一种钻井钻具轴承试验机的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种钻井钻具轴承试验机，包括机架、试验工装、加载装置和驱动装置，试验工装包括轴承箱及供试验轴承安装的芯轴，轴承箱内沿轴向间隔设有两块挡泥端板，两块挡泥端板与轴承箱壁围成密封腔，芯轴穿设于密封腔内，密封腔内具有供试验轴承安装的轴承安装位，密封腔经轴承安装位分隔成经试验轴承连通的泥浆注入腔及泥浆流出腔，轴承箱上设有通向泥浆注入腔的泥浆压注孔及连通泥浆流出腔的泥浆出口，芯轴一端伸出密封腔并与驱动装置动力连接，芯轴与供其穿出的挡泥端板之间动密封配合。上述方案能够对钻具轴承的使用工况的模拟，达到钻具轴承实际工况下检测，方便对钻具轴承的研究和改进，具有检测结果准确可靠，结构简单，操作方便的优点。
【专利说明】
一种钻井钻具轴承试验机
技术领域
[0001]本发明涉及机械试验设备，确切的说是钻井所用的钻具上轴承进行试验的试验设备。
【背景技术】
[0002]钻井机上轴承在工作中采用带有固相颗粒的钻井液润滑，即泥浆润滑。在工作过程中，由于井底不平等原因通常还会造成井下钻具振动。轴承是保证钻具正常工作的重要部件。为使得钻具中轴承更好适应井下作业，轴承厂家需要对其进行相应优化设计以及对轴承进行检测。现有对轴承的检测和分析，采用实际工况模拟的方式达到模拟轴承实际使用状态，从而获得轴承在实际工况下的各种参数和使用寿命。
[0003]目前，对于钻井钻具上轴承，由于其工况特殊性，对于钻井钻具上轴承的性能和寿命检测领域尚属空白。
【发明内容】
[0004]本发明发明目的:为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种钻井钻具轴承试验机，能够对钻具轴承的使用工况的模拟，达到钻具轴承实际工况下检测，方便对钻具轴承的研究和改进，具有检测结果准确可靠，结构简单，操作方便的优点。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:
一种钻井钻具轴承试验机，包括机架，以及安装在机架上的试验工装、对试验轴承施加载荷的加载装置、驱动试验轴承转动的驱动装置，其特征在于:所述的试验工装包括轴承箱以及供试验轴承安装的芯轴，所述轴承箱内沿轴向间隔设有两块挡泥端板，两块挡泥端板与轴承箱壁围成密封腔，芯轴穿设于密封腔内，密封腔内具有供试验轴承安装的轴承安装位，密封腔经轴承安装位分隔成经试验轴承连通的泥浆注入腔以及泥浆流出腔，所述轴承箱上设有通向泥浆注入腔的泥浆压注孔，以及连通泥浆流出腔的泥浆出口，芯轴一端伸出密封腔并与驱动装置动力连接，芯轴与供其穿出的挡泥端板之间动密封配合。
[0006]通过采用上述技术方案，试验轴承安装在芯轴上并置于密封腔内，密封腔经轴承安装位(即试验轴承)分隔成泥浆注入腔以及泥浆流出腔，泥浆流经轴承箱的密封腔，泥浆通过试验轴承，从而更好的模拟钻具上轴承实际使用工况。
[0007]优选的，所述芯轴相对于与驱动装置动力连接一端的另一端止于密封腔内，与芯轴位于密封腔内一端位置对应的挡泥端板为轴向实心的加载端挡泥端板，所述加载装置的输出端与加载端挡泥端板顶压配合，所述轴承安装位上设有用于轴向夹紧试验轴承外圈的外圈衬套，外圈衬套定位配合在轴承箱内，加载端挡泥端板和与其位置对应的外圈衬套抵接，外圈衬套与另一挡泥端板间隔布置。
[0008]通过采用上述技术方案，芯轴与驱动装置连接的一端穿出密封腔，芯轴另一端为止于密封腔内，这样其中一块挡泥端板为轴向实心，能够更好的对密封腔进行密封，降低泥浆泄露量，而且结构更为简单;加载装置对加载端挡泥端板顶压，加载端挡泥端板再抵接外圈衬套，外圈衬套固定试验轴承的外圈，从而达到对试验轴承进行加载，加载配合部位避开芯轴和试验轴承旋转部分，结构简单紧凑以及加载更为稳定可靠，从而更好的模拟试验轴承工况，而且在实现对试验轴承加载的同时，外圈衬套将试验轴承的外圈夹持固定而组合成一个整体，而试验轴承通常为分体式结构，该设计便于试验轴承从轴承箱内装入和拆出。
