本發(fā)明涉及鉆探鉆具技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自冷卻浮動(dòng)式滾滑復(fù)合軸承。

背景技術(shù)：

鉆頭是鉆井工程中用以破碎巖石、形成井筒的破巖工具?，F(xiàn)今鉆井工程中所使用的常規(guī)鉆頭主要有三牙輪鉆頭、聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭(即pdc鉆頭)和沖旋鉆頭(也稱旋沖鉆頭或釬頭)等。

pdc鉆頭是一種利用聚晶金剛石復(fù)合片(即pdc齒)對(duì)巖石的刮切或剪切作用破巖的鉆頭。由于在切削元件性能以及破巖方式方面具備了突出的優(yōu)越性，所以pdc鉆頭在軟至中硬地層的破巖效率明顯高于三牙輪鉆頭。當(dāng)pdc鉆頭在較硬地層鉆進(jìn)時(shí)，靠純剪切狀態(tài)破碎巖石，鉆頭心部切削齒相對(duì)外圍切削齒切削線速度很低，pdc鉆頭頭部難于侵入(吃入)井底巖石表面，導(dǎo)致pdc鉆頭鉆進(jìn)速度變慢，嚴(yán)重制約pdc鉆頭的破巖效率；特別是當(dāng)pdc齒發(fā)生一定程度磨損后，侵入難度更高，導(dǎo)致鉆頭在井底打滑，鉆速極慢。因此，在pdc鉆頭頭部中心位置設(shè)置了破碎鉆頭，破碎鉆頭與鉆頭體間軸承連接。

現(xiàn)有技術(shù)中，軸承分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承。常規(guī)的滑動(dòng)軸承承載面積大，能承受重載，但軸承摩擦副摩擦系數(shù)大，摩擦生熱率高，在潤(rùn)滑和冷卻條件較差的情況下，不適宜于較高轉(zhuǎn)速的運(yùn)行。滾動(dòng)軸承摩擦副之間的接觸為高副點(diǎn)線接觸，軸承部件間在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)作滾動(dòng)運(yùn)行，故摩擦系數(shù)小，摩擦生熱率低，可承受高轉(zhuǎn)速，但因其為點(diǎn)線接觸，赫茲應(yīng)力高，不適于在重載或沖擊地狀況下使用。因而，在破碎鉆頭與鉆頭體間設(shè)置的軸承連接存在以下技術(shù)問(wèn)題：1、破碎鉆頭與鉆頭是在高載荷、強(qiáng)沖擊及較高轉(zhuǎn)速下連續(xù)不斷地切削巖石，由于劇烈摩擦產(chǎn)生的熱量會(huì)使鉆頭達(dá)到相當(dāng)高的溫度，當(dāng)溫度超過(guò)最大熱負(fù)荷時(shí)，鉆頭對(duì)軸承的磨損速度明顯上升，不具備冷卻條件的情況下容易導(dǎo)致熱磨損現(xiàn)象的發(fā)生。2、滾動(dòng)軸承雖然摩擦生熱率相對(duì)較低，但赫茲應(yīng)力高，不具備高速重載的特性。

因此，針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，亟需研究一種在破碎鉆頭與鉆頭體高速轉(zhuǎn)動(dòng)切削巖石的時(shí)候，可快速冷卻的連接軸承，以免在不具備冷卻條件的情況下容易導(dǎo)致熱磨損現(xiàn)象的發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種自冷卻浮動(dòng)式滾滑復(fù)合軸承，可快速實(shí)現(xiàn)自冷卻，且可承受較高的載荷和轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的具體采用以下技術(shù)方案：

一種自冷卻浮動(dòng)式滾滑復(fù)合軸承，包括內(nèi)回轉(zhuǎn)體、外回轉(zhuǎn)體以及內(nèi)回轉(zhuǎn)體和外回轉(zhuǎn)體之間的環(huán)形安裝槽，所述環(huán)形安裝槽內(nèi)安設(shè)有若干個(gè)滾動(dòng)體和若干個(gè)浮動(dòng)支撐塊，所述浮動(dòng)支撐塊內(nèi)設(shè)有空心腔，所述空心腔內(nèi)填設(shè)有低熔點(diǎn)金屬，所述內(nèi)回轉(zhuǎn)體和所述浮動(dòng)支撐塊均采用具有伸縮性好的耐磨材料制成，所述浮動(dòng)支撐塊內(nèi)的低熔點(diǎn)金屬相變?yōu)橐后w時(shí)，所述浮動(dòng)支撐塊的高度大于所述滾動(dòng)體的直徑。

