CN110130840B - 一种井下用可过电连接万向传扭装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于精密电连接技术领域，尤其涉及一种井下用可过电连接万向传扭装置。所述井下用可过电连接万向传扭装置利用两个非同心旋转结构之间扭矩的传递，将两个非同心旋转结构非同心运动通过万向挠轴进行万向传扭转化成同心运动，并在装置内部设置导线孔实现两个非同心旋转结构电和信号传输。本发明的装置可以在径向空间尺寸有限情况下实现大扭矩万向传扭功能，并同时能够实现电和信号联通，电及信号通过硬线传输。整个传扭装置结构简单可靠，并且可根据使用场合进行结构调整，可用性强。万向传扭装置两端分别采用同轴连接器和接触式滑环进行电及信号连接，拆装方便，整个装置模块化，更换维修简单可靠。
Description
技术领域
本发明属于精密电连接技术领域，尤其涉及一种井下用可过电连接万向传扭装置。
背景技术
万向传扭装置在井下随钻仪器应用十分广泛，如螺杆钻具、旋转导向工具等，主要实现万向并传递扭矩。以螺杆钻具为例，定子在转子容腔内做行星运动，通过万向传扭装置，能够将行星运动转化成同轴运动，从而为钻头提供钻井动力。
现有的解决方案：花瓣式万向传扭结构和球铰式万向传扭结构，而花瓣式万向传扭结构和球铰式万向传扭结构存在寿命低、结构复杂，最重要的是无法实现过电及信号连接。
发明内容
本公开实施例公开了一种井下用可过电连接万向传扭装置，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。
为了达到上述目的，本公开实施例公开了一种井下用可过电连接万向传扭装置，所述井下用可过电连接万向传扭装置利用两个非同心旋转结构之间扭矩的传递，将两个非同心旋转结构的非同心运动通过万向挠轴进行万向传扭转化成同心运动，并在装置内部设置导线孔实现两个非同心旋转结构电连接和信号传输。
根据本公开实施例，所述井下用可过电连接万向传扭装置包括万向挠轴、挠轴下接头、挠轴下接头连接装置、挠轴上接头、挠轴上接头连接装置和万向轴壳体；
其中，所述挠轴下接头、万向挠轴和挠轴上接头均设置在所述万向轴壳体内部，所述万向轴壳体的两端分别与不同的设备的壳体连接，所述挠轴下接头、万向挠轴和挠轴上接头从左到右依次设置，所述万向挠轴的两端分别通过挠轴下接头连接装置与挠轴上接头连接装置与挠轴下接头和挠轴上接头实现连接；所述挠轴下接头和挠轴上接头分别需要电及信号连接的设备连接。
根据本公开实施例，所述井下用可过电连接万向传扭装置的万向挠轴、挠轴下接头和挠轴上接头的内部均设有穿线孔；
所述挠轴下接头的一端与转子连接，且与转子连接一端的端部设有连接器插座，所述挠轴下接头的另一端与所述万向挠轴的一端为过盈装配连接，通过用于传递扭矩的挠轴上接头连接装置连接；
所述万向挠轴的另一端与挠轴下接头一端为过盈装配连接，通过用于传递扭矩的挠轴下接头连接装置将万向挠轴与挠轴下接头连接在一起，挠轴下接头的另一端与轴承支撑传动轴通过连接，并接触式滑环端面接触压紧，实现电连接及信号连接；
所述挠轴下接头与所述轴承支撑传动轴连接的一端设有若干泥浆孔，所述泥浆孔与所述轴承支撑传动轴内部轴承支撑传动轴泥浆孔连通；
