專利名稱：一種具有永磁軸承的渦輪鉆具支承節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有永磁軸承的渦輪鉆具支承節(jié)，屬于石油鉆采井下設(shè)備技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代鉆井工程的地質(zhì)條件惡劣，井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)鉆采設(shè)備提出了更高的要求。渦 輪鉆具在深井、超深井中的應(yīng)用可明顯提高機(jī)械鉆速、改善井身質(zhì)量，精確井孔軌跡，有更 好的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性。目前渦輪鉆具采用鉆井液潤滑的開式支承節(jié)，支承節(jié)常采用多級(jí)金屬球軸承或金 剛石止推軸承。多級(jí)金屬球軸承因軸承游隙無法保證，滾動(dòng)體易發(fā)生點(diǎn)蝕和壓潰；而金剛石 止推軸承因井底溫度過高，易發(fā)生過熱磨損。支承節(jié)軸承在含有磨粒的鉆井液中工作，工況 惡劣，容易失效，它是短壽命、一次性使用的關(guān)鍵部件。因此研究一種具有新型軸承的渦輪 鉆具支承節(jié)是鉆井行業(yè)急需解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有永磁軸承的渦輪鉆具支承 節(jié)，提高渦輪鉆具支承節(jié)的使用壽命。本發(fā)明提出的技術(shù)方案是
本發(fā)明一種具有永磁軸承的渦輪鉆具支承節(jié)，主要由上接頭、連接軸、徑向軸承、永磁 軸承組、下部短節(jié)、支承節(jié)軸和外殼構(gòu)成。所述永磁軸承組包含15 25副永磁軸承，永磁 軸承是由定磁環(huán)、動(dòng)磁環(huán)、軸套、外套構(gòu)成。定磁環(huán)和外套安裝在殼體內(nèi)壁，動(dòng)磁環(huán)和軸套安 裝在支承節(jié)軸上，在支承節(jié)的軸向上形成了動(dòng)磁環(huán)、定磁環(huán)、動(dòng)磁環(huán)、定磁環(huán)交錯(cuò)排列的結(jié) 構(gòu)形式，定磁環(huán)和動(dòng)磁環(huán)相鄰平面之間存在軸向間隙。定磁環(huán)和動(dòng)磁環(huán)均為永磁材料，定磁 環(huán)和動(dòng)磁環(huán)均采用軸向充磁且充磁方向相反，定磁環(huán)和動(dòng)磁環(huán)的相鄰平面磁極相同。上接頭、下部短節(jié)與外殼之間通過錐螺紋連接，將徑向軸承、永磁軸承組的靜止部 分壓緊在外殼內(nèi)壁，連接軸與支承節(jié)軸之間通過螺紋連接，將徑向軸承、永磁軸承組的旋轉(zhuǎn) 部分壓緊在支承節(jié)軸上。在永磁軸承組與徑向軸承之間裝有殼調(diào)節(jié)套和軸調(diào)節(jié)套，在徑向軸承與上接頭之 間裝有殼調(diào)節(jié)套，在徑向軸承與連接軸之間裝有軸調(diào)節(jié)套，徑向軸承的內(nèi)、外圈接觸面采用 碳化鎢粉末燒結(jié)并鑲嵌硬質(zhì)合金。本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點(diǎn)在于
1.永磁軸承具有無摩擦、無磨損、不用考慮機(jī)械接觸疲勞壽命、高轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，能夠符 合渦輪鉆具的快速鉆進(jìn)的要求；2.永磁軸承耐環(huán)境性強(qiáng)，能夠在-253° C 450° C的極 限溫度下工作，發(fā)熱少，能夠適應(yīng)井下的高溫工作環(huán)境；3.永磁軸承屬于被動(dòng)磁力軸承，依 靠磁場本身的特性將軸懸浮起來，無電子控制系統(tǒng)和激磁元件，體積小，能耗低，能適應(yīng)于 井下鉆采作業(yè)；4.具有永磁軸承的支承節(jié)能提高渦輪鉆具整機(jī)的壽命，減少起下鉆次數(shù)，永磁軸承的檢修更換方便，適用于鉆井現(xiàn)場的使用。


