钻井设备的制作方法

本发明涉及机械制造技术，尤其涉及一种钻井设备。

背景技术：

在采用旋转钻井法进行钻井作业的过程中，需要使用钻井泵向井底输送高含砂量、大比重、高粘度的高压钻井液，通过高压钻井液的循环流动为洗井和井下动力钻具提供动力，以辅助钻井过程正常进行。因此，钻井泵是钻井工程中的关键设备。

钻井泵通常包括：传动轴总成、曲轴总成、十字头总成、活塞总成、排出阀和吸入阀等；其中，传动轴总成通过皮带与电动机连接，且传动轴总成与曲轴总成通过人字形齿轮副连接，曲轴总成通过十字头总成与活塞总成连接，从而实现活塞总成中活塞杆的往复运动；随着活塞杆在缸套中不断地往复运动，排出阀和吸入阀交替打开或者关闭，使得高压钻井液按照一定规律交替地由液缸进入排出管或者由吸入管进入液缸，从而实现高压钻井液的循环流动。

目前，为了获得较大的减速比，进而使钻井泵提供更稳定的动力，设置在曲轴总成中的人字形齿轮通常具有较大尺寸。然而，曲轴总成中较大的人字形齿轮，会导致钻井泵的体积及总重较大，不便于钻井泵的运输。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种钻井设备，能够使得钻井泵的结构更加紧凑，减小钻井泵的体积及重量，进而减小钻井泵的生产成本及运输成本。

本发明提供一种钻井设备，包括：电动机、减速器以及钻井泵，减速器连接在所述电动机与钻井泵之间；其中，所述减速器的输入轴系通过联轴器与电动机输出轴连接，所述减速器的输出轴系与所述钻井泵的曲轴花键连接。

进一步地，所述钻井泵的泵体以及电动机用于设置在安装底架上；和/或，所述减速器用于通过法兰盘悬挂设置在所述钻井泵的泵体上；和/或，所述钻井泵为5缸泵；和/或，所述减速器的输入轴系以及输出轴系都支撑在箱体上；所述箱体包括：第一箱体以及第二箱体，所述第一箱体与所述第二箱体螺接，且所述第一箱体与第二箱体的贴合面上设置有厌氧密封胶。

进一步地，所述输入轴系包括：输入轴，所述输入轴上设置有法兰，所述法兰用于与联轴器连接；所述输入轴上设置有第一齿轮，所述第一齿轮用于将所述电动机的输出轴的扭矩传递给减速器的中间轴系。

所述第一齿轮为斜齿轮，所述第一齿轮与所述法兰之间设置有第一调心滚子轴承，所述第一齿轮背离所述法兰的一侧设置有第一圆柱滚子轴承，所述输入轴通过所述第一调心滚子轴承以及第一圆柱滚子轴承支撑在所述减速器的箱体中。

进一步地，所述输入轴上设置有第一轴肩，所述第一轴肩设置在所述第一齿轮背离所述法兰的一侧。

所述第一齿轮与所述第一调心滚子轴承之间设置有第一隔套，所述法兰背离所述第一调心滚子轴承的一侧设置有第一压板，通过第一螺栓将第一压板、法兰、第一调心滚子轴承的内圈、第一隔套以及第一齿轮压紧在所述第一轴肩上；所述法兰上还套设有第一端盖，所述第一端盖用于将所述第一调心滚子轴承的外圈与所述减速器箱体对应轴承座内孔内侧的止口压紧。

所述第一轴肩背离所述第一齿轮的一侧设置有第一圆柱滚子轴承，通过弹性挡圈将所述滚子轴承的内圈与所述第一轴肩压紧；所述输入轴上还设置有第二端盖，通过第二螺栓将第二端盖、第一调整环、第一圆柱滚子轴承的外圈与所述箱体对应轴承座内孔内侧的止口压紧；所述第二端盖与第一调整环之间通过第一定位销连接，以使第一调整环上的进油孔与对应箱体轴承座上的出油孔同轴。

