CN108361320B - 采用氮气弹簧构建的双通道双向主轴缓冲器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用氮气弹簧构建的双通道双向主轴缓冲器装置，主要由动力头浮动主轴、配气套、氮气弹簧活塞轴、从动齿轮、传力缸套组成。缓冲装置安装在主轴上方单通道轴段与下方双通道配气段分体布置，该装置用于实施冲击回转反循环钻进过程中缓解轴向冲击和振动。本发明采用双液压马达动力驱动，双侧动力驱动，使得扭矩平衡，避免径向力，保运行平稳。本发明体积小，安装和维护方便，结构紧凑，稳定性好，精度高，可以提高钻井效率。

Description

采用氮气弹簧构建的双通道双向主轴缓冲器装置

技术领域

本发明涉及采用液压马达驱动双壁钻杆回转的动力装置，用于反循环旋冲钻进，特别涉及一种缓解主轴轴向冲击振动装置。

背景技术

欧钻（Eurodrill）公司发明一种带有顶部液压冲击器的冲击回转钻进的动力头，实现了主轴浮动，采用液压蓄能器进行缓冲，并使用带有单通道的钻杆，底部无法排渣。国内的相关专利公开号CN 101235704A详细的描述用于钻杆旋转驱动的动力组件结构，但未见配置缓冲结构。

发明内容

本发明提供一种反循环钻进技术中可实际应用的工程钻机动力头设计，设计的氮气弹簧活塞轴可在钻进过程实现主轴的浮动，减缓钻进过程中过载冲击对主轴、轴承、传力缸套等关键零部件造成损坏；动力头设计考虑到反循环排渣方式设计有双通道管路，并配有通入高压气体的通道；结构上分为两个腔室，通有液压油和压缩氮气。主轴与传动轴之间装配有压缩弹簧，对轴承和齿轮等精密零件进一步缓冲井底旋转钻具引起的冲击和振动。

本发明是由双壁钻杆内接头、双壁钻杆外接头、配气连接法兰轴、配气套、配气轴承端盖、外管法兰轴、过渡法兰轴、下浮动轴、氮气弹簧缸、氮气弹簧法兰端盖、上浮动轴、动力头箱体、轴承端盖、从动大齿轮、主动小齿轮、传力缸套、MC尼龙缓冲垫、摆线马达、排渣管过渡接头、排渣管接头组成；

排渣管接头上开有卡槽，可将排渣管扣压在排渣管接头上，并由卡圈卡紧。排渣管接头与轴承座套通过八个均匀分布的螺栓连接，并由轴承组进行支撑，D截面处为外六角形的排渣管过渡接头，排渣管过渡接头上开有卡槽，半圈卡键固定在卡键槽内，轴承组通过半圈卡键进行轴向定位，排渣管接头和六边形排渣管过渡接头之间采用YX密封圈，防止岩渣屑上返过程中进入轴承组中，避免损坏轴承组，轴承座套与六边形排渣管过渡接头之间由毡圈密封。排渣管接头上下两部分接触的平面A，用于轴向中心定位并起到密封效果。排渣管过渡接头和上浮动轴在B处紧密贴靠，起到密封作用。排渣管过渡接头C处内部采用T型螺纹与下方上浮动轴连接；

上浮动轴内壁设计有流线型通道，流线型内壁一方面使得能量损失降到最低，另一方面岩渣屑上返通道口径逐渐缩小起导流作用，使得排渣通畅。上浮动轴与下浮动轴之间留有注入润滑脂的空间E，设计有油杯注入润滑脂，润滑冷却花键。且上浮动轴下端加工有内花键，下浮动轴上端加工有外花键相互配合可以实现浮动传扭。氮气弹簧法兰端盖,氮气弹簧缸,下浮动轴，形成上下两段气液耦合式密封腔F，可以吸收双向轴向载荷，缓冲井底旋转钻具引起的冲击和振动。氮气弹簧法兰端盖和下浮动轴之间安装特瑞堡径向油封防止润滑脂沿着氮气弹簧法兰端盖、下浮动轴之间的缝隙渗漏；安装特瑞堡旋转格来圈，防止压缩氮气沿着氮气弹簧法兰端盖、下浮动轴之间的缝隙渗漏。下浮动轴上设计有活塞结构G，相比普通的活塞结构，整体式活塞更加抗冲击抗荷载。活塞杆上安装有导向环，起到导向作用，安装精度更高；安装特康AQ组合型密封圈，防止上下两气液耦合式腔室相互泄漏，起到活塞旋转、轴向移动的动密封作用。氮气弹簧缸下半部分同样安装有特瑞堡径向油封、特瑞堡旋转格来圈。下浮动轴与过渡法兰轴表面H之间使用左旋螺纹连接传递扭矩，防止螺纹松动。长期使用会导致氮气泄露，将影响缓冲效果，故氮气弹簧缸上下腔均设置有注气单向阀以便于注气维护；

