专利名称：一种井下动力钻具均载推力滑动轴承组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种井下动力钻具均载推力滑动轴承组，属于石油钻采井下设备技术领域。
背景技术：
井下动力钻具旋转钻井方式已经得到广泛的应用，井下动力钻具在超深井、定向井、丛式井、硬地层的钻井中，具有机械钻速高、定向精确、钻井管柱磨损小的优点，并能与随钻测量系统和PDC钻头配合使用，是实现井下钻具组合自动化的重要基础。井下动力钻具轴承组是井下动力钻具整机寿命的决定因素。轴承组在具有磨料性质的钻井液中承受双向重载，运动速度高，工作环境恶劣，轴承组寿命短。目前轴承组多为四支点金属球轴承、圆弧滚道球轴承和金刚石推力轴承。球轴承组的元件数量多，安装调配精度要求高，常因轴承游隙不合理导致轴承组受载不均，在高速重载下容易发生过度磨损和冲击压溃，单幅轴承的失效导致轴承组寿命不稳定。金刚石止推片在高温中工作时，易发生过热磨损，难以适应超深井的高温工作环境。上述各类轴承组均载设计和润滑性能有所欠缺，轴承组的均载性能对井下动力钻具轴承组的寿命具有决定性意义。井下动力钻具均载推力滑动轴承的设计是井下动力钻具设计的难题之一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有井下动力钻具轴承技术的不足，提供一种井下动力钻具均载推力滑动轴承组，旨在提高轴承组的均载性能进而提高轴承组寿命。本发明提出的技术方案是
本发明一种井下动力钻具均载推力滑动轴承组，主要由静环、动环、外套筒、过载保护动环和过载保护静环构成。所述静环由连接螺柱、推力瓦、蝶形弹簧、静环基座构成；静环基座的正反两面的周向上均勻分布10 16个沉孔，沉孔中心开有通孔；连接螺柱穿过通孔与推力瓦采用螺纹连接，将蝶形弹簧固定在推力瓦与静环基座之间，蝶形弹簧采用对合形式安装；在静环基座径向上分布3 8个螺纹孔，静环基座与外套筒采用螺钉固定，将动环和静环串联成轴承组，形成动环、静环、动环、静环交错排列的结构形式；动环与推力瓦之间存在微小的间隙，动环与推力瓦之间的接触面均烧结厚度为1 3mm的高温陶瓷耐磨材料。推力瓦可相对于静环基座倾斜，动环平面与推力瓦平面之间的夹角为α (-2° ^ α ^2° )，夹角α能在不同的轴向压力和不同的转速下自动调整。动环平面和推力瓦平面之间形成楔形空间，有利益于形成钻井液流体动压润滑膜。过载保护动环与静环之间存在0. 4 1. 3mm的间隙，过载保护动环与静环的接触面烧结厚度为1 3mm的高温陶瓷耐磨材料；过载保护动环与过载保护静环之间存在 0. 4 1. 3mm的间隙，过载保护动环与过载保护静环的接触面烧结厚度为1 3mm的高温陶瓷耐磨材料。本发明一种井下动力钻具均载推力滑动轴承组的优点在于1.使得各轴承元件的载荷分布均勻，避免冲击载荷导致的轴承元件的损坏，延长轴承寿命。2.能够形成以钻井液为润滑介质的液体动压润滑，液体动压润滑膜能够承载并降低摩擦面的磨损，高温陶瓷耐磨材料，具有良好的耐磨损、抗腐蚀、耐高温的特点。3.降低轴承元件的安装精度和元件加工精度的要求。4.推力滑动轴承相比传统的推力球轴承具有更大的轴向止推力，相同承载能力下，轴承组的长度更短，既便于安装又使得井下动力钻具的总长度降低，更有利于井下动力钻具钻定向井作业。5.外套筒与静环基座采用刚性连接方式，使得井下动力钻具均载轴承组结构紧凑，简化了轴承组的安装、检修、更换。
