一种深井钻进减速机及其工作方法

专利名称：一种深井钻进减速机及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种减速机及其工作方法，特别指与油田井下钻进动力设备配套用的
减速机，即一种深井钻进减速机及其工作方法。
(二)
背景技术：
在石油生产领域中，钻井使用的设备早期都使用地面驱动机械，通过几千米的钻 杆，带动钻头钻出油井，由于全部钻杆在井中的摩擦损耗很大，不仅动力损失很大，钻进效 率也相当低。目前国内外油井钻进已广泛采用井下动力驱动，由于没有长达几千米的旋转 钻杆，而驱动用的动力又紧靠在钻头附近，因此动力损失轻微，钻进效率比地面驱动高许 多。当前广泛采用的动力钻具主要是涡轮钻具和螺杆钻具两种。其中有几种涡轮钻具采用 高速蜗轮加减速器减速后驱动钻头，也有几种涡轮钻具直接采用较低速度的涡轮直接驱动 钻头；涡轮钻具可以反复使用，寿命较长，然而价格昂贵，钻井成本高。螺杆钻具价格相对较 低，然而寿命很短，根据国内情况，一般使用100小时左右就报废，目前国内外所有螺杆钻 具由于其转速比涡轮钻具低，因此都不采用减速机，而是直接用螺杆钻具带动钻头。然而单 头螺杆钻具的转速对钻头来说，仍然偏高，钻头损坏严重， 一个昂贵的金刚石钻头往往只能 用三四十小时就报废，必须将全部井下设备提出地面更换钻头，从而使钻进效率大大降低。 多头螺杆钻具可以直接降低转速使用，但转速降低后，钻具功率大幅度下降，同样使钻进效 率大大降低。也有人考虑过用高速螺杆钻具加减速机后使用，由于高速螺杆钻具功率大，而 减速机原则上不会降低功率，只会使输出扭矩根据减速比成正比放大，这样，在同样直径的 条件下，功率和扭矩都可以增加不少。然而设计这种减速机难度非常大，因为井壁内径小， 井底压力大，井液温度高，而传动功率又相当大，因此设计和制造均异常困难，到目前为止， 尚未出现满意的解决方案。例如直径172mm的钻具，其功率往往需要达到80KW以上，如果 将转速用减速机(不是用其他方式)降到75rpm左右，其输出扭矩将达到10， 000Nm以上， 这对设计和制造减速机来说，都是一个极大的挑战。尤其是这样的减速机与其他减速机不 同，从减速机内部必须通过大量高压的泥浆，用以冷却钻头和冲走岩粉，而泥浆的含沙量非 常高，绝不能使其与减速机内部的传动零件接触，否则减速机将会很快磨损。然而，在几千 米深的井底，其井液压力达到数百大气压，任何密封装置都很难承受如此大的压力，密封损 坏严重，造成井液进入设备内部，使设备在短时间内报废。再一方面，钻进时钻具承受的轴 向推力非常大，往往达到二十吨以上，而一般减速机都很难承受如此巨大的轴向推力。涡轮 钻具虽然也有采用减速机的，但基本上都是采用带太阳轮的行星减速机，这种减速机在体 积小、功率大方面具有比目前常用的其他减速机有较大的优势，但根据理论分析和生产实 践都证明这种减速机存在许多薄弱环节，也同样存在上述各种难题，难以满足深井钻进要 求的苛刻条件。
(三)

发明内容
