CN114278216A - 无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进***的双向独立回转驱动机构 - Google Patents
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Abstract
无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进***的双向独立回转驱动机构，包括内钻头回转驱动机构、回转电机外壳、内/外钻头回转电机串联接头、内外钻头电机组接头、外钻头回转驱动机构、电机固定销和内钻头下导正机构，本发明能够为无钻机自平衡回转振动钻进***提供一种双向独立回转驱动机构，该双向独立回转驱动机构能够实现内钻头和外钻头的独立驱动，产生的扭矩通过回转驱动机构实现平衡，不会传递到上部钻具；内钻头回转驱动和外钻头回转驱动的定子均与钻进***的外壳固定且不回转，不需要导电滑环传输电和信号；内钻头或外钻头不会因为外钻头或内钻头所受扭力太小而不回转。
Description
技术领域
本发明属于钻井和钻探技术技术领域，特别涉及一种适用于地质钻探、水文水井钻井、油气钻井、科学钻探、地外星体和地下建筑救援钻孔等技术领域的无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进***的双向独立回转驱动机构。
背景技术
发明人提出了“一种井下扭矩自平衡有缆钻具***”，专利号为：201710082518.8，该技术从根本上解决了钻柱回转钻进产生的反扭矩危害，改变钻头单向碎岩对围岩的扰动强度，简化地面钻探装备和配套的工具及工艺方法，实现井内事故少，钻井成本低、能耗小和钻进效率高等目的。然而，尽管该发明相比于传统钻具，具有革命性的进步，但其技术本身仍存在一些不足，急待解决，如内外钻头同时回转扭矩自平衡控制难度大和钻具内设置的导电滑环传输强电和弱电的效率低且不稳定等，极大地影响了钻进的可靠性和效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种适配于无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构，解决内外钻头同时回转扭矩自平衡控制难度大的技术难题，具体通过独立两组电机分别与内钻头和外钻头连接实现独立驱动，轻易实现内外钻头以不同转速同时转动，如此能够更好地控制和匹配双钻头的钻进速度。同时，取消导电滑环，解决了导电滑环传输强电和弱电的效率低且不稳定的技术难题。
包无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构，包括内钻头回转驱动机构、回转电机外壳、内外钻头电机组接头、外钻头回转驱动机构和内钻头下导正机构；
所述内钻头回转驱动机构包括内钻头传动轴和内钻头回转电机；
内钻头传动轴内部设有贯穿的用于由下向上通过钻井液的钻井液循环通道，内钻头传动轴外壁轴向分布有内钻头传动轴滑键；
内钻头回转电机设置有内钻头回转电机转子、内钻头回转电机定子、内钻头回转电机转子滑键槽和第一线缆通孔，内钻头回转电机转子上设置有内钻头回转电机转子滑键槽，内钻头回转电机转子滑键槽与内钻头传动轴滑键轴向滑动间隙配合，内钻头回转电机定子上设置有多个贯穿的第一线缆通孔；
内钻头传动轴外壁与内钻头回转电机转子内孔间隙配合；
所述内外钻头电机组接头上下两端分别与内钻头回转电机定子和外钻头回转电机定子连接，且内外钻头电机组接头上设置有内钻头电机组下接头、第三线缆通孔、内钻头传动轴下导正轴承盖配合环台、内钻头传动轴下导正轴承配合环台和内外钻头电机组接头中心通孔，内钻头电机组下接头与回转电机外壳固定连接；
内钻头下导正机构包括内钻头传动轴下导正轴承盖、内钻头传动轴下导正轴承和导正铜套，导正铜套两端均与内钻头传动轴下导正轴承内圈过盈配合，导正铜套通过内钻头传动轴下导正轴承盖固定在内钻头传动轴下导正轴承盖配合环台上；内钻头传动轴下导正轴承的外圈与内钻头传动轴下导正轴承配合环台过盈配合；
外钻头回转驱动机构包括外钻头传动轴和外钻头回转电机；
外钻头传动轴上设置有内钻头传动轴通道和外钻头传动轴滑键，内钻头传动轴通道与内钻头传动轴外壁带有密封的间隙配合；
外钻头回转电机设置有外钻头回转电机转子、外钻头回转电机定子、外钻头回转电机转子滑键槽和第四线缆通孔，外钻头回转电机转子上设置有外钻头回转电机转子滑键槽，外钻头回转电机转子滑键槽与外钻头传动轴滑键轴向滑动间隙配合；外钻头回转电机定子上设置多个贯穿的第四线缆通孔；
