專利名稱：具有圓柱滾子推力軸承的儲油補償橡膠密封傳動軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種使用在石油、礦山、煤田、氣田的井下動力鉆具傳動軸，尤其是一種使用壽命較長的具有圓柱滾子推力軸承的儲油補償橡膠密封傳動軸，屬于機械制造技術(shù)領(lǐng)域。
另外，當(dāng)傳動軸在井下工作一定時間后，接近軸端處的危險截面很容易發(fā)生疲勞破壞斷裂，此時，軸的下部軸頭和其上的鉆頭或其它工具有可能掉井，時常會造成額外的較大損失。
本實用新型的又一目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有圓柱滾子推力軸承的儲油補償橡膠密封傳動軸，其結(jié)構(gòu)簡單、合理，具有較長的使用壽命，并且能夠防止在下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承與軸的結(jié)合處截面及其他危險截面發(fā)生疲勞破壞斷裂時軸和其上的鉆頭或其它工具掉井而造成更大的損失。本實用新型工作壽命長，且使用安全。
本實用新型的目的是通過如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的一種具有圓柱滾子推力軸承的儲油補償橡膠密封傳動軸，它由軸、上部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承、下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承、防掉機構(gòu)和外殼體組成，其中，上、下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承在軸上順次設(shè)置，軸承外設(shè)置外殼體，在下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承上方、軸與外殼之間設(shè)有防掉機構(gòu)，在上部和下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承之間順次設(shè)有上部橡膠密封、圓柱滾子推力軸承組和下部橡膠密封，上部橡膠密封和下部橡膠密封所形成的空間為工作油腔，圓柱滾子推力軸承組設(shè)在工作油腔內(nèi)。
在上、下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承之間還設(shè)有儲油補償器。
儲油補償器主要包括補償環(huán)、補償器基體、單向安全閥、補償器內(nèi)筒、補償器外筒、活塞和密封圈；補償環(huán)緊貼軸側(cè)，補償器基體、補償器內(nèi)筒、補償器外筒和活塞之間的空間形成儲油腔，補償器基體與補償器內(nèi)筒或外筒上端設(shè)有單向安全閥。
橡膠密封分別由密封動環(huán)、靜環(huán)和橡膠密封圈組成，橡膠密封圈又分為動密封圈和靜密封圈，其中，動密封圈設(shè)在密封動環(huán)和靜環(huán)之間，靜密封圈分別設(shè)在密封動環(huán)與軸之間和密封靜環(huán)與外殼體之間。
圓柱滾子推力軸承組總級數(shù)為兩級以上，圓柱滾子為單列或雙列或多列，帶有保持架，滾子直徑為Φ12～Φ36mm，滾子長度為10～30mm，軸承組軸向游動量為0.1mm～5.0mm。
圓柱滾子推力軸承中圓柱滾子自轉(zhuǎn)中心線與圓柱滾子公轉(zhuǎn)中心線即傳動軸軸心線相垂直。
圓柱滾子推力軸承組內(nèi)設(shè)有兼起減震和預(yù)壓緊調(diào)節(jié)作用的彈簧。
在儲油補償器與上部橡膠密封之間位置的軸上和在防掉機構(gòu)與下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承之間位置的軸上分別設(shè)置有一個鉆井液通孔；在所述的外殼體兩端分別設(shè)置有一個注油孔和排油孔。
綜上所述，本實用新型的優(yōu)點在于1、利用井下動力鉆具工作環(huán)境壓力較高的特點，使井下動力鉆具易損件推力軸承組密封在工作油腔內(nèi)，密封油腔內(nèi)的所有工作零件始終在油浴狀態(tài)下工作，而且當(dāng)工作油腔內(nèi)的潤滑油有少量漏失時，在鉆井工作液壓力作用下儲油補償器會及時從儲油腔向工作油腔補充一定數(shù)量的潤滑油，以延長井下動力鉆具易損件推力軸承的工作壽命。
2、本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、合理，具有較長的工作壽命，并且能夠防止在下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承與軸的結(jié)合截面或其它危險截面發(fā)生疲勞破壞斷裂時，軸和其上的鉆頭或其它工具掉井而造成的更大損失。