本发明的目的在于提供一种深井钻进减速机及其工作方法，这种减速机在油井中与井下动力设备配套使用，解决现有技术存在的不足，具有运转平稳，效率高，寿命长，且结 构简单紧凑，生产成本相对较低的特点。 本发明的技术方案一种深井钻进减速机，其特征在于它由甚短齿行星减速器、压 力平衡器、轴向力止推器和钻头连接座组成，所说的甚短齿行星减速器安装于压力平衡器 上方；所说的压力平衡器安装于轴向力止推器上方；所说的轴向力止推器安装于钻头连接 座上方。 上述所说的甚短齿行星减速器由上接头、带偏心轴颈的输入轴、带齿圈外壳、双连 行星齿轮及带小齿轮的输出轴组成；所说的上接头下端与带齿圈外壳上端连接；所说的双 连行星齿轮用偏心轴承安装在带偏心轴颈的输入轴的偏心轴颈上，双连行星齿轮上方的 小齿轮与带齿圈外壳上的齿圈相啮合，下方的齿圈与带小齿轮的输出轴顶端的小齿轮相啮 合，共同完成减速传动；所说的带偏心轴颈的输入轴下端用输入轴下部轴承安装在带小齿 轮的输出轴顶端的孔内，上部用输入轴上部轴承安装在上接头的孔内，将带偏心轴颈的输 入轴保持在中心位置；所说的带偏心轴颈的输入轴上固定有一个用以平衡偏心轴颈上的离 心力的平衡块；所说的带小齿轮的输出轴套于压力平衡器内。 上述所说的压力平衡器由平衡器外壳、压力平衡胶囊及胶囊座组成；所说的平衡 器外壳上端与带齿圈外壳下端连接；所说的平衡器外壳壁上有与外部井液连通的通孔，压 力平衡胶囊外表面通过通孔与高压井液连通；所说的压力平衡胶囊安装在胶囊座上；所说 的压力平衡胶囊和胶囊座均套于平衡器外壳内；所说的平衡器外壳内装有输出轴上部轴承 和输出轴下部轴承；所说的输出轴上部轴承和输出轴下部轴承之间用轴承定位套隔开；所 说的轴承定位套套于带小齿轮的输出轴外。 上述所说的轴向力止推器由止推接头、止推轴和止推器外套组成；所说的止推接 头上端与平衡器外壳下端连接；止推轴上端用花键与带小齿轮的输出轴连接，下端与钻头 连接座连接；所说的止推轴依止推轴承连接止推接头；所说的止推轴连接有使其保持在中 心位置的止推轴承和径向轴承；所说的止推器外套套在止推轴外，其上端与止推接头下端 连接。 上述所说的钻头连接座由钻头座和钻头座护套组成；所说的钻头座用花键与止推 轴连接，并用圆螺母II固定于止推轴下端；所说的钻头座底部有用来与钻头连接的内螺 纹；所说的钻头座护套套于钻头座外，并用螺栓与止推器外套下端连接。 上述所说的带偏心轴颈的输入轴、带小齿轮的输出轴和止推轴的中心有通孔，构 成用来通过高压泥浆的泥浆通道；所说的带偏心轴颈的输入轴上部装有机械密封，并由可 用以调整弹簧压力的圆螺母I固定。 上述所说的上接头下端与带齿圈外壳上端依螺纹连接，并依定位钢板I焊接；所 说的带齿圈外壳下端与平衡器外壳上端依螺纹连接，并依定位钢板II焊接；所说的止推接 头上端与平衡器外壳下端依螺纹连接，并依定位钢板III焊接；所说的止推接头下端与止 推器外套上端依螺纹连接，并依定位钢板IV焊接。 上述所说的上接头下端与带齿圈外壳上端的螺纹连接处用0形密封圈I密封；所 说的带齿圈外壳下端与平衡器外壳上端的螺纹连接处用O形密封圈II密封；所说的止推接 头上端与平衡器外壳下端的螺纹连接处用O形密封圈VIII密封，止推接头下端与止推器外 套上端的螺纹连接处用0形密封圈V密封；所说的在带偏心轴颈的输入轴与带小齿轮的输出轴的连接处用0形密封圈III密封；所说的带小齿轮的输出轴与止推轴的连接处用0形 密封圈VII密封；所说的平衡器外壳与胶囊座之间用0形密封圈IV密封；所说的止推器外 套与止推轴之间用0形密封圈VI密封。 上述所说的偏心轴承上方的双联行星齿轮内装有调整偏心轴承的轴向间隙的调 节螺圈I ;所说的输出轴下部轴承的下方装有用于调节整套轴承系统的轴向间隙的调节螺 圈II。 上述所说的止推轴外套的下方装有进油阀，在上接头的中部，亦即减速机内腔的 顶端，装有溢流阀。 上述所说的带齿圈外壳上的固定齿圈与外壳为一整体。 