位于所述泥浆孔与所述万向挠轴与挠轴下接头连接处之间的所述挠轴下接头上设有接线空腔，所述接线空腔分别与所述万向挠轴内部的穿线孔和所述挠轴上接头的内部的穿线孔连通，所述接线空腔的入口处设有接线孔堵头和堵头密封圈。
根据本公开实施例，所述万向挠轴的两端的端部均设有凸台结构，所述凸台结构上通过第一密封圈a与挠轴下接头和通过第二密封圈b与挠轴上接头之间形成密封。
根据本公开实施例，所述挠轴下接头连接装置和挠轴上接头连接装置的材料为高强度不锈钢，所述挠轴下接头连接装置和挠轴上接头连接装置的直径与所需要传递扭矩大小成正比。
根据本公开实施例，所述井下用可过电连接万向传扭装置还包括用于防止泥浆通道流过的高速泥浆冲蚀轴承支撑传动轴的内壁的衬套，所述衬套设置所述挠轴下接头与轴承支撑传动轴之间，衬套与挠轴下接头之间通过衬套密封圈a 密封，衬套与轴承支撑传动轴之间通过衬套密封圈b 密封。
根据本公开实施例，所述万向挠轴的材料为钛合金，所述万向挠轴实现万向并传递扭矩，挠轴上接头与挠轴下接头偏心位移为0-7mm，万向挠轴传递扭矩为0-14000Nm。
根据本公开实施例，所述衬套材料为硬质合金。
根据本公开实施例， 挠轴上接头所述端部通过挠轴上接头密封圈与转子之间形成密封。
根据本公开实施例，所述挠轴下接头与轴承支撑传动轴之间通过挠轴下接头密封圈密封。
本发明的有益效果是：由于采用上述技术技术方案，本发明的装置可以在径向空间尺寸有限情况下实现大扭矩万向传扭功能，并同时能够实现电和信号联通，电及信号通过硬线传输，可靠并且不存在信号丢包现象。整个传扭装置结构简单可靠，并且可根据使用场合进行结构调整，可用性强。挠轴采用钛合金材质，强度及抗疲劳性能好，整体寿命高。万向传扭装置两端分别采用同轴连接器和接触式滑环进行电及信号连接，拆装方便，整个装置模块化，更换维修简单可靠。
附图说明：
图1为本发明一种井下用可过电连接万向传扭装置的结构示意图。
图2为本发明一种井下用可过电连接万向传扭装置的剖视结构示意图。
图3为本发明一种井下用可过电连接万向传扭装置的局部放大结构示意图。
图4为本发明一种井下用可过电连接万向传扭装置的局部放大结构示意图。
图中：
1-万向挠轴、1.1-穿线孔、2-挠轴下接头、2.1-泥浆通道、 2.2-接线空腔、 3-接线孔堵头、4-挠轴下接头连接装置、 5-轴承支撑传动轴 、6-挠轴上接头 、7-挠轴上接头连接装置、 8-转子 、9-衬套、 10-万向轴壳体、 11-定子壳体、 12-导线、 13-第一挠轴密封圈、a 14-堵头密封圈、 15-衬套密封圈a 、16-衬套密封圈b 、17-挠轴下接头密封圈 、18-第二挠轴密封圈b 、19-挠轴上接头密封圈、 20-连接器插座 、21-连接器插针 、22-连接器底座、23-接触式滑环、24凸台结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1-4所示，本发明一种井下用可过电连接万向传扭装置，所述井下用可过电连接万向传扭装置利用两个非同心旋转结构之间扭矩的传递，将两个非同心旋转结构非同心运动通过万向挠轴进行万向传扭转化成同心运动，并在装置内部设置导线孔实现两个非同心旋转结构电和信号传输。
根据本公开实施例，所述井下用可过电连接万向传扭装置包括万向挠轴、挠轴下接头、挠轴下接头连接装置、挠轴上接头、挠轴上接头连接装置和万向轴壳体；
