專利名稱:動(dòng)壓力循環(huán)潤滑牙輪鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種牙輪鉆頭,具體是一種動(dòng)壓力循環(huán)潤滑牙輪鉆頭,該牙輪鉆頭實(shí)現(xiàn)了潤滑脂動(dòng)壓力循環(huán),屬于鉆采工具領(lǐng)域。
背景技術(shù):
牙輪鉆頭廣泛應(yīng)用于石油、天然氣、地質(zhì)、煤田、水文勘探和開采。現(xiàn)代先進(jìn)的鉆井工藝和設(shè)備,追求安全快速的成井過程,牙輪鉆頭以其對地層適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢,在鉆采工具中的地位無法替代。牙輪鉆頭的失效與報(bào)廢的主要原因普遍是由于潤滑不良的連鎖反應(yīng)。 潤滑不良,直接反映在軸承滑動(dòng)副或滾動(dòng)副過早疲勞,并且軸承不能承受高鉆壓和高轉(zhuǎn)速, 致使鉆進(jìn)速度大幅度降低。其次是牙輪鉆頭潤滑不良,軸承腔內(nèi)溫度聚集,壓力升高時(shí)無法釋放,對密封性能的保持造成致命影響。目前所使用牙輪鉆頭的潤滑系統(tǒng),其鉆頭脂只能在軸承腔內(nèi)局部循環(huán),軸承腔內(nèi)極其少量的鉆頭脂重復(fù)使用,潤滑效果很不理想?,F(xiàn)有部分牙輪鉆頭試行利用外部儲(chǔ)油孔內(nèi)的鉆頭脂,但卻因?yàn)闆]有形成鉆頭脂流通的合理回路,或缺乏循環(huán)的動(dòng)力,只能使鉆頭脂在一定范圍內(nèi)波動(dòng)往返,不能形成完全循環(huán)。因此傳統(tǒng)潤滑系統(tǒng)的牙輪鉆頭,不能使所有鉆頭脂參與軸承副潤滑,不能滿足高鉆壓高轉(zhuǎn)速的鉆井要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)潤滑系統(tǒng)牙輪鉆頭存在的缺陷,使牙輪鉆頭的有限潤滑成為無限潤滑,使固定潤滑成為循環(huán)潤滑,而設(shè)計(jì)一種動(dòng)壓力循環(huán)潤滑牙輪鉆頭。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)牙掌上安裝牙輪,牙輪上鑲裝鉆齒,牙掌端部設(shè)有牙掌小軸,鎖緊鋼球安裝在牙輪和牙掌小軸之間,塞銷安裝在塞銷孔內(nèi),牙掌背部設(shè)有密封儲(chǔ)油孔,密封圈安裝在牙掌小軸的根部,牙輪上設(shè)有牙輪止推面Ha與牙輪止推面15a,牙掌1上設(shè)有牙掌止推面14b與牙掌止推面15b,牙輪止推面1 與牙掌止推面14b間隙配合,牙輪止推面1 和牙掌止推面1 相切配合,在牙掌小軸的頂端安裝有小軸油泵,小軸油泵是柱塞式或是螺桿式,螺桿式小軸油泵螺桿的旋向是左旋或是右旋,螺旋線數(shù)量是1 20線,螺桿的升角在1 45° 范圍內(nèi),小軸油泵中心線與牙掌小軸的中心線重合或平行或異面布置,小軸油泵端部設(shè)有的油泵傳動(dòng)鍵安裝于牙輪止推面Ha上的動(dòng)力槽內(nèi),動(dòng)力槽截面形狀為矩形或梯形或圓弧形,牙掌上設(shè)進(jìn)油通道和回油通道并分路連接軸承腔和密封儲(chǔ)油孔,軸承腔和密封儲(chǔ)油孔內(nèi)注滿潤滑脂,回油通道和進(jìn)油通道分別用1 18個(gè)工藝孔相連通,回油通道或進(jìn)油通道數(shù)量為1 15條。