圖1本發(fā)明一種具有永磁軸承的渦輪鉆具支承節(jié)的總體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的永磁軸承組局部結(jié)構(gòu)示意圖3是圖1的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.上接頭護(hù)絲，2.上接頭，3.連接軸，4.外殼，5.殼調(diào)節(jié)套，6.軸調(diào)節(jié)套， 7.徑向軸承，8.殼調(diào)節(jié)套，9.軸調(diào)節(jié)套，10.永磁軸承組，11.定磁環(huán)，12.動(dòng)磁環(huán)，13.外套， 14.軸套，15.平面，16.平面，17.殼調(diào)節(jié)套，18.軸調(diào)節(jié)套，19.徑向軸承，20.下部短節(jié)， 21.支承節(jié)軸，22.支承節(jié)軸護(hù)絲，23.平面，24.平面。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案作具體說明。如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明一種具有永磁軸承的渦輪鉆具支承節(jié)，主要由上 接頭2、連接軸3、徑向軸承(7、19)、永磁軸承組10、下部短節(jié)20、支承節(jié)軸21和外殼4構(gòu) 成。所述永磁軸承組10包含15 25副永磁軸承，永磁軸承是由定磁環(huán)11、動(dòng)磁環(huán)12、外 套13、軸套14構(gòu)成。定磁環(huán)11和外套13安裝在殼體4內(nèi)壁，動(dòng)磁環(huán)12和軸套14安裝在 支承節(jié)軸21上，在支承節(jié)的軸向上形成了動(dòng)磁環(huán)12、定磁環(huán)11、動(dòng)磁環(huán)12、定磁環(huán)11交錯(cuò) 排列的結(jié)構(gòu)形式，定磁環(huán)11和動(dòng)磁環(huán)12相鄰平面(15、16)之間存在軸向間隙。定磁環(huán)11 和動(dòng)磁環(huán)12均為永磁材料，定磁環(huán)11和動(dòng)磁環(huán)12均采用軸向充磁且充磁方向相反，定磁 環(huán)11和動(dòng)磁環(huán)12的相鄰平面(15、16)磁極相同。上接頭2、下部短節(jié)20與外殼4之間通過錐螺紋連接，將徑向軸承(7、19)、永磁軸 承組10的靜止部分壓緊在外殼4內(nèi)壁，連接軸3與支承節(jié)軸21之間通過螺紋連接，將徑向 軸承(7、19)、永磁軸承組10的旋轉(zhuǎn)部分壓緊在支承節(jié)軸上。在永磁軸承組10與徑向軸承7之間裝有殼調(diào)節(jié)套8和軸調(diào)節(jié)套9 ；在永磁軸承組 10與徑向軸承19之間裝有殼調(diào)節(jié)套17和軸調(diào)節(jié)套18 ；在徑向軸承7與上接頭2之間裝有 殼調(diào)節(jié)套5 ；在徑向軸承7與連接軸3之間裝有軸調(diào)節(jié)套6，徑向軸承(7、19)的內(nèi)、外圈接 觸面采用碳化鎢粉末燒結(jié)并鑲嵌硬質(zhì)合金。為了增加永磁軸承組10的磁場強(qiáng)度，定磁環(huán)11和動(dòng)磁環(huán)12采用Sm-Fe-N系的永 磁材料，該種材料具有大的矯頑力和剩磁感應(yīng)強(qiáng)度，且溫度穩(wěn)定性好，定磁環(huán)11和動(dòng)磁環(huán) 12采用粉末冶金制備工藝。如圖2中箭頭所示，定磁環(huán)11和動(dòng)磁環(huán)12的磁化方向相反，定 磁環(huán)11和動(dòng)磁環(huán)12的相鄰平面(15、16)磁極相同，定磁環(huán)11和動(dòng)磁環(huán)12的相鄰平面15 和平面16之間產(chǎn)生斥力。本發(fā)明的工作原理是兩磁體的斥力與磁體間隙大小成反比，間隙越小斥力越大。 渦輪鉆具在鉆進(jìn)過程中，支承節(jié)承受來自井底的鉆壓，支承節(jié)軸受到向上的軸向載荷，安裝 在支承節(jié)軸21上的動(dòng)磁環(huán)12隨支承節(jié)軸21向上進(jìn)行微小移動(dòng)。