CN113464547B - 一种导向工具的轴向载荷传递装置 - Google Patents

一种导向工具的轴向载荷传递装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种导向工具的轴向载荷传递装置，包括外壳、承载座、轴体、安装架、弹性件、轴向推力轴承、径向扶正轴承以及弹性座，其中：安装架套设于轴体上，弹性件两端分别与安装架以及承载座固定连接；轴向推力外圈端面与安装架抵接，内圈端面与轴体一轴肩抵接，以供承载端承受的轴向载荷传递至安装架；安装架承载的轴向载荷通过弹性座、承载座传递至外壳。本发明中，安装架和轴体间分别以轴向推力轴承和径向扶正轴承连接，轴体受载荷会作用于安装架，然后通过弹性座将轴向载荷传递至承载座和外壳，避免驱动端承受来自于承载端的振动和冲击，减少偏置机构运行过程中受到的干扰，提高工具使用寿命。

Description

一种导向工具的轴向载荷传递装置
技术领域
本发明涉及石油钻采技术领域，具体的涉及一种导向工具的轴向载荷传递装置。
背景技术
目前，随着油气勘探开发逐渐向非常规、低渗透、深层、深水等复杂难动用油气藏领域发展，井眼轨迹智能控制的难题逐步显现。针对该问题，各大石油公司都推出了各自的智能旋转导向钻井工具，其中，具有代表性的指向式旋转导向工具在工作时，主轴会受到剧烈的振动与冲击载荷，从而导致导向工具中的偏置机构的运行受到极大干扰，直接影响工具的造斜性能；且工具中的组合轴承等易损部件在长期的振动冲击载荷下可能产生疲劳失效，带来极大的安全隐患。
因此，在旋转导向工具中，需要设计合理的轴向载荷传递装置，将钻头处的轴向载荷传递至导向工具外壳上，避开偏置机构一定距离后再传递到上部钻柱上，从而实现对导向工具中关键的偏置机构的保护，同时维持主轴的正常旋转钻进，提高钻井旋转导向工具的工作稳定性和导向高效性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供导向工具的轴向载荷传递装置，用于解决现有技术中主轴受载荷直接作用于偏置机构的问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案如下：一种导向工具的轴向载荷传递装置，其包括外壳、承载座、轴体、安装架、弹性件、轴向推力轴承、径向扶正轴承以及弹性座，其中：所述外壳呈筒形，所述承载座固定设置在所述外壳中，所述承载座具有一承载面，所述轴体贯穿所述承载座，所述轴体包括两相对设置的驱动端和承载端，所述驱动端用于连接驱动所述轴体转动的动力源，所述承载端用于承受大致指向所述驱动端的载荷；所述安装架套设于所述轴体上，所述弹性件两端分别与所述安装架以及所述承载座固定连接；所述轴向推力外圈端面与所述安装架抵接，内圈端面与所述轴体一轴肩抵接，以供所述承载端承受的轴向载荷传递至所述安装架，所述径向扶正轴承外圈与所述安装架过盈配合，内圈与所述轴体过盈配合，以供所述承载端承受的径向载荷传递至所述安装架；所述弹性座设置在所述承载面与所述安装架之间，所述安装架承载的轴向载荷通过所述弹性座、所述承载座传递至所述外壳。
优选的，所述安装架包括承载块和安装块，所述承载块内周面与所述轴体件以所述径向扶正轴承连接，所述承载块一端面与所述轴体间以所述轴向推力轴承连接，所述安装块与所述承载块固定连接。
优选的，所述轴向推力轴承内圈一端与所述轴体抵接，另一端与所述径向扶正轴承内圈一端面抵接。
优选的，所述弹性座还设置在所述安装块和所述轴向推力轴承之间，所述弹性座两端面分别与所述轴向推力轴承以及所述连接块抵接，以将所述轴向推力轴承抵压于所述承载块一侧。
优选的，所述安装块与所述承载块连接端面处、所述承载座与所述外壳连接侧面处分别设置O型密封圈，与所述轴向推力轴承抵接的所述弹性座与所述连接块之间设置唇形密封圈，以使所述安装架与所述承载座合围形成第一密封腔。
优选的，所述轴向推力轴承和所述径向扶正轴承均为pdc轴承。
