CN85201588U - 一种具有螺旋槽止推轴承的牙轮钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种具有螺旋槽止推轴承的牙轮钻头。它提供的是一种井下钻井工具牙轮钻头止推轴承的改进。这种止推轴承的特点是在牙爪轴颈的止推面上由外向里开若干条螺旋盲槽，钻头工作时，牙轮转动并将贮存在止推面外缘环形空间的润滑脂挤进螺旋槽内，由于螺旋槽是盲槽被挤进的油脂越来越多，在螺旋槽内形成流体动压力，使止推面得到充分润滑，减小止推面的摩擦，磨损及摩擦热，从而提高轴承寿命。

Description

一种具有螺旋槽止推轴承的牙轮钻头

本发明涉及一种改进的钻井用牙轮钻头，特别是具有若干条螺旋槽止推轴承的牙轮钻头。螺旋槽止推轴承也适用于具有旋转运动、轴向载荷及轴承润滑的一切井下钻井工具如螺杆钻具及蜗轮钻具。

现有的牙轮钻头主要由带切削齿的牙轮、带轴颈的牙爪及密封润滑系统组成。牙轮靠滚珠锁在牙爪轴颈上，钻柱带动钻头旋转，并对钻头施加钻压。钻进时，牙轮与井底接触并绕钻头轴线公转的同时，绕本身轴线旋转。在钻压及牙轮旋转的作用下，牙轮上的切削齿破碎岩石。地层作用于牙轮的径向载荷，由两个径向轴承承受，轴向载荷则由一个或两个止推轴承承受。各个轴承是由贮存在钻头体内贮油腔的润滑脂润滑。并配置有密封圈防止泥浆进入轴承腔，同时防止轴承腔内的润滑脂流出钻头体外。现有的牙轮钻头止推轴承在轴颈止推面上开一直油槽并堆焊耐磨合金，在牙轮止推面上锒装一系列减磨合金柱。索马斯·威廉姆（Thomas、Willian）的英国专利（NO2085050    1982年4月21日），对止推轴承作了改进，在上述结构基础上、在牙轮止推面上有由里向外开四条直油槽，刮接由于离心力影响向外甩出的油脂，使摩擦面得到润滑。现有的牙轮钻头止推轴承润滑不充分，采用抗磨及减摩合金材料来减少轴承的摩擦磨损，实验及井下实践证明磨损及摩擦热较大，常导致轴承早期失效。

本发明应用流体动压润滑原理，提供一种螺旋槽止推轴承，其特征是在牙爪轴颈上从外向里开若干条螺旋盲槽，为了提高止推轴承的抗磨能力及减小微凸体比压减小磨损，两个止推面表面可用渗碳淬火或用其它表面硬化技术使硬度达到HRC60以上，表面光洁度可为

9～

10。螺旋槽的加工，可用电化学刻蚀法，或电火花加工方法或渗碳淬火前模锻成型。装配钻头时在螺旋槽内涂满润滑脂。当牙轮止推面绕牙轮轴线旋转时，贮存在止推轴承外缘环形空间的润滑脂被挤进螺旋槽内，由于螺旋槽是个盲槽，被挤进的润滑脂越来越多，在槽内形成流体动压力，润滑脂被挤进摩擦接触面，使两个止推面得到充分润滑，从而减少止推轴承的摩擦磨损，提高轴承寿命。

本发明因为利用螺旋槽从供油区挤进润滑脂使止推面得到充分润滑，摩擦磨损及摩擦热比现有的钻头止推轴承小，轴承寿命长。由于可以省去在两个止推面上堆焊及锒装价格昂贵的耐磨合金及减摩合金柱，从而节约了合金材料费用，以及堆焊及锒装    耐磨及减磨合金加工工时费用降低钻头制造成本。

以下将结合附图对发明作进一步的详细描述。

图1表示现有的钻头及有关本发明钻头的局部结构图，钻头的其余部分与本图相同。牙爪（1）带有轴颈（2）。牙轮（3）的表面锒装或铣出切削齿（4）用来切削岩石，牙轮（3）靠从通道（7）装入的一系列滚珠（5）锁在轴径（2）上。塞肖（8）中间车细连同右端铣扁装进通道（7）防止滚珠（5）掉出，并在左端（9）焊死防止泥浆进入。润滑脂贮存在贮油腔内（未画出），依靠泥浆压力挤压橡皮囊（未画出）迫使润滑脂通过油通道（6）、（10）、（11）、（12）润滑大轴颈轴承（13）、小轴颈轴承（14）、止推轴承（15），橡皮囊也起压力平衡作用，密封圈（16）阻止外部泥浆进入轴承腔以及轴承腔内润滑脂流出钻头体外。如前所述，钻头工作时，地层作用于牙轮（3）的径向载荷由大轴颈轴承（13）及小轴颈轴承（14）承担，轴向载荷则由止推轴承（15）承担。止推轴承（15）由轴颈（2）上的止推面（B）及牙轮（3）上的止推面（A）组成，并由贮存在外缘环形空间（12）的润滑脂供油润滑。如前所述，现有的钻头止推轴承为了减小止推面的摩擦磨损，在轴颈（2）止推面（B）上堆焊耐磨合金并开一道油槽，在牙轮（3）止推面（A）上银装一组减摩合金，于于润滑不充分，轴承的抗磨减摩作用主要靠价格昂贵的合金材料来解决，众所周知，其摩擦系数及摩擦热远比用油脂充分润滑大得多，常导致止推轴承的磨损及过热，钻头早期失效。

