CN107060638A - 改变钻头运动的动力装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改变钻头运动的动力装置，用于向螺杆钻具的钻头提供动力，所述改变钻头运动的动力装置包括依次连接的动力总成、万向轴总成和传动轴总成，还包括与所述传动轴总成连接的偏心总成，所述偏心总成与所述钻头连接以使钻头绕所述传动轴总成的传动轴的轴线做行星运动；本发明实施例的动力装置，通过设置偏心总成，使钻头在以一定转速自转的同时，还以一定的旋转半径公转，从而形成复合运动，便于钻井时扩大钻孔，使钻头在钻进时不再是定向钻进，从而提升钻进速度。
Description
技术领域
本发明涉及钻井技术领域，尤其指一种改变钻头运动的动力装置。
背景技术
已知，螺杆钻具指一种以液体为动力，把液体压力能转为机械能的容积式井下动力钻具。其工作原理是将液压泵泵出的钻井液以较高压力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，并将转速和扭矩传递给钻头，从而实现钻井作业。
螺杆钻具被大范围的应用于钻井之中，现有的螺杆钻具大多为定向钻，定向钻的钻进速度较慢，主要原因在于定向钻井钻杆不转，只能通过螺杆钻具带动钻头自转完成破岩，而钻头自转破岩时越靠近中心位置线速度越低。因此，如何提高螺杆钻具的钻进速度成为了亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种改变钻头运动的动力装置。
为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
一种改变钻头运动的动力装置，用于向螺杆钻具的钻头提供动力，所述改变钻头运动的动力装置包括依次连接的动力总成、万向轴总成和传动轴总成，还包括与所述传动轴总成连接的偏心总成，所述偏心总成与所述钻头连接以使钻头绕所述传动轴总成的传动轴的轴线做行星运动。
作为优选，所述偏心总成包括：
第一壳体；
偏心轴，其与所述传动轴的一端连接；
齿轮，其套设在所述偏心轴上，所述齿轮的轮心与所述传动轴的轴线之间具有第一偏心距，所述齿轮以所述第一偏心距为旋转半径绕所述传动轴的轴线公转，所述齿轮的轮缘与所述第一壳体内壁之间分别设置相互啮合的轮齿，以使所述齿轮在公转的同时自转；
偏心套，其设置于所述第一壳体中，所述偏心套的一端面与所述齿轮之间设置连动机构，以使所述偏心套随所述齿轮的运动做定心转动；所述偏心套的偏心距与所述第一偏心距长度相同，所述偏心套的偏心距为第二偏心距；
旋转轴，其与所述钻头连接并设置在所述内孔中，所述旋转轴随所述偏心套定心转动，且同时以所述第二偏心距为旋转半径绕所述传动轴的轴线公转；以及
柔性件，其用于连接所述齿轮与所述旋转轴，使所述旋转轴随所述齿轮的自转而自转。
作为优选，所述连动机构包括：
所述齿轮的轴端面沿轴向设置的多个孔，以及
所述偏心套的一端面设置的一一对应地穿设在所述孔中的多个支柱；
其中，所述支柱的外壁与所述孔的内壁抵接，所述支柱的轴线与所述孔的圆心之间具有第三偏心距，所述第三偏心距的长度与所述第一偏心距及第二偏心距的长度均相同。
作为优选，各所述孔绕所述齿轮的轮心均布。
作为优选，所述柔性件为柔性杆，所述柔性杆的一端螺接所述旋转轴，所述柔性杆的另一端螺接所述偏心轴。
作为优选，所述动力总成包括定子以及设置在所述定子的内孔中的转子，所述定子与所述转子之间具有螺旋型腔，所述转子通过压入所述螺旋型腔中的钻井液在所述定子的内孔中旋转。
作为优选，所述万向轴总成包括：
转子接头，所述转子接头的一端与所述转子连接；
