CN2565961Y - 具有四点角接触推力球轴承的动力钻具传动轴 - Google Patents
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Abstract
一种具有四点角接触推力球轴承的动力钻具传动轴，它至少由轴、上、下TC轴承(径向硬质合金滑动轴承)和外壳组成，其中，上、下TC轴承在轴上顺次设置，外部设置外壳，在上、下TC轴承之间还设有多级推力球轴承组，上TC轴承、多级推力球轴承组和下TC轴承顺次设置在轴上，在推力球轴承组与下TC轴承之间位置的轴上有钻井工作液通孔。本实用新型传动轴工作时通过TC轴承和推力球轴承组工作面间隙的钻井液流量适当，保证TC轴承和推力球轴承组在钻井工作液充分冷却润滑条件下有足够长的工作寿命。本实用新型具有结构简单，工作可靠，容易启动，更换易损件方便等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种石油、矿山、煤田、气田等领域用井下动力钻具传动轴，尤其是一种使用寿命较长的具有四点角接触推力球轴承的井下动力钻具传动轴，属于机械制造技术领域。
背景技术
由于使用条件的限制，石油、矿山、煤田、气田等领域的井下动力钻具(如螺杆钻具、涡轮钻具等)都被迫做成管状，而且直径有限。在有限的空间内设计出强度、性能、工作寿命都能满足要求的动力钻具困难很大，提高井下动力钻具整机性能的关键是提高井下动力钻具传动轴的工作寿命，国内外无数科技工作者长期致力于这方面的研究，取得了一些成果，但还不十分令人满意。目前涡轮钻具和螺杆钻具传动轴采用开式结构，利用钻井工作液(泥浆)冷却润滑轴承，即使选用最好的材质和热处理工艺，其易损件的平均工作寿命只有50～100小时，钻井工作液净化好的时候易损件工作寿命最长也不超过150小时。
动力钻具在井下工作时传动轴直接与钻头相连，由于喷射钻井时钻头喷嘴压差较大，通过动力钻具传动轴上的上TC轴承、多级推力轴承组及下TC轴承摩擦工作面之间间隙的钻井工作液流量较大，钻井工作液中的硬质固相颗粒时常造成多级推力轴承组过快磨损。
另外，井下动力钻具在井下恶劣工况条件(冲击动载较大)下工作，理论分析和实践证明在传动轴的轴上端丝扣根部和下端直径变化较大两个应力集中危险截面位置容易发生断裂，此时轴的下部轴头和其上的钻头或其它零部件有可能发生掉井事故。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术之不足，提供一种具有四点角接触推力球轴承的井下动力钻具传动轴，并在推力球轴承组与下TC轴承之间位置的轴上设置有钻井工作液通孔，保证TC轴承和推力球轴承组在钻井工作液充分冷却润滑条件下有足够长的工作寿命。
本实用新型的另一目的在于针对现有技术之不足，提供一种具有四点角接触推力球轴承的井下动力钻具传动轴，其结构简单，工作可靠，容易启动，更换易损件方便。
本实用新型的目的是通过如下的技术方案实现的：
一种具有四点角接触推力球轴承的动力钻具传动轴，它至少由轴、上TC轴承、下TC轴承和外壳组成，其中，上、下TC轴承在轴上顺次设置，外部设置外壳，在上、下TC轴承之间还设有多级推力球轴承组，上TC轴承、多级推力球轴承组和下TC轴承顺次设置在轴上。
动力钻具传动轴采用的多级推力球轴承组为多级四点角接触推力球轴承组。其总级数为十级以上。
在多级推力球轴承组与下TC轴承之间位置的轴上设置有钻井工作液通孔，其过流横截面积为30～300mm2，且通孔的数量为一个(包括一个)以上。
动力钻具传动轴采用的上TC轴承摩擦工作面长50～300mm，下TC轴承摩擦工作面长100～400mm。
为了防止传动轴的轴上端丝扣根部和下端直径变化较大两个应力集中危险截面位置的断裂，在下TC轴承与上TC轴承之间设有防掉机构，防掉机构动环的外凸台肩直径大于防掉机构静环内孔最小直径和下TC轴承静环内径。
综上所述，本实用新型具有如下优点：
1、动力钻具在井下工作时传动轴直接与钻头相连，由于喷射钻井时钻头喷嘴压差较大，通过动力钻具传动轴上的上TC轴承、多级推力轴承组及下TC轴承摩擦工作面之间间隙的钻井工作液流量较大，钻井工作液中的硬质固相颗粒时常造成多级推力轴承组过快磨损。本实用新型在多级推力球轴承组与下TC轴承之间位置的轴上设置有一个以上过流横截面积为30～300mm2的钻井工作液通孔，这样就能保证只允许有一定流量的钻井工作液从上TC轴承和多级推力轴承组摩擦工作面之间间隙通过，对上TC轴承和多级推力轴承组进行及时的冷却润滑，防止过多的硬质固相颗粒流经轴承摩擦工作面，以延长传动轴易损件推力轴承组的工作寿命。
2、井下动力钻具在井下恶劣工况条件(冲击动载较大)下工作，理论分析和实践证明在传动轴的轴上端丝扣根部和下端直径变化较大两个应力集中危险截面位置容易发生断裂并发生掉井事故，本新型实用设计了防掉机构，有效防止上述情况的发生。
附图说明
图1为本实用新型具有四点角接触推力球轴承(两环)的动力钻具传动轴结构示意图；
图2为本实用新型具有四点角接触推力球轴承(四环)的动力钻具传动轴结构示意图；
图3为本实用新型四点角接触推力球轴承(两环)组结构示意图；
图4为本实用新型四点角接触推力球轴承(四环)组结构示意图；
图5为现有技术具有四点角接触推力球轴承(两环)的动力钻具传动轴结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本实用新型做进一步地详细说明。
