CN113915294A - 涡轮钻具减速器和具有该减速器的涡轮钻具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涡轮钻具减速器和具有该减速器的涡轮钻具。涡轮钻具减速器包括：上接头总成，包括输入轴和偏心轴，输入轴与涡轮钻具减速器同轴，偏心轴具有与涡轮钻具减速器同轴并与输入轴连接的第一轴段和相对于涡轮钻具减速器偏心设置的第二轴段；减速总成，包括与第二轴段同轴并连接的转子和套在转子上并与涡轮钻具减速器同轴的定子，转子构造成旋转时，其中心轴线绕定子的中心轴线公转，同时转子绕自身中心轴线自转，定子的至少与转子接合的部分是弹性的；连接轴总成，其第一端与转子同轴并连接，第二端与涡轮钻具减速器同轴；以及下接头总成，包括与连接轴总成的第二端同轴并连接的输出轴。

Description

涡轮钻具减速器和具有该减速器的涡轮钻具

技术领域

本发明涉及油气井工程领域，尤其涉及涡轮钻具减速器和具有该减速器的涡轮钻具。

背景技术

深井、超深井的井下温度很高且压力很大，常规钻具中的螺杆上的定子橡胶材料在井下高温高压环境中容易产生橡胶老化的情况，缩短钻具的使用寿命，且采用此类钻具进行钻井会产生较大振动，所钻井眼容易出现不规则的情况，钻井效率低，不能满足深井、超深井小井眼钻井要求。此外，钻具转速高、扭矩低，钻进时对钻头磨损较大，且效率低。因此，需要减速器对钻具进行减速增扭矩，提高钻井效率。但目前已知的钻具减速器多为多级行星齿轮减速器，这种该减速器的直径较大，强度较低，不能满足小直径钻具减速、增扭的要求。

发明内容

本发明旨在提供一种至少能解决上述部分技术问题的涡轮钻具减速器。

本发明还旨在提供一种应用上述改进的涡轮钻具减速器的涡轮钻具。

根据本发明的实施例，提供了一种涡轮钻具减速器，包括：上接头总成，包括输入轴和偏心轴，输入轴与涡轮钻具减速器同轴，偏心轴具有与涡轮钻具减速器同轴并与输入轴连接的第一轴段和相对于涡轮钻具减速器偏心设置的第二轴段；减速总成，包括与第二轴段同轴并连接的转子和套在转子上并与涡轮钻具减速器同轴的定子，转子构造成旋转时，其中心轴线绕定子的中心轴线公转，同时转子绕自身中心轴线自转，定子的至少与转子接合的部分是弹性的；连接轴总成，其第一端与转子同轴并连接，第二端与涡轮钻具减速器同轴；以及下接头总成，包括与连接轴总成的第二端同轴并连接的输出轴。

在一些实施例中，所述转子构造成：从横截面上看，所述转子具有多个绕转子的中心轴线布置的突起，相邻第一突起之间形成凹部；从纵截面上看，所述转子的突起和凹部沿所述转子的纵向布置并连接。

在一些实施例中，所述定子的弹性部分构造成：从横截面上看，所述弹性部分的朝向所述转子的内壁形成多个绕所述定子的中心轴线布置的凹部，相邻两个凹部之间形成突起，其中所述弹性部分的凹部数量大于所述转子的突起的数量；从纵截面上看，所述弹性部分的凹部和突起沿所述定子的纵向布置并连接。

在一些实施例中，从所述转子的横截面上看，所述转子的突起的数量为N个，从所述定子的横截面上看，所述定子的弹性部分的凹部的数量为N+1个。

在一些实施例中，所述定子的弹性部分构造成套在所述转子上的弹性衬套，所述定子还包括套在所述弹性衬套上并被夹在所述上接头总成与所述连接轴总成之间的定子壳体。

在一些实施例中，上接头总成包括：调整套，其与涡轮钻具减速器同轴并套在输入轴上；上扶正轴承，其与涡轮钻具减速器同轴并套在偏心轴的第一轴段上；以及分流套，其与涡轮钻具减速器同轴并套在偏心轴的第二轴段上；其中，上扶正轴承被夹在调整套与分流套之间。

