CN112879419B - 一种井底马达泡沫金属调节pdc推力轴承组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井底马达泡沫金属调节PDC推力轴承组,包括若干个沿钻井的转轴的轴向分布的PDC推力轴承机构,PDC推力轴承机构包括静垫圈、动垫圈和两个间隔套设在转轴上的PDC轴承,同一PDC推力轴承机构中的两个PDC轴承的动圈相互靠近且夹设有泡沫金属调节垫片和动外圈垫片,动垫圈设置位于两个PDC轴承与转轴之间,动垫圈夹设在两个相邻的动外圈垫片之间,静垫圈套设在两个PDC轴承外且与两个PDC轴承中的静圈紧密接触,PDC轴承的静圈上设置有静外圈垫片,静垫圈夹设在两个相邻的静外圈垫片之间。本发明能够将轴向载荷均摊到PDC推力轴承组各对PDC推力轴承上,提高了PDC推力轴承组的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及钻井工程井底马达技术领域,特别是涉及一种井底马达泡沫金属调节PDC推力轴承组。
背景技术
钻井工程井底马达,尤其是涡轮马达(也称涡轮钻具),是在油气(包括常规石油天然气、页岩气、天然气水合物等)钻井、地热钻井、干热岩钻井、科学钻探等提速的关键工具。涡轮钻具是将液能转变为机械能的井底马达,其输出转速一般高度达数百转至一千多转每分钟。
为了减小起下钻的额外工作量,一般要求井底马达(包括涡轮钻具)有尽可能高的使用寿命和可靠性。其输出端承担轴向载荷的推力轴承组是决定涡轮钻具可靠性及寿命的关键部件,数十年来各国都致力于该推力轴承组的研发工作。普通的推力球轴承组在钻井工程高转速、高固相泥浆环境、大轴向载荷、动载的恶劣工况下往往寿命很低,制约涡轮钻具的使用。近些年来发展了PDC平面轴承,通过设计合理PDC轴承组达到了大幅增加涡轮钻具整机寿命的目的。
除PDC片本身的质量外,PDC轴承组有两大核心问题:一是承担井下几吨至数十吨的轴向载荷,一对PDC轴承无法独立完成,需要根据不同工况由几对甚至十对以上的PDC轴承并联完成,每对轴承承受1/N的轴向载荷;二是该并联轴承组在装配时就要做到各对轴承承受同样的预紧载荷,但零件加工和装配过程中均存在公差,故现有的PDC轴承组无法将动载荷均摊到各对PDC轴承上,造成承受较大载荷的PDC轴承容易发生损坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种井底马达泡沫金属调节PDC推力轴承组,以解决上述现有技术存在的问题,将轴向载荷均摊到PDC推力轴承组各对PDC推力轴承上,提高PDC推力轴承组的使用寿命。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明提供了一种井底马达泡沫金属调节PDC推力轴承组,包括若干个沿钻井的转轴的轴向分布的PDC推力轴承机构,所述PDC推力轴承机构包括静垫圈、动垫圈和两个间隔套设在所述转轴上的PDC轴承,同一所述PDC推力轴承机构中的两个所述PDC轴承的动圈相互靠近且夹设有泡沫金属调节垫片和动外圈垫片,所述动垫圈设置位于两个所述PDC轴承与所述转轴之间,所述动垫圈夹设在两个相邻的所述动外圈垫片之间,所述静垫圈套设在两个所述PDC轴承外且与两个所述PDC轴承中的静圈紧密接触,所述PDC轴承的静圈上设置有静外圈垫片,所述静垫圈夹设在两个相邻的所述静外圈垫片之间。
优选的,一个所述PDC推力轴承机构中包括一个所述泡沫金属调节垫片和一个所述动外圈垫片,所述泡沫金属调节垫片一端与一个所述PDC轴承的动圈紧密贴合、另一端与所述动外圈垫片的一端紧密贴合,所述动外圈垫片的另一端与另一个所述PDC轴承的动圈紧密贴合。
