机械式气动型自动送钻装置
专利汇可以提供机械式气动型自动送钻装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且油田用机械式 气动 型自动送钻执行装置由气 马 达(4)、行星 齿轮 系、差动齿轮系、蜗轮(6)、 蜗杆 (7)、 超越 离合器 (14)及 钢 丝轮(15)组成。行星齿轮系由齿轮(5)、三只行星齿轮(2)及 内齿圈 (1)组成；差动齿轮系由齿轮(11)、差动行星齿轮(9)及内齿圈(10)组成；蜗杆(7)与 花键 (17)为一体；超越离合器(14)由星轮(27)、 压缩 弹簧 (28)、 外圈 (29)及滚柱(30)组成。本装置安全可靠。，下面是机械式气动型自动送钻装置专利的具体信息内容。
1.一种由气马达(4)、行星齿轮系、差动齿轮系、蜗轮(6)、蜗杆(7)、超越离合器(14)及钢丝轮(15)所组成的机械式气动型自动送钻执行装置，其技术特征在于气马达(4)的结构为转子叶片式；行星齿轮系由齿轮(5)、三只行星齿轮(2)以及内齿圈(1)组成；差动齿轮系由齿轮(11)、差动行星齿轮(9)以及内齿圈(10)组成；蜗杆(7)与花键(17)设计为一整体，蜗杆(7)与蜗轮(6)相啮合；超越离合器(14)由星轮(27)、压缩弹簧(28)、外圈(29)以及滚柱(30)组成；气马达(4)转子轴通过键与行星齿轮系的齿轮(5)相连接，行星齿轮系中的三只行星齿轮(2)的三只齿轮销(3)各与内齿轮(18)的三个销孔过盈配合；而花键孔(16)与内齿轮(18)做成一整体，花键孔(16)与花键(17)相啮合装配；花键(17)与蜗杆(7)做成一体，蜗杆(7)与蜗轮(6)相啮合装配，蜗轮(6)上开有三个孔，上面装有三个齿轮轴(8)，齿轮轴(8)的另一端空套着三只行星齿轮(9)；超越离合器(14)的外圈(29)与钢丝轮(15)通过键连在一起。
2.根据权利要求1的自动送钻执行装置，其技术特征在于所属的气马达（4）由出气口（20）、进气口（21）、叶片（22）、转子（25）、弹簧（23）、支承筒（24）和壳体（26）组成；转子（25）与转子轴相配合连接，并错位地配钻两空间成90°的小孔，两只弹簧（23）位于小孔内。每只弹簧（23）两端各有一支承筒（24），支承筒（24）的底部与四只叶片（22）相接触，叶片（22）安放在转子（25）的四条对称沟槽中，叶片（22）在弹簧（23）作用下与壳体（26）内壁相接触。
3.根据权利要求1的自动送钻执行装置，其技术特征在于所属的气马达（4）的转子（25）与壳体（26）呈偏心状态，偏心距离为4毫米。
4.根据权利要求1的自动送钻执行装置，其技术特征在于所属的气马达（4）中的转子（25）上对称开有4条沟槽，槽内安放有4只叶片（22）。
5.根据权利要求1的自动送钻执行装置，其技术特征在于所属的气马达（4）中的叶片（22）的外形尺寸为44.5×20×4.5毫米，叶片（22）的材质为玻璃钢。
6.根据权利要求1的自动送钻执行装置，其技术特征在于所属的行星齿轮（2）共有三只，行星齿轮（2）同时与内齿圈（1）及齿轮（5）相啮合，行星齿轮（2）空套在齿轮销（3）上，内齿圈（18）上有三个相间120°的φ6的销孔，销孔内有齿轮销（3）。
7.根据权利要求1的自动送钻执行装置，其技术特征在于所属的蜗轮（6）上开有三个装齿轮销（8）的销孔，三个销孔相互间隔120°。
8.根据权利要求1的自动送钻执行装置，其技术特征在于所属的差动行星齿轮（9）空套在齿轮轴（8）上，同时与齿轮（11）及内齿圈（10）相啮合，内齿圈（10）与外齿圈（13）制成为一体的双联齿轮。
9.根据权利要求1的自动送钻执行装置，其技术特征在于所属的超越离合器（14）的三只弹簧（28）位于星轮（27）的三个小孔内，三个滚柱（30）分别位于星轮（27）与外圈（29）形成的三角槽中，三个滚柱（30）与外圈（29）相贴紧，外圈（29）上开有一键槽，键槽中的键与钢丝轮（15）相连接。