外管法兰轴上设计有凸台I，一方面为外管法兰轴、过渡法兰轴起到轴向定位作用，另一方面形成径向密封结构，确保上返的岩渣屑不会沿着外管法兰轴、过渡法兰轴接触平面流失。外管法兰轴、过渡法兰轴连接上采用八个均布的螺栓螺母结构进行夹紧。配气套考虑到不与外管法兰轴一同转动，安装有对称轴承。安装配气轴承端盖保护轴承，配气套和配气轴承端盖采用八个均布的螺栓连接。配气轴承端盖内环安装有特瑞堡径向油封，防止轴承内部润滑油泄露。上轴承，由外管法兰轴台肩J轴向支撑；下轴承，由半圈卡键和整圈式弹簧配合进行轴向定位。与配气法兰端盖相对应的配气法兰端盖安装有密封毡圈，防止灰尘杂质进入下轴承内部。外管法兰轴为配合配气套工作，开有八个均匀分布的Φ7.5mm孔道K。高压气体沿着双壁钻杆内接头和双壁钻杆外接头形成的通道流入，孔底形成负压，岩渣屑顺着双壁钻杆内接头内部中心通道上返。双壁钻杆内接头和双壁钻杆外接头利用左旋螺纹L连接传递扭矩。双壁钻杆外接头下端开有左旋螺纹M，连接下方双壁钻杆。

本发明的有益效果：

浮动式主轴结构上设计有充有压缩氮气及液压油的气液耦合式浮动缓冲器，在执行冲击回转钻进时能够缓冲一部分钻具给予动力头的反作用力和冲击振动。

排渣通道中，利用上、下浮动轴之间的形成的内孔构成排渣通道，过渡部分构造出光滑、流线型的内腔进行导流，在主轴浮动的状态下也能确保岩渣屑的顺利排除。

采用氮气油液耦合式弹簧缓冲机构，较普通机械式弹簧，具有更长的使用寿命，且便于维护。

采用氮气弹簧缓和大部分冲击载荷后，上浮动轴进一步采用机械压缩弹簧实现缓冲浮动。二者联合使用，使齿轮轴及轴承上的冲击载荷降至很小。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为排渣接头结构示意图。

图3为氮气弹簧结构示意图。

图4为配气套及双壁钻杆连接件部分示意图。

实施方式

请参阅图1至图4所示，本发明是由双壁钻杆内接头1、双壁钻杆外接头2、配气连接法兰轴3、配气套4、配气轴承端盖5、外管法兰轴6、过渡法兰轴7、下浮动轴8、氮气弹簧缸9、氮气弹簧法兰端盖10、上浮动轴11、动力头箱体12、轴承端盖13、从动大齿轮14、主动小齿轮15、传力缸套16、MC尼龙缓冲垫17、摆线马达18 、排渣管过渡接头19、排渣管接头20组成；

排渣管接头20上开有卡槽，可将排渣管扣压在排渣管接头20上，并由卡圈卡紧。排渣管接头20与轴承座套203通过八个均匀分布的螺栓连接，并由轴承组205进行支撑，D截面处为外六角形的排渣管过渡接头19，排渣管过渡接头19上开有卡槽，半圈卡键202固定在卡键槽内，轴承组205通过半圈卡键202进行轴向定位，排渣管接头20和六边形排渣管过渡接头19之间采用YX密封圈204，防止岩渣屑上返过程中进入轴承组205中，避免损坏轴承组205，轴承座套203与六边形排渣管过渡接头19之间由毡圈206密封。排渣管接头20上下两部分接触的平面A，用于轴向中心定位并起到密封效果。排渣管过渡接头19和上浮动轴11在B处紧密贴靠，起到密封作用。排渣管过渡接头19C处内部采用T型螺纹与下方上浮动轴11连接；