[0009]优选的，与所述加载端挡泥端板对应的轴承箱的端盖上设有位于低位的泥浆溢出导孔，轴承箱内设有位于加载端挡泥端板与轴承箱配合处朝密封腔外界一端的环形泥浆汇集缺口，环形泥浆汇集缺口与泥浆溢出导孔对应配合。
[0010]通过采用上述技术方案，泥浆在有压力的情况下，且在设备长时间运转时，加载端挡泥板与轴承箱配合处存在泥浆泄露，泄露的泥浆在环形泥浆汇集缺口进行汇集，并经位于低位的泥浆溢出导孔的导出，避免泥浆四处溢流，有效避免泥浆进入加载装置内。
[0011]优选的，所述外圈衬套的外圆周面与轴承箱内壁之间具有环形间隙，环形间隙轴向一端封闭，环形间隙轴向另一端贯通至泥浆流出腔。
[0012]通过采用上述技术方案，环形间隙能够对泥浆流出腔的空间进行补充，即成为泥浆流出腔的一部分，能够使得密封腔的空间更为紧凑。
[0013]优选的，对应所述泥浆注入腔的挡泥端板上设有泥浆导入孔道，泥浆导入孔道包括挡泥端板外周面上沿径向设置的径向孔道段以及沿轴向设置的轴向孔道段，轴向孔道段一端口通向泥浆注入腔，轴向孔道段另一端口与径向孔道段连通，径向孔道段与泥浆压注孔对应配合。
[0014]通过采用上述技术方案，在挡泥端板上开设泥浆导入孔道用于连接泥浆压注孔和泥浆注入腔，便于泥浆压注孔通向泥浆注入腔，结构更为紧凑。
[0015]优选的，所述轴向孔道段为一端止于挡泥端板内、另一端穿出挡泥端板轴向内端面的环形凹槽状结构，径向孔道段为沿径向延伸的盲孔。
[0016]通过采用上述技术方案，径向孔道段为盲孔，径向孔道段伸入挡泥端板，径向孔道段与泥浆压注孔对应，轴向孔道段为环形凹槽状结构，实现泥浆均匀的注入泥浆注入腔内；而且径向为盲孔，实现一一对应，之后经环形导出，有利于提高挡泥端板的密封可靠性。
[0017]优选的，供所述芯轴穿出的挡泥端板中心轴孔壁上沿着轴向依次分布有内侧密封圈槽、中间环形泄露槽以及外侧密封圈槽，内侧密封圈槽和外侧密封圈槽内嵌装有密封圈，密封圈与芯轴接触密封配合，供所述芯轴穿出的挡泥端板沿着径向设有泥浆导出孔，轴承箱壁上设有与泥浆导出孔对应配合的通孔，泥浆导出孔位于挡泥端板的最低位置处，泥浆导出孔一端口与中间环形泄露槽连接，泥浆导出孔另一端口与通孔连接。
[0018]通过采用上述技术方案，挡泥端板与芯轴之间经两道密封，内侧密封圈实现最初的密封阻挡，为了防止密封圈在长时间使用，导致密封圈磨损，中间环形泄露槽、泥浆导出孔和通孔使泥浆流过内侧密封圈从此处流出，避免泥浆聚集;外侧密封圈起到泥浆沿芯轴外溢。
[0019]优选的，所述密封腔内具有供两套试验轴承一一对应安装的两个轴承安装位，两个轴承安装位间隔布置，密封腔经两个轴承安装位分隔成与两套试验轴承一一对应的位于两个侧方位置上的泥浆注入腔以及位于中间位置的泥浆流出腔，相应所述轴承箱上设有两个与泥浆注入腔一一对应的泥浆压注孔。
[0020]通过采用上述技术方案，实现两套试验轴承试验，效率高，一密封腔内采用两套试验轴承，共用一个泥浆流出腔，结构紧凑，而且两套试验轴承下更符合钻具轴承的工况，更有利于工况的模拟，试验结果更为准确。
[0021]下面结合附图对本发明作进一步描述。
【附图说明】
[0022]图1为本发明【具体实施方式】的钻井钻具轴承试验机结构示意图；
图2为本发明【具体实施方式】的试验工装结构示意图；
图3为图2沿A-A线的剖视图；
图4为图3中B部分局部放大视图；
图5为本发明【具体实施方式】的加载端挡泥端板结构示意图；