所述输入轴法兰与第一调心滚子轴承的内圈之间设置有第一o形密封圈；所述第一端盖与所述输入轴法兰之间设置有第一唇形密封圈；所述第二端盖与所述输入轴之间设置有第二唇形密封圈。

进一步地，所述输入轴设置第一圆柱滚子轴承的一端的端面，设置有方孔，用于扭力扳手配合，以通过操作扭力扳手转动输入轴，实现盘轴操作；所述输入轴的第二端盖上设有盘车孔以及盖板，通过蝶形螺钉将所述盖板安装在所述第二端盖上以覆盖所述盘车孔。

进一步地，所述中间轴系包括：中间轴，所述中间轴上设置有第二齿轮以及第三齿轮，所述第二齿轮的分度圆大于所述第三齿轮，所述第二齿轮用于与所述输入轴系的第一齿轮啮合，所述第三齿轮用于将中间轴系的扭矩传递给所述减速器的输出轴系，且所述第二齿轮、第三齿轮为斜齿轮。

所述中间轴的两端分别设置有第二调心滚子轴承以及第二圆柱滚子轴承，所述中间轴通过所述第二调心滚子轴承以及第二圆柱滚子轴承支撑在所述减速器的箱体中。

进一步地，所述中间轴的第一端设置有轴肩，所述第三齿轮设置在所述第二齿轮与轴肩之间。

所述轴肩背离所述第三齿轮的一侧设置有第一锥面，所述第二调心滚子轴承背离所述轴肩的一侧设置有第二压板，通过第三螺栓将第二压板、第二调心滚子轴承的内圈与所述第一锥面压紧，并通过第三端盖将第二调心滚子轴承的外圈与设在箱体对应轴承座内孔内侧的止口压紧。

所述第二圆柱滚子轴承设置在所述第二齿轮背离所述轴肩的一侧，所述第二齿轮与所述第二圆柱滚子轴承之间设置有定距环，所述第二圆柱滚子轴承背离所述第二齿轮的一侧设置有第三压板以及第四端盖，通过第四螺栓将第三压板、第二圆柱滚子轴承的内圈、定距环、第二齿轮以及第三齿轮与所述轴肩压紧，并通过第五螺栓将第四端盖、喷油环、滚子轴承的外圈与设在箱体对应轴承座内孔内侧的止口压紧，所述第四端盖与喷油环之间通过第二定位连接，以使喷油环的进油孔与对应箱体轴承座上的出油孔同轴。

进一步地，所述输出轴系包括输出轴，所述输出轴上设置有第四齿轮，所述第四齿轮用于与第三齿轮啮合。

所述输出轴的两端分别设置有第三圆柱滚子轴承、第三调心滚子轴承，所述输出轴通过所述第三圆柱滚子轴承、第三调心滚子轴承支撑在所述箱体上。

所述输出轴设置有贯穿的第一中心孔，所述中间轴设置有所述第三调心滚子轴承的一端的第一中心孔设置有内花键，所述钻井泵的曲轴上设置有外花键，所述内花键用于与所述外花键配合；所述第一中心孔中还设置有连接轴，所述连接轴上开设有贯穿的所述第二中心孔，所述连接轴的部分伸入所述钻井机曲轴的第三中心孔中。

进一步地，所述输出轴上还设置有第三轴肩；所述第四齿轮背离所述第三轴肩的一侧依次设置有隔套、第三圆柱滚子轴承、第四压板以及第五端盖，通过所述第六螺栓将所述第四压板、第三圆柱滚子轴承的内圈、隔套以及第四齿轮与所述第三轴肩压紧，通过所述第七螺栓将所述第五端盖、第二调整环、第三圆柱滚子轴承的外圈与设在箱体对应轴承座内孔内侧的止口压紧；其中，所述第五端盖与第二调整环之间通过第三定位销连接，以使第二调整环的进油孔与对应箱体轴承座上的出油孔同轴。

