專利名稱：具金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承的井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種石油、礦山、煤田、氣田等領(lǐng)域井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸，尤其是一種使用壽命較長(zhǎng)的具有金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承的井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸。屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域。
整體的具體結(jié)構(gòu)如圖6所示，兩圈滾動(dòng)軸承組結(jié)構(gòu)如圖5所示，四圈滾動(dòng)軸承組結(jié)構(gòu)如圖4所示。主要由上部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承1、滾動(dòng)軸承組3、下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承6、外殼體7、軸8等組成。其中，上部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承動(dòng)圈1a、滾動(dòng)軸承組動(dòng)圈3b、下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承動(dòng)圈6a等依次裝在軸8上，由緊臨上部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承動(dòng)圈1a的壓緊螺母壓緊在軸8上，構(gòu)成傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)部分；上部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承靜圈1b、滾動(dòng)軸承組靜圈3c等依次裝在外殼體7內(nèi)，由下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承靜圈6b壓緊在外殼體7內(nèi)，構(gòu)成傳動(dòng)軸的靜止部分。
當(dāng)軸在井下工作一定時(shí)間后D截面及附近危險(xiǎn)截面發(fā)生疲勞破壞斷裂時(shí)，軸的下部軸頭和其上的鉆頭或其它工具有可能掉井，時(shí)常造成額外的較大損失。
發(fā)明目的本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種具金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承的井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸，其具有較長(zhǎng)使用壽命，并且使用安全。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種具有金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承的井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸，它至少包括軸、軸側(cè)依序設(shè)置的上部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)軸承組、下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承以及各軸承外設(shè)置的外殼體組成。其中，在滾動(dòng)軸承組與滑動(dòng)軸承之間設(shè)置金屬橡膠止推軸承，金屬橡膠止推軸承由止推軸承動(dòng)環(huán)以及止推軸承靜環(huán)構(gòu)成，其中止推軸承動(dòng)環(huán)裝在軸上，止推軸承靜環(huán)裝在外殼體內(nèi)。金屬橡膠止推軸承靜環(huán)或動(dòng)環(huán)軸向的兩個(gè)或一個(gè)端面凹槽內(nèi)固定有耐磨耐油橡膠，動(dòng)環(huán)或靜環(huán)軸向的兩個(gè)或一個(gè)端面進(jìn)行了表面硬化處理，硬度HRC50～70。金屬橡膠止推軸承軸向游動(dòng)量為1.0mm～5.0mm。
金屬橡膠止推軸承設(shè)置在滾動(dòng)軸承組的上部和/或下部。金屬橡膠止推軸承為一級(jí)以上，例如1～20級(jí)。
再有，本實(shí)用新型在下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承上方、金屬橡膠止推軸承的軸與外殼體之間設(shè)有防掉機(jī)構(gòu)，防掉機(jī)構(gòu)內(nèi)環(huán)的外凸臺(tái)肩的直徑大于防掉機(jī)構(gòu)外環(huán)內(nèi)孔最小直徑和/或下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承靜圈內(nèi)徑。
在軸下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承的上方位置的軸上開設(shè)壓力平衡通孔，壓力平衡通孔可為為一個(gè)以上，例如為3個(gè)。
根據(jù)上述技術(shù)方案分析可知，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，具有較長(zhǎng)的使用壽命，并且能夠防止在下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承與軸的結(jié)合處截面及附近危險(xiǎn)截面發(fā)生疲勞破壞斷裂時(shí)，軸的下部軸頭和其上的鉆頭或其它工具不掉井，以免造成更大損失。


圖1為本實(shí)用新型一種四圈滾動(dòng)軸承組傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型一種兩圈滾動(dòng)軸承組混合傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實(shí)用新型的金屬橡膠止推軸承組結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為四圈滾動(dòng)軸承組結(jié)構(gòu)示意圖圖5為兩圈滾動(dòng)軸承組結(jié)構(gòu)示意圖圖6為現(xiàn)有技術(shù)中兩圈滾動(dòng)軸承組傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)示意圖。
參見
