專利名稱：一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減速機(jī)及其工作方法，特別指與油田井下鉆進(jìn)動(dòng)力設(shè)備配套用的
減速機(jī)，即一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)及其工作方法。
(二)
背景技術(shù)：
在石油生產(chǎn)領(lǐng)域中，鉆井使用的設(shè)備早期都使用地面驅(qū)動(dòng)機(jī)械，通過幾千米的鉆 桿，帶動(dòng)鉆頭鉆出油井，由于全部鉆桿在井中的摩擦損耗很大，不僅動(dòng)力損失很大，鉆進(jìn)效 率也相當(dāng)?shù)?。目前?guó)內(nèi)外油井鉆進(jìn)已廣泛采用井下動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，由于沒有長(zhǎng)達(dá)幾千米的旋轉(zhuǎn) 鉆桿，而驅(qū)動(dòng)用的動(dòng)力又緊靠在鉆頭附近，因此動(dòng)力損失輕微，鉆進(jìn)效率比地面驅(qū)動(dòng)高許 多。當(dāng)前廣泛采用的動(dòng)力鉆具主要是渦輪鉆具和螺桿鉆具兩種。其中有幾種渦輪鉆具采用 高速蝸輪加減速器減速后驅(qū)動(dòng)鉆頭，也有幾種渦輪鉆具直接采用較低速度的渦輪直接驅(qū)動(dòng) 鉆頭；渦輪鉆具可以反復(fù)使用，壽命較長(zhǎng)，然而價(jià)格昂貴，鉆井成本高。螺桿鉆具價(jià)格相對(duì)較 低，然而壽命很短，根據(jù)國(guó)內(nèi)情況，一般使用100小時(shí)左右就報(bào)廢，目前國(guó)內(nèi)外所有螺桿鉆 具由于其轉(zhuǎn)速比渦輪鉆具低，因此都不采用減速機(jī)，而是直接用螺桿鉆具帶動(dòng)鉆頭。然而單 頭螺桿鉆具的轉(zhuǎn)速對(duì)鉆頭來說，仍然偏高，鉆頭損壞嚴(yán)重， 一個(gè)昂貴的金剛石鉆頭往往只能 用三四十小時(shí)就報(bào)廢，必須將全部井下設(shè)備提出地面更換鉆頭，從而使鉆進(jìn)效率大大降低。 多頭螺桿鉆具可以直接降低轉(zhuǎn)速使用，但轉(zhuǎn)速降低后，鉆具功率大幅度下降，同樣使鉆進(jìn)效 率大大降低。也有人考慮過用高速螺桿鉆具加減速機(jī)后使用，由于高速螺桿鉆具功率大，而 減速機(jī)原則上不會(huì)降低功率，只會(huì)使輸出扭矩根據(jù)減速比成正比放大，這樣，在同樣直徑的 條件下，功率和扭矩都可以增加不少。然而設(shè)計(jì)這種減速機(jī)難度非常大，因?yàn)榫趦?nèi)徑小， 井底壓力大，井液溫度高，而傳動(dòng)功率又相當(dāng)大，因此設(shè)計(jì)和制造均異常困難，到目前為止， 尚未出現(xiàn)滿意的解決方案。例如直徑172mm的鉆具，其功率往往需要達(dá)到80KW以上，如果 將轉(zhuǎn)速用減速機(jī)(不是用其他方式)降到75rpm左右，其輸出扭矩將達(dá)到10， 000Nm以上， 這對(duì)設(shè)計(jì)和制造減速機(jī)來說，都是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。尤其是這樣的減速機(jī)與其他減速機(jī)不 同，從減速機(jī)內(nèi)部必須通過大量高壓的泥漿，用以冷卻鉆頭和沖走巖粉，而泥漿的含沙量非 常高，絕不能使其與減速機(jī)內(nèi)部的傳動(dòng)零件接觸，否則減速機(jī)將會(huì)很快磨損。然而，在幾千 米深的井底，其井液壓力達(dá)到數(shù)百大氣壓，任何密封裝置都很難承受如此大的壓力，密封損 壞嚴(yán)重，造成井液進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，使設(shè)備在短時(shí)間內(nèi)報(bào)廢。再一方面，鉆進(jìn)時(shí)鉆具承受的軸 向推力非常大，往往達(dá)到二十噸以上，而一般減速機(jī)都很難承受如此巨大的軸向推力。渦輪 鉆具雖然也有采用減速機(jī)的，但基本上都是采用帶太陽(yáng)輪的行星減速機(jī)，這種減速機(jī)在體 積小、功率大方面具有比目前常用的其他減速機(jī)有較大的優(yōu)勢(shì)，但根據(jù)理論分析和生產(chǎn)實(shí) 踐都證明這種減速機(jī)存在許多薄弱環(huán)節(jié)，也同樣存在上述各種難題，難以滿足深井鉆進(jìn)要 求的苛刻條件。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)及其工作方法，這種減速機(jī)在油井中與井下動(dòng)力設(shè)備配套使用，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，效率高，壽命長(zhǎng)，且結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，生產(chǎn)成本相對(duì)較低的特點(diǎn)。 