[發明專利]用于鑿鉆工具的旁路流體通道

在審

• 申請號: 201580046052.5
• 申請日: 2015-08-24
• 公開（公告）號: CN106661923A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 卡爾-奧斯卡·芬曼
• 申請（專利權）人: 山特維克知識產權股份有限公司
• 主分類號: E21B10/18
• 分類號: E21B10/18;E21B10/23;E21B10/24;E21B10/25
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 蔡石蒙,車文

技術領域

本發明涉及一種旋轉鑿鉆工具，并且特別但不排它地涉及如下的鑿鉆工具，所述鑿鉆工具被構造用以在將牙輪可旋轉地安裝在工具的心軸部分處的軸承組件的基部區域處提供用于冷卻和清潔流體的額外流體流路徑。

背景技術

旋轉鉆機已經作為用于特定鑿鉆操作，諸如產生爆破孔和地質鉆井的有效工具出現。該鉆機通常包括旋轉鉆頭，旋轉鉆頭具有通過包括滾柱和滾珠的軸承組件而安裝相應的錐狀滾動牙輪的三個軸頸支腿。

通常，鉆頭通過鉆架附接至被驅動到鉆孔內的鉆柱的一端。通過產生通過端對端聯接的鉆桿而傳遞至鉆頭的軸向進給和旋轉驅動力，實現切削動作。每個錐形牙輪都包括位于不同軸向區域的安裝在外部的加硬切割球齒，以隨著鉆頭旋轉而進行優化的切割。

為了冷卻軸承，空氣通常被通過軸頸支腿向下供應到鉆柱，并且進入安裝有軸承的每個牙輪的內腔中。空氣繞軸承循環，并且通過腔體嘴部排出。在US 3,193,028；US 3,921,735；US 4,688,651；US 4,421,184；US 4,193,463；US 2012/0160561；US 4,390,072；US 4,511,008和SU 1357532中描述了示例旋轉鉆頭和牙輪。

特別地，通過在安裝了各個牙輪和相應軸承的心軸(通常稱為軸頸)內形成的空氣流通道實現針對軸承組件的不同區域的空氣流。通常，空氣繞軸承流動，并且在阻力最小的定向路徑上流動。因此，在具有被不充分冷卻的特定軸承區域的情況下，現有切割工具中出現差別冷卻問題。應明白，在軸承上的不充分空氣流由于摩擦而引起溫度升高，并且導致更高的磨損以及軸承、牙輪和心軸的操作壽命的相應縮短。

為了防止灰塵和污垢侵入軸承組件內，已知使一部分流體(通常是空氣)轉向至心軸的基部區域，從而將任何碎屑材料從定位于軸頸支腿和心軸之間的接合部處的牙輪腔體嘴部徑向向外地推出和排出。在US 5,183,123和US 6,408,957中描述了示例流體引導通道。然而，盡管通過心軸內的獨立分配通道將流體供應至軸承組件的多個區域，但是現有組件未被優化用以提供被有效地在所有負載和摩擦軸承表面區域上進行分配的受控流體供應，同時保持腔體嘴部(以及牙輪的其它可能區域)處的排出流，以防止碎屑侵入和污染軸承。因此，需要解決上述問題的鑿鉆工具。

發明內容

本發明的目標在于提供一種旋轉鑿鉆工具，其被構造用于優化冷卻安裝每個錐形牙輪的軸承組件，同時最小化污垢侵入軸承組件區域的風險。進一步特定目標在于提供一種開放或者半密封旋轉鉆頭，其具有優化內部流體流通道網，以將冷卻流體輸送至軸承組件的高摩擦區域，而不允許夾帶灰塵和碎屑的空氣圍繞切割工具進入安裝軸承的牙輪的內部區域。

這些目標通過一系列內部流體流通道實現，這些通道包括：i)穿過被設置成與下列流體分配通道連通的每個軸頸支腿延伸的流體供應通道，ii)除了下列流體旁路通道外的每個心軸(軸頸)內的相應流體分配通道，iii)從流體供應通道延伸至每個軸承組件的基部區域的至少一個特定流體旁路通道。每個旁路通道都有效地用以在流體到達每個相應心軸內的分配通道之前，使來自供應通道的預定體積的流體(通常是空氣)直接轉向至軸承組件的基部區域。因此，期望體積的空氣被特定地發送至心軸的基部區域和緊挨定位于牙輪的內部腔體的嘴部內側的軸承組件。這種構造有利于確保位于心軸的基部的軸承被充分地冷卻，同時提供排出流體供應，以將可能聚集或者試圖侵入容納軸承的牙輪的內部體積的任何灰塵或者碎屑接徑向向外導出。有利地，本發明的旁路通道提高了否則可能由于球閥孔和球閥的尺寸而受限的被供應至軸承的空氣體積。

本主題發明適合在牙輪和軸頸支腿之間的區域排出空氣的“開放”牙輪布置。另外，本發明布置適合環狀密封被設置在代表心軸和軸頸支腿之間的接口的心軸的基部(或者頸部)區域處的“半密封”錐形牙輪布置。這后一種布置可以通常包括被設置穿過牙輪的主體的排氣孔，使得冷卻/清潔流體被構造用以主要通過牙輪的主體離開工具。本發明的旁路通道有益于確保期望體積的冷卻流體被供應給位于心軸的基部處的軸承，否則可能坐置在流體流路徑外，其中流體經由分配通路通過心軸分配，并且通過牙輪內的排氣孔離開工具。本發明旁路通道構造還有益于提高牙輪的內部腔體內的正流體壓力，以便防止灰塵和碎屑穿過排氣孔進入腔體。另外，正壓力(通過旁路通道)被設置在緊挨定位于心軸基部處的環狀密封內側的牙輪的內部區域處。即，如果任何灰塵或者碎屑侵入錐形腔體(例如，環狀密封完全或者部分失效的情況下)，則碎屑被防止進一步軸向地進入腔體的內部區域中。