定磁環(huán)11和動(dòng)磁環(huán)12 的相鄰平面15和平面16存在軸向間隙減小，定磁環(huán)11和動(dòng)磁環(huán)12之間相鄰平面(15、16) 的斥力大幅增加，由于多個(gè)定磁環(huán)11和動(dòng)磁環(huán)12的相互作用，斥力增量的總和與支承節(jié)軸 21向上的軸向載荷相平衡，支承節(jié)軸21始終處于懸浮平衡狀態(tài)；同理，當(dāng)渦輪鉆具空轉(zhuǎn)時(shí)，支承節(jié)承受向下的水力負(fù)荷，安裝在支承節(jié)軸21上的動(dòng)磁環(huán)12隨支承節(jié)軸21向下進(jìn)行微 小移動(dòng)，動(dòng)磁環(huán)12和定磁環(huán)11的相鄰平面23和平面24存在軸向間隙減小，動(dòng)磁環(huán)12和 定磁環(huán)11之間相鄰平面(23、24)的斥力大幅增加，由于多個(gè)動(dòng)磁環(huán)12和定磁環(huán)11的相互 作用，斥力增量的總和與支承節(jié)軸21向下的軸向載荷相平衡，支承節(jié)軸21仍就處于懸浮平 衡狀態(tài)。具有永磁軸承渦輪鉆具支承節(jié)在工作過程中無摩擦、無磨損，具有結(jié)構(gòu)簡單和長壽 命的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種具有永磁軸承的渦輪鉆具支承節(jié)，主要由上接頭(2)、連接軸(3)、徑向軸承(7、 19)、永磁軸承組(10)、下部短節(jié)(20)、支承節(jié)軸(21)和外殼(4)構(gòu)成，其特征在于所述 永磁軸承組(10)包含15 25副永磁軸承，永磁軸承是由定磁環(huán)(11)、動(dòng)磁環(huán)(12)、外套(13)、軸套(14)構(gòu)成；定磁環(huán)(11)和外套(13)安裝在殼體(4)內(nèi)壁，動(dòng)磁環(huán)(12)和軸套(14)安裝在支承節(jié)軸(21)上；在支承節(jié)的軸向上形成了動(dòng)磁環(huán)(12)、定磁環(huán)(11)、動(dòng)磁環(huán) (12)、定磁環(huán)(11)交錯(cuò)排列的結(jié)構(gòu)形式；定磁環(huán)(11)和動(dòng)磁環(huán)(12)相鄰平面(15、16)之間 存在軸向間隙；定磁環(huán)(11)和動(dòng)磁環(huán)(12)均為永磁材料，定磁環(huán)(11)和動(dòng)磁環(huán)(12)均采 用軸向充磁且充磁方向相反，定磁環(huán)(11)和動(dòng)磁環(huán)(12)的相鄰平面(15、16)磁極相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有永磁軸承的渦輪鉆具支承節(jié)，其特征在于上接頭 (2)、下部短節(jié)(20)與外殼(4)之間通過錐螺紋連接，將徑向軸承(7、19)、永磁軸承組(10) 的靜止部分壓緊在外殼(4)內(nèi)壁，連接軸(3)與支承節(jié)軸(21)之間通過螺紋連接，將徑向軸 承(7、19 )、永磁軸承組(10 )的旋轉(zhuǎn)部分壓緊在支承節(jié)軸上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有永磁軸承的渦輪鉆具支承節(jié)，主要由上接頭、連接軸、徑向軸承、永磁軸承組、下部短節(jié)、支承節(jié)軸和外殼構(gòu)成。所述永磁軸承組包含15～25副永磁軸承，永磁軸承是由定磁環(huán)、動(dòng)磁環(huán)、軸套、外套構(gòu)成。定磁環(huán)和外套安裝在殼體內(nèi)壁，動(dòng)磁環(huán)和軸套安裝在支承節(jié)軸上，在支承節(jié)的軸向上形成了動(dòng)磁環(huán)、定磁環(huán)、動(dòng)磁環(huán)、定磁環(huán)交錯(cuò)排列的結(jié)構(gòu)形式，定磁環(huán)和動(dòng)磁環(huán)相鄰平面之間存在軸向間隙。定磁環(huán)和動(dòng)磁環(huán)均為永磁材料，定磁環(huán)和動(dòng)磁環(huán)均采用軸向充磁且充磁方向相反，定磁環(huán)和動(dòng)磁環(huán)的相鄰平面磁極相同。本發(fā)明的永磁軸承具有無摩擦、無磨損、結(jié)構(gòu)簡單，制造安裝方便，長壽命的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21B4/00GK102102489SQ20111000920
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者張曉東, 茍如意, 龔彥 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)