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1、(10)授权公告号 CN 203835612 U(45)授权公告日 2014.09.17CN203835612U(21)申请号 201420245101.0(22)申请日 2014.05.14F03C 2/08(2006.01)E21B 4/02(2006.01)(73)专利权人巩立根地址 102200 北京市昌平区府学路18号(72)发明人巩立根 王镇泉 王克雄(74)专利代理机构北京中创阳光知识产权代理有限责任公司 11003代理人尹振启(54) 实用新型名称一种齿轴式马达(57) 摘要本实用新型公开了一种齿轮式马达，包括壳体，壳体上设置有上下贯通的工作腔，并在工作腔上下两端设置有供与外部。
2、装置相接的螺纹连接端，工作腔中设置有轴线沿上下方向延伸的螺杆式中心转子，环绕中心转子配置有若干个轴线与其相平行、并与其相啮合的螺杆式行星齿轴，工作腔中设置有分别与中心转子及行星齿轴一一相配的通孔，并且中心转子及行星齿轴上下两端分别可转动安装在扶正轴承上，中心转子、行星齿轴通过相互啮合以及与各自所在的孔壁相配合，将工作腔的上下两端相隔离，中心转子下端穿过扶正轴承向下伸出，并且该端带有与外部钻头相接的连接结构。齿轴式马达输出扭矩大、设计转速范围广、工具长度短、耐高温。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说。
3、明书4页 附图3页(10)授权公告号 CN 203835612 UCN 203835612 U1/1页21.一种齿轴式马达，该马达包括壳体，壳体内设置有上下贯通的工作腔，工作腔上下两端设置有与外部装置相连接的螺纹，工作腔中设置有轴线沿上下方向延伸的螺杆式中心转子，环绕中心转子配置有若干个轴线与其相平行、并与其相啮合的螺杆式行星齿轴，工作腔中设置有分别与中心转子及行星齿轴一一相配的通孔，并且中心转子及行星齿轴上下两端分别安装在上、下扶正轴承上，中心转子、行星齿轴通过相互啮合以及与各自所在的孔壁相配合，将工作腔以中心转子和行星齿轴的啮合线为密封面分成上下两个相对密封的高压腔和低压腔，中心转子下端穿。
4、过扶正轴承向下伸出，该端带有连接螺纹，与其它部件连接。2.根据权利要求1所述的一种齿轴式马达，其特征在于，所述行星齿轴的螺旋齿要长于中心转子的螺旋齿，使中心转子在一定距离范围内可上下自由移动。3.根据权利要求1所述的一种齿轴式马达，其特征在于，所述扶正轴承为轴线与所述中心转子轴线相重合的圆盘形，该扶正轴承外圆周面与所述工作腔侧壁紧密配合，扶正轴承上设置有若干个向工作腔引入高压泥浆的通道。4.根据权利要求1所述的一种齿轴式马达，其特征在于，所述下扶正轴承与行星齿轴配合的端面上分别设置有金刚石聚晶柱体或金刚石复合片，构成滑动推力轴承，用于行星齿轴的轴向定位。5.根据权利要求1所述的一种齿轴式马达，。
5、其特征在于，所述行星齿轴的两端分别安装有扶正套，所述扶正套通过上、下扶正轴承压紧在壳体工作腔内。6.根据权利要求5所述的一种齿轴式马达，其特征在于，所述扶正轴承设置有安装所述扶正套的定位凹槽。7.根据权利要求6所述的一种齿轴式马达，其特征在于，所述扶正套与所述工作腔内的行星齿轴通孔、所述扶正套的定位凹槽同轴布置，使得所述行星齿轴自由旋转。8.根据权利要求6所述的一种齿轴式马达，其特征在于，所述扶正轴承上对应所述凹槽位置开设有贯穿扶正轴承的透孔，所述透孔构成行星齿轴两端与扶正套的润滑冷却孔。9.根据权利要求1所述的一种齿轴式马达，其特征在于，所述行星齿轴在中心转子周围均匀分布。10.根据权利要求。