其中，所述挠轴下接头、万向挠轴和挠轴上接头均设置在所述万向轴壳体内部，所述万向轴壳体的两端分别与不同的设备的壳体连接，所述挠轴下接头、万向挠轴和挠轴上接头从左到右依次设置，所述万向挠轴的两端分别通过挠轴下接头连接装置与挠轴上接头连接装置与挠轴下接头和挠轴上接头实现连接；所述挠轴下接头和挠轴上接头分别需要电及信号连接的设备连接。
根据本公开实施例，所述井下用可过电连接万向传扭装置的万向挠轴、挠轴下接头和挠轴上接头的内部均设有穿线孔；
所述挠轴下接头的一端与转子连接，且与转子连接一端的端部设有连接器插座，所述挠轴下接头的另一端与所述万向挠轴的一端为过盈装配连接，通过用于传递扭矩的挠轴上接头连接装置连接；
所述万向挠轴的另一端与挠轴下接头一端为过盈装配连接，通过用于传递扭矩的挠轴下接头连接装置将万向挠轴与挠轴下接头连接在一起，挠轴下接头的另一端与轴承支撑传动轴通过梯形螺纹连接，并接触式滑环端面接触压紧，实现电连接及信号连接；
所述挠轴下接头与所述轴承支撑传动轴连接的一端设有若干泥浆孔，所述泥浆孔与所述轴承支撑传动轴内部轴承支撑传动轴泥浆孔连通；
位于所述泥浆孔与所述万向挠轴与挠轴下接头连接处之间的所述挠轴下接头上设有接线空腔，所述接线空腔分别与所述万向挠轴内部的穿线孔和所述挠轴上接头的内部的穿线孔连通，所述接线空腔的入口处设有接线孔堵头和堵头密封圈。
根据本公开实施例，所述万向挠轴的两端的端部均设有凸台结构，所述凸台结构上通过第一密封圈a与挠轴下接头和通过第二密封圈b与挠轴上接头之间形成密封。
根据本公开实施例，所述挠轴下接头连接装置和挠轴上接头连接装置的材料为高强度不锈钢，所述挠轴下接头连接装置和挠轴上接头连接装置的直径与所需要传递扭矩大小成正比。
根据本公开实施例，所述井下用可过电连接万向传扭装置还包括用于防止泥浆通道流过的高速泥浆冲蚀轴承支撑传动轴的内壁的衬套，所述衬套设置所述挠轴下接头与轴承支撑传动轴之间，衬套与挠轴下接头之间通过衬套密封圈a 密封，衬套与轴承支撑传动轴之间通过衬套密封圈b 密封。
根据本公开实施例，所述万向挠轴的材料为钛合金，所述万向挠轴实现万向并传递扭矩，挠轴上接头与挠轴下接头偏心位移为0-7mm，万向挠轴传递扭矩为0-14000Nm。
根据本公开实施例，所述衬套材料为硬质合金。
万向轴壳体10与挠轴上接头6、万向挠轴1、挠轴下接头2之间形成泥浆通道，泥浆在挠轴下接头2上泥浆通道2.1处由环空流入轴承支撑传动轴5中间通孔。
万向轴壳体10通过轴承支撑传动轴5，并将转子8传递过来的运动通过轴承支撑传动轴5继续向下传递，最终传递到钻头，形成钻井动力。
万向挠轴1具有一定挠性，能够实现万向并传递扭矩，挠轴上接头6与挠轴下接头2偏心位移为0-7mm，万向挠轴1传递扭矩为0-14000Nm，根据不同偏心位移与传递扭矩要求可以改变挠轴的长度、直径和材料，直径为60mm，长度为1400mm，所用材料为韧性和强度都非常好的钛合金。
万向挠轴1中间设有直径为6mm穿线孔1.1，用于穿过一根导线。
万向挠轴1一端与挠轴上接头6过盈装配连接，通过挠轴上接头连接装置7将万向挠轴1与挠轴上接头6连接在一起，挠轴上接头连接装置7用于传递扭矩，挠轴上接头连接装置7的直径与所需要传递扭矩大小相关，材料采用高强度不锈钢。
所述挠轴下接头连接装置4和所述挠轴下接头连接装置7均为销钉。