在一些实施例中，上扶正轴承包括：第一层，其套在偏心轴的第一轴段上并夹在输入轴与偏心轴的第二轴段之间；第二层，其形成在第一层的外周上并限定出多个相互连通的分流流道；第三层，其形成在第二层的外周上；第四层，其形成在第三层的外周上并限定出多个沿涡轮钻具减速器的纵向延伸的流道；以及第五层，其形成在第四层的外周上并被夹在调整套与分流套之间。

在一些实施例中，分流套具有与上扶正轴承的第二层的多个分流流道和第四层的纵向流道相连通的开孔。

在一些实施例中，上接头总成包括套在输入轴上的上接头，调整套被夹在上接头与上扶正轴承之间。

在一些实施例中，连接轴总成包括：第一接头，其与转子同轴并连接；第二接头，其与第一接头铰接；第三接头，其与第二接头铰接，第三接头的至少一部分与涡轮钻具减速器同轴并与输出轴连接。

在一些实施例中，下接头总成包括：下扶正轴承，其套在输出轴上；挡流套，其套在输出轴上并被夹在连接轴总成与下扶正轴承之间；轴套，其套在输出轴上并与输出轴接合；下接头，其套在轴套上并与减速总成接合。

在一些实施例中，下扶正轴承包括：第一层，其套在输出轴上并被夹在挡流套与轴套之间；第二层，其形成在第一层的外周上并限定出多个相互连通的分流流道；第三层，其形成在第二层的外周上并被夹在挡流套与下接头之间。

在一些实施例中，轴套与下接头之间形成与第二层的分流流道连通的间隔，轴套具有与间隔连通的开孔。

根据本发明的实施例，还提供了一种涡轮钻具，包括前述的涡轮钻具减速器。

根据本发明的涡轮钻具减速器利用转子螺杆旋转设置偏心度，从而形成摆线行星减速器。当涡轮钻具工作时，轮节输出转速为n₁，输出扭矩为T₁，涡轮钻具减速器将涡轮节输出的动力通过偏心轴带动转子旋转。转子在旋转时，其自身中心轴线绕定子的中心轴线公转，同时，受转子轮廓与定子的弹性衬套的内周轮廓的相互作用的影响，转子也绕自身的中心轴线自转。由于转子为多头摆线单螺杆，设转子头数(即从转子横截面上看突起的数量)为N，则定子的头数(即定子的从横截面上看在弹性衬套的内周形成的凹部的数量)为N+1。根据单螺杆机械工作理论，设公转转速为n_公＝n₁，则转子的自转转速为n_自＝n₁/N。涡轮钻具减速器将转子的自转转速和扭矩传递给输出轴，再经减速器的轴套将动力传递给支承节主轴，从而带动钻头旋转破岩。根据能量守恒原理，涡轮钻具减速器的输出转速n₂＝n₁/N，则输出扭矩T₂＝NT₁。

本发明的涡轮钻具减速器用转子螺杆代替了现有涡轮钻具减速器中的行星齿轮，缩小了工具外径并缩短了工具长度，同时增加了减速比。此外，螺杆定子可以用耐高温的金属材料制作，解决了深井、超深井井下温度高使得橡胶材料容易老化且使用寿命低的问题。

本发明的优选特征部分在下文描述，部分可通过阅读本文而明白。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本公开的实施例，其中：

图1示出了根据本发明实施例的涡轮钻具减速器的示意图；

图2示出了根据本发明实施例的涡轮钻具减速器中上接头总成的示意图；

图2a至图2j示出了根据本发明实施例的上接头总成的组成部分的示意图；

图3示出了根据本发明实施例的涡轮钻具减速器中减速总成的示意图；

图3a至图3j示出了根据本发明实施例的减速总成的组成部分的示意图；

图4示出了根据本发明实施例的涡轮钻具减速器中连接轴总成的示意图；

图4a示出了根据本发明实施例的连接轴总成的组成部分的示意图；

图5示出了根据本发明实施例的涡轮钻具减速器中下接头总成的示意图；

图5a至图5g示出了根据本发明实施例的下接头总成的组成部分的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明白，下面结合具体实施方式和附图，对本发明做详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1示出了根据本发明实施例提供的一种涡轮钻具减速器9。该涡轮钻具减速器9可用于油气井工程作业中的井下涡轮钻具中，将钻具的高转速和低转矩调节为低转速和高转矩并输出给钻头。在所示出的实施例中，涡轮钻具减速器9整体成圆筒状并具有纵向和横向，并且沿纵向具有中心轴线X。涡轮钻具减速器9括上接头总成1、与上接头总成连接的减速总成2、与减速总成连接的连接轴总成3和与连接轴总成连接的下接头总成4。本发明中对涡轮钻具减速器9中各部件的方位性描述，例如“左”、“右”，都是以各部件在附图中显示的方向为基础的。如图1所示，上接头总成1的右端与减速总成2的左端螺纹连接，减速总成2的右端与连接轴总成3的左端螺纹连接，连接轴总成3的右端与下接头总成4的左端螺纹连接。上接头总成1、减速总成2、连接轴总成3和下接头总成4共同组成一个在纵向上外径大致相同的圆筒。