所述第三轴肩背离所述第四齿轮的一侧设置有第二锥面，并设置有第三调心滚子轴承，通过锁紧螺母将第三调心滚子轴承的内圈与所述第二锥面压紧，并通第五压板将第三调心滚子轴承的外圈与设在箱体对应轴承座内孔内侧的止口压紧。

进一步地，所述第五端盖与所述输出轴之间设置有第三唇形密封圈；所述连接轴与所述输出轴之间设置有第二o形密封圈；所述连接轴与所述曲轴之间设置有第三o形密封圈。

本发明提供的钻井设备，通过在电动机与钻井泵之间设置减速器，将减速器的输入轴系与电动机输出轴连接，将减速器的输出轴系与钻井泵的曲轴连接，从而不需要在钻井泵中设置尺寸较大的人字形齿轮，通过减速器就能够将电动机输出的动力传递给钻井泵，大大减小了钻井泵的体积及重量，进而减小了钻井泵的生产成本及运输成本。

附图说明

图1为本发明实施例钻井设备的传动示意图；

图2为本发明实施例钻井设备的连接示意图；

图3为本发明实施例钻井设备中减速器的箱体的结构示意图；

图4为本发明实施例钻井设备中减速器的输入轴系的结构示意图；

图5为本发明实施例钻井设备中减速器的中间轴系的结构示意图；

图6为本发明实施例钻井设备中减速器的输出轴系的结构示意图；

图7为本发明实施例钻井设备中减速器与钻井泵的局部结构示意图。

其中，100-电动机；200-减速器；300-钻井泵；201-第一箱体；202-第二箱体；211-输入轴；212-第一齿轮；213-第一隔套；214-第一端盖；215-法兰；216-第一压板；217-第一调整环；218-第二端盖；219-盖板；220-第一调心滚子轴承；221-第一圆柱滚子轴承；222-第二螺栓；223-第一螺栓；224-第一平键；225-第一定位销；226-第二唇形密封圈；227-第一唇形密封圈；228-第一o形密封圈；229-蝶形螺钉；230-弹性挡圈；241-中间轴；242-第二齿轮；243-第三齿轮；244-第三压板；245-喷油环；246-定距环；247-第四端盖；248-第二平键；249-第三平键；250-第二压板；251-第三端盖；252-第二调心滚子轴承；253-第二圆柱滚子轴承；254-第二定位销；255-第三螺栓；256-第五螺栓；257-第四螺栓；271-输出轴；272-连接轴；273-第四齿轮；274-第二隔套；275-第二调整环；276-第五端盖；277-第四压板；278-第五压板；279-第四平键；280-第三圆柱滚子轴承；281-第三唇形密封圈；282-旋转接头；283-第三o形密封圈；284-第二o形密封圈；285-第三定位销；286-第七螺栓；287-第三调心滚子轴承；288-锁紧螺母；289-第六螺栓。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，“上”、“下”、“首”、“尾”等的用语，是用于描述各个结构在附图中的相对位置关系，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

图1为本发明实施例钻井设备的传动示意图；图2为本发明实施例钻井设备的连接示意图；图3为本发明实施例钻井设备中减速器的箱体的结构示意图。

请参照图1-3，本实施例提供一种钻井设备，包括：电动机100、减速器200以及钻井泵300，减速器200连接在电动机100与钻井泵300之间；其中，减速器200的输入轴系通过联轴器与电动机100输出轴271连接，减速器200的输出轴系与钻井泵300的曲轴花键连接。

具体地，在施工现场，钻井泵300的泵体安装在安装底架上，安装底架可以固定设置在地面或者其它固定面上；本实施例对于安装底架的结构不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，也可以采用现有技术。电动机100也通过地脚螺栓安装在安装底架上，电动机100在安装底架上的具体安装位置可以根据实际需要进行设置。