外钻头传动轴外壁与外钻头回转电机转子内孔间隙配合；
所述的第一线缆通孔、第二线缆通孔、第三线缆通孔和第四线缆通孔同轴对齐连通；
回转电机外壳的内壁与内钻头回转电机定子或/和外钻头回转电机定子的外壁间隙光滑配合。
本发明的有益效果：
本发明能够为无钻机自平衡回转振动钻进***提供一种双向独立回转驱动机构，该双向独立回转驱动机构能够实现内钻头和外钻头的独立驱动，产生的扭矩通过回转驱动机构实现平衡，不会传递到上部钻具；内钻头回转驱动和外钻头回转驱动的定子均与钻进***的外壳固定且不回转，不需要导电滑环传输电和信号；内钻头或外钻头不会因为外钻头或内钻头所受扭力太小而不回转。
附图说明
图1是本发明一种无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构总装示意图。
图2是本发明一种无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构的内钻头传动轴示意图。
图3是本发明一种无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构的内钻头回转电机示意图。
图4是本发明一种无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构的内/外钻头回转电机串联接头示意图。
图5是本发明一种无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构的内外钻头电机组接头示意图。
图6是本发明一种无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构的外钻头回转电机示意图。
图7是本发明一种无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构的电机固定销示意图。
图8是本发明一种无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构的内钻头下导正机构示意图。
图9是本发明一种无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构的外钻头传动轴示意图。
具体实施方式
参阅图1至图9所示，包无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构，包括内钻头回转驱动机构、回转电机外壳3、内外钻头电机组接头5、外钻头回转驱动机构和内钻头下导正机构8；
所述内钻头回转驱动机构包括内钻头传动轴1和内钻头回转电机2；
内钻头传动轴1内部设有贯穿的用于由下向上通过钻井液的钻井液循环通道101，内钻头传动轴外壁103轴向分布有内钻头传动轴滑键102；
内钻头回转电机2设置有内钻头回转电机转子201、内钻头回转电机定子202、内钻头回转电机转子滑键槽203和第一线缆通孔205，内钻头回转电机转子201上设置有内钻头回转电机转子滑键槽203，内钻头回转电机转子滑键槽203与内钻头传动轴滑键102轴向滑动间隙配合，内钻头回转电机定子202上设置有多个贯穿的第一线缆通孔205；
内钻头传动轴外壁103与内钻头回转电机转子201内孔间隙配合；
所述内外钻头电机组接头5上下两端分别与内钻头回转电机定子202和外钻头回转电机定子602连接，且内外钻头电机组接头5上设置有内钻头电机组下接头501、第三线缆通孔502、内钻头传动轴下导正轴承盖配合环台504、内钻头传动轴下导正轴承配合环台505和内外钻头电机组接头中心通孔506，内钻头电机组下接头501与回转电机外壳3固定连接；
内钻头下导正机构8包括内钻头传动轴下导正轴承盖801、内钻头传动轴下导正轴承802和导正铜套803，导正铜套803两端均与内钻头传动轴下导正轴承802内圈过盈配合，导正铜套803通过内钻头传动轴下导正轴承盖801固定在内钻头传动轴下导正轴承盖配合环台504上；内钻头传动轴下导正轴承802的外圈与内钻头传动轴下导正轴承配合环台505过盈配合；
外钻头回转驱动机构包括外钻头传动轴9和外钻头回转电机6；
外钻头传动轴9上设置有内钻头传动轴通道901和外钻头传动轴滑键902，内钻头传动轴通道901与内钻头传动轴外壁103带有密封的间隙配合；