上述所说的双联行星齿轮用高强度合金钢制造，其抗拉强度Sb在1300MPa以上； 所说的带齿圈外壳和输入轴用优质合金钢制造，其抗拉强度Sb在900MPa以上；带小齿轮的 输出轴和止推轴用高强度合金钢制造，其抗拉强度Sb在1300MPa以上；钻头座用优质合金 钢制造，其抗拉强度&在lOOOMPa以上；钻头座护套用球墨铸铁制造，以防止钻进时与钻头 座产生胶合。 —种深井钻进减速机的工作方法，其特征在于它包括以下步骤 (1)用压力油泵从进油阀将润滑油注入机内，待润滑油从溢流阀流出，说明内腔已
充满润滑油，空气已排尽； (2)深井钻进减速机下到井底后，井内压力会压在压力平衡胶囊的外部，通过胶囊
将井液压力传递到润滑油内，根据压力在液体内均匀传递的原理和液体体积不可压縮的原 理，与润滑油接触的每一个表面均受到与井液相同的压力，从而使所有密封装置两端压力
相等，方向相反，互相抵消，不存在使液体泄漏的压力差； (3)输入轴由井下动力的联轴器带动转动，由于偏心轴颈的作用，使双联行星齿轮 上端的小齿轮在带齿圈外壳的固定齿圈内滚动，形成既有公转又有自转的行星运动；
(4)该行星运动通过双联行星齿轮下端的内齿圈传递至带小齿轮输出轴上端的小 齿轮，带动小齿轮转动，由于两对齿轮的中心距相同而啮合方向相反，在将运动传递给带小 齿轮输出轴的同时，双联行星齿轮的公转运动自动被过滤掉，带小齿轮输出轴只将减速后 的自转运动输出，实现减速传动，同时将扭矩按减速比放大，达到减速机的传动目的；带偏 心轴颈的输入轴采用反转，减速后带小齿轮的输出轴的旋转方向与带偏心轴颈的输入轴相 反，即为正转； (5)带小齿轮输出轴用输出轴上部轴承和输出轴下部轴承安装在平衡器外壳上， 下端以花键轴与止推轴连接； (6)止推轴通过能承受巨大轴向推力的止推轴承将钻进时产生的轴向推力传递给 止推接头，因此在带小齿轮输出轴上就不存在轴向推力； (7)输入轴上的偏心轴颈、偏心轴承和双联行星齿轮一起，在高速转动中产生相当 大的离心力，会使减速机产生震动；此时，借助平衡块的偏心质量在高速转动时产生的大小 相等、方向相反的离心力来加以平衡，使减速机能够平稳运转； (8)高压泥浆通过由输入轴、带小齿轮输出轴和止推轴的中心通孔构成的泥浆通 道到达钻头，冷却钻头并冲走岩粉。 本发明的传动原理是当输入轴由联轴器带动按涡轮钻具或螺杆钻具的转速转动
6时，由于偏心轴颈的作用，使双联行星齿轮上端的小齿轮在带齿圈外壳的固定齿圈内滚动， 形成既有公转又有自转的行星运动，该行星运动通过双联行星齿轮下端的内齿圈传递至带 小齿轮输出轴上端的小齿轮，带动小齿轮转动，由于两对齿轮的中心距相同而啮合方向相 反，在将运动传递给输出轴时，双联行星齿轮的公转运动自动被过滤掉，带小齿轮输出轴只 将减速后的自转运动输出，实现减速传动，同时将扭矩按减速比放大，达到减速机的传动目 的，由于输出轴的转向与输入轴相反，因此动力输入设备的转向必须采用反转。带小齿轮输 出轴以输出轴上部轴承和输出轴下部轴承安装在平衡器外壳上，输出轴上部轴承和输出轴 下部轴承用轴承定位套保持在正确位置，用以支持输出轴，使其在中心位置稳定地转动；输 出轴下端以花键轴与止推轴连接，将减速后的旋转运动通过花键传递给止推轴，止推轴又 通过能承受巨大轴向推力的止推轴承将钻进时产生的轴向推力传递给止推接头，因此在输 出轴上就不存在轴向推力；止推轴通过花键轴的定心面、止推轴承和径向轴承保持在中心 位置，使其稳定地将减速后的旋转运动传递给钻头座。