一種帶有軸向力平衡轂的渦輪鉆具中空馬達的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種鉆探渦輪鉆具，尤其是一種帶有軸向力平衡轂的渦輪鉆具中 空馬達，屬于鉆井設備技術領域。
【背景技術】
[0002] 渦輪鉆井技術可減少能源消耗、降低成本，具有良好的經濟與社會效益，是鉆探工 程領域前沿技術之一。渦輪鉆具是工業應用最早的一種井下動力鉆具，其工作原理是將工 作液的流體壓力能量轉變為輸出軸的旋轉機械能量，驅動鉆頭轉動以破碎井底地層巖石。
[0003] 渦輪鉆具以渦輪馬達為動力部分，以渦輪馬達主軸為支撐部分，在渦輪馬達主軸 上設有止推軸承組，鉆井作業時，渦輪馬達主軸要承擔軸向力和鉆壓。現有技術中，渦輪鉆 具處于工作狀態時，具有一定壓力的工作液由渦輪鉆具上端進入渦輪馬達工作腔，通過液 力傳動驅動渦輪馬達的轉子及渦輪馬達主軸運轉，此時渦輪馬達主軸受到的軸向力包括工 作液通過渦輪馬達轉子時產生的向下軸向力、渦輪馬達主軸上端與下端壓差造成的向下軸 向力。針對大尺寸渦輪鉆具而言，由于渦輪馬達主軸承受的向下軸向力通常遠大于鉆壓，渦 輪馬達主軸承受的軸向力與鉆壓存在不平衡的問題，極易導致渦輪馬達主軸上的止推軸承 組過早失效。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型的目的在于針對現有技術之弊端，提供一種帶有軸向力平衡轂的渦輪 鉆具中空馬達，以解決大尺寸渦輪鉆具渦輪馬達主軸承受的軸向力與鉆壓不平衡的問題， 延長渦輪鉆具的工作壽命。
[0005] 本實用新型上述目的是通過以下技術方案實現的：
[0006] -種帶有軸向力平衡轂的渦輪鉆具中空馬達，包括上接頭、鎖緊螺母、平衡轂、渦 輪馬達主軸、上徑向扶正軸承、渦輪轉子、渦輪定子、渦輪馬達殼體、下徑向扶正軸承和下接 頭;所述鎖緊螺母與渦輪馬達主軸均為中空結構，鎖緊螺母配裝在渦輪馬達主軸的上端;所 述平衡轂、上徑向扶正軸承、渦輪轉子和下徑向扶正軸承從上至下依次套裝在渦輪馬達主 軸的外面;所述平衡轂由平衡轂外套和平衡轂內套組成，所述平衡轂外套上端設有端蓋，在 平衡轂外套內壁與鎖緊螺母上端面之間形成壓力平衡腔，平衡轂外套和平衡轂內套以間隙 配合方式裝配，在平衡轂外套和平衡轂內套之間形成環狀縫隙；所述上徑向扶正軸承由軸 承內套和軸承外套組成，在軸承內套與軸承外套之間形成軸承配合間隙；所述軸承配合間 隙、環狀縫隙、壓力平衡腔、鎖緊螺母及渦輪馬達主軸的中空結構以串聯方式貫通。
[0007] 上述帶有軸向力平衡轂的渦輪鉆具中空馬達，所述平衡轂內套、上徑向扶正軸承 內套、渦輪轉子和下徑向扶正軸承內套通過鎖緊螺母與渦輪馬達主軸下部的軸肩端面壓 緊，成為一個隨渦輪轉子旋轉的整體;所述平衡轂外套、上徑向扶正軸承外套、渦輪定子和 下徑向扶正軸承外套通過上接頭、下接頭與渦輪馬達殼體端面壓緊，成為一個靜止的整體。
[0008] 上述帶有軸向力平衡轂的渦輪鉆具中空馬達，所述平衡轂外套在端蓋上設有階梯 孔，所述階梯孔與繩索取芯鉆進工藝中的取芯內管總成相匹配。
[0009] 上述帶有軸向力平衡轂的渦輪鉆具中空馬達，所述平衡轂外套內徑為Dl，平衡轂 內套外徑為D2,在平衡轂外套和平衡轂內套之間形成的環狀縫隙寬度
[0010] Δ l = (Dl_D2)/2,且0.20mm< Δ I < 1.00mm，平衡轂外套的軸向長度LI 2 200mm，平 衡轂內套的軸向長度L2 2 150mm。
[0011] 上述帶有軸向力平衡轂的渦輪鉆具中空馬達，所述上徑向扶正軸承的軸向長度L3 2 60mm，上徑向扶正軸承的軸承外套的內徑D3與上徑向扶正軸承的軸承內套的外徑D4的配 合間隙 A2=(D3-D4)/2,且0.20mm< Δ2< 1.00mm。