连接杆，所述连接杆的一端与所述转子接头的另一端连接，所述连接杆的另一端连接水帽；以及
第二壳体，所述第二壳体套设在所述转子接头、连接杆及水帽外。
作为优选，所述连接杆至少两端具有柔性，所述连接杆与所述水帽及转子接头的两端之间均为过盈配合。
作为优选，所述传动轴总成还包括套设在所述传动轴上的径向轴承及轴向轴承，所述传动轴的一端通过所述水帽与所述连接杆的另一端连接；所述传动轴总成还包括套设在所述径向轴承及轴向轴承外的第三壳体，所述第三壳体的一端与所述第二壳体连接，所述第三壳体的另一端与所述第一壳体连接。
本发明实施例的改变钻头运动的动力装置，通过设置偏心总成，使钻头在以一定转速自转的同时，还以一定的旋转半径公转，从而形成复合运动，便于钻井时扩大钻孔，使钻头在钻进时不再是定向钻进，从而提升钻进速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的改变钻头运动的动力装置的剖视图；
图2为图1中A-A截面示意图；
图3为图1中B-B截面示意图。
1-动力总成 11-转子 12-定子 2-万向轴总成 21-连接杆 22-水帽 23-转子接头24-第二壳体 3-传动轴总成 31-传动轴 311-偏心轴 32-径向轴承 33-轴向轴承 34-第三壳体 4-偏心总成 41-齿轮 411-孔 42-柔性件 43-旋转轴 44-偏心套 441-支柱 45-第一壳体 M-钻头。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。
图1为本发明实施例的改变钻头运动的动力装置的剖视图，参照图1，本实施例提供一种改变钻头运动的动力装置，用于向螺杆钻具的钻头提供动力，所述改变钻头运动的动力装置包括依次连接的动力总成1、万向轴总成2、传动轴总成3以及偏心总成4，所述偏心总成4与所述钻头M连接以使钻头M绕所述传动轴总成3的传动轴31的轴线做行星运动，本实施例中，所述的动力总成1产生的转速和扭矩，通过所述万向轴总成2将其转化为定轴转动，并由所述传动轴总成3传递给所述偏心总成4，偏心总成4将定轴转动转化成为行星运动。本发明使破岩时钻头M由单纯的自转运动变为行星运动，即钻头M在自转的同时还具有公转，形成复合型钻井，其速度是定向钻井的3-5倍，从而大幅提高钻头M的破岩速度，降低钻井成本。
优选的，所述偏心总成4包括第一壳体45，以及与所述传动轴31的一端连接的偏心轴311，本实施例中的偏心轴311与传动轴31之间为螺接，也可以是一体式的；所述偏心总成4还包括齿轮41，其套设在所述偏心轴311上，所述齿轮41的轮心与所述传动轴31的轴线之间具有第一偏心距，所述齿轮41在传动轴31的带动下以所述第一偏心距为旋转半径绕所述传动轴31的轴线公转，所述齿轮41的轮缘与所述第一壳体45内壁之间分别设置相互啮合的轮齿，以使所述齿轮41在公转的同时自转；所述偏心总成4还包括偏心套44，其设置于所述第一壳体45内，所述偏心套44的一端面与所述齿轮41之间设置连动机构，以使所述偏心套44随所述齿轮41的运动做定心转动；所述偏心套44的偏心距与所述第一偏心距长度相同，所述偏心套的偏心距为第二偏心距，偏心套44的偏心距是指偏心套44的轴线(即偏心套44自身的轴线)与所述偏心套44的内孔的圆心之间具有的偏心距；参照图3所示，所述偏心总成4还包括旋转轴43，其与所述钻头M连接并设置在偏心套44的内孔中，使所述旋转轴43随所述偏心套44定心转动，同时以所述第二偏心距为旋转半径绕所述传动轴31的轴线公转，本实施例中，所述钻头M与所述旋转轴43之间为卡接、螺接，所述偏心总成4还包括柔性件42，其用于连接所述齿轮41与所述旋转轴43，使所述旋转轴43随所述齿轮41的自转而自转。