实施例1：
如图1，本实用新型为一种具有四点角接触推力球轴承(两环)的动力钻具传动轴(参见图3)。它主要包括壳体、上TC轴承、多级推力球轴承组、防掉机构、下TC轴承、轴等组件。上TC轴承动环3、多级推力球轴承动环6、防掉机构动环8和下TC轴承动环10等依次装在轴12上，由紧临上TC轴承动环3的压紧螺母1压紧在轴12上，构成传动轴的转动部分；上TC轴承静环4、多级推力球轴承静环5、防掉机构静环9等依次装在外壳体2内，由下TC轴承静环11压紧在外壳体2内，构成传动轴的静止部分。推力球轴承主要由推力球轴承静环5、动环6和钢球7组成。在多级推力球轴承组与下TC轴承之间位置的轴上设置有钻井工作液通孔B。
实施例2：
如图2，本实用新型为一种具有四点角接触推力球轴承(四环)的动力钻具传动轴(参见图4)。本实施例与实施例1所不同的仅仅是推力球轴承组的设置，其他结构均为一致。本实施例具有的推力球轴承为四环斜平面多列四点角接触推力球轴承，实施例1具有的推力球轴承为两环圆弧面多列四点角接触推力球轴承。
如图5所示，为现有技术具有四点角接触推力球轴承(两环)的动力钻具传动轴结构示意图。从图中可知，井下动力钻具在井下恶劣工况条件(冲击动载较大)下工作，理论分析和实践证明在传动轴的轴上端丝扣根部和下端直径变化较大两个应力集中危险截面位置容易发生断裂并发生掉井事故。本新型实用设计了防掉机构，有效防止上述情况的发生。当断裂位置发生在传动轴的下端直径变化较大和应力集中危险截面及附近危险截面时，轴的下部轴头和其上的钻头及其它零部件不会发生掉井。
动力钻具在井下工作时传动轴直接与钻头相连，由于喷射钻井时钻头喷嘴压差较大，通过现有技术井下动力钻具传动轴上TC轴承、多级推力轴承组及下TC轴承摩擦工作面之间间隙的钻井工作液流量较大，钻井工作液中的硬质固相颗粒时常造成多级推力轴承组过快磨损。本实用新型在多级推力球轴承组与下TC轴承之间位置的轴上设置有一个以上过流横截面积为30～300mm2的钻井工作液通孔，这样就能保证只允许有一定流量的钻井工作液从上TC轴承和多级推力轴承组摩擦工作面之间间隙通过，对上TC轴承和多级推力轴承组进行及时的冷却润滑，防止过多的硬质固相颗粒流经轴承摩擦工作面，以延长传动轴易损件推力轴承组的工作寿命。图中箭头所指表示钻井工作液流动方向和路径。
动力钻具在井下工作时其传动轴轴向承载较大(10～160KN)，为了提高易损件推力轴承组的工作寿命采用十级以上四点角接触推力球轴承组，这样每级轴承承担的载荷较小。为保证推力轴承组工作时只承担轴向载荷，在推力轴承组两端设置了起扶正作用的上TC轴承和下TC轴承。TC轴承动环外圆表面和静环内圆表面均镶嵌有耐磨硬质合金，硬质合金的硬度高，耐磨性好，能在恶劣工况条件下良好工作，寿命较长。下TC轴承靠近钻头，会受到比上TC轴承更大的径向力；此外，下TC轴承不仅要起扶正作用，它还起一定阻流作用，限制过多的钻井工作液不经过钻头直接从钻柱内孔流入环空。因此，下TC轴承的摩擦工作面要比上TC轴承长。本实用新型TC轴承的径向间隙为0.1～1.2mm，上TC轴承工作面长度为50～300mm，下TC轴承工作面长度为100～400mm。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (8)
1、一种具有四点角接触推力球轴承的动力钻具传动轴，它至少由轴、上TC轴承、下TC轴承和外壳组成，其中，上、下TC轴承在轴上顺次设置，外部设置外壳，其特征在于：在上、下TC轴承之间还设有多级推力球轴承组，上TC轴承、多级推力球轴承组和下TC轴承顺次设置在轴上。
2、根据权利要求1所述的具有四点角接触推力球轴承的动力钻具传动轴，其特征在于：所述的多级推力球轴承组为多级四点角接触推力球轴承组。
3、根据权利要求1或2所述的具有四点角接触推力球轴承的动力钻具传动轴，其特征在于：所述的多级推力球轴承组总级数为十级以上。
4、根据权利要求1所述的具有四点角接触推力球轴承的动力钻具传动轴，其特征在于：在多级推力球轴承组与下TC轴承之间位置的轴上设置有钻井工作液通孔。
5、根据权利要求4所述的具有四点角接触推力球轴承的动力钻具传动轴，其特征在于：所述的钻井工作液通孔的过流横截面积为30～300mm2。
6、根据权利要求4或5所述的具有四点角接触推力球轴承的动力钻具传动轴，其特征在于：钻井工作液通孔为一个以上。
7、根据权利要求1所述的具有四点角接触推力球轴承的动力钻具传动轴，其特征在于：上TC轴承摩擦工作面长50～300mm，下TC轴承摩擦工作面长100～400mm。
8、根据权利要求1所述的具有四点角接触推力球轴承的动力钻具传动轴，其特征在于：在下TC轴承与上TC轴承之间设有防掉机构，防掉机构动环的外凸台肩直径大于防掉机构静环内孔最小直径和下TC轴承静环内径。
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| CN108086922A (zh) * | 2017-12-30 | 2018-05-29 | 贵州高峰石油机械股份有限公司 | 一种提高螺杆钻具使用性能的方法及超级螺杆钻具 |
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2002
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