圖2為本實用新型一種井下動力鉆具傳動軸儲油補償器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型傳動軸儲油補償器過壓單向安全閥結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型傳動軸上部和下部徑向橡膠密封結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型傳動軸雙列圓柱滾子推力軸承組結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實用新型傳動軸圓柱滾子推力軸承組橡膠彈簧結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實用新型傳動軸圓柱滾子推力軸承組合碟形彈簧結(jié)構(gòu)示意圖。
本實用新型具體結(jié)構(gòu)如


圖1、圖2和圖3所示。主要由軸4、軸4上依序設(shè)置的上部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承5、儲油補償器1、上部橡膠密封2、圓柱滾子推力軸承組6、下部橡膠密封3、防掉機構(gòu)17、下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承15、儲油腔M、工作油腔H以及外殼體7等組成。上部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承動圈5a、補償環(huán)13、上部橡膠密封內(nèi)環(huán)2a、下部橡膠密封內(nèi)環(huán)3a、防掉機構(gòu)內(nèi)環(huán)17a、下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承動圈15a等依次設(shè)在軸4上，由緊臨上部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承動圈5a的壓緊螺母壓緊在軸4上，構(gòu)成傳動軸的轉(zhuǎn)動部分；上部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承靜圈5b、儲油補償器1、上部橡膠密封外環(huán)2b、下部橡膠密封外環(huán)3b、防掉機構(gòu)外環(huán)17b等依次設(shè)在外殼體7內(nèi)，由下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承靜圈15b壓緊在外殼體7內(nèi)，構(gòu)成傳動軸的靜止部分。
本實用新型中所涉及到的“儲油補償器”利用了實用新型專利“井下動力鉆具儲油密封補償結(jié)構(gòu)”(專利設(shè)計人譚春飛，專利號ZL00234224.3)部分技術(shù)，所不同的地方是本實用新型中所有動密封和靜密封均是徑向橡膠密封，而專利“井下動力鉆具儲油密封補償結(jié)構(gòu)”中旋轉(zhuǎn)動密封為端面密封，其余動密封和靜密封為徑向橡膠密封。
如圖4所示，為本實用新型上、下部徑向橡膠密封結(jié)構(gòu)示意圖。圖中上部橡膠密封2由密封動環(huán)2a、靜環(huán)2b及其上的密封圈16構(gòu)成，其中密封圈16a、16e和16f為靜密封，而密封圈16b、16c和16d為旋轉(zhuǎn)動密封。下部橡膠密封3由密封動環(huán)3a、靜環(huán)3b及其上的密封圈18構(gòu)成，其中密封圈18a、18e和18f為靜密封，而密封圈18b、18c和18d為旋轉(zhuǎn)動密封。密封動環(huán)2a和3a外表面均經(jīng)過表面硬化處理，使其具有較高硬度和良好耐磨性。由于有多道密封，因此在較高壓力下鉆井液也無法進入密封油腔內(nèi)。
如圖2所示，為本實用新型儲油補償器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中儲油補償器1位于工作油腔H上方，它主要包括補償器基體14、單向安全閥8、補償器內(nèi)筒12、補償器外筒11、活塞10以及密封圈9等組分。儲油補償器基體14上設(shè)置有潤滑油通孔F和G，補償器內(nèi)筒12或外筒11的上端與彈性套筒式單向安全閥8接觸處設(shè)置有一縱向開槽B。儲油腔M與工作油腔H由環(huán)狀潤滑油通道C相連。在儲油補償器1與補償環(huán)13之間為環(huán)狀鉆井工作液通道D。當(dāng)工作油腔H和儲油腔M內(nèi)的產(chǎn)生氣體或因其它原因造成油腔內(nèi)壓力過高時單向安全閥8會自動打開，允許氣體或過多的潤滑油逸出，而不允許鉆井工作液從環(huán)行空間進入密封油腔內(nèi)。
圖1和圖2中箭頭表示鉆井工作液流動方向。在儲油補償器與上部橡膠密封之間位置的軸上設(shè)置有一個鉆井液通孔N，在防掉機構(gòu)與下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承之間位置的軸上設(shè)置有一個鉆井液通孔Q。當(dāng)井下動力鉆具在井下工作時會有少量鉆井液自上部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承動環(huán)5a和靜環(huán)5b之間的間隙通過環(huán)狀通道D和通孔N進入軸4內(nèi)孔，與此同時鉆井液的壓力通過活塞10和環(huán)狀通道C傳遞到H中，儲油腔M中的潤滑油自通道C進入工作油腔H，直到活塞10移動到儲油腔M最上端位置。
當(dāng)井下動力鉆具在井下工作時由于鉆頭壓降較大，軸4內(nèi)孔中的少量鉆井液會在壓力作用下自通孔Q沿
