CN103291220A

CN103291220A - 一种内固外浮端加套牙轮钻头轴承

Info

Publication number: CN103291220A
Application number: CN2013102189668A
Authority: CN
Inventors: 蒋发光; 梁政; 张斌; 徐彤; 何畏; 张佳佳
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2013-06-05
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明涉及一种用于钻进工具钻头，特别是牙轮钻头的内固外浮端加套牙轮钻头轴承。其技术方案是：由牙爪、牙爪固定套、牙轮大孔浮动套、二止面浮动垫、小轴颈固定套、牙轮、钢球、密封圈组成；在牙爪大轴颈上安装牙爪固定套；牙爪小轴颈上安装有小轴颈固定套，小轴颈固定套外与牙爪轴颈外端面装有二止面浮动垫；牙轮大轴孔内装有牙轮大孔浮动套，牙轮安装在牙爪轴颈上，钢球安装在牙轮与牙爪轴颈之间，密封圈安装在牙轮与牙爪轴颈之间。本轴承借助牙爪固定套、牙轮固定套、端面浮动套、镀层技术、固体润滑技术，能够改善轴承耐磨性、提高牙轮钻头整机作业可靠性、简化轴承的加工工艺特点，用于工程钻进用牙轮钻头。

Description

一种内固外浮端加套牙轮钻头轴承

技术领域

本发明涉及一种用于钻进工具钻头，特别是牙轮钻头的一种内固外浮端加套牙轮钻头轴承。该内固外浮端加套牙轮钻头轴承能够用于衔接牙轮钻头的牙轮与牙爪轴，承受传递作用给牙轮的轴向和径向载荷，属于钻井作业用牙轮钻头核心部件。

背景技术

牙轮钻头是石油钻井、管道非开挖掘进工程、煤层气钻井、页岩气钻井等工程技术中非常典型、重要的工具。在使用过程中，牙轮钻头特别是镶齿钻头出现了轴承过早磨损、掉齿、断齿、密封失效等问题，达不到预期的设计和使用寿命，严重影响钻进进程并使作业费用提高。日前，浮动套技术已经诞生，且得到了应用，其因能够在一定程度提高钻头轴承的使用寿命而得到了人们的认可；纳米离子镀是在真空蒸发镀和溅射镀膜的基础上发展起来的一种镀膜新技术，将各种气体放电方式引入到气相沉积领域，整个气相沉积过程都是在等离子体中进行的。离子镀大大提高了膜层粒子能量，可以获得更优异性能的膜层，扩大了“薄膜”的应用领域。是一项发展迅速、受人青睐的新技术。

针对目前镶齿牙轮钻头主要存在断、掉齿与轴承磨损、密封过早失效，导致牙轮钻头综合寿命较短的问题，创新性提出一种内固外浮端加套牙轮钻头轴承，提高轴承耐磨性、可靠性，减小轴承运动时的摆动，起到提高轴承寿命、保护密封、减小冲击，从而达到提高牙轮钻头整体使用寿命的目的。

发明内容

本发明的目的：为了使钻头耐磨，能够承受轴向力和径向力，简化加工工艺的牙轮钻头轴承方案，提高牙轮轴承寿命、改善钻头作业性能，提升钻头整机综合寿命，特提供一种内固外浮端加套牙轮钻头轴承。

本发明采用的技术方案是：一种内固外浮端加套牙轮钻头轴承，由牙爪1、牙爪固定套2、牙轮大孔浮动套3、二止面浮动垫4、小轴颈固定套5、牙轮6、钢球7、密封圈8组成。在牙爪1大轴颈上安装牙爪固定套2；牙爪1小轴颈上安装有小轴颈固定套5，小轴颈固定套5外与牙爪1轴颈外端面装有二止面浮动垫4；牙轮6大轴孔内装有牙轮大孔浮动套3，牙轮6安装于牙爪1轴颈上，钢球7安装在牙轮6与牙爪1轴颈之间，密封圈8安装在牙轮6与牙爪1轴颈之间。

本发明一种内固外浮端加套牙轮钻头轴承的结构为：在牙爪1大轴颈上安装牙爪浮动套2，利用牙爪1大轴颈上台肩实现轴向定位，牙爪1大轴颈与牙爪固定套2之间采用过盈配合安装，牙爪固定套2外表面镀耐磨镀层；牙爪1小轴颈上安装有小轴颈固定套5，牙爪1小轴颈与小轴颈固定套5之间采用过盈配合安装，小轴颈固定套5外表面镀耐磨镀层；小轴颈固定套5外与牙爪1大轴颈外端面装有二止面浮动垫4，小轴颈浮动套5与二止面浮动垫4之间采用小间隙配合，二止面浮动垫4采用整体镀耐磨镀层，牙爪1大轴颈外与二止面浮动垫4接触端面镀银；牙爪1大轴颈上牙爪固定套2的外延设置有R槽，R槽内安放钢球7；牙轮6大轴孔内装有牙轮大孔浮动套3，牙轮大孔浮动套3一端靠牙轮6上设置有台肩实现轴向定位，牙轮大孔浮动套3整体镀耐磨层，牙轮6大轴孔面镀银；牙轮6与小轴颈固定套5配合小孔面镀银，牙轮6与二止面浮动垫4配合的二止面镀银；牙轮6的大轴孔牙轮大孔浮动套3与二止面之间设置有R槽，该R槽与牙爪1大轴颈R槽相匹配形成闭合环槽，在闭合的R环槽内安装钢球7；牙轮6的开口端与牙爪1大轴颈端部安装有密封圈8，通过该密封圈防止井液进入轴承副；牙爪1大轴颈R槽与牙轮6大轴孔R槽镀银并采用小间隙与钢球7配合防止牙爪1与牙轮6脱开。