6、1所述的一种齿轴式马达，其特征在于，所述中心转子和行星齿轴的螺旋齿均为多头螺旋齿，所述中心转子和行星齿轴的螺旋方向相反。11.根据权利要求1所述的一种齿轴式马达，其特征在于，所述工作腔的内壁上在中心转子与行星齿轴啮合部位的上方，设置有高压泥浆通道扩展槽，所述扩展槽可将泥浆引入行星齿轴齿槽内；所述扩展槽在工作腔两端对称设置。权 利 要 求 书CN 203835612 U1/4页3一种齿轴式马达技术领域0001 本实用新型涉及一种齿轴式马达，具体指一种石油钻井井下动力钻具上使用的马达。背景技术0002 目前，在石油钻井施工中，井下动力钻具普遍使用的马达主要有螺杆马达和涡轮马达两种。0003 螺杆马。
7、达为容积式马达，这种马达效率高、扭矩大、转速低、压降小、钻具长度短，是目前国内应用最广泛的井下动力钻具马达。由于其内部含有橡胶，耐温性能差，不适用于深井高温环境钻井施工。另外，螺杆马达转速较低，不能满足PDC钻头的需要。0004 涡轮马达为全金属冲击式马达，转速高、效率低、压降大、长度长。由于它为全金属结构，能适用于深井高温环境，但它不适用于定向钻井及深井钻井施工；另外，这种马达转速太高，不适用于PDC钻头和牙轮钻头。实用新型内容0005 针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种全金属结构、容积式、转速适中、长度短、效率高的齿轴式马达。0006 为了达到上述目的，本实用新型的技术。
8、解决方案为：0007 一种齿轴式马达，该马达包括壳体，壳体内设置有上下贯通的工作腔，工作腔上下两端设置有与外部装置相连接的螺纹，工作腔中设置有轴线沿上下方向延伸的螺杆式中心转子，环绕中心转子配置有若干个轴线与其相平行、并与其相啮合的螺杆式行星齿轴，工作腔中设置有分别与中心转子及行星齿轴一一相配的通孔，并且中心转子及行星齿轴上下两端分别安装在上、下扶正轴承上，中心转子、行星齿轴通过相互啮合以及与各自所在的孔壁相配合，将工作腔以中心转子和行星齿轴的啮合线为密封面分成上下两个相对密封的高压腔和低压腔，中心转子下端穿过扶正轴承向下伸出，该端带有连接螺纹，与其它部件连接。0008 进一步，所述行星齿轴的。
9、螺旋齿要长于中心转子的螺旋齿，使中心转子在一定距离范围内可上下自由移动。0009 进一步，所述扶正轴承为轴线与所述中心转子轴线相重合的圆盘形，该扶正轴承外圆周面与所述工作腔侧壁紧密配合，扶正轴承上设置有若干个引入高压泥浆通道。0010 进一步，所述下扶正轴承与行星齿轴配合的端面上分别设置有金刚石聚晶柱体或金刚石复合片，构成滑动推力轴承，用于行星齿轴的轴向定位。0011 进一步，所述行星齿轴的两端分别安装有扶正套，所述扶正套通过上、下扶正轴承压紧在壳体工作腔内。0012 进一步，所述扶正轴承设置有安装所述扶正套的定位凹槽。0013 进一步，所述扶正套上与所述壳体上的行星齿轴通孔、所述扶正套的定位。
10、凹槽同轴布置，以确保所述行星齿轴旋转自由。说 明 书CN 203835612 U2/4页40014 进一步，所述行星齿轴在中心转子周围均匀分布。0015 进一步，所述中心转子和行星齿轴的螺旋齿均为多头螺旋齿，所述中心转子和行星齿轴的螺旋方向相反。0016 进一步，所述扶正轴承上对应所述凹槽位置开设置有贯穿扶正轴承的透孔，所述透孔构成行星齿轴两端扶正轴承的润滑冷却孔。0017 进一步，所述工作腔的内壁上在中心转子与行星齿轴啮合部位的上方，设置有高压泥浆通道扩展槽，所述扩展槽可将泥浆引入行星齿轴齿槽内；所述扩展槽在工作腔两端对称设置。0018 本实用新型发明的齿轴式马达属于全金属容积式马达，改变螺。
