專利名稱：具有金剛石止推軸承的渦輪鉆具中間支承節(jié)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種石油、礦山、煤田、氣田等領域用渦輪鉆具中間支承節(jié)，尤其是一種適應較高轉(zhuǎn)速且工作壽命較長的具有金剛石止推軸承的渦輪鉆具中間支承節(jié)，屬于機械制造技術領域。
背景技術：
由于使用條件的限制，石油、礦山、煤田、氣田等領域用的渦輪鉆具都被迫做成管狀，而且直徑有限。在有限的空間內(nèi)設計出強度、性能、工作壽命、檢修都能滿足二十一世紀要求的渦輪鉆具困難很大。同時，渦輪鉆具按照按結(jié)構形式，可分為普通渦輪鉆具(單節(jié))、復式渦輪鉆具(兩節(jié)或三節(jié))和減速器渦輪鉆具(單節(jié)或兩節(jié))。通常情況下，每節(jié)渦輪鉆具的渦輪定子、轉(zhuǎn)子、扶正軸承與止推軸承全部裝在同一殼體內(nèi)的同一軸上。渦輪鉆具整機的使用壽命為800～1000小時，但需檢修5～15次。渦輪鉆具檢修的主要任務是更換渦輪鉆具易損件止推軸承。目前，檢修渦輪鉆具易損件止推軸承時必須將渦輪定子、轉(zhuǎn)子、扶正軸承與止推軸承全部從同一軸上拆下，然后用新的止推軸承更換掉舊的已磨損或損壞的止推軸承。由于每節(jié)渦輪鉆具至少具有60級以上渦輪定子和轉(zhuǎn)子，檢修時要將所有的渦輪定子和轉(zhuǎn)子先拆下，然后再裝上，這樣既費時又費力。
提高渦輪鉆具整機工作壽命的關鍵在于如何提高渦輪鉆具易損件止推軸承的工作壽命?，F(xiàn)有結(jié)構渦輪鉆具承擔軸向載荷的易損件為金屬～橡膠止推軸承組，在鉆井液(泥漿)冷卻潤滑條件下工作，鉆井液中的高硬度固相顆粒(如石英砂)成為磨粒介質(zhì)，造成止推軸承組在鉆井液磨粒磨損條件下過快磨損，止推軸承組的工作壽命達不到工業(yè)發(fā)展的需要，一般只有50～100小時。有效地提高易損件止推軸承的工作壽命，成為急待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術之不足而提供一種具有金剛石止推軸承的渦輪鉆具中間支承節(jié)，使檢修渦輪鉆具易損件止推軸承時不必再將渦輪定子、轉(zhuǎn)子、扶正軸承與止推軸承全部從同一軸上拆下，然后用新的止推軸承更換掉舊的已磨損或損壞的止推軸承。只需將中間支承節(jié)拆下，并更換止推軸承，使渦輪鉆具零部件的安裝與維修更加方便、快捷。
本發(fā)明的另一個目的在于針對現(xiàn)有技術之不足，提供一種具有金剛石止推軸承的渦輪鉆具中間支承節(jié)，金剛石以其高硬度和耐磨性能，大大延長了渦輪鉆具易損件止推軸承的使用壽命。
本發(fā)明的目的是通過如下技術方案實現(xiàn)的一種具有金剛石止推軸承的渦輪鉆具中間支承節(jié)，它由軸、上TC軸承、止推軸承組、下TC軸承和外殼組成，其中，上TC軸承、止推軸承組、下TC軸承在軸上順次設置，外部設有外殼，該支承節(jié)還包括上半聯(lián)軸器和下半聯(lián)軸器，上、下半聯(lián)軸器分別設置在軸的上下兩端。
支承節(jié)的外殼包括上短接頭和殼體兩部分，上短接頭下端與殼體上端之間通過錐螺紋連接。上短接頭的一端為母扣，另一端為公扣。在此值得說明的是，為了加工工藝性好和降低生產(chǎn)成本，支承節(jié)的外殼也可以設計成由上短接頭、殼體和下短接頭三部分組成，此時支承節(jié)的殼體變成兩端為母扣的薄壁套筒式殼體，下短接頭為兩端為公扣的短接頭。
止推軸承組為金剛石止推軸承組，該軸承組中的金剛石止推軸承包括動環(huán)、浮動靜環(huán)、扶正環(huán)和支撐環(huán)，在止推軸承動環(huán)和浮動靜環(huán)軸向的摩擦端面上鑲嵌有金剛石，其形狀為圓柱型、三角形、菱形或矩形，其端面高出基體0.1-3.0mm。浮動靜環(huán)在扶正環(huán)內(nèi)可以沿軸向移動，浮動靜環(huán)與支撐環(huán)之間還設有起減震預壓緊作用的彈簧。金剛石止推軸承組為兩級以上，其軸向游隙為0.1～2.5mm。