上浮动轴11内壁设计有流线型通道P，流线型内壁一方面使得能量损失降到最低，另一方面岩渣屑上返通道口径逐渐缩小起导流作用，使得排渣通畅。上浮动轴11与下浮动轴8之间留有注入润滑脂的空间E，设计有油杯302注入润滑脂，润滑冷却花键303。且上浮动轴11下端加工有内花键303，下浮动轴8上端加工有外花键303相互配合可以实现浮动传扭。氮气弹簧法兰端盖10, 氮气弹簧缸9,下浮动轴8，形成上下两段气液耦合式密封腔F，可以吸收双向轴向载荷，缓冲井底旋转钻具引起的冲击和振动。氮气弹簧法兰端盖10和下浮动轴8之间安装特瑞堡径向油封304防止润滑脂沿着氮气弹簧法兰端盖10、下浮动轴8之间的缝隙渗漏；安装特瑞堡旋转格来圈305，防止压缩氮气沿着氮气弹簧法兰端盖10、下浮动轴8之间的缝隙渗漏。下浮动轴8上设计有活塞结构G，相比普通的活塞结构，整体式活塞更加抗冲击抗荷载。活塞杆上安装有导向环306，起到导向作用，安装精度更高；安装特康AQ组合型密封圈307，防止上下两气液耦合式腔室相互泄漏，起到活塞旋转、轴向移动的动密封作用。氮气弹簧缸9下半部分同样安装有特瑞堡径向油封304、特瑞堡旋转格来圈305。下浮动轴8与过渡法兰轴7表面H之间使用左旋螺纹连接传递扭矩，防止螺纹松动。长期使用会导致氮气泄露，将影响缓冲效果，故氮气弹簧缸9上下腔均设置有注气单向阀308以便于注气维护；

外管法兰轴6上设计有凸台I，一方面为外管法兰轴6、过渡法兰轴7起到轴向定位作用，另一方面形成径向密封结构，确保上返的岩渣屑不会沿着外管法兰轴6、过渡法兰轴7接触平面流失。外管法兰轴6、过渡法兰轴7连接上采用八个均布的螺栓螺母结构401进行夹紧。配气套4考虑到不与外管法兰轴6一同转动，安装有对称轴承。安装配气轴承端盖5保护轴承，配气套4和配气轴承端盖5采用八个均布的螺栓403连接。配气轴承端盖5内环安装有特瑞堡径向油封402，防止上轴承404内部润滑油泄露。上轴承404，由外管法兰轴6台肩J轴向支撑；下轴承405，由半圈卡键406和整圈式弹簧配合进行轴向定位。与配气法兰端盖5相对应的配气法兰端盖安装有密封毡圈407，防止灰尘杂质进入下轴承405内部。外管法兰轴6为配合配气套4工作，开有八个均匀分布的Φ7.5mm孔道K。高压气体沿着双壁钻杆内接头1和双壁钻杆外接头2形成的通道流入，孔底形成负压，岩渣屑顺着双壁钻杆内接头1内部中心通道上返。双壁钻杆内接头1和双壁钻杆外接头2利用左旋螺纹L连接传递扭矩。双壁钻杆外接头2下端开有左旋螺纹M，连接下方双壁钻杆。

Claims (1)

1.一种采用氮气弹簧构建的双通道双向主轴缓冲器，其特征为：由双壁钻杆内接头（1）、双壁钻杆外接头（2）、配气连接法兰轴（3）、配气套（4）、配气轴承端盖（5）、外管法兰轴（6）、过渡法兰轴（7）、下浮动轴（8）、氮气弹簧缸（9）、氮气弹簧法兰端盖（10）、上浮动轴（11）、动力头箱体（12）、轴承端盖（13）、从动大齿轮（14）、主动小齿轮（15）、传力缸套（16）、MC尼龙缓冲垫（17）、摆线马达（18）、排渣管过渡接头（19）、排渣管接头（20）组成；