如图1和图2所示，上接头总成1包括上接头11、输入轴12、调整套13、上扶正轴承14、偏心轴15和分流套16。输入轴12例如可以是花键轴。偏心轴15的左端与输入轴12的右端螺纹连接。上接头11滑套在输入轴12上，且上接头11的右端与调整套13的左端抵接。调整套13滑套在输入轴12上，且调整套13的右端与上扶正轴承14的左端抵接。上扶正轴承14滑套在偏心轴15的非偏心段上并与输入轴12的右端抵接。分流套16滑套在偏心轴15的偏心段上，且分流套16的左端与上扶正轴承14的右端抵接，分流套16的右端与减速总成2抵接。

如图2a所示，上接头11整体为一圆筒形并与涡轮钻具减速器9同轴。上接头11的外周面从左到右形成三级台阶。第一级台阶为圆筒面并构成涡轮钻具减速器9的整个外周的一部分。第二级台阶为圆筒面且外径小于第一级台阶的外径。第二级台阶的右端加工有环形密封槽用以安装密封圈，第二级台阶的左端沿周向均匀加工多个螺钉孔以安装螺钉。第三级台阶为圆筒面且外径与第二级台阶的外径基本相同。第三级台阶形成有外螺纹。上接头11的内周面从左到右形成五级台阶。第一级台阶为内径左大右小的圆锥面。第二级台阶为内径左大右小的圆锥面且形成有螺纹。第三级台阶为圆筒面。第四级台阶为内径左小右大的圆锥面。第五级台阶为圆筒面且内径大于第三级台阶的内径。

如图2b和图2c所示，输入轴12与涡轮钻具减速器9同轴。输入轴12的左端为实体结构，右端为圆筒结构。输入轴12的外周面从左到右形成四级台阶。第一级台阶形成有在输入轴12的周向上排布的多个纵向流道。第二级台阶为外径左小右大的锥面。第三级台阶为圆筒面且外径大于第一级台阶的外径。第四级台阶为圆筒面且外径大于第三级台阶的外径。输入轴12的第四级台阶外径小于上接头11的第三级台阶的内径，且输入轴12的第四级台阶形成有在输入轴12的周向上排布的多个纵向流道。输入轴12的右端圆筒结构的内周面从左到右分为四级台阶。第一级台阶为内径左小右大的锥面。第二级台阶为圆筒面。第三级台阶为圆筒面且内径大于第二级台阶的内径。第四级台阶为圆筒面且内径小于第三级台阶的内径。第四级台阶形成有内螺纹。

如图2d所示，调整套13整体为圆筒形并与涡轮钻具减速器9同轴。调整套13的内周面和外周面均为圆筒面，且调整套13的内径大于输入轴12的外周面第四级台阶的外径。

如图2e和2f所示，上扶正轴承14整体为圆筒形并与涡轮钻具减速器9同轴。上扶正器轴承14从内到外分为五层。第一层141为实体结构，其内周面为圆筒面并套在偏心轴15的非偏心段的外周面上。第二层142形成在第一层141的外周上并限定出周向内外均匀交替且相连通的多个分流流道。第三层143为实体的圆筒结构并形成在第二层142的外周上，将第二层142和第四层144隔开。第四层144形成在第三层143的外周上并限定出在周向上分布的多个纵向流道146。第五层145为实体结构，其形成在第四层144的外周上。第五层145的外周面为圆筒面，并与调整套13的外周面基本平齐。