优选的，所述导向工具的轴向载荷传递装置还包括密封组件，所述密封组件包括密封筒、旋转环、挠性密封件以及固定件，所述密封筒与所述外壳固定连接，所述旋转环与所述密封筒之间以轴承连接，所述固定件与所述轴体固定连接，所述挠性密封件两端分别与所述固定件以及所述旋转环连接，使所述轴体旋转时带动所述固定件、所述挠性密封件以及所述旋转环旋转。
优选的，所述密封组件还包括密封底座以及密封端盖，所述密封座与所述密封筒固定连接，所述密封座与所述密封端盖固定连接，且所述密封座与所述密封端盖之间设置于所述旋转环抵接的唇形密封圈。
优选的，所述固定件包括压紧环以及抵压块，所述压紧环外侧面具有呈两侧向中间拱起的两斜面，所述压紧环内侧周面与所述轴体抵接，两所述抵压块分别与两所述斜面抵接，两所述抵压块之间以螺栓连接，以使所述压紧环沿径向形变抵紧于所述轴体，所述压紧环与所述轴体件还设置有O型密封圈，以使所述压紧环、所述抵压块、所述挠性密封件、所述密封端盖、所述密封筒、所述承载座以及所述安装架合围形成第二密封腔。
优选的，所述弹性座包括安装底座、承载弹簧以及限位销，所述安装底座一端面开设沿周向设置的多个安装孔，所述安装孔中设置所述承载弹簧和所述限位销，所述承载弹簧两端分别与所述安装孔底部以及所述限位销抵接。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：安装架和轴体间分别以轴向推力轴承和径向扶正轴承连接，轴体受载荷会作用于安装架，然后通过弹性座将轴向载荷传递至承载座和外壳，避免驱动端承受来自于承载端的振动和冲击，减少偏置机构运行过程中受到的干扰，提高工具使用寿命。
附图说明
图1是本发明提供的导向工具的轴向载荷传递装置的剖视图；
图2是图1中A处的局部放大图；
图3是图1中B处的局部放大图；
附图标记：1-外壳、2-承载座、3-轴体、4-安装架、5-弹性件、6-轴向推力轴承、7-径向扶正轴承、8-弹性座、9-密封组件、10a-O型密封圈、10b-唇形密封圈、1a-第一密封腔、9a-第二密封腔、31-驱动端、32-承载端、41-承载块、42-安装块、81-安装底座、82-承载弹簧、83-限位销、91-密封筒、92-旋转环、93-挠性密封件、94-固定件、95-密封底座、96-密封端盖、811-安装孔、941-压紧环、942-抵压块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本实施例提供了一种导向工具的轴向载荷传递装置，其包括外壳1、承载座2、轴体3、安装架4、弹性件5、轴向推力轴承6、径向扶正轴承7以及弹性座8，外壳1用于支撑和连接其他构件，承载座2用于将轴体3轴向载荷传递至外壳1，轴体3旋转并带动钻头转动，安装架4用于安装轴向推力轴承6和径向扶正轴承7，轴向推力轴承6将轴体3承受的轴向载荷传递至承载座2，径向扶正轴承7将轴体3承受的径向载荷传递至承载座2，弹性座8用于弹性支撑承载座2和安装架4，其中：
外壳1呈筒形，承载座2固定设置在外壳1中，本实施例中，承载座2与外壳1间以螺纹连接固定，承载座2具有一承载面，轴体3贯穿承载座2，轴体3包括两相对设置的驱动端31和承载端32，驱动端31用于连接驱动轴体3转动的动力源，承载端32用于连接钻头并承受大致指向驱动端31的载荷。
安装架4套设于轴体3上，弹性件5两端分别与安装架4以及承载座2固定连接。具体来说，安装架4包括承载块41和安装块42，承载块41内周面与轴体3件以径向扶正轴承7连接，承载块41一端面与轴体3间以轴向推力轴承6连接，且该端面固定连接安装块42。弹性件5一般采用橡胶材料制造，其与承载座2以及承载块41之间采用压紧垫环和紧固螺栓的组合进行连接，且弹性件5可以在原有形态的基础上存在一定程度的轴向和径向伸缩，因此可保证在轴体3偏置的情况下，仍能有稳定可靠的密封性能。
