一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头，其特点主要是：采用了钢丝挡圈（15）锁紧牙轮（2）来防止牙轮（2）脱落；在牙掌（1）上增设了上返孔（28），并采用中长喷嘴（24）加强井底清洗；采用了油囊储油系统来保证轴承工作过程的充分润滑和平衡轴承内外压力差，采用O形橡胶圈（8）配合轮金属环（9）以及浮动环（10）实现高转速条件下轴承的可靠密封；更为重要的是在滚动轴承处安装了一个浮动轴套（13）将滚柱（14）与大轴颈（12）隔开，避免大轴颈（12）因接触疲劳而过早受损，从而极大地提高钻头的使用寿命，提高钻井的经济性。
【专利说明】一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头
【技术领域】
[0001]本实用新型属于岩石钻井用的牙轮钻头技术，具体涉及一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头。
【背景技术】
[0002]在岩石钻井技术中，一般以三牙轮钻头为主要工具，国内外高转速钻井多采螺杆钻具和蜗轮钻具，钻头转速为300— 600r/min，由于三牙轮钻头牙轮的转速是钻头转速的
1.5倍，在超高转速下，牙轮转速可达到450— 900r/min，因此，对钻头零件要求更高。三牙轮钻头适合采用滚动轴承，但是由于三牙轮钻头结构紧凑，导致其三个牙轮的轴承承载面积之和不及单牙轮钻头的二分之一，滚动轴承的滚柱在高钻压高转速条件下常常与轴颈产生接触疲劳损坏，使轴颈根部产生裂纹，之后成块状剥落，导致轴承失效，影响滚动轴承牙轮钻头推广应用。过去的工作只要是提高接触疲劳寿命，但收效甚微。
实用新型内容
[0003]针对现有技术存在的以上不足，本实用新型的目的在于提供一种设计完善、性能全面的一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头。
[0004]为实现以上目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现。
[0005]一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头，其特征在于，包括轮金属环、浮动环、0形橡胶圈、小轴、储油囊、小轴套，上部设有螺纹连接的主体，均匀分布在主体下方的三个牙掌，所述牙掌根部设有通向主体外的上返孔，位于每两个牙掌之间的中长喷嘴，从牙掌朝内斜向伸出的大轴颈，套装在大轴颈上的牙轮，布置在牙轮上的齿柱，套装在大轴颈外壁上的浮动轴套，沿浮动轴套分布的滚柱；所述牙轮上设有台阶状安装盲孔，台阶状安装盲孔的大孔内靠近台阶处设有内壁环形槽，大轴颈靠近其顶端面设置有与所述内壁环形槽对应的外壁环形槽，外壁环形槽和内壁环形槽内安装有连接用钢丝挡圈，抵靠在大轴颈顶端面和所述台阶状安装盲孔的台阶面设有止推垫圈；所述大轴颈根部设有轴根台阶，牙轮的台阶状安装盲孔的大孔内靠近口部设有牙轮端槽，大轴颈根部靠近轴根台阶处和牙轮端槽之间套装有轮金属环和0形橡胶圈，0形橡胶圈套在轮金属环外围；所述大轴颈顶端面上设有一小圆柱孔，小圆柱孔底部设有一个通向牙掌之外的传压孔，所述小轴的一端与小圆柱孔过盈配合，小轴另一端与牙轮的台阶状安装盲孔的小孔内壁之间设有小轴套；所述小轴与小圆柱孔底部之间设有一个装满钻头脂的储油囊，储油囊与贯穿设置在小轴上的两个交叉连通的通油孔连通，通油孔与设置在大轴颈外壁的储油槽连通，储油槽连通注油孔，所述注油孔设置在大轴颈内并通往牙掌外。
[0006]上述技术方案的特点和进一步改进在于:
[0007]所述大轴颈是一个二阶台阶轴，大轴颈靠近牙掌的第一阶直径大于靠近末端的第二阶直径，浮动轴套套装在大轴颈的第二阶上，并且浮动轴套外径与大轴颈第一阶外径相
坐寸o[0008]所述牙轮的台阶状安装盲孔的大孔内远离台阶处设置有滚柱槽，所述滚柱均匀分布在滚柱槽内。
[0009]所述轮金属环的径向密封面包含斜面和平面，所述牙轮端槽底面包含与轮金属环的径向密封面对应的斜面和平面，所述0形橡胶圈位于所述轮金属环的径向密封面和所述牙轮端槽底面之间。