本發(fā)明基礎(chǔ)方案的工作原理：滾滑復(fù)合軸承的內(nèi)外回轉(zhuǎn)體之間的環(huán)形安裝槽中設(shè)置浮動(dòng)支撐滑塊，使軸承在做滾動(dòng)的時(shí)候可由浮動(dòng)支撐塊分擔(dān)部分機(jī)械載荷，減小滾動(dòng)體的赫茲應(yīng)力，可使該滾滑復(fù)合軸承承受較高的載荷和轉(zhuǎn)速，滿足破碎鉆頭和鉆頭組成的復(fù)合鉆頭在承受較重載荷轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求；復(fù)合鉆頭破巖前，空心腔內(nèi)的低熔點(diǎn)金屬在常溫下為固體狀態(tài)，破碎鉆頭可在滾滑復(fù)合軸承的內(nèi)回轉(zhuǎn)體中高速旋轉(zhuǎn)，便于破碎鉆頭侵入巖石表面，并能攻破較硬地層，而此時(shí)由于破碎鉆頭及滾滑復(fù)合軸承的內(nèi)回轉(zhuǎn)體高速旋轉(zhuǎn)，劇烈摩擦產(chǎn)生的熱量可被低熔點(diǎn)金屬吸收，降低滾滑復(fù)合軸承的溫度，減小滾滑復(fù)合軸承熱負(fù)荷，避免熱磨損現(xiàn)象的發(fā)生；進(jìn)一步，浮動(dòng)支撐滑塊內(nèi)的低熔點(diǎn)金屬吸收大量熱量后由固體變?yōu)橐后w過(guò)程中吸熱膨脹，體積變大，而滾滑復(fù)合軸承的內(nèi)回轉(zhuǎn)體和浮動(dòng)支撐塊均采用具有伸縮性好的耐磨材料制成，浮動(dòng)支撐塊由于低熔點(diǎn)合金的相變使得滾滑復(fù)合軸承的內(nèi)回轉(zhuǎn)體向內(nèi)與破碎鉆頭抵死，由此使得破碎鉆頭和鉆頭體作為一體式結(jié)構(gòu)高轉(zhuǎn)速、強(qiáng)沖擊的配合鉆進(jìn)，可有效提高復(fù)合鉆頭的鉆進(jìn)效率。

進(jìn)一步，所述軸承用于在鉆頭心部安裝可拆卸連接的破碎鉆頭。有益效果：可實(shí)現(xiàn)破碎鉆頭可拆卸安裝在鉆頭的心部或呈一體連接設(shè)置在鉆頭心部，提高鉆頭心部的破巖效率，適應(yīng)攻破較硬地層。

進(jìn)一步，所述滾動(dòng)體與浮動(dòng)支撐塊的數(shù)量相同，且所述滾動(dòng)體與所述浮動(dòng)支撐塊相互間隔設(shè)置。有益效果：既可以通過(guò)滾動(dòng)體保持軸承高轉(zhuǎn)速的特性，又能通過(guò)浮動(dòng)支撐塊提高軸承的承載和耐沖擊能力，且當(dāng)浮動(dòng)支撐塊內(nèi)的低熔點(diǎn)金屬發(fā)生相變反應(yīng)由固體變?yōu)橐后w，體積增大的時(shí)候，也可從滾滑復(fù)合軸承的內(nèi)回轉(zhuǎn)體外側(cè)周向向內(nèi)擠壓，使得滾滑復(fù)合軸承的內(nèi)回轉(zhuǎn)體向內(nèi)與破碎鉆頭鎖緊效果更好。

進(jìn)一步，所述浮動(dòng)支撐塊的兩側(cè)與所述滾動(dòng)體相抵。有益效果：使得浮動(dòng)支撐做和滾動(dòng)體在環(huán)形安裝槽內(nèi)連接為一個(gè)整體，提高軸承抗擊高載荷和強(qiáng)沖擊及較高轉(zhuǎn)速的能力。

進(jìn)一步，所述低熔點(diǎn)金屬為為熔點(diǎn)在60℃-85℃的銦基鉍基合金。有益效果：采用銦基、鉍基合金的低熔點(diǎn)金屬作為相變材料，其安全無(wú)毒，不腐蝕鋁和銅，熱導(dǎo)率高；且銦基鉍基合金的熔點(diǎn)可根據(jù)產(chǎn)生的熱量調(diào)節(jié)，根據(jù)不同需要制得不同熔點(diǎn)的銦基鉍基合金，方便取得。