另外，由于输入轴上的偏心轴颈、轴 承和双联行星齿轮一起，在高速转动中产生相当大的离心力，会使减速机产生震动，因此必 须借助平衡块的偏心质量在高速转动时产生的大小相等、方向相反的离心力来加以平衡， 使减速机能够平稳运转。由于输入轴、输出轴和止推轴的中心都加工出通孔，轴连接处均用 0形密封圈密封，形成泥桨通道，因此当高压泥桨进入泥桨通道时，完全与减速机内部零件 隔绝，不会进入减速机内腔，只能通向钻头，起到冷却钻头和冲走岩粉的作用。在使用减速 机前用压力油泵从进油阀将润滑油注入机内，待润滑油从溢流阀流出，说明内腔已充满润 滑油，空气已排尽，在将成套钻井设备下到井底后，无论井内压力多大，该压力就会压在胶 囊的外部，通过胶囊将井液压力传递到润滑油内，根据压力在液体内均匀传递的原理和液 体体积不可压縮的原理，与润滑油接触的每一个表面均受到与井液相同的压力，在每一处
密封装置的两边，压力相等，方向相反，互相抵消，不存在使液体向内或向外渗漏的压力差， 因此，所有密封装置均只作为隔断两端用，而不存在任何方向的破坏密封的压力，密封装置 就不会过早损坏。 本发明的优越性在于此种减速机可以使用在井深大于5000米的深井中，并能在 环境温度为10(TC-20(TC的高温下和井内压力超过50兆帕(约相当于500大气压)的高压 下稳定运转，体积可比其他任何减速机小，而传动功率可比其他任何减速机大，超载能力及 耐热、抗磨损性能均极强，运转平稳，效率高，寿命长，且结构简单紧凑，生产成本相对较低。


图1为本发明所涉一种深井钻进减速机的结构示意图。
图2为本发明所涉一种深井钻进减速机上半部放大图。
图3为本发明所涉一种深井钻进减速机下半部放大图。 其中，Ol为输入轴，02为圆螺母1，03为溢流阀，04为0形密封圈1，05为平衡块， 06为带齿圈外壳，07为双联行星齿轮，08为带小齿轮输出轴，09为输出轴上部轴承，10为0 形密封圈II， 10a为0形密封圈VIII， 11为平衡器外壳，12为压力平衡胶囊，13为胶囊座， 14为调节螺圈II， 15为上接头，16为机械密封，17为定位钢板I， 18为输入轴上部轴承，19 为调节螺圈1，20为偏心轴承，21为输入轴下部轴承，22为0形密封圈III， 23为定位钢板 II， 24为O形密封圈IV， 25为与外部井液连通的通孔，26为轴承定位套，27为输出轴下部轴承，28为定位钢板III， 29为止推接头，30为O形密封圈V，31为止推轴外套，32为径向 轴承，33为O形密封圈VI， 34为钻头座护套，35为圆螺母II， 36为止推轴承，37为定位钢 板IV， 38为止推轴，39为O形密封圈VII ，40为泥浆通道，41为进油阀，42为螺栓，43为钻头座。
具体实施例方式
实施例一种深井钻进减速机(见图1-3)，其特征在于它由甚短齿行星减速器、压 力平衡器、轴向力止推器和钻头连接座组成，所说的甚短齿行星减速器安装于压力平衡器 上方；所说的压力平衡器安装于轴向力止推器上方；所说的轴向力止推器安装于钻头连接 座上方。 