优选的,所述泡沫金属调节垫片的设置位置根据所述转轴所受到的轴向载荷的方向确定;一个所述PDC推力轴承机构中由所述动外圈垫片至所述泡沫金属调节垫片的方向与所述轴向载荷的方向相同。
优选的,一个所述PDC推力轴承机构中包括两个所述泡沫金属调节垫片和一个所述动外圈垫片,所述泡沫金属调节垫片一端与一个所述PDC轴承的动圈紧密贴合、另一端与所述动外圈垫片的一端紧密贴合,所述动外圈垫片的另一端与另一个所述泡沫金属调节垫片的一端紧密贴合,另一个所述泡沫金属调节垫片的另一端与另一个所述PDC轴承的动圈紧密贴合。
优选的,所述PDC轴承的动圈与同一所述PDC推力轴承机构中的所述静垫圈之间存在缝隙,所述PDC轴承的静圈与同一所述PDC推力轴承机构中的所述动垫圈之间存在缝隙。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:
本发明的井底马达泡沫金属调节PDC推力轴承组能够将轴向载荷均摊到PDC推力轴承组各对PDC推力轴承上;泡沫金属调节垫片可以很好地起到对动载的缓冲作用,充分利用PDC材料的高硬度,避开了PDC材料抗冲击载荷能力差的技术特点,提高了PDC推力轴承组的使用寿命。本发明的井底马达泡沫金属调节PDC推力轴承组结构简单,简单的机械结构极大提高了井下作业的可靠性,并在一定程度上降低成本,有利于大范围推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明井底马达泡沫金属调节PDC推力轴承组的结构示意图;
其中:100、井底马达泡沫金属调节PDC推力轴承组;1、转轴;2、静外圈垫片;3、动垫圈;4、第一PDC轴承静圈;5、第一PDC轴承动圈;6、静垫圈;7、泡沫金属调节垫片;8、动外圈垫片;9、第二PDC轴承动圈;10、第二PDC轴承静圈;11、PDC块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种井底马达泡沫金属调节PDC推力轴承组,以解决上述现有技术存在的问题,将轴向载荷均摊到PDC推力轴承组各对PDC推力轴承上,提高PDC推力轴承组的使用寿命。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示:本实施例提供了一种井底马达泡沫金属调节PDC推力轴承组100,包括若干个沿钻井的转轴1的轴向分布的PDC推力轴承机构,PDC推力轴承机构包括静垫圈6、动垫圈3和两个间隔套设在转轴1上的PDC轴承,分别为第一PDC轴承和第二PDC轴承,第一PDC轴承动圈5和第二PDC轴承动圈9相互靠近且两者之间夹设有泡沫金属调节垫片7和动外圈垫片8,动垫圈3设置位于两个PDC轴承与转轴1之间,动垫圈3夹设在两个相邻的动外圈垫片8之间,静垫圈6套设在两个PDC轴承外且与两个PDC轴承中的静圈紧密接触,第一PDC轴承静圈4和第二PDC轴承静圈10上设置有静外圈垫片2,静垫圈6夹设在两个相邻的静外圈垫片2之间。
PDC轴承的动圈与同一PDC推力轴承机构中的静垫圈6之间存在缝隙,PDC轴承的静圈与同一PDC推力轴承机构中的动垫圈3之间存在缝隙。同一PDC轴承的动圈和静圈之间夹设有PDC块11,上述两个缝隙和PDC块11之间的缝隙用于放置润滑油。
一个PDC推力轴承机构中包括一个泡沫金属调节垫片7和一个动外圈垫片8,泡沫金属调节垫片7一端与一个PDC轴承的动圈紧密贴合、另一端与动外圈垫片8的一端紧密贴合,动外圈垫片8的另一端与另一个PDC轴承的动圈紧密贴合。
本实施例井底马达泡沫金属调节PDC推力轴承组100的工作原理如下:
