CN116104419A - 循环润滑合金钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种循环润滑合金钻头，属于钻头领域。包括牙爪和牙轮，所述牙爪上设有轴颈，所述牙轮通过轴承安装于轴颈上，所述牙轮与轴颈之间形成有轴承腔，所述牙爪内设置有连通轴承腔的过油通道，所述牙爪的内部设有储存腔，所述储存腔的内部设有隔塞，所述隔塞将储存腔分为储油腔和扩张腔，所述扩张腔连接有排气孔，所述牙轮内设有滑动通道，所述滑动通道一端与轴承腔连通另一端连接有膨胀部，所述滑动通道内设有滑动杆。本发明通过膨胀部和储存腔带动钻头内部的润滑油产生流动，能有效增加润滑油的循环润滑效果。
Description
技术领域
本发明属于钻头技术领域，具体涉及一种循环润滑合金钻头。
背景技术
牙轮钻头广泛应用于石油、天然气、地质、煤田、水文勘探和开采。现代先进的钻井工艺和设备，追求安全快速的成井过程，牙轮钻头以其对地层适应性强的优势，在钻采工具中的地位无法替代。牙轮钻头的失效与报废的主要原因普遍是由于润滑不良的连锁反应。润滑不良，直接反映在轴承滑动副或滚动副过早疲劳，并且轴承不能承受高钻压和高转速，致使钻井速度大幅度降低。
申请号为2013101268516的中国专利公开了一种微正压自动补偿的牙轮钻头润滑系统，它包括牙爪和牙轮，牙爪内部设置有泥浆通道，牙爪上部设有储油囊孔，储油囊孔内设置有储油囊，储油囊内部通过油道与过油通道连通，补偿腔通过引压孔连通泥浆通道。该方案的有益效果是：由钻头内部的泥浆压力作为润滑补偿系统的推动力，保证了引压孔不易被堵塞，延长了牙轮钻头的寿命；牙轮钻头内部的泥浆压力作为补偿润滑的动力，该压力大于环空压力，从而显著增加润滑系统的压差，实现微正压自动补偿；设置滚球和弹簧，形成压力降，防止泥浆反向流动，增强了推动力的稳定性，提高了润滑效率。上述专利在进行润滑时，是通过泥浆压力作为动力，推动储油囊将内部的润滑油输送至各轴承部位，实现自动补偿。但是位于轴承处的润滑油是不会进行循环使用的，只会长时间处于同一位置，长期受热后润滑油会发生降解，失去润滑功能导致轴承损坏。
申请号为201110171698X的中国专利公开了一种动压力循环润滑牙轮钻头，其技术方案是在牙掌端部设有牙掌小轴，牙掌背部设有密封储油孔，在牙掌小轴的顶端安装有小轴油泵，牙掌上设进油通道和回油通道并分路连接轴承腔和密封储油孔。该专利方案将传统的无压润滑变为有压润滑，流体动压力可以及时修复破裂的润滑脂油膜，使钻头轴颈的承压面实现瞬时补充钻头脂，轴承不会因润滑失效而快速磨损。
上述专利能够实现有压润滑的效果，其动力源为牙轮转动带动小轴油泵旋转，油泵工作使轴承腔内部压力大于密封储油孔的内部压力，润滑脂因为压力差沿着回油通道回到密封储油孔，通过牙轮转动，带动油泵沿自身轴线往复运动，油泵的往复运动可以实现吸润滑脂和压润滑脂过程，通过抽吸的方式实现润滑油进行流动。但是，实际上轴承腔内为一个接近密封的环境，在油泵将轴承腔内的润滑油向外抽吸过程中，由于内部大气压和外部大气压不一致，使得轴承腔中的润滑油很难被抽送至密封储油孔中。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种循环润滑合金钻头，包括牙爪和牙轮，所述牙爪上设有轴颈，所述牙轮通过轴承安装于轴颈上，所述牙轮与轴颈之间形成有轴承腔，所述牙爪内设置有连通轴承腔的过油通道，所述牙爪的内部设有储存腔，所述储存腔的内部设有隔塞，所述隔塞将储存腔分为储油腔和扩张腔，所述扩张腔连接有排气孔，所述牙轮内设有滑动通道，所述滑动通道一端与轴承腔连通另一端连接有膨胀部，所述滑动通道内设有滑动杆。
较佳的，所述滑动杆靠近轴承腔的一侧设有润滑块。
较佳的，所述滑动杆的表面设有润滑层。
较佳的，所述膨胀部包括填充腔，所述填充腔中填充有膨胀流体。