上述所说的甚短齿行星减速器由上接头15、带偏心轴颈的输入轴01、带齿圈外壳 06、双连行星齿轮07及带小齿轮的输出轴08组成；所说的上接头15下端与带齿圈外壳06 上端连接；所说的双连行星齿轮07用偏心轴承20安装在带偏心轴颈的输入轴01的偏心轴 颈上，双连行星齿轮07上方的小齿轮与带齿圈外壳06上的齿圈相啮合，下方的齿圈与带小 齿轮的输出轴08顶端的小齿轮相啮合，共同完成减速传动；所说的带偏心轴颈的输入轴01 下端用输入轴下部轴承21安装在带小齿轮的输出轴08顶端的孔内，上部用输入轴上部轴 承18安装在上接头15的孔内，将带偏心轴颈的输入轴01保持在中心位置；所说的带偏心 轴颈的输入轴Ol上固定有一个用以平衡偏心轴颈上的离心力的平衡块05 ;所说的带小齿 轮的输出轴08套于压力平衡器内； 所说的压力平衡器由平衡器外壳11、压力平衡胶囊12及胶囊座13组成；所说的 平衡器外壳11上端与带齿圈外壳06下端连接；所说的平衡器外壳11壁上有与外部井液连
通的通孔25，压力平衡胶囊12外表面通过通孔25与高压井液连通；所说的压力平衡胶囊
12安装在胶囊座13上；所说的压力平衡胶囊12和胶囊座13均套于平衡器外壳11内；所
说的平衡器外壳11内装有输出轴上部轴承09和输出轴下部轴承27 ;所说的输出轴上部轴 承09和输出轴下部轴承27之间用轴承定位套26隔开；所说的轴承定位套26套于带小齿 轮的输出轴08外； 所说的轴向力止推器由止推接头29、止推轴38和止推器外套31组成；所说的所 说的止推接头29上端与平衡器外壳11下端连接；止推轴38上端用花键与带小齿轮的输出 轴08连接，下端与钻头连接座连接；所说的止推轴38依止推轴承36连接止推接头29 ;所 说的止推轴38连接有使其保持在中心位置的止推轴承36和径向轴承32 ;所说的止推器外 套31套在止推轴38夕卜，其上端与止推接头29下端连接； 所说的钻头连接座由钻头座43和钻头座护套34组成；所说的钻头座43用花键与 止推轴38连接，并用圆螺母II 35固定于止推轴38下端；所说的钻头座43底部有用来与 钻头连接的内螺纹；所说的钻头座护套34套于钻头座43夕卜，并用螺栓42与止推器外套31 下端连接。(见图l-3) 上述所说的带偏心轴颈的输入轴01、带小齿轮的输出轴08和止推轴38的中心有 通孔，构成用来通过高压泥浆的泥浆通道40 ;所说的带偏心轴颈的输入轴01上部装有机械 密封16，并由可用以调整弹簧压力的圆螺母102固定。(见图1-3) 上述所说的上接头15下端与带齿圈外壳06上端依螺纹连接，并依定位钢板117焊接；所说的带齿圈外壳06下端与平衡器外壳11上端依螺纹连接，并依定位钢板I1 23焊 接；所说的止推接头29上端与平衡器外壳11下端依螺纹连接，并依定位钢板III28焊接； 所说的止推接头29下端与止推器外套31上端依螺纹连接，并依定位钢板IV37焊接。(见 图1-3) 上述所说的上接头15下端与带齿圈外壳06上端的螺纹连接处用0形密封圈104 密封；所说的带齿圈外壳06下端与平衡器外壳11上端的螺纹连接处用O形密封圈IIIO密 封；所说的止推接头29上端与平衡器外壳11下端的螺纹连接处用O形密封圈VIIIlOa密 封，止推接头29下端与止推器外套31上端的螺纹连接处用0形密封圈V30密封；所说的在 带偏心轴颈的输入轴01与带小齿轮的输出轴08的连接处用0形密封圈III22密封；所说 的带小齿轮的输出轴08与止推轴38的连接处用0形密封圈VII39密封；所说的平衡器外 壳11与胶囊座13之间用0形密封圈IV24密封；所说的止推器外套31与止推轴38之间用 0形密封圈VI33密封。(见图l-3) 上述所说的偏心轴承上方的双联行星齿轮07内装有调整偏心轴承的轴向间隙的 调节螺圈I 19 ;所说的输出轴下部轴承27的下方装有用于调节整套轴承系统的轴向间隙 的调节螺圈II 14。(见图1-3) 上述所说的止推轴外套31的下方装有进油阀41，在上接头15的中部，亦即减速机 内腔的顶端，装有溢流阀03。(见图1-3) 上述所说的带齿圈外壳06上的固定齿圈与外壳为一整体。(见图l-2) 上述所说的双联行星齿轮07用高强度合金钢制造，其抗拉强度Sb在1300MPa以
