[发明专利]径向滚珠轴承以及方法

说明书

一种用于心轴的轴承部分，该心轴至少部分地设置在壳体的内部孔内。径向轴承和推力轴承各自围绕心轴设置且设置在壳体的内部孔内。径向轴承包括外部圆柱形构件、内部圆柱形构件和设置在外部圆柱形构件的内部表面和内部圆柱形构件的外部表面之间的空间内的一系列球形构件。外部圆柱形构件的内部表面或内部圆柱形构件的外部表面中的一个包括平坦轮廓，并且另一个包括一系列圆周凹槽。平坦轮廓允许内部圆柱形构件和外部圆柱形构件之间的相对轴向移动，而径向轴承不吸收任何推力载荷。

发明背景

在油气井的钻井中，井下钻井马达可以连接到钻柱(drill string)，以旋转和操纵钻头。常规的钻井马达通常包括动力组件、传动组件和轴承组件。旋转由动力组件来提供。传动组件将扭矩和速度从动力组件传动到设置在钻井马达的下部端部处的钻头。轴承组件承受钻井期间施加在钻柱上的轴向和径向载荷。

常规的轴承组件，例如图1中示出的轴承组件10，包括心轴12，该心轴12定位成穿过上部径向轴承14、推力轴承16和下部径向轴承18。心轴12的下部端部20被构造成接合钻头。上部轴承壳体22封闭(enclose)上部径向轴承14和推力轴承16。下部轴承壳体24封闭下部径向轴承18。上部径向轴承14包括外部滑动构件26和内部滑动构件28。下部径向轴承18包括外部滑动构件30和内部滑动构件32。外部滑动构件26和30各自包括具有平坦轮廓的内部表面，并且内部滑动构件28和32各自包括具有平坦轮廓的外部表面。当外部滑动构件26、28和内部滑动构件30、32相对于彼此旋转时，相对的平坦轮廓沿着彼此滑动。推力轴承16包括一系列滚珠轴承34，该滚珠轴承34设置在由多个外部推力构件36和多个内部推力构件38形成的凹槽内。滑动径向轴承由于摩擦力而磨损，该摩擦力导致接触表面处的磨料磨损(abrasive wear)。滚珠轴承34的直径随着其磨损而减小，这导致外部推力构件36和内部推力构件38之间的相对轴向移动。这种相对轴向移动又导致外部滑动构件26和内部滑动构件28之间的相对轴向移动以及外部滑动构件30和内部滑动构件32之间的相对轴向移动。因为每个滑动构件的平坦轮廓允许上部径向轴承14和下部径向轴承18内的相对轴向移动，所以径向轴承不吸收任何推力载荷。

在其他常规的轴承组件中，径向轴承由滚珠轴承或滚子轴承形成，以减少与摩擦相关联的磨料磨损。径向滚珠轴承的内部构件和外部构件各自包括凹槽，并且每个滚珠轴承设置在内部构件的凹槽和外部构件的凹槽内。当推力轴承的滚珠轴承磨损并且其直径减小时，外部推力构件和内部推力构件之间的相对轴向移动在径向轴承的内部构件和外部构件上施加不均匀的载荷。由于滚珠轴承设置在外部构件和内部构件中的凹槽内的径向轴承的布置，因此不允许外部构件和内部构件之间的相对轴向移动。因此，当推力轴承磨损时，这种径向轴承布置失效。

发明内容

本申请涉及以下方面。

1).一种用于泥浆润滑钻井马达的轴承部分，包括：

壳体，其具有内部孔；

心轴，其至少部分地设置在所述壳体的所述内部孔内；

径向轴承，其围绕所述心轴设置且设置在所述壳体的所述内部孔内，所述径向轴承包括：

外部圆柱形构件，其包括具有一系列圆周凹槽的内部表面；

内部圆柱形构件，其包括具有平坦轮廓的外部表面，其中所述内部圆柱形构件设置在所述外部圆柱形构件内；

一系列球形构件，其设置在所述外部圆柱形构件的所述内部表面和所述内部圆柱形构件的外部表面之间的空间内，其中每个球形构件接合所述圆周凹槽中的一个；以及

推力轴承，其围绕所述心轴设置且设置在所述壳体的所述内部孔内。

2).如1)所述的轴承部分，其中所述内部圆柱形构件的所述平坦轮廓被构造成允许所述内部圆柱形构件和所述外部圆柱形构件之间的相对轴向移动，而所述径向轴承不吸收任何推力载荷。