CN204941340U - 一种轴向振动冲击器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轴向振动冲击器，它包括至上而下依次相连的上主轴、花键轴、内花键、下主轴，在上主轴外设置有上壳体，所述上壳体通过上轴承总成与上主轴相配设，在下主轴外设置有下壳体，所述下壳体通过下轴承总成与下主轴相配设，其特征在于：在上壳体与下壳体之间连接有抗反扭矩装置，在抗防扭矩装置内固定连接有上凸轮，在内花键外安设有下凸轮，所述上凸轮与下凸轮相配合，旋转时上、下凸轮发生相对旋转，下凸轮推动上凸轮向上运动，至最高点后下落，形成冲击力。本实用新型内部不含弹簧及液压元件，冲击力的大小由钻压和凸轮的振幅控制，提高了本装置的使用寿命。

Description

一种轴向振动冲击器

技术领域

本实用新型涉及一种石油钻井用的轴向振动冲击器。

背景技术

随着勘探开发技术的进步，油气井深度逐渐增大，深井、超深井数目增多。深部地层岩石硬度大，可钻性级值高。钻头在钻进这些地层时，普遍存在机械钻速慢、钻井成本高的问题。现场实践和室内实验研究表明，对钻头施加一定周期性的冲击力，有助于提高钻头的破岩效率，提高机械钻速。因此，井下动力辅助破岩工具已成为深部地层高效破岩技术的有益补充，有望成为深井钻井提速的一个重要技术手段。中国实用新型专利ZL200420122138.0中公布了一种低频大振幅液力冲击器，其冲击功率大，在中硬地层中破岩效果明显，但在硬地层中容易造成钻头使用寿命低的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能提高使用寿命的轴向振动冲击器。

本实用新型所采用的技术方案为：一种轴向振动冲击器，它包括至上而下依次相连的上主轴、花键轴、内花键、下主轴，在上主轴外设置有上壳体，所述上壳体通过上轴承总成与上主轴相配设，在下主轴外设置有下壳体，所述下壳体通过下轴承总成与下主轴相配设，其特征在于：在上壳体与下壳体之间连接有抗反扭矩装置，在抗防扭矩装置内固定连接有上凸轮，在内花键外安设有下凸轮，所述上凸轮与下凸轮相配合，旋转时上、下凸轮发生相对旋转，下凸轮推动上凸轮向上运动，至最高点后下落，形成冲击力。

按上述技术方案，所述上凸轮套装在花键轴外，上凸轮与花键轴之间设有间隙，下凸轮套装在内花键外并与内花键固定连接，两凸轮均为端面凸轮。

按上述技术方案，所述抗反扭矩装置包括抗反扭矩壳体和抗反扭矩接头，所述抗反扭矩接头通过抗反扭矩壳体与上接头相连接，上接头与上壳体相连，所述抗反扭矩接头的下端与下壳体相连，所述上凸轮固定设置在抗反扭矩接头内。

按上述技术方案，在上接头的下端周向间隔均匀设置有多个轴向凸台，形成上接头的穿插齿，在抗反扭矩接头的上端周向对应设置有多个轴向凸台，形成抗反扭矩接头的穿插齿，两穿插齿相互啮合，使抗反扭矩接头相对上壳体不能发生相对旋转。

按上述技术方案，所述抗反扭矩壳体的两端分别与上接头和抗反扭矩接头螺纹连接，所述抗反扭矩壳体的两端螺纹旋向相反。

按上述技术方案，在上凸轮的端面周向间隔设置有多个厚度逐渐变厚的曲面凸齿，各个曲面凸齿首尾相连构成上凸轮的轮廓面，在下凸轮的端面周向间隔设置多个有厚度逐渐变厚的曲面凸齿，各个曲面凸齿首尾相连构成下凸轮的轮廓面，上凸轮的曲面凸齿与下凸轮的曲面凸齿相啮合。

本实用新型工作时，轴上的下凸轮旋转推动上凸轮向上运动，使动力钻具及其钻柱整体上移，移动到最高点后钻柱会自由下落，产生冲击力，使动力钻具在旋转钻井的同时给钻头提供额外的振动冲击力。其冲击力是由钻压自由下落撞击产生，冲击力的大小由钻压和凸轮的振幅控制，其冲击的频率受控于动力钻具的转速和凸轮的曲面凸齿数量。

本实用新型所取得的有益效果为：

1、本实用新型内部不含弹簧及液压元件，冲击力的大小由钻压和凸轮的振幅控制，提高了本装置的使用寿命；

2、使用抗反扭矩装置，消除反扭矩，大大的提供了本装置的安全性能；

3、正常工作时，冲击力通过上下凸轮传递至钻头；上下凸轮失效后，通过轴承传递至钻头，不影响动力钻具的正常使用；

4、起下钻时，下凸轮由于重力与上凸轮分离，冲击器不工作，减少凸轮齿的磨损与扭矩损耗。

附图说明

图1是本实用新型轴向振动冲击器整体结构示意图；

图2是凸轮结构示意图；

图3-4是反扭矩装置安装过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1-4所示，本实施例提供了一种轴向振动冲击器，它包括至上而下依次相连的上主轴1、花键轴17、内花键10、下主轴11，在上主轴外套装有上壳体5，所述上壳体5通过上轴承总成与上主轴1相配设，上轴承总成包括上扶正轴承动套2、上扶正轴承静套3、轴承串4；在上壳体5的下端依次连接有隔套6、上接头18、抗反扭矩装置、下壳体14，其中下壳体14通过下轴承总成与下主轴11相配设，下轴承总成包括下扶正轴承静套12、下扶正轴承动套13。在抗防扭矩装置内固定连接有上凸轮9，上凸轮9套装在花键轴17外，上凸轮9与花键轴17之间设有间隙，在内花键外螺纹套接有下凸轮15，两凸轮均为端面凸轮，在上凸轮9的端面周向间隔设置有多个厚度逐渐变厚的曲面凸齿，各个曲面凸齿首尾相连构成上凸轮的轮廓面，在下凸轮15的端面周向间隔设置多个有厚度逐渐变厚的曲面凸齿，各个曲面凸齿首尾相连构成下凸轮的轮廓面，上凸轮9的曲面凸齿与下凸轮15的曲面凸齿相啮合，旋转时上、下凸轮发生相对旋转，下凸轮推动上凸轮向上运动，至最高点后下落，形成冲击力。