10.根据权利要求1的自动送钻执行装置，其技术特征在于所属的超越离合器（14）中的星轮（27）的外径为31.5毫米，材料为20号铬钢；压缩弹簧（28）由0.2毫米弹簧钢丝绕制的，长度为25毫米，外径为2.5毫米，圈数为19圈；外圈（29）的材料为20号铬钢；滚柱（30）长度为20毫米，直径为4毫米，材料为15号轴承钢。
本装置主要用于油田钻井时的自动送钻，以代替钻井过程中的人工送钻，该装置可与国内钻机相配套，本装置适应的钻井深度为1，000～10，000米。
目前，国内已有的由兰州石油机械研究所，苏北电机厂与泰州市整流器厂联合制造的6B型自动送钻装置，其执行装置部分由气马达、皮带轮、皮带、行星差动齿轮箱等部分组成，由于这样的组成重量高达400多公斤，体积大，结构松散，在钻台上安装麻烦，占地面积大，其气马达的耗气量大，且有死点，噪声大，维修、保养均比较麻烦，其中气马达耗气量高达1.6米3／分，要求气压源压力最小在 3.5千克力／平方厘米2下才能正常工作，因此需要配备专门的较大的空气压缩机，而其气马达的结构为曲柄活塞式，故有死点，而气马达与行星差动齿轮箱采用皮带传动，因此易打滑，常常要调整皮带的松紧度，并需要更换皮带，使用不便，另外，当钻井速率需要调整时，就要更换皮带在皮带轮上的位置，或者需要调整皮带轮的位置，这样既费时又费力，十分不方便，而且，由于在工作时，装置时停时动，造成性能不可靠。结果，钻井速率有时比人工送钻还要慢10～20％，因此，该装置已被油田淘汰。
为了减轻钻井工人的工作强度和提高钻井的质量，就需要设计出一种体积小、重量轻、结构灵巧、性能可靠的送钻装置，本机械式气动型自动送钻执行装置就是为了这样的目的而设计的装置。
本机械式气动型自动送钻执行装置由气马达（4）、行星齿轮系、差动齿轮系、蜗轮（6）、蜗杆（7）、超越离合器（14）及钢丝轮（15）所组成，其技术特征在于气马达（4）的结构为转子叶片式；行星齿轮系由齿轮（5）、三只行星齿轮（2）以及内齿圈（1）组成；差动齿轮系由齿轮（11）、差动行星齿轮（9）以及内齿圈（10）组成；蜗杆（7）与花键（17）设计为一整体，蜗杆（7）与蜗轮（6）相齿合；超越离合器（14）由星轮（27）、压缩弹簧（28）、外圈（29）以及滚柱（30）组成；超越离合器（14）的外圈（29）与钢丝轮（15）通过键联在一起。
本执行装置设计有快、慢两挡打钻速度，可视地层情况选择使用，其中快挡与慢挡的速比为3：1，如图1所示，当拉杆（19）未拉出时，齿轮（5）与三只行星齿轮（2）啮合，此时为慢挡状态；当拉杆（19）拉出时，齿轮（5）与内齿轮（18）相啮合，此时为快挡状态。
气马达（4）的动力源为来自井场的压缩空气，其供气量大小由自动送钻控制装置所决定。
气马达（4）的结构为转子叶片式，其结构简图如图2所示，它由转子（25）、四只叶片（22）、四个支承筒（24）、两只弹簧（23）及壳体（26）组成。转子（25）与转子轴通过过盈配合相连接，并错位地配钻两空间成90°的小孔，用以安放两只弹簧（23），每只弹簧的两端各有一支承筒（24），支承筒（24）的底部与四只玻璃钢叶片（22）相接触，玻璃钢叶片（22）安放在对称地开在转子（25）上四条沟槽中。叶片（22）在弹簧（23）的作用下，始终与壳体（26）相接触。由于转子（25）与壳体（26）呈偏心状态，因而每相邻两只叶片（22）与转子（25）、壳体（26）所围成的空间体积是不相同的，当气马达（4）的进气口（21）通气后，转子（25）开始转动，根据气态方程可知，作用在叶片（22）上的气体压力会随转子（25）的转动而周期地由小变大，因而只要进气口（21）不断进气，转子（25）及叶片（22）就转动，从而输出力矩。