减速器200包括箱体，用于支撑和固定输入轴系和输出轴系。箱体可以包括第一箱体201以及第二箱体202，第一箱体201与第二箱体202螺接，且第一箱体201与第二箱体202的贴合面上设置有厌氧密封胶，以提高减速器200的密封性能。此外，减速器200的箱体的内外表面均做防腐处理，箱体上还可以设有观察窗、排油孔、回油孔、润滑油路、呼吸器座和/或起吊吊耳等。减速器200的输入轴系通过鼓齿联轴器与电动机100输出轴271连接。减速器200具体可以垂直或者水平安装，相应调整电动机100的安装形式即可，以便于减速器200的输入轴系与电动机100输出轴271的连接。

为了减缓钻井泵300自身的振动冲击，钻井泵300可以采用5缸泵，通过减小活塞面积，降低了曲轴对连杆的推力，从而降低钻井泵300对齿轮箱冲击的幅值；通过增加液缸的数量提高冲击频率，使钻井泵300对减速器200及电动机100冲击更趋向于平稳。此外，为了提高减速器200的承受中等冲击载荷的能力，齿轮副的工况系数取ka＝1.5，齿轮的接触疲劳强度安全系数取sh≥1.5，齿轮的抗弯曲疲劳强度安全系数取sf≥2.0。

本实施例提供的钻井设备，通过在电动机100与钻井泵300之间设置减速器200，将减速器200的输入轴系与电动机100输出轴271连接，将减速器200的输出轴系与钻井泵300的曲轴连接，从而不需要在钻井泵300中设置尺寸较大的人字形齿轮，通过减速器200就能够将电动机100输出的动力传递给钻井泵300，大大减小了钻井泵300的体积及重量，进而减小了钻井泵300的生产成本及运输成本。

图4为本发明实施例钻井设备中减速器的输入轴系的结构示意图。

请参照图4，进一步地，输入轴系包括：输入轴211，输入轴211上设置有法兰215，法兰215用于与联轴器连接，进而与电动机100输出轴271连接。输入轴211上设置有第一齿轮212，第一齿轮212用于将电动机100的输出轴271的扭矩传递给减速器200的中间轴系，第一齿轮212通过第一平键224与输入轴211连接。第一齿轮212可以采用斜齿轮，此时，在传递转矩过程中将产生轴向力，为克服该轴向力，第一齿轮212与法兰215之间设置有第一调心滚子轴承220，第一调心滚子轴承220开设有圆锥孔；第一齿轮212背离法兰215的一侧设置有第一圆柱滚子轴承221，输入轴211通过第一调心滚子轴承220以及第一圆柱滚子轴承221支撑在减速器200的箱体中。

具体地，输入轴211上设置有第一轴肩，第一轴肩设置在第一齿轮212背离法兰215的一侧；第一齿轮212与第一调心滚子轴承220之间设置有第一隔套213，法兰215背离第一调心滚子轴承220的一侧设置有第一压板216，通过第一螺栓223将第一压板216、法兰215、第一调心滚子轴承220的内圈、第一隔套213以及第一齿轮212压紧在第一轴肩上。此外，法兰215上还套设有第一端盖214，第一端盖214用于将第一调心滚子轴承220的外圈与减速器200箱体对应轴承座内孔内侧的止口压紧。

第一轴肩背离第一齿轮212的一侧设置有第一圆柱滚子轴承221，通过弹性挡圈230将滚子轴承的内圈与第一轴肩压紧；输入轴211上还设置有第二端盖218，通过第二螺栓222将第二端盖218、第一调整环217、第一圆柱滚子轴承221的外圈与箱体对应轴承座内孔内侧的止口压紧，从而实现输入轴系在箱体上的定位及固定。其中，第二端盖218与第一调整环217之间通过第一定位销225连接，以使第一调整环217上的进油孔与对应箱体轴承座上的出油孔同轴；第一圆柱滚子轴承221的内圈与其滚子间允许的轴向位移量可补偿轴系的热胀冷缩引起的轴系伸缩(输入轴211设置第一圆柱滚子轴承221的一端为自由端)。