如图2g和2h所示，偏心轴15具有在左端且为实体的非偏心段(即第一轴段151)，该非偏心段与涡轮钻具减速器9同轴，并具有在右端且为圆筒结构的偏心段(即第二轴段152)，该偏心端具有相对于涡轮钻具减速器9的中心轴线X偏置的中心轴线Y。偏心轴15的第一轴段151的外周面从左到右为三级台阶。第一级台阶形成有与输入轴12的内螺纹相配合的外螺纹。第二级台阶为圆筒面且外径与第一级台阶的外径相同。第二级台阶的外径与输入轴的右端内周面第四级台阶内径相配合且同轴配合，使得偏心轴15的非偏心段可插入输入轴12的右端圆筒结构中。第三级台阶为圆筒面且外径大于第二级台阶的外径。偏心轴15的第二轴段的外周面为圆筒面且形成有外螺纹。偏心轴15的第二轴段152的内周面为圆筒面。

如图2i和2j所示，分流套16整体为圆筒形并与涡轮钻具减速器9同轴。分流套16的内周面从左到右分为三级台阶。第一级台阶为圆筒面且与上扶正轴承14的第五层的内周面平齐。第二级台阶为左大右小的圆锥面。第三级台阶为圆筒面且内径小于第一级台阶的内径。分流套16的外周面从左到右为三级台阶，第一级台阶为圆筒面且与调整套13的外周面、上扶正轴承14的外周面基本平齐。第二级台阶为外径左大右小的锥面。第三级台阶为圆筒面。分流套16的右端限定出在周向上分布的多个液体通孔161。分流套16的左端面与上扶正器14的第五层的右端面抵接。

如图1和图3所示，减速总成2包括轴承座21、压紧螺母22、上推力轴承23、由定子壳体24和弹性衬套25构成的定子、转子26和外壳27。定子的定子壳体24套在弹性衬套25上，弹性衬套25套在转子26上。转子26呈扭转的螺杆状，其左端(即第一端)套有上推力轴承23并与压紧螺母22螺纹连接，轴承座21滑套在上推力轴承23和压紧螺母22上。

如图3a所示，轴承座21整体为圆筒形并与偏心轴15的第二轴段152同轴地套在第二轴段152上。轴承座21的外周面为圆筒面，且外径小于分流套16的内周面的第三级台阶的内径。轴承座21的内周面从左到右分为三级台阶。第一级台阶为圆筒面，并形成有与偏心轴15的第二轴段152的外螺纹配合的内螺纹。第二级台阶为圆筒面，且内径与第一级台阶的内径基本相同。第三级台阶为圆筒面，且内径小于第二级台阶的内径。

如图3b所示，压紧螺母22整体为圆筒形，其内周面为圆筒面并形成有内螺纹。压紧螺母22的外周面为圆筒面，且外周面的外径小于偏心轴15的第二轴段152的内周面的内径。

如图3c所示，上推力轴承23是由两个大小形状相同的内圆环与两个大小形状相同的外圆环共同组成。内圆环的内周面为圆筒面，且内圆环的外周面形成有环形凹槽。外圆环的内周面形成有环形凹槽。内圆环的环形凹槽与外圆环的环形凹槽相配合以形成安装密封圈的安装槽。外圆环的外周面为圆筒面，并与轴承座21的内周面的第二级台阶配合。上推力轴承23被压紧在压紧螺母22与轴承座21之间。

如图3d和3e所示，定子的定子壳体24与涡轮钻具减速器9同轴且整体为圆筒形，其外周形成有沿周向分布的多个纵向凸棱241，使得定子壳体24与外壳27之间形成在周向上分布的多个纵向流道。定子壳体24的左端面与分流套16的右端面抵接。定子壳体24的内周面为圆筒面。

如图3f和3g所示，定子的弹性衬套25整体为圆筒形并与涡轮钻具减速器9同轴。弹性衬套25的外周面为圆筒面并与定子壳体24的内周面接合，弹性衬套25的内周面构造成扭转或螺旋状的内筒。如图3g所示，从弹性衬套25的横截面上看，弹性衬套25的内周形成绕中心轴线X分布的多个弧形凹部251，并在相邻两个凹部251之间形成弧形凹部，凹部251与相连接的突部是平滑衔接的。在所示出的实施例中，从横截面上看，弹性衬套25形成六个弧形凹部251，从而构成六角形状结构。从弹性衬套25的纵向上看，凹部251与突部沿中心轴线X排布并连接。在一些实施例中，弹性衬套25例如可以是橡胶衬套。

