旋转导向及垂钻工具用PDC轴承的制作方法

本发明涉及电石炉技术领域，是一种旋转导向及垂钻工具用pdc轴承。

背景技术：

石油钻采工具在钻采施工过程中经常会出现失效现象，对石油钻采工具进行失效分析，发现其中有很大一部分是因轴承的失效引起的。由于工作处于高温、高压、振动及冲击等复杂条件下，使pdc轴承出现过度磨损以及pdc复合片破碎等问题；除此，井下的高温高压环境，也会对pdc轴承性能产生影响；高温会导致轴承变形和材料的膨胀，使轴承的游隙发生变化，进一步对轴承的使用寿命造成影响；而高压工况下，由于预载荷大，轴承磨损严重，轴承的使用寿命也会大大降低。

技术实现要素：

本发明提供了一种旋转导向及垂钻工具用pdc轴承，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决石油钻采中，振动、冲击以及高温高压导致轴承失效率高、寿命短的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种旋转导向及垂钻工具用pdc轴承，包括内套、外套、滚动套、径向缓冲套、轴向缓冲套、调整环、外齿组和内齿组，内套右部外侧设有与其同轴的外套，外套右部外侧设有能够与钻井工具不旋转外壳连接在一起的连接螺纹，外套内侧与内套外侧之间由外至内依次设有径向缓冲套和滚动套，滚动套左端位于外套左方，滚动套内侧左右间隔分布有至少两个外齿组，每个外齿组均包括至少三个沿圆周间隔分布且呈圆柱形的外pdc齿，内套外侧设有与外齿组相对应的内齿组，每个内齿组均包括至少三个沿圆周间隔分布且呈圆柱形的内pdc齿，相邻两个内齿组的内pdc齿呈交错设置，每个内齿组的内pdc齿外端面均与对应位置的外齿组的外pdc齿内端面相接触，滚动套右部外侧与径向缓冲套内侧硫化固定连接在一起，径向缓冲套外侧与外套内侧硫化固定连接在一起，外套左端外侧套装有轴向缓冲套，轴向缓冲套左部内侧与滚动套左部外侧固定安装在一起，对应径向缓冲套左侧位置的滚动套左部外侧固定有左外环卡台，对应左外环卡台左侧位置的内套外侧与轴向缓冲套内侧之间安装有调整环。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述轴向缓冲套可包括内弧面环套和支撑环，外套左部外侧固定有第一外环台，对应第一外环台左侧位置的外套左端外侧固定有弧面环台，弧面环台为外环面呈左窄右宽圆弧形的环台，弧面环台外侧密封套装有右端面与第一外环台左端面之间设有间隔的内弧面环套，内弧面环套为内部设有与弧面环台的外弧面相配合的弧形内孔，内弧面环套内部右端面与弧面环台左端面之间设有能使二者有沿着轴向相对移动的缓冲间距，内弧面环套左端面固定有支撑环，支撑环内侧与滚动套左部外侧通过与连接螺纹旋向相同的螺纹连接安装在一起。

上述还可包括耐磨组件，支撑环左侧设有耐磨组件，耐磨组件包括左耐磨圈、左耐磨贴片、右耐磨圈、右耐磨贴片和第一沉头螺栓，支撑环左端面上固定安装有套装在滚动套左端外侧的右耐磨圈，右耐磨圈右端面沿圆周均布有至少三个第一螺纹盲孔，对应每个第一螺纹盲孔位置的支撑环左端均设有左右贯通的第一连接孔，每个第一连接孔均为呈左窄右宽的阶梯形的沉头孔，每个第一连接孔内均设有第一沉头螺栓，每个第一沉头螺栓的右端栓头均置于对应位置的第一连接孔的宽径段内，每个第一沉头螺栓的左端均穿过第一连接孔窄径段通过螺纹固定安装在对应位置的第一螺纹盲孔内，右耐磨圈左端面上沿圆周间隔均布有至少三个右耐磨贴片，对应右耐磨圈左方位置的内套左部外侧固定安装有左耐磨圈，左耐磨圈右端面固定安装有与右耐磨贴片相对应的左耐磨贴片。