排渣管接头（20）上开有卡槽，可将排渣管扣压在排渣管接头（20）上，并由卡圈卡紧,排渣管接头（20）与轴承座套（203）通过八个均匀分布的螺栓连接，并由轴承组（205）进行支撑，D截面处为外六角形的排渣管过渡接头（19），排渣管过渡接头（19）上开有卡槽，半圈卡键（202）固定在卡键槽内，轴承组（205）通过半圈卡键（202）进行轴向定位，排渣管接头（20）和六边形排渣管过渡接头（19）之间采用YX密封圈（204），防止岩渣屑上返过程中进入轴承组（205）中，避免损坏轴承组（205），轴承座套（203）与六边形排渣管过渡接头（19）之间由毡圈（206）密封,排渣管接头（20）上下两部分接触的平面A，用于轴向中心定位并起到密封效果,排渣管过渡接头（19）和上浮动轴（11）在B处紧密贴靠，起到密封作用,排渣管过渡接头（19）C处内部采用T型螺纹与下方上浮动轴（11）连接；

上浮动轴（11）内壁设计有流线型通道P，流线型内壁一方面使得能量损失降到最低，另一方面岩渣屑上返通道口径逐渐缩小起导流作用，使得排渣通畅,上浮动轴（11）与下浮动轴（8）之间留有注入润滑脂的空间E，设计有油杯（302）注入润滑脂，用来冷却花键（303），且上浮动轴（11）下端加工有花键（303），下浮动轴（8）上端加工有花键（303）相互配合可以实现浮动传扭，氮气弹簧法兰端盖（10）, 氮气弹簧缸（9）,下浮动轴（8），形成上下两段气液耦合式密封腔F，可以吸收双向轴向载荷，缓冲井底旋转钻具引起的冲击和振动，氮气弹簧法兰端盖（10）和下浮动轴（8）之间安装特瑞堡径向油封（304）防止润滑脂沿着氮气弹簧法兰端盖（10）、下浮动轴（8）之间的缝隙渗漏；安装特瑞堡旋转格来圈（305），防止压缩氮气沿着氮气弹簧法兰端盖（10）、下浮动轴（8）之间的缝隙渗漏，下浮动轴（8）上设计有活塞结构G，相比普通的活塞结构，整体式活塞更加抗冲击抗荷载，活塞杆上安装有导向环（306），起到导向作用，安装精度更高；安装特康AQ组合型密封圈（307），防止上下两气液耦合式腔室相互泄漏，起到活塞旋转、轴向移动的动密封作用,氮气弹簧缸（9）下半部分同样安装有特瑞堡径向油封（304）、特瑞堡旋转格来圈（305），下浮动轴（8）与过渡法兰轴（7）表面H之间使用左旋螺纹连接传递扭矩，防止螺纹松动,长期使用会导致氮气泄露，将影响缓冲效果，故氮气弹簧缸（9）上下腔均设置有注气单向阀（308）以便于注气维护；

外管法兰轴（6）上设计有凸台（I)，一方面为外管法兰轴（6）、过渡法兰轴（7）起到轴向定位作用，另一方面形成径向密封结构，确保上返的岩渣屑不会沿着外管法兰轴（6）、过渡法兰轴（7）接触平面流失,外管法兰轴（6）、过渡法兰轴（7）连接上采用八个均布的螺栓螺母结构401进行夹紧;

配气套（4）考虑到不与外管法兰轴（6）一同转动，安装有对称轴承,安装配气轴承法兰端盖（5）保护轴承，配气套（4）和配气轴承法兰端盖（5）采用八个均布的螺栓（403）连接,配气轴承法兰端盖（5）内环安装有特瑞堡径向油封（402），防止上轴承（404）内部润滑油泄露;

上轴承（404），由外管法兰轴（6）台肩J轴向支撑；下轴承（405），由半圈卡键（406）和整圈式弹簧配合进行轴向定位,配气轴承法兰端盖（5）安装有密封毡圈（407），防止灰尘杂质进入下轴承（405）内部。外管法兰轴（6）为配合配气套（4）工作，开有八个均匀分布的Φ7.5mm孔道K,高压气体沿着双壁钻杆内接头（1）和双壁钻杆外接头（2）形成的通道流入，孔底形成负压，岩渣屑顺着双壁钻杆内接头（1）内部中心通道上返,双壁钻杆内接头（1）和双壁钻杆外接头（2）利用左旋螺纹L连接传递扭矩。双壁钻杆外接头（2）下端开有左旋螺纹M。