图6为本发明【具体实施方式】的主轴端挡泥端板结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]参见附图1至附图6，本发明公开的一种钻井钻具轴承试验机，包括机架I，以及安装在机架I上的试验工装2、对试验轴承9施加载荷的加载装置3、驱动试验轴承9转动的驱动装置4，所述的试验工装2包括轴承箱21以及供试验轴承9安装的芯轴22，所述轴承箱21内沿轴向间隔设有两块挡泥端板23、24，两块挡泥端板23、24与轴承箱21壁围成密封腔20，挡泥端板23、24经O型橡胶圈与轴承箱21壁密封配合，芯轴22穿设于密封腔20内，密封腔20内具有供试验轴承9安装的轴承安装位，试验轴承内圈固定在芯轴上、试验轴承外圈与轴承箱配合实现试验轴承安装在轴承安装位上，密封腔20经轴承安装位分隔成经试验轴承9连通的泥浆注入腔201以及泥浆流出腔202，所述轴承箱21上设有通向泥浆注入腔201的泥浆压注孔211，以及连通泥浆流出腔202的泥浆出口 212，芯轴22—端伸出密封腔20并与驱动装置4动力连接，芯轴22与供其穿出的挡泥端板24之间动密封配合。其中驱动装置通常为电机驱动，当然也可为其它动力源进行驱动，驱动轴进行旋转的驱动装置为本领域普通技术人员所熟知的技术，故不再赘述。试验轴承安装在芯轴上并置于密封腔内，密封腔经轴承安装位(即试验轴承)分隔成泥浆注入腔以及泥浆流出腔，泥浆流经轴承箱的密封腔，泥浆通过试验轴承，从而更好的模拟钻具上轴承实际使用工况。
[0024]其中密封腔内的轴承安装位可以为一个，也可以为两个。为了更好的试验，所述密封腔20内具有供两套试验轴承9一一对应安装的两个轴承安装位，两个轴承安装位间隔布置，密封腔20经两个轴承安装位分隔成与两套试验轴承9一一对应的位于两个侧方位置上的泥浆注入腔201以及位于中间位置的泥浆流出腔202，相应所述轴承箱21上设有两个与泥浆注入腔201—一对应的泥浆压注孔211。实现两套试验轴承试验，效率高，一密封腔内采用两套试验轴承，共用一个泥浆流出腔，结构紧凑，而且两套试验轴承下更符合钻具轴承的工况，更有利于工况的模拟，试验结果更为准确。
[0025]由于密封腔内需要注入具有一定压力的泥浆，因此其密封性成为难点之一，为提高密封性能。所述芯轴22相对于与驱动装置4动力连接一端的另一端止于密封腔20内，与芯轴22位于密封腔20内一端位置对应的挡泥端板23为轴向实心的加载端挡泥端板23，为便于叙述，将对应芯轴22与驱动装置4动力连接一端位置的挡泥端板24设为主轴端挡泥端板24，主轴端挡泥端板24上具有供芯轴22穿过的主轴孔，所述加载装置3的输出端与加载端挡泥端板23顶压配合，所述轴承安装位上设有用于轴向夹紧试验轴承9外圈的外圈衬套25，外圈衬套25定位配合在轴承箱21内，外圈衬套25包括主套体251，主套体251上设有台阶槽，主套体251的台阶槽轴向端口设压盖252，试验轴承外圈嵌入主套体的台阶槽内经压盖252夹紧成整体，加载端挡泥端板23和与其位置对应的外圈衬套25抵接，外圈衬套25与另一挡泥端板24间隔布置。在两套试验轴承设计下，另一试验轴承上的外圈衬套其固定作用，其加载依靠靠近加载端的试验轴承并经芯轴的传递实现加载，芯轴与驱动装置连接的一端穿出密封腔，芯轴另一端为止于密封腔内，这样其中一块挡泥端板为轴向实心，能够更好的对密封腔进行密封，降低泥浆泄露量，而且结构更为简单;加载装置对加载端挡泥端板顶压，加载端挡泥端板再抵接外圈衬套，外圈衬套固定试验轴承的外圈，从而达到对试验轴承进行加载，加载配合部位避开芯轴和试验轴承旋转部分，结构简单紧凑以及加载更为稳定可靠，从而更好的模拟试验轴承工况，而且在实现对试验轴承加载的同时，外圈衬套将试验轴承的外圈夹持固定而组合成一个整体，而试验轴承通常为分体式结构，该设计便于试验轴承从轴承箱内装入和拆出。