上述还可包括第二外环台、第三外环台、注油堵塞和第二沉头螺栓，内套左端外侧固定有第二外环台，对应第二外环台右侧位置的内套左部外侧固定有第三外环台，第三外环台外侧与左耐磨圈左部内侧过盈配合，左耐磨圈左端面沿圆周均布有至少三个第二螺纹盲孔，对应每个第二螺纹盲孔位置的第二外环台右端均设有左右贯通的第二连接孔，每个第二连接孔均为呈左宽右窄的阶梯形的沉头孔，每个第二连接孔内均设有第二沉头螺栓12，每个第二沉头螺栓12的左端栓头均置于对应位置的第二连接孔的宽径段内，每个第二沉头螺栓12的右端均穿过第二连接孔窄径段通过螺纹固定安装在对应位置的第二螺纹盲孔内，对应相邻两个第二连接孔之间位置的第二外环台中部外侧沿圆周均布有至少一个内外贯通的注油孔，每个注油孔内均固定安装有注油堵塞，对应注油孔右方位置的第二外环台外侧、左耐磨圈外侧以及右耐磨圈外侧均设有拆卸环槽。

上述还可包括左环突、右环突和外环突，径向缓冲套左端外侧固定有左环突，对应左环突位置的外套左端内侧设有左安装卡槽，左环突硫化固定在左安装卡槽内；径向缓冲套右端外侧固定有右环突，对应右环突位置的外套右端内侧设有右安装卡槽，右环突硫化固定在右安装卡槽内；对应左环突与右环突之间位置的径向缓冲套外侧左右间隔设有至少一道外环突，对应每道外环突位置的外套内侧均设有限位环槽，每道外环突均硫化固定在对应位置的限位环槽内。

上述还可包括右外环卡台和连接键，滚动套右端外侧固定有右外环卡台，右外环卡台外侧与对应位置的外套右端内侧之间设有间隔，右外环卡台左端与径向缓冲套右端硫化固定连接在一起，支撑环右端内侧设有调整环槽，调整环位于调整环槽内，调整环的右端面与左外环卡台左端面相接触，调整环的左端面与支撑环的内部右端面相接触，对应左外环卡台和右外环卡台之间位置的滚动套右部上侧设有开口向上的第一键槽，对应第一键槽位置的径向缓冲套设有上下贯通的安装孔，安装孔内固定安装有连接键，连接键的底面抵在第一键槽的底部，连接键的顶面抵在外套对应位置的内壁。

上述还可包括密封组件，密封组件包括第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈和第四密封圈，内套中部设有安装孔，安装孔包括由左至右依次连通在一起的左锥孔段、左直孔段、呈左大右小的喇叭口段、右直孔段和右锥孔段，对应左直孔段中部位置的内套内侧设有第一密封环槽，第一密封环槽内设有第一密封圈，对应右直孔段左部位置的内套内侧沿圆周均布有至少一个开口向内的第二键槽，右直孔段右部设有第二密封环槽，第二密封环槽内设有第二密封圈，弧面环台的外环面上设有第三密封环槽，第三密封环槽内设有第三密封圈，外套右端外侧设有第四密封环槽，第四密封环槽内设有第四密封圈。

上述还可包括定位组件，定位组件包括定位键和卡圈，对应相邻两个第二连接孔之间位置的支撑环左端面上沿圆周均布有至少一个开口向左且呈长圆形的右定位键槽，对应每个右定位键槽位置的右耐磨圈右端面上均设有与右定位键槽结构相同的左定位键槽，每个左定位键槽内均安装有右部位于右定位键槽内的定位键，右直孔段右端设有固定环槽，固定环槽内设有卡圈。

本发明结构合理而紧凑，使用方便，通过设置连接螺纹，能够将钻井工具不旋转外壳的冲击和振动全部转移到径向缓冲套和轴向缓冲套上，通过设置轴向缓冲套和径向缓冲套，能够减缓来自外套的径向冲击和振动，避免左耐磨片和右耐磨片断裂损坏，也能避免内pdc齿和外pdc齿断裂损坏，通过设置内pdc齿和外pdc齿，能够增加内套和滚动套之间相对转动时的损耗，降低失效率，延长本发明的使用寿命。

附图说明

附图1为本发明最佳实施例的主视剖视结构示意图。

附图2为附图1中a-a处的局部剖视放大结构示意图。

附图中的编码分别为：1为内套，2为外套，3为滚动套，4为径向缓冲套，5为外pdc齿，6为内pdc齿，7为第一外环台，8为弧面环台，9为内弧面环套，10为支撑环，11为第一沉头螺栓，12为第二沉头螺栓，13为左耐磨圈，14为右耐磨圈，15为左耐磨贴片，16为右耐磨贴片，17为第二环台，18为第三外环台，19为注油堵塞，20为左环突，21为右环突，22为外环突，23为左外环卡台，24为右外环卡台，25为调整环，26为连接键，27为第一密封圈，28为第二密封圈，29为第三密封圈，30为第四密封圈，31为定位键，32为卡圈，33为拆卸环槽，34为连接螺纹。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