本發(fā)明的技術(shù)方案一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)，其特征在于它由甚短齒行星減速器、壓 力平衡器、軸向力止推器和鉆頭連接座組成，所說的甚短齒行星減速器安裝于壓力平衡器 上方；所說的壓力平衡器安裝于軸向力止推器上方；所說的軸向力止推器安裝于鉆頭連接 座上方。 上述所說的甚短齒行星減速器由上接頭、帶偏心軸頸的輸入軸、帶齒圈外殼、雙連 行星齒輪及帶小齒輪的輸出軸組成；所說的上接頭下端與帶齒圈外殼上端連接；所說的雙 連行星齒輪用偏心軸承安裝在帶偏心軸頸的輸入軸的偏心軸頸上，雙連行星齒輪上方的 小齒輪與帶齒圈外殼上的齒圈相嚙合，下方的齒圈與帶小齒輪的輸出軸頂端的小齒輪相嚙 合，共同完成減速傳動(dòng)；所說的帶偏心軸頸的輸入軸下端用輸入軸下部軸承安裝在帶小齒 輪的輸出軸頂端的孔內(nèi)，上部用輸入軸上部軸承安裝在上接頭的孔內(nèi)，將帶偏心軸頸的輸 入軸保持在中心位置；所說的帶偏心軸頸的輸入軸上固定有一個(gè)用以平衡偏心軸頸上的離 心力的平衡塊；所說的帶小齒輪的輸出軸套于壓力平衡器內(nèi)。 上述所說的壓力平衡器由平衡器外殼、壓力平衡膠囊及膠囊座組成；所說的平衡 器外殼上端與帶齒圈外殼下端連接；所說的平衡器外殼壁上有與外部井液連通的通孔，壓 力平衡膠囊外表面通過通孔與高壓井液連通；所說的壓力平衡膠囊安裝在膠囊座上；所說 的壓力平衡膠囊和膠囊座均套于平衡器外殼內(nèi)；所說的平衡器外殼內(nèi)裝有輸出軸上部軸承 和輸出軸下部軸承；所說的輸出軸上部軸承和輸出軸下部軸承之間用軸承定位套隔開；所 說的軸承定位套套于帶小齒輪的輸出軸外。 上述所說的軸向力止推器由止推接頭、止推軸和止推器外套組成；所說的止推接 頭上端與平衡器外殼下端連接；止推軸上端用花鍵與帶小齒輪的輸出軸連接，下端與鉆頭 連接座連接；所說的止推軸依止推軸承連接止推接頭；所說的止推軸連接有使其保持在中 心位置的止推軸承和徑向軸承；所說的止推器外套套在止推軸外，其上端與止推接頭下端 連接。 上述所說的鉆頭連接座由鉆頭座和鉆頭座護(hù)套組成；所說的鉆頭座用花鍵與止推 軸連接，并用圓螺母II固定于止推軸下端；所說的鉆頭座底部有用來與鉆頭連接的內(nèi)螺 紋；所說的鉆頭座護(hù)套套于鉆頭座外，并用螺栓與止推器外套下端連接。 上述所說的帶偏心軸頸的輸入軸、帶小齒輪的輸出軸和止推軸的中心有通孔，構(gòu) 成用來通過高壓泥漿的泥漿通道；所說的帶偏心軸頸的輸入軸上部裝有機(jī)械密封，并由可 用以調(diào)整彈簧壓力的圓螺母I固定。 上述所說的上接頭下端與帶齒圈外殼上端依螺紋連接，并依定位鋼板I焊接；所 說的帶齒圈外殼下端與平衡器外殼上端依螺紋連接，并依定位鋼板II焊接；所說的止推接 頭上端與平衡器外殼下端依螺紋連接，并依定位鋼板III焊接；所說的止推接頭下端與止 推器外套上端依螺紋連接，并依定位鋼板IV焊接。 上述所說的上接頭下端與帶齒圈外殼上端的螺紋連接處用0形密封圈I密封；所 說的帶齒圈外殼下端與平衡器外殼上端的螺紋連接處用O形密封圈II密封；所說的止推接 頭上端與平衡器外殼下端的螺紋連接處用O形密封圈VIII密封，止推接頭下端與止推器外 套上端的螺紋連接處用0形密封圈V密封；所說的在帶偏心軸頸的輸入軸與帶小齒輪的輸出軸的連接處用0形密封圈III密封；所說的帶小齒輪的輸出軸與止推軸的連接處用0形 密封圈VII密封；所說的平衡器外殼與膠囊座之間用0形密封圈IV密封；所說的止推器外 套與止推軸之間用0形密封圈VI密封。 上述所說的偏心軸承上方的雙聯(lián)行星齒輪內(nèi)裝有調(diào)整偏心軸承的軸向間隙的調(diào) 節(jié)螺圈I ;所說的輸出軸下部軸承的下方裝有用于調(diào)節(jié)整套軸承系統(tǒng)的軸向間隙的調(diào)節(jié)螺 圈II。 上述所說的止推軸外套的下方裝有進(jìn)油閥，在上接頭的中部，亦即減速機(jī)內(nèi)腔的 頂端，裝有溢流閥。 上述所說的帶齒圈外殼上的固定齒圈與外殼為一整體。 上述所說的雙聯(lián)行星齒輪用高強(qiáng)度合金鋼制造，其抗拉強(qiáng)度Sb在1300MPa以上； 所說的帶齒圈外殼和輸入軸用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，其抗拉強(qiáng)度Sb在900MPa以上；帶小齒輪的 輸出軸和止推軸用高強(qiáng)度合金鋼制造，其抗拉強(qiáng)度Sb在1300MPa以上；鉆頭座用優(yōu)質(zhì)合金 鋼制造，其抗拉強(qiáng)度&在lOOOMPa以上；鉆頭座護(hù)套用球墨鑄鐵制造，以防止鉆進(jìn)時(shí)與鉆頭 座產(chǎn)生膠合。 —種深井鉆進(jìn)減速機(jī)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟 (1)用壓力油泵從進(jìn)油閥將潤(rùn)滑油注入機(jī)內(nèi)，待潤(rùn)滑油從溢流閥流出，說明內(nèi)腔已
充滿潤(rùn)滑油，空氣已排盡； (2)深井鉆進(jìn)減速機(jī)下到井底后，井內(nèi)壓力會(huì)壓在壓力平衡膠囊的外部，通過膠囊
