CN206769795U - 具有变速功能的新型轴向冲击工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于石油钻井作业中具有变速功能的新型轴向冲击工具，以解决井下工具动力输出不稳定、破岩效率不高的问题。其技术方案是：该工具由动力部分、变速部分、冲击部分组成，动力部分为涡轮传动，钻井液通过涡轮将机械能传递给下端传动轴，传动轴驱动变速部分工作，变速部分将传动轴的不稳定低扭矩为稳定高扭矩，并带动冲击部分产生机械式稳定轴向冲击，从而加速钻头破岩。本实用新型可以将不稳定低扭矩转换为稳定高扭矩输出，并产生稳定的高频轴向冲击力，提高了钻头的破岩效率，降低了钻井成本。

Description

具有变速功能的新型轴向冲击工具

技术领域

本实用新型涉及一种用于石油钻井、矿山开采、地质钻探等领域中的具有变速功能的新型轴向冲击工具。

背景技术

随着赋存较好的浅层油气资源日趋枯竭，目前钻井工程逐渐向深井、超深井等环境条件严峻的领域发展。井深增加后，钻头破碎岩石的难度会大大增加，导致钻头机械钻速下降，寿命大大降低，从而增加钻井成本。目前的井下提速工具，输出动力不足，且提供的轴向冲击力不稳定，不仅不能有效提高破岩效率，反而会导致钻井过程的不稳定，降低钻头使用寿命。基于此，本实用新型提出具有变速功能的新型轴向冲击工具，将涡轮输出的不稳定低扭矩转化为稳定高扭矩，且通过下部凸轮结构产生稳定高效的轴向冲击，达到提高破岩效率的目的。

发明内容

本实用新型的目的在于：为了在复杂地质环境中实现高效钻井作业，提高破岩效率，特提供具有变速功能的新型轴向冲击工具。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：具有变速功能的新型轴向冲击工具，包括动力部分、变速部分、冲击部分，所述动力部分包括螺钉、螺母、调整环a、调整环b、轴承套、径向轴承、涡轮定子、涡轮转子、上壳体、平键、调整圈、导流环、涡轮轴、止推轴承组、调整环c、拧紧环，涡轮轴上端依次安装涡轮转子、涡轮定子、径向轴承、轴承套、调整环b、调整环a，并由螺钉和螺母拧紧固定，涡轮轴中部安装有止推轴承组，止推轴承组上端通过安装在涡轮轴下端的调整圈和导流环轴向定位，止推轴承组下端装有调整环c，并由拧紧环拧紧固定；变速部分包括花键、平衡活塞、上径向球轴承、防松螺母、碟簧、止推轴承、传动轴、齿波发生器、调整挡圈、花键齿、柔性齿对、变速箱壳、旋转密封圈、轴向轴承、输出轴、下径向球轴承、旋转密封装置a，变速箱壳通过螺纹与上壳体连接，传动轴上端通过花键与涡轮轴相连，传动轴从上往下依次装有平衡活塞、上径向球轴承、防松螺母、碟簧、止推轴承、调整挡圈，其中止推轴承上端由防松螺母、碟簧固定，下端由调整挡圈调整定位，变速箱壳与输出轴之间为齿波发生器和花键齿结构，输出轴中间为空腔流道，下端依次装有旋转密封圈、轴向轴承、下径向球轴承和旋转密封装置a结构；冲击部分包括中壳体、旋转密封装置b、中接头、上凸轮、下凸轮、O型密封圈、伸缩花键、下轴体、下接头a、安全扣、下接头b，中壳体上部和下部分别与变速箱壳和中接头通过螺纹相连，中壳体与中接头之间设有旋转密封装置b、上凸轮、下凸轮，其中上凸轮通过螺纹连接在输出轴上，下凸轮紧贴上凸轮，并通过内螺纹连接在下轴体上，将伸缩花键安装在下凸轮下端，当上凸轮从下凸轮的最高点下落时，伸缩花键能够有效减震，使冲击更加均匀，下接头a通过螺纹连接在中接头与下接头b之间，下轴体中部设有安全扣；传动轴下端为椭圆形，齿波发生器包含一对柔性齿对，其中柔性齿对的内齿与输出轴相连，柔性齿对的外齿和花键齿相连；上凸轮和下凸轮都为圆柱凸轮，均有两个凸起面，两者之间形成运动配合；安全扣连接在下轴体与下接头a之间，其能够允许旋转的下轴体发生一定的轴向位移，使得冲击力有效作用在钻头上，且能避免下轴体从下接头a上脱落。

本实用新型的有益效果是：(1)采用花键定位，能够有效防止零件发生周向和轴向窜动；(2) 该工具变速部分设有齿波发生器，能够有效的将涡轮产生的不稳定低扭矩转化为稳定高扭矩； (3)凸轮结构的使用能够产生轴向稳定柔和冲击力，由于凸轮结构下部设有伸缩花键，能够有效减震，从而提高破岩效率；(4)该工具使用安全扣，既能在一定的位移范围内允许下轴体将冲击力作用在钻头上，又能有效避免下轴体滑落。