本發(fā)明的效果是軸承腔內(nèi)潤滑脂的全面循環(huán)流動(dòng),消除了密封圈處的潤滑盲區(qū), 使密封性能更加可靠;小軸油泵的加裝使塞銷靠近鎖緊鋼球的一端不再開設(shè)鉆頭脂的通道,使塞銷端部更容易跟鎖緊鋼球的跑道實(shí)現(xiàn)無縫吻合,提高了鉆頭安全系數(shù);將傳統(tǒng)的無壓潤滑變?yōu)橛袎簼櫥?,流體動(dòng)壓力可以及時(shí)修復(fù)破裂的潤滑脂油膜,使鉆頭軸頸的承壓面實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)補(bǔ)充鉆頭脂,軸承不會(huì)因潤滑失效而快速磨損;小軸油泵的轉(zhuǎn)速或頻率有絕對保證,鉆頭脂的流動(dòng)動(dòng)力明顯可靠,鉆頭軸承腔內(nèi)的鉆頭脂充足,軸承副不會(huì)出現(xiàn)斷油現(xiàn)象, 潤滑效果優(yōu)異;鉆頭壽命大幅度提高,鉆頭轉(zhuǎn)速可以不受控制,更能滿足現(xiàn)代甚至未來高鉆壓、高轉(zhuǎn)速的鉆井需要。
附圖1為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為本發(fā)明的左視結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3為本發(fā)明附圖1的B向放大圖。附圖4為本發(fā)明實(shí)施例一沿附圖3的A-A向剖視圖。附圖5為本發(fā)明實(shí)施例二沿附圖3的A-A向剖視圖。附圖6為本發(fā)明實(shí)施例三沿附圖3的A-A向剖視圖。附圖標(biāo)記說明如下牙掌1、牙輪2、鎖緊鋼球3、塞銷4、小軸油泵5、油泵傳動(dòng)鍵6、牙掌小軸7、密封圈 8、塞銷孔9、回油通道10、進(jìn)油通道11、密封儲(chǔ)油孔12、軸承腔13、牙輪止推面14a、牙掌止推面14b、牙輪止推面15a、牙掌止推面15b、動(dòng)力槽16,鉆齒17。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述,但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例實(shí)施例一牙掌(1)端部設(shè)有牙掌小軸(7),牙輪(2)滑動(dòng)安裝在牙掌小軸(7)上, 牙輪⑵上過盈配合鑲裝鉆齒(17),鎖緊鋼球(3)間隙配合安裝在牙輪(2)和牙掌小軸(7) 之間,塞銷(4)過渡配合固定在塞銷孔(9)內(nèi),牙掌(1)背部設(shè)有密封儲(chǔ)油孔(12),密封圈 ⑶安裝在牙掌小軸(7)的根部,牙輪(2)上設(shè)有牙輪止推面(14a)與牙輪止推面(1 ), 牙掌(1)上設(shè)有牙掌止推面(14b)與牙掌止推面(1 ),牙輪止推面(14a)與牙掌止推面 (14b)為間隙配合;牙輪止推面(15a)和牙掌止推面(15b)相切配合,在牙掌小軸(7)的頂端間隙配合安裝有小軸油泵(5),小軸油泵( 是螺桿式,螺桿式小軸油泵(5)的螺桿旋向是左旋,螺旋線數(shù)量是二線,螺桿的升角是8°,小軸油泵(5)中心線與牙掌小軸(7)中心線重合布置,小軸油泵(5)端部設(shè)有的油泵傳動(dòng)鍵(6)間隙固定于牙輪止推面(14a)上的動(dòng)力槽(16)內(nèi),動(dòng)力槽(16)截面形狀為矩形,牙掌(1)上設(shè)進(jìn)油通道(11)和回油通道(10) 并分路連接軸承腔(1 和密封儲(chǔ)油孔(12),軸承腔(1 和密封儲(chǔ)油孔(1 內(nèi)注滿潤滑脂,其中回油通道(10)的其中一個(gè)入口設(shè)在牙輪止推面(15a)上,回油通道(10)用三個(gè)工藝孔相連接,進(jìn)油通道(11)用兩個(gè)工藝孔相連,進(jìn)油通道(11)或回油通道(10)均為一條。