上；所说的带齿圈外壳06和输入轴01用优质合金钢制造，其抗拉强度Sb在900MPa以上；带
小齿轮的输出轴08和止推轴38用高强度合金钢制造，其抗拉强度Sb在1300MPa以上；钻头
座43用优质合金钢制造，其抗拉强度Sb在lOOOMPa以上；钻头座护套34用球墨铸铁制造，
以防止钻进时与钻头座43产生胶合，其他零件所用材料必须保证必要的强度要求，所有材
料均按照相应的技术规范进行热处理。 —种深井钻进减速机(见图1-3)的工作方法，其特征在于它包括以下步骤
(1)用压力油泵从进油阀41将润滑油注入机内，待润滑油从溢流阀03流出，说明 内腔已充满润滑油，空气已排尽； (2)深井钻进减速机下到井底后，井内压力会压在压力平衡胶囊12的外部，通过 胶囊12将井液压力传递到润滑油内，根据压力在液体内均匀传递的原理和液体体积不可 压縮的原理，与润滑油接触的每一个表面均受到与井液相同的压力，从而使所有密封装置 两端压力相等，方向相反，互相抵消，不存在使液体泄漏的压力差； (3)输入轴01由井下动力的联轴器带动转动，由于偏心轴颈的作用，使双联行星 齿轮07上端的小齿轮在带齿圈外壳06的固定齿圈内滚动，形成既有公转又有自转的行星 运动； (4)该行星运动通过双联行星齿轮07下端的内齿圈传递至带小齿轮输出轴08上 端的小齿轮，带动小齿轮转动，由于两对齿轮的中心距相同而啮合方向相反，在将运动传递 给带小齿轮输出轴08的同时，双联行星齿轮07的公转运动自动被过滤掉，带小齿轮输出轴 08只将减速后的自转运动输出，实现减速传动，同时将扭矩按减速比放大，达到减速机的传 动目的；带偏心轴颈的输入轴01采用反转，减速后带小齿轮的输出轴08的旋转方向与带偏心轴颈的输入轴01相反，即为正转； (5)带小齿轮输出轴08用输出轴上部轴承09和输出轴下部轴承27安装在平衡器 外壳11上，下端以花键轴与止推轴38连接； (6)止推轴38通过能承受巨大轴向推力的止推轴承36将钻进时产生的轴向推力
传递给止推接头29，因此在带小齿轮输出轴08上就不存在轴向推力； (7)输入轴01上的偏心轴颈、偏心轴承20和双联行星齿轮07 —起，在高速转动中
产生相当大的离心力，会使减速机产生震动；此时，借助平衡块05的偏心质量在高速转动
时产生的大小相等、方向相反的离心力来加以平衡，使减速机能够平稳运转； (8)高压泥浆通过由输入轴01、带小齿轮输出轴08和止推轴38的中心通孔构成
的泥浆通道40到达钻头，冷却钻头并冲走岩粉。 本减速机的其余部分均按机械设计的常规要求进行设计。
权利要求
一种深井钻进减速机，其特征在于它由甚短齿行星减速器、压力平衡器、轴向力止推器和钻头连接座组成，所说的甚短齿行星减速器安装于压力平衡器上方；所说的压力平衡器安装于轴向力止推器上方；所说的轴向力止推器安装于钻头连接座上方。