较佳的，所述扩张腔中设有弹性件，所述弹性件一侧与隔塞连接，所述弹性件的另一侧与扩张腔的侧壁相抵。
较佳的，所述过油通道包括主路通道和支路通道，所述主路通道中设有导流板，所述导流板延伸至支路通道中且导流板位于支路通道中的一侧连接有第一分流板，所述导流板的另一侧设有第二分流板，所述过油通道被导流板分隔形成顺流通道和逆流通道。
较佳的，所述支路通道与引流板的数量均为两个，所述过油通道被导流板分隔形成两个顺流通道和一个逆流通道。
较佳的，所述滑动杆远离轴承腔的一侧连接有复位弹簧，所述复位弹簧的一侧与滑动通道的侧壁连接。
较佳的，所述排气孔中设有过滤结构。
较佳的，所述膨胀流体为二氧化碳惰性气体 。
本发明的优点为：
1. 本方案中设有膨胀部，通过膨胀部内部流体膨胀后带动滑动杆移动，推动内部润滑油往储油腔回流，储油腔内部压力增大后推动隔塞往扩张腔部分不断移动，膨胀部内部流体收缩后带动滑动杆反向移动，储油腔内部润滑油往轴承腔移动，实现润滑油加压润滑，该循环方式可以使得润滑油移动时两侧压力平衡，不会出现润滑油难以流动的情况。
2. 本方案中滑动杆上设有固定润滑层结构，滑动杆与轴颈部分接触时，会提供固体润滑剂，在液态润滑油循环流动时，填补轴承腔中缺乏液态润滑油的部分，提供润滑效果；固体润滑剂配配合液态润滑油也能进一步增加润滑效果。
2. 本方案中设有导流板，导流板可以使得钻头内的润滑油实现环形的循环循环往复运动，具有更好的润滑效果。
附图说明
图1为本发明钻头剖面结构图；
图2为本发明储存腔部分未注油状态图；
图3为本发明储存腔部分注油状态图；
图4为本发明牙轮内设有滑动通道一种状态图；
图5为本发明牙轮内设有滑动通道另一种状态图；
图6为本发明主路通道和支路通道内一种结构图；
图7为本发明主路通道和支路通道内另一种结构图。
图中： 1牙爪、2牙轮、3轴颈、4轴承腔、5过油通道、6 隔塞、7储油腔、8扩张腔、9排气孔、10滑动通道、11滑动杆、12润滑块、13填充腔、14弹性件、15主路通道、16支路通道、17导流板、18第一分流板、19第二分流板、20顺流通道、21逆流通道、22复位弹簧。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。同时地，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“固定连接于”另一个元件时，它可以是采用焊接或螺栓连接或胶合连接等常见的固定连接方式。总之，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
一种循环润滑合金钻头，如图1所示，包括牙爪1和牙轮2，牙爪1上设置有轴颈3，牙轮2通过轴承安装于轴颈3上，牙轮2内孔端口与轴颈3之间设置有密封圈形成轴承腔4，牙爪1内设置有连通轴承腔4的过油通道5，牙爪1的内部设有储存腔，储存腔中设有润滑油，润滑油经过过油通道5汇入至轴承腔4中。结合图2和图3，储存腔的前端设有盖体，盖体上设有注油孔，在储存腔的内部设有隔塞6，隔塞6可以采用固定或者弹性材料制成，隔塞6将储存腔分为储油腔7和扩张腔8，润滑油从注油孔中注入储油腔7中，注满后将注油孔封堵。如图3所示，润滑油会填充满整个储油腔7，隔塞6的两侧侧边延伸至储油腔7的两侧侧边中，隔塞6与储油腔7密封连接，隔塞6的侧边可以连接有密封圈以增加密封效果。