如图3h和3i所示，转子26构造成扭转或螺旋的柱状体且整体为实体结构。转子26与偏心轴15的第二轴段152同轴。转子26的左端的外周面形成四级台阶。第一级台阶的表面形成有与压紧螺母22的内螺纹相配合的外螺纹。第二级台阶为圆筒面，并与上推力轴承23的内圆环的内周面内径相适配，上推力轴承23套在该第二级台阶上。第三级台阶为圆筒面且外径大于第二级台阶的外径，从而可以作为上推力轴承23的止挡结构，第三级台阶的外径还小于轴承座21的内径。第四级台阶为圆筒面，且外径大于第三级台阶的外径。转子26的中间部分作为呈扭转或螺旋柱状体的转子本体261。从横截面上看，转子本体261形成有绕中心轴线Y分布的多个弧形突起262和连接在相邻两个弧形突起之间的弧形凹部，突起262和相连接凹部是平滑衔接的。转子本体261的弧形突起的形状与弹性衬套25的弧形凹部的形状相适配，且转子本体261的横截面上的突起262的数量少于弹性衬套25的横截面上的凹部251的数量。在所示出的实施例中，转子本体261的横截面上的突起262的数量比弹性衬套25的横截面上的凹部251的数量少1个。如图所示，从横截面上看，转子本体261形成五个弧形突起262，从而构成五角形状。从纵截面上看，转子本体261的突起262和凹部沿中心轴线Y排布并连接。这样，转子本体261整体构成五角形扭转或螺旋柱状结构，并与弹性衬套25的螺旋内筒相配合。转子26的右端结构外周面形成有外螺纹。

如图3j所示，外壳27整体为套在定子上的圆筒状并与涡轮钻具减速器9同轴。外壳27的内周面从左到右形成七级台阶。第一级台阶为圆筒面，并具有与上接头11的螺钉相配合的螺钉孔，使得外壳27的左端可通过螺钉与上接头11的右端固定连接。第二级台阶为圆筒面并形成有与上接头11的外螺纹相配合的内螺纹。第三级台阶为圆筒面且内径小于第二级台阶的内径。第四级台阶为圆筒面，并与调整套13的外周面、上扶正轴承14的外周面和分流套16的外周面第一级台阶相配合。第五至七级台阶分别与第一至三级台阶相对于第四级台阶对称。外壳27的外周面为圆筒面并与上接头11的外周面基本平齐，并构造成涡轮钻具减速器9的整个外周面的一部分。

如图1和图4所示，连接轴总成3例如可以是万向轴总成，包括：第一接头31、与第一接头31铰接的第二接头32和与第二接头32铰接的第三接头33。在所示出的实施例中，第一接头31包括具有内螺纹的第一接头本体311和通过销钉连接在第一接头本体311上的第一接头键312，第二接头32包括铰接在第一接头健312上的第二接头本体321和通过销钉连接在第二接头本体321上的第二接头键322，第三接头33与第二接头健322铰接。第一接头31与减速总成2的转子26的右端螺纹连接，且第一接头31与转子26同轴。第三接头33的右端与涡轮钻具减速器9同轴并与下接头总成4的输出轴44螺纹连接。在其他未示出的实施例中，第一接头31和第二接头33可以是一体结构，其各自的接头本体与接头健是一体形成的而无需销钉之类的连接件相连接。

在所示出的实施例中，第一接头本体311整体为圆筒形，其外周面为圆筒面，其内周面从左到右形成三级台阶。第一级台阶形成有与转子26的右端的外螺纹相配合的内螺纹。第二级台阶为圆筒面且内径大于第一级台阶的内径。第三级台阶为圆筒面且内径小于第二级台阶的内径。在第一接头本体311的右端形成有销孔以安装销钉。第一接头键312整体为实体结构，左端为适于插入第一接头本体311中的圆柱形并形成有销孔以安装销钉，使得第一接头键312通过销钉与第一接头本体311连接。第一接头键312的右端为半球面或截球面且形成有与左端的销孔垂直的销孔。第二接头本体321整体为圆筒形且内周面从左到右形成二级台阶。第一级台阶形成内凹球面并具有销孔，用于与第一接头键312的右端的半球面或截球面相配合并通过销钉铰接。第二级台阶为圆筒面。第二接头本体321的外周面为圆筒面。在第二接头本体321的右端形成有与左端的销孔垂直的销孔。第二接头键322的形状结构与第一接头键312相同。第三接头33的左端与第二接头本体321的左端相同，第三接头33的外周面从左到右形成二级台阶，其中第一级台阶为圆筒面且外径与第一接头本体311、第二接头本体321的外周面外径相同，第二级台阶为外径小于第一级台阶的外径的圆筒面并形成有外螺纹。第三接头33的左端与第二接头键322的右端配合且通过销钉铰接。