2. 根据权利要求1所说的一种深井钻进减速机，其特征在于所说的甚短齿行星减速器 由上接头、带偏心轴颈的输入轴、带齿圈外壳、双连行星齿轮及带小齿轮的输出轴组成；所 说的上接头下端与带齿圈外壳上端连接；所说的双连行星齿轮用偏心轴承安装在带偏心轴 颈的输入轴的偏心轴颈上，双连行星齿轮上方的小齿轮与带齿圈外壳上的齿圈相啮合，下 方的齿圈与带小齿轮的输出轴顶端的小齿轮相啮合，共同完成减速传动；所说的带偏心轴 颈的输入轴下端用输入轴下部轴承安装在带小齿轮的输出轴顶端的孔内，上部用输入轴上 部轴承安装在上接头的孔内，将带偏心轴颈的输入轴保持在中心位置；所说的带偏心轴颈 的输入轴上固定有一个用以平衡偏心轴颈上的离心力的平衡块；所说的带小齿轮的输出轴 套于压力平衡器内；所说的压力平衡器由平衡器外壳、压力平衡胶囊及胶囊座组成；所说的平衡器外壳上 端与带齿圈外壳下端连接；所说的平衡器外壳壁上有与外部井液连通的通孔，压力平衡胶 囊外表面通过通孔与高压井液连通；所说的压力平衡胶囊安装在胶囊座上；所说的压力平 衡胶囊和胶囊座均套于平衡器外壳内；所说的平衡器外壳内装有输出轴上部轴承和输出轴 下部轴承；所说的输出轴上部轴承和输出轴下部轴承之间用轴承定位套隔开；所说的轴承 定位套套于带小齿轮的输出轴外；所说的轴向力止推器由止推接头、止推轴和止推器外套组成；所说的所说的止推接头 上端与平衡器外壳下端连接；止推轴上端用花键与带小齿轮的输出轴连接，下端与钻头连 接座连接；所说的止推轴依止推轴承连接止推接头；所说的止推轴连接有使其保持在中心 位置的止推轴承和径向轴承；所说的止推器外套套在止推轴外，其上端与止推接头下端连 接；所说的钻头连接座由钻头座和钻头座护套组成；所说的钻头座用花键与止推轴连接， 并用圆螺母II固定于止推轴下端；所说的钻头座底部有用来与钻头连接的内螺纹；所说的 钻头座护套套于钻头座外，并用螺栓与止推器外套下端连接。
3. 根据权利要求2所说的一种深井钻进减速机，其特征在于所说的带偏心轴颈的输入 轴、带小齿轮的输出轴和止推轴的中心有通孔，构成用来通过高压泥浆的泥浆通道；所说的 带偏心轴颈的输入轴上部装有机械密封，并由可用以调整弹簧压力的圆螺母I固定。
4. 根据权利要求2所说的一种深井钻进减速机，其特征在于所说的上接头下端与带齿 圈外壳上端依螺纹连接，并依定位钢板I焊接；所说的带齿圈外壳下端与平衡器外壳上端 依螺纹连接，并依定位钢板II焊接；所说的止推接头上端与平衡器外壳下端依螺纹连接， 并依定位钢板III焊接；所说的止推接头下端与止推器外套上端依螺纹连接，并依定位钢 板IV焊接。
5. 根据权利要求2所说的一种深井钻进减速机，其特征在于所说的上接头下端与带齿 圈外壳上端的螺纹连接处用0形密封圈I密封；所说的带齿圈外壳下端与平衡器外壳上端 的螺纹连接处用0形密封圈II密封；所说的止推接头上端与平衡器外壳下端的螺纹连接 处用0形密封圈VIII密封，止推接头下端与止推器外套上端的螺纹连接处用0形密封圈V 密封；所说的在带偏心轴颈的输入轴与带小齿轮的输出轴的连接处用O形密封圈III密封；所说的带小齿轮的输出轴与止推轴的连接处用0形密封圈VII密封；所说的平衡器外壳与 胶囊座之间用0形密封圈IV密封；所说的止推器外套与止推轴之间用0形密封圈VI密封。
6. 根据权利要求2所说的一种深井钻进减速机，其特征在于所说的偏心轴承上方的双 联行星齿轮内装有调整偏心轴承的轴向间隙的调节螺圈I ;所说的输出轴下部轴承的下方 装有用于调节整套轴承系统的轴向间隙的调节螺圈11 。
7. 根据权利要求2所说的一种深井钻进减速机，其特征在于所说的止推轴外套的下方 装有进油阀，在上接头的中部，亦即减速机内腔的顶端，装有溢流阀。