實(shí)施例二 在牙掌小軸(7)的頂端安裝有小軸油泵(5),小軸油泵(5)為柱塞式, 小軸油泵(5)中心線與牙掌小軸(7)的中心線平行布置,小軸油泵(5)端部設(shè)有油泵傳動(dòng)鍵(6),油泵傳動(dòng)鍵(6)因彈力作用自動(dòng)滑進(jìn)牙輪止推面(14a)上的動(dòng)力槽(16)內(nèi),動(dòng)力槽(16)截面形狀為梯形,牙掌(1)上設(shè)進(jìn)油通道(11)和回油通道(10)并分路連接軸承腔(13)和密封儲(chǔ)油孔(12),軸承腔(13)和密封儲(chǔ)油孔(12)內(nèi)注滿潤滑脂,其中回油通道 (10)的其中一個(gè)入口設(shè)在牙輪止推面(15a)上。
實(shí)施例三小軸油泵(5)端部設(shè)有的油泵傳動(dòng)鍵(6)安裝于牙輪止推面(14a)上的動(dòng)力槽(16)內(nèi),動(dòng)力槽(16)截面形狀為圓弧形,小軸油泵(5)為柱塞式,小軸油泵(5)中心線與牙掌小軸(7)的中心線異面布置,牙掌(1)上設(shè)進(jìn)油通道(11)和回油通道(10)并分路連接軸承腔(1 和密封儲(chǔ)油孔(12),軸承腔(1 和密封儲(chǔ)油孔(1 內(nèi)注滿潤滑脂, 其中回油通道(10)的其中一個(gè)入口設(shè)在牙輪止推面(15a)上。本發(fā)明小軸油泵為螺桿泵,泵的中心線與牙掌小軸中心線重合,鉆頭公轉(zhuǎn)帶動(dòng)牙輪沿鉆頭公轉(zhuǎn)的相反方向自轉(zhuǎn),從井口向下看鉆頭,鉆頭沿順時(shí)針方向公轉(zhuǎn),螺桿旋向?yàn)橛倚?dāng)鉆頭沿逆時(shí)針方向公轉(zhuǎn)時(shí),螺桿旋向?yàn)樽笮?,?dāng)鉆頭公轉(zhuǎn)速度低于200轉(zhuǎn)/分鐘時(shí),螺桿升角在1° 15°范圍,公轉(zhuǎn)速度超過200轉(zhuǎn)/分鐘時(shí),根據(jù)鉆頭直徑從小到大在15° 45°范圍,牙輪通過矩形截面動(dòng)力槽,帶動(dòng)傳動(dòng)件同步轉(zhuǎn)動(dòng),從而使小軸油泵旋轉(zhuǎn)工作,油泵的轉(zhuǎn)速可以和牙輪相同,也能通過增設(shè)變速裝置不同于牙輪轉(zhuǎn)速。抽動(dòng)進(jìn)油通道內(nèi)的潤滑脂進(jìn)入軸承腔的小端,進(jìn)油通道用二個(gè)工藝孔相連通。油泵工作使軸承腔內(nèi)部壓力大于密封儲(chǔ)油孔的內(nèi)部壓力,潤滑脂因?yàn)閴毫Σ钛刂赜屯ǖ阑氐矫芊鈨?chǔ)油孔,回油通道用五條工藝孔連通,如此源源不斷的迫使?jié)櫥a(chǎn)生壓力全方位流動(dòng)。在此過程中,鉆頭脂沿牙掌小軸的小端向大端流動(dòng),鉆頭工作時(shí)牙輪必然產(chǎn)生較高頻率的軸向和徑向震動(dòng),使軸承各個(gè)接觸配合面時(shí)而接觸時(shí)而分離,因?yàn)闈櫥挠袎嚎焖倭鲃?dòng),在承壓接觸面分離瞬間, 潤滑脂會(huì)瞬間進(jìn)入,保證潤滑的連續(xù)性,同時(shí)完全可以充滿密封圈附近的潤滑盲區(qū),保證密封的可靠性。