[0010]所述浮动环轴向设置在轴根台阶与轮金属环之间。
[0011]所述大轴颈的轴根台阶的端面和对应的浮动环以及浮动环和对应的轮金属环的轴向面都是滑动密封。
[0012]所述主体的螺纹连接处设置有通水孔，通水孔出口设置有三个内径增大的中长喷嘴，每个中长喷嘴位于三个牙掌中的两个牙掌之间，中长喷嘴伸出主体部分的侧壁设有吸入孔。
[0013]所述牙轮上从顶部到根部依次设置有顶齿、主齿齿圈、边齿与切径齿齿圈、背锥齿齿圈，在边齿与切径齿齿圈中边齿与切径齿间隔排列。
[0014]所述牙掌外侧和主体外侧分别布置有体保径齿。
[0015]本实用新型具有突出的实质性特点和显著的有益效果。首先是，该钻头在轴根台阶和轮金属环之间设置了一个浮动环，浮动环的两个端面分别与轴根台阶和轮金属环密封端面滑动密封，有效降低了滑动密封端面之间的相对速度，实现了高转速条件下轴承的可靠密封；其次，还采用了钢丝挡圈锁紧牙轮来防止牙轮脱落；而且，还采用了中长喷嘴，中长喷嘴喷口设有吸入孔，能吸进带岩屑泥浆再喷向井底，加强了井底清洗，每个牙掌上都设有上返孔，使钻头中心部位泥浆迅速上返，可大幅提高钻头机械钻井速度；特别是钻头内部还采用了油囊储油系统来保证轴承工作过程的充分润滑和平衡轴承内外压力差；最为重要的是，本实用新型在钻头的滚动轴承处安装了一个浮动轴套将滚柱与大轴颈隔开，钻头工作时轴承滚柱与套装在大轴颈上的浮动轴套表面接触，而浮动轴套与大轴颈产生滑动不断变换浮动轴套表面与滚柱接触区，避免大轴颈因接触疲劳而过早受损，提高了轴承寿命，提高钻井的经济性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步详细说明。
[0017]图1为本实用新型的一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头的整体内部结构示意图；
[0018]图2为图1中钻头轴承部分和牙轮端槽密封部位的局部内部结构示意图。
[0019]在以上图中:1、牙掌；2、牙轮；3、注油丝堵；4、注油孔；5、传压孔；6、储油囊；7、小轴；8、0形橡胶圈；9、轮金属环；10、浮动环；11、轴根台阶；12、大轴颈；13、浮动轴套；14、滚柱；15、钢丝挡圈；16、止推垫圈；17、小轴套；18、顶齿；19、主齿；20、边齿；21、切径齿；22、背锥齿；23、体保径齿；24、中长喷嘴；25、喷嘴密封圈；26、喷嘴挡圈；27、吸入孔；28、上返孔；29、通油孔；30、主体；31、牙轮端槽；32、储油槽。
【具体实施方式】
[0020]如图1所示,一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头,其包括轮金属环(9)、浮动环(10)、O形橡胶圈(8)、小轴(7)、储油囊(6)、小轴套(17)，上部设有螺纹连接的主体(30 )，均匀分布在主体(30 )下方的三个牙掌(I)，牙掌(I)根部设有通向主体
(30)外的上返孔(28)，位于每两个牙掌(I)之间的中长喷嘴(24)，从牙掌(I)朝内斜向伸出的大轴颈(12)，套装在大轴颈(12)上的牙轮(2)，布置在牙轮(2)上的齿柱，套装在大轴颈(12)外壁上的浮动轴套(13)，沿浮动轴套(13)分布的滚柱(14);牙轮(2)上设有台阶状安装盲孔，台阶状安装盲孔的大孔内靠近台阶处设有内壁环形槽，大轴颈(12)靠近其顶端面设置有与内壁环形槽对应的外壁环形槽，外壁环形槽和内壁环形槽内安装有连接用钢丝挡圈(15)，采用钢丝挡圈(9)锁紧牙轮(2)，不会发生掉牙轮(2)事故，即使在轴承密封失效严重磨损后也不会掉牙轮(2);抵靠在大轴颈(12)顶端面和所述台阶状安装盲孔的台阶面设有止推垫圈(16);大轴颈(12)根部设有轴根台阶(11)，牙轮(2)的台阶状安装盲孔的大孔内靠近口部设有牙轮端槽(31)，大轴颈(12)根部靠近轴根台阶(11)处和牙轮端槽(31)之间套装有轮金属环(9)和O形橡胶圈(8)，O形橡胶圈(8)套在轮金属环(9)外围；大轴颈(12)顶端面上设有一小圆柱孔，小圆柱孔底部设有一个通向牙掌(I)之外的传压孔(5)，小轴(7)的一端与小圆柱孔过盈配合，小轴(7)另一端与牙轮(2)的台阶状安装盲孔的小孔内壁之间设有小轴套(17 );小轴(7 )与小圆柱孔底部之间设有一个装满钻头脂的储油囊