当气马达（4）转动后，就带动联接在气马达（4）内转子（25）轴上的齿轮（5）转动，当拉杆（19）未拉出时（亦即慢挡机送钻时），齿轮（5）的旋转就带动三只行星齿轮（2）转动。
在行星齿轮系中，由于内齿圈（1）固定不动，行星齿轮（2）转动后，通过齿轮销（3）带动内齿轮（18）转动，由于内齿轮（18）上的花键孔（16）与花键（17）是相连接的，内齿轮（18）的转动，就带动花键（17）转动，由于花键（17）与蜗杆（7）设计为一整体，因而花键（17）就带动蜗杆（7）同步转动，这样和蜗杆（7）相啮合的蜗轮（6）随之转动，蜗轮（6）的转动使得与之相联的齿轮轴（8）也随之转动，这样就带动差动行星齿轮（9）转动。正常送钻时齿轮（11）输入一定转速n后，能使内齿圈（10）有向顺时针方向转动的趋势，但并不转动，这样与齿轮（13）相啮合的齿轮（12）就有向逆时针方向转动的趋势，但并不转动，这样在超越离合器（14）的作用下，钢丝轮（15）就处于相对静止的状态，使通过一钢丝绳与钢丝轮（15）相连的送钻刹把处于一平衡位置，进行恒压送钻，超越离合器（14）所起的作用相当一单向轴承，参见图3，它由星轮（27）、弹簧（28）、外圈（29）、滚柱（30）组成，三只压缩弹簧（28）装在星轮（27）的三个小孔内，三个滚柱（30）分别装在星轮（27）与外圈（29）形成的三角槽中，三个滚柱（30）在压缩弹簧（28）的作用下，与外圈（29）相贴紧。外圈（29）上开有一键槽，通过键与钢丝轮（15）相连接，星轮（27）上开有一键槽，通过键与轴相连接，其原理是，当轴顺时针转动时，就带动星轮（27）转动，这样，滚柱（30）能楔紧，星轮（27）使外圈（29）与星轮（27）一起转动，但无相对运动，从而带动钢丝轮（15）转动，反之，当外圈（29）顺时针转动时，滚柱（30）滚向三角槽大端，使星轮（27）与外圈（29）可以相对转动，从而实现了钢丝轮（15）的单向转动。
本执行机构可建立起气马达（4）的进气压力P、齿轮（11）上的转速n以及钢丝轮（15）不转动时的输出扭矩M之间的内在联系。在齿轮（11）一定的转速n下（n反应着送钻速度），当气马达（4）的进气压力P（P反应着地层压力的情况）发生变化时，相应的钢丝轮（15）上的扭矩M也发生改变（即提钻或放钻时，使送钻速度发生改变），最终达到气马达（4）的进气压力P、齿轮（11）上的转速n与钢丝轮（15）不转动时的输出扭矩M的一个新的动态平衡关系。
本执行装置具有以下优点和效果：1、体积小，重量轻。外形尺寸仅有392×318×206mm3，而6B型执行装置外形尺寸为1885×1021×900毫米3；重量仅有20公斤，而6B型执行装置重量达409公斤。
2、本执行装置中的气马达结构为转子叶片式，故工作无死点，可持续长期地工作；而6B型执行装置中的气马达常出现死点，造成工作停顿，使钻井速率降低。
3、本执行装置中的易损件少，故使用寿命高。
4、安装、维修极其方便。安装本执行装置时仅仅需要焊接一点即可。
5、本执行装置与钻机的配套性能广泛。
6、因气马达（4）与齿轮箱体直接通过齿轮啮合，无皮带传动，故结构紧凑，工作安全，减少了人工换带及张紧皮带的许多麻烦。
7、本气马达（4）由于本身结构特点而无需润滑，而6B型执行装置需要润滑。
8、本执行装置气马达（4）的耗气量约为2立方米／每小时，仅为6B型执行装置中气马达耗气量96立方米／每小时的四十八分之一，因此，本装置气马达（4）可直接采用井上现有气源作为驱动动力。
9、使用本执行装置来自动送钻，与人工送钻相比，其钻井速率可提高10～30％。