本实施例中，所述抗反扭矩装置包括抗反扭矩壳体7和抗反扭矩接头8，所述抗反扭矩壳体7的两端分别与上接头18和抗反扭矩接头8螺纹连接，所述抗反扭矩壳体的两端螺纹旋向相反，上接头18与上壳体5相连，所述抗反扭矩接头8的下端与下壳体14相连，所述上凸轮9固定设置在抗反扭矩接头8内，上凸轮9通过安装在抗反扭矩接头8内的调整套限位。其中，在上接头18的下端周向间隔均匀设置有多个轴向凸台，形成上接头的穿插齿，在抗反扭矩接头8的上端周向对应设置有多个轴向凸台，形成抗反扭矩接头的穿插齿，两穿插齿相互啮合，使抗反扭矩接头相对上壳体不能发生相对旋转。

组装反扭矩装置时，先把抗反扭矩接头8、上接头18的穿插齿相互啮合对正，然后水平分离，把抗反扭矩壳体7连接上，抗反扭矩壳体7向一个方向旋转两个接头会同时向中间靠拢，直至旋至底部且两端面穿插齿相互啮合，反扭矩产生后，下端左旋螺纹会上紧，同时带动抗反扭矩壳体7左旋，由于外螺纹端面有穿插齿的存在左旋转运动会被遏制；不管此处正转与反转都不会松扣。

本实用新型的工作原理为：上主轴1通过螺纹连接动力钻具输出轴，上壳体5通过螺纹连接动力钻具壳体。扭矩由上主轴1传入，通过螺纹传递至花键轴17，花键轴内含外花键，外花键与内花键10配合，内花键10与下主轴11相连接，扭矩传入下主轴11，最后传递至钻头。由于上下主轴由花键连接，上下主轴可以相对钻具壳体轴向发生运动。由于，上凸轮9安装在抗反扭矩接头8上，抗反扭矩接头8连接在壳体上，随壳体一同运动；下凸轮15安装在10内花键上，与下主轴11一同旋转运动。主轴旋转工作时，主轴与壳体形成转速差，上、下凸轮会发生相对转动，下凸轮15会推动上凸轮9沿轴向向上运动，当运动到最高点后会突然下落，产生撞击，形成冲击力。当旋转运动持续，会出现持续高频的冲击力。凸轮工作时，钻压通过凸轮传递至钻头，当凸轮失效后，钻压通过串轴承传递，不影响动力钻具的正常工作。

Claims (6)

1.一种轴向振动冲击器，它包括至上而下依次相连的上主轴、花键轴、内花键、下主轴，在上主轴外设置有上壳体，所述上壳体通过上轴承总成与上主轴相配设，在下主轴外设置有下壳体，所述下壳体通过下轴承总成与下主轴相配设，其特征在于：在上壳体与下壳体之间连接有抗反扭矩装置，在抗防扭矩装置内固定连接有上凸轮，在内花键外安设有下凸轮，所述上凸轮与下凸轮相配合，旋转时上、下凸轮发生相对旋转，下凸轮推动上凸轮向上运动，至最高点后下落，形成冲击力。

2.根据权利要求1所述的一种轴向振动冲击器，其特征在于，所述上凸轮套装在花键轴外，上凸轮与花键轴之间设有间隙，下凸轮套装在内花键外并与内花键固定连接，两凸轮均为端面凸轮。

3.根据权利要求1或2所述的一种轴向振动冲击器，其特征在于，所述抗反扭矩装置包括抗反扭矩壳体和抗反扭矩接头，所述抗反扭矩接头通过抗反扭矩壳体与上接头相连接，上接头与上壳体相连，所述抗反扭矩接头的下端与下壳体相连，所述上凸轮固定设置在抗反扭矩接头内。

4.根据权利要求3所述的一种轴向振动冲击器，其特征在于，在上接头的下端周向间隔均匀设置有多个轴向凸台，形成上接头的穿插齿，在抗反扭矩接头的上端周向对应设置有多个轴向凸台，形成抗反扭矩接头的穿插齿，两穿插齿相互啮合，使抗反扭矩接头相对上壳体不能发生相对旋转。

5.根据权利要求4所述的一种轴向振动冲击器，其特征在于，所述抗反扭矩壳体的两端分别与上接头和抗反扭矩接头螺纹连接，所述抗反扭矩壳体的两端螺纹旋向相反。

6.根据权利要求1或2所述的一种轴向振动冲击器，其特征在于，在上凸轮的端面周向间隔设置有多个厚度逐渐变厚的曲面凸齿，各个曲面凸齿首尾相连构成上凸轮的轮廓面，在下凸轮的端面周向间隔设置多个有厚度逐渐变厚的曲面凸齿，各个曲面凸齿首尾相连构成下凸轮的轮廓面，上凸轮的曲面凸齿与下凸轮的曲面凸齿相啮合。