CN107100540B - 一种承载能力强的组合轴承涡轮钻具支承节 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种承载能力强的组合轴承涡轮钻具支承节，它主要由外壳、主轴、轴承、轴承套、压盖、机械密封组成，其特征在于在主轴上端套装有两个或多个具有压力平衡装置的轴承组件，还套装有与轴承组件相对的预紧调节装置，主轴下端还套装扶正轴承；轴承组件装在长轴承套中，预紧调节装置、扶正轴承装在其轴承套中，上述零部件通过上下压盖、上下螺纹压环套装在外壳里；在主轴两端还套装有机械密封。本发明具有明显的优点。本发明结构简单、制造容易、维修方便、承载能力强，在钻井液不进入润滑油腔情况下，工作寿命可达几千小时。在钻井液渗入润滑油腔情况下，工作寿命也能工作几百小时。同时也适用于减速涡轮钻具的独立支承节。

Description

一种承载能力强的组合轴承涡轮钻具支承节
技术领域
本发明涉及的是石油钻采技术，特别是涉及一种承载能力强的组合轴承涡轮钻具支承节。
背景技术
在石油钻采工程中，涡轮钻具是一种先进的井下动力钻具，通常是由钻杆、涡轮钻具、独立支承节、钻头组成；或者是由钻杆、涡轮钻具、涡轮减速器、独立支承节、钻头组成。其中独立支承节的作用是承受钻杆系统所有轴向载荷，同时还承受井底钻具的反作用力及冲击，传递由涡轮(或减速器)产生的动力给钻头以破碎岩石，实现钻井进尺。轴向载荷是钻井加压力和钻杆系统重量之和，现代钻井轴向载荷相当大，往往超过十吨以上。
现有技术的独立支承节不能胜任，寿命很短，只有几十上百个小时，极大地影响钻井效率，提高了钻井成本。通常的独立支承节由两种形式。一种是用硬质合金作推力轴承来承受轴向载荷，它工作在钻井液中，用钻井液润滑和冷却，因单位压力太大及钻井液的沙粒磨损，工作寿命不长。例如中国专利“带有PDC止推轴承涡轮钻具支承节(201420632562.3)”，它就是用PDC硬质合金作推力轴承的。另一种是用多级推力球轴承组来承受轴向载荷，用钻井液润滑和冷却，例如中国专利“具有推力球轴承的涡轮钻具中间支承节(02246314.3)”，。虽然多级推力球轴承组大大减少了单位压力，延长了寿命，但在每个轴承之间没有设置压力平衡机构及预紧装置，会给每个轴承留有间隙，在间隙和装配误差的作用下，可能会使各轴承受力极不均匀，单个轴承承载能力远远小于总的轴向载荷，容易造成单个球轴承超载，加上用钻井液润滑和冷却，钻井液中的杂质使球轴承磨损，所以工作寿命也不长。
特别是钻杆系统增加了涡轮减速器后，钻头的扭矩增大多倍，井底钻具的反作用力和冲击力更大，对支承节的承载能力和寿命提出了更高的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提出一种承载能力强的组合轴承涡轮钻具支承节，解决现有技术的不足。
本发明是这样实现的。它主要由外壳、主轴、轴承、轴承套、压盖、机械密封组成，在主轴上端套装有两个或多个具有压力平衡装置的轴承组件，还套装有与轴承组件相对的预紧调节装置，主轴下端还套装扶正轴承；轴承组件装在长轴承套中，预紧调节装置、扶正轴承装在其轴承套中，上述零部件通过上下压盖、上下螺纹压环套装在外壳里；在主轴两端还套装有机械密封。
所述的具有压力平衡装置的轴承组件是由挡圈、内套、承载碟簧、圆锥轴承及外套组成。当外套及轴承外圈被固定时，外力通过挡圈压缩碟簧作用在轴承内圈上，使圆锥轴承参加承载工作；多个轴承组件套装在一起时，每一个圆锥轴承都参加承载工作，总的承载能力是多个轴承的总和。因设置了承载碟簧，保证了每个轴承组件的承载工作互不影响，保证了支承节的整体安全和承载能力的最大发挥。
所述的预紧调节装置是由预紧轴承、预紧碟簧、圆螺母、轴承套组成，当调节圆螺母，就会压缩预紧碟簧，收紧装在主轴一则所有零件的间隙，并要保证在主轴正常工作窜动时主轴一则所有零件的间隙为零，给多个轴承组件提供一个有利的工作环境。
本发明所述的预紧碟簧可以承受主轴轴向0-10mm的冲击，对钻头起到一定的保护作用。
在所述主轴的的两端都设有油孔，在主轴的上端还设有橡胶膨胀套，利用橡胶的弹性消除支承节内腔热膨胀，以及当润滑油减少时起到自动加油的作用。
所述外壳内设有供螺纹压环压紧的直螺纹，两端设有1:16的锥管螺纹，以便连接相邻的部件。
本发明的支承节内充满高温润滑油，轴承部件是在润滑油里工作的。
在外壳内设有水道，以保证钻井液正常通过。主轴两端设置的机械密封是为了隔离钻井液，不让其进入润滑油腔内，保证轴承部件正常工作。
本发明具有明显的优点。其结构简单、制造容易、维修方便、承载能力强，在钻井液不进入润滑油腔情况下，工作寿命可达几千小时。在钻井液渗入润滑油腔情况下，工作寿命也能工作几百小时。同时也适用于减速涡轮钻具的独立支承节。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明截面示意图；
图3为本发明具有压力平衡装置的轴承组件结构示意图；
其中，1---外壳，2---上机械密封，3---上螺纹压环，4---上压盖，5---上轴承套，6---预紧碟簧，7---预紧轴承，8---承载轴承组，9---长轴承套，10---扶正轴承，11---下轴承套，12---圆螺母，13---下压盖，14---下机械密封，15---下螺纹压环，16---上油装置，17---密封圈，18---圆螺母，19---主轴，20---油孔，21---橡胶膨胀套，22---水道，23---支承条，24---承载轴承，25---内套，26---承载碟簧，27---挡圈，28---外套，
具体实施方式
从图中看出，本发明主要是由它主要由外壳、主轴、轴承、轴承套、压盖、机械密封组成，在主轴19上端套装有两个或多个具有压力平衡装置的轴承组件，还套装有与轴承组件相对的预紧调节装置，主轴19下端还套装扶正轴承10；轴承组件装在长轴承套9中，预紧调节装置、扶正轴承10装在上下轴承套5、11中，上述零部件通过上下压盖4、13，上下螺纹压环3、15套装在外壳1里；在主轴19两端还套装有机械密封2、14。
所述的具有压力平衡装置的轴承组件是由挡圈27、内套25、承载碟簧26、圆锥轴承24及外套28组成。当外套28及承载轴承24外圈被固定时，外力通过挡圈27压缩承载碟簧26作用在承载轴承24内圈上，使圆锥轴承24参加承载工作；多个轴承组件套装在一起时，每一个圆锥轴承24都参加承载工作，总的承载能力是多个轴承的总和。因设置了承载碟簧26，保证了每个轴承组件的承载工作互不影响，保证了支承节的整体安全和承载能力的最大发挥。
所述的预紧调节装置是由预紧轴承7、预紧碟簧6、圆螺母18、轴承套组成，当调节圆螺母18，就会压缩预紧碟簧6，收紧装在主轴一则所有零件的间隙，并要保证在主轴正常工作窜动时主轴一则所有零件的间隙为零，给多个轴承组件提供一个有利的工作环境。
本发明所述的预紧碟簧6和承载碟簧26一起可以承受主轴轴向0-10mm的冲击，对钻头起到一定的保护作用。
在所述主轴19的的两端都设有油孔20及上油装置16，在主轴的上端还设有橡胶膨胀套21，利用橡胶的弹性消除支承节内腔热膨胀，以及当润滑油减少时起到自动加油的作用。

