CN102287138A - 动压力循环润滑牙轮钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是克服传统润滑系统牙轮钻头存在的缺陷，而设计一种动压力循环润滑牙轮钻头，其技术方案是在牙掌端部设有牙掌小轴，牙掌背部设有密封储油孔，在牙掌小轴的顶端安装有小轴油泵，牙掌上设进油通道和回油通道并分路连接轴承腔和密封储油孔，本发明消除了密封圈处的润滑盲区，使塞销端部更容易跟锁紧钢球的跑道实现无缝吻合，提高了钻头安全系数；将传统的无压润滑变为有压润滑，流体动压力可以及时修复破裂的润滑脂油膜，使钻头轴颈的承压面实现瞬时补充钻头脂，轴承不会因润滑失效而快速磨损；钻头寿命大幅度提高，钻头转速可以不受控制，更能满足现代甚至未来高钻压、高转速的钻井需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种牙轮钻头，具体是一种动压力循环润滑牙轮钻头，该牙轮钻头实现了润滑脂动压力循环，属于钻采工具领域。
背景技术
牙轮钻头广泛应用于石油、天然气、地质、煤田、水文勘探和开采。现代先进的钻井工艺和设备，追求安全快速的成井过程，牙轮钻头以其对地层适应性强的优势，在钻采工具中的地位无法替代。牙轮钻头的失效与报废的主要原因普遍是由于润滑不良的连锁反应。润滑不良，直接反映在轴承滑动副或滚动副过早疲劳，并且轴承不能承受高钻压和高转速，致使钻进速度大幅度降低。其次是牙轮钻头润滑不良，轴承腔内温度聚集，压力升高时无法释放，对密封性能的保持造成致命影响。
目前所使用牙轮钻头的润滑系统，其钻头脂只能在轴承腔内局部循环，轴承腔内极其少量的钻头脂重复使用，润滑效果很不理想。现有部分牙轮钻头试行利用外部储油孔内的钻头脂，但却因为没有形成钻头脂流通的合理回路，或缺乏循环的动力，只能使钻头脂在一定范围内波动往返，不能形成完全循环。因此传统润滑系统的牙轮钻头，不能使所有钻头脂参与轴承副润滑，不能满足高钻压高转速的钻井要求。
发明内容
本发明的目的是针对传统润滑系统牙轮钻头存在的缺陷，使牙轮钻头的有限润滑成为无限润滑，使固定润滑成为循环润滑，而设计一种动压力循环润滑牙轮钻头。
本发明是通过以下技术方案来实现：
牙掌上安装牙轮，牙轮上镶装钻齿，牙掌端部设有牙掌小轴，锁紧钢球安装在牙轮和牙掌小轴之间，塞销安装在塞销孔内，牙掌背部设有密封储油孔，密封圈安装在牙掌小轴的根部，牙轮上设有牙轮止推面14a与牙轮止推面15a，牙掌1上设有牙掌止推面14b与牙掌止推面15b，牙轮止推面14a与牙掌止推面14b间隙配合，牙轮止推面15a和牙掌止推面15b相切配合，在牙掌小轴的顶端安装有小轴油泵，小轴油泵是柱塞式或是螺杆式，螺杆式小轴油泵螺杆的旋向是左旋或是右旋，螺旋线数量是1～20线，螺杆的升角在1～45°范围内，小轴油泵中心线与牙掌小轴的中心线重合或平行或异面布置，小轴油泵端部设有的油泵传动键安装于牙轮止推面14a上的动力槽内，动力槽截面形状为矩形或梯形或圆弧形，牙掌上设进油通道和回油通道并分路连接轴承腔和密封储油孔，轴承腔和密封储油孔内注满润滑脂，回油通道和进油通道分别用1～18个工艺孔相连通，回油通道或进油通道数量为1～15条。
本发明的效果是：轴承腔内润滑脂的全面循环流动，消除了密封圈处的润滑盲区，使密封性能更加可靠；小轴油泵的加装使塞销靠近锁紧钢球的一端不再开设钻头脂的通道，使塞销端部更容易跟锁紧钢球的跑道实现无缝吻合，提高了钻头安全系数；将传统的无压润滑变为有压润滑，流体动压力可以及时修复破裂的润滑脂油膜，使钻头轴颈的承压面实现瞬时补充钻头脂，轴承不会因润滑失效而快速磨损；小轴油泵的转速或频率有绝对保证，钻头脂的流动动力明显可靠，钻头轴承腔内的钻头脂充足，轴承副不会出现断油现象，润滑效果优异；钻头寿命大幅度提高，钻头转速可以不受控制，更能满足现代甚至未来高钻压、高转速的钻井需要。
附图说明
附图1为本发明的主视结构示意图。
附图2为本发明的左视结构示意图。
附图3为本发明附图1的B向放大图。
附图4为本发明实施例一沿附图3的A-A向剖视图。
附图5为本发明实施例二沿附图3的A-A向剖视图。
附图6为本发明实施例三沿附图3的A-A向剖视图。