進(jìn)一步，所述低熔點(diǎn)金屬為sn或含sn的合金。有益效果：sn或含sn的合金的低熔點(diǎn)金屬相變穩(wěn)定，長(zhǎng)時(shí)間存放在浮動(dòng)支撐塊內(nèi)也不容易變質(zhì)。

進(jìn)一步，所述浮動(dòng)支撐塊與內(nèi)回轉(zhuǎn)體和外回轉(zhuǎn)體的連接面為弧形面，所述浮動(dòng)支撐塊呈平行塊結(jié)構(gòu)或者扇形塊結(jié)構(gòu)。有益效果：在浮動(dòng)支撐塊不膨脹體積變大的時(shí)候，作為與滾動(dòng)體間的連接件，用于提高軸承抗擊高載荷和強(qiáng)沖擊及較高轉(zhuǎn)速的能力，從而設(shè)置為與內(nèi)回轉(zhuǎn)體和外回轉(zhuǎn)體相對(duì)應(yīng)的連接面，以免與內(nèi)回轉(zhuǎn)體和外回轉(zhuǎn)體產(chǎn)生磨損。

進(jìn)一步，所述內(nèi)回轉(zhuǎn)體和所述浮動(dòng)支撐塊采用銅或鋁合金制成。有益效果：銅或鋁合金價(jià)格低，方便取得；銅或鋁合金常溫下為較硬固體，便于破碎鉆頭高速旋轉(zhuǎn)；而銅或鋁合金在高溫下具有較好的延展性，在浮動(dòng)支撐塊體積膨脹增大的時(shí)候可順利使得內(nèi)回轉(zhuǎn)體向內(nèi)與破碎鉆頭抵死。

進(jìn)一步，所述滾動(dòng)體設(shè)為實(shí)心滾柱。有益效果：增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度，提高承載能力。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明鉆頭體心部設(shè)置有用于安裝破碎鉆頭的滾滑復(fù)合軸承，可實(shí)現(xiàn)破碎鉆頭與鉆頭體可拆卸連接，從而破碎鉆頭與外部鉆頭為相互獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)破巖鉆進(jìn)方式，通過(guò)破碎鉆頭侵入巖石表面后再由復(fù)合鉆頭共同鉆井，提高鉆頭心部的破巖效率，可順利攻破較硬地層。

2、本發(fā)明滾滑復(fù)合軸承內(nèi)設(shè)有浮動(dòng)支撐滑塊和滾動(dòng)體，滾動(dòng)體與浮動(dòng)支撐塊的數(shù)量相同，且滾動(dòng)體與浮動(dòng)支撐塊相互間隔設(shè)置，保持軸承較高轉(zhuǎn)速特性的同時(shí)可由浮動(dòng)支撐塊分擔(dān)部分機(jī)械載荷，減小滾動(dòng)體的赫茲應(yīng)力，可使該滾滑復(fù)合軸承承受較高的載荷和轉(zhuǎn)速，滿足破碎鉆頭和鉆頭組成的復(fù)合鉆頭在承受較重載荷轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。

3、本發(fā)明中滾滑復(fù)合軸承內(nèi)的浮動(dòng)支撐滑塊中空設(shè)置，且空心腔內(nèi)填設(shè)有低熔點(diǎn)金屬，低熔點(diǎn)金屬常溫下狀態(tài)穩(wěn)定，在破碎鉆頭或鉆頭體高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，劇烈摩擦產(chǎn)生的熱量可被低熔點(diǎn)金屬吸收，降低滾滑復(fù)合軸承及復(fù)合鉆頭的溫度，減小滾滑復(fù)合軸承熱負(fù)荷，避免熱磨損現(xiàn)象的發(fā)生，延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命，降低鉆井成本。

4、本發(fā)明中內(nèi)回轉(zhuǎn)體和浮動(dòng)支撐塊均采用具有伸縮性好的耐磨材料制成，優(yōu)選為采用銅或鋁合金制成，從而浮動(dòng)支撐塊由于低熔點(diǎn)合金吸收大量熱量后相變使得滾滑復(fù)合軸承的內(nèi)回轉(zhuǎn)體向內(nèi)與破碎鉆頭抵死，且浮動(dòng)支撐塊沿內(nèi)回轉(zhuǎn)體周向設(shè)置，由此滾滑復(fù)合軸承的內(nèi)的浮動(dòng)支撐塊沿回轉(zhuǎn)體外側(cè)周向向內(nèi)擠壓，使得滾滑復(fù)合軸承的內(nèi)回轉(zhuǎn)體向內(nèi)與破碎鉆頭鎖緊效果更好；由此使得破碎鉆頭和鉆頭體由可拆卸的連接關(guān)系構(gòu)成一體式結(jié)構(gòu)高轉(zhuǎn)速、強(qiáng)沖擊的配合鉆進(jìn)巖石，可有效提高復(fù)合鉆頭的鉆進(jìn)效率。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中：

