CN104251262A - 用于涡轮钻具的磁悬浮轴承节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于涡轮钻具的磁悬浮轴承节，包括止推轴承动磁环、止推轴承静磁环、主轴、内筒、动磁环挡圈、径向轴承内磁环、径向轴承外磁环及外筒。所述主轴安装在内筒中，采用空心结构，两端分别连接钻头和涡轮节；所述止推轴承动磁环均卡紧在主轴上，所述主轴上设有台肩，磁环与磁环之间采用挡套隔开；所述止推轴承静磁环镶嵌在内筒内壁，所述内筒采用对开形式，内壁设有磁环安装槽，所述止推轴承静磁环也采用对开形式；所述径向轴承内磁环卡紧安装在主轴上；所述径向轴承外磁环卡紧在外筒内壁。本发明设计的磁悬浮轴承节结构合理，大幅度提高涡轮钻具的使用寿命，具有良好的安全性和实用性。

Description

用于涡轮钻具的磁悬浮轴承节

技术领域

本发明涉及一种油田、气田等领域用井下动力钻具，具体是一种用于涡轮钻具的磁悬浮轴承节，属于石油机械领域。

背景技术

涡轮钻具是一种将泥浆的液压能转变为机械能的井下液动马达，通过转子的旋转驱动钻头破岩，达到钻井的目的。由于井下地质情况复杂，钻井作业工况恶劣，涡轮钻具轴承所受载荷大且不均匀，同时加上钻井泥浆的腐蚀以及泥浆中岩屑的磨损，涡轮钻具轴承的使用寿命非常短，这也导致涡轮钻具的应用推广受到限制。因此，提高涡轮钻具轴承的寿命，是提高涡轮钻具整体寿命的关键因素。

目前，提高涡轮钻具钻井效率采用的方法主要有：1.轴承单独成节，可直接更换，减少钻井过程中检修时间；2.采用全硬质合金钢或其他耐磨材料，减缓止推轴承由于磨损而失效；3.轴承接触面上镶嵌PDC片。这些方法在一定程度上提高了涡轮钻具的使用时间或提高了钻井效率，但是因为磨损而造成的轴承失效这个根本的问题未得到解决。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于涡轮钻具的磁悬浮轴承节，用以解决由于轴承之间相互磨损而导致轴承失效的问题。

本发明提供的技术方案是：用于涡轮钻具的磁悬浮轴承节，包括止推轴承动磁环、止推轴承静磁环、主轴、内筒、动磁环挡圈、径向轴承内磁环、径向轴承外磁环及外筒。所述主轴安装在内筒中，采用空心结构，两端分别连接钻头和涡轮节；所述止推轴承动磁环均卡紧在主轴上，所述主轴上设有台肩，磁环与磁环之前采用挡套隔开；所述止推轴承静磁环镶嵌在内筒内壁，所述内筒采用对开形式，内壁设有磁环安装槽，所述止推轴承静磁环也采用形式；所述径向轴承内磁环卡紧安装在主轴上；所述径向轴承外磁环卡紧在外筒内壁。

所述主轴、止推轴承动磁环、动磁环挡圈和径向轴承内磁环安装固紧为一个整体，悬浮在所述内筒之中。整体悬浮式结构可以有效吸收钻头所受冲击载荷，减缓钻头的损坏。

所述止推轴承动磁环和止推轴承静磁环磁极相对，磁环与磁环之间存在一定的间隙，利用相同磁极之间的排斥力达到承受轴向载荷的作用。磁环之前互不接触，利用磁力来承受轴向载荷，防止了轴承之间的相互磨损，从而大大提高了轴承的使用寿命。

所述止推轴承静磁环和内筒都采用两半对接的结构形式。便于止推轴承静磁环的镶嵌和主轴的安装，同时也能有效缩短轴承节检修和磁环更换的时间，提高钻井效率。

所述径向轴承内磁环分别安装于主轴两端，与所述径向轴承外磁环磁极相对，利用磁极之间的排斥力承载主轴所受径向力。内外磁环之间设有间隙，能够有效减少轴承在径向冲击载荷作用下的磨损及碰撞。

所述内筒对接面设有密封槽，能够有效防止钻井泥浆由对接口渗入，造成轴承磁环的腐蚀及磨损，甚至磁环间隙的堵塞，影响轴承节的正常运转；同时也能够防止泥浆的流失，提高钻井液压的利用率。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点。

1. 利用同性磁极之间的排斥力承受钻具的轴向或径向载荷，避免轴承之间的磨损和碰撞，大大提高了涡轮钻具的使用寿命。

2. 主轴整体悬浮式结构，能够有效吸收钻头所受冲击载荷，减缓钻头的损坏，从而延长钻井过程中钻头更换周期，提高钻井效率。

3. 本发明中所使用的轴承磁环全部采用钕铁硼永磁材料，其具有优异的磁性和良好地机械性能，能够保证轴承节的安全可靠运行。

4. 内筒对接面设密封槽，能够有效防止钻井液对轴承磁环的腐蚀和磨损，提高轴承节的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明止推轴承示意图。