所述挠轴下接头的另一端与轴承支撑传动轴的连接方式为梯形螺纹。
万向挠轴1的两端的端部均设有凸台结构24，所述凸台结构上通过第一密封圈b13与挠轴下接头2和通过第二密封圈b 18与挠轴上接头6之间形成密封，防止高压泥浆进入万向挠轴1中间过线孔。
挠轴上接头6与转子8通过锥螺纹连接，挠轴上接头6端部通过挠轴上接头密封圈20与转子8之间形成密封。
挠轴上接头6中间设有6mm通孔，用于穿过导线。挠轴上接头6端部装有连接器插座20。
连接器底座22与转子8通过螺纹连接，连接器底座22上装有连接器插针21。
挠轴上接头6与转子8通过锥螺纹连接，同时连接器底座22上连接器插针21与挠轴上接头6上连接器插座20接插，实现电和信号传输。
万向挠轴1另一端与挠轴下接头2过盈装配连接，通过挠轴下接头连接装置4将万向挠轴1与挠轴下接头2连接在一起，挠轴下接头连接装置4用于传递扭矩，挠轴上接头连接装置4的直径与所需要传递扭矩大小相关，材料采用高强度不锈钢。
挠轴下接头2设有泥浆通道2.1，将泥浆由万向轴壳体10与挠轴下接头2之间的环空引入到轴承支撑传动轴5中心的泥浆通道。泥浆通道2.1周向均布四个大小相同泥浆流道孔。
挠轴下接头2与轴承支撑传动轴5通过梯形螺纹连接，挠轴下接头2与轴承支撑传动轴5之间通过挠轴下接头密封圈17密封。
挠轴下接头2与轴承支撑传动轴5之间装有衬套9，衬套9与挠轴下接头2之间通过衬套密封圈a 15密封，衬套9与轴承支撑传动轴5之间通过衬套密封圈b 16密封，防止高压泥浆侵入挠轴下接头2与轴承支撑传动轴5之间接触式滑环23，造成电连接和信号通信失效。
衬套9材料为硬质合金，主要作用防止泥浆通道2.1流过的高速泥浆冲蚀轴承支撑传动轴5的内壁，提高轴承支撑传动轴5的寿命。
当挠轴下接头2与轴承支撑传动轴5之间螺纹拧紧后，接触式滑环23端面接触压紧，实现电及信号连接。
挠轴下接头2设有接线空腔2.2，导线接线空腔2.2中接线并存线，导线由中心过度到挠轴下接头2的侧壁上，从而通过接触式滑环23与轴承支撑传动轴5实现电及信号连接。
挠轴下接头2的接线空腔2.2，由万向挠轴1中心过来的导线和挠轴下接头2的侧壁上过来的导线在接线空腔2.2处进行焊接，焊接后的接头存入接线空腔2.2内，通过接线孔堵头3堵住，接线孔堵头3与挠轴下接头2通过螺纹连接，通过堵头密封圈14进行密封，防止高压泥浆进入接线空腔2.2。
导线由转子中心引入，通过连接器插针21与连接器插座20连接，然后通过挠轴上接头6中心通孔、万向挠轴1中心通孔到达挠轴下接头2的接线空腔2.2，导线由此过度到挠轴下接头2的侧壁上，通过接触式滑环23与轴承支撑传动轴5实现连接，并且沿着轴承支撑传动轴5的侧壁上过线孔继续传递，从而实现过万向传扭装置电和信号传输。
整个装置的密封都为绝对密封，即所有过线孔中都为空气，密封外侧为高压泥浆。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
Claims (8)
1.一种井下用可过电连接万向传扭装置，其特征在于，所述万向传扭装置利用两个非同心旋转结构之间扭矩的传递，将两个非同心旋转结构的非同心运动通过万向挠轴进行万向传扭转化成同心运动，并在装置内部设置导线孔实现两个非同心旋转结构的电连接和信号传输；所述井下用可过电连接万向传扭装置包括万向挠轴、挠轴下接头、挠轴下接头连接装置、挠轴上接头、挠轴上接头连接装置和万向轴壳体；