加载装置3包括加载套31，加载套31与轴承箱21的端盖一体成型，当然也可为分体固定装配成一体，加载套31的轴向外端螺纹旋装有加载螺栓32，加载套31内设有加载传感器33和传感器安装座34，传感器安装座34以轴向可活动的方式配合在加载套31内，加载传感器33安装在传感器安装座34上，加载螺栓32抵接加载传感器33，传感器安装座34抵接于加载端挡泥板23上。通过加载螺栓的旋入和旋出，实现加载，具有结构简单，加载稳定的优点。当然芯轴可两端均穿出密封腔设计，相应的加载装置可进行现有多种结构替换，由于芯轴旋转，给密封带来一定的难度。
[0026]加载端挡泥板对应的为加载装置，为避免工作过程中，因泥浆泄露进入加载装置内影响加载装置正常工作。本具体实施例中，与所述加载端挡泥端板23对应的轴承箱21的端盖上设有位于低位的泥浆溢出导孔214，轴承箱21内设有位于加载端挡泥端板23与轴承箱21配合处朝密封腔20外界一端的环形泥浆汇集缺口 215，环形泥浆汇集缺口 215与泥浆溢出导孔214对应配合。注入密封腔内的泥浆具有压力，在设备长时间运转时，加载端挡泥板与轴承箱配合处存在泥浆泄露，泄露的泥浆在环形泥浆汇集缺口进行汇集，并经位于低位的泥浆溢出导孔的导出，避免泥浆四处溢流，有效避免泥浆进入加载装置内。
[0027]本具体实施例中，所述外圈衬套25的外圆周面与轴承箱21内壁之间具有环形间隙203，环形间隙203轴向一端封闭，环形间隙203轴向另一端贯通至泥浆流出腔202。环形间隙203的形成可以为轴承箱内壁上设台阶凹槽和/或外圈衬套的外圆周面上设台阶凹槽形成。环形间隙能够对泥浆流出腔的空间进行补充，即成为泥浆流出腔的一部分，能够使得密封腔的空间更为紧凑。
[0028]对应所述泥浆注入腔201的挡泥端板23、24上设有泥浆导入孔道231、241，泥浆导入孔道231包括挡泥端板23、24外周面上沿径向设置的径向孔道段2311、2411以及沿轴向设置的轴向孔道段2312、2412，轴向孔道段2312、2412—端口通向泥浆注入腔201，轴向孔道段2312、2412另一端口与径向孔道段2311、2411连通，径向孔道段2311、2411与泥浆压注孔211对应配合。所述轴向孔道段2312、2412为一端止于挡泥端板23、24内、另一端穿出挡泥端板23、24轴向内端面的环形凹槽状结构，径向孔道段2311、2411为沿径向延伸的盲孔。径向孔道段为盲孔，径向孔道段伸入挡泥端板，径向孔道段与泥浆压注孔对应，轴向孔道段为环形凹槽状结构，实现泥浆均匀的注入泥浆注入腔内；而且径向为盲孔，实现一一对应，之后经环形导出，有利于提高挡泥端板的密封可靠性。当然泥浆导入孔道也可以为台阶状的缺槽，也可以为折形孔槽，还可以为径向孔道段为环形，轴向孔道段为多个孔等等。
[0029]为提高芯轴与主轴端挡泥端板24之间的密封性能，采用如下机械密封结构进行:供所述芯轴22穿出的挡泥端板24中心轴孔壁上沿着轴向依次分布有内侧密封圈槽242、中间环形泄露槽243以及外侧密封圈槽244，内侧密封圈槽242和外侧密封圈槽244内嵌装有密封圈245，密封圈245与芯轴22接触密封配合，供所述芯轴22穿出的挡泥端板24沿着径向设有位于其最低位置处的泥浆导出孔246，轴承箱21壁上设有与泥浆导出孔246对应配合的通孔216，泥浆导出孔246—端口与中间环形泄露槽243连接，泥浆导出孔246另一端口与通孔216连接。挡泥端板与芯轴之间经两道密封，内侧密封圈实现最初的密封阻挡，为了防止密封圈在长时间使用，导致密封圈磨损，中间环形泄露槽、泥浆导出孔和通孔使泥浆流过内侧密封圈从此处流出，避免泥浆聚集;外侧密封圈起到泥浆沿芯轴外溢。而且在轴承箱21与主轴端挡泥端板24位置对应的端盖主轴孔壁上设密封圈槽217，密封圈槽217内装密封圈，进一步提尚密封性能。
