[发明专利]用于凿钻工具的旁路流体通道

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转凿钻工具，并且特别但不排它地涉及如下的凿钻工具，所述凿钻工具被构造用以在将牙轮可旋转地安装在工具的心轴部分处的轴承组件的基部区域处提供用于冷却和清洁流体的额外流体流路径。

背景技术

旋转钻机已经作为用于特定凿钻操作，诸如产生爆破孔和地质钻井的有效工具出现。该钻机通常包括旋转钻头，旋转钻头具有通过包括滚柱和滚珠的轴承组件而安装相应的锥状滚动牙轮的三个轴颈支腿。

通常，钻头通过钻架附接至被驱动到钻孔内的钻柱的一端。通过产生通过端对端联接的钻杆而传递至钻头的轴向进给和旋转驱动力，实现切削动作。每个锥形牙轮都包括位于不同轴向区域的安装在外部的加硬切割球齿，以随着钻头旋转而进行优化的切割。

为了冷却轴承，空气通常被通过轴颈支腿向下供应到钻柱，并且进入安装有轴承的每个牙轮的内腔中。空气绕轴承循环，并且通过腔体嘴部排出。在US 3,193,028；US 3,921,735；US 4,688,651；US 4,421,184；US 4,193,463；US 2012/0160561；US 4,390,072；US 4,511,008和SU 1357532中描述了示例旋转钻头和牙轮。

特别地，通过在安装了各个牙轮和相应轴承的心轴(通常称为轴颈)内形成的空气流通道实现针对轴承组件的不同区域的空气流。通常，空气绕轴承流动，并且在阻力最小的定向路径上流动。因此，在具有被不充分冷却的特定轴承区域的情况下，现有切割工具中出现差别冷却问题。应明白，在轴承上的不充分空气流由于摩擦而引起温度升高，并且导致更高的磨损以及轴承、牙轮和心轴的操作寿命的相应缩短。

为了防止灰尘和污垢侵入轴承组件内，已知使一部分流体(通常是空气)转向至心轴的基部区域，从而将任何碎屑材料从定位于轴颈支腿和心轴之间的接合部处的牙轮腔体嘴部径向向外地推出和排出。在US 5,183,123和US 6,408,957中描述了示例流体引导通道。然而，尽管通过心轴内的独立分配通道将流体供应至轴承组件的多个区域，但是现有组件未被优化用以提供被有效地在所有负载和摩擦轴承表面区域上进行分配的受控流体供应，同时保持腔体嘴部(以及牙轮的其它可能区域)处的排出流，以防止碎屑侵入和污染轴承。因此，需要解决上述问题的凿钻工具。

发明内容

本发明的目标在于提供一种旋转凿钻工具，其被构造用于优化冷却安装每个锥形牙轮的轴承组件，同时最小化污垢侵入轴承组件区域的风险。进一步特定目标在于提供一种开放或者半密封旋转钻头，其具有优化内部流体流通道网，以将冷却流体输送至轴承组件的高摩擦区域，而不允许夹带灰尘和碎屑的空气围绕切割工具进入安装轴承的牙轮的内部区域。

这些目标通过一系列内部流体流通道实现，这些通道包括：i)穿过被设置成与下列流体分配通道连通的每个轴颈支腿延伸的流体供应通道，ii)除了下列流体旁路通道外的每个心轴(轴颈)内的相应流体分配通道，iii)从流体供应通道延伸至每个轴承组件的基部区域的至少一个特定流体旁路通道。每个旁路通道都有效地用以在流体到达每个相应心轴内的分配通道之前，使来自供应通道的预定体积的流体(通常是空气)直接转向至轴承组件的基部区域。因此，期望体积的空气被特定地发送至心轴的基部区域和紧挨定位于牙轮的内部腔体的嘴部内侧的轴承组件。这种构造有利于确保位于心轴的基部的轴承被充分地冷却，同时提供排出流体供应，以将可能聚集或者试图侵入容纳轴承的牙轮的内部体积的任何灰尘或者碎屑接径向向外导出。有利地，本发明的旁路通道提高了否则可能由于球阀孔和球阀的尺寸而受限的被供应至轴承的空气体积。

本主题发明适合在牙轮和轴颈支腿之间的区域排出空气的“开放”牙轮布置。另外，本发明布置适合环状密封被设置在代表心轴和轴颈支腿之间的接口的心轴的基部(或者颈部)区域处的“半密封”锥形牙轮布置。这后一种布置可以通常包括被设置穿过牙轮的主体的排气孔，使得冷却/清洁流体被构造用以主要通过牙轮的主体离开工具。本发明的旁路通道有益于确保期望体积的冷却流体被供应给位于心轴的基部处的轴承，否则可能坐置在流体流路径外，其中流体经由分配通路通过心轴分配，并且通过牙轮内的排气孔离开工具。本发明旁路通道构造还有益于提高牙轮的内部腔体内的正流体压力，以便防止灰尘和碎屑穿过排气孔进入腔体。另外，正压力(通过旁路通道)被设置在紧挨定位于心轴基部处的环状密封内侧的牙轮的内部区域处。即，如果任何灰尘或者碎屑侵入锥形腔体(例如，环状密封完全或者部分失效的情况下)，则碎屑被防止进一步轴向地进入腔体的内部区域中。