几何形状上配合到所述螺纹牙型中，以使得能够与来自邻接部件的对应螺纹进行良好接触。

8、在一些示例实施例中，所述半长轴与所述半短轴的比率(a：b)在10:1至1.5：1的范围内。有利地是，此范围导致应力减小，同时仍然能够在几何形状上配合到所述螺纹牙型中，以使得能够与来自邻接部件的对应螺纹进行良好接触。

9、在一些示例实施例中，所述指数因子(n)在1.1≤n≤8的范围内。有利地是，这产生平滑的过渡区段，这导致应力减小增加。

10、在一些示例实施例中，所述椭圆的长轴(a)在基本上纵向方向上延伸。有利地是，这产生平滑的过渡区段，这导致应力减小增加。

11、在一些示例实施例中，所述螺纹牙型中的牙底具有相对于所述部件的纵向中心轴线倾斜的直的区段。有利地是，通过倾斜所述螺纹的牙底，可以扩大所述牙底和所述接触牙面之间的过渡处的半径，这将降低所述螺纹的牙底中的应力水平，而不增加在所述牙底和所述非接触牙面之间的过渡处的应力水平。通过倾斜所述螺纹的牙底，所述横截面积增加，这意味着存在增加的钢材体积，这降低了应力水平并且使所述螺纹对于非接触半径更刚性，从而使得可以减小所述非接触牙面的半径，而不增加此区域中的应力。此外，所述非接触牙面的小半径有利于帮助松脱。因此，所述螺纹中的总应力水平降低，使其不易磨损和过早断裂，因此增加了所述螺纹联接的寿命。

12、在一些示例实施例中，所述螺纹牙型的牙顶和牙底沿着所述螺纹部分的长度成弧形拱起。有利地是，这提高了所述联接在经受弯曲载荷时的刚度。由于所述弧形拱起的螺纹的曲率与弯曲部的曲率更好地对准，因此所述弧形拱起的螺纹在整个长度上更均匀地分布所述弯曲载荷。此外，减少了联接和脱离联接时间。

1.一种具有纵向中心轴线(14)的冲击钻头部件(2)，所述冲击钻头部件(2)包括至少一个螺纹部分(4)；

2.根据前述权利要求中任一项所述的部件(2)，其中，所述接触牙面过渡区段(22)和所述非接触牙面过渡区段(24)都具有由椭圆的一部分限定的曲率，其中，所述半长轴(a)和所述半短轴(b)与所述纵向中心轴线(14)不平行。

3.根据前述权利要求中任一项所述的部件(2)，其中，所述过渡区段(22、24)的所述椭圆形轮廓的所述半长轴(a)与所述纵向中心轴线(14)之间的角(γ)在1-之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的部件(2)，其中，所述过渡区段(22、24)的外表面的横截面形状轮廓包括椭圆的5至50%之间的一段。

5.根据前述权利要求中任一项所述的组分(2)，其中，所述半长轴与所述半短轴的比率(a：b)在5:1至2:1的范围内。

6.根据前述权利要求中任一项所述的组分(2)，其中，所述指数因子(n)在1.1≤n≤8的范围内。

7.根据前述权利要求中任一项所述的部件(2)，其中，所述接触牙面过渡区段(22)、所述非接触牙面过渡区段(24)和所述牙底(8)具有由相同椭圆的一部分限定的曲率。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的部件(2)，其中，每个螺纹牙型(16)中的所述牙底(8)具有相对于所述纵向中心轴线(14)倾斜的直的区段。

9.根据前述权利要求中任一项所述的部件(2)，其中，所述螺纹牙型(16)的所述牙顶(6)和所述牙底(8)沿着所述螺纹部分(4)的长度成弧形拱起。