圖1、3，本實(shí)用新型為一種具有金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承的井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸。它主要由上部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承1、上部軸向金屬橡膠止推軸承2、滾動(dòng)軸承組3、下部軸向金屬橡膠止推軸承4、防掉機(jī)構(gòu)5、下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承6、外殼體7、軸8等組成。上部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承動(dòng)圈1a、上部軸向金屬橡膠止推軸承動(dòng)環(huán)2a、滾動(dòng)軸承組動(dòng)圈3b、下部軸向金屬橡膠止推軸承動(dòng)環(huán)4a、防掉機(jī)構(gòu)內(nèi)環(huán)5a、下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承動(dòng)圈6a等依次裝在軸8上，由緊臨上部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承動(dòng)圈1a的壓緊螺母壓緊在軸8上，構(gòu)成傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)部分；上部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承靜圈1b、上部軸向金屬橡膠止推軸承靜環(huán)2b、滾動(dòng)軸承組靜圈3c、下部軸向金屬橡膠止推軸承靜環(huán)4b、防掉機(jī)構(gòu)外環(huán)5b等依次裝在外殼體7內(nèi)，由下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承靜圈6b壓緊在外殼體7內(nèi)，構(gòu)成傳動(dòng)軸的靜止部分。圖2所示的實(shí)施例與
圖1所不同的僅僅是滾動(dòng)軸承組的設(shè)置，其他結(jié)構(gòu)均為一致。
配合
圖1、2，提高井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸工作壽命的關(guān)鍵在于如何提高傳動(dòng)軸易損件的壽命。井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸的主要易損件是軸承?，F(xiàn)有傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)只有滾動(dòng)軸承組承擔(dān)軸向載荷，且通過滾動(dòng)軸承組摩擦面間隙的鉆井液流量較多，造成滾動(dòng)軸承組在鉆井液磨粒磨損條件下過快磨損。本實(shí)用新型在現(xiàn)有傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了0～20級(jí)軸向金屬橡膠止推軸承，這些金屬橡膠止推軸承裝配在滾動(dòng)軸承組的上部和/或下部。金屬橡膠止推軸承的軸向游動(dòng)量為1.0mm～5.0mm，而滾動(dòng)軸承組的軸向游動(dòng)量為0.5mm～1.0mm，因此在滾動(dòng)軸承組磨損到一定程度后金屬橡膠止推軸承與滾動(dòng)軸承組共同承擔(dān)軸向載荷，從而保證新型傳動(dòng)軸比現(xiàn)有傳動(dòng)軸工作壽命更長(zhǎng)。金屬橡膠止推軸承靜環(huán)或動(dòng)環(huán)軸向的兩個(gè)或一個(gè)端面凹槽內(nèi)固定有耐磨耐油橡膠，動(dòng)環(huán)或靜環(huán)軸向的兩個(gè)或一個(gè)端面進(jìn)行了表面硬化處理，硬度HRC50～70，使其在惡劣工況條件下具有良好的耐磨性。
滾動(dòng)軸承組上方和下方的徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承的徑向間隙為0.1mm～0.8mm，上部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承摩擦面長(zhǎng)度為50～200mm，下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承摩擦面長(zhǎng)度為100～300mm，這樣就可以保證傳動(dòng)軸中的金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承組只承受軸向載荷，只讓適量含較小顆粒粒子的鉆井液進(jìn)入軸承腔內(nèi)，對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻，又不影響鉆頭的噴射效果。徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承動(dòng)圈外圓表面和靜圈內(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(zhǎng)。
另外，本實(shí)用新型在軸8下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承動(dòng)圈6a的上方位置B處有壓力平衡通孔9。根據(jù)流體力學(xué)原理，A、D兩點(diǎn)間的壓力降ΔPAD，A、B兩點(diǎn)間的壓力降ΔPAB(工作液壓力的沿程損失很小)，B、C兩點(diǎn)間的壓力降ΔPBC(C點(diǎn)處的壓力為井底壓力，ΔPBC為鉆頭壓降)，C、D兩點(diǎn)間的壓力降ΔPCD，A、F兩點(diǎn)間的壓力降ΔPAF，F(xiàn)、E兩點(diǎn)間的壓力降ΔPFE，A、F兩點(diǎn)間的壓力降ΔPAF之間存在如下關(guān)系ΔPAD＝ΔPAB+ΔPBC+ΔPCD＝ΔPAF+ΔPFE+ΔPED＝ΔPAB+PBE+ΔPED據(jù)上式有ΔPAF+ΔPFE＝ΔPAB+ΔPBE，ΔPBC+ΔPCD＝PBE+ΔPED。
由于ΔPAF、ΔPCD、ΔPBE都很小，可以忽略不計(jì)，因此有ΔPFE≈ΔPAB，ΔPED≈ΔPBC。
由于ΔPAB與ΔPBC相比很小，因此ΔPFE與ΔPED相比也很小。
由于上部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承動(dòng)圈1a與靜圈1b之間的徑向間隙為0.1～0.8mm，與軸8內(nèi)孔直徑Φ20～Φ60mm相比很小，因此傳動(dòng)軸工作時(shí)在較小壓差ΔPFE下通過硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承、金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承組摩擦面間隙的鉆井液適量，從而保證硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承、金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承組在充分冷卻潤(rùn)滑條件下有足夠長(zhǎng)的工作壽命。