如图4a所示，连接轴隔套36整体为圆筒形并套在第一接头31、第二接头32和第三接头33上。连接轴隔套36的内周面从左到右形成三级台阶。第一级台阶为圆筒面。第二级台阶为内径左小右大的圆锥面。第三级台阶为圆筒面且内径大于第一级台阶的内径。连接轴隔套36的外周面从左到右形成三级台阶。第一级台阶为圆筒面。第二级台阶为外径左小右大的圆锥面。第三级台阶为外径大于第一级台阶的外径的圆筒面并与外壳27的内周面第四级台阶相配合。连接轴隔套36的左端形成有液体通孔。连接轴隔套36的左端面与定子壳体24的右端面抵接。

如图1和图5所示，下接头总成4与涡轮钻具减速器9同轴并包括挡流套41、下推力轴承42、下扶正轴承43、输出轴44、下接头45和轴46。挡流套41滑套在输出轴44上。下推力轴承42例如可以是轴承组并滑套在输出轴44上。下扶正轴承43滑套在输出轴44上并位于下推力轴承42的右端。轴套46的左端与输出轴44的右端螺纹连接。下接头45滑套在轴套46上并与外壳27通过螺钉连接。

如图5a所示，挡流套41整体为圆筒形并与涡轮钻具减速器9同轴。挡流套41的外周面为圆筒面且与连接轴隔套36的外周面的第三级台阶平齐。挡流套41的外周面与外壳27的内周面配合。挡流套36的内周面从左到右形成四级台阶。第一级台阶为圆筒面且与连接轴隔套36的内周面的第三级台阶平齐。第二级台阶为内径左大右小的圆锥面，并与形成在输出轴44的左端的液体斜孔441的斜度相配合，以共同限定出供液体通过的流道。第三级台阶为圆筒面且内径小于第一级台阶的内径。第四级台阶为圆筒面且内径大于第三级台阶的内径。挡流套41的左端面与连接轴隔套36的右端面抵接。

如图5b所示，下推力轴承42与上推力轴承23的结构相似。

如图1和图5所示，下扶正轴承43与涡轮钻具减速器9同轴并包括三层结构，其中第一层为实体结构，其内周面为圆筒面并与输出轴44的外周面配合。第二层形成有周向内外均匀交替且相连通的9个分流流道。第三层为实体结构且外周面为圆筒面。第三层的外周面与下推力轴承42的外周面基本平齐。

如图5c和5d所示，输出轴44整体为圆筒形并与涡轮钻具减速器9同轴。输出轴44的外周面从左到右形成三级台阶。第一级台阶为圆筒面且外径与挡流套41的内周面的第三级台阶的内径相同。第二级台阶为圆筒面且外径与下推力轴承42的内径相配合。第三级台阶为圆筒面且形成有外螺纹，用于与轴套46螺纹接合。输出轴44的内周面从左到右形成二级台阶。第一级台阶为圆筒面且形成有与连接轴总成3的第三接头33的右端外螺纹相配合的内螺纹。第二级台阶为圆筒面。输出轴44的左端形成有与挡流套41的内周面第二级台阶的圆锥面相配合的液体斜孔441。

如图5e所示，下接头45整体为圆筒形并与涡轮钻具减速器9同轴。下接头45的外周面从左到右形成四级台阶。第一级台阶形成有与外壳27的内螺纹相配合的外螺纹。第二级台阶为圆筒面且在左端形成有环形密封槽以安装密封圈，第二级台阶的右端形成有与外壳27的螺孔相配合的螺孔以安装螺钉。第三级台阶为圆筒面且与外壳27的外周面平齐。第四级台阶为外径左大右小的圆锥面。第四级台阶的右端形成有外螺纹。下接头45的内周面从左到右形成三级台阶。第一级台阶为圆筒面。第二级台阶为内径左大右小的圆锥面。第三级台阶为圆筒面且内径小于第一级台阶的内径。下接头45的左端面与下扶正轴承43的第三层的右端面抵接。