將井液壓力傳遞到潤(rùn)滑油內(nèi)，根據(jù)壓力在液體內(nèi)均勻傳遞的原理和液體體積不可壓縮的原 理，與潤(rùn)滑油接觸的每一個(gè)表面均受到與井液相同的壓力，從而使所有密封裝置兩端壓力
相等，方向相反，互相抵消，不存在使液體泄漏的壓力差； (3)輸入軸由井下動(dòng)力的聯(lián)軸器帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于偏心軸頸的作用，使雙聯(lián)行星齒輪 上端的小齒輪在帶齒圈外殼的固定齒圈內(nèi)滾動(dòng)，形成既有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)的行星運(yùn)動(dòng)；
(4)該行星運(yùn)動(dòng)通過雙聯(lián)行星齒輪下端的內(nèi)齒圈傳遞至帶小齒輪輸出軸上端的小 齒輪，帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于兩對(duì)齒輪的中心距相同而嚙合方向相反，在將運(yùn)動(dòng)傳遞給帶小 齒輪輸出軸的同時(shí)，雙聯(lián)行星齒輪的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自動(dòng)被過濾掉，帶小齒輪輸出軸只將減速后 的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出，實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)，同時(shí)將扭矩按減速比放大，達(dá)到減速機(jī)的傳動(dòng)目的；帶偏 心軸頸的輸入軸采用反轉(zhuǎn)，減速后帶小齒輪的輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向與帶偏心軸頸的輸入軸相 反，即為正轉(zhuǎn)； (5)帶小齒輪輸出軸用輸出軸上部軸承和輸出軸下部軸承安裝在平衡器外殼上， 下端以花鍵軸與止推軸連接； (6)止推軸通過能承受巨大軸向推力的止推軸承將鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的軸向推力傳遞給 止推接頭，因此在帶小齒輪輸出軸上就不存在軸向推力； (7)輸入軸上的偏心軸頸、偏心軸承和雙聯(lián)行星齒輪一起，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生相當(dāng) 大的離心力，會(huì)使減速機(jī)產(chǎn)生震動(dòng)；此時(shí)，借助平衡塊的偏心質(zhì)量在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大小 相等、方向相反的離心力來加以平衡，使減速機(jī)能夠平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)； (8)高壓泥漿通過由輸入軸、帶小齒輪輸出軸和止推軸的中心通孔構(gòu)成的泥漿通 道到達(dá)鉆頭，冷卻鉆頭并沖走巖粉。 本發(fā)明的傳動(dòng)原理是當(dāng)輸入軸由聯(lián)軸器帶動(dòng)按渦輪鉆具或螺桿鉆具的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)
6時(shí)，由于偏心軸頸的作用，使雙聯(lián)行星齒輪上端的小齒輪在帶齒圈外殼的固定齒圈內(nèi)滾動(dòng)， 形成既有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)的行星運(yùn)動(dòng)，該行星運(yùn)動(dòng)通過雙聯(lián)行星齒輪下端的內(nèi)齒圈傳遞至帶 小齒輪輸出軸上端的小齒輪，帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于兩對(duì)齒輪的中心距相同而嚙合方向相 反，在將運(yùn)動(dòng)傳遞給輸出軸時(shí)，雙聯(lián)行星齒輪的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自動(dòng)被過濾掉，帶小齒輪輸出軸只 將減速后的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出，實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)，同時(shí)將扭矩按減速比放大，達(dá)到減速機(jī)的傳動(dòng)目 的，由于輸出軸的轉(zhuǎn)向與輸入軸相反，因此動(dòng)力輸入設(shè)備的轉(zhuǎn)向必須采用反轉(zhuǎn)。帶小齒輪輸 出軸以輸出軸上部軸承和輸出軸下部軸承安裝在平衡器外殼上，輸出軸上部軸承和輸出軸 下部軸承用軸承定位套保持在正確位置，用以支持輸出軸，使其在中心位置穩(wěn)定地轉(zhuǎn)動(dòng)；輸 出軸下端以花鍵軸與止推軸連接，將減速后的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過花鍵傳遞給止推軸，止推軸又 通過能承受巨大軸向推力的止推軸承將鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的軸向推力傳遞給止推接頭，因此在輸 出軸上就不存在軸向推力；止推軸通過花鍵軸的定心面、止推軸承和徑向軸承保持在中心 位置，使其穩(wěn)定地將減速后的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給鉆頭座。