本内固外浮端加套牙轮钻头轴承的工作原理如下：

工作时，由于牙轮6与地层接触，牙轮6受到轴向载荷和径向载荷作用，该力传递到牙轮钻头轴承。轴向载荷通过牙轮6二止面、二止面浮动垫4到达牙爪1大轴颈端部二止面，从而将轴向力传递给牙爪1，由于牙轮6二止面、牙爪1的二止面镀银，二止面浮动垫4镀耐磨镀层，提高轴承承受轴向载荷时的耐磨性；径向载荷通过牙轮6大孔面、牙轮大孔浮动套3、牙爪固定套2达到牙爪1大轴颈，从而将径向力传递给牙爪1，由于牙轮6大轴孔内表面镀银、牙爪固定套2镀银、牙轮大孔浮动套3内外表面镀耐磨层，改善了各自的表面状况，降低摩擦因数、采用固体润滑，提升了牙轮轴承承受径向力及轴向耐磨性；R槽内置有钢球，防止牙轮6与牙爪1掉落，其R槽表面镀银提高耐磨性。

该轴承与现有技术相比较具有（1）牙爪固定套；（2）牙轮固定套；（3）端面浮动套；（4）镀层技术；（5）固体润滑技术。

本轴承具有以下有益效果：（1）改善轴承径向、轴向耐磨性；（2）提高牙轮钻头整机作业可靠性；（3）简化轴承的加工工艺。

附图说明

图1是本发明一种内固外浮端加套牙轮钻头轴承的结构剖面示意图。

图中，1-牙爪，2-牙爪固定套，3-牙轮大孔浮动套，4-二止面浮动垫，5-小轴颈固定套，6-牙轮，7-钢球，8-密封圈。

具体实施方式

实施例1：以81/2"牙轮钻头的内固外浮端加套牙轮钻头轴承为例，对本发明作进一步详细说明。

参阅图1。81/2"牙轮钻头的内固外浮端加套牙轮钻头轴承为一种能够承受轴向载荷和径向载荷的轴承，采用浮动套技术、镀层技术和固体润滑技术，提高轴承的耐磨性，关键结构包括固定套、浮动套、牙轮、牙爪、钢球、密封圈。主要由牙爪1、牙爪固定套2、牙轮大孔浮动套3、二止面浮动垫4、小轴颈固定套5、牙轮6、钢球7、密封圈8组成；81/2"牙轮钻头的内固外浮端加套牙轮钻头轴承牙爪1轴颈总长57mm，牙爪1用于安装牙爪固定套2轴颈直径

，采用过盈配合实现与牙爪固定套2连接，牙爪固定套2呈圆筒形结构、厚度2.5mm、外表面镀银；牙爪1大轴颈R槽尺寸R5.6mm，R槽镀银；二止面浮动垫4厚2mm，整体镀耐磨层，牙爪1大轴颈端部二止面渡银；小轴颈固定套5与牙爪1小轴颈采用过盈配合，小轴颈固定套5厚度2mm，内径

，小轴颈固定套5外表面镀耐磨层；牙轮6大孔浮动套3内外均采用小间隙配合，其内径为

，壁厚2.5mm，牙轮大孔浮动套3整体镀耐磨层；牙轮6大轴孔内表面、内孔二止面以及与小轴颈固定套5配合内孔面镀银；牙轮6大轴孔R槽尺寸R5.6mm，R槽与钢球8之间小间隙配合；密封圈8实现整个轴承与外界井液隔离。

Claims

1.一种内固外浮端加套牙轮钻头轴承，是由牙爪、牙爪固定套、牙轮大孔浮动套、二止面浮动垫、小轴颈固定套、牙轮、钢球、密封圈组成。其特征在于：在牙爪（1）大轴颈上安装牙爪浮动套（2），牙爪（1）大轴颈与牙爪固定套（2）之间采用过盈配合安装，牙爪固定套（2）外表面镀耐磨镀层；牙爪（1）小轴颈上安装有小轴颈固定套（5），牙爪（1）小轴颈与小轴颈固定套（5）之间采用过盈配合安装，小轴颈固定套（5）外表面镀耐磨镀层；小轴颈固定套（5）外与牙爪（1）大轴颈外端面装有二止面浮动垫（4），小轴颈浮动套（5）与二止面浮动垫（4）之间采用小间隙配合，二止面浮动垫（4）采用整体镀耐磨镀层，牙爪（1）大轴颈外与二止面浮动垫（4）接触端面镀银；牙爪（1）大轴颈上牙爪固定套（2）的外延设置有R槽，R槽内安放钢球（7）；牙轮（6）大轴孔内装有牙轮大孔浮动套（3），牙轮大孔浮动套（3）一端靠牙轮（6）上设置有台肩，牙轮大孔浮动套（3）整体镀耐磨层，牙轮（6）大轴孔面镀银；牙轮（6）与小轴颈固定套（5）配合小孔面镀银，牙轮（6）与二止面浮动垫（4）配合的二止面镀银；牙轮（6）的大轴孔牙轮大孔浮动套（3）与二止面之间设置有R槽，该R槽与牙爪（1）大轴颈R槽相匹配形成闭合环槽，在闭合的R环槽内安装钢球（7）；牙轮（6）的开口端与牙爪（1）大轴颈端部安装有密封圈（8）；牙爪（1）大轴颈R槽与牙轮（6）大轴孔R槽镀银并采用小间隙与钢球（7）配合。