图1本发明一种井下动力钻具均载推力滑动轴承组的结构示意图； 图2是图1动环的半剖结构示意图3是图1静环的半剖结构示意图； 图4是图1推力瓦平面与动环平面楔形空间的示意图。图中1.静环，2.动环，3.外套筒，4.螺纹孔，5.螺钉，6.过载保护动环，7.过载保护静环，8.连接螺柱9.推力瓦，10.蝶形弹簧，11.静环基座，12沉孔13.通孔，14.高温陶瓷耐磨材料，15，动环平面，16.推力瓦平面，17.推力瓦平面，18.动环平面。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明实施方案作具体说明。如图1、图2、图3、图4所示，本发明一种井下动力钻具均载推力滑动轴承组，主要由静环1、动环2、外套筒3、过载保护动环6和过载保护静7环构成。所述静环由连接螺柱8，推力瓦9，蝶形弹簧10，静环基座11构成；静环基座11的正反两面的周向上均勻分布 10 16个沉孔12，沉孔12中心开有通孔13 ；连接螺柱8穿过通孔13与推力瓦9采用螺纹连接，将蝶形弹簧10固定在推力瓦9与静环基座11之间，蝶形弹簧10采用对合形式安装； 在静环基座11径向上分布3 8个螺纹孔4，静环基座11与外套筒3采用螺钉5固定，将动环2和静环1串联成轴承组，形成动环2、静环1、动环2、静环1交错排列的结构形式，动环2与推力瓦9之间存在微小的间隙，动环2与推力瓦9之间的接触面均烧结厚度为1 3mm的高温陶瓷耐磨材料。如图4所示，推力瓦9可相对于静环基座11倾斜，动环平面15与推力瓦平面16 之间的夹角为α ("2° ^ α ^ 2° )，夹角α能在不同的轴向压力和不同的转速下自动调整。动环平面15和推力瓦平面16之间形成楔形空间(钻井液膜厚hl<h2)，有利益于形成钻井液流体动压润滑膜。过载保护动环6与静环1之间存在0. 4 1. 3mm的间隙，过载保护动环6与静环1 的接触面烧结厚度为1 3mm的高温陶瓷耐磨材料；过载保护动环6与过载保护静环7之间存在0. 4 1. 3mm的间隙，过载保护动环6与过载保护静环7的接触面烧结厚度为1 3mm的高温陶瓷耐磨材料。高温陶瓷耐磨材料14采用韧化液相烧结碳化硅工艺，形成连续环形耐磨损滑道， 高温陶瓷耐磨材料14表面质量好，具有优异的抗磨损性、抗腐蚀性和一定耐冲击能力。工作原理一种井下动力钻具均载推力滑动轴承组在空转时，承受向下的水力负荷，当水力负荷较小时，推力瓦9与动环2之间存在微小间隙，推力瓦9在钻井液的扰动下自动调节推力瓦平面16与动环平面15的夹角α，形成的楔形空间(钻井液膜厚hl<h2)为收敛间隙。动环2相对于静环1高速旋转，高速的相对旋转产生动压效应，动压效应形成钻井液动压润滑膜。动环2与静环1之间充满钻井液动压润滑膜，动环2和推力瓦9不会发生磨损。随着水力负荷逐渐增大，动环2和过载保护动环6向下移动，由于制造和安装误差，轴承组中动环平面15和推力瓦平面16间距最小的推力瓦9和动环2最先接触并相互摩擦；蝶形弹簧 10受压发生微小的变形，动环2和过载保护动环6向下移动，使得动环平面15和推力瓦平面16间距稍大的动环2与推力瓦9接触并相互摩擦，动环2和过载保护动环的6向下的位移进一步增大；直到过载保护动环6与过载保护静环7接触并相互摩擦，动环2停止向下的轴向移动。在钻进时，承受向上的钻压，当钻压较小时，推力瓦9与动环2之间存在微小间隙， 推力瓦9在钻井液的扰动下自动调节推力瓦平面17与动环平面18的夹角α，形成的楔形空间(hl<h2)为收敛间隙。动环2相对于静环1高速旋转，高速的相对旋转产生动压效应， 动压效应形成钻井液动压润滑膜。动环2与静环1之间充满钻井液动压润滑膜，动环2和推力瓦9不会发生磨损。随着钻压的逐渐增大，动环2和过载保护动环6向上移动，由于制造和安装误差，轴承组中动环平面18和推力瓦平面17间距最小的推力瓦9与动环2接触并相互摩擦；蝶形弹簧10受压发生微小的变形，动环2和过载保护动环6的向上的位移增大，使得动环平面18和推力瓦平面17间距稍大的动环2与推力瓦9接触并相互摩擦，动环 2和过载保护动环的6向上的位移进一步增大；直到过载保护动环6与静环1接触并相互摩擦，动环2停止向上的轴向移动。