另外當(dāng)潤滑脂沿著回油通道向密封儲(chǔ)油孔流動(dòng)時(shí),因?yàn)殂@頭工作時(shí)其整體會(huì)被鉆井液從外部包圍,鉆井液從鉆頭中心進(jìn)入鉆頭工作面,沿井壁和鉆具的環(huán)形空間返回井口帶走破碎的巖石和鉆頭發(fā)出的熱量,而回油通道較長部分距離新入井鉆井液較近,因新入井鉆井液溫度較低而且比重低,所以其對潤滑脂產(chǎn)生明顯的冷卻作用,使二次進(jìn)入軸承腔的潤滑脂溫度始終保持在較低水平,所以潤滑效果得到有效的保持。小軸油泵為柱塞泵,泵的中心線與牙掌小軸中心線不重合。鉆頭公轉(zhuǎn)帶動(dòng)牙輪自轉(zhuǎn),牙輪圓弧或梯形截面的動(dòng)力槽帶動(dòng)油泵傳動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng),使小軸油泵沿自身軸線往復(fù)運(yùn)動(dòng),小軸油泵的往復(fù)運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)吸潤滑脂和壓潤滑脂過程,吸動(dòng)作使進(jìn)油通道內(nèi)的鉆頭脂進(jìn)入軸承腔,而壓動(dòng)作使軸承腔內(nèi)的潤滑脂順回油通道進(jìn)入密封儲(chǔ)油孔,如此反復(fù)形成循環(huán)潤滑效果。油泵的往復(fù)頻率和牙輪自轉(zhuǎn)速度成正比,往復(fù)行程根據(jù)鉆頭直徑的大小可以精確設(shè)計(jì),由于運(yùn)動(dòng)的軌跡簡單,所以其潤滑作用十分顯著。
權(quán)利要求
1.動(dòng)壓力循環(huán)潤滑牙輪鉆頭,是由牙掌(1)上安裝牙輪O),牙輪( 上鑲裝鉆齒(17) 所組成,其特征是在牙掌(1)端部設(shè)有牙掌小軸(7),鎖緊鋼球(3)安裝在牙輪(2)和牙掌小軸(7)之間,塞銷⑷安裝在塞銷孔(9)內(nèi),牙掌⑴背部設(shè)有密封儲(chǔ)油孔(12),密封圈 ⑶安裝在牙掌小軸(7)的根部,牙輪(2)上設(shè)有牙輪止推面(14a)與牙輪止推面(1 ), 牙掌(1)上設(shè)有牙掌止推面(14b)與牙掌止推面(1 ),牙輪止推面(14a)與牙掌止推面 (14b)間隙配合,牙輪止推面(15a)和牙掌止推面(15b)相切配合,在牙掌小軸(7)的頂端安裝有小軸油泵(5),小軸油泵( 是柱塞式或是螺桿式,螺桿式小軸油泵( 螺桿的旋向是左旋或是右旋,旋線數(shù)量是1 20線,螺桿的升角在1 45°范圍內(nèi),小軸油泵(5)中心線與牙掌小軸(7)的中心線重合或平行或異面布置,小軸油泵(5)端部設(shè)有的油泵傳動(dòng)鍵(6)安裝于牙輪止推面(14a)上的動(dòng)力槽(16)內(nèi),動(dòng)力槽(16)截面形狀為矩形或梯形或圓弧形,牙掌(1)上設(shè)進(jìn)油通道(11)和回油通道(10)并分路連接軸承腔(1 和密封儲(chǔ)油孔(12),軸承腔(13)和密封儲(chǔ)油孔(12)內(nèi)注滿潤滑脂,回油通道(10)和進(jìn)油通道(11) 分別用1 18個(gè)工藝孔相連通,回油通道(10)或進(jìn)油通道(11)數(shù)量為1 15條。