结合图4和图5，轴承位于轴颈3与牙轮2之间，牙轮2通过轴承转动设置在轴颈3上，轴颈3与牙轮2之间设有多种轴承，包括推力轴承和滚珠轴承等，本实施例仅以展示滚珠轴承为例。在牙轮2内设有滑动通道10，滑动通道10一端与轴承腔4连通另一端连接有膨胀部，轴承腔4包括轴颈3以及牙轮2之间位于轴承周围的腔槽以及附近的间隙，滑动通道10内设有滑动杆11。滑动杆11上也可以设有密封圈，用以保证膨胀部与轴承腔4相互之间的密封效果。膨胀部包括填充腔13，填充腔13中填充有膨胀流体，当膨胀流体膨胀后，填充腔13内的压力会增大，会推动滑动杆11朝向轴承腔4一侧移动。此时，随着滑动杆11不断向轴承腔4内移动，轴承腔4的内的压力也会不断增加，在这种状态下，轴承腔4内的润滑油产生回流，通过过油通道5回流至储油腔7中，此时，储油腔7中压力也会增大，储油腔7会将压力作用于隔塞6。隔塞6如果是用弹性材料如橡胶等，在压力的作用下会向扩张腔8中膨胀，而隔塞6如果是采用金属材料制成，在压力的作用下就会向扩张腔8中移动。扩张腔8中连接有一个排气孔9，当隔塞6膨胀或者移动时，扩张腔8中原有的气体会随着排气孔9被排出，排气孔9中设有滤网等过滤结构，用以防止污泥等杂质进入扩张腔8中。
本实施例中的膨胀流体优选为二氧化碳惰性气体，除二氧化碳惰性气体外，其余气体也可以作为膨胀流体。但是，二氧化碳并非有毒气体，在填充等过程安全可靠，而且二氧化碳是惰性气体，不产生化学反应，无明火瓦斯爆炸，安全高效，市场上二氧化碳价格也较低，能降低成本。在相同热量情况下，气体的膨胀体积会大于液体，液体的膨胀体积大于固体。在钻井的过程中，牙轮2会不断地与井壁碰撞产生热量，一段时间后，热量会径直传递给填充腔13中的二氧化碳惰性气体，二氧化碳惰性气体遇热后会快速膨胀，增加填充腔13内的压强，而在填充腔13内的压强增加后，如图4和图5所示，会推动滑动杆11朝向轴承腔4移动，滑动杆11推动轴承腔4中的部分润滑油进行回流，润滑油回流至储油腔7中，储油腔7内部压力作用于隔塞6使得储油腔7扩大体积。
当牙轮2暂停工作后，在矿井液的作用下，牙轮2表面的热量被矿井液带走，填充腔13内的二氧化碳惰性气体遇冷收缩，滑动杆11朝向远离轴承腔4的一侧移动。此时，储油腔7中的液体重新向下流动，使得润滑油进行流动。扩张腔8中设有弹性件14，弹性件14一侧与隔塞6连接，弹性件14的另一侧与扩张腔8的侧壁相抵。滑动杆11远离轴承腔4的一侧连接有复位弹簧22，复位弹簧22的一侧与滑动通道10的侧壁连接。扩张腔中的弹性件14优选的也采用弹簧。扩张腔中的弹簧用于带动隔塞6复位，而滑动杆11中的弹簧辅助带动滑动杆11复位。
当牙轮2再次进行工作时，会重复上述步骤，随着膨胀流体的膨胀收缩，会带动钻头内的润滑往复流动，实现有压润滑的效果。在整个过程中，润滑油两侧压力平衡，不会出现润滑油难以流动的情况。
实施例2
本实施例具有和实施例1相同的部分，本实施例2与实施例1的区别在于滑动杆11靠近轴承腔4的一侧设有润滑块12，润滑块12为石墨烯块。在膨胀流体膨胀的过程中，滑动杆11靠近轴承腔4一侧的润滑油必然会减少，同时，如图5所示，润滑动杆的一侧很有可能会抵住轴颈3。此时，该处的摩擦力必然会增加。为此，在滑动杆11的一侧设置润滑块12，当滑动杆11靠近轴颈3且接触时，润滑块12为轴颈3和滑动杆11之间提供润滑效果，填补缺乏液态润滑油的部分。从润滑块12上掉落的固定润滑材料也会随着润滑油流动至各轴承处，增加相应的润滑效果。
实施例3
本实施例中的滑动杆11的整个表面都设有润滑层，其起到的技术效果不仅与实施例2中的一致，填补缺乏液态润滑油的部分，还能够便于滑动，避免滑动杆11在滑动通道10内卡住。
实施例4
本实施例对于过油通道5进行进一步优化，如图6所示，过油通道5包括主路通道15和支路通道16，本实施例中支路通道16仅设有一个，主路通道15中设有导流板17，导流板17延伸至支路通道16中且导流板17位于支路通道16中的一侧连接有分流板，过油通道5被导流板17分隔形成顺流通道20和逆流通道21。在注油完毕，钻头开始工作后，在膨胀部内的流体发生膨胀使得润滑油发生回流时，由于第一分流板18的存在，第一分流板18向顺流通道20部分弯曲，第一分流板18使得顺流通道20的出口变小，回流时，较多的润滑油会沿着逆流通道21的出口进行回流，其回流方向图6中逆流通道21内的箭头所示。轴承腔4中的大部分润滑油进入逆流通道21中，逆流通道21中靠近轴承腔4的部分内部压力增加，进一步驱动润滑油回流至储存腔7中。而当在膨胀部内的流体发生收缩，润滑油重新顺流时，储油腔7中新的润滑油重新进入至轴承腔4中时。由于第二分流板19的存在，第二分流板19使得逆流通道21入口变小，较多的润滑油会瞬间进入顺流通道20中，顺溜通道20入口部分内部的压力增加，驱动新的润滑油沿着顺流通道20中进入轴承腔，由此不断形成润滑油的环形往复循环，形成循环润滑效果。