附图说明

图1是本实用新型具有变速功能的新型轴向冲击工具的结构示意图。

图2是图1中的A-A截面图。

图3是图1中的B-B截面图。

图4是图1中的C-C截面图。

图5是图1中的D-D截面图。

图6是凸轮部分结构示意图。

图中1.螺钉，2.螺母，3.调整环a，4.调整环b，5.轴承套，6.径向轴承，7.涡轮定子，8.涡轮转子，9.上壳体，10.平键，11.调整圈，12.导流环，13.涡轮轴，14.止推轴承组，15.调整环c， 16.拧紧环，17.花键，18.平衡活塞，19.上径向球轴承，20.防松螺母，21.碟簧，22.止推轴承， 23.传动轴，24.齿波发生器，25.调整挡圈，26.花键齿，27.柔性齿对，28.变速箱壳，29.旋转密封圈，30轴向轴承，31.输出轴，32.下径向球轴承，33.旋转密封装置a，34.壳体，35.旋转密封装置b，36.中接头，37.上凸轮，38.下凸轮，39.O型密封圈，40.伸缩花键，41.下轴体， 42.下接头a，43.安全扣，44.下接头b。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

根据附图1、图5所示，具有变速功能的新型轴向冲击工具包括动力部分、变速部分、冲击部分，所述动力部分包括螺钉1、螺母2、调整环a3、调整环b4、轴承套5、径向轴承6、涡轮定子7、涡轮转子8、上壳体9、平键10、调整圈11、导流环12、涡轮轴13、止推轴承组 14、调整环c15、拧紧环16，涡轮轴13上端依次安装涡轮转子8、涡轮定子7、径向轴承6、轴承套5、调整环b4、调整环a3，并由螺钉1和螺母2拧紧固定，涡轮轴13中部安装有止推轴承组14，止推轴承组14上端通过安装在涡轮轴13下端的调整圈11和导流环12轴向定位，止推轴承组14下端装有调整环c15，并由拧紧环16拧紧固定；变速部分包括花键17、平衡活塞18、上径向球轴承19、防松螺母20、碟簧21、止推轴承22、传动轴23、齿波发生器24、调整挡圈25、花键齿26、柔性齿对27、变速箱壳28、旋转密封圈29、轴向轴承30、输出轴31、下径向球轴承32、旋转密封装置a33，变速箱壳28通过螺纹与上壳体9连接，传动轴23上端通过花键17与涡轮轴13相连，传动轴23从上往下依次装有平衡活塞18、上径向球轴承19、防松螺母20、碟簧21、止推轴承22、调整挡圈25，其中止推轴承22上端由防松螺母20、碟簧21固定，下端由调整挡圈25调整定位，变速箱壳28与输出轴31之间为齿波发生器24和花键齿26结构，输出轴31中间为空腔流道，下端装有旋转密封圈29、轴向轴承30、下径向球轴承32和旋转密封装置a33结构；冲击部分包括中壳体34、旋转密封装置b35、中接头36、上凸轮37、下凸轮38、O型密封圈39、伸缩花键40、下轴体41、下接头a42、安全扣43、下接头b44，中壳体34上部和下部分别与变速箱壳28和中接头36 通过螺纹相连，中壳体34与中接头36之间设有旋转密封装置b35、上凸轮37、下凸轮38，其中上凸轮37通过螺纹连接在输出轴31上，下凸轮38紧贴上凸轮37，并通过内螺纹连接在下轴体41上，下轴体41与输出轴31之间设有伸缩花键40，并安装在下凸轮38下端，当上凸轮37从下凸轮38的最高点下落时，伸缩花键40能够有效减震，使冲击更加均匀，下接头a42通过螺纹连接在中接头36与下接头b44之间，下轴体41中部设有安全扣43；传动轴 23下端为椭圆形，齿波发生器24包含一对柔性齿对27，其中柔性齿对27的内齿与输出轴 29相连，柔性齿对27的外齿和花键齿26相连；上凸轮37和下凸轮38都为圆柱凸轮，均有两个凸起面，两者之间形成运动配合；安全扣43连接在下轴体41与下接头a42之间，其能够允许旋转的下轴体41发生一定的轴向位移，使得冲击力有效作用在钻头上，且能避免下轴体41从下接头a42上脱落。