此外，為防止軸從D截面處斷裂造成掉井后傳動(dòng)軸其余零部件不掉井，本新型實(shí)用設(shè)計(jì)了防掉機(jī)構(gòu)。傳動(dòng)軸防掉機(jī)構(gòu)內(nèi)環(huán)的外凸臺(tái)肩的直徑比防掉機(jī)構(gòu)外環(huán)內(nèi)孔最小直徑和/或傳動(dòng)軸下部硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承靜圈內(nèi)徑都大，當(dāng)軸在井下工作一定時(shí)間后D截面及附近危險(xiǎn)截面發(fā)生疲勞破壞斷裂時(shí)，軸的下部軸頭和其上的鉆頭或其它工具有可能掉井。本實(shí)用新型有了上述防掉機(jī)構(gòu)后可以阻止剩余部分軸及軸上其它零件不掉井，以免造成更大損失。
最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種具有金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承的井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸，它至少包括軸、軸上依序設(shè)置的上部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)軸承組、下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承以及各軸承外設(shè)置的外殼體組成，其特征在于在滾動(dòng)軸承組與滑動(dòng)軸承之間設(shè)置金屬橡膠止推軸承，金屬橡膠止推軸承由止推軸承動(dòng)環(huán)以及止推軸承靜環(huán)構(gòu)成，其中止推軸承動(dòng)環(huán)裝在軸上，止推軸承靜環(huán)裝在外殼體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承的井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸，其特征在于金屬橡膠止推軸承靜環(huán)或動(dòng)環(huán)軸向的兩個(gè)或一個(gè)端面凹槽內(nèi)固定有耐磨耐油橡膠，動(dòng)環(huán)或靜環(huán)軸向的兩個(gè)或一個(gè)端面進(jìn)行了表面硬化處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承的井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸，其特征在于硬度HRC50～70。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承的井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸，其特征在于金屬橡膠止推軸承軸向游動(dòng)量為1.0mm～5.0mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的具有金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承的井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸，其特征在于金屬橡膠止推軸承設(shè)置在滾動(dòng)軸承組的上部或下部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承的井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸，其特征在于金屬橡膠止推軸承為一級(jí)以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承的井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸，其特征在于滾動(dòng)軸承組為一級(jí)以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承的井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸，其特征在于在下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承上方、軸與外殼體之間設(shè)有防掉機(jī)構(gòu)，防掉機(jī)構(gòu)內(nèi)環(huán)的外凸臺(tái)肩的直徑大于防掉機(jī)構(gòu)外環(huán)內(nèi)孔最小直徑和下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承靜圈內(nèi)徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的具有金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承的井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸，其特征在于在軸下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承的上方位置的軸上開設(shè)壓力平衡通孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承的井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸，其特征在于壓力平衡通孔為一個(gè)以上。
專利摘要一種具有金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承的井下動(dòng)力鉆具傳動(dòng)軸，它至少包括上部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承1、上部軸向金屬橡膠止推軸承2、滾動(dòng)軸承組3、下部軸向金屬橡膠止推軸承4、防掉機(jī)構(gòu)5、下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承6、外殼體7、軸8等組成，在軸8下部徑向硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承6的上方位置B處有壓力平衡通孔。本實(shí)用新型傳動(dòng)軸工作時(shí)通過硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承組摩擦面間隙的鉆井液流量適當(dāng)，保證硬質(zhì)合金滑動(dòng)軸承、金屬橡膠止推軸承和滾動(dòng)軸承組在充分冷卻潤(rùn)滑條件下有足夠長(zhǎng)的工作壽命。本實(shí)用新型還具有工作可靠，容易啟動(dòng)，更換易損件方便等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B4/00GK2549153SQ0223276
公開日2003年5月7日 申請(qǐng)日期2002年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月22日
發(fā)明者譚春飛, 蔡鏡侖 申請(qǐng)人:石油大學(xué)(北京)