如附图1、2所示，该旋转导向及垂钻工具用pdc轴承包括内套1、外套2、滚动套3、径向缓冲套4、轴向缓冲套、调整环25、外齿组和内齿组，内套1右部外侧设有与其同轴的外套2，外套2右部外侧设有能够与钻井工具不旋转外壳连接在一起的连接螺纹34，外套2内侧与内套1外侧之间由外至内依次设有径向缓冲套4和滚动套3，滚动套3左端位于外套2左方，滚动套3内侧左右间隔分布有至少两个外齿组，每个外齿组均包括至少三个沿圆周间隔分布且呈圆柱形的外pdc齿5，内套1外侧设有与外齿组相对应的内齿组，每个内齿组均包括至少三个沿圆周间隔分布且呈圆柱形的内pdc齿6，相邻两个内齿组的内pdc齿6呈交错设置，每个内齿组的内pdc齿6外端面均与对应位置的外齿组的外pdc齿5内端面相接触，滚动套3右部外侧与径向缓冲套4内侧硫化固定连接在一起，径向缓冲套4外侧与外套2内侧硫化固定连接在一起，外套2左端外侧套装有轴向缓冲套，轴向缓冲套左部内侧与滚动套3左部外侧固定安装在一起，对应径向缓冲套4左侧位置的滚动套3左部外侧固定有左外环卡台23，对应左外环卡台23左侧位置的内套1外侧与轴向缓冲套内侧之间安装有调整环25。

根据需求，外齿组和内齿组的数量均为2个，每个外齿组的外pdc齿5的数量和每个内齿组的内pdc齿6数量均为21个，位于左方的内pdc齿6和位于右方的内pdc齿6交错设置，径向缓冲套4为现有公知技术，如硫化硅橡胶。在使用过程中，通过设置连接螺纹34，能够将钻井工具不旋转外壳的冲击和振动全部转移到径向缓冲套4和轴向缓冲套上，通过设置轴向缓冲套和径向缓冲套4，能够减缓来自外套2的径向冲击和振动，能避免内pdc齿6和外pdc齿5断裂损坏，通过设置内pdc齿6和外pdc齿5，能够增加内套1和滚动套3之间相对转动时的损耗，通过相邻两个内齿组的内pdc齿6呈上下交错设置，能够增加内pdc齿6和外pdc齿5之间的接触面积，降低失效率，延长本发明的使用寿命，通过设置左外环卡台23和调整环25，能够调整轴向缓冲套与外套2之间的间隙。

可根据实际需要，对上述旋转导向及垂钻工具用pdc轴承作进一步优化或/和改进：

如附图1、2所示，轴向缓冲套包括内弧面环套9和支撑环10，外套2左部外侧固定有第一外环台7，对应第一外环台7左侧位置的外套2左端外侧固定有弧面环台8，弧面环台8为外环面呈左窄右宽圆弧形的环台，弧面环台8外侧密封套装有右端面与第一外环台7左端面之间设有间隔的内弧面环套9，内弧面环套9为内部设有与弧面环台8的外弧面相配合的弧形内孔，内弧面环套9内部右端面与弧形环台左端面之间设有能使二者有沿着轴向相对移动的缓冲间距，内弧面环套9左端面固定有支撑环10，支撑环10内侧与滚动套3左部外侧通过与连接螺纹34旋向相同的螺纹连接安装在一起。

在使用过程中，通过这样的设置，在受到轴向冲击和振动时，通过缓冲间距，减缓从外套2向支撑环10传递过来的冲击和振动；由于冲击并不完全沿轴向作用，因此在受到斜向力时，通过弧面环台8与内弧面环套9之间的弧面配合，使外套2与支撑环10转动调整，防憋死，保证轴向缓冲套能够可靠稳定，通过支撑环10内侧与滚动套3左部外侧通过与连接螺纹34旋向相同的螺纹连接安装在一起，能够根据实际情况进行调整安装位置。