圖1是；本發(fā)明一種自冷卻浮動(dòng)式滾滑復(fù)合軸承實(shí)施例的示意圖；

圖2是；本發(fā)明一種自冷卻浮動(dòng)式滾滑復(fù)合軸承實(shí)施例浮動(dòng)支撐塊膨脹前的示意圖；

圖3是：本發(fā)明一種自冷卻浮動(dòng)式滾滑復(fù)合軸承實(shí)施例浮動(dòng)支撐塊膨脹后的示意圖。

附圖標(biāo)記：1-滾滑復(fù)合軸承、2-內(nèi)回轉(zhuǎn)體、3-外回轉(zhuǎn)體、4-環(huán)形安裝槽、5-滾動(dòng)體、6-浮動(dòng)支撐塊、7-破碎鉆頭、8-鉆頭體。

具體實(shí)施方式

為了本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1和圖3所示，本實(shí)施例提供一種自冷卻浮動(dòng)式滾滑復(fù)合軸承，滾滑復(fù)合軸承1用于在鉆頭心部安裝可拆卸連接的破碎鉆頭7，可實(shí)現(xiàn)破碎鉆頭7可拆卸安裝在鉆頭的心部或呈一體連接的設(shè)置在鉆頭心部，提高鉆頭心部的破巖效率，適應(yīng)攻破較硬地層；滾滑復(fù)合軸承1包括內(nèi)回轉(zhuǎn)體2、外回轉(zhuǎn)體3以及內(nèi)回轉(zhuǎn)體2和外回轉(zhuǎn)體3之間形成的環(huán)形安裝槽4，環(huán)形安裝槽4內(nèi)安設(shè)有8個(gè)滾動(dòng)體5和8個(gè)浮動(dòng)支撐塊6，滾動(dòng)體5與浮動(dòng)支撐塊6相互間隔設(shè)置，且浮動(dòng)支撐塊6的兩側(cè)與滾動(dòng)體5相抵，該滾滑復(fù)合軸承1既可以通過(guò)滾動(dòng)體5保持軸承高轉(zhuǎn)速的特性，又能通過(guò)浮動(dòng)支撐塊6和滾動(dòng)體5在環(huán)形安裝槽4內(nèi)連接為一個(gè)整體，提高軸承抗擊高載荷和強(qiáng)沖擊及較高轉(zhuǎn)速的能力。

進(jìn)一步，浮動(dòng)支撐塊6內(nèi)設(shè)有空心腔，空心腔內(nèi)填設(shè)有低熔點(diǎn)金屬，低熔點(diǎn)金屬優(yōu)選為熔點(diǎn)在60℃-85℃的銦基鉍基合金，采用銦基、鉍基合金的低熔點(diǎn)金屬作為相變材料，其安全無(wú)毒，不腐蝕鋁和銅，熱導(dǎo)率高；且銦基鉍基合金的熔點(diǎn)可根據(jù)產(chǎn)生的熱量調(diào)節(jié)，根據(jù)不同需要制得不同熔點(diǎn)的銦基鉍基合金，方便取得；低熔點(diǎn)金屬亦可選或者sn或含sn的合金，sn或含sn的合金的低熔點(diǎn)金屬相變穩(wěn)定，長(zhǎng)時(shí)間存放在浮動(dòng)支撐塊6內(nèi)也不容易變質(zhì)。內(nèi)回轉(zhuǎn)體2和所述浮動(dòng)支撐塊6均采用具有伸縮性好的耐磨材料制成，浮動(dòng)支撐塊6內(nèi)的低熔點(diǎn)金屬相變?yōu)橐后w時(shí)，浮動(dòng)支撐塊6的高度大于滾動(dòng)體5的直徑。具體地，內(nèi)回轉(zhuǎn)體2和浮動(dòng)支撐塊6采用銅或鋁合金制成，銅或鋁合金價(jià)格低，方便取得；銅或鋁合金常溫下為較硬固體，便于破碎鉆。