Claims (1)

1.一种承载能力强的组合轴承涡轮钻具支承节，所述支承节包括外壳、主轴、上轴承套、长轴承套、下轴承套、压盖、机械密封，其特征在于,在主轴上端套装有两个或多个具有压力平衡装置的轴承组件，还套装有与轴承组件相对的预紧调节装置，主轴下端还套装扶正轴承；
轴承组件装在长轴承套中，预紧调节装置装在上轴承套中，扶正轴承装在下轴承套中，所述长轴承套位于所述上轴承套和下轴承套之间，所述上轴承套和下轴承套分别通过上下压盖、上下螺纹压环套装在所述外壳里；在主轴两端还套装有机械密封；
所述的具有压力平衡装置的轴承组件是由挡圈、内套、承载碟簧、圆锥轴承及外套组成，所述外套和圆锥轴承的外圈固定在所述长轴承套上，所述圆锥轴承的外圈的底部顶住所述外套，所述承载碟簧的顶部顶住所述圆锥轴承的内圈，所述承载碟簧的底部顶住所述挡圈，所述挡圈位于所述内套的底部且顶住相邻轴承组件内套的顶部；
所述的预紧调节装置是由预紧轴承、预紧碟簧、圆螺母、所述上轴承套组成；
所述主轴的两端都设有油孔，在主轴的上端还设有能消除支承节内腔热膨胀和自动加油的橡胶膨胀套；
在所述外壳内与长轴承套之间设有水道，以保证钻井液正常通过。
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