CN101644300B - 一种密封型万向轴 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于石油、天然气钻井领域与螺杆钻具配置使用的密封型万向轴，包括中间轴，中间轴的两端设有内球铰与外球铰相配置，其特征在于所述的内球铰顶端球面通过支撑球与外球铰孔腔中的轴向球座相配置，在外球铰的孔腔外端与中间轴之间设置密封装置，所述的密封装置包括安设在外球铰孔腔外端的球面端盖，球面端盖的通过端面设置的密封圈与安设在中间轴上的密封盖相配置，且球面端盖的球面与内、外球铰的球面同心。本发明的有益效果是：1、内外球铰不仅结构简单紧凑，而且易于加工，工作性能可靠；2、密封面的设置更为合理，从而提高了密封性能，延长了万向轴的使用寿命；3、设置压力平衡装置，使密封腔内外压力平衡，密封性能更好。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于石油、天然气钻井领域与螺杆钻具配置使用的密封型万向轴，尤其适合以空气、泡沫作循环介质的欠平衡钻井领域。
背景技术
在石油开采及修井中，井下动力钻具特别是螺杆钻具的应用已经越来越广泛。螺杆钻具包括旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成，各个部分分别自上而下依次连接，其中万向轴的上端和马达转子连接，下端与传动轴连接，其作用是将马达转子的行星运动转化为传动轴的定轴运动，使马达产生的扭矩和转速平稳的传递给钻头。可见，万向轴总成是螺杆钻具极为关键的部件，其结构性能直接关系到螺杆钻具的钻井效率和使用寿命。
现有螺杆钻具的万向轴主要有球齿式万向轴，如图1所示，其结构为：公接头1、外球齿连接轴2、球头盖3、内球齿中间轴4、定位钢球5、密封圈6、注油孔7和内球齿接头8。公接头和外球齿连接轴固定在一起，并绕定位钢球摆动，这样就可以通过定位钢球传递轴向力；外球齿连接轴和内球齿中间轴通过齿之间的啮合传递扭矩，这样就实现了万向轴的轴向力和扭矩的传递，并且能实现公接头和内球齿接头的摆动。球齿式万向轴的缺点是：1、密封面与定位钢球不同心，在接头和外球齿连接轴绕定位钢球摆动的时候，密封面的间隙大小会随着摆动而变化，影响密封效果，以至造成对定位钢球和球齿的腐蚀和损坏；2、球齿加工困难，很难达到加工精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种密封性能好、结构简单紧凑、传递扭矩大、使用寿命长的密封型万向轴。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括中间轴，中间轴的两端设有内球铰与外球铰相配置，其不同之处在于所述的内球铰顶端球面通过支撑球与外球铰孔腔中的轴向球座相配置，在外球铰的孔腔外端与中间轴之间设置密封装置，所述的密封装置包括安设在外球铰孔腔外端的球面端盖，球面端盖通过端面设置的密封圈与安设在中间轴上的密封盖相配置，且球面端盖的球面与内、外球铰的球面同心。
按上述方案，所述的内球铰的两端端头为正4～6面体与外球铰的正4～6面孔腔相配置并保持间隙。
按上述方案，所述的内球铰端头的正4～6面体的各个面为平直面或圆弧面。
按上述方案，所述的内球铰端头为正4面体。
按上述方案，所述的内球铰的端头与外球铰孔腔保持的间隙为2～10毫米，中间轴的相对摆动角度为0～5度。
按上述方案，在所述的外球铰的侧向设置与外球铰孔腔相导通的压力平衡装置。
本发明的有益效果是：1、内外球铰不仅结构简单紧凑，而且易于加工，工作性能可靠；2、密封面的设置更为合理，从而提高了密封性能，延长了万向轴的使用寿命；3、设置压力平衡装置，使密封腔内外压力平衡，密封性能更好。