另外，由于輸入軸上的偏心軸頸、軸 承和雙聯(lián)行星齒輪一起，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生相當(dāng)大的離心力，會(huì)使減速機(jī)產(chǎn)生震動(dòng)，因此必 須借助平衡塊的偏心質(zhì)量在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大小相等、方向相反的離心力來加以平衡， 使減速機(jī)能夠平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于輸入軸、輸出軸和止推軸的中心都加工出通孔，軸連接處均用 0形密封圈密封，形成泥槳通道，因此當(dāng)高壓泥槳進(jìn)入泥槳通道時(shí)，完全與減速機(jī)內(nèi)部零件 隔絕，不會(huì)進(jìn)入減速機(jī)內(nèi)腔，只能通向鉆頭，起到冷卻鉆頭和沖走巖粉的作用。在使用減速 機(jī)前用壓力油泵從進(jìn)油閥將潤(rùn)滑油注入機(jī)內(nèi)，待潤(rùn)滑油從溢流閥流出，說明內(nèi)腔已充滿潤(rùn) 滑油，空氣已排盡，在將成套鉆井設(shè)備下到井底后，無論井內(nèi)壓力多大，該壓力就會(huì)壓在膠 囊的外部，通過膠囊將井液壓力傳遞到潤(rùn)滑油內(nèi)，根據(jù)壓力在液體內(nèi)均勻傳遞的原理和液 體體積不可壓縮的原理，與潤(rùn)滑油接觸的每一個(gè)表面均受到與井液相同的壓力，在每一處
密封裝置的兩邊，壓力相等，方向相反，互相抵消，不存在使液體向內(nèi)或向外滲漏的壓力差， 因此，所有密封裝置均只作為隔斷兩端用，而不存在任何方向的破壞密封的壓力，密封裝置 就不會(huì)過早損壞。 本發(fā)明的優(yōu)越性在于此種減速機(jī)可以使用在井深大于5000米的深井中，并能在 環(huán)境溫度為10(TC-20(TC的高溫下和井內(nèi)壓力超過50兆帕(約相當(dāng)于500大氣壓)的高壓 下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，體積可比其他任何減速機(jī)小，而傳動(dòng)功率可比其他任何減速機(jī)大，超載能力及 耐熱、抗磨損性能均極強(qiáng)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，效率高，壽命長(zhǎng)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，生產(chǎn)成本相對(duì)較低。


圖1為本發(fā)明所涉一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明所涉一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)上半部放大圖。
圖3為本發(fā)明所涉一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)下半部放大圖。 其中，Ol為輸入軸，02為圓螺母1，03為溢流閥，04為0形密封圈1，05為平衡塊， 06為帶齒圈外殼，07為雙聯(lián)行星齒輪，08為帶小齒輪輸出軸，09為輸出軸上部軸承，10為0 形密封圈II， 10a為0形密封圈VIII， 11為平衡器外殼，12為壓力平衡膠囊，13為膠囊座， 14為調(diào)節(jié)螺圈II， 15為上接頭，16為機(jī)械密封，17為定位鋼板I， 18為輸入軸上部軸承，19 為調(diào)節(jié)螺圈1，20為偏心軸承，21為輸入軸下部軸承，22為0形密封圈III， 23為定位鋼板 II， 24為O形密封圈IV， 25為與外部井液連通的通孔，26為軸承定位套，27為輸出軸下部軸承，28為定位鋼板III， 29為止推接頭，30為O形密封圈V，31為止推軸外套，32為徑向 軸承，33為O形密封圈VI， 34為鉆頭座護(hù)套，35為圓螺母II， 36為止推軸承，37為定位鋼 板IV， 38為止推軸，39為O形密封圈VII ，40為泥漿通道，41為進(jìn)油閥，42為螺栓，43為鉆頭座。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)(見圖1-3)，其特征在于它由甚短齒行星減速器、壓 力平衡器、軸向力止推器和鉆頭連接座組成，所說的甚短齒行星減速器安裝于壓力平衡器 上方；所說的壓力平衡器安裝于軸向力止推器上方；所說的軸向力止推器安裝于鉆頭連接 座上方。 