支承節(jié)的上半聯(lián)軸器為花鍵公錐式半聯(lián)軸器或花鍵母錐式半聯(lián)軸器，下半聯(lián)軸器為牙嵌式半聯(lián)軸器或方軸式半聯(lián)軸器或方孔式半聯(lián)軸器。上、下半聯(lián)軸器錐螺紋小端底部設有一個用于測量、觀察或通氣的直徑為Φ8～Φ20mm的通孔。上、下半聯(lián)軸器通過錐螺紋與軸相連接。
支承節(jié)中的止推軸承組可采用金剛石止推軸承組或金屬～橡膠止推軸承與金剛石止推軸承混合止推軸承組。
綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點在于1、本發(fā)明采用圓柱型、三角形、菱形或矩形金剛石為止推軸承摩擦面材質(zhì)，且采用多級止推軸承結(jié)構，使中間支承節(jié)受到的軸向載荷均布到各級止推軸承上，每級止推軸承承擔的載荷小。由于金剛石是目前世界上已發(fā)現(xiàn)的最硬的物料，其莫氏硬度為10；金剛石的抗壓性能也最強，抗壓強度為88000bar，抗磨損能力為鋼的9000倍。采用金剛石為止推軸承摩擦表面材質(zhì)，能保證新型渦輪鉆具中間支承節(jié)具有較長工作壽命。
2、此外，鑲嵌在基體上的圓柱型、三角形、菱形或矩形金剛石端面高出基體0.1～3.0mm，以保證金剛石在工作時能及時得到鉆井工作液的潤滑和冷卻，散熱及時，防止金剛石過熱磨損。
3、本發(fā)明渦輪鉆具中間支承節(jié)，將渦輪鉆具中承擔水力載荷和軸上零件自重的易損件止推軸承從每節(jié)渦輪鉆具(渦輪節(jié))中分離出來，成為一個獨立的壽命較長的中間支承節(jié)，在渦輪鉆具常規(guī)檢修時只需要檢修中間支承節(jié)就可以了，使渦輪鉆具整機的安裝、維修更加方便和快捷。


圖1為本發(fā)明結(jié)構示意圖；圖2為本發(fā)明采用金屬～橡膠止推軸承與金剛石止推軸承混合推力軸承組的渦輪鉆具中間支承節(jié)結(jié)構示意圖；圖3為本發(fā)明花鍵公錐式上半聯(lián)軸器結(jié)構示意圖；圖4為本發(fā)明牙嵌式下半聯(lián)軸器結(jié)構示意圖；圖5為本發(fā)明方軸式下半聯(lián)軸器結(jié)構示意圖；圖6為本發(fā)明方孔式下半聯(lián)軸器結(jié)構示意圖；
圖7為本發(fā)明金剛石止推軸承組結(jié)構示意圖；圖8為本發(fā)明橡膠彈簧結(jié)構示意圖；圖9為本發(fā)明組合碟形彈簧結(jié)構示意圖；圖10為本發(fā)明金剛石止推軸承動環(huán)結(jié)構示意圖；圖11為本發(fā)明金剛石止推軸承浮動靜環(huán)結(jié)構示意圖；圖12為本發(fā)明金屬～橡膠止推軸承與金剛石止推軸承混合推力軸承組結(jié)構示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步地詳細說明。
實施例1如圖1，本發(fā)明為一種具有金剛石止推軸承組的渦輪鉆具中間支承節(jié)(參見圖7)。它主要由上半聯(lián)軸器1、上短接頭2、殼體3、上TC軸承動環(huán)4、上TC軸承靜環(huán)5、金剛石止推軸承組6、下TC軸承動環(huán)7、下TC軸承靜環(huán)8、軸9和下半聯(lián)軸器10等組件組成。其中，下TC軸承動環(huán)7、金剛石止推軸承組動環(huán)6a(其結(jié)構如圖10所示)、上TC軸承動環(huán)4等依次裝在軸9上，由上半聯(lián)軸器1壓緊在軸9上，下半聯(lián)軸器10裝在軸9下部。以上零部件構成渦輪鉆具中間支承節(jié)的轉(zhuǎn)動部分。下TC軸承靜環(huán)8、金剛石止推軸承組支撐環(huán)6e、金剛石止推軸承組扶正環(huán)6b、上TC軸承靜環(huán)5等依次裝在殼體3內(nèi)，由上短接頭2壓緊在殼體3內(nèi)。金剛石止推軸承組浮動靜環(huán)6c(其結(jié)構如圖11所示)與支撐環(huán)6e之間設置有起減震預壓緊作用的彈簧6d。以上零部件構成渦輪鉆具中間支承節(jié)的靜止部分。