(6)，储油囊(6)与贯穿设置在小轴(7)上的两个交叉连通的通油孔(29)连通，通油孔(29)与设置在大轴颈(12)外壁的储油槽连通，由于浮动轴套(13)和止推垫圈(16)以及小轴套
(17)上都设有过油槽，使通油孔(29)可对轴承各处进行润滑，通油孔(29)通过储油囊(6)连接传压孔(5)，可使轴承各处压力平衡。储油槽连通注油孔(4)，注油孔(4)设置在大轴颈
(12)内并通往牙掌(2)外，在牙掌外的注油孔(4)上设有丝堵(3)，用以防止杂物进入注油孔⑷。
[0021]如图2所示，大轴颈(12)是一个二阶台阶轴，大轴颈(12)靠近牙掌(I)的第一阶直径大于靠近末端的第二阶直径，浮动轴套(13)套装在大轴颈(12)的第二阶上，并且浮动轴套(13)外径与大轴颈(12)第一阶外径相等。牙轮(2)的台阶状安装盲孔的大孔内远离台阶处设置有滚柱槽，滚柱(14)均匀分布在滚柱槽内,确保滚柱(14)始终接触正对滚柱槽的浮动轴套(13)。
[0022]从图2中还可以看出，轮金属环(9)的径向密封面包含斜面和平面，所述牙轮端槽
(31)底面包含与轮金属环(9)的径向密封面对应的斜面和平面，0形橡胶圈(8)位于轮金属环(9)的径向密封面和牙轮端槽(31)底面之间，浮动环(10)轴向设置在轴根台阶(11)与轮金属环(9)之间；0形橡胶圈(8)在牙轮端槽(31)内被径向和轴向压缩，产生推力推动轮金属环(9)使其端面贴紧浮动环(10)端面和轴根台阶(11)端面，浮动环(10)与轮金属环(9)都采用高速工具钢制造，并且浮动环(10)端面和轮金属环(9)端面与轴根台阶(11)端面都经过抛光处理，大轴颈(2)的轴根台阶(11)的端面和对应的浮动环(10)以及浮动环
(10)和对应的轮金属环(9)的轴向面都是滑动密封，适应转速能力比现有技术提高了一倍，0形橡胶圈(8)有径向和轴向两组密封功能，在轴向压缩量较小时仍能可靠密封。
[0023]在图1的上部，主体(30)的螺纹连接处设置有通水孔，通水孔出口设置有三个内径增大的中长喷嘴(24)，每个中长喷嘴(24)位于三个牙掌(I)中的两个牙掌(I)之间，中长喷嘴(24)与主体(30)之间设有喷嘴密封圈(25)，中长喷嘴(24)喷嘴挡圈(26)固定在主体(30)内；中长喷嘴(24)伸出主体(30)部分内径增大，在内径增大处的侧壁设有吸入孔(27);在钻井时，通过连接着牙轮钻头的螺杆中间的通水管道将水送入牙轮(2)内部的通水孔，水从中长喷嘴(24)射出，清洗牙轮(2 )和井底，中长喷嘴(24)在喷水口处内径增大，高速喷射水流喷出时在中长喷嘴(24)喷口内径增大处形成负压，负压使吸入孔(27)吸进带岩屑的泥浆，这些岩屑泥浆再随高压水流喷向井底，提高了清洗效率；之后这些岩屑泥浆会通过牙掌(I)上的上返孔(28)迅速上返。
[0024]从图1中还可以看出，牙轮(2)上从顶部到根部依次设置有顶齿(18)、主齿(19)齿圈、边齿(20)与切径齿(21)齿圈、背锥齿(22)齿圈，在边齿(20)与切径齿(21)齿圈中边齿(20)与切径齿(21)间隔排列；牙掌(I)外侧和主体(30)外侧分别布置有体保径齿(23)，这些体保径齿(23)沿主体(30)轴向每列之间交错排列。以上措施提高破岩效率和增加钻头保径效果，让钻头工作更加稳定。
[0025]显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头，其特征在于，包括轮金属环(9)、浮动环(10)、O形橡胶圈(8)、小轴(7)、储油囊(6)、小轴套(17)，上部设有螺纹连接的主体(30)，均匀分布在主体(30)下方的三个牙掌(1)，所述牙掌(I)根部设有通向主体(30)外的上返孔(28)，位于每两个牙掌(I)之间的中长喷嘴(24)，从牙掌(I)朝内斜向伸出的大轴颈(12)，套装在大轴颈(12)上的牙轮(2)，布置在牙轮(2)上的齿柱，套装在大轴颈(12)外壁上的浮动轴套(13)，沿浮动轴套(13)分布的滚柱(14);所述牙轮(2)上设有台阶状安装盲孔，台阶状安装盲孔的大孔内靠近台阶