上述所說的甚短齒行星減速器由上接頭15、帶偏心軸頸的輸入軸01、帶齒圈外殼 06、雙連行星齒輪07及帶小齒輪的輸出軸08組成；所說的上接頭15下端與帶齒圈外殼06 上端連接；所說的雙連行星齒輪07用偏心軸承20安裝在帶偏心軸頸的輸入軸01的偏心軸 頸上，雙連行星齒輪07上方的小齒輪與帶齒圈外殼06上的齒圈相嚙合，下方的齒圈與帶小 齒輪的輸出軸08頂端的小齒輪相嚙合，共同完成減速傳動(dòng)；所說的帶偏心軸頸的輸入軸01 下端用輸入軸下部軸承21安裝在帶小齒輪的輸出軸08頂端的孔內(nèi)，上部用輸入軸上部軸 承18安裝在上接頭15的孔內(nèi)，將帶偏心軸頸的輸入軸01保持在中心位置；所說的帶偏心 軸頸的輸入軸Ol上固定有一個(gè)用以平衡偏心軸頸上的離心力的平衡塊05 ;所說的帶小齒 輪的輸出軸08套于壓力平衡器內(nèi)； 所說的壓力平衡器由平衡器外殼11、壓力平衡膠囊12及膠囊座13組成；所說的 平衡器外殼11上端與帶齒圈外殼06下端連接；所說的平衡器外殼11壁上有與外部井液連
通的通孔25，壓力平衡膠囊12外表面通過通孔25與高壓井液連通；所說的壓力平衡膠囊
12安裝在膠囊座13上；所說的壓力平衡膠囊12和膠囊座13均套于平衡器外殼11內(nèi)；所
說的平衡器外殼11內(nèi)裝有輸出軸上部軸承09和輸出軸下部軸承27 ;所說的輸出軸上部軸 承09和輸出軸下部軸承27之間用軸承定位套26隔開；所說的軸承定位套26套于帶小齒 輪的輸出軸08外； 所說的軸向力止推器由止推接頭29、止推軸38和止推器外套31組成；所說的所 說的止推接頭29上端與平衡器外殼11下端連接；止推軸38上端用花鍵與帶小齒輪的輸出 軸08連接，下端與鉆頭連接座連接；所說的止推軸38依止推軸承36連接止推接頭29 ;所 說的止推軸38連接有使其保持在中心位置的止推軸承36和徑向軸承32 ;所說的止推器外 套31套在止推軸38夕卜，其上端與止推接頭29下端連接； 所說的鉆頭連接座由鉆頭座43和鉆頭座護(hù)套34組成；所說的鉆頭座43用花鍵與 止推軸38連接，并用圓螺母II 35固定于止推軸38下端；所說的鉆頭座43底部有用來與 鉆頭連接的內(nèi)螺紋；所說的鉆頭座護(hù)套34套于鉆頭座43夕卜，并用螺栓42與止推器外套31 下端連接。(見圖l-3) 上述所說的帶偏心軸頸的輸入軸01、帶小齒輪的輸出軸08和止推軸38的中心有 通孔，構(gòu)成用來通過高壓泥漿的泥漿通道40 ;所說的帶偏心軸頸的輸入軸01上部裝有機(jī)械 密封16，并由可用以調(diào)整彈簧壓力的圓螺母102固定。(見圖1-3) 上述所說的上接頭15下端與帶齒圈外殼06上端依螺紋連接，并依定位鋼板117焊接；所說的帶齒圈外殼06下端與平衡器外殼11上端依螺紋連接，并依定位鋼板I1 23焊 接；所說的止推接頭29上端與平衡器外殼11下端依螺紋連接，并依定位鋼板III28焊接； 所說的止推接頭29下端與止推器外套31上端依螺紋連接，并依定位鋼板IV37焊接。(見 圖1-3) 上述所說的上接頭15下端與帶齒圈外殼06上端的螺紋連接處用0形密封圈104 密封；所說的帶齒圈外殼06下端與平衡器外殼11上端的螺紋連接處用O形密封圈IIIO密 封；所說的止推接頭29上端與平衡器外殼11下端的螺紋連接處用O形密封圈VIIIlOa密 封，止推接頭29下端與止推器外套31上端的螺紋連接處用0形密封圈V30密封；所說的在 帶偏心軸頸的輸入軸01與帶小齒輪的輸出軸08的連接處用0形密封圈III22密封；所說 的帶小齒輪的輸出軸08與止推軸38的連接處用0形密封圈VII39密封；所說的平衡器外 殼11與膠囊座13之間用0形密封圈IV24密封；所說的止推器外套31與止推軸38之間用 0形密封圈VI33密封。(見圖l-3) 上述所說的偏心軸承上方的雙聯(lián)行星齒輪07內(nèi)裝有調(diào)整偏心軸承的軸向間隙的 調(diào)節(jié)螺圈I 19 ;所說的輸出軸下部軸承27的下方裝有用于調(diào)節(jié)整套軸承系統(tǒng)的軸向間隙 的調(diào)節(jié)螺圈II 14。(見圖1-3) 上述所說的止推軸外套31的下方裝有進(jìn)油閥41，在上接頭15的中部，亦即減速機(jī) 內(nèi)腔的頂端，裝有溢流閥03。(見圖1-3) 上述所說的帶齒圈外殼06上的固定齒圈與外殼為一整體。(見圖l-2) 上述所說的雙聯(lián)行星齒輪07用高強(qiáng)度合金鋼制造，其抗拉強(qiáng)度Sb在1300MPa以
上；所說的帶齒圈外殼06和輸入軸01用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，其抗拉強(qiáng)度Sb在900MPa以上；帶
小齒輪的輸出軸08和止推軸38用高強(qiáng)度合金鋼制造，其抗拉強(qiáng)度Sb在1300MPa以上；鉆頭
座43用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，其抗拉強(qiáng)度Sb在lOOOMPa以上；鉆頭座護(hù)套34用球墨鑄鐵制造，
以防止鉆進(jìn)時(shí)與鉆頭座43產(chǎn)生膠合，其他零件所用材料必須保證必要的強(qiáng)度要求，所有材
料均按照相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范進(jìn)行熱處理。 —種深井鉆進(jìn)減速機(jī)(見圖1-3)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟
(1)用壓力油泵從進(jìn)油閥41將潤(rùn)滑油注入機(jī)內(nèi)，待潤(rùn)滑油從溢流閥03流出，說明 內(nèi)腔已充滿潤(rùn)滑油，空氣已排盡； (2)深井鉆進(jìn)減速機(jī)下到井底后，井內(nèi)壓力會(huì)壓在壓力平衡膠囊12的外部，通過 膠囊12將井液壓力傳遞到潤(rùn)滑油內(nèi)，根據(jù)壓力在液體內(nèi)均勻傳遞的原理和液體體積不可 壓縮的原理，與潤(rùn)滑油接觸的每一個(gè)表面均受到與井液相同的壓力，從而使所有密封裝置 兩端壓力相等，方向相反，互相抵消，不存在使液體泄漏的壓力差； (3)輸入軸01由井下動(dòng)力的聯(lián)軸器帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于偏心軸頸的作用，使雙聯(lián)行星 齒輪07上端的小齒輪在帶齒圈外殼06的固定齒圈內(nèi)滾動(dòng)，形成既有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)的行星 運(yùn)動(dòng)； (4)該行星運(yùn)動(dòng)通過雙聯(lián)行星齒輪07下端的內(nèi)齒圈傳遞至帶小齒輪輸出軸08上 端的小齒輪，帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于兩對(duì)齒輪的中心距相同而嚙合方向相反，在將運(yùn)動(dòng)傳遞 給帶小齒輪輸出軸08的同時(shí)，雙聯(lián)行星齒輪07的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自動(dòng)被過濾掉，帶小齒輪輸出軸 08只將減速后的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出，實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)，同時(shí)將扭矩按減速比放大，達(dá)到減速機(jī)的傳 動(dòng)目的；帶偏心軸頸的輸入軸01采用反轉(zhuǎn)，減速后帶小齒輪的輸出軸08的旋轉(zhuǎn)方向與帶偏心軸頸的輸入軸01相反，即為正轉(zhuǎn)； (5)帶小齒輪輸出軸08用輸出軸上部軸承09和輸出軸下部軸承27安裝在平衡器 外殼11上，下端以花鍵軸與止推軸38連接； (6)止推軸38通過能承受巨大軸向推力的止推軸承36將鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的軸向推力
傳遞給止推接頭29，因此在帶小齒輪輸出軸08上就不存在軸向推力； (7)輸入軸01上的偏心軸頸、偏心軸承20和雙聯(lián)行星齒輪07 —起，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)中
產(chǎn)生相當(dāng)大的離心力，會(huì)使減速機(jī)產(chǎn)生震動(dòng)；此時(shí)，借助平衡塊05的偏心質(zhì)量在高速轉(zhuǎn)動(dòng)
時(shí)產(chǎn)生的大小相等、方向相反的離心力來加以平衡，使減速機(jī)能夠平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)； (8)高壓泥漿通過由輸入軸01、帶小齒輪輸出軸08和止推軸38的中心通孔構(gòu)成
的泥漿通道40到達(dá)鉆頭，冷卻鉆頭并沖走巖粉。 本減速機(jī)的其余部分均按機(jī)械設(shè)計(jì)的常規(guī)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)，其特征在于它由甚短齒行星減速器、壓力平衡器、軸向力止推器和鉆頭連接座組成，所說的甚短齒行星減速器安裝于壓力平衡器上方；所說的壓力平衡器安裝于軸向力止推器上方；所說的軸向力止推器安裝于鉆頭連接座上方。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)，其特征在于所說的甚短齒行星減速器 由上接頭、帶偏心軸頸的輸入軸、帶齒圈外殼、雙連行星齒輪及帶小齒輪的輸出軸組成；所 說的上接頭下端與帶齒圈外殼上端連接；所說的雙連行星齒輪用偏心軸承安裝在帶偏心軸 頸的輸入軸的偏心軸頸上，雙連行星齒輪上方的小齒輪與帶齒圈外殼上的齒圈相嚙合，下 方的齒圈與帶小齒輪的輸出軸頂端的小齒輪相嚙合，共同完成減速傳動(dòng)；所說的帶偏心軸 頸的輸入軸下端用輸入軸下部軸承安裝在帶小齒輪的輸出軸頂端的孔內(nèi)，上部用輸入軸上 部軸承安裝在上接頭的孔內(nèi)，將帶偏心軸頸的輸入軸保持在中心位置；所說的帶偏心軸頸 的輸入軸上固定有一個(gè)用以平衡偏心軸頸上的離心力的平衡塊；所說的帶小齒輪的輸出軸 套于壓力平衡器內(nèi)；所說的壓力平衡器由平衡器外殼、壓力平衡膠囊及膠囊座組成；所說的平衡器外殼上 端與帶齒圈外殼下端連接；所說的平衡器外殼壁上有與外部井液連通的通孔，壓力平衡膠 囊外表面通過通孔與高壓井液連通；所說的壓力平衡膠囊安裝在膠囊座上；所說的壓力平 