圖1中箭頭所示方向從下部硬質(zhì)合金滑動軸承動環(huán)15a和靜環(huán)15b之間的間隙進入鉆柱與井眼之間的環(huán)空。
在外殼體7兩端分別設(shè)置有一個注油孔L和排油孔P，以方便向儲油腔M、工作油腔H以及環(huán)狀潤滑油通道C注入潤滑油。
本實用新型利用了井下動力鉆具工作環(huán)境壓力較高的特點，使井下動力鉆具易損件推力軸承組密封在工作油腔H內(nèi)，密封油腔內(nèi)的所有工作零件始終在油浴狀態(tài)下工作，而且當(dāng)工作油腔內(nèi)的潤滑油有少量漏失時，在鉆井工作液壓力作用下儲油補償器1會及時從儲油腔M向工作油腔H補充一定數(shù)量的潤滑油，以延長井下動力鉆具易損件推力軸承的工作壽命。
另外，本實用新型下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承15上方、下部密封3下方的軸與外殼體之間設(shè)有防掉機構(gòu)17，防掉機構(gòu)內(nèi)環(huán)17a的外凸臺肩的直徑大于防掉機構(gòu)外環(huán)17b內(nèi)孔最小直徑和/或下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承靜圈15b內(nèi)徑。
提高井下動力鉆具傳動軸工作壽命的關(guān)鍵在于如何提高傳動軸易損件的壽命。井下動力鉆具傳動軸的主要易損件是推力軸承。現(xiàn)有傳動軸結(jié)構(gòu)承擔(dān)軸向載荷的易損件滾動角接觸推力球軸承，在鉆井液(泥漿)冷卻潤滑條件下工作，鉆井液中的高硬度固相顆粒(如石英砂)成為磨粒介質(zhì)，造成推力軸承組在鉆井液磨粒磨損條件下過快磨損，推力軸承組的工作壽命達不到人們期望的水平，一般只有50～100小時。我們知道，圓柱滾子推力軸承工作時圓柱滾子20c或21c與支撐盤即推力盤20a和20d或21a和21d之間是線接觸(圖5中20b和21b為軸承保持架)，而滾動角接觸推力球軸承工作時鋼球與支撐盤之間是點接觸。因此，圓柱滾子推力軸承的承載能力比滾動角接觸推力球軸承的承載能力要大100倍以上，在相同載荷及線速度條件下圓柱滾子推力軸承的工作壽命比滾動角接觸推力球軸承的工作壽命要遠遠長得多。本實用新型將圓柱滾子推力軸承密封在油腔中，這樣具有圓柱滾子推力軸承的儲油補償橡膠密封傳動軸的工作壽命就可以滿足需要。
本實用新型圓柱滾子推力軸承中的圓柱滾子為單列或雙列或多列，滾子直徑為Φ12～Φ36mm，滾子長度為10～30mm，圓柱滾子推力軸承具有保持架，圓柱滾子自轉(zhuǎn)中心線與圓柱滾子公轉(zhuǎn)中心線即傳動軸軸心線相垂直。
本實用新型采用多級推力軸承結(jié)構(gòu)，使傳動軸的水力載荷或鉆壓載荷均布到各級止推軸承，每級推力軸承承擔(dān)的載荷較小，保證新型傳動軸比現(xiàn)有傳動軸工作壽命更長。為了保證載荷能可靠地均布到各級推力軸承，除加工和裝配時提高精度外，還在推力軸承支撐盤之間設(shè)置有彈簧19或22(如橡膠彈簧和組合碟形彈簧，其形狀結(jié)構(gòu)如圖6、7所示)。彈簧在保證各級推力軸承協(xié)調(diào)工作的同時還可以有效降低傳動軸受到的動載，避免軸承發(fā)生沖擊破壞。
圓柱滾子推力軸承組上方和下方的徑向硬質(zhì)合金滑動軸承的徑向間隙為0.1mm～0.8mm，上部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承摩擦面長度為50～200mm，下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承摩擦面長度為100～300mm，這樣就可以保證傳動軸中的推力軸承只承受軸向載荷，只讓適量含較小顆粒粒子的鉆井液進入軸承腔內(nèi)，對徑向硬質(zhì)合金滑動軸承進行潤滑和冷卻，又不影響鉆頭的噴射效果。徑向硬質(zhì)合金滑動軸承動圈外圓表面和靜圈內(nèi)圓表面鑲嵌有耐磨硬質(zhì)合金，硬質(zhì)合金的硬度高，耐磨性好，能在惡劣工況條件下良好工作，壽命較長。
此外，為防止軸從W-W截面及附近危險截面處或其它危險截面斷裂造成掉井后傳動軸其余零部件不掉井，本新型實用設(shè)計了防掉機構(gòu)。傳動軸防掉機構(gòu)內(nèi)環(huán)的外凸臺肩的直徑比防掉機構(gòu)外環(huán)內(nèi)孔最小直徑和/或傳動軸下部硬質(zhì)合金滑動軸承靜圈內(nèi)徑都大，當(dāng)軸在并下工作一定時間后W-W截面及其他危險截面發(fā)生疲勞破壞斷裂時，軸和其上的鉆頭或其它工具有可能掉井。本實用新型有了上述防掉機構(gòu)后可以阻止軸及軸上其它工具不掉井，以免造成更大損失。