[0012] 上述帶有軸向力平衡轂的渦輪鉆具中空馬達，所述馬達主軸中空結構的內孔直徑 D3 > Φ 20mm〇
[0013] 本實用新型在鉆探渦輪鉆具中空馬達中設置了軸向力平衡轂，該軸向力平衡轂由 平衡轂外套和平衡轂內套組成，平衡轂外套和平衡轂內套以間隙配合方式裝配，在平衡轂 外套和平衡轂內套之間形成了環狀縫隙，同時在平衡轂外套內壁與鎖緊螺母上端面之間形 成了壓力平衡腔，環狀縫隙與上徑向扶正軸承的軸承配合間隙、壓力平衡腔、鎖緊螺母及渦 輪馬達主軸的內孔貫通。因此，當鉆探渦輪鉆具中空馬達處于工作狀態時，具有一定壓力的 工作液由渦輪鉆具上端進入渦輪馬達工作腔時，少量工作液由上徑向扶正軸承下端面，通 過上徑向扶正軸承的軸承配合間隙、平衡轂外套和平衡轂內套之間的環狀縫隙進入壓力平 衡腔，再由鎖緊螺母及渦輪馬達主軸的內孔到達下接頭處，與通過渦輪馬達工作腔(渦輪定 子葉柵間隙及渦輪轉子葉柵間隙）的工作液匯合。根據流體力學的節流減壓原理，在上述工 作過程中，流經上徑向扶正軸承的軸承配合間隙、平衡轂外套和平衡轂內套之間的環狀縫 隙、進入壓力平衡腔的少量工作液壓力會受到很大損失，因此由鎖緊螺母上端面傳遞給渦 輪馬達主軸的軸向壓力會顯著降低，因渦輪馬達主軸上端與下端壓差造成的向下軸向力很 小。經試驗證明：與現有技術比較，某種采用軸向力平衡轂的渦輪鉆具，其渦輪馬達主軸受 到的軸向力可減小68%以上。
[0014] 綜上所述，本實用新型有效地緩解了渦輪馬達主軸承受的軸向力與鉆壓不平衡的 問題，延長了渦輪鉆具的工作壽命。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本實用新型的剖面結構示意圖；
[0016] 圖2是軸向力平衡轂的剖面結構示意圖；
[0017] 圖3是圖2中I處結構放大圖；
[0018] 圖4是圖2中A-A剖面結構示意圖；
[0019] 圖5是上徑向扶正軸承剖面結構示意圖；
[0020] 圖6是圖5中J處結構放大圖；
[0021] 圖7是本實用新型在常規鉆進過程中的工作原理示意圖；
[0022] 圖8是與繩索取芯鉆進工藝匹配的軸向力平衡轂的剖面結構示意圖；
[0023] 圖9是本實用新型在繩索取芯鉆進過程中的工作原理示意圖。
[0024] 圖中各標號清單為：1、上接頭，2、鎖緊螺母，3、渦輪馬達主軸，4、軸向力平衡轂，4-1、平衡轂外套，4-2、平衡轂內套，4-3、環狀縫隙，4-4、階梯孔，5、上徑向扶正軸承，5-1、軸承 外套，5-2、軸承內套，5-3、軸承配合間隙，6、渦輪定子，7、渦輪轉子，8、渦輪馬達殼體，9、下 徑向扶正軸承，10、下接頭，11、工作液，12、取芯內管總成；
[0025] H、壓力平衡腔。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。
[0027] 參看圖1至圖6,本實用新型所述帶有軸向力平衡轂的渦輪鉆具中空馬達包括上 接頭1、鎖緊螺母2、平衡轂4、渦輪馬達主軸3、上徑向扶正軸承5、渦輪轉子7、渦輪定子6、渦 輪馬達殼體8、下徑向扶正軸承9和下接頭10;所述鎖緊螺母2與渦輪馬達主軸3均為中空結 構，鎖緊螺母2配裝在渦輪馬達主軸3的上端;所述平衡轂4、上徑向扶正軸承5、渦輪轉子7和 下徑向扶正軸承9從上至下依次套裝在渦輪馬達主軸3的外面;所述平衡轂4由平衡轂外套 4- 1和平衡轂內套4-2組成，所述平衡轂外套4-1上端設有端蓋，在平衡轂外套內壁與鎖緊螺 母上端面之間形成壓力平衡腔H，平衡轂外套4-1和平衡轂內套4-2以間隙配合方式裝配，在 平衡轂外套4-1和平衡轂內套4-2之間形成環狀縫隙4-3;所述上徑向扶正軸承5由軸承內套 5- 2和軸承外套5-1組成，在軸承內套5-2與軸承外套5-1之間形成軸承配合間隙5-3;所述軸 承配合間隙5-3、環狀縫隙4-3、壓力平衡腔H、鎖緊螺母及