CN105257210A - 可实现定转子精确定位的新型涡轮钻具 - Google Patents

可实现定转子精确定位的新型涡轮钻具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于石油钻井、矿山开采、地质钻探等领域中可实现定转子精确定位的新型涡轮钻具，以解决涡轮钻具在工作时涡轮节水力性能较低的问题。其技术方案是：涡轮定子通过螺钉和紧固螺母固定安装在涡轮轴上，壳体内壁和每级定子套筒外壁开两个对称式键槽，以平键的方式来定位涡轮定子；涡轮轴和转子套筒均加工成为相互配套的正八边形结构；涡轮轴中后段安装止推轴承组；下壳体内为一行星齿轮减速器。本发明通过这样两种在周向上固定涡轮转子和涡轮定子的方法，保证了定子和转子它们不会各自发生相对转动并且使定子和转子具有了精确的周向定位，从而提高了涡轮钻具的水力性能，同时降低了成本。

Description

可实现定转子精确定位的新型涡轮钻具
技术领域
本发明涉及一种用于石油钻井、矿山开采、地质钻探等领域中的可实现定转子精确定位的新型涡轮钻具。
背景技术
伴随我国在地球深部探测和油气勘探方面向着深井和超深井的方向发展，涡轮钻具现在拥有非常好的发展前景。涡轮钻具的转动是由液体的流速形成的动能转换成机械能导致的。在整个涡轮钻具的介质通道流经途中，最为主要的环节是涡轮节部分，并且涡轮节也是影响涡轮钻具水力性能的关键部分。涡轮节是整个介质通道中直接影响液体的动能转换为机械能的关键环节，因为它是整个液体流经途中唯一进行工作的环节，通过对涡轮钻具的涡轮节部分改进，能够直接有效的改善涡轮钻具的水力性能，增强液体动能转换为轴转动的机械能的效率，并且能有效地减少液体在通道中的能量损失，减少泥浆在涡轮节部分的压降损失。随着国家对钻井与深部探测方面的研究，需要钻探的井要求逐渐提高，并且对涡轮钻具的性能要求和可靠性也需要越来越高的要求。
基于此，本文提出一种可实现定转子精确定位的新型涡轮钻具，将涡轮轴外部与转子内部的形状设置造型为正八边形，以此将转子良好的精确的固定到涡轮轴之上，保证了转子在涡轮轴上的周向精确定位；同时在涡轮钻具外壳与定子之间增加两个对称的平键，使用平键来对定子进行精确的周向定位，保证了定子和转子它们不会各自发生相对转动，从而达到提高涡轮钻具水力性能的目的。
发明内容
本发明的目的是：为了解决涡轮钻具在工作时水力性能较低的问题，特提供一种可实现定转子精确定位的新型涡轮钻具。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
可实现定转子精确定位的新型涡轮钻具，主要是由螺钉、紧固螺母、调整圈、轴承套、径向轴承、涡轮定子、涡轮转子、上壳体、平键、导流圈、涡轮轴、止推轴承组、中间壳体、O型密封圈、导流套、圆柱滚子轴承、内齿轮、行星齿轮、行星轮轴、密封盖、间隙密封装置、减速器外壳、保护螺钉、圆柱定位销、紧定螺钉、U型密封装置、行星轮架下输出轴、太阳轮轴、花键套和下壳体等组成。其特征在于，涡轮转子与涡轮定子的叶片反向安装，涡轮转子和涡轮定子通过螺钉和紧固螺母固定安装在涡轮轴上，壳体内壁和每级涡轮定子套筒外壁开两个对称式键槽，以平键的方式来定位涡轮定子；涡轮轴和涡轮转子套筒均加工成为相互配套的正八边形结构，涡轮轴上端通过轴承套进行轴向定位；上壳体与中间壳体通过螺纹连接；涡轮轴中后段挖空形成液体通道，在涡轮轴中部和后端均开有三个均匀分布的液流斜孔；涡轮轴中后段安装止推轴承组，在涡轮轴前端的斜孔与止推轴承组上部之间安装导流环，止推轴承组通过导流环进行轴向定位；中间壳体与下壳体通过螺纹连接；太阳轮轴前端布有花键，通过花键套配合与涡轮轴后端连接，花键套上端与涡轮轴后端采用螺纹连接，并在花键套后端旁安装导流套，在花键套与导流套之间采用O型密封圈；四个行星齿轮均匀装配在太阳齿轮周围，行星齿轮通过键装配在行星轮轴上；紧定螺钉将减速器外壳与密封端盖固定起来，定位销将密封盖与太阳轮轴连接起来；减速器外壳末端开有均有分布的斜孔；在密封盖与太阳轮轴之间采用间隙密封，行星齿轮减速器内采用U型密封装置进行密封；太阳轮轴两端使用保护螺钉；行星齿轮减速器内使用四组圆柱滚子轴承轴承。