[0030]本发明的钻井钻具轴承试验机不仅实现钻具内轴承试验，而且结构简单，易于操作。
【主权项】
1.一种钻井钻具轴承试验机，包括机架，以及安装在机架上的试验工装、对试验轴承施加载荷的加载装置、驱动试验轴承转动的驱动装置，其特征在于:所述的试验工装包括轴承箱以及供试验轴承安装的芯轴，所述轴承箱内沿轴向间隔设有两块挡泥端板，两块挡泥端板与轴承箱壁围成密封腔，芯轴穿设于密封腔内，密封腔内具有供试验轴承安装的轴承安装位，密封腔经轴承安装位分隔成经试验轴承连通的泥浆注入腔以及泥浆流出腔，所述轴承箱上设有通向泥浆注入腔的泥浆压注孔，以及连通泥浆流出腔的泥浆出口，芯轴一端伸出密封腔并与驱动装置动力连接，芯轴与供其穿出的挡泥端板之间动密封配合。2.根据权利要求1所述钻井钻具轴承试验机，其特征在于:所述芯轴相对于与驱动装置动力连接一端的另一端止于密封腔内，与芯轴位于密封腔内一端位置对应的挡泥端板为轴向实心的加载端挡泥端板，所述加载装置的输出端与加载端挡泥端板顶压配合，所述轴承安装位上设有用于轴向夹紧试验轴承外圈的外圈衬套，外圈衬套定位配合在轴承箱内，加载端挡泥端板和与其位置对应的外圈衬套抵接，外圈衬套与另一挡泥端板间隔布置。3.根据权利要求2所述钻井钻具轴承试验机，其特征在于:与所述加载端挡泥端板对应的轴承箱的端盖上设有位于低位的泥浆溢出导孔，加载端挡泥端板与轴承箱之间设有与泥浆溢出导孔对应配合的环形泥浆汇集缺口。4.根据权利要求2所述钻井钻具轴承试验机，其特征在于:所述外圈衬套的外圆周面与轴承箱内壁之间具有环形间隙，环形间隙轴向一端封闭，环形间隙轴向另一端贯通至泥浆流出腔。5.根据权利要求1或2或3或4所述钻井钻具轴承试验机，其特征在于:对应所述泥浆注入腔的挡泥端板上设有泥浆导入孔道，泥浆导入孔道包括挡泥端板外周面上沿径向设置的径向孔道段以及沿轴向设置的轴向孔道段，轴向孔道段一端口通向泥浆注入腔，轴向孔道段另一端口与径向孔道段连通，径向孔道段与泥浆压注孔对应配合。6.根据权利要求5所述钻井钻具轴承试验机，其特征在于:所述轴向孔道段为一端止于挡泥端板内、另一端穿出挡泥端板轴向内端面的环形凹槽状结构，径向孔道段为沿径向延伸的盲孔。7.根据权利要求1或2或3或4所述钻井钻具轴承试验机，其特征在于:供所述芯轴穿出的挡泥端板中心轴孔壁上沿着轴向依次分布有内侧密封圈槽、中间环形泄露槽以及外侧密封圈槽，内侧密封圈槽和外侧密封圈槽内嵌装有密封圈，密封圈与芯轴接触密封配合，供所述芯轴穿出的挡泥端板沿着径向设有泥浆导出孔，轴承箱壁上设有与泥浆导出孔对应配合的通孔，泥浆导出孔位于挡泥端板的最低位置处，泥浆导出孔一端口与中间环形泄露槽连接，泥浆导出孔另一端口与通孔连接。8.根据权利要求1或2或3或4所述钻井钻具轴承试验机，其特征在于:所述密封腔内具有供两套试验轴承一一对应安装的两个轴承安装位，两个轴承安装位间隔布置，密封腔经两个轴承安装位分隔成与两套试验轴承一一对应的位于两个侧方位置上的泥浆注入腔以及位于中间位置的泥浆流出腔，相应所述轴承箱上设有两个与泥浆注入腔一一对应的泥浆压注孔。9.根据权利要求5所述钻井钻具轴承试验机，其特征在于:所述密封腔内具有供两套试验轴承一一对应安装的两个轴承安装位，两个轴承安装位间隔布置，密封腔经两个轴承安装位分隔成与两套试验轴承一一对应的位于两个侧方位置上的泥浆注入腔以及位于中间位置的泥浆流出腔，相应所述轴承箱上设有两个与泥浆注入腔一一对应的泥浆压注孔。
【文档编号】G01M13/04GK105890900SQ201610212640
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月6日
【发明人】黄聚钱, 郭长建
【申请人】人本集团有限公司