11、旋齿的导程或齿高，就会改变马达的转速和输出扭矩。齿轴式马达集螺杆马达和涡轮马达的优点于一身，输出扭矩大、设计转速范围广、工具长度短、耐高温，适用于常规直井、深井和定向钻井施工。附图说明0019 图1为本实用新型的俯视图；0020 图2为图1中沿A-A的剖视图；0021 图3为本实用新型的B-B的剖视图；0022 图4为壳体1沿A-A的剖视图；0023 图5为壳体1的俯视图；0024 图6为壳体1沿C-C的剖视图；0025 图7为壳体1沿D-D的剖视图；0026 图8为螺杆式中心转子2主视图；0027 图9为图8沿E-E的剖视图；0028 图10为螺杆式行星齿轴3主视图；0029 图11为下扶正。
12、轴承5的俯视图；0030 图12为下扶正轴承5沿F-F的剖视图；0031 图13为下扶正轴承5的立体图；0032 图14为下扶正轴承5的立体图；0033 图15为下扶正套4的仰视图；0034 图16为下扶正套4的正视图；0035 图17为下扶正套4的俯视图；0036 图18为下扶正套4沿G-G的剖视图；0037 图19为齿轴式马达工作状态结构图。0038 图中：1、壳体；2、中心转子；3、行星齿轴；4、下扶正套；5、下扶正轴承；6、上扶正套；7、上扶正轴承；8、金刚石聚晶柱体；9、旁通阀；10、齿轴马达；11、传动轴总成；12、金刚石滑动推力轴承。具体实施方式0039 下面结合附图介绍本实用新。
13、型的实施方式，本实用新型的实施方式可以是多种形式，这里的叙述只是为使本领域技术人员易于理解，并不应理解为本实用新型局限于这里说 明 书CN 203835612 U3/4页5描述的示例性实施例。0040 如图2所示，本实施例中所描述的齿轴式马达，包括：壳体1、中心转子2、行星齿轴3、下扶正套4、下扶正轴承5、上扶正套6、上扶正轴承7。0041 壳体1中设置有工作腔，该工作腔包括位于其两端的螺纹连接段，其中上部的螺纹连接段用于连接旁通阀9，旁通阀9将高压泥浆导入齿轴式马达10，为齿轴式马达10提供动力。其下部的螺纹连接段用于连接传动轴总成11。高压泥浆通过传动轴总成11流出，进入PDC钻头。004。
14、2 中心转子2为螺杆式，壳体1工作腔内设置有与中心转子2配合的通孔，中心转子2安装在该通孔内并且与壳体1中心轴线重合，中心转子2与通孔之间间隙密封；在中心转子2周围，均匀分布3个行星齿轴3，其轴线与轴线转子2的轴线平行；行星齿轴3也为螺杆式，且行星齿轴3的螺旋齿要长于中心转子2的螺旋齿，使中心转子2在一定距离范围内可上下自由移动，方便装配。其他实施方式可以选择行星齿轴3的数量不限于3个，可以是2个、4个等，可按马达规格尺寸选择，行星齿轴3的数量越多，每个行星齿轴的受力越小，马达长度越短。相应的，在工作腔内设置有3个与行星齿轴3配合的通孔，行星齿轴3安装在该通孔内，与通孔之间为间隙密封。按钻井钻。
15、具旋转方向的要求，中心转子2的螺旋方向为逆时针时，行星齿轴3的螺旋方向为顺时针。0043 除了中心转子2、行星齿轴3分别与相应的通孔间隙密封之外，行星齿轴3还与中心转子2之间啮合密封；其中，中心转子2和行星齿轴3的啮合线与中心转子2和行星齿轴3安装通孔的孔壁相配合，将工作腔的上端和下端密封隔离，形成高压腔和低压腔；如果中心转子2和行星齿轴3存在两个以上的啮合线，该齿轴马达就成为多级马达；中心转子2和行星齿轴3都为多头螺杆，头数按其直径大小确定。多级马达工作更加平稳，输出扭矩更大，钻具长度更短。0044 中心转子2上下两头分别设置有上扶正轴承7和下扶正轴承5，用于中心转子2的径向扶正和轴向移动范。