本发明的有益效果是：(1)通过对涡轮定子与上壳体，涡轮转子与涡轮轴定位方式的设计，使之拥有更加精确的轴向定位方式，减少涡轮节两端的压紧力，来使得涡轮节的结构更加可靠，并且防止转子叶片之间相互进行周向运动。当涡轮定子转子的结构更加可靠，定位更加准确，并且避免了转子之间相互进行轴向运动之后，对涡轮钻具的水利性能有进一步的改进，同时减少了成本。(2)改进了涡轮节的装配方式，使得轴承和涡轮副从壳体的两端装入，极大的方便了装配与检修。
附图说明
图1是本发明基于一种可实现定转子精确定位的新型涡轮钻具的结构示意图。
图中：1.螺钉、2.紧固螺母、3.调整圈、4.调整圈、5.轴承套、6.径向轴承、7.涡轮定子、8.涡轮转子、9.上壳体、10.平键、11.调整圈、12.导流圈、13.涡轮轴、14.轴承组、15.调整圈、16.调整圈、17.中间壳体、18.O型密封圈、19.导流套、20.圆柱滚子轴承、21.内齿轮、22.行星齿轮、23.行星轮轴、24.密封盖、25.间隙密封装置、26.减速器外壳、27.保护螺栓、28.圆柱定位销、29.紧定螺钉、30.U型密封装置、31.行星轮架下输出轴、32.太阳轮轴、33.花键套、34.下壳体。
图2为本发明图1的A-A剖面图。
图3为本发明图1的B-B剖面图。
图4为本发明图1的C-C剖面图。
图5为本发明图1的D-D剖面图。
图6为本发明图1的E-E剖面图。
图7为本发明图1的F-F剖面图。
具体实施方式
根据附图所示，可实现定转子精确定位的新型涡轮钻具，主要是由螺钉1、紧固螺母2、调整圈3、轴承套5、径向轴承6、涡轮定子7、涡轮转子8、上壳体9、平键10、调整圈11、导流圈12、涡轮轴13、轴承组14、中间壳体17、O型密封圈18、导流套19、圆柱滚子轴承20、内齿轮21、行星齿轮22、行星轮轴23、密封盖24、间隙密封装置25、减速器外壳26、保护螺钉27、圆柱定位销28、紧定螺钉29、U型密封装置30、行星轮架下输出轴31、太阳轮轴32、花键套33和下壳体34等组成。其特征在于，涡轮转子8与涡轮定子7的叶片反向安装，涡轮转子8和涡轮定子7通过螺钉1和紧固螺母2固定安装在涡轮轴13上，壳体内壁和每级涡轮定子7套筒外壁开两个对称式键槽，以平键10的方式来定位涡轮定子7；涡轮轴13和涡轮转子8套筒均加工成为相互配套的正八边形结构，涡轮轴13上端通过轴承套5进行轴向定位；上壳体9与中间壳体17通过螺纹连接；涡轮轴13中后段挖空形成液体通道，在涡轮轴13中部和后端均开有三个均匀分布的液流斜孔；涡轮轴13中后段安装轴承组14，在涡轮轴13上端的斜孔与止推轴承组14上部之间安装导流圈12，止推轴承组14通过导流圈12进行轴向定位；中间壳体17与下壳体34通过螺纹连接；太阳轮轴32前端布有花键，通过花键套33配合与涡轮轴13后端连接，花键套33上端与涡轮轴13下端采用螺纹连接，并在花键套33下端旁安装导流套19，在花键套33与导流套19之间采用O型密封圈18；四个行星齿轮22均匀安装在太阳齿轮周围，行星齿轮22通过键装配在行星轮轴23上；紧定螺钉29将减速器外壳26与密封盖24固定起来，圆柱定位销28将密封端盖24与太阳轮轴32连接起来；在密封盖24与太阳轮轴32之间采用间隙密封装置25，行星齿轮减速器内采用U型密封装置30进行密封；太阳轮轴32两端使用保护螺钉27；行星齿轮减速器内使用四组圆柱滚子轴承20。
工作时，钻井液由钻具上端进入多级涡轮，在钻井液的驱动下，涡轮转子8开始转动，将泥浆压力转化成机械能，带动涡轮定子7与涡轮轴13一起转动；止推轴承组14缓和了上壳体9与涡轮轴13之间的摩擦，同时承受轴向动载荷和径向载荷；钻井液从涡轮转子8和涡轮定子7流出后，在导流圈12的作用下，由涡轮轴13前端的斜孔进入涡轮轴13中间液体通道，后又从涡轮轴13下端的斜孔流出；通过花键，涡轮轴13将转矩传递给太阳轮轴32，在行星齿轮减速器的作用下从而减小转速，同时钻井液在导流套19的作用下，流经减速器与下壳体34之间的液流通道最后从减速器外壳26上的斜孔排出。