軸上端的上半聯(lián)軸器為花鍵公錐式半聯(lián)軸器，軸下端的下半聯(lián)軸器為牙嵌式半聯(lián)軸器。其形狀結(jié)構如圖3和圖4所示。
實施例2如圖2，本發(fā)明為一種具有金屬～橡膠止推軸承與金剛石止推軸承混合推力軸承組的渦輪鉆具中間支承節(jié)(參見圖12)。它主要由上半聯(lián)軸器1、上短接頭2、殼體3、上TC軸承動環(huán)4、上TC軸承靜環(huán)5、金屬～橡膠止推軸承與金剛石止推軸承混合推力軸承組6、下TC軸承動環(huán)7、下TC軸承靜環(huán)8、軸9和下半聯(lián)軸器10等組件組成。其中，下TC軸承動環(huán)7、金剛石止推軸承組動環(huán)6a、金屬～橡膠止推軸承動環(huán)6f、上TC軸承動環(huán)4等依次裝在軸9上，由上半聯(lián)軸器1壓緊在軸9上，下半聯(lián)軸器10裝在軸9下部。以上零部件構成渦輪鉆具中間支承節(jié)的轉(zhuǎn)動部分。下TC軸承靜環(huán)8、金剛石止推軸承組支撐環(huán)6e、金剛石止推軸承組扶正環(huán)6b、金屬～橡膠止推軸承動環(huán)6g、上TC軸承靜環(huán)5等依次裝在殼體3內(nèi)，由上短接頭2壓緊在殼體3內(nèi)。金剛石止推軸承組浮動靜環(huán)6c與支撐環(huán)6e之間設置有減震預壓緊作用的彈簧6d。以上零部件構成渦輪鉆具中間支承節(jié)的靜止部分。此實施例與實施例1不同的是渦輪鉆具工作時產(chǎn)生的水力載荷及渦輪鉆具軸上零部件自重由金屬～橡膠止推軸承與金剛石止推軸承混合推力軸承組共同承擔。設計時可以使金屬～橡膠止推軸承組首先工作，金剛石止推軸承組磨合，等金屬～橡膠止推軸承組磨損0.2～2.0mm后金剛石止推軸承組才正式工作。
如圖1和圖2所示，圖中箭頭所示為鉆井工作液流動方向和路徑。
如上所述，本發(fā)明采用圓柱型、三角形、菱形或矩形金剛石為止推軸承摩擦面材質(zhì)，且采用多級止推軸承結(jié)構，使中間支承節(jié)受到的軸向載荷均布到各級止推軸承上，每級止推軸承承擔的載荷小。由于金剛石是目前世界上已發(fā)現(xiàn)的最硬的物料，其莫氏硬度為10；金剛石的抗壓性能也最強，抗壓強度為88000bar，抗磨損能力為鋼的9000倍。采用金剛石為止推軸承摩擦表面的材質(zhì)，保證新型渦輪鉆具中間支承節(jié)具有較長工作壽命。
此外，鑲嵌在基體上的圓柱型、三角形、菱形或矩形金剛石端面高出基體0.1～3.0mm，以保證金剛石在工作時能及時得到鉆井工作液的潤滑冷卻，散熱及時，防止金剛石過熱磨損。
另外，金剛石止推軸承組主要承載渦輪鉆具工作時產(chǎn)生的水力載荷(30～100KN)及渦輪鉆具軸上零部件自重(2～12KN)。金剛石止推軸承組總級數(shù)為兩級以上。金剛石止推軸承浮動靜環(huán)上無金剛石的一端面與支撐環(huán)之間設置有橡膠彈簧或組合蝶形彈簧。由于渦輪鉆具在井下工作時其傳動軸和中間支承節(jié)在鉆頭與地層相互作用下不可避免地經(jīng)常受到?jīng)_擊動載作用，普通無減震裝置的渦輪鉆具傳動軸和中間支承節(jié)易損件會發(fā)生過早沖擊疲勞損壞，致使渦輪鉆具整機壽命大大縮短。金剛石止推軸承浮動靜環(huán)與支撐環(huán)之間設置的彈簧可以使金剛石止推軸承組承受來自鉆頭的動載降低，有效保護金剛石免遭異常沖擊損壞。彈簧的另外一個主要作用是協(xié)調(diào)金剛石止推軸承組中各級止推軸承軸向尺寸加工和裝配誤差，保證金剛石止推軸承組中各級止推軸承兩個金剛石端面同時工作。彈簧可以為橡膠彈簧或者是組合蝶形彈簧，其結(jié)構形狀如圖8和圖9所示。