图2是图1中止推轴承（15）部分的局部放大图，表示本发明所提供的螺旋槽止推轴承的具体结构，图2H是图2G中轴颈（2）的止推面（B）的A向视图，表示止推面（B）上螺旋槽的具体结构。

对照图2H，G，如前所述，在钻头装配前螺旋槽内涂满润滑脂，止推轴承外缘环形空间（12）为供油区，并充满润滑脂，止推面（B）上可开四条或六条螺旋槽（17），螺旋升角可为65°～71°，螺旋槽宽可为2～4毫米，槽深可为0.05～0.25毫米。螺旋槽（17）从止推面外缘开到距小轴颈（14）1～2毫米处终止，在止推面（B）上形成一个不通的盲槽。如前所述，当牙轮（3）按A向观察顺时针旋转时，贮存在环形空间（12）中的润滑脂按图2H中的箭头（18）方向连续的被挤进螺旋槽（17）内，由于螺旋槽（17）是个盲槽，被挤进的润滑脂越来越多，形成流体动压力，润滑脂被挤向整个止推面，从而使止推面（B）及止推面（A）得到充分润滑，减小了止推面的摩擦及磨损。根据流体动压润滑理论，牙轮（3）转速愈高，动压润滑效果越好，更适用于高速钻进。螺旋槽（17）的另一个作用是当止推面间的微凸体接触产生磨损时，剥离的微粒或混入润滑脂中的微粒将被嵌藏在螺旋槽内，防止止推面的磨粒磨损。如前所述，为了提高止推面（A）及（B）的抗磨性，止推面（A）及（B）表面可进行渗碳淬火，或用其它表面硬化技术使两止推面硬度大于HRC60以上，为了减小止推面的实际接触压力，两止推面的表面光洁度可为

9～

10，也可以减小轴颈轴承（14）的直径30％相应增大止推轴承（15）的表观接触面积，降低接触比压，因为较大的接触压力会造成接触面的磨损，这在一般技术上是众所周知的。由于本发明的止推面（15）得到充分润滑，摩擦大部分发生在润滑脂之间，如前所述本发明可省去在止推面（B）上堆焊耐磨合金，在止推面（A）上银装减摩合金柱。从而节约了材料及加工费，降低钻头成本。

图3表示牙轮钻头整体结构图。整个牙轮钻头由图3所示的相同三个牙爪（1）及牙轮（3）焊接而成，牙轮钻头工作原理及结构特点，对照原说明书附图1及图3以及说明书，就很清楚。

图3中17是润滑脂存贮腔，18是橡皮囊，说明书中已提及，在原说明书附图图1中未画出。

Claims (8)

1、一种适用于具有旋转运动、轴向载荷以及轴承润滑的井下的钻井工具，其特征在于该钻井工具的止推轴承轴颈(2)的止推面[B]上有若干条螺旋槽。

2、一种按权利要求1所述的钻井工具，其特征在于螺旋槽是由外向里开的盲槽，可由4～6条组成。

3、一种按权利要求2所述的钻井工具，其特征在于螺旋槽升角为65°～71°。

4、一种按权利要求2、3所述的钻井工具，其特征在于螺旋槽槽宽为2～4毫米，槽深为0.05～0.25毫米。

5、一种按权利要求1所述的钻井工具，其特征在于止推面（A）及止推面（B），可进行表面渗碳淬火或用其它表面硬化技术使两个止推面的硬度超过HRC60以上。

6、一种按权利要求1所述的钻井工具，其特征在于两个止推面的表面光洁度为

9～

10。

7、一种按权利要求1所述的钻井工具，其特征在于螺旋槽的加工，可用电化学刻蚀法或电火花加工方法或渗碳淬火前模锻成型。

8、一种按权利要求1所述的钻井工具，其特征是可减小小轴颈轴承（14）的直径30％，相应增大止推轴承接触面。

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