处设有内壁环形槽，大轴颈(12)靠近其顶端面设置有与所述内壁环形槽对应的外壁环形槽，外壁环形槽和内壁环形槽内安装有连接用钢丝挡圈(15)，抵靠在大轴颈(12)顶端面和所述台阶状安装盲孔的台阶面设有止推垫圈(16);所述大轴颈(12)根部设有轴根台阶(11)，牙轮(2)的台阶状安装盲孔的大孔内靠近口部设有牙轮端槽(31)，大轴颈(12)根部靠近轴根台阶(11)处和牙轮端槽(31)之间套装有轮金属环(9)和O形橡胶圈(8)，O形橡胶圈(8)套在轮金属环(9)外围；所述大轴颈(12)顶端面上设有一小圆柱孔，小圆柱孔底部设有一个通向牙掌(I)之外的传压孔(5)，所述小轴(7)的一端与小圆柱孔过盈配合，小轴(7)另一端与牙轮(2)的台阶状安装盲孔的小孔内壁之间设有小轴套(17);所述小轴(7)与小圆柱孔底部之间设有一个装满钻头脂的储油囊(6)，储油囊(6)与贯穿设置在小轴(7)上的两个交叉连通的通油孔(29)连通，通油孔(29)与设置在大轴颈(12)外壁的储油槽连通，储油槽连通注油孔(4)，所述注油孔(4)设置在大轴颈(12)内并通往牙掌(2)外。
2.根据权利要求1所述的一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头，其特征在于，所述大轴颈(12)是一个二阶台阶轴，大轴颈(12)靠近牙掌(I)的第一阶直径大于靠近末端的第二阶直径，浮动轴套(13)套装在大轴颈(12)的第二阶上，并且浮动轴套(13)外径与大轴颈(12)第一阶外径相等。
3.根据权利要求1所述的一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头，其特征在于，所述牙轮(2)的台阶状安装盲孔的大孔内远离台阶处设置有滚柱槽，所述滚柱(14)均匀分布在滚柱槽内。
4.根据权利要求1所述的一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头，其特征在于，所述轮金属环(9)的径向密封面包含斜面和平面，所述牙轮端槽(31)底面包含与轮金属环(9)的径向密封面对应的斜面和平面，所述O形橡胶圈(8)位于所述轮金属环(9)的径向密封面和所述牙轮端槽(31)底面之间。
5.根据权利要求1所述的一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头，其特征在于，所述浮动环(10)轴向设置在轴根台阶(11)与轮金属环(9)之间。
6.根据权利要求1所述的一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头，其特征在于，所述大轴颈(2)的轴根台阶(11)的端面和对应的浮动环(10)的轴向端面以及浮动环(10)和对应的轮金属环(9)的轴向端面之间都是滑动密封。
7.根据权利要求1所述的一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头，其特征在于，所述主体(30)的螺纹连接处设置有通水孔，通水孔出口设置有三个内径增大的中长喷嘴(24)，每个中长喷嘴(24)位于三个牙掌(I)中的两个牙掌(I)之间，中长喷嘴(24)伸出主体(30)部分的侧壁设有吸入孔(27)。
8.根据权利要求1所述的一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头，其特征在于，所述牙轮(2 )上从顶部到根部依次设置有顶齿(18 )、主齿(19 )齿圈、边齿(20 )与切径齿(21)齿圈、背锥齿(22 )齿圈，在边齿(20 )与切径齿(21)齿圈中边齿(20 )与切径齿(21)间隔排列。
9.根据权利要求1所述的一种采用全浮动轴套超高速滚动储油密封轴承的牙轮钻头，其特征在于，所述牙掌(I) 外侧和主体(30)外侧分别布置有体保径齿(23)。
【文档编号】E21B10/16GK203441369SQ201320521558
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】刘新军, 孙泰林, 武岳 申请人:陕西金刚石油机械有限公司