工作时，钻井液从上壳体9内进入涡轮，通过涡轮驱动涡轮轴13转动，同时涡轮轴13通过花键17将扭矩传递给传动轴23，传动轴23带动输出轴31旋转的同时会带动柔性齿对27传动，由于输出轴31为椭圆形，从而会带动柔性齿对27内齿外齿形成速度差，输出轴31的速度将小于传动轴23的速度，此过程将传动轴23的不稳定低扭矩转化为稳定高扭矩并传递给输出轴31；由于输出轴31和下轴体41之间是伸缩花键40连接，上凸轮37和输出轴31通过螺纹连接，上凸轮38和下轴体41也通过螺纹连接，则输出轴31旋转的同时，下轴体41 和下凸轮38也会随着旋转，由于上凸轮37和下凸轮38的运动配合特征，凸轮结构旋转过程中会推动下轴体41在伸缩花键40连接下做上下往复运动，从而产生稳定柔和的冲击力传递给钻头，提高破岩效率。

Claims (4)

1.具有变速功能的新型轴向冲击工具，其特征在于：所述具有变速功能的新型轴向冲击工具包括动力部分、变速部分、冲击部分，其中变速部分前端安装动力部分，后端连接冲击部分；所述动力部分包括螺钉(1)、螺母(2)、调整环a(3)、调整环b(4)、轴承套(5)、径向轴承(6)、涡轮定子(7)、涡轮转子(8)、上壳体(9)、平键(10)、调整圈(11)、导流环(12)、涡轮轴(13)、止推轴承组(14)、调整环c(15)、拧紧环(16)，涡轮轴(13)上端依次安装涡轮转子(8)、涡轮定子(7)、径向轴承(6)、轴承套(5)、调整环b(4)、调整环a(3)，并由螺钉(1)和螺母(2)拧紧固定，涡轮轴(13)中部安装有止推轴承组(14)，止推轴承组(14)上端通过安装在涡轮轴(13)下端的调整圈(11)和导流环(12)轴向定位，止推轴承组(14)下端装有调整环c(15)，并由拧紧环(16)拧紧固定；变速部分包括花键(17)、平衡活塞(18)、上径向球轴承(19)、防松螺母(20)、碟簧(21)、止推轴承(22)、传动轴(23)、齿波发生器(24)、调整挡圈(25)、花键齿(26)、柔性齿对(27)、变速箱壳(28)、旋转密封圈(29)、轴向轴承(30)、输出轴(31)、下径向球轴承(32)、旋转密封装置a(33)，变速箱壳(28)通过螺纹与上壳体(9)连接，传动轴(23)上端通过花键(17)与涡轮轴(13)相连，传动轴(23)从上往下依次装有平衡活塞(18)、上径向球轴承(19)、防松螺母(20)、碟簧(21)、止推轴承(22)、调整挡圈(25)，其中止推轴承(22)上端由防松螺母(20)、碟簧(21)固定，下端由调整挡圈(25)调整定位，变速箱壳(28)与输出轴(31)之间为齿波发生器(24)和花键齿(26)结构，输出轴(31)中间为空腔流道，下端装有旋转密封圈(29)、轴向轴承(30)、下径向球轴承(32)和旋转密封装置a(33)结构；冲击部分包括中壳体(34)、旋转密封装置b(35)、中接头(36)、上凸轮(37)、下凸轮(38)、O型密封圈(39)、伸缩花键(40)、下轴体(41)、下接头a(42)、安全扣(43)、下接头b(44)，中壳体(34)上部和下部分别通过螺纹与变速箱壳(28)和中接头(36)连接，中壳体(34)与中接头(36)之间装有旋转密封装置b(35)、上凸轮(37)、下凸轮(38)，其中上凸轮(37)通过螺纹连接在输出轴(31)上，下凸轮(38)紧贴上凸轮(37)，并通过内螺纹连接在下轴体(41)上，将伸缩花键(40)安装在下凸轮(38)下端，当上凸轮(37)从下凸轮(38)的最高点下落时，伸缩花键(40)能够有效减震，使冲击更加均匀，下接头a(42)通过螺纹连接在中接头(36)与下接头b(44)之间，下轴体(41)中部设有安全扣(43)。

2.根据权利要求1所述的具有变速功能的新型轴向冲击工具，其特征在于：所述的传动轴(23)下端为椭圆形，齿波发生器(24)包含一对柔性齿对(27)，其中柔性齿对(27)的内齿与输出轴(29)相连，柔性齿对(27)的外齿和花键齿(26)相连。

3.根据权利要求1所述的具有变速功能的新型轴向冲击工具，其特征在于：所述的上凸轮(37)和下凸轮(38)都为圆柱凸轮，均有两个凸起面，两者之间形成运动配合。

4.根据权利要求1所述的具有变速功能的新型轴向冲击工具，其特征在于：所述的安全扣(43)连接在下轴体(41)与下接头a(42)之间，其能够允许旋转的下轴体(41)发生一定的轴向位移，使得冲击力有效作用在钻头上，且能避免下轴体(41)从下接头a(42)上脱落。