如图5f和图5g所示，轴套46中间部分为实体结构，两端为圆筒形结构。轴套46的左端内周面从左到右形成三级台阶。第一级台阶为圆筒面且形成有与输出轴44的外螺纹相配合的内螺纹。第二级台阶为圆筒面且内径小于第一级台阶的内径。第三级台阶为左大右小的圆锥面。轴套46的右端内周面从左到右形成二级台阶。第一级台阶为圆筒面。第二级台阶为圆筒面且内径小于第一级台阶的内径。第二级台阶形成有内螺纹并用于与钻头螺纹连接。轴套46的外周面从左到右形成四级台阶。第一级台阶为圆筒面且外径小于下接头45的内周面的第一级台阶的内径。第二级台阶为圆筒面且外径小于第一级台阶的外径。第三级台阶为左大右小的圆锥面。第四级台阶为圆筒面且外径小于下接头45的内周面的第三级台阶的内径。这样，在轴套46与下接头45之间形成间隔，该间隔与下扶正轴承43的第二层的分流流道相连通。轴套46的左端加工有在周向上分布的多个液体通孔461，这些液体通孔461与轴套46和下接头46之间的间隔相连通。

根据本发明的涡轮钻具减速器利用转子螺杆旋转设置偏心度，从而形成摆线行星减速器。当涡轮钻具工作时，轮节输出转速为n₁，输出扭矩为T₁，涡轮钻具减速器将涡轮节输出的动力通过偏心轴带动转子旋转。转子在旋转时，其自身中心轴线绕定子的中心轴线公转，同时，受转子轮廓与定子的弹性衬套的内周轮廓的相互作用的影响，转子也绕自身的中心轴线自转。由于转子为多头摆线单螺杆，设转子头数(即从转子横截面上看突起的数量)为N，则定子的头数(即定子的从横截面上看在弹性衬套的内周形成的凹部的数量)为N+1。根据单螺杆机械工作理论，设公转转速为n_公＝n₁，则转子的自转转速为n_自＝n₁/N。涡轮钻具减速器将转子的自转转速和扭矩传递给输出轴，再经减速器的轴套将动力传递给支承节主轴，从而带动钻头旋转破岩。根据能量守恒原理，涡轮钻具减速器的输出转速n₂＝n₁/N，则输出扭矩T₂＝NT₁。

本发明的涡轮钻具减速器用转子螺杆代替了现有涡轮钻具减速器中的行星齿轮，缩小了工具外径并缩短了工具长度，同时增加了减速比。此外，螺杆定子可以用耐高温的金属材料制作，解决了深井、超深井井下温度高使得橡胶材料容易老化且使用寿命低的问题。

在本文中，针对本发明的多个实施例进行了描述，但为简明起见，各实施例的描述并不是详尽的，各个实施例之间相同相似的特征或部分可能会被省略。在本文中，各实施例的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其变体意在涵盖式，而非穷尽式，从而包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备可包括这些要素，而不排除还可包括没有明确列出的其他要素。

已参考上述实施例具体示出并描述了本发明的示例性系统及方法，其仅为实施本系统及方法的最佳模式的示例。本领域的技术人员可以理解的是可以在实施本系统及/或方法时对这里描述的系统及方法的实施例做各种改变而不脱离界定在所附权利要求中的本发明的精神及范围。所附权利要求意在界定本系统及方法的范围，故落入这些权利要求中及与其等同的系统及方法可被涵盖。对本系统及方法的以上描述应被理解为包括这里描述的全部的新的及非显而易见的元素的结合，而本申请或后续申请中可存在涉及任何新的及非显而易见的元素的结合的权利要求。此外，上述实施例是示例性的，对于在本申请或后续申请中可以要求保护的全部可能特征及元素组合中，没有一个单一特征或元素是必不可少的。

Claims (14)

1.一种涡轮钻具减速器，其特征在于，包括：

上接头总成，包括输入轴和偏心轴，所述输入轴与所述涡轮钻具减速器同轴，所述偏心轴具有与所述涡轮钻具减速器同轴并与所述输入轴连接的第一轴段和相对于所述涡轮钻具减速器偏心设置的第二轴段；

减速总成，包括与所述第二轴段同轴并连接的转子和套在所述转子上并与所述涡轮钻具减速器同轴的定子，所述转子构造成旋转时，其中心轴线绕所述定子的中心轴线公转，同时所述转子绕自身中心轴线自转，所述定子的至少与所述转子接合的部分是弹性的；

