[实用新型]一种涡轮钻具自适应滚滑复合止推轴承

说明书

本实用新型涉及一种涡轮钻具自适应滚滑复合止推轴承，它由动环、静环、内套筒、外套筒、钢球、钢球座一、钢球座二、蝶形弹簧一、蝶形弹簧二、连接杆、推力瓦一、推力瓦二、推力瓦三和推力瓦四组成。所述动环设有钢球滚道一、钢球滚道二、多个圆形推力瓦一和推力瓦二。所述静环设有多个沉孔、沉孔由通孔连通，并设有多个圆形推力瓦三和推力瓦四。连接杆穿过静环的通孔将钢球座一和钢球座二限位于静环的沉孔中。所述钢球安装于动环的钢球滚道二和静环的钢球座一中，钢球只做自旋运动，不发生周向滚动。本实用新型根据轴向载荷的大小，自动调节轴承的接触形式，能够避免钢球压溃和推力瓦卡死，提高涡轮钻具的使用寿命。

技术领域

本实用新型涉及石油天然气钻采的井下动力钻具领域，尤其涉及一种涡轮钻具自适应滚滑复合止推轴承。

背景技术

涡轮钻具在超深井、定向井、地热井、地质科研井的钻采中发挥着重要的作用，复杂钻井工况对涡轮钻具提出了更加苛刻的要求，涡轮钻具止推轴承需要面临井底温度高、径向尺寸小、双向重载、轴向冲击载荷等问题。特别是轴向冲击载荷会显著影响止推轴承的使用寿命，导致涡轮钻具工作寿命不稳定。

现有的涡轮钻具止推轴承主要分为止推球轴承和止推滑动轴承：止推球轴承的结构形式主要为四支点止推球轴承和圆弧滚道止推球轴承；止推滑动轴承的结构形式主要为固定推力瓦止推滑动轴承和可倾斜推力瓦止推滑动轴承。两种接触形式的轴承各具优缺点：止推球轴承的启动力矩小、结构简单，但多副球轴承串联安装，由于钢球的制造误差，无法保证每个钢球大小完全一样，导致各副轴承的载荷不均匀，钢球容易发生压溃失效；止推滑动轴承的启动力矩大，容易造成推力瓦卡死无法滑动，可倾斜推力瓦的支承结构复杂，支承元件易疲劳损坏，推力瓦耐磨表面的制造工艺复杂。

涡轮钻具止推轴承的径向尺寸在100mm～210mm内，5～8副止推轴承需要承受30～120KN的轴向载荷，当涡轮钻具空转时，止推轴承受到涡轮节中涡轮定子和转子产生的水力负荷，方向垂直向下。当涡轮钻具正常钻进时，止推轴承受到钻头传递的钻压，方向垂直向上。两种轴向载荷均为时变值，当钻井泵的泵压波动时或钻头在井底跳动时，轴向冲击载荷非常容易导致止推轴承的失效。止推球轴承的主要失效形式有钢球压溃、钢球变形、滚道点蚀、轴承材料剥落、过度磨损等。止推滑动轴承的主要失效形式有推力瓦卡死、推力瓦温度过高、推力瓦表面产生微裂纹、流体动压润滑失效等。

止推轴承寿命不稳定、容易失效，涡轮钻具需要频繁的起钻，更换止推轴承。这不仅增加了钻井的成本和风险，而且限制了涡轮钻具的工程应用。轴向载荷的突变是止推轴承发生失效的重要诱因，自动适应涡轮钻具轴向载荷突变，针对涡轮钻具工况自动调节轴承的接触形式，是提高止推轴承寿命的有效途径。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种涡轮钻具自适应滚滑复合止推轴承，该装置能根据轴向载荷大小自动调节轴承的接触形式，利用蝶形弹簧减小轴承的冲击载荷，有效避免轴承因轴向冲击而失效，滚滑复合承载形式能有效提升止推轴承的使用寿命。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:

一种涡轮钻具自适应滚滑复合止推轴承，由动环、静环、内套筒、外套筒、钢球、钢球座一、钢球座二、蝶形弹簧一、蝶形弹簧二、连接杆、推力瓦一、推力瓦二、推力瓦三和推力瓦四组成。

所述外套筒将静环压紧在涡轮外壳的内壁上，静止不动。所述内套筒将动环压紧在涡轮轴的外壁上，随着涡轮轴做旋转运动。

所述动环为圆环形的圆盘，在动环的上表面设有钢球滚道一，在动环的下表面设有钢球滚道二，动环的上表面的钢球滚道一的两侧均匀分布多个圆形推力瓦一，动环的下表面的钢球滚道二的两侧均匀分布多个圆形推力瓦二。