本实施例中，输入轴211设置第一圆柱滚子轴承221的一端，设置有截面25.4mm×25.4mm、深度50mm的方孔，用于与1英寸接口的扭力扳手配合，将扭力扳手插入方孔之后，可以通过操作扭力扳手转动输入轴211(也即进行盘轴操作)，输入轴211的第二端盖218上设有盘车孔，该盘车孔上设有防护用的盖板219，通过蝶形螺钉229将盖板219安装在第二端盖218上以覆盖盘车孔。

此外，以输入轴211设置有调心滚子轴承的一端为右端，输入轴211法兰215与第一调心滚子轴承220的内圈之间设置有第一o形密封圈228，以预防轴承内润滑油通过输入轴211法兰215与第一调心滚子轴承220的内圈之间的结合面泄露。第一端盖214与输入轴211法兰215之间设置有第一唇形密封圈，以预防箱体内的润滑油通过第一端盖214、轴法兰215的配合处泄露。第二端盖218与输入轴211之间设置有第二唇形密封圈，以预防箱体内润滑油通过第二端盖218、输入轴211左侧盘车轴伸处泄露。轴系的两个端面密封是将相应的端盖与对应箱体轴承座外端面紧密贴合实现的，贴合面上涂有厌氧密封胶。

由于输入轴211的法兰215与第一唇形密封圈227接触直径较大，在长时间高转速下摩擦生热导致局部高温，因此，在第一右端盖上设有对第一唇形密封圈227润滑冷却的专用油路。

图5为本发明实施例钻井设备中减速器的中间轴系的结构示意图。

请参照图5，进一步地，中间轴系包括：中间轴241，中间轴241上设置有第二齿轮242以及第三齿轮243，第二齿轮242的分度圆大于第三齿轮243，第二齿轮242用于与输入轴系的第一齿轮212啮合，第三齿轮243用于将中间轴系的扭矩传递给减速器200的输出轴系；其中，第二齿轮242、第三齿轮243为斜齿轮，且第二齿轮242通过第二平键248与中间轴241连接，第三齿轮243通过第三平键249与中间轴241连接。

中间轴241的两端分别设置有第二调心滚子轴承252以及第二圆柱滚子轴承253，中间轴241通过第二调心滚子轴承252以及第二圆柱滚子轴承253支撑在减速器200的箱体中。其中，第二调心滚子轴承252用于克服第二齿轮242以及第三齿轮243在传递转矩过程中产生的轴向力。

具体地，中间轴241的第一端设置有轴肩，第三齿轮243设置在第二齿轮242与轴肩之间；轴肩背离第三齿轮243的一侧设置有第一锥面，第二调心滚子轴承252背离轴肩的一侧设置有第二压板250，通过第三螺栓255将第二压板250、第二调心滚子轴承252的内圈与第一锥面压紧，并通过第三端盖251将第二调心滚子轴承252的外圈与设在箱体对应轴承座内孔内侧的止口压紧。

第二圆柱滚子轴承253设置在第二齿轮242背离轴肩的一侧，第二齿轮242与第二圆柱滚子轴承253之间设置有定距环246，第二圆柱滚子轴承253背离第二齿轮242的一侧设置有第三压板244以及第四端盖247，通过第四螺栓257将第三压板244、第二圆柱滚子轴承253的内圈、定距环246、第二齿轮242以及第三齿轮243与轴肩压紧，并通过第五螺栓256将第四端盖247、喷油环245、滚子轴承的外圈与设在箱体对应轴承座内孔内侧的止口压紧，第四端盖247与喷油环245之间通过第二定位连接，以使喷油环245的进油孔与对应箱体轴承座上的出油孔同轴。其中，第二圆柱滚子轴承253的内圈与其滚子间允许的轴向位移量可补偿轴系的热胀冷缩引起的轴系伸缩(中间轴241的该侧为自由端)。

