[發明專利]一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭

無效

• 申請號: 201310374463.X
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN103422815A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 劉新軍;孫泰林;武岳
• 申請（專利權）人: 陜西金剛石油機械有限公司
• 主分類號: E21B10/22
• 分類號: E21B10/22;E21B10/25;E21B10/18;E21B10/24;E21B10/16
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

技術領域

本發明屬于巖石鉆井用的牙輪鉆頭技術，具體涉及一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭。

背景技術

在巖石鉆井技術中，一般以三牙輪鉆頭為主要工具，國內外高轉速鉆井多采螺桿鉆具和蝸輪鉆具，鉆頭轉速為300—600r/min，由于三牙輪鉆頭牙輪的轉速是鉆頭轉速的1.5倍，在超高轉速下，牙輪轉速可達到450—900r/min，因此，對鉆頭零件要求更高。三牙輪鉆頭適合采用滾動軸承，但是由于三牙輪鉆頭結構緊湊，導致其三個牙輪的軸承承載面積之和不及單牙輪鉆頭的二分之一，滾動軸承的滾柱在高鉆壓高轉速條件下常常與軸頸產生接觸疲勞損壞，使軸頸根部產生裂紋，之后成塊狀剝落，導致軸承失效，影響滾動軸承牙輪鉆頭推廣應用。過去的工作只要是提高接觸疲勞壽命，但收效甚微。

發明內容

針對現有技術存在的以上不足，本發明的目的在于提供一種設計完善、性能全面的一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭。

為實現以上目的，本發明采用以下技術方案予以實現。

一種采用全浮動軸套超高速滾動儲油密封軸承的牙輪鉆頭，其特征在于，包括輪金屬環、浮動環、O形橡膠圈、小軸、儲油囊、小軸套，上部設有螺紋連接的主體，均勻分布在主體下方的三個牙掌，所述牙掌根部設有通向主體外的上返孔，位于每兩個牙掌之間的中長噴嘴，從牙掌朝內斜向伸出的大軸頸，套裝在大軸頸上的牙輪，布置在牙輪上的齒柱，套裝在大軸頸外壁上的浮動軸套，沿浮動軸套分布的滾柱；所述牙輪上設有臺階狀安裝盲孔，臺階狀安裝盲孔的大孔內靠近臺階處設有內壁環形槽，大軸頸靠近其頂端面設置有與所述內壁環形槽對應的外壁環形槽，外壁環形槽和內壁環形槽內安裝有連接用鋼絲擋圈，抵靠在大軸頸頂端面和所述臺階狀安裝盲孔的臺階面設有止推墊圈；所述大軸頸根部設有軸根臺階，牙輪的臺階狀安裝盲孔的大孔內靠近口部設有牙輪端槽，大軸頸根部靠近軸根臺階處和牙輪端槽之間套裝有輪金屬環和O形橡膠圈，O形橡膠圈套在輪金屬環外圍；所述大軸頸頂端面上設有一小圓柱孔，小圓柱孔底部設有一個通向牙掌之外的傳壓孔，所述小軸的一端與小圓柱孔過盈配合，小軸另一端與牙輪的臺階狀安裝盲孔的小孔內壁之間設有小軸套；所述小軸與小圓柱孔底部之間設有一個裝滿鉆頭脂的儲油囊，儲油囊與貫穿設置在小軸上的兩個交叉連通的通油孔連通，通油孔與設置在大軸頸外壁的儲油槽連通，儲油槽連通注油孔，所述注油孔設置在大軸頸內并通往牙掌外。

上述技術方案的特點和進一步改進在于：

所述大軸頸是一個二階臺階軸，大軸頸靠近牙掌的第一階直徑大于靠近末端的第二階直徑，浮動軸套套裝在大軸頸的第二階上，并且浮動軸套外徑與大軸頸第一階外徑相等。

所述牙輪的臺階狀安裝盲孔的大孔內遠離臺階處設置有滾柱槽，所述滾柱均勻分布在滾柱槽內。

所述輪金屬環的徑向密封面包含斜面和平面，所述牙輪端槽底面包含與輪金屬環的徑向密封面對應的斜面和平面，所述O形橡膠圈位于所述輪金屬環的徑向密封面和所述牙輪端槽底面之間。

所述浮動環軸向設置在軸根臺階與輪金屬環之間。

所述大軸頸的軸根臺階的端面和對應的浮動環以及浮動環和對應的輪金屬環的軸向面都是滑動密封。

所述主體的螺紋連接處設置有通水孔，通水孔出口設置有三個內徑增大的中長噴嘴，每個中長噴嘴位于三個牙掌中的兩個牙掌之間，中長噴嘴伸出主體部分的側壁設有吸入孔。

所述牙輪上從頂部到根部依次設置有頂齒、主齒齒圈、邊齒與切徑齒齒圈、背錐齒齒圈，在邊齒與切徑齒齒圈中邊齒與切徑齒間隔排列。

所述牙掌外側和主體外側分別布置有體保徑齒。

本發明具有突出的實質性特點和顯著的有益效果。首先是，該鉆頭在軸根臺階和輪金屬環之間設置了一個浮動環，浮動環的兩個端面分別與軸根臺階和輪金屬環密封端面滑動密封，有效降低了滑動密封端面之間的相對速度，實現了高轉速條件下軸承的可靠密封；其次，還采用了鋼絲擋圈鎖緊牙輪來防止牙輪脫落；而且，還采用了中長噴嘴，中長噴嘴噴口設有吸入孔，能吸進帶巖屑泥漿再噴向井底，加強了井底清洗，每個牙掌上都設有上返孔，使鉆頭中心部位泥漿迅速上返，可大幅提高鉆頭機械鉆井速度；特別是鉆頭內部還采用了油囊儲油系統來保證軸承工作過程的充分潤滑和平衡軸承內外壓力差；最為重要的是，本發明在鉆頭的滾動軸承處安裝了一個浮動軸套將滾柱與大軸頸隔開，鉆頭工作時軸承滾柱與套裝在大軸頸上的浮動軸套表面接觸，而浮動軸套與大軸頸產生滑動不斷變換浮動軸套表面與滾柱接觸區，避免大軸頸因接觸疲勞而過早受損，提高了軸承壽命，提高鉆井的經濟性。