外钻头回转电机6设置有外钻头回转电机转子601、外钻头回转电机定子602、外钻头回转电机转子滑键槽603和第四线缆通孔605，外钻头回转电机转子601上设置有外钻头回转电机转子滑键槽603，外钻头回转电机转子滑键槽603与外钻头传动轴滑键902轴向滑动间隙配合；外钻头回转电机定子602上设置多个贯穿的第四线缆通孔605；
外钻头传动轴外壁903与外钻头回转电机转子601内孔间隙配合；
所述的第一线缆通孔205、第二线缆通孔402、第三线缆通孔502和第四线缆通孔605同轴对齐连通；
回转电机外壳3的内壁与内钻头回转电机定子202或/和外钻头回转电机定子602的外壁间隙光滑配合。
更进一步而言，所述的内钻头回转电机2上设有第一电机固定销孔204，所述的内外钻头电机组接头5上设有第三电机固定销孔503，所述的外钻头回转电机6上设有第四电机固定销孔604，第三电机固定销孔503与第一电机固定销孔204和第四电机固定销孔604之间通过电机固定销7固定连接。
更进一步而言，所述的内钻头回转电机2的数量大于等于1，具体数量要根据钻进***的扭矩要求确定，相邻两个内钻头回转电机2之间通过内/外钻头回转电机串联接头4连接。
更进一步而言，还包括内/外钻头回转电机串联接头4，所述的内/外钻头回转电机串联接头4设置有钻头回转电机串联上接头401、多个第二线缆通孔402、多个第二电机固定销孔403和内/外钻头回转电机串联接头中心通孔404，钻头回转电机串联上接头401与回转电机外壳3固定连接，第二电机固定销孔403均与两个内钻头回转电机2的第一电机固定销孔204通过电机固定销7固定连接；内/外钻头回转电机串联接头中心通孔404与内钻头传动轴1间隙配合。
更进一步而言，所述的外钻头回转电机6的数量大于等于1，具体数量要根据钻进***的扭矩要求确定，相邻两个外钻头回转电机6之间通过内/外钻头回转电机串联接头4连接。
更进一步而言，还包括内/外钻头回转电机串联接头4，所述的内/外钻头回转电机串联接头4设置有钻头回转电机串联上接头401、多个第二线缆通孔402、多个第二电机固定销孔403和内/外钻头回转电机串联接头中心通孔404，钻头回转电机串联上接头401与回转电机外壳3固定连接，第二电机固定销孔403均与两个外钻头回转电机6的第四电机固定销孔604通过电机固定销7固定连接；内/外钻头回转电机串联接头中心通孔404与内钻头传动轴1间隙配合。
更进一步而言，所述的电机固定销7设置有电机固定销销体701和电机固定销限位台阶702，其中电机固定销销体701与第一电机固定销孔204、第二电机固定销孔403、电机固定销孔503或第四电机固定销孔604过盈配合，电机固定销限位台阶702用于限位。
本发明的工作原理及使用过程：
本发明的内钻头回转驱动机构和外钻头回转驱动机构能够实现内钻头和外钻头的独立驱动，产生的扭矩可以实现自平衡，不会传递到上部钻具；内钻头回转驱动和外钻头回转驱动的定子均与钻进***的外壳固定且不回转，不需要导电滑环传输电和信号；其能耗传输稳定，极大地提高了钻进的可靠性和效率。
Claims (7)
1.无钻机自平衡回转振动耦合碎岩钻进***的双向独立回转驱动机构，其特征在于：包括内钻头回转驱动机构、回转电机外壳(3)、内外钻头电机组接头(5)、外钻头回转驱动机构和内钻头下导正机构(8)；
所述内钻头回转驱动机构包括内钻头传动轴(1)和内钻头回转电机(2)；
内钻头传动轴(1)内部设有贯穿的用于由下向上通过钻井液的钻井液循环通道(101)，内钻头传动轴外壁(103)轴向分布有内钻头传动轴滑键(102)；
内钻头回转电机(2)设置有内钻头回转电机转子(201)、内钻头回转电机定子(202)、内钻头回转电机转子滑键槽(203)和第一线缆通孔(205)，内钻头回转电机转子(201)上设置有内钻头回转电机转子滑键槽(203)，内钻头回转电机转子滑键槽(203)与内钻头传动轴滑键(102)轴向滑动间隙配合，内钻头回转电机定子(202)上设置有多个贯穿的第一线缆通孔(205)；
内钻头传动轴外壁(103)与内钻头回转电机转子(201)内孔间隙配合；
所述内外钻头电机组接头(5)上下两端分别与内钻头回转电机定子(202)和外钻头回转电机定子(602)连接，且内外钻头电机组接头(5)上设置有内钻头电机组下接头(501)、第三线缆通孔(502)、内钻头传动轴下导正轴承盖配合环台(504)、内钻头传动轴下导正轴承配合环台(505)和内外钻头电机组接头中心通孔(506)，内钻头电机组下接头(501)与回转电机外壳(3)固定连接；