轴向推力外圈端面与安装架4抵接，内圈端面与轴体3一轴肩抵接，以供承载端32承受的轴向载荷传递至安装架4，径向扶正轴承7外圈与安装紧挨过盈配合，内圈与轴体3过盈配合，以供承载端32承受的径向载荷传递至安装架4。具体来说，轴向推力轴承6内圈一端与轴体3抵接，另一端与径向扶正轴承7内圈一端面抵接。
作为优选的实施例，轴向推力轴承6和径向扶正轴承7均为pdc轴承，pdc轴承可以承受更大的载荷，更适用于石油钻采这样的高负载场景。
作为优选的实施例，安装块42与承载块41连接端面处、承载座2与外壳1连接侧面处分别设置O型密封圈10a，与轴向推力轴承6抵接的弹性座8与连接块之间设置唇形密封圈10b，以使安装架4与承载座2合围形成第一密封腔1a，其中充满润滑液，对其中的轴向推力轴承6以及径向扶正轴承7进行润滑，另外需要说明的是，在轴体3发生偏置时，径向扶正轴承7内圈和径向扶正轴承7外圈与轴体3发生同步径向位移，保证了与轴体3配合的唇形密封件不受径向挤压，拥有稳定的密封性能。
请参阅图1和图2，弹性座8设置在承载面与安装架4之间，承载端32承载载荷时，安装架4承载的轴向载荷通过弹性座8、承载座2传递至外壳1，承载端32撤去载荷时，弹性座8驱动安装架4向远离承载面的方向移动。具体来说，弹性座8包括安装底座81、承载弹簧82以及限位销83，安装底座81一端面开设沿周向设置的多个安装孔811，安装孔811中设置承载弹簧82和限位销83，承载弹簧82两端分别与安装孔811底部以及限位销83抵接。在振动及冲击工况下，弹性座8能提供缓冲减震的作用。此外，保证在非工作状态下，不受轴向载荷时，承载弹簧82有一定的预压缩量；且在轴向载荷最大时，所有的承载弹簧82都未达到最大压缩状态，且限位销83底面未与沉孔底部接触。在工作状态下，所有的承载弹簧82都相互独立，在偏置时根据轴体3的角度有各自的压缩量，从而保证对轴体3的偏置没有限位影响。
作为优选的实施例，弹性座8还设置在安装块42和轴向推力轴承6之间，弹性座8两端面分别与轴向推力轴承6以及连接块抵接，以将轴向推力轴承6抵压于承载块41一侧，在承载端32不承受载荷时，使轴向推力轴承6保持贴合于承载块41。
请参阅图1和图3，作为优选的实施例，该导向工具的轴向载荷传递装置还包括密封组件9，密封组件9包括密封筒91、旋转环92、挠性密封件93以及固定件94，密封筒91与外壳1固定连接，此处，密封筒91与外壳1件采用螺纹连接，旋转环92与密封筒91之间以轴承连接，此处采用圆锥滚子轴承连接，固定件94与轴体3固定连接，具体来说，固定件94包括压紧环941、抵压块942，压紧环941外侧面具有呈两侧向中间拱起的两斜面，压紧环941内侧周面与轴体3抵接，两抵压块942分别与两斜面抵接，两抵压块942之间以螺栓连接，以使压紧环941沿径向形变抵紧于轴体3，挠性密封件93两端分别与固定件94以及旋转环92连接，使轴体3旋转时带动固定件94、挠性密封件93以及旋转环92旋转。进一步地，密封组件9还包括密封底座95、密封端盖96，密封座与密封筒91固定连接，密封座与密封端盖96固定连接，且密封座与密封端盖96之间设置于旋转环92抵接的唇形密封圈10b。压紧环941与轴体3件还设置有O型密封圈10a，以使压紧环941、抵压块942、挠性密封件93、密封端盖96、密封筒91、承载座2以及安装架4合围形成第二密封腔9a。密封组件9的作用是在安装架4右端形成密闭的第二密封腔9a，保护其中的部件。需要说明的是，挠性密封件93可以在原有形态的基础上存在一定程度的轴向和径向伸缩，可保证在轴体3偏置的情况下，挠性密封件93仍能提供稳定可靠的密封性能，另外，挠性密封件93可以在一定程度上减少轴体3带来的轴向振动冲击对密封座与密封端盖96之间的唇形密封圈10b运行时的密封性能的影响
综上所述，本发明提供的一种导向工具的轴向载荷传递装置，安装架和轴体间分别以轴向推力轴承和径向扶正轴承连接，轴体受载荷会作用于安装架，然后通过弹性座将轴向载荷传递至承载座和外壳，避免驱动端承受来自于承载端的振动和冲击，减少偏置机构运行过程中受到的干扰，提高工具使用寿命。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种导向工具的轴向载荷传递装置，其特征在于，包括外壳、承载座、轴体、安装架、弹性件、轴向推力轴承、径向扶正轴承以及弹性座，其中：