最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種具有圓柱滾子推力軸承的儲油補償橡膠密封傳動軸，它由軸、上部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承、下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承和外殼組成，其中，上、下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承在軸上順次設(shè)置，軸承外設(shè)置外殼體，其特征在于在上部和下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承之間順次設(shè)有上部橡膠密封、圓柱滾子推力軸承組和下部橡膠密封，上部橡膠密封和下部橡膠密封所形成的空間為工作油腔，圓柱滾子推力軸承組設(shè)在工作油腔內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有圓柱滾子推力軸承的儲油補償橡膠密封傳動軸，其特征在于在上、下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承之間還設(shè)有儲油補償器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有圓柱滾子推力軸承的儲油補償橡膠密封傳動軸，其特征在于所述的儲油補償器主要包括補償環(huán)、補償器基體、單向安全閥、補償器內(nèi)筒、補償器外筒、活塞和密封圈；補償環(huán)緊貼軸側(cè)，補償器基體、補償器內(nèi)筒、補償器外筒與活塞之間的空間形成儲油腔，補償器基體與補償器內(nèi)筒或外筒上端設(shè)有單向安全閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有圓柱滾子推力軸承的儲油補償橡膠密封傳動軸，其特征在于所述的橡膠密封分別由密封動環(huán)、靜環(huán)和橡膠密封圈組成，橡膠密封圈又分為動密封圈和靜密封圈，其中，動密封圈設(shè)在密封動環(huán)和靜環(huán)之間，靜密封圈分別設(shè)在密封動環(huán)與軸之間和密封靜環(huán)與外殼之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有圓柱滾子推力軸承的儲油補償橡膠密封傳動軸，其特征在于所述的圓柱滾子推力軸承組總級數(shù)為兩級以上，圓柱滾子為單列或雙列或多列，帶有保持架，滾子直徑為Φ12～Φ36mm，滾子長度為10～30mm，軸承組軸向游動量為0.1mm～5.0mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有圓柱滾子推力軸承的儲油補償橡膠密封傳動軸，其特征在于所述的圓柱滾子推力軸承中圓柱滾子自轉(zhuǎn)中心線與圓柱滾子公轉(zhuǎn)中心線即傳動軸軸心線相垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有圓柱滾子推力軸承的儲油補償橡膠密封傳動軸，其特征在于所述的圓柱滾子推力軸承組內(nèi)設(shè)有兼起減震和預(yù)壓緊調(diào)節(jié)作用的彈簧。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有圓柱滾子推力軸承的儲油補償橡膠密封傳動軸，其特征在于在下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承上方、圓柱滾子推力軸承的軸與外殼體之間設(shè)有防掉機構(gòu)，防掉機構(gòu)內(nèi)環(huán)的外凸臺肩的直徑大于防掉機構(gòu)外環(huán)內(nèi)孔最小直徑和/或下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承靜圈內(nèi)徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或8所述的具有圓柱滾子推力軸承的儲油補償橡膠密封傳動軸，其特征在于在儲油補償器與上部橡膠密封之間位置的軸上和在防掉機構(gòu)與下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承之間位置的軸上分別設(shè)置有一個鉆井液通孔；在外殼體兩端分別設(shè)置有一個注油孔和排油孔。
專利摘要一種具有圓柱滾子推力軸承的儲油補償橡膠密封傳動軸，它由順次設(shè)置在軸上的上、下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承、防掉機構(gòu)和外殼組成，下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承上方、軸與外殼之間設(shè)有防掉機構(gòu)，上、下部徑向硬質(zhì)合金滑動軸承之間順次設(shè)有上部橡膠密封、圓柱滾子推力軸承組和下部橡膠密封，上、下部橡膠密封所形成的空間為工作油腔，圓柱滾子推力軸承組設(shè)在工作油腔內(nèi)，在滑動軸承間還設(shè)有儲油補償器。本實用新型能使井下動力鉆具工作油腔內(nèi)的止推軸承組所有零件工作時得到良好潤滑，當(dāng)潤滑油少量漏失時，在鉆井工作液壓力作用下儲油補償器會及時補充；能防止密封油腔內(nèi)形成過高的壓力，避免漏油；能延長軸承工作壽命，工作可靠，更換易損件方便。
文檔編號E21B4/00GK2551755SQ0223785
公開日2003年5月21日 申請日期2002年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月10日
發(fā)明者譚春飛, 蔡鏡侖 申請人:石油大學(xué)(北京)