对本执行装置的附图说明如下：图1为机械式气动型自动送钻执行装置原理图。图中各零部件名称说明如下：内齿圈（1）、行星齿轮（2）、齿轮销（3）、气马达（4）、齿轮（5）、蜗轮（6）、蜗杆（7）、齿轮销（8）、差动行星齿轮（9）、内齿圈（10）、齿轮（11）、齿轮（12）、齿轮（13）、超越离合器（14）、钢丝轮（15）、花键孔（16）、花键（17）、内齿圈（18）、拉杆（19）。
图2为气马达（4）结构原理图。图中零件及箭头说明如下：箭头（20）为气体出气口（20）、箭头（21）为气体进气口（21）；叶片（22）、弹簧（23）、支承筒（24）、转子（25）、壳体（26）。
图3为超越离合器（14）结构原理图，图中零件说明如下：
星轮（27）、压缩弹簧（28）、外圈（29）、滚柱（30）。
本自动送钻执行装置实施例中各零件的连接关系与传动过程如原理部分所述那样，而实施例中主要零件的技术参数及结构特点说明如下：1、齿轮（5）为直齿圆柱齿轮，齿数为Z＝24，模数M＝1～2，齿宽为20毫米，材料45号钢，上有内键槽以及紧定螺孔。
2、内齿圈（1）为直齿圆柱齿轮，模数M＝1～2，齿数Z＝48，齿宽为11毫米，材料为铸造锡青铜。
3、行星齿轮（2）为一直齿圆柱齿轮，模数M＝1～2，齿数Z＝12，由于它的转速比较高，且同时与内齿圈（1）及齿轮（5）啮合，所以要选用高强度耐磨材料的45号铬钢并需要进行热处理，使硬度达到洛氏硬度45～50，其齿宽为20毫米。
4、内齿圈（18）与花键孔（16）制成一整体，结构紧凑，但加工较为复杂，应注意其中内齿轮（18）为模数M＝1.5，齿数Z＝24的直齿圆柱齿轮，齿宽为5毫米，花键孔（16）为渐开线花键孔，模数M＝1，齿数Z＝16，齿宽为22毫米，选用材料为40号铬钢，并需经热处理，使洛氏硬度达40～50。 内齿圈（18）上有三个相间120°的φ6的销孔。销孔内装齿轮销（3），加工时公差尺寸为φ6－0.010，其作用是用来保证内齿圈（1）、行星齿轮（2）与齿轮（5）组成的行星齿轮系能正确啮合，行星齿轮（2）空套在齿轮销（3）上，不至于产生卡死或转动不灵活的现象，另外为保证上述行星齿轮系统的正确啮合，对齿轮（5）的齿顶圆为负偏差，对内齿圈（1）齿顶圆为正偏差，行星齿轮（2）齿顶圆为负偏差，内齿圈（18）的齿顶为正偏差。
5、蜗杆（7）：蜗杆（7）与花键（17）做成一整体，其中蜗杆头数Z＝1，轴向模数M＝2～3，旋向：右旋，螺旋线升角λ＝4°45′49″，花键（17）型式为渐开线，模数M＝1，齿数Z＝16，选用材料为20号铬锰钛合金钢，考虑该蜗杆受力较大、易摩损，所以采用氮化工艺进行处理，深度为0.10～0.15，洛氏硬度为58～62。
6、蜗轮（6）与蜗杆（7）相啮合，其端面模数M＝2～3，其齿数Z＝30，材料选用耐摩材料的铸造锡青铜，特点是蜗轮（6）的内孔装在轴承上，蜗轮（6）上开有三个装齿轮销（8）的销孔，要求三销孔间相互间隔为120°。
7、行星齿轮（9）：该行星齿轮模数为M＝1.5～2，齿数为12，为直齿圆柱齿轮，考虑到行星齿轮（9）既自转又公转，转速高、磨损大，所以选用20号铬锰钛合金钢并经氮化处理，其洛氏硬度为HRC58～62。
8、内齿圈（10）与外齿轮（13）这两个齿轮做成一体，成为双联齿轮，实现了同步转动，内齿圈（10）的模数M＝1～2，齿数Z＝48，齿宽为7毫米，外齿轮（13）模数M＝1～2，齿数Z＝16，齿宽为18毫米，两者都为标准直齿圆柱齿轮，加工时要严格保证两齿轮的同轴度公差，以防止由行星齿轮（9）、内齿圈（10）与齿轮（11）组成的差动轮系转动时被卡死或者防止其转动不灵活，同理加工时，要注意行星齿轮（9）齿顶圆为负偏差，内齿圈（10）齿顶圆给正偏差，以保证转动灵活。
9、齿轮（12）为直齿圆柱齿轮，模数M＝1～2，齿数Z＝32，齿宽为20毫米，材料45号钢，调直处理后即可。
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