泡沫金属调节垫片7兼顾金属和弹性材料的特性,当轴向载荷超过一定下限阈值时开始小幅度弹性变形,当达到一定上限阈值时出现溃变。其工作范围在上、下阈值之间。可替代复杂的减震、调节结构,大幅提高了PDC轴承组的可靠性、降低了成本。即当轴向载荷超过一定阈值时出现弹性变形,起到装配调节作用,弥补机加工的工差,实现工具下井前各对PDC轴承的均载。
需要注意的是,一个PDC推力轴承机构中泡沫金属调节垫片7的数量和相对同一PDC推力轴承机构中动外圈垫片8的安装位置需要根据转轴1所受到的轴向载荷的方向确定。如,在本实施例中是根据转轴1所受到的轴向载荷的为井底的作用力,即转轴1所受到的轴向载荷的方向竖直向上,故本实施例中将同一PDC推力轴承机构中只设置有一个泡沫金属调节垫片7,且泡沫金属调节垫片7位于同一PDC推力轴承机构中动外圈垫片8的上方。具体应用时,如果转轴1所受到的轴向载荷的方向竖直向下,则需要适应性地使泡沫金属调节垫片7位于同一PDC推力轴承机构中动外圈垫片8的下方,即PDC推力轴承机构中由动外圈垫片8至泡沫金属调节垫片7的方向与轴向载荷的方向相同。
如若转轴1所受到的轴向载荷的方向可能竖直向上也可能竖直向下,即双向的话,则在动外圈垫片8的上下两侧分别设置一个泡沫金属调节垫片7,即一个PDC推力轴承机构中包括两个泡沫金属调节垫片7和一个动外圈垫片8,泡沫金属调节垫片7一端与一个PDC轴承的动圈紧密贴合、另一端与动外圈垫片8的一端紧密贴合,动外圈垫片8的另一端与另一个泡沫金属调节垫片7的一端紧密贴合,另一个泡沫金属调节垫片7的另一端与另一个PDC轴承的动圈紧密贴合。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“顶”、“底”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (2)
1.一种井底马达泡沫金属调节PDC推力轴承组,其特征在于:包括若干个沿钻井的转轴的轴向分布的PDC推力轴承机构,所述PDC推力轴承机构包括静垫圈、动垫圈和两个间隔套设在所述转轴上的PDC轴承,同一所述PDC推力轴承机构中的两个所述PDC轴承的动圈相互靠近且夹设有泡沫金属调节垫片和动外圈垫片,所述动垫圈设置位于两个所述PDC轴承与所述转轴之间,所述动垫圈夹设在两个相邻的所述动外圈垫片之间,所述静垫圈套设在两个所述PDC轴承外且与两个所述PDC轴承中的静圈紧密接触,所述PDC轴承的静圈上设置有静外圈垫片,所述静垫圈夹设在两个相邻的所述静外圈垫片之间;一个所述PDC推力轴承机构中包括一个或两个所述泡沫金属调节垫片和一个所述动外圈垫片;
一个所述PDC推力轴承机构中包括一个所述泡沫金属调节垫片时,所述泡沫金属调节垫片一端与一个所述PDC轴承的动圈紧密贴合、另一端与所述动外圈垫片的一端紧密贴合,所述动外圈垫片的另一端与另一个所述PDC轴承的动圈紧密贴合,且所述泡沫金属调节垫片的设置位置根据所述转轴所受到的轴向载荷的方向确定;一个所述PDC推力轴承机构中由所述动外圈垫片至所述泡沫金属调节垫片的方向与所述轴向载荷的方向相同;
一个所述PDC推力轴承机构中包括两个所述泡沫金属调节垫片时,所述泡沫金属调节垫片一端与一个所述PDC轴承的动圈紧密贴合、另一端与所述动外圈垫片的一端紧密贴合,所述动外圈垫片的另一端与另一个所述泡沫金属调节垫片的一端紧密贴合,另一个所述泡沫金属调节垫片的另一端与另一个所述PDC轴承的动圈紧密贴合。
2.根据权利要求1所述的井底马达泡沫金属调节PDC推力轴承组,其特征在于:所述PDC轴承的动圈与同一所述PDC推力轴承机构中的所述静垫圈之间存在缝隙,所述PDC轴承的静圈与同一所述PDC推力轴承机构中的所述动垫圈之间存在缝隙。
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