附图标记说明如下：
牙掌1、牙轮2、锁紧钢球3、塞销4、小轴油泵5、油泵传动键6、牙掌小轴7、密封圈8、塞销孔9、回油通道10、进油通道11、密封储油孔12、轴承腔13、牙轮止推面14a、牙掌止推面14b、牙轮止推面15a、牙掌止推面15b、动力槽16，钻齿17。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细描述，但本发明并不局限于以下实施例：
实施例一：牙掌(1)端部设有牙掌小轴(7)，牙轮(2)滑动安装在牙掌小轴(7)上，牙轮(2)上过盈配合镶装钻齿(17)，锁紧钢球(3)间隙配合安装在牙轮(2)和牙掌小轴(7)之间，塞销(4)过渡配合固定在塞销孔(9)内，牙掌(1)背部设有密封储油孔(12)，密封圈(8)安装在牙掌小轴(7)的根部，牙轮(2)上设有牙轮止推面(14a)与牙轮止推面(15a)，牙掌(1)上设有牙掌止推面(14b)与牙掌止推面(15b)，牙轮止推面(14a)与牙掌止推面(14b)为间隙配合；牙轮止推面(15a)和牙掌止推面(15b)相切配合，在牙掌小轴(7)的顶端间隙配合安装有小轴油泵(5)，小轴油泵(5)是螺杆式，螺杆式小轴油泵(5)的螺杆旋向是左旋，螺旋线数量是二线，螺杆的升角是8°，小轴油泵(5)中心线与牙掌小轴(7)中心线重合布置，小轴油泵(5)端部设有的油泵传动键(6)间隙固定于牙轮止推面(14a)上的动力槽(16)内，动力槽(16)截面形状为矩形，牙掌(1)上设进油通道(11)和回油通道(10)并分路连接轴承腔(13)和密封储油孔(12)，轴承腔(13)和密封储油孔(12)内注满润滑脂，其中回油通道(10)的其中一个入口设在牙轮止推面(15a)上，回油通道(10)用三个工艺孔相连接，进油通道(11)用两个工艺孔相连，进油通道(11)或回油通道(10)均为一条。
实施例二：在牙掌小轴(7)的顶端安装有小轴油泵(5)，小轴油泵(5)为柱塞式，小轴油泵(5)中心线与牙掌小轴(7)的中心线平行布置，小轴油泵(5)端部设有油泵传动键(6)，油泵传动键(6)因弹力作用自动滑进牙轮止推面(14a)上的动力槽(16)内，动力槽(16)截面形状为梯形，牙掌(1)上设进油通道(11)和回油通道(10)并分路连接轴承腔(13)和密封储油孔(12)，轴承腔(13)和密封储油孔(12)内注满润滑脂，其中回油通道(10)的其中一个入口设在牙轮止推面(15a)上。
实施例三：小轴油泵(5)端部设有的油泵传动键(6)安装于牙轮止推面(14a)上的动力槽(16)内，动力槽(16)截面形状为圆弧形，小轴油泵(5)为柱塞式，小轴油泵(5)中心线与牙掌小轴(7)的中心线异面布置，牙掌(1)上设进油通道(11)和回油通道(10)并分路连接轴承腔(13)和密封储油孔(12)，轴承腔(13)和密封储油孔(12)内注满润滑脂，其中回油通道(10)的其中一个入口设在牙轮止推面(15a)上。
本发明小轴油泵为螺杆泵，泵的中心线与牙掌小轴中心线重合，钻头公转带动牙轮沿钻头公转的相反方向自转，从井口向下看钻头，钻头沿顺时针方向公转，螺杆旋向为右旋，当钻头沿逆时针方向公转时，螺杆旋向为左旋，当钻头公转速度低于200转/分钟时，螺杆升角在1°～15°范围，公转速度超过200转/分钟时，根据钻头直径从小到大在15°～45°范围，牙轮通过矩形截面动力槽，带动传动件同步转动，从而使小轴油泵旋转工作，油泵的转速可以和牙轮相同，也能通过增设变速装置不同于牙轮转速。抽动进油通道内的润滑脂进入轴承腔的小端，进油通道用二个工艺孔相连通。油泵工作使轴承腔内部压力大于密封储油孔的内部压力，润滑脂因为压力差沿着回油通道回到密封储油孔，回油通道用五条工艺孔连通，如此源源不断的迫使润滑脂产生压力全方位流动。在此过程中，钻头脂沿牙掌小轴的小端向大端流动，钻头工作时牙轮必然产生较高频率的轴向和径向震动，使轴承各个接触配合面时而接触时而分离，因为润滑脂的有压快速流动，在承压接触面分离瞬间，润滑脂会瞬间进入，保证润滑的连续性，同时完全可以充满密封圈附近的润滑盲区，保证密封的可靠性。另外当润滑脂沿着回油通道向密封储油孔流动时，因为钻头工作时其整体会被钻井液从外部包围，钻井液从钻头中心进入钻头工作面，沿井壁和钻具的环形空间返回井口带走破碎的岩石和钻头发出的热量，而回油通道较长部分距离新入井钻井液较近，因新入井钻井液温度较低而且比重低，所以其对润滑脂产生明显的冷却作用，使二次进入轴承腔的润滑脂温度始终保持在较低水平，所以润滑效果得到有效的保持。