其中，所述挠轴下接头、万向挠轴和挠轴上接头均设置在所述万向轴壳体内部，所述万向轴壳体的两端分别与两个非同心旋转结构的壳体连接，所述挠轴下接头、万向挠轴和挠轴上接头从左到右依次设置，所述万向挠轴的两端分别通过挠轴下接头连接装置与挠轴上接头连接装置与挠轴下接头和挠轴上接头实现连接；
所述挠轴下接头和挠轴上接头分别与需要实现电及信号传递的两个非同心旋转结构设备连接；所述井下用可过电连接万向传扭装置的万向挠轴、挠轴下接头和挠轴上接头的内部均设有穿线孔；
所述挠轴上接头的一端与转子连接，且与转子连接一端的端部设有连接器插座，所述挠轴上接头的另一端与所述万向挠轴的一端为过盈装配连接，通过用于传递扭矩的挠轴上接头连接装置连接；
所述万向挠轴的另一端与挠轴下接头一端为过盈装配连接，通过用于传递扭矩的挠轴下接头连接装置将万向挠轴与挠轴下接头连接在一起，挠轴下接头的另一端与轴承支撑传动轴连接，并与接触式滑环端面接触压紧，实现电及信号连接；
所述挠轴下接头与所述轴承支撑传动轴连接的一端设有若干泥浆孔，所述泥浆孔与所述轴承支撑传动轴内部轴承支撑传动轴泥浆孔连通；位于所述泥浆孔与所述万向挠轴与挠轴下接头连接处之间的所述挠轴下接头上设有接线空腔，所述接线空腔分别与所述万向挠轴内部的穿线孔和所述挠轴上接头的内部的穿线孔连通，所述接线空腔的入口处设有接线孔堵头和堵头密封圈。
2.根据权利要求1所述的井下用可过电连接万向传扭装置，其特征在于，所述万向挠轴的两端的端部均设有凸台结构，所述凸台结构上通过第一密封圈a与挠轴下接头和通过第二密封圈b与挠轴上接头之间形成密封。
3.根据权利要求1所述的井下用可过电连接万向传扭装置，其特征在于，所述挠轴下接头连接装置和挠轴上接头连接装置的材料为高强度不锈钢，所述挠轴下接头连接装置和挠轴上接头连接装置的直径与所需要传递扭矩大小成正比。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的井下用可过电连接万向传扭装置，其特征在于，所述井下用可过电连接万向传扭装置还包括用于防止泥浆通道流过的高速泥浆冲蚀轴承支撑传动轴的内壁的衬套，所述衬套设置在所述挠轴上接头与轴承支撑传动轴之间，衬套与挠轴下接头之间通过衬套密封圈a 密封，衬套与轴承支撑传动轴之间通过衬套密封圈b 密封，防止泥浆侵入挠轴下接头与轴承支撑传动轴之间接触式滑环，造成电连接和信号通信失效。
5.根据权利要求1所述的井下用可过电连接万向传扭装置，其特征在于，所述万向挠轴的材料为钛合金，所述万向挠轴实现万向并传递扭矩，挠轴上接头与挠轴下接头偏心位移为0-7mm，万向挠轴传递扭矩为0-14000Nm。
6.根据权利要求4所述的井下用可过电连接万向传扭装置，其特征在于，所述衬套的材料为硬质合金。
7.根据权利要求1所述的井下用可过电连接万向传扭装置，其特征在于，所述挠轴上接头所述端部通过挠轴上接头密封圈与转子之间形成密封。
8.根据权利要求1所述的井下用可过电连接万向传扭装置，其特征在于，所述挠轴下接头与轴承支撑传动轴之间通过挠轴下接头密封圈密封。
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