Claims (3)

1.可实现定转子精确定位的新型涡轮钻具，主要是由螺钉(1)、紧固螺母(2)、调整圈(3)、轴承套(5)、径向轴承(6)、涡轮定子(7)、涡轮转子(8)、上壳体(9)、平键(10)、调整圈(11)、导流圈(12)涡轮轴(13)、止推轴承组(14)、中间壳体(17)、O型密封圈(18)、导流套(19)、圆柱滚子轴承(20)、内齿轮(21)、行星齿轮(22)、行星轮轴(23)、密封盖(24)、间隙密封装置(25)、减速器外壳(26)、保护螺钉(27)、圆柱定位销(28)、紧定螺钉(29)、U型密封装置(30)、行星轮架下输出轴(31)、太阳轮轴(32)、花键套(33)和下壳体(34)等组成；其特征在于，涡轮转子(8)与涡轮定子(7)的叶片反向安装，涡轮转子(8)和涡轮定(7)通过螺钉(1)和紧固螺母(2)固定安装在涡轮轴(13)上，涡轮轴(13)前端通过轴承套(5)进行轴向定位；上壳体(9)与中间壳体(17)通过螺纹连接；涡轮轴(13)中后段安装止推轴承组(14)，在涡轮轴(13)前端的斜孔与止推轴承组(14)上部之间安装导流圈(12)，止推轴承组(14)通过导流圈(12)进行轴向定位；中间壳体(17)与下壳体(34)通过螺纹连接；太阳轮轴(32)前端布有花键，通过花键套(33)配合与涡轮轴(13)后端连接，花键套(33)前端与涡轮轴(13)后端采用螺纹连接，并在花键套(33)后端旁安装导流套(19)，在花键套(33)与导流套(19)之间采用O型密封圈(20)进行密封；四个行星齿轮(23)均匀安装在太阳齿轮周围，行星齿轮(23)通过键装配在行星轮轴(22)上；紧定螺钉(29)将减速器外壳(26)与密封盖(24)固定起来，圆柱定位销(28)将密封盖(24)与太阳轮轴(32)连接起来；在密封盖(24)与太阳轮轴(32)之间采用间隙密封装置(25)进行密封，行星齿轮减速器内采用U型密封装置(30)进行密封；太阳轮轴(32)两端使用保护螺钉(29)；行星齿轮减速器内使用四组圆柱滚子轴承(20)。
2.如权利要求1所述的可实现定转子精确定位的新型涡轮钻具，其特征在于：涡轮轴(13)外部和涡轮转子(8)套筒均加工成为相互配套的正八边形结构，壳体内壁和每级涡轮定子(7)套筒外壁开两个对称式键槽，以平键(10)的方式来定位涡轮定子(7)。
3.如权利要求1所述的可实现定转子精确定位的新型涡轮钻具，其特征在于：涡轮轴(13)中后段挖空形成液体通道，在涡轮轴(13)中部和后端均开有三个均匀分布的液流斜孔。
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