小轴油泵为柱塞泵，泵的中心线与牙掌小轴中心线不重合。钻头公转带动牙轮自转，牙轮圆弧或梯形截面的动力槽带动油泵传动件往复运动，使小轴油泵沿自身轴线往复运动，小轴油泵的往复运动可以实现吸润滑脂和压润滑脂过程，吸动作使进油通道内的钻头脂进入轴承腔，而压动作使轴承腔内的润滑脂顺回油通道进入密封储油孔，如此反复形成循环润滑效果。油泵的往复频率和牙轮自转速度成正比，往复行程根据钻头直径的大小可以精确设计，由于运动的轨迹简单，所以其润滑作用十分显著。
Claims (4)
1.动压力循环润滑牙轮钻头，是由牙掌(1)上安装牙轮(2)，牙轮(2)上镶装钻齿(17)所组成，其特征是在牙掌(1)端部设有牙掌小轴(7)，锁紧钢球(3)安装在牙轮(2)和牙掌小轴(7)之间，塞销(4)安装在塞销孔(9)内，牙掌(1)背部设有密封储油孔(12)，密封圈(8)安装在牙掌小轴(7)的根部，牙轮(2)上设有牙轮止推面(14a)与牙轮止推面(15a)，牙掌(1)上设有牙掌止推面(14b)与牙掌止推面(15b)，牙轮止推面(14a)与牙掌止推面(14b)间隙配合，牙轮止推面(15a)和牙掌止推面(15b)相切配合，在牙掌小轴(7)的顶端安装有小轴油泵(5)，小轴油泵(5)是柱塞式或是螺杆式，螺杆式小轴油泵(5)螺杆的旋向是左旋或是右旋，旋线数量是1～20线，螺杆的升角在1～45°范围内，小轴油泵(5)中心线与牙掌小轴(7)的中心线重合或平行或异面布置，小轴油泵(5)端部设有的油泵传动键(6)安装于牙轮止推面(14a)上的动力槽(16)内，动力槽(16)截面形状为矩形或梯形或圆弧形，牙掌(1)上设进油通道(11)和回油通道(10)并分路连接轴承腔(13)和密封储油孔(12)，轴承腔(13)和密封储油孔(12)内注满润滑脂，回油通道(10)和进油通道(11)分别用1～18个工艺孔相连通，回油通道(10)或进油通道(11)数量为1～15条。
2.根据权利要求1所述的动压力循环润滑牙轮钻头，其特征是：牙轮(2)滑动安装在牙掌小轴(7)上，牙轮(2)上过盈配合镶装钻齿(17)，锁紧钢球(3)间隙配合安装在牙轮(2)和牙掌小轴(7)之间，塞销(4)过渡配合固定在塞销孔(9)内，牙轮止推面(14a)与牙掌止推面(14b)为间隙配合；牙轮止推面(15a)和牙掌止推面(15b)相切配合，在牙掌小轴(7)的顶端间隙配合安装有小轴油泵(5)，小轴油泵(5)是螺杆式，螺杆式小轴油泵(5)的螺杆旋向是左旋，螺旋线数量是二线，螺杆的升角是8°，小轴油泵(5)中心线与牙掌小轴(7)中心线重合布置，小轴油泵(5)端部设有的油泵传动键(6)间隙固定于牙轮止推面(14a)上的动力槽(16)内，动力槽(16)截面形状为矩形，牙掌(1)上设进油通道(11)和回油通道(10)并分路连接轴承腔(13)和密封储油孔(12)，轴承腔(13)和密封储油孔(12)内注满润滑脂，其中回油通道(10)的其中一个入口设在牙轮止推面(15a)上，回油通道(10)用三个工艺孔相连通，进油通道(11)用二个工艺孔相通，进油通道(11)或回油通道(10)均为一条。
3.根据权利要求1所述的动压力循环润滑牙轮钻头，其特征是：在牙掌小轴(7)的顶端安装有小轴油泵(5)，小轴油泵(5)为柱塞式，小轴油泵(5)中心线与牙掌小轴(7)的中心线平行布置，小轴油泵(5)端部设有油泵传动键(6)，油泵传动键(6)因弹力作用自动滑进牙轮止推面(14a)上的动力槽(16)内，动力槽(16)截面形状为梯形。
4.根据权利要求1所述的动压力循环润滑牙轮钻头，其特征是：小轴油泵(5)端部设有的油泵传动键(6)安装于牙轮止推面(14a)上的动力槽(16)内，动力槽(16)截面形状为圆弧形，小轴油泵(5)中心线与牙掌小轴(7)的中心线异面布置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20111221 |