[发明专利]密封矿用钻头储油腔的双功能压力补偿器

说明书

本发明提供一种具有密封轴承的矿用钻头，矿用钻头具有用于储油腔的双功能压力补偿器。所述矿用钻头具有钻头体和向下延伸的牙掌，所述牙掌包括向内和向下延伸的用于安装旋转牙轮的轴颈，并且密封件设置在轴颈和牙轮之间。润滑脂的流道从钻头体的内腔延伸，穿过牙掌和轴颈，并至位于轴颈和牙轮之间的中间空间。压力补偿器在内腔和流道之间延伸并具有可移动活塞。当活塞被锁定就位时，补偿器可以在润滑脂系统模式运行，或在将矿用钻头固定至钻柱之前，通过从固定活塞的位置上拆除锁定构件，在气流旁路模式下运行。

技术领域

本发明涉及一种矿用钻头，尤其涉及一种与密封轴承钻头中的润滑脂补偿器一起使用的气流旁路。

背景技术

底面穿透工具包括可旋转的刀型矿用钻头，例如牙轮钻头。牙轮矿用钻头具有钻头主体，该钻头主体具有适于连接到钻柱的上端部，并且通常具有从主体向下延伸的三个钻头腿。从钻头体的下部垂下的是多个支撑臂，通常为三个。轴颈从每个钻头腿向内和向下延伸。传统的钻头支承轴是圆柱形的，并且可旋转地接纳牙轮锥体。轴颈锥体通常安装在每个轴颈上，并且可旋转地支撑每个牙轮锥体在主轴和主轴容纳腔的内部之间的轴承上。当牙轮锥体在轴颈上旋转时，牙轮锥体在其外表面上具有齿或压块，用于破碎地层。一个或多个流体喷嘴通常设置在钻头主体的下侧。喷嘴通常被设置成引导钻孔液从钻柱向下流向被钻钻孔的底部。钻孔液冲走从钻孔底部去除的材料并清洗牙轮锥体，将钻屑和其它碎屑径向向外携带，然后在钻头和钻孔壁之间限定的环空内向上携带。

有几种支承系统用来支承牙轮锥体。这些支承系统典型地由径向轴承和推力轴承的组合构成，所述径向轴承和推力轴承可以是密封和润滑的，或者是不密封的，并且对钻孔液是开放的。钻孔液可以是液体如泥浆，也可以是气体如空气。用于轴颈的接触磨损表面可由耐磨金属或非金属如碳化钨组成。在密封的轴承钻头中，密封件设置在切削锥和相应的轴颈之间的间隙上，以防止碎屑污染轴承，并且还阻止润滑脂泄漏到外部。已经使用了各种类型的密封件，包括弹性密封件和金属-金属面密封件。开放式轴承钻头在没有密封件的情况下工作，并且通常使钻孔液通过牙轮轴承以冷却和润滑。开放式轴承通常使钻孔液经过端口通过轴承系统以润滑和冷却轴承磨损表面。在一些情况下，空气可作为钻孔液并被驱动通过轴承以冷却和润滑轴承。

当在充满液体的钻孔中操作时，由于钻孔液柱的重量，静压作用在钻头上。当钻头降低到孔中时，润滑脂中的温度由于传热而升高，并且由于旋转时的摩擦热而导致润滑脂膨胀。一种密封的，油脂润滑的轴承钻头，在钻头体中包含润滑剂储油腔，该储油腔向轴颈供应储油腔。每个轴颈具有安装在钻头体中的储油腔中的压力补偿系统。密封轴承钻头通常使用润滑系统，该润滑系统包括润滑脂压力补偿器以限制润滑脂和钻孔中的压力之间的压力差。典型的润滑脂补偿器包括将储油腔和润滑脂与孔眼流体分开的柔性隔膜或弹簧偏置活塞。膜片或弹簧偏压的活塞由于其两端的压力差而移动，以趋于平衡储油腔压力和孔眼流体压力之间的压力差。润滑剂流动通道从补偿器的储存器延伸到轴颈的外部。压力补偿系统具有连通端口，该连通端口与外部上的静压连通，以使外部上的压力与钻头内的通道和间隙中的润滑脂压力相等。当锥体在轴颈上旋转时，粘性润滑脂产生流体动力升力，使得负载部分地由润滑脂流体膜支撑，部分地由表面粗糙度与表面粗糙度接触支撑。

密封轴承钻头故障通常由于牙轮轴承密封磨损直到损坏，在切削结构磨损之前轴承发生了失效而。所以希望延长密封轴承钻头的寿命超过密封件的寿命。

发明内容