衡膠囊和膠囊座均套于平衡器外殼內(nèi)；所說的平衡器外殼內(nèi)裝有輸出軸上部軸承和輸出軸 下部軸承；所說的輸出軸上部軸承和輸出軸下部軸承之間用軸承定位套隔開；所說的軸承 定位套套于帶小齒輪的輸出軸外；所說的軸向力止推器由止推接頭、止推軸和止推器外套組成；所說的所說的止推接頭 上端與平衡器外殼下端連接；止推軸上端用花鍵與帶小齒輪的輸出軸連接，下端與鉆頭連 接座連接；所說的止推軸依止推軸承連接止推接頭；所說的止推軸連接有使其保持在中心 位置的止推軸承和徑向軸承；所說的止推器外套套在止推軸外，其上端與止推接頭下端連 接；所說的鉆頭連接座由鉆頭座和鉆頭座護(hù)套組成；所說的鉆頭座用花鍵與止推軸連接， 并用圓螺母II固定于止推軸下端；所說的鉆頭座底部有用來與鉆頭連接的內(nèi)螺紋；所說的 鉆頭座護(hù)套套于鉆頭座外，并用螺栓與止推器外套下端連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所說的一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)，其特征在于所說的帶偏心軸頸的輸入 軸、帶小齒輪的輸出軸和止推軸的中心有通孔，構(gòu)成用來通過高壓泥漿的泥漿通道；所說的 帶偏心軸頸的輸入軸上部裝有機(jī)械密封，并由可用以調(diào)整彈簧壓力的圓螺母I固定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所說的一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)，其特征在于所說的上接頭下端與帶齒 圈外殼上端依螺紋連接，并依定位鋼板I焊接；所說的帶齒圈外殼下端與平衡器外殼上端 依螺紋連接，并依定位鋼板II焊接；所說的止推接頭上端與平衡器外殼下端依螺紋連接， 并依定位鋼板III焊接；所說的止推接頭下端與止推器外套上端依螺紋連接，并依定位鋼 板IV焊接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所說的一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)，其特征在于所說的上接頭下端與帶齒 圈外殼上端的螺紋連接處用0形密封圈I密封；所說的帶齒圈外殼下端與平衡器外殼上端 的螺紋連接處用0形密封圈II密封；所說的止推接頭上端與平衡器外殼下端的螺紋連接 處用0形密封圈VIII密封，止推接頭下端與止推器外套上端的螺紋連接處用0形密封圈V 密封；所說的在帶偏心軸頸的輸入軸與帶小齒輪的輸出軸的連接處用O形密封圈III密封；所說的帶小齒輪的輸出軸與止推軸的連接處用0形密封圈VII密封；所說的平衡器外殼與 膠囊座之間用0形密封圈IV密封；所說的止推器外套與止推軸之間用0形密封圈VI密封。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所說的一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)，其特征在于所說的偏心軸承上方的雙 聯(lián)行星齒輪內(nèi)裝有調(diào)整偏心軸承的軸向間隙的調(diào)節(jié)螺圈I ;所說的輸出軸下部軸承的下方 裝有用于調(diào)節(jié)整套軸承系統(tǒng)的軸向間隙的調(diào)節(jié)螺圈11 。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所說的一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)，其特征在于所說的止推軸外套的下方 裝有進(jìn)油閥，在上接頭的中部，亦即減速機(jī)內(nèi)腔的頂端，裝有溢流閥。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所說的一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)，其特征在于所說的帶齒圈外殼上的固 定齒圈與外殼為一整體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所說的一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)，其特征在于所說的雙聯(lián)行星齒輪用高 強(qiáng)度合金鋼制造，其抗拉強(qiáng)度Sb在1300MPa以上；所說的帶齒圈外殼和輸入軸用優(yōu)質(zhì)合金 鋼制造，其抗拉強(qiáng)度Sb在900MPa以上；帶小齒輪的輸出軸和止推軸用高強(qiáng)度合金鋼制造， 其抗拉強(qiáng)度Sb在1300MPa以上；鉆頭座用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，其抗拉強(qiáng)度Sb在lOOOMPa以上； 鉆頭座護(hù)套用球墨鑄鐵制造，以防止鉆進(jìn)時(shí)與鉆頭座產(chǎn)生膠合。