实施例5
本实施例是在实施例4基础上的另一种变形，本实施例中支路通道16与引流板的数量均为两个，过油通道5被导流板17分隔形成两个顺流通道20和一个逆流通道21，两个顺流通道20位于上下两侧，而逆流通道21位于两个顺流通道20之间，两个引流板在各自的支路通道16中均设有第一分流板18，在膨胀部内的流体发生膨胀，润滑油发生回流时，由于第一分流板18的存在，第一分流板18使得两个顺流通道20的出口变小，大部分润滑油会沿着逆流通道21进行回流。而当在膨胀部内的流体发生收缩，润滑油重新顺流时，由于两个第二分流板19的存在，第二分流板19使得逆流通道21入口变小，大部分润滑油会沿着顺流通道20进行顺流，由此完成润滑油的环形循环，形成循环润滑效果。本实施例可以对多个支路通道16形成循环润滑。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种循环润滑合金钻头，包括牙爪（1）和牙轮（2），所述牙爪（1）上设有轴颈（3），所述牙轮（2）通过轴承安装于轴颈（3）上，所述牙轮（2）与轴颈（3）之间形成有轴承腔（4），所述牙爪（1）内设置有连通轴承腔（4）的过油通道（5），其特征在于：所述牙爪（1）的内部设有储存腔，所述储存腔的内部设有隔塞（6），所述隔塞（6）将储存腔分为储油腔（7）和扩张腔（8），所述扩张腔（8）连接有排气孔（9），所述牙轮（2）内设有滑动通道（10），所述滑动通道（10）一端与轴承腔（4）连通，另一端连接有膨胀部，所述滑动通道（10）内设有滑动杆（11）。
2.根据权利要求1所述的循环润滑合金钻头，其特征在于：所述滑动杆（11）靠近轴承腔（4）的一侧设有润滑块（12）。
3.根据权利要求1所述的循环润滑合金钻头，其特征在于：所述滑动杆（11）的表面设有润滑层。
4.根据权利要求1所述的循环润滑合金钻头，其特征在于：所述膨胀部包括填充腔（13），所述填充腔（13）中填充有膨胀流体。
5.根据权利要求4所述的循环润滑合金钻头，其特征在于：所述扩张腔（8）中设有弹性件（14），所述弹性件（14）一侧与隔塞（6）连接，所述弹性件（14）的另一侧与扩张腔（8）的侧壁相抵。
6.根据权利要求5所述的循环润滑合金钻头，其特征在于：所述过油通道（5）包括主路通道（15）和支路通道（16），所述主路通道（15）中设有导流板（17），所述导流板（17）延伸至支路通道（16）中且导流板（17）位于支路通道（16）中的一侧连接有第一分流板（18），所述导流板（17）的另一侧设有第二分流板（19），所述过油通道（5）被导流板（17）分隔形成顺流通道（20）和逆流通道（21）。
7.根据权利要求6所述的循环润滑合金钻头，其特征在于：所述支路通道（16）与引流板的数量均为两个，所述过油通道（5）被导流板（17）分隔形成两个顺流通道（20）和一个逆流通道（21）。
8.根据权利要求2所述的循环润滑合金钻头，其特征在于：所述滑动杆（11）远离轴承腔（4）的一侧连接有复位弹簧（22），所述复位弹簧（22）的一侧与滑动通道（10）的侧壁连接。
9.根据权利要求1所述的循环润滑合金钻头，其特征在于：所述排气孔（9）中设有过滤结构。
10.根据权利要求4所述的循环润滑合金钻头，其特征在于：所述膨胀流体为二氧化碳惰性气体。
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