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)壓力循環(huán)潤滑牙輪鉆頭,其特征是牙輪( 滑動(dòng)安裝在牙掌小軸(7)上,牙輪(2)上過盈配合鑲裝鉆齒(17),鎖緊鋼球(3)間隙配合安裝在牙輪 ⑵和牙掌小軸(7)之間,塞銷⑷過渡配合固定在塞銷孔(9)內(nèi),牙輪止推面(14a)與牙掌止推面(14b)為間隙配合;牙輪止推面(15a)和牙掌止推面(15b)相切配合,在牙掌小軸(7)的頂端間隙配合安裝有小軸油泵(5),小軸油泵(5)是螺桿式,螺桿式小軸油泵(5) 的螺桿旋向是左旋,螺旋線數(shù)量是二線,螺桿的升角是8°,小軸油泵(5)中心線與牙掌小軸(7)中心線重合布置,小軸油泵(5)端部設(shè)有的油泵傳動(dòng)鍵(6)間隙固定于牙輪止推面 (14a)上的動(dòng)力槽(16)內(nèi),動(dòng)力槽(16)截面形狀為矩形,牙掌⑴上設(shè)進(jìn)油通道(11)和回油通道(10)并分路連接軸承腔(1 和密封儲(chǔ)油孔(12),軸承腔(1 和密封儲(chǔ)油孔(12)內(nèi)注滿潤滑脂,其中回油通道(10)的其中一個(gè)入口設(shè)在牙輪止推面(15a)上,回油通道(10) 用三個(gè)工藝孔相連通,進(jìn)油通道(11)用二個(gè)工藝孔相通,進(jìn)油通道(11)或回油通道(10) 均為一條。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)壓力循環(huán)潤滑牙輪鉆頭,其特征是在牙掌小軸(7)的頂端安裝有小軸油泵(5),小軸油泵(5)為柱塞式,小軸油泵(5)中心線與牙掌小軸(7)的中心線平行布置,小軸油泵(5)端部設(shè)有油泵傳動(dòng)鍵(6),油泵傳動(dòng)鍵(6)因彈力作用自動(dòng)滑進(jìn)牙輪止推面(14a)上的動(dòng)力槽(16)內(nèi),動(dòng)力槽(16)截面形狀為梯形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)壓力循環(huán)潤滑牙輪鉆頭,其特征是小軸油泵( 端部設(shè)有的油泵傳動(dòng)鍵(6)安裝于牙輪止推面(14a)上的動(dòng)力槽(16)內(nèi),動(dòng)力槽(16)截面形狀為圓弧形,小軸油泵(5)中心線與牙掌小軸(7)的中心線異面布置。
全文摘要
本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)潤滑系統(tǒng)牙輪鉆頭存在的缺陷,而設(shè)計(jì)一種動(dòng)壓力循環(huán)潤滑牙輪鉆頭,其技術(shù)方案是在牙掌端部設(shè)有牙掌小軸,牙掌背部設(shè)有密封儲(chǔ)油孔,在牙掌小軸的頂端安裝有小軸油泵,牙掌上設(shè)進(jìn)油通道和回油通道并分路連接軸承腔和密封儲(chǔ)油孔,本發(fā)明消除了密封圈處的潤滑盲區(qū),使塞銷端部更容易跟鎖緊鋼球的跑道實(shí)現(xiàn)無縫吻合,提高了鉆頭安全系數(shù);將傳統(tǒng)的無壓潤滑變?yōu)橛袎簼櫥?,流體動(dòng)壓力可以及時(shí)修復(fù)破裂的潤滑脂油膜,使鉆頭軸頸的承壓面實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)補(bǔ)充鉆頭脂,軸承不會(huì)因潤滑失效而快速磨損;鉆頭壽命大幅度提高,鉆頭轉(zhuǎn)速可以不受控制,更能滿足現(xiàn)代甚至未來高鉆壓、高轉(zhuǎn)速的鉆井需要。
文檔編號(hào)E21B10/24GK102287138SQ201110171698
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者劉新軍, 尚明 申請人:三原石油鉆頭廠