如附图1、2所示，还包括耐磨组件，支撑环10左侧设有耐磨组件，耐磨组件包括左耐磨圈13、左耐磨贴片15、右耐磨圈14、右耐磨贴片16和第一沉头螺栓11，支撑环10左端面上固定安装有套装在滚动套3左端外侧的右耐磨圈14，右耐磨圈14右端面沿圆周均布有至少三个第一螺纹盲孔，对应每个第一螺纹盲孔位置的支撑环10左端均设有左右贯通的第一连接孔，每个第一连接孔均为呈左窄右宽的阶梯形的沉头孔，每个第一连接孔内均设有第一沉头螺栓11，每个第一沉头螺栓11的右端栓头均置于对应位置的第一连接孔的宽径段内，每个第一沉头螺栓11的左端均穿过第一连接孔窄径段通过螺纹固定安装在对应位置的第一螺纹盲孔内，右耐磨圈14左端面上沿圆周间隔均布有至少三个右耐磨贴片16，对应右耐磨圈14左方位置的内套1左部外侧固定安装有左耐磨圈13，左耐磨圈13右端面固定安装有与右耐磨贴片16相对应的左耐磨贴片15。

根据需求，左耐磨贴片15和右耐磨贴片16均为现有公知技术，如圆柱形的pdc复合片，左耐磨贴片15和右耐磨贴片16数量分别为28个和27个。在使用过程中，通过设置第一沉头螺栓11，能够可靠的将右耐磨圈14固定在支撑环10左侧，而且一旦右耐磨贴片16损坏，能通过第一沉头螺栓11将右耐磨圈14拆开，更换新的右耐磨贴片16或对右耐磨贴片16通过焊接的方式进行修复后继续使用，维护成本低，减少浪费；通过右耐磨圈14左端面上沿圆周间隔均布有右耐磨贴片16，能够使内套1与右耐磨圈14外侧之间形成流道，钻井液通过流道进入内套1和滚动套3之间，能够对工作过程中的左耐磨贴片15、右耐磨贴片16、外pdc齿5和内pdc齿6起到降温作用，提高本发明的使用寿命。

如附图1所示，还包括第二外环台17、第三外环台18、注油堵塞19和第二沉头螺栓12，内套1左端外侧固定有第二外环台17，对应第二外环台17右侧位置的内套1左部外侧固定有第三外环台18，第三外环台18外侧与左耐磨圈13左部内侧过盈配合，左耐磨圈13左端面沿圆周均布有至少三个第二螺纹盲孔，对应每个第二螺纹盲孔位置的第二外环台17右端均设有左右贯通的第二连接孔，每个第二连接孔均为呈左宽右窄的阶梯形的沉头孔，每个第二连接孔内均设有第二沉头螺栓12，每个第二沉头螺栓12的左端栓头均置于对应位置的第二连接孔的宽径段内，每个第二沉头螺栓12的右端均穿过第二连接孔窄径段通过螺纹固定安装在对应位置的第二螺纹盲孔内，对应相邻两个第二连接孔之间位置的第二外环台17中部外侧沿圆周均布有至少一个内外贯通的注油孔，每个注油孔内均固定安装有注油堵塞19，对应注油孔右方位置的第二外环台17外侧、左耐磨圈13外侧以及右耐磨圈14外侧均设有拆卸环槽33。

根据需求，注油孔的数量为2个，规格为npt1/16的螺纹孔且对称布置，注油堵塞19为现有公知技术，如内六角油塞。在使用过程中，通过这样的设置，能够可靠的将左耐磨圈13固定安装在内套1外侧，通过设置第二沉头螺栓12，能够可靠的将左耐磨圈13固定在内套1外侧，而且一旦左耐磨贴片15损坏，能通过第二沉头螺栓12将左耐磨圈13拆开，更换新的左耐磨贴片15或对左耐磨贴片15通过焊接的方式进行修复后继续使用，维护成本低，减少浪费；通过设置注油孔，能够向内套1和芯轴之间注入润滑剂，便于内套1和芯轴之间的润滑，也能够便于内套1和芯轴的拆卸，通过设置拆卸环槽33，能够采用液压的形式分离左耐磨圈13和右耐磨圈14，节省维修时间。