附图说明
图1是现有球齿式万向轴的正视图。
图2是本发明一个实施例的正剖视图。
图3是图2中的A-A剖视图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。如图2、3所示，包括中间轴，中间轴可由上、下两根轴中间相联而成，中间轴的两端设有内球铰与外球铰12相配置，所述的内球铰顶端端面设置有凹球面，凹球面通过支撑球13与外球铰的轴向球座9相配置，所述的内球铰的端头截面为正4面体，4个面(轴向)为圆弧面，与外球铰的正4面孔腔相配置并保持间隙，保持的间隙为3～6毫米，轴向球座9安设在外球铰空腔内的底端，外球铰的外端头设置有联接锥螺纹，在外球铰的孔腔外端与中间轴之间设置密封装置，使得中间轴和内球铰被密封分隔成两部分，内球铰和支撑球13安设在外球铰的中部孔腔中。所述的密封装置包括安设在外球铰孔腔外端的球面端盖14，球面端盖与外球铰之间用螺纹连接，并由密封圈22密封。球面端盖通过端面设置的密封圈15与安设在中间轴上的密封盖16相配置，且球面端盖的球面与内、外球铰的球面同心。将球盖14上面的密封面20和密封盖16上面的密封面19加工成支撑球13的同心球面，当上内球铰17、下内球铰18和密封盖16绕支撑球摆动时，密封面19和密封面20之间的间隙大小始终是相等的，密封面之间的密封圈不会受到内、外球铰来回摆动的影响，从而提高密封性能。此外，为减小内外压差，在所述的外球铰的侧向设置与外球铰孔腔相导通的压力平衡装置，压力平衡装置包括与外球铰孔腔相连通的平衡孔21，平衡孔中安设橡胶油杯10，并由空心螺母11固定。通过压力平衡孔21注入润滑油或脂，注完后用橡胶油杯堵上压力平衡孔，再用空心螺母上紧，这样润滑油或润滑脂就被密封在由外球铰、球面端盖、内球铰等围成的密封腔内。当密封腔外面的压力高时，橡胶油杯会产生弹性变形将外部压力传递给密封腔，使密封腔内外压力平衡，从而提高密封性能，保证啮合副处在一个良好润滑环境中，延长万向轴的使用寿命。
Claims (8)
1.一种密封型万向轴，包括中间轴，中间轴的两端设有内球铰与外球铰相配置，其特征在于所述的内球铰顶端球面通过支撑球与外球铰孔腔中的轴向球座相配置，在外球铰的孔腔外端与中间轴之间设置密封装置，所述的密封装置包括安设在外球铰孔腔外端的球面端盖，球面端盖通过端面设置的第一密封圈与安设在中间轴上的密封盖相配置，且球面端盖的球面与内、外球铰的球面同心。
2.根据权利要求1所述的密封型万向轴，其特征是：所述的内球铰的两端端头为正4～6面体与外球铰的正4～6面孔腔相配置并保持间隙。
3.根据权利要求2所述的密封型万向轴，其特征是：所述的内球铰端头的正4～6面体的各个面为平直面或圆弧面。
4.根据权利要求2所述的密封型万向轴，其特征是：所述的内球铰端头为正4面体。
5.根据权利要求3或4所述的密封型万向轴，其特征是：所述的内球铰的端头与外球铰孔腔保持的间隙为2～10毫米，中间轴的相对摆动角度为0～5度。
6.根据权利要求1或2所述的密封型万向轴，其特征是：在所述的外球铰的侧向设置与外球铰孔腔相导通的压力平衡装置。
7.根据权利要求6所述的密封型万向轴，其特征是：所述的压力平衡装置包括与外球铰孔腔相连通的平衡孔，平衡孔中安设橡胶油杯，并由空心螺母固定。
8.根据权利要求1或2所述的密封型万向轴，其特征是：在所述的球面端盖与外球铰之间用螺纹连接，并由第二密封圈密封。
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