万向传动轴组件制造技术

一种传动轴组件(100)，其包括具有轴轴线(125)、第一端(120a)以及径向外表面的传动轴(120)。该第一端包括从所述径向外表面径向向内延伸且各自包括接合表面(126)的多个凹部(124)。该传动轴组件还包括端壳体(130)，该端壳体(130)具有包括多个平坦容座表面的容座(146)。此外，该传动轴组件包括扭矩传递组件(185)，该扭矩传递组件(185)包括：多个扭矩传递键(190)，每个扭矩传递键(190)具有平坦键表面(194)和凸键表面(196)；以及转接器(200)，其包括多个凹转接器表面(212)和多个平坦转接器表面。每个凹部的接合表面均接合所述键中的一个键的平坦键表面。每个键的凸键表面接合凹转接器表面中的一个。该转接器的每个平坦转接器表面接合所述容座表面中的一个。

Universal drive shaft assembly

A drive shaft assembly (100) comprising a transmission shaft (120) having an axis line (125), a first end (120a) and a radially outward surface. The first end includes a plurality of recesses (124) radially inward extending from the radius outward surface and each including an engagement surface (126). The drive shaft assembly further includes an end housing (130) having a seating (146) including a plurality of flat seating surfaces (130). In addition, the drive shaft assembly includes a torque transmitting assembly (185), the torque transmitting assembly (185) includes a plurality of torque transmitting keys (190), each torque transmission key (190) having a flat surface of the key (194) and the convex surface of the key (196); and (200), the adapter comprises multiple a concave surface of the adapter (212) and a plurality of flat surface adapter. Each of the recessed surfaces is joined to a flat surface of a key in the bond. A convex surface of each key engages one of the concave adapter surfaces. Each of the flat adapter surfaces of the adaptor engages one of the surface of the holder.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】万向传动轴组件相关申请的交叉引用本申请要求2014年7月16日提交的专利技术名称为“UniversalDriveshaftAssembly(万向传动轴组件)”的美国临时专利申请62/025,322以及2014年7月16日提交的专利技术名称为“UniversalDriveshaftAssembly(万向传动轴组件)”的美国临时专利申请62/025,326的优先权，上述每个申请的内容在此通过引用的方式整体并入本文。关于联邦政府资助研究或开发的声明不适用。
技术介绍