图3为本发明径向轴承示意图。

图中的标号分别表示为：1、外筒；2、径向轴承外磁环；3、主轴；4、内筒；5、止推轴承动磁环；6、止推轴承静磁环；7、动磁环挡圈；8、径向轴承内磁环。

具体实施方式

为了更加清楚的理解本发明的技术特征及其效果，下面结合实施例及附照图对本发明进一步说明。

实施例

参照图1~3，用于涡轮钻具的磁悬浮轴承节，包括止推轴承动磁环5、止推轴承静磁环6、主轴3、内筒4、动磁环挡圈7、径向轴承内磁环8、径向轴承外磁环2及外筒1。其特征在于：所述主轴3安装在内筒4中，两端分别连接钻头和涡轮节；所述止推轴承动磁环5均卡紧在主轴3上，所述主轴3上设有台肩，磁环与磁环之前采用挡圈隔开；所述止推轴承静磁环6镶嵌在内筒4内壁；所述内筒4采用两半对接结构，内壁设有磁环安装槽，所述止推轴承静磁环6也采用两半对接结构；所述径向轴承内磁环8卡紧安装在主轴3上；所述径向轴承外磁环2卡紧在外筒1内壁。

所述止推轴承动磁环5均匀分布安装在主轴3上，磁环之间用动磁环挡圈7隔开。

所述主轴3、止推轴承动磁环5、动磁环挡圈7和径向轴承内磁环8安装固紧为一个整体，悬浮在所述内筒4之中。

所述止推轴承动磁环5置于止推轴承静磁环6之间，且与止推轴承静磁环6磁极相对，磁环与磁环之间设有一定的间隙。

所述止推轴承静磁环6和内筒4都采用两半对接的结构形式。

所述径向轴承内磁环8分别安装于主轴3两端，内环面和外环面分别为磁环N、S极；所述径向轴承外磁环2套合在向轴承内磁环8外面，磁极相对，卡紧在外筒1内壁。

所述内筒4对接面设有密封槽。

工作时，轴承节的上端与涡轮节的下端螺纹连接，通过轴承节上的花键轴与涡轮节上花键套配合，将涡轮的转动传递到轴承节的主轴，进一步驱动与轴承节下端连接的钻头旋转，破岩钻井。同时，钻井液通过主轴的中心流道直接进入钻头，从钻头水眼流出，辅助破岩及冲洗井底。当钻头受到冲击时，载荷通过连接轴传递到轴承节，利用止推轴承组动磁环和静磁环之间排斥力承受轴向载荷，有效避免了轴承的内部碰撞及磨损。同样，径向轴承利用内外磁环之间的排斥力承受主轴的径向载荷，在避免轴承内部的碰撞及磨损的同时，也能有效的维持涡轮钻具钻井的平衡性能，对定向钻井起到良好地效果。

Claims (6)

1.用于涡轮钻具的磁悬浮轴承节，包括止推轴承动磁环（5）、止推轴承静磁环（6）、主轴（3）、内筒（4）、动磁环挡圈（7）、径向轴承内磁环（8）、径向轴承外磁环（2）及外筒（1），其特征在于：所述主轴（3）安装在内筒（4）中，两端分别连接钻头和涡轮节；所述止推轴承动磁环（5）均卡紧在主轴（3）上，所述主轴（3）上设有台肩，磁环与磁环之前采用动磁环挡圈（7）隔开；所述止推轴承静磁环（6）镶嵌在内筒（4）内壁，所述内筒（4）采用对开结构，内壁设有磁环安装槽，所述止推轴承静磁环（6）也采用对开结构；所述径向轴承内磁环（8）卡紧安装在主轴（3）上；所述径向轴承外磁环（2）卡紧在外筒（1）内壁。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承节，其特征在于：所述主轴（3）、止推轴承动磁环（5）、动磁环挡圈（7）和径向轴承内磁环（8）安装固紧为一个整体，悬浮在所述内筒（4）之中。

3.根据权利要求1和2所述的磁悬浮轴承节，其特征在于：所述止推轴承动磁环（5）和止推轴承静磁环（6）磁极相对，磁环与磁环之间设有一定的间隙。

4.根据权利要求1~3所述的磁悬浮轴承节，其特征在于：所述止推轴承静磁环（6）和内筒（4）都采用两半对接的结构形式。

5.根据权利要求1所述的磁悬浮轴承节，其特征在于：所述径向轴承内磁环（8）分别安装于主轴（3）两端，内环面和外环面分别为磁环N、S极；所述径向轴承外磁环（2）套合在向轴承内磁环（8）外面，磁极相对，卡紧在外筒（1）内壁。

6.根据权利要求4所述的磁悬浮轴承节，其特征在于：所述内筒（4）对接面设有密封槽。