CN204703766U - 具有冷却结构的矿用牙轮钻头 - Google Patents

Abstract

一种具有冷却结构的矿用牙轮钻头，包括牙轮、牙爪和丝扣接头，牙轮通过内腔设的轴承系统活动安装在牙爪的轴头上，牙爪尾端通过丝扣接头与中空钻杆连接，牙轮不承重的表面设有若干散热沟槽和散热孔；牙爪内埋设有测温探头，测温探头通过信号电缆与固定在中空钻杆顶端的无线温度传感器相连，无线温度传感器通过地面上与其配套的无线温度采集器进行数据传输；中空钻杆的压缩空气入口处连接有冷却水源，冷却水源与钻头风道相连，从而将冷却水经钻头风道送至牙爪和牙轮处。本设计结构简单，具有可实时测量钻头温度及时冷却等特点，确保轴承系统以及钻头合金切削齿始终处于允许的温度范围内，避免钻头工作温度过高，有效提高矿用钻头的整体使用寿命。

Description

具有冷却结构的矿用牙轮钻头

技术领域

本实用新型涉及矿山机械设备领域，具体地指一种具有冷却结构的矿用牙轮钻头。

背景技术

三牙轮钻头是石油、矿山广泛使用的钻井工具，其中矿用三牙轮钻头是露天矿山穿孔的主要工具，其工作原理是钻头整体公转的同时，牙轮围绕与之配合的牙爪轴头自转，从而破碎岩石；矿用三牙轮钻头的使用寿命是设备最重要的性能指标之一，而钻头的综合使用寿命主要由钻头的轴承系统寿命和钻头的切削齿寿命共同决定。

在工作中轴承系统常常先于切削齿损坏，提高轴承系统寿命是提高牙轮钻头总体寿命的重要途径。牙轮钻头轴承系统在工作时承受了很大的钻压，钻头的周围充满了岩石碎屑、粉尘、或泥浆，极易进入轴承加速材料磨损。提高轴承寿命涉及轴承结构、材料、热处理、润滑和密封。与石油深钻井不同，矿山爆破浅钻井不使用钻井液，而是用压缩空气排出岩石碎屑。牙轮钻头工作时会产生大量的热，压缩空气风冷远不如钻井液水冷有效，因此，矿山钻井牙轮钻头工作时的温度可能会很高，一旦超过润滑脂和橡胶密封所允许的最高工作温度，将损坏润滑和密封，减少牙轮钻头的使用寿命。再者，由于不同材料、零件热涨冷缩系数不一样，当钻头温度过高，不仅会影响轴承各部件公差配合容易损害轴承，还容易出现牙轮材料与合金齿材料热涨冷缩不同步，进而造成合金齿脱落。因此，改善矿用牙轮钻头的冷却也是提高其使用寿命的重要途径。

发明内容

本实用新型的目的就是要克服现有矿用牙轮钻头存在的缺陷，提供一种能够及时测量钻头温度、改善牙轮钻头冷却效果、从而有效提高矿用钻头的整体使用寿命、保障生产顺利进行的具有冷却结构的矿用牙轮钻头。

为实现上述目的，本实用新型所设计的具有冷却结构的矿用牙轮钻头，包括牙轮、牙爪和丝扣接头，所述牙轮通过内腔设置的轴承系统活动安装在牙爪的轴头上，所述牙爪尾端通过丝扣接头与中空钻杆连接，其特殊之处在于：所述牙轮不承重的表面上设置有若干散热沟槽和散热孔；所述牙爪内埋设有测温探头，所述测温探头通过信号电缆与固定在中空钻杆顶端的无线温度传感器相连，所述无线温度传感器通过地面上与其配套的无线温度采集器进行数据传输；所述中空钻杆的压缩空气入口处连接有冷却水源，所述冷却水源与钻头风道相连，从而将冷却水经钻头风道送至牙爪和牙轮处。