本公开总体上涉及用于在具有交叉但不重叠的旋转轴线的旋转轴之间传递扭矩的万向接头。更具体地，本公开涉及用于在油气钻井操作中使用的井下马达中采用的传动轴的万向接头。在土质地层中钻进钻孔时，例如用于从地下地层中采收碳氢化合物或矿物质，传统的实践是将钻头连接到由端对端连接在一起的多个钻杆接头形成的钻柱的下端上，然后旋转该钻柱，使得钻头向下进入土中，从而沿预定轨迹产生钻孔。除了钻杆接头之外，钻柱通常包括位于钻杆接头和钻头之间的、被称为钻铤的较重的管状构件。钻铤提高了被施加给钻头的竖向负荷，从而提高了其操作的有效性。通常被包括在钻柱中的其它附件包括帮助保持所钻出的钻孔的期望方向的扶正器以及确保所钻出的钻孔保持期望规格(即，直径)的扩眼器。在垂直钻井操作中，通常采用船潜(topdive)或转台从地面旋转钻柱和钻头。在钻井操作期间，将钻液或泥浆在压力下沿钻柱泵送，从钻头面泵送到钻孔中，然后沿着钻柱和钻孔侧壁之间的环空(annulus)上升到地面。可以是水基或油基的钻液通常是粘性的，以提高其将钻孔钻屑带到地面的能力。钻液能够执行各种其它有价值的功能，包括提高钻头性能(例如，通过在压力下经钻头中的端口喷射钻液，产生在钻头之前冲击并弱化下部地层的泥浆射流)、钻头冷却，以及在钻孔壁上形成保护性结块(从而稳定并且密封钻孔壁)在油气行业中已经日益普遍并且期望钻出水平和其它非垂直钻孔(即，“定向钻井”)，以便于比仅使用垂直钻孔更有效地接触和采收地下含碳氢化合物地层中的更大区域。在定向钻井中，使用专用的钻柱部件和“井底钻具组件”来引导、监测和控制钻头路径的偏差，以便产生期望的非垂直构造的钻孔。通常使用被包括在紧靠钻头上方的井底钻具组件(BHA)中的井下或泥浆马达执行定向钻井。典型的井下马达包括几个主要部件，例如(从马达组件的顶部开始依次是)：(1)适于促进与钻柱的下端连接的上部接头(“接头”是在油气行业中用于任何小型或辅助钻柱部件的常用一般术语)；(2)动力部分；(3)被封闭在传动轴壳体内的传动轴，该传动轴的上端联接至动力部分的转子的下端；以及(4)轴承组件(包括心轴，心轴具有与传动轴的下端联接的上端加上适于接收钻头的下端)。动力部分通常为螺杆或正排量马达(PD马达)。在PD马达中，转子包括形成有沿其长度延伸的一个或多个螺旋片或叶片的轴，并且定子由与定子壳体的内圆柱壁结合的弹性体内衬形成。内衬限定与转子叶片或多个叶片互补的螺旋叶片，但数目比转子叶片多一个。转子的下端包括输出轴，该输出轴进而被联接至驱动钻头的旋转的传动轴的上端。在采用井下马达的钻井操作中，如上所述，钻液在压力下通过钻柱循环并向上返回至地面。然而，在到达钻头的路径中，加压钻液流过井下马达的动力部分而产生使钻头旋转的旋转扭矩。特别地，迫使高压钻液流过动力部分，引起转子在定子内旋转，并且在动力部分两端产生压降(即，钻液压力在动力部分的底部较低)。传递至输出轴的功率与流过动力部分的流体体积和动力部分两端(即，从流体进口至流体出口)的压降的乘积成正比。因而，通过动力部分的更高速率的流体循环导致转子在定子内的更高转速，并且相应地导致更高的功率输出。如上所述，输出轴联接至传动轴的上端，以将旋转扭矩传递至钻头。然而，PD马达中转子的运动本质上是偏心的或“进动的”——即，在操作中，转子的下端(积，输出端)绕定子壳体的中心纵向轴线旋转或做轨道运行。输出轴通过第一(或上部)万向接头联接至传动轴的上端，由此，允许与转子的偏心运动无关地或者与输出轴和传动轴未同轴地对齐的事实无关地将旋转扭矩从转子传递至传动轴。轴承组件通常包括细长管状心轴，该细长管状心轴具有通过第二(下部)万向接头与传动轴的下端联接的上端和联接至钻头的下端。心轴被装入到与上面的管状传动轴壳体连接的管状轴承壳体中。心轴在轴承壳体内同心地旋转。常规传动轴的万向接头组件易于发生严重磨损，并且在操作中可能相对快速地失效。特别地，许多这种传统的传动轴都通过点接触或线接触来传递扭矩，这将大量的力分散在相对小的表面积上，由此趋向于加速这些接触表面处的磨损。
技术实现思路