10. —種深井鉆進(jìn)減速機(jī)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟(1) 用壓力油泵從進(jìn)油閥將潤(rùn)滑油注入機(jī)內(nèi)，待潤(rùn)滑油從溢流閥流出，說明內(nèi)腔已充滿 潤(rùn)滑油，空氣已排盡；(2) 深井鉆進(jìn)減速機(jī)下到井底后，井內(nèi)壓力會(huì)壓在壓力平衡膠囊的外部，通過膠囊將井 液壓力傳遞到潤(rùn)滑油內(nèi)，根據(jù)壓力在液體內(nèi)均勻傳遞的原理和液體體積不可壓縮的原理， 與潤(rùn)滑油接觸的每一個(gè)表面均受到與井液相同的壓力，從而使所有密封裝置兩端壓力相 等，方向相反，互相抵消，不存在使液體泄漏的壓力差；(3) 輸入軸由井下動(dòng)力的聯(lián)軸器帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于偏心軸頸的作用，使雙聯(lián)行星齒輪上端 的小齒輪在帶齒圈外殼的固定齒圈內(nèi)滾動(dòng)，形成既有公轉(zhuǎn)又有自轉(zhuǎn)的行星運(yùn)動(dòng)；(4) 該行星運(yùn)動(dòng)通過雙聯(lián)行星齒輪下端的內(nèi)齒圈傳遞至帶小齒輪輸出軸上端的小齒 輪，帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由于兩對(duì)齒輪的中心距相同而嚙合方向相反，在將運(yùn)動(dòng)傳遞給帶小齒 輪輸出軸的同時(shí)，雙聯(lián)行星齒輪的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自動(dòng)被過濾掉，帶小齒輪輸出軸只將減速后的 自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出，實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)，同時(shí)將扭矩按減速比放大，達(dá)到減速機(jī)的傳動(dòng)目的；帶偏心 軸頸的輸入軸采用反轉(zhuǎn)，減速后帶小齒輪的輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向與帶偏心軸頸的輸入軸相 反，即為正轉(zhuǎn)；(5) 帶小齒輪輸出軸用輸出軸上部軸承和輸出軸下部軸承安裝在平衡器外殼上，下端 以花鍵軸與止推軸連接；(6) 止推軸通過能承受巨大軸向推力的止推軸承將鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的軸向推力傳遞給止推 接頭，因此在帶小齒輪輸出軸上就不存在軸向推力；(7) 輸入軸上的偏心軸頸、偏心軸承和雙聯(lián)行星齒輪一起，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)中產(chǎn)生相當(dāng)大 的離心力，會(huì)使減速機(jī)產(chǎn)生震動(dòng)；此時(shí)，借助平衡塊的偏心質(zhì)量在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大小相 等、方向相反的離心力來加以平衡，使減速機(jī)能夠平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)；(8) 高壓泥漿通過由輸入軸、帶小齒輪輸出軸和止推軸的中心通孔構(gòu)成的泥漿通道到 達(dá)鉆頭，冷卻鉆頭并沖走巖粉。
全文摘要
一種深井鉆進(jìn)減速機(jī)由甚短齒行星減速器、壓力平衡器、軸向力止推器和鉆頭連接座組成；工作方法深井鉆進(jìn)減速機(jī)下到井底后，所有密封裝置兩端壓力相等；由于偏心軸頸的作用，使雙聯(lián)行星齒輪上端的小齒輪在帶齒圈外殼的固定齒圈內(nèi)滾動(dòng)；帶小齒輪輸出軸只將減速后的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出，實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)，同時(shí)將扭矩按減速比放大；止推軸通過能承受巨大軸向推力的止推軸承將鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的軸向推力傳遞給止推接頭；借助平衡塊的偏心質(zhì)量使減速機(jī)能夠平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)；高壓泥漿通過泥漿通道到達(dá)鉆頭，冷卻鉆頭并沖走巖粉；由于使用了壓力平衡器，減速機(jī)內(nèi)外壓力相等，密封裝置不易損壞。優(yōu)越性可以使用在井深大于5000米的深井中，并能在100℃～200℃的高溫下和超過50兆帕的高壓下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，體積小，而傳動(dòng)功率大。
文檔編號(hào)F16H1/28GK101694149SQ20091007094
公開日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者楊天博 申請(qǐng)人:楊天博;