进一步地，所述散热沟槽和散热孔的展开面积为牙轮外表面积的30～40％。这样，矿用牙轮钻头的风冷效率会因为散热面积增加而显著改善。

进一步地，所述冷却水源为带有电磁阀可控制流量的水箱。这样，可以根据实时测得的钻头温度，控制冷却水流量。

本实用新型的优点在于：所设计的具有冷却结构的矿用牙轮钻头，其结构简单，容易实现，方便改造，且具有可实时测量钻头温度、及时冷却等特点，确保轴承系统以及钻头合金切削齿始终处于允许的温度范围内，避免钻头工作温度过高，影响设备整体使用寿命；通过采用上述结构，减少了因钻头温度过高导致的轴承润滑失效以及合金齿脱落的现象，有效提高矿用钻头的整体使用寿命、保障生产顺利进行。

附图说明

图1为本实用新型具有冷却结构的矿用牙轮钻头的剖视结构示意图。

图2为图1的局部放大结构示意图。

图中：牙轮1；散热孔2；散热沟槽3；测温探头4；牙爪5；信号电缆6；中空钻杆7；丝扣接头8；钻头风道9；无线温度传感器10；无线温度采集器11；压缩空气入口12。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1～2中所示的具有冷却结构的矿用牙轮钻头，包括牙轮1、牙爪5和丝扣接头14，牙轮1通过内腔设置的轴承系统活动安装在牙爪5的轴头上，牙爪5尾端通过丝扣接头14与中空钻杆7连接，牙轮1不承重的表面上设置有若干散热沟槽3和散热孔2；这些散热孔和散热沟槽的尺寸、形状、数量以不破坏牙轮所需的强度为准，尽可能增加牙轮的表面积，增加的表面积至少超过原牙轮外表面积30％。

牙爪5内埋设有测温探头4，测温探头4通过信号电缆6与固定在中空钻杆7顶端的无线温度传感器10相连，无线温度传感器10通过地面上与其配套的无线温度采集器11进行数据传输；中空钻杆7的压缩空气入口12处设置有带电磁阀可控制流量的水箱，冷却水经钻头风道9送至牙爪5和牙轮1处，另外也可将少量的水连续注入中空钻杆压缩空气入口12，通过持续水冷降低牙轮钻头的工作温度。无线温度传感器10也可替换为转动耦合子，其可连接到温度仪上记录牙轮钻头的工作温度。

本设计在工作时，由测温探头4即热电偶测量实时钻头温度，并将测量数据经无线温度传感器10通过无线方式与地面上无线温度采集器11进行数据传输，记录牙轮钻头的工作温度，并根据实时温度控制中空钻杆压缩空气入口12处水箱电磁阀的开阖，调整冷却水流量：当测得的牙轮钻头温度高过120°时启动电磁阀将少量的水注入钻头风道9，带到牙轮牙爪处，用水蒸发吸热改善牙轮钻头冷却。当牙轮钻头温度低于100°时关闭电磁阀。

最后，应当指出，以上实施例仅是本实用新型较有代表性的例子。显然，本实用新型不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种具有冷却结构的矿用牙轮钻头，包括牙轮(1)、牙爪(5)和丝扣接头(8)，所述牙轮(1)通过内腔设置的轴承系统活动安装在牙爪(5)的轴头上，所述牙爪(5)尾端通过丝扣接头(8)与中空钻杆(7)连接，其特征在于：所述牙轮(1)不承重的表面上设置有若干散热沟槽(3)和散热孔(2)；所述牙爪(5)内埋设有测温探头(4)，所述测温探头(4)通过信号电缆(6)与固定在中空钻杆(7)顶端的无线温度传感器(10)相连，所述无线温度传感器(10)通过地面上与其配套的无线温度采集器(11)进行数据传输；所述中空钻杆(7)的压缩空气入口(12)处连接有冷却水源，所述冷却水源与钻头风道(9)相连，从而将冷却水经钻头风道(9)送至牙爪(5)和牙轮(1)处。

2.根据权利要求1所述的具有冷却结构的矿用牙轮钻头，其特征在于：所述散热沟槽(3)和散热孔(2)的展开面积为牙轮(1)外表面积的30～40％。

3.根据权利要求1或2所述的具有冷却结构的矿用牙轮钻头，其特征在于：所述冷却水源为带有电磁阀可控制流量的水箱。