本实施例中，参照图2所示，传动轴总成3的传动轴31的一端通过设置偏心轴311，将传动轴31的定心转动转化为偏心旋转，套设在所述偏心轴311上的齿轮41以第一偏心距为旋转半径绕传动轴31的轴线公转，所述齿轮41的轮缘与所述第一壳体45内壁之间设置相互啮合的轮齿，使齿轮41在公转的同时自转，本实施例中，所述轮齿的形状如图2所示，第一壳体45内壁的轮齿与齿轮41轮缘的轮齿的模数和压力角分别相等，即两者为渐开线齿轮啮合，通过这样的结构，使钻头M在以一定转速自转的同时，也以第一偏心距为旋转半径绕传动轴31的轴线公转，从而形成复合运动，在破岩时便于扩大钻孔，从而提升钻井速度。
优选的，参照图1所示，所述连动机构包括所述齿轮41的轴端面沿轴向设置的多个孔411，以及所述偏心套44的一端面设置的一一对应地穿设在所述孔411中的多个支柱441；其中，所述支柱441的外壁与所述孔411的内壁抵接，所述支柱441的轴线与所述孔411的圆心之间具有第三偏心距，所述第三偏心距的长度与所述第一偏心距及第二偏心距的长度均相同。
本实施例中，所述齿轮41在做行星运动的同时，齿轮41的轴端面上设置的多个孔411也一起做行星运动，孔411的内壁与偏心套44的支柱441外壁抵接从而带动偏心套44运动，而支柱441的轴线与孔411的圆心之间具有与第一偏心距及第二偏心距的长度相同的第三偏心距使孔411的公转被抵消，使偏心套44输出的转动转化为定心转动，这样的结构更为精密，更好的传递了扭矩及转速。
优选的，各所述孔411绕所述齿轮41的轮心均布，需要说明的是，本实施例中的各孔411的圆心与所述齿轮41的轮心之间的距离相同，以使各个方向上的扭矩及转动的传导更加均衡。
优选的，所述柔性件42为柔性杆，所述柔性杆的一端螺接所述旋转轴43，所述柔性杆的另一端螺接所述偏心轴311，本实施例中，所述柔性杆主要起万向轴的作用，柔性杆可以采用钛合金材料支撑，柔性杆在转动时抵消来自径向或轴向的应力，避免因尺寸偏差而导致的机构转动不畅，需要说明的是，本实施例中，所述柔性件42也可以采用在刚性杆的两端设置柔性连接件的形式形成，所述柔性件42还可以通过在刚性杆的两端设置滚珠形成，当然也可以采用其他可以起万向轴作用的结构，在此不一一赘述。
优选的，参照图1所示，所述动力总成1包括定子12以及设置在所述定子12的内孔中的转子11，所述定子12与所述转子11之间具有螺旋型腔，所述转子11通过液压泵排除的钻井液以较高压力压入所述螺旋型腔中使所述转子11在所述定子12的内孔中旋转。
上述实施例中，具体的，所述万向轴总成2包括转子接头23，所述转子接头23的一端与所述转子11连接；所述万向轴总成2还包括连接杆21，所述连接杆21的一端与所述转子接头23的另一端连接，所述连接杆21的另一端连接水帽22；所述万向轴总成2还包括第二壳体24，所述第二壳体24套设在所述转子接头23、连接杆21及水帽22外，本实施例中，所述万向轴总成2将转子11输出的转动转化为定心转动后将扭矩与转速输出给传动轴总成3，具体的，所述连接杆21至少两端具有柔性，所述连接杆21与所述水帽22及转子接头23的两端之间均为过盈配合。
