[發明專利]用于渦輪鉆具的徑向滑動軸承

有效

• 申請號: 201110101931.7
• 申請日: 2011-04-22
• 公開（公告）號: CN102182751A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 譚春飛
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: F16C17/02
• 分類號: F16C17/02;F16C33/12;F16C37/00;E21B4/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王春光

技術領域

本發明涉及一種石油、礦山、煤田、氣田等領域用井下動力鉆具，尤其是一種結構簡單、使用壽命長的摩擦副表面鑲嵌有硬質合金塊的渦輪鉆具的徑向滑動軸承，屬于機械制造技術領域。

背景技術

眾所周知，渦輪鉆具是工業應用最早的一種井下液動馬達，其作用是將工作液的液體壓力能量轉變為機械能量，驅動鉆頭轉動以破碎井底巖石。從歷史上看，渦輪鉆具在前蘇聯一直作為其石油工業主要的鉆井工具，渦輪鉆井進尺占總鉆井進尺80％以上。而目前渦輪鉆具依然是俄羅斯及西方發達國家石油礦場常用的一種井下動力鉆具。我國20世紀50年代從前蘇聯引進渦輪鉆具生產技術后，發展緩慢，未能在工礦現場得到很好應用，其重要原因之一是：由于渦輪鉆具具有轉速高、扭矩小、壓降高，型號單一，維修壽命短等技術缺陷，與我國鉆井裝備與工具發展水平不相適應。

渦輪鉆具維修時主要是更換徑向滑動軸承與軸向止推軸承。當時從前蘇聯引進的渦輪鉆具徑向滑動軸承摩擦副都是采用硬-軟配對方式，請參見圖1至圖3，分別為現有渦輪鉆具的徑向滑動軸承的結構剖視圖，現有的渦輪鉆具的徑向滑動軸承的靜環(外環)的結構示意圖，以及現有的渦輪鉆具的徑向滑動軸承的動環(內環)的結構示意圖。

如圖所示，現有的渦輪鉆具的徑向滑動軸承100包括靜環101及動環102，所述靜環101套裝于所述動環102的外部；靜環101，即滑動軸承的外環由外至內依次包括外圈103、隔板104、本體105及橡膠襯套106，其中，外圈103與本體105通過隔板104焊接在一起；橡膠襯套106間隔鑲嵌在本體105內表面，其硬度較低(肖氏硬度75～80)。橡膠襯套106的內表面設有軸向溝槽，鉆井液流過軸向溝槽時對軸承進行冷卻和潤滑。動環102，即滑動軸承的內環采用合金鋼材料制成，其摩擦工作表面經滲碳或滲氮處理，硬度較高(布氏硬度HB＝270～288)。靜環101與動環102套裝在一起，動環102的外表面與靜環101的橡膠襯套106的內表面相對滑動，從而形成了硬-軟配對(金屬-橡膠配對)的徑向滑動軸承的滑動副。但現有的渦輪鉆具的徑向滑動軸承仍存在有以下不足之處：

1、由于采用硬-軟配對方式，導致機械摩擦損失大，效率低；

2、現有的徑向滑動軸承在含砂的鉆井液中工作壽命低，需要經常更換，設備的維護成本高。

3、隨著井深的增加，地層溫度逐漸升高，當地層溫度超過120℃～150℃時，渦輪鉆具的金屬-橡膠配對的徑向滑動軸承的摩擦熱不能及時被帶走，橡膠襯套會很快硬化變脆而失效，可靠性較差，從而導致現有采用硬-軟配對方式的徑向滑動軸承的渦輪鉆具不適合深井超深井或高溫高壓井鉆探。

有鑒于上述現有技術存在的缺點，本發明人基于從事相關科研及現場經驗和專業知識，積極加以改進和創新，以期實現一種能夠具有較強的耐磨性、延長使用壽命、防止軸承在使用時溫度過高、可適用于深井和高溫高壓井鉆探的用于渦輪鉆具的徑向滑動軸承。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有較強的耐磨性、較長的使用壽命、可有效的預防軸承在使用時溫度過高、可適用于深井和高溫高壓井鉆探的用于渦輪鉆具的徑向滑動軸承。

為達到上述目的，本發明提出一種用于渦輪鉆具的徑向滑動軸承，包括鋼質靜環和鋼質動環，所述靜環套裝于所述動環的外部，在所述靜環的內表面上鑲嵌設有由若干個硬質合金塊間隔排列構成的第一滑動接觸層，在所述動環的外表面上鑲嵌設有由若干個硬質合金塊間隔排列構成的第二滑動接觸層，所述第一滑動接觸層與所述第二滑動接觸層相對設置形成滑動配合。

如上所述用于渦輪鉆具的徑向滑動軸承，其中，所述靜環的內表面與所述第一滑動接觸層之間通過粘結劑相連接；所述動環的外表面與所述第二滑動接觸層之間也通過粘結劑相連接。

如上所述用于渦輪鉆具的徑向滑動軸承，其中，所述第一滑動接觸層的相鄰的所述硬質合金塊之間通過粘結劑相連接；所述第二滑動接觸層的相鄰的所述硬質合金塊之間也通過粘結劑相連接。

如上所述用于渦輪鉆具的徑向滑動軸承，其中，所述粘結劑為WC與銅合金復合材料粘結劑。

如上所述用于渦輪鉆具的徑向滑動軸承，其中，所述硬質合金塊的縱向截面的形狀為矩形或三角形或菱形。

如上所述用于渦輪鉆具的徑向滑動軸承，其中，所述第一滑動接觸層的所述若干個硬質合金塊均勻的分布于所述靜環的內表面上，所述第一滑動接觸層的所述若干個硬質合金塊的表面積的總和為所述靜環的內表面面積的70％～80％；相應的，所述第二滑動接觸層的所述若干個硬質合金塊均勻的分布于所述動環的外表面上，所述第二滑動接觸層的所述若干個硬質合金塊的表面積的總和為所述靜環的內表面面積的70％～80％。