所述外壳呈筒形，所述承载座固定设置在所述外壳中，所述承载座具有一承载面，所述轴体贯穿所述承载座，所述轴体包括两相对设置的驱动端和承载端，所述驱动端用于连接驱动所述轴体转动的动力源，所述承载端用于承受大致指向所述驱动端的载荷；
所述安装架套设于所述轴体上，所述弹性件两端分别与所述安装架以及所述承载座固定连接；
所述轴向推力外圈端面与所述安装架抵接，内圈端面与所述轴体一轴肩抵接，以供所述承载端承受的轴向载荷传递至所述安装架，所述径向扶正轴承外圈与所述安装架过盈配合，内圈与所述轴体过盈配合，以供所述承载端承受的径向载荷传递至所述安装架；
所述弹性座设置在所述承载面与所述安装架之间，所述安装架承载的轴向载荷通过所述弹性座、所述承载座传递至所述外壳。
2.根据权利要求1所述的一种导向工具的轴向载荷传递装置，其特征在于，所述安装架包括承载块和安装块，所述承载块内周面与所述轴体以所述径向扶正轴承连接，所述承载块一端面与所述轴体以所述轴向推力轴承连接，所述安装块与所述承载块固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种导向工具的轴向载荷传递装置，其特征在于，所述轴向推力轴承内圈一端与所述轴体抵接，另一端与所述径向扶正轴承内圈一端面抵接。
4.根据权利要求2所述的一种导向工具的轴向载荷传递装置，其特征在于，所述弹性座还设置在所述安装块和所述轴向推力轴承之间，所述弹性座两端面分别与所述轴向推力轴承以及所述连接块抵接，以将所述轴向推力轴承抵压于所述承载块一侧。
5.根据权利要求4所述的一种导向工具的轴向载荷传递装置，其特征在于，所述安装块与所述承载块连接端面处、所述承载座与所述外壳连接侧面处分别设置O型密封圈，与所述轴向推力轴承抵接的所述弹性座与所述连接块之间设置唇形密封圈，以使所述安装架与所述承载座合围形成第一密封腔。
6.根据权利要求1所述的一种导向工具的轴向载荷传递装置，其特征在于，所述轴向推力轴承和所述径向扶正轴承均为pdc轴承。
7.根据权利要求1所述的一种导向工具的轴向载荷传递装置，其特征在于，所述导向工具的轴向载荷传递装置还包括密封组件，所述密封组件包括密封筒、旋转环、挠性密封件以及固定件，所述密封筒与所述外壳固定连接，所述旋转环与所述密封筒之间以轴承连接，所述固定件与所述轴体固定连接，所述挠性密封件两端分别与所述固定件以及所述旋转环连接，使所述轴体旋转时带动所述固定件、所述挠性密封件以及所述旋转环旋转。
8.根据权利要求7所述的一种导向工具的轴向载荷传递装置，其特征在于，所述密封组件还包括密封底座以及密封端盖，所述密封底座与所述密封筒固定连接，所述密封底座与所述密封端盖固定连接，且所述密封底座与所述密封端盖之间设置于所述旋转环抵接的唇形密封圈。
9.根据权利要求8所述的一种导向工具的轴向载荷传递装置，其特征在于，所述固定件包括压紧环以及抵压块，所述压紧环外侧面具有呈两侧向中间拱起的两斜面，所述压紧环内侧周面与所述轴体抵接，两所述抵压块分别与两所述斜面抵接，两所述抵压块之间以螺栓连接，以使所述压紧环沿径向形变抵紧于所述轴体，所述压紧环与所述轴体还设置有O型密封圈，以使所述压紧环、所述抵压块、所述挠性密封件、所述密封端盖、所述密封筒、所述承载座以及所述安装架合围形成第二密封腔。
10.根据权利要求1、4任一项所述的一种导向工具的轴向载荷传递装置，其特征在于，所述弹性座包括安装底座、承载弹簧以及限位销，所述安装底座一端面开设沿周向设置的多个安装孔，所述安装孔中设置所述承载弹簧和所述限位销，所述承载弹簧两端分别与所述安装孔底部以及所述限位销抵接。
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