优选的，参照图1所示，上述实施例中，所述传动轴总成3还包括套设在所述传动轴31上的径向轴承32及轴向轴承33，所述径向轴承32用于承受径向载荷，所述轴向轴承33用于承受轴向载荷，所述传动轴31的一端通过所述水帽22与所述连接杆21的另一端连接；所述传动轴总成3还包括套设在所述径向轴承32及轴向轴承33外的第三壳体34，所述第三壳体34的一端与所述第二壳体24连接，本实施例中具体为螺接，所述第三壳体34的另一端与所述第一壳体45连接，本实施例中具体为螺接，所述第一壳体45、第二壳体24及第三壳体34用于将上述结构与钻孔411内壁岩层隔开，起保护作用。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种改变钻头运动的动力装置，用于向螺杆钻具的钻头提供动力，所述的动力装置包括依次连接的动力总成、万向轴总成和传动轴总成，其特征在于，还包括与所述传动轴总成连接的偏心总成，所述偏心总成与所述钻头连接以使钻头绕所述传动轴总成的传动轴的轴线做行星运动。
2.根据权利要求1所述的改变钻头运动的动力装置，其特征在于，所述偏心总成包括：
第一壳体；
偏心轴，其与所述传动轴的一端连接；
齿轮，其套设在所述偏心轴上，所述齿轮的轮心与所述传动轴的轴线之间具有第一偏心距，所述齿轮以所述第一偏心距为旋转半径绕所述传动轴的轴线公转，所述齿轮的轮缘与所述第一壳体内壁之间分别设置相互啮合的轮齿，以使所述齿轮在公转的同时自转；
偏心套，其设置于所述第一壳体中，所述偏心套的一端面与所述齿轮之间设置连动机构，以使所述偏心套随所述齿轮的运动做定心转动；所述偏心套的偏心距与所述第一偏心距长度相同，所述偏心套的偏心距为第二偏心距；
旋转轴，其与所述钻头连接并设置在所述内孔中，所述旋转轴随所述偏心套定心转动，且同时以所述第二偏心距为旋转半径绕所述传动轴的轴线公转；以及
柔性件，其用于连接所述齿轮与所述旋转轴，使所述旋转轴随所述齿轮的自转而自转。
3.根据权利要求2所述的改变钻头运动的动力装置，其特征在于，所述连动机构包括：
所述齿轮的轴端面沿轴向设置的多个孔，以及
所述偏心套的一端面设置的一一对应地穿设在所述孔中的多个支柱；
其中，所述支柱的外壁与所述孔的内壁抵接，所述支柱的轴线与所述孔的圆心之间具有第三偏心距，所述第三偏心距的长度与所述第一偏心距及第二偏心距的长度均相同。
4.根据权利要求3所述的改变钻头运动的动力装置，其特征在于，各所述孔绕所述齿轮的轮心均布。
5.根据权利要求3所述的改变钻头运动的动力装置，其特征在于，所述柔性件为柔性杆，所述柔性杆的一端螺接所述旋转轴，所述柔性杆的另一端螺接所述偏心轴。
6.根据权利要求2至5中任一所述的改变钻头运动的动力装置，其特征在于，所述动力总成包括定子以及设置在所述定子的内孔中的转子，所述定子与所述转子之间具有螺旋型腔，所述转子通过压入所述螺旋型腔中的钻井液在所述定子的内孔中旋转。
7.根据权利要求6所述的改变钻头运动的动力装置，其特征在于，所述万向轴总成包括：
转子接头，所述转子接头的一端与所述转子连接；
连接杆，所述连接杆的一端与所述转子接头的另一端连接，所述连接杆的另一端连接水帽；以及
第二壳体，所述第二壳体套设在所述转子接头、连接杆及水帽外。
8.根据权利要求7所述的改变钻头运动的动力装置，其特征在于，所述连接杆至少两端具有柔性，所述连接杆与所述水帽及转子接头的两端之间均为过盈配合。
9.根据权利要求7所述的改变钻头运动的动力装置，其特征在于，所述传动轴总成还包括套设在所述传动轴上的径向轴承及轴向轴承，所述传动轴的一端通过所述水帽与所述连接杆的另一端连接；所述传动轴总成还包括套设在所述径向轴承及轴向轴承外的第三壳体，所述第三壳体的一端与所述第二壳体连接，所述第三壳体的另一端与所述第一壳体连接。
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