8. 根据权利要求2所说的一种深井钻进减速机，其特征在于所说的带齿圈外壳上的固 定齿圈与外壳为一整体。
9. 根据权利要求2所说的一种深井钻进减速机，其特征在于所说的双联行星齿轮用高 强度合金钢制造，其抗拉强度Sb在1300MPa以上；所说的带齿圈外壳和输入轴用优质合金 钢制造，其抗拉强度Sb在900MPa以上；带小齿轮的输出轴和止推轴用高强度合金钢制造， 其抗拉强度Sb在1300MPa以上；钻头座用优质合金钢制造，其抗拉强度Sb在lOOOMPa以上； 钻头座护套用球墨铸铁制造，以防止钻进时与钻头座产生胶合。
10. —种深井钻进减速机的工作方法，其特征在于它包括以下步骤(1) 用压力油泵从进油阀将润滑油注入机内，待润滑油从溢流阀流出，说明内腔已充满 润滑油，空气已排尽；(2) 深井钻进减速机下到井底后，井内压力会压在压力平衡胶囊的外部，通过胶囊将井 液压力传递到润滑油内，根据压力在液体内均匀传递的原理和液体体积不可压縮的原理， 与润滑油接触的每一个表面均受到与井液相同的压力，从而使所有密封装置两端压力相 等，方向相反，互相抵消，不存在使液体泄漏的压力差；(3) 输入轴由井下动力的联轴器带动转动，由于偏心轴颈的作用，使双联行星齿轮上端 的小齿轮在带齿圈外壳的固定齿圈内滚动，形成既有公转又有自转的行星运动；(4) 该行星运动通过双联行星齿轮下端的内齿圈传递至带小齿轮输出轴上端的小齿 轮，带动小齿轮转动，由于两对齿轮的中心距相同而啮合方向相反，在将运动传递给带小齿 轮输出轴的同时，双联行星齿轮的公转运动自动被过滤掉，带小齿轮输出轴只将减速后的 自转运动输出，实现减速传动，同时将扭矩按减速比放大，达到减速机的传动目的；带偏心 轴颈的输入轴采用反转，减速后带小齿轮的输出轴的旋转方向与带偏心轴颈的输入轴相 反，即为正转；(5) 带小齿轮输出轴用输出轴上部轴承和输出轴下部轴承安装在平衡器外壳上，下端 以花键轴与止推轴连接；(6) 止推轴通过能承受巨大轴向推力的止推轴承将钻进时产生的轴向推力传递给止推 接头，因此在带小齿轮输出轴上就不存在轴向推力；(7) 输入轴上的偏心轴颈、偏心轴承和双联行星齿轮一起，在高速转动中产生相当大 的离心力，会使减速机产生震动；此时，借助平衡块的偏心质量在高速转动时产生的大小相 等、方向相反的离心力来加以平衡，使减速机能够平稳运转；(8) 高压泥浆通过由输入轴、带小齿轮输出轴和止推轴的中心通孔构成的泥浆通道到 达钻头，冷却钻头并冲走岩粉。
全文摘要
一种深井钻进减速机由甚短齿行星减速器、压力平衡器、轴向力止推器和钻头连接座组成；工作方法深井钻进减速机下到井底后，所有密封装置两端压力相等；由于偏心轴颈的作用，使双联行星齿轮上端的小齿轮在带齿圈外壳的固定齿圈内滚动；带小齿轮输出轴只将减速后的自转运动输出，实现减速传动，同时将扭矩按减速比放大；止推轴通过能承受巨大轴向推力的止推轴承将钻进时产生的轴向推力传递给止推接头；借助平衡块的偏心质量使减速机能够平稳运转；高压泥浆通过泥浆通道到达钻头，冷却钻头并冲走岩粉；由于使用了压力平衡器，减速机内外压力相等，密封装置不易损坏。优越性可以使用在井深大于5000米的深井中，并能在100℃～200℃的高温下和超过50兆帕的高压下稳定运转，体积小，而传动功率大。
文档编号F16H1/28GK101694149SQ20091007094
公开日2010年4月14日 申请日期2009年10月23日 优先权日2009年10月23日
发明者杨天博 申请人:杨天博;