此外，中间轴系的密封是相应端盖与对应箱体轴承座外端面紧密贴合实现的，贴合面上涂有厌氧密封胶。

图6为本发明实施例钻井设备中减速器的输出轴系的结构示意图；图7为本发明实施例钻井设备中减速器与钻井泵的局部结构示意图。

请参照图6-7，进一步地，输出轴系包括输出轴271，输出轴271上设置有第四齿轮273，第四齿轮273用于与第三齿轮243啮合，第四齿轮273通过第四平键279与输出轴271连接。输出轴271的两端分别设置有第三圆柱滚子轴承280、第三调心滚子轴承287，输出轴271通过第三圆柱滚子轴承280、第三调心滚子轴承287支撑在箱体上。由于第四齿轮273为斜齿轮，第三调心滚子轴承287用于克服第四齿轮273在传递转矩过程中产生的轴向力；第三圆柱滚子轴承280的内圈与其滚子间允许的轴向位移量可补偿轴系的热胀冷缩引起的轴系伸缩。

输出轴271设置有贯穿的第一中心孔，中间轴241设置有第三调心滚子轴承287的一端的第一中心孔设置有内花键，钻井泵300的曲轴上设置有外花键，内花键用于与外花键配合。第一中心孔中还设置有连接轴272，连接轴272上开设有贯穿的第二中心孔，连接轴272的部分伸入钻井机曲轴的第三中心孔中。

其中，连接轴272与输出轴271螺栓连接。第一中心孔、第二中心孔以及第三中心孔连通形成将外接的润滑系统供给钻井泵300本体的油路。

具体地，输出轴271上还设置有第三轴肩；第四齿轮273背离第三轴肩的一侧依次设置有隔套、第三圆柱滚子轴承280、第四压板277以及第五端盖276，通过第六螺栓289将第四压板277、第三圆柱滚子轴承280的内圈、第二隔套274以及第四齿轮273与第三轴肩压紧，通过第七螺栓286将第五端盖276、第二调整环275、第三圆柱滚子轴承280的外圈与设在箱体对应轴承座内孔内侧的止口压紧；其中，第五端盖276与第二调整环275之间通过第三定位销285连接，以使第二调整环275的进油孔与对应箱体轴承座上的出油孔同轴。

第三轴肩背离第四齿轮273的一侧设置有第二锥面，并设置有第三调心滚子轴承287，通过锁紧螺母288将第三调心滚子轴承287的内圈与第二锥面压紧，并通第五压板278以及第五压板278上的螺栓将第三调心滚子轴承287的外圈与设在箱体对应轴承座内孔内侧的止口压紧。

第五端盖276与输出轴271之间设置有第三唇形密封圈281，以预防箱体内润滑油从第五端盖276与输出轴271右侧轴伸处泄露。连接轴272与输出轴271之间设置有第二o形密封圈284，连接轴272与曲轴之间设置有第三o形密封圈283，以预防轴承内润滑油进入输出轴271的内孔，实减速器200内的润滑油和输出轴271的第一中心孔内的润滑油的隔离。

其中，轴系的右侧端面密封是第五端盖276与对应箱体轴承座外端面紧密贴合实现的，贴合面上涂有厌氧密封胶。轴系的左侧端面密封是通过钻井泵300上螺栓的预紧力将箱体连接法兰215与钻井泵300配合的端面紧密贴合实现的，贴合面上涂有厌氧密封胶。此外，输出轴271的右端，也即输出轴271设置有第三圆柱滚子轴承280的一端设置有旋转接头282，旋转接头282与输出轴271的第一中心孔通过锥螺纹密封连接。

由于钻井设备常在沙漠、海洋作业，工作环境恶劣，减速器200的润滑采用强制喷油润滑，供油的外部专用润滑系统具有净化(除水除杂质)、加热、冷却等功能，减速器200润滑管路均选用不锈钢无缝钢管，减速器200内外表面均做防腐处理，其上设有空气滤清器。

本实施例提供的钻井设备，减速器200的运行稳定、可靠；钻井泵300的结构紧凑，较传统钻井泵(63吨)重量减少了22吨，成本较低，并且运输方便。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。