頭高速旋轉(zhuǎn)；而銅或鋁合金在高溫下具有較好的延展性，在浮動(dòng)支撐塊6體積膨脹增大的時(shí)候由于低熔點(diǎn)金屬相變?yōu)橐后w，浮動(dòng)支撐塊6的高度大于滾動(dòng)體5的直徑，從而浮動(dòng)支撐塊6可順利在環(huán)形安裝槽4內(nèi)使得內(nèi)回轉(zhuǎn)體2向內(nèi)與破碎鉆頭7抵死，進(jìn)而使得破碎鉆頭7與設(shè)置在外回狀體上的鉆頭相互鎖緊，而繞著內(nèi)回轉(zhuǎn)體2周向設(shè)置的浮動(dòng)支撐塊6沿著破碎鉆頭7徑向向內(nèi)擠壓破碎鉆頭7，使得滾滑復(fù)合軸承1的內(nèi)回轉(zhuǎn)體2向內(nèi)與破碎鉆頭7鎖緊效果更好。

此外，滾動(dòng)體5設(shè)為實(shí)心滾柱，用以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度，提高承載能力；浮動(dòng)支撐塊6與內(nèi)回轉(zhuǎn)體2和外回轉(zhuǎn)體3的連接面為弧形面，浮動(dòng)支撐塊6呈平行塊結(jié)構(gòu)或者扇形塊結(jié)構(gòu)，在浮動(dòng)支撐塊6不膨脹體積變大的時(shí)候，作為與滾動(dòng)體5間的連接件，用于提高軸承抗擊高載荷和強(qiáng)沖擊及較高轉(zhuǎn)速的能力，從而設(shè)置為與內(nèi)回轉(zhuǎn)體2和外回轉(zhuǎn)體3相對(duì)應(yīng)的連接面，以免與內(nèi)回轉(zhuǎn)體2和外回轉(zhuǎn)體3產(chǎn)生磨損。

本例中，軸承用于在鉆頭心部安裝可拆卸連接的破碎鉆頭7，具體地，滾滑復(fù)合軸承1的內(nèi)回轉(zhuǎn)體2外回轉(zhuǎn)體3之間的環(huán)形安裝槽4中設(shè)置浮動(dòng)支撐滑塊，使軸承在做滾動(dòng)的時(shí)候可由浮動(dòng)支撐塊6分擔(dān)部分機(jī)械載荷，減小滾動(dòng)體5的赫茲應(yīng)力，可使該滾滑復(fù)合軸承1承受較高的載荷和轉(zhuǎn)速，滿足破碎鉆頭7和鉆頭組成的復(fù)合鉆頭在承受較重載荷轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求；復(fù)合鉆頭破巖前，空心腔內(nèi)的熔點(diǎn)在85℃的銦基鉍基合金在常溫下為固體狀態(tài)，破碎鉆頭7可在滾滑復(fù)合軸承1的內(nèi)回轉(zhuǎn)體2中高速旋轉(zhuǎn)，便于破碎鉆頭7侵入巖石表面，并能攻破較硬地層，而此時(shí)由于破碎鉆頭7及滾滑復(fù)合軸承1的內(nèi)回轉(zhuǎn)體2高速旋轉(zhuǎn)，劇烈摩擦產(chǎn)生的熱量可被熔點(diǎn)在85℃的銦基鉍基合金吸收，降低滾滑復(fù)合軸承1的溫度，減小滾滑復(fù)合軸承1熱負(fù)荷，可快速實(shí)現(xiàn)自冷卻，避免熱磨損現(xiàn)象的發(fā)生；進(jìn)一步，浮動(dòng)支撐滑塊內(nèi)的熔點(diǎn)在85℃的銦基鉍基合金吸收大量熱量后達(dá)到熔點(diǎn)由固體變?yōu)橐后w過(guò)程中吸熱膨脹，體積變大，而滾滑復(fù)合軸承1的內(nèi)回轉(zhuǎn)體2和浮動(dòng)支撐塊6均采用鋁合金制成，浮動(dòng)支撐塊6由于熔點(diǎn)在85℃的銦基鉍基合金的相變使得滾滑復(fù)合軸承1的內(nèi)回轉(zhuǎn)體2向內(nèi)與破碎鉆頭7抵死，內(nèi)回轉(zhuǎn)體2和外回轉(zhuǎn)體3相互鎖緊，由此使得破碎鉆頭7和鉆頭體8作為一體式結(jié)構(gòu)高轉(zhuǎn)速、強(qiáng)沖擊的配合鉆進(jìn)，可有效提高復(fù)合鉆頭的鉆進(jìn)效率，實(shí)用性好，可推廣應(yīng)用。

以上所述，僅為發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)，凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。