连接轴总成，其第一端与所述转子同轴并连接，第二端与所述涡轮钻具减速器同轴；以及

下接头总成，包括与所述连接轴总成的第二端同轴并连接的输出轴。

2.根据权利要求1所述的涡轮钻具减速器，其特征在于，所述转子构造成：

从横截面上看，所述转子具有多个绕转子的中心轴线布置的突起，相邻第一突起之间形成凹部；

从纵截面上看，所述转子的突起和凹部沿所述转子的纵向布置并连接。

3.根据权利要求2所述的涡轮钻具减速器，其特征在于，所述定子的弹性部分构造成：

从横截面上看，所述弹性部分的朝向所述转子的内壁形成多个绕所述定子的中心轴线布置的凹部，相邻两个凹部之间形成突起，其中所述弹性部分的凹部数量大于所述转子的突起的数量；

从纵截面上看，所述弹性部分的凹部和突起沿所述定子的纵向布置并连接。

4.根据权利要求3所述的涡轮钻具减速器，其特征在于，从所述转子的横截面上看，所述转子的突起的数量为N个，从所述定子的横截面上看，所述定子的弹性部分的凹部的数量为N+1个。

5.根据权利要求3所述的涡轮钻具减速器，其特征在于，所述定子的弹性部分构造成套在所述转子上的弹性衬套，所述定子还包括套在所述弹性衬套上并被夹在所述上接头总成与所述连接轴总成之间的定子壳体。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的涡轮钻具减速器，其特征在于，所述上接头总成包括：

调整套，其与所述涡轮钻具减速器同轴并套在所述输入轴上；

上扶正轴承，其与所述涡轮钻具减速器同轴并套在所述偏心轴的第一轴段上；以及

分流套，其与所述涡轮钻具减速器同轴并套在所述偏心轴的第二轴段上；

其中，所述上扶正轴承被夹在所述调整套与所述分流套之间。

7.根据权利要求6所述的涡轮钻具减速器，其特征在于，所述上扶正轴承包括：

第一层，其套在所述偏心轴的第一轴段上并夹在所述输入轴与所述偏心轴的第二轴段之间；

第二层，其形成在所述第一层的外周上并限定出多个相互连通的分流流道；

第三层，其形成在所述第二层的外周上；

第四层，其形成在所述第三层的外周上并限定出多个沿所述涡轮钻具减速器的纵向延伸的流道；以及

第五层，其形成在所述第四层的外周上并被夹在所述调整套与所述分流套之间。

8.根据权利要求7所述的涡轮钻具减速器，其特征在于，所述分流套具有与所述上扶正轴承的第二层的多个分流流道和第四层的纵向流道相连通的开孔。

9.根据权利要求6所述的涡轮钻具减速器，其特征在于，所述上接头总成包括套在所述输入轴上的上接头，所述调整套被夹在所述上接头与所述上扶正轴承之间。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的涡轮钻具减速器，其特征在于，所述连接轴总成包括：

第一接头，其与转子同轴并连接；

第二接头，其与所述第一接头铰接；

第三接头，其与所述第二接头铰接，所述第三接头的至少一部分与所述涡轮钻具减速器同轴并与所述输出轴连接。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的涡轮钻具减速器，其特征在于，所述下接头总成包括：

下扶正轴承，其套在所述输出轴上；

挡流套，其套在所述输出轴上并被夹在所述连接轴总成与所述下扶正轴承之间；

轴套，其套在所述输出轴上并与所述输出轴接合；

下接头，其套在所述轴套上并与所述减速总成接合。

12.根据权利要求11所述的涡轮钻具减速器，其特征在于，所述下扶正轴承包括：

第一层，其套在所述输出轴上并被夹在所述挡流套与所述轴套之间；

第二层，其形成在所述第一层的外周上并限定出多个相互连通的分流流道；

第三层，其形成在所述第二层的外周上并被夹在所述挡流套与所述下接头之间。

13.根据权利要求12所述的涡轮钻具减速器，其特征在于，所述轴套与所述下接头之间形成与所述第二层的所述分流流道连通的间隔，所述轴套具有与所述间隔连通的开孔。

14.一种涡轮钻具，其特征在于，包括权利要求1至13中任一项所述的涡轮钻具减速器。

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