如附图1所示，还包括左环突20、右环突21和外环突22，径向缓冲套4左端外侧固定有左环突20，对应左环突20位置的外套2左端内侧设有左安装卡槽，左环突20硫化固定在左安装卡槽内；径向缓冲套4右端外侧固定有右环突21，对应右环突21位置的外套2右端内侧设有右安装卡槽，右环突21硫化固定在右安装卡槽内；对应左环突20与右环突21之间位置的径向缓冲套4外侧左右间隔设有至少一道外环突22，对应每道外环突22位置的外套2内侧均设有限位环槽，每道外环突22均硫化固定在对应位置的限位环槽内。

在使用过程中，通过这样的设置，径向缓冲套4对外套2与滚动套3不仅起到连接的作用，还对滚动套3起到减震缓冲作用；本pdc轴承在石油钻采工具中使用时，其滚动套3除了通过外套2间接受到冲击和振动以外，滚动套3自身也会直接受到轴向向左的冲击和振动，在该情况下，左环突20、右环突21和外环突22分别置于左安装卡槽、右安装卡槽和限位环槽内，能够吸收部分轴向冲击和振动，对滚动套3起到减震缓冲的作用，也能够减小外pdc齿5和内pdc齿6受到的冲击和振动。

如附图1所示，还包括右外环卡台24和连接键26，滚动套3右端外侧固定有右外环卡台24，右外环卡台24外侧与对应位置的外套2右端内侧之间设有间隔，右外环卡台24左端与径向缓冲套4右端硫化固定连接在一起，支撑环10右端内侧设有调整环槽，调整环25位于调整环槽内，调整环25的右端面与左外环卡台23左端面相接触，调整环25的左端面与支撑环10的内部右端面相接触，对应左外环卡台23和右外环卡台24之间位置的滚动套3右部上侧设有开口向上的第一键槽，对应第一键槽位置的径向缓冲套4设有上下贯通的安装孔，安装孔内固定安装有连接键26，连接键26的底面抵在第一键槽的底部，连接键26的顶面抵在外套2对应位置的内壁。

在使用过程中，通过设置右外环卡台24，不仅能够使径向缓冲套4和滚动套3可靠的连接在一起，还对滚动套3起到减震缓冲作用，通过设置调整环25，能够对滚动套3和弧面环台8进行限位，当左耐磨贴片15和右耐磨贴片16磨损时，也能够调节左耐磨贴片15和右耐磨贴片16之间的间隙，提高左耐磨贴片15和右耐磨贴片16的使用次数，通过设置连接键26，能够对滚动套3和外套2进行轴向和径向定位，也能提高径向缓冲套4的抗扭能力。

如附图1所示，还包括密封组件，密封组件包括第一密封圈27、第二密封圈28、第三密封圈29和第四密封圈30，内套1中部设有安装孔，安装孔包括由左至右依次连通在一起的左锥孔段、左直孔段、呈左大右小的喇叭口段、右直孔段和右锥孔段，对应左直孔段中部位置的内套1内侧设有第一密封环槽，第一密封环槽内设有第一密封圈27，对应右直孔段左部位置的内套1内侧沿圆周均布有至少一个开口向内的第二键槽，右直孔段右部设有第二密封环槽，第二密封环槽内设有第二密封圈28，弧面环台8的外环面上设有第三密封环槽，第三密封环槽内设有第三密封圈29，外套2右端外侧设有第四密封环槽，第四密封环槽内设有第四密封圈30。

根据需求，第一密封圈27、第二密封圈28、第三密封圈29和第四密封圈30均为现有公知技术，如o形密封圈。在使用过程中，通过这样的设置，能够增加内套1与芯轴之间、外套2与钻井工具不旋转外壳之间以及弧面环台8与内弧面环套9之间的密封性，避免钻井液流入使本发明拆卸困难，通过设置第二键槽，在装入芯轴时安装好键，提高芯轴和内套1之间的转矩。

如附图1、2所示，还包括定位组件，定位组件包括定位键31和卡圈32，对应相邻两个第二连接孔之间位置的支撑环10左端面上沿圆周均布有至少一个开口向左且呈长圆形的右定位键槽，对应每个右定位键31槽位置的右耐磨圈14右端面上均设有与右定位键槽结构相同的左定位键槽，每个左定位键槽内均安装有右部位于右定位键槽内的定位键31，右直孔段右端设有固定环槽，固定环槽内设有卡圈32。

根据需求，定位键31和卡圈32均为现有公知技术。在使用过程中，通过设置定位键31，能够对支撑环10和右耐磨圈14进行轴向和径向定位，通过设置卡圈32，能够对芯轴和内套1进行定位。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。