在上述两种工况中，轴向力的传递过程是动环2传递给推力瓦9，推力瓦9传递给蝶形弹簧10，蝶形弹簧10传递给静环基座11，静环基座传递给外套筒3，最终由外套筒 3传递给井下动力钻具的壳体零件。蝶形弹簧10发生弹性变形，将轴向力逐步的均摊到静环1和动环2上，每副静环1和动环2受力大小为井下动力钻具轴向力的1/N(N静环1和动环2的副数，在井下动力钻具中通常为5 10副)。蝶形弹簧10的提高了轴承组的均载性能，避免了轴承元件在冲击载荷下的塑性变形和压溃。过载保护措施限制了动环2的轴向上的位移，避免蝶形弹簧10压平失效，保证蝶形弹簧10的工作寿命。钻井液动压润滑膜减小了推力瓦9和动环2之间的磨损，有效的延长了井下动力钻具均载轴承组的寿命。
权利要求
1.一种井下动力钻具均载推力滑动轴承组，主要由静环(1)、动环O)、外套筒(3)、过载保护动环(6)和过载保护静(7)环构成，其特征在于所述静环(1)由连接螺柱(8)、推力瓦(9)、蝶形弹簧(10)、静环基座(11)构成；静环基座(11)的正反两面的周向上均勻分布10 16个沉孔(12)，沉孔(12)中心开有通孔(13)；连接螺柱(8)穿过通孔(12)与推力瓦(9)采用螺纹连接，将蝶形弹簧(10)固定在推力瓦(9)与静环基座(11)之间，蝶形弹簧(10)采用对合形式安装；在静环基座(11)径向上分布3 8个螺纹孔，静环基座(11) 与外套筒C3)采用螺钉( 固定，将动环( 和静环(1)串联成轴承组，形成动环O)、静环 ⑴、动环(2)、静环⑴交错排列的结构形式；动环(2)与推力瓦(9)之间存在微小的间隙， 动环O)与推力瓦(9)之间的接触面均烧结厚度为1 3mm的高温陶瓷耐磨材料(14)。
2.根据权利要求1所述的一种井下动力钻具均载推力滑动轴承组，其特征在于推力瓦(9)可相对于静环基座(11)倾斜，动环平面(15)与推力瓦平面(16)之间的夹角为α (-2° ^ α ^2° )，夹角α能在不同的轴向压力和不同的转速下自动调整。
3.根据权利要求1所述的一种井下动力钻具均载推力滑动轴承组，其特征在于过载保护动环(6)与静环(1)之间存在0.4 1.3_的间隙，过载保护动环(6)与静环(1)的接触面烧结厚度为1 3mm的高温陶瓷耐磨材料(14)；过载保护动环(6)与过载保护静环 (7)之间存在0. 4 1. 3mm的间隙，过载保护动环(6)与过载保护静环(7)的接触面烧结厚度为1 3mm的高温陶瓷耐磨材料(14)。
全文摘要
本发明涉及一种井下动力钻具均载推力滑动轴承组，属于石油钻采井下设备技术领域。它主要由静环、动环、外套筒、过载保护动环和过载保护静环构成，所述静环由连接螺柱、推力瓦、蝶形弹簧、静环基座构成；静环基座的正反两面的周向上均匀分布10～16个沉孔，沉孔中心开有通孔；连接螺柱穿过通孔与推力瓦采用螺纹连接，将蝶形弹簧固定在推力瓦与静环基座之间，蝶形弹簧采用对合形式安装；在静环基座径向上分布3～8个螺纹孔，静环基座与外套筒采用螺钉固定，将动环和静环串联成轴承组。本发明能形成以钻井液动压润滑，降低摩擦面的磨损，摩擦面采用高温陶瓷耐磨材料具有良好的耐磨损、抗腐蚀特点；轴承组结构紧凑，简化了轴承组的安装、检修、更换。
文档编号F16C17/26GK102537032SQ201110404569
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者张也, 张晓东, 苟如意, 龙平 申请人:西南石油大学