16、围的限定；行星齿轴3上下两头分别设置有上扶正套6和下扶正套4，上扶正轴承7和下扶正轴承5上分别设置有与上扶正套6和下扶正套4配合的凹槽，用于行星齿轴3的径向扶正；行星齿轴3的下端中心处和下扶正轴承凹槽中心处均镶有金刚石聚晶柱体8，实施例中金刚石聚晶柱体8为圆柱体，圆柱体好镶，成本低；其他实施方式可以选择水平截面为其他形状的柱体，如三角形、梯形、矩形等，只要保证接触面平行就可以；金刚石聚晶柱体8也可以选择金刚石复合片。行星齿轴3的下端和下扶正轴承上端通过金刚石聚晶柱体接触，减小行星齿轴3和下扶正轴承4的磨损；扶正套与行星齿轴3之间间隙配合，压接在凹槽内，上扶正套6和下扶正套4分别由上扶正轴承7和。
17、下扶正轴承5压紧在壳体1内。0045 如图11、图14所示，安装扶正套的凹槽直径大于扶正轴承圆环的宽度，在凹槽外缘形成缺口。0046 图16为下扶正套4结构示意图，上扶正套6和下扶正套4结构基本相同，其区别是上扶正套6凹槽内没有安装金刚石柱体8。下扶正套4上部为圆柱形，圆柱安装在壳体1行星齿轴3的通孔内以保证它们的同心度。下扶正套4下部为扁长体，扁长体由对称切面切割圆柱体形成，圆柱体的半径与凹槽相等，并大于下扶正套4上部圆柱半径，下扶正套4的扁长体台肩压在壳体1内与之对应的工作腔台肩上；上扶正轴承7以及上扶正套6的工说 明 书CN 203835612 U4/4页6作原理与之相同；如此设计，使扶。
18、正套的强度增大，安装定位准确。0047 中心转子2的下端设置有连接螺纹。0048 上扶正轴承7和下扶正轴承5设计为轴线与中心转子2轴线相重合的圆盘形，该扶正轴承外圆周面与工作腔侧壁相紧密配合，在用于安装上扶正套6和下扶正套4的凹槽之间开有上下贯通的孔，使高压泥浆通过该通孔流入或流出工作腔。其他实施方式也可以为上下贯通的槽。0049 上扶正轴承7和下扶正轴承5上用于安装上扶正套6和下扶正套4的凹槽中心处设置有贯穿扶正轴承的透孔，高压泥浆通过该通孔流入凹槽，润滑冷却行星齿轴3的扶正摩擦面。由于该通孔的直径小于金刚石聚晶柱体的直径，为避免金刚石聚晶柱体堵住通孔，沿下扶正套4径向通过通孔设置有深于金刚。
19、石聚晶柱体安装槽的方槽，为高压泥浆提供通道。0050 如图4所示，在壳体1工作腔内，与中心转子2螺旋齿两端对应的位置，设置有两个泥浆流道扩展槽，所述扩展槽可将泥浆顺利引入行星齿轴齿槽内，避免形成空腔，影响马达的工作效果。0051 进入工作腔上部高压腔的的高压泥浆推动中心转子2和行星齿轴3相对转动，同时使得中心转子2和行星齿轴3的啮合密闭部位随之下移，同时，中心转子2和行星齿轴3新的啮合开始形成，如此周而复始，中心转子就会连续旋转。0052 图8是中心转子2结构示意图，图10为行星齿轴3结构示意图。0053 图19是一种典型的井下动力钻具组合，自上而下依次是旁通阀9、齿轴马达10和传动轴总成11。
20、，旁通阀9上部与钻铤连接，传动轴总成11下部与钻头连接。这种组合适用于常规直井钻井施工。该传动轴总成10内的轴向推力轴承使用金刚石滑动推力轴承12，可缩短钻具总长。如果钻具用于定向钻井，可在齿轴马达10和旁通阀9之间加装弯壳体，或在马达和传动轴总成11之间加装万向轴总成，这需要根据钻具长度和钻井曲率半径确定弯壳体或万向轴总成的安装位置。说 明 书CN 203835612 U1/3页7图1图2图3图4图5图6图7说 明 书 附 图CN 203835612 U2/3页8图8图9图10图11图12图13图14图15图16说 明 书 附 图CN 203835612 U3/3页9图17图18图19说 明 书 附 图CN 203835612 U。