渦輪鉆具中間支承節(jié)中起扶正作用的TC軸承的徑向間隙為0.1～0.8mm，上TC軸承工作面長度為50～150mm，下TC軸承工作面長度為75～200mm，這樣就可以保證中間支承節(jié)中的金剛石止推軸承只承受軸向載荷。TC軸承動環(huán)外圓表面和靜環(huán)內(nèi)圓表面鑲嵌有耐磨硬質(zhì)合金，硬質(zhì)合金的硬度高，耐磨性好，能在惡劣工況條件下良好工作，壽命較長。
最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種具有金剛石止推軸承的渦輪鉆具中間支承節(jié)，它由軸、上TC軸承、止推軸承組、下TC軸承和外殼組成，其中，上TC軸承、止推軸承組、下TC軸承在軸上順次設置，外部設有外殼，其特征在于它還包括上半聯(lián)軸器和下半聯(lián)軸器，上、下半聯(lián)軸器分別設置在軸的上下兩端。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有金剛石止推軸承的渦輪鉆具中間支承節(jié)，其特征在于所述的外殼包括上短接頭和殼體兩部分，上短接頭下端與殼體上端之間通過錐螺紋連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的具有金剛石止推軸承的渦輪鉆具中間支承節(jié)，其特征在于所述的止推軸承組為金剛石止推軸承組，該軸承組中的金剛石止推軸承包括動環(huán)、浮動靜環(huán)、扶正環(huán)和支撐環(huán)，在止推軸承動環(huán)和浮動靜環(huán)軸向的摩擦端面上鑲嵌有金剛石，其形狀為圓柱型、三角形、菱形或矩形，其端面高出基體0.1-3.0mm。
4.根據(jù)權利要求3所述的具有金剛石止推軸承的渦輪鉆具中間支承節(jié)，其特征在于所述的金剛石止推軸承的浮動靜環(huán)在扶正環(huán)內(nèi)可以沿軸向移動。
5.根據(jù)權利要求3所述的具有金剛石止推軸承的渦輪鉆具中間支承節(jié)，其特征在于所述的浮動靜環(huán)與支撐環(huán)之間設置有起減震預壓緊作用的彈簧。
6.根據(jù)權利要求3所述的具有金剛石止推軸承的渦輪鉆具中間支承節(jié)，其特征在于所述的金剛石止推軸承組為兩級以上，其軸向游隙為0.1～2.5mm。
7.根據(jù)權利要求1所述的具有金剛石止推軸承的渦輪鉆具中間支承節(jié)，其特征在于所述的上半聯(lián)軸器為花鍵公錐式半聯(lián)軸器或花鍵母錐式半聯(lián)軸器，下半聯(lián)軸器為牙嵌式半聯(lián)軸器或方軸式半聯(lián)軸器或方孔式半聯(lián)軸器。
8.根據(jù)權利要求7所述的具有金剛石止推軸承的渦輪鉆具中間支承節(jié)，其特征在于所述的上、下半聯(lián)軸器錐螺紋小端底部設有一個用于測量、觀察或通氣的直徑為Φ8～Φ20mm的通孔。
9.根據(jù)權利要求1或7或8所述的具有金剛石止推軸承的渦輪鉆具中間支承節(jié)，其特征在于上、下半聯(lián)軸器通過錐螺紋與軸相連接。
10.根據(jù)權利要求1所述的具有金剛石止推軸承的渦輪鉆具中間支承節(jié)，其特征在于所述的止推軸承組為金剛石止推軸承組或金屬～橡膠止推軸承與金剛石止推軸承混合止推軸承組。
全文摘要
一種具有金剛石止推軸承的渦輪鉆具中間支承節(jié)，它至少包括上半聯(lián)軸器、上短接頭、殼體、上TC軸承(徑向硬質(zhì)合金滑動軸承)、金剛石止推軸承組、下TC軸承、軸和下半聯(lián)軸器等組件。本發(fā)明渦輪鉆具中間支承節(jié)工作時通過TC軸承和金剛石止推軸承組摩擦面間隙的鉆井液流量適當，保證TC軸承、金剛石止推軸承在充分冷卻潤滑條件下有足夠長的工作壽命；本發(fā)明還具有工作可靠，震動小，更換易損件方便等特點。
文檔編號E21B4/00GK1502780SQ0214909
公開日2004年6月9日 申請日期2002年11月22日 優(yōu)先權日2002年11月22日
發(fā)明者譚春飛, 蔡鏡侖 申請人:石油大學(北京)