[发明专利]一种井下马达万向轴

说明书

技术领域

本发明涉及一种油气田钻探设备，尤其涉及一种井下马达万向轴。

背景技术

在油气田钻探过程中，需要使用一种动力驱动钻头旋转来破碎地层，实现钻井；井下马达就是这种以钻井液为动力，把液体压力能转为机械能的容积式井下动力钻具。当泥浆泵泵出的泥浆流经旁通阀进入马达，在马达的进、出口形成一定的压力差，推动转子绕定子的轴线旋转，并将转速和扭矩通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。

由于马达的转子是偏心的，转子在定子内旋转时即产生绕自身中心线的自转，又会在偏心距的作用下绕定子中心线的公转，将转速和扭拒传递到钻头；在传递过程中，需要将转子的不平稳的偏心转动，传递到传动轴的同心平稳转动，这一过程就由万向轴来实现。

目前，国内使用的马达万向轴采用的是花瓣式和球铰接式；花瓣式加工工艺复杂、摩擦面无润滑，所以使用寿命短，无法满足正在兴起的大扭拒低转速井下马达的要求；球铰接式万向轴虽然有润滑油润滑，但是传递扭拒的接触面属于线接触，同样使用寿命短，无法满足正在兴起的大扭拒低转速井下马达的要求。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种井下马达万向轴，以满足大扭拒、低转速的使用需求。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种井下马达万向轴，包括设置在万向轴壳体内的上万向节、芯轴和下万向节，所述的上万向节和下万向节分别设置在芯轴的两端，所述的上万向节和下万向节分别通过球形顶块与芯轴接触，在芯轴上下两端均设有半圆挡键，在半圆挡键上设有球形套；在芯轴的外周设有波纹形油封，波纹形油封与上万向节和下万向节连接，波纹形油封的球形面与球形套的球面相接触；在芯轴上设置有球顶柱面滑键，所述的球顶柱面滑键与芯轴、上万向节和下万向节一起形成滑键配合。

所述的球顶柱面滑键包括圆柱体，在圆柱体上设置有方板，所述的方板的顶部为球面。

所述的滑键配合为：球顶柱面滑键的圆柱体设置在芯轴上对应的圆柱孔内，可在芯轴对应的圆柱孔内转动；球顶柱面滑键的方板设置在上万向节或下万向节对应的键槽，球顶柱面滑键的球面与上万向节或下万向节对应的键槽根部圆柱形面相配合，上万向节或下万向节对应的键槽根部的圆柱面可沿着球顶柱面滑键顶部球面以同一圆心在球顶柱面滑键顶部球面上转动。

在所述的芯轴的两端均设置有4至8组球顶柱面滑键。

在所述的上万向节和下万向节上均设有浮塞，在波纹形油封和芯轴之间设置有O形密封圈，所述的浮塞与O形密封圈配合使用后形成万向轴上下2个密封腔，在该密封腔内设置有润滑脂。

在所述的上万向节和下万向节上均设有浮塞的移动腔体。

所述的波纹形油封为2个，所述的波纹形油封的一端为固定端，另一端为自由端，所述的固定端通过螺纹与上万向节或下万向节连接；所述的自由端在芯轴上上下移动。

所述的波纹形油封包括上密封接头、O型圈、压环、胶筒和下密封接头；上密封接头上部为球形面，与球形套的球形面相配合，在上密封接头上设有螺纹与上万向节或下万向节的内螺纹相配合；所述的O型圈将波纹形油封与上万向节或下万向节密封住；通过压环将上密封接头和下密封接头固定设置在胶筒的两端。

万向轴是将马达转子的偏心旋转，传递到传动轴的同心平稳旋转，同时传递着巨大的扭拒到钻头来破碎岩石；在将偏心旋转转变成平稳旋转这一过程中，万向轴上下两个万向节在完成着这种工作，整个工作原理是：上万向节将转子的偏心旋转通过万向轴芯轴传递到下万向节，后再传递到传动轴产生平稳旋转；上下两个万向节在传递扭拒及转速中，随芯轴一起旋转外，还在芯轴上上下左右摆动，消除了偏心带来的影响，实现了万向的功能；本发明的万向轴上下两个万向节在芯轴上上下左右摆动时有润滑油润滑，使得万向轴内的运动件灵活、可靠，大大减少了磨损，延长了使用寿命。

有益效果：本发明的井下马达万向轴，在整个井下马达中起着承上启下的作用，它的灵活性和设计结构直接影响着整个井下马达传递扭拒及转速的大小，以及马达转子和传动轴的强度，关系到整个井下马达的使用寿命。该发明的井下马达万向轴，结构简单、紧凑、使用灵活、可靠、功能齐全、使用寿命长、传递扭拒大等优点，是花瓣式万向轴的替代品，具有比球铰接式万向轴强度高、传递扭拒大、结构较之简单的特点，适合于当前钻井所需求的大扭拒、低转速井下马达。