内钻头下导正机构(8)包括内钻头传动轴下导正轴承盖(801)、内钻头传动轴下导正轴承(802)和导正铜套(803)，导正铜套(803)两端均与内钻头传动轴下导正轴承(802)内圈过盈配合，导正铜套(803)通过内钻头传动轴下导正轴承盖(801)固定在内钻头传动轴下导正轴承盖配合环台(504)上；内钻头传动轴下导正轴承(802)的外圈与内钻头传动轴下导正轴承配合环台(505)过盈配合；
外钻头回转驱动机构包括外钻头传动轴(9)和外钻头回转电机(6)；
外钻头传动轴(9)上设置有内钻头传动轴通道(901)和外钻头传动轴滑键(902)，内钻头传动轴通道(901)与内钻头传动轴外壁(103)带有密封的间隙配合；
外钻头回转电机(6)设置有外钻头回转电机转子(601)、外钻头回转电机定子(602)、外钻头回转电机转子滑键槽(603)和第四线缆通孔(605)，外钻头回转电机转子(601)上设置有外钻头回转电机转子滑键槽(603)，外钻头回转电机转子滑键槽(603)与外钻头传动轴滑键(902)轴向滑动间隙配合；外钻头回转电机定子(602)上设置多个贯穿的第四线缆通孔(605)；
外钻头传动轴外壁(903)与外钻头回转电机转子(601)内孔间隙配合；
所述的第一线缆通孔(205)、第三线缆通孔(502)和第四线缆通孔(605)同轴对齐连通；
回转电机外壳(3)的内壁与内钻头回转电机定子(202)或/和外钻头回转电机定子(602)的外壁间隙光滑配合。
2.根据权利要求1所述的无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构，其特征在于：所述的内钻头回转电机(2)上设有第一电机固定销孔(204)，所述的内外钻头电机组接头(5)上设有第三电机固定销孔(503)，所述的外钻头回转电机(6)上设有第四电机固定销孔(604)，第三电机固定销孔(503)与第一电机固定销孔(204)和第四电机固定销孔(604)之间通过电机固定销(7)固定连接。
3.根据权利要求1所述的无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构，其特征在于：所述的内钻头回转电机(2)的数量大于等于1，相邻两个内钻头回转电机(2)之间通过内/外钻头回转电机串联接头(4)连接。
4.根据权利要求3所述的无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构，其特征在于：还包括内/外钻头回转电机串联接头(4)，所述的内/外钻头回转电机串联接头(4)设置有钻头回转电机串联上接头(401)、多个第二线缆通孔(402)、多个第二电机固定销孔(403)和内/外钻头回转电机串联接头中心通孔(404)，钻头回转电机串联上接头(401)与回转电机外壳(3)固定连接，第二电机固定销孔(403)均与两个内钻头回转电机(2)的第一电机固定销孔(204)通过电机固定销(7)固定连接；内/外钻头回转电机串联接头中心通孔(404)与内钻头传动轴(1)间隙配合，所述的第二线缆通孔(402)与第三线缆通孔(502)连通。
5.根据权利要求1所述的无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构，其特征在于：所述的外钻头回转电机(6)的数量大于等于1，相邻两个外钻头回转电机(6)之间通过内/外钻头回转电机串联接头(4)连接。
6.根据权利要求5所述的无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构，其特征在于：还包括内/外钻头回转电机串联接头(4)，所述的内/外钻头回转电机串联接头(4)设置有钻头回转电机串联上接头(401)、多个第二线缆通孔(402)、多个第二电机固定销孔(403)和内/外钻头回转电机串联接头中心通孔(404)，钻头回转电机串联上接头(401)与回转电机外壳(3)固定连接，第二电机固定销孔(403)均与两个外钻头回转电机(6)的第四电机固定销孔(604)通过电机固定销(7)固定连接；内/外钻头回转电机串联接头中心通孔(404)与内钻头传动轴(1)间隙配合。
7.根据权利要求2所述的无钻机自平衡回转振动钻进***的双向独立回转驱动机构，其特征在于：所述的电机固定销(7)设置有电机固定销销体(701)和电机固定销限位台阶(702)，电机固定销限位台阶(702)用于限位。
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