[实用新型]一种滑动衬套轴承结构牙轮钻头

说明书

本实用新型涉及一种石油天然气、矿山及地质钻探中使用的牙轮钻头，包括三牙轮钻头、两牙轮、单牙轮及多牙轮钻头，特别是涉及一种表面具有渗硫层的滑动衬套轴承结构牙轮钻头。

牙轮钻头主要由牙轮和牙掌两大部分组成，牙轮和牙掌通过它们的轴承部位相接合，在它们的轴承部位接合处设置滑动衬套即构成滑动衬套轴承结构的牙轮钻头。滑动衬套从配合和使用状态上分为浮动衬套和固定衬套两种，由于滑动衬套尤其是浮动衬套轴承结构的牙轮钻头具有耐高钻压、高应力、高钻速的特性，目前已被愈益广泛的应用。上述这类滑动衬套通常是选择自润滑性能、散热性能均好的有色金属材料制成。美国的Reed公司早在70年代就成功地将镀青铜材料用于牙轮钻头的浮动衬套，并在衬套表面依次刷镀Ag、Pb、In涂层(详见US4074922)，此外，近年来，对轴承部位的二道止推片材料采用了含钻为18-25％的高镍合金钢，其硬度为HRC50-55。美国Smith公司牙轮钻头中的滑动衬套元件从80年代起由原来的铝青铜改为CuNiSn(Spinodal)材料，表面进行了刷镀银抗咬合处理，也都取得了较好的效果。然而，随着现代钻井工艺技术向着高转速、高钻压强化钻井工艺方向的发展，要求牙轮钻头具备更高的PV值，铍青铜、CuNiSn合金、铝青铜制成的滑动衬套在日益升高的PV值下产生高摩擦和高热量，在温度超过269℃时，这些合金的屈服强度迅速下降，而且表面的刷镀金属层会产生强度降低以及轴温超过熔点而导致镀层功能失效，由此而使牙轮钻头性能的进一步提高受到限制。

本实用新型的目的在于针对上述提出的问题而提供一种既耐高温、高压又润滑性好、具备较高PV值的滑动衬套轴承结构牙轮钻头。

实现本实用新型目的的技术方案如下：包括有牙轮1、牙掌2，在牙轮牙掌相接合的轴承部位设有滑动衬套，其不同之处在于所述滑动衬套的一个或多个表面渗有一层渗硫层。

按上述方案，本实用新型的滑动衬套包括浮动衬套和固定衬套；浮动衬套与牙轮钻头轴承部位各配合面为间隙配合，浮动衬套包括大轴浮动衬套、小轴浮动衬套、一道止推片、二道止推片、小轴浮动帽(小轴浮动衬套与一道止推片结合为一体)、L型浮动衬套(小轴浮动衬套与二道止推片结合为一体)中的任意一个或多个；固定衬套与牙轮钻头轴承部位某一个配合面(孔或轴)为过盈配合，固定衬套包括大轴固定衬套、小轴固定衬套、小轴固定帽、L型固定衬套中的任意一个或多个。滑动衬套由高强度、高硬度、高韧性、高弹性并具高耐温力学性能的合金钢材制成，渗硫层可由低温离子渗硫工艺技术加工而成，渗硫层的厚度为0.001-0.30mm。渗硫层由金属硫化物形成，也可含有少量的金属氧化物。

本实用新型通过将具有良好耐高温力学性能的合金钢材作为滑动衬套的基体并在其表面渗一层含有金属硫化物的固体润滑层，由于渗硫层具有良好的自润滑性能和抗咬合性能，而且与基体表面有良好的结合强度，因而使滑动衬套在高温状态仍保持高强度和高硬度以及良好的抗咬合性能，因而也使得能适应更高钻压、更高转速工况即具有更高PV值的牙轮钻头的出现成为可能。试验表明，本实用新型较现有的滑动衬套牙轮钻头在耐高温、高压磨损，抗咬合性能、承载能力以及使用寿命方面均有进一步的提高。

图1为本实用新型一个实施例的剖视结构图。

图2为本实用新型另一个实施例的剖视结构图。

本实用新型的一个实施例如图1所示，为一种浮动衬套轴承结构牙轮钻头，包括有牙轮1和牙掌2，牙轮和牙掌通过它们的轴承部位相接合，在牙轮牙掌相接合的轴承部位安设有浮动衬套，包括大轴浮动衬套3、二道止推片4、小轴浮动衬套与一道止推片结合为一体成小轴浮动帽5，上述这此浮动衬套由高强度钢4Cr5MoSiV1(相当于叛国H13钢)制成，经热处理、精加工后，进行清洗，然后进炉进行低温离子表面渗硫处理，处理温度160-190℃，渗硫介质为H₂S和CS₂或为纯硫蒸气，处理时间6-8小时，在各浮动衬套的表面形成一层厚度为0.02-0.04mm的渗硫层，此外，在牙轮牙掌的接合处还设有密封圈7，牙轮牙掌由锁紧元件7进行轴向锁定。

本实用新型第二个实施例如图2所示，它与上一实施例的主要不同之处在于在牙轮牙掌相接合的轴承部位安设有大轴浮动衬套3、二道止推片和小轴浮动衬套结合为一体的L型浮动衬套8。