本文公开的一些实施例涉及传动轴组件。在一个实施例中，传动轴组件包括传动轴，该传动轴具有纵向轴轴线、第一端、与第一端相反的第二端以及径向外表面。第一端包括从径向外表面径向向内延伸的多个凹部，每个凹部均包括平坦接合表面。另外，所述传动轴组件包括第一端壳体，所述第一端壳体具有纵向壳体轴线以及轴向延伸的容座。所述容座包括多个平坦容座表面。此外，该传动轴组件包括被构造成在传动轴和第一端壳体之间传递扭矩的扭矩传递组件。该扭矩传递组件包括：多个扭矩传递键，每个扭矩传递键均具有平坦键表面和凸键表面；以及转接器，其包括多个凹转接器表面和多个平坦转接器表面。每个凹部的平坦接合表面接合所述扭矩传递键中的一个扭矩传递键的平坦键表面。另外，每个扭矩传递键的凸键表面接合转接器的凹转接器表面中的一个。此外，转接器的平坦转接器表面中的每一个均接合所述平坦容座表面中的一个。其它实施例涉及传动轴组件。在一个实施例中，传动轴组件包括传动轴，该传动轴具有纵向轴轴线、第一端、与第一端相反的第二端、以及径向外表面。第一端包括从径向外表面径向向内延伸的多个凹部，每个凹部均包括凸接合表面。另外，该传动轴组件包括第一端壳体，该第一端壳体具有纵向壳体轴线以及轴向延伸容座。所述容座包括多个平坦容座表面。此外，该传动轴组件包括被构造成在传动轴和第一端壳体之间传递扭矩的多个扭矩传递键，所述扭矩传递键中的每一个均包括平坦键表面和凹键表面。每个凹部的凸接合表面接合所述扭矩传递键中的一个扭矩传递键的凹键表面，并且每个扭矩传递键的平坦键表面接合所述平坦容座表面中的一个。本文所述实施例包括旨在解决与某些现有装置、系统和方法相关的各种缺点的特征和特性的组合。上文已相当广泛地概述了所公开的实施例的那些特征和特性，以便可以更好地理解下文的详细说明。本领域技术人员通过阅读下文详细说明并参考附图，将容易理解上述及其它各种特性和特征。应当理解，本文公开的构思和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实现与所公开的实施例相同目的的其它结构的基础。还应认识到，这些等效构造并未偏离本文公开的教导的精神和范围。附图说明为更详细地描述各种实施例，现在将参考附图，其中：图1是钻井系统的示意性局部截面图，该钻井系统包括根据至少一些实施例的传动轴组件的示例性实施例；图2是图1的传动轴组件的局部截面侧视图；图3是图1的传动轴组件的一个万向接头组件的放大截面侧视图；图4是图1的传动轴的下端的透视图；图5是图1的传动轴的下端的正视图或轴向视图；图6是图1的传动轴的下端的另一透视图，示出了在其上安装根据至少一些实施例的扭矩传递本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传动轴组件，包括：传动轴，所述传动轴包括纵向轴轴线、第一端、与所述第一端相反的第二端、以及径向外表面，其中，所述第一端包括从所述径向外表面径向向内延伸的多个凹部，每个所述凹部均包括平坦接合表面；第一端壳体，所述第一端壳体具有纵向壳体轴线以及轴向延伸的容座，其中，所述容座包括多个平坦容座表面；以及扭矩传递组件，所述扭矩传递组件被构造成在所述传动轴和所述第一端壳体之间传递扭矩，所述扭矩传递组件包括：多个扭矩传递键，所述多个扭矩传递键中的每一个均包括平坦键表面和凸键表面；和转接器，所述转接器包括多个凹转接器表面和多个平坦转接器表面；其中：每个所述凹部的所述平坦接合表面均接合所述多个扭矩传递键中的一个扭矩传递键的所述平坦键表面；每个扭矩传递键的所述凸键表面均接合所述转接器的所述凹转接器表面中的一个；并且所述转接器的所述多个平坦转接器表面中的每一个均接合所述平坦容座表面中的一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.16 US 62/025,322;2014.07.16 US 62/025,3261.一种传动轴组件，包括：传动轴，所述传动轴包括纵向轴轴线、第一端、与所述第一端相反的第二端、以及径向外表面，其中，所述第一端包括从所述径向外表面径向向内延伸的多个凹部，每个所述凹部均包括平坦接合表面；第一端壳体，所述第一端壳体具有纵向壳体轴线以及轴向延伸的容座，其中，所述容座包括多个平坦容座表面；以及扭矩传递组件，所述扭矩传递组件被构造成在所述传动轴和所述第一端壳体之间传递扭矩，所述扭矩传递组件包括：多个扭矩传递键，所述多个扭矩传递键中的每一个均包括平坦键表面和凸键表面；和转接器，所述转接器包括多个凹转接器表面和多个平坦转接器表面；其中：每个所述凹部的所述平坦接合表面均接合所述多个扭矩传递键中的一个扭矩传递键的所述平坦键表面；每个扭矩传递键的所述凸键表面均接合所述转接器的所述凹转接器表面中的一个；并且所述转接器的所述多个平坦转接器表面中的每一个均接合所述平坦容座表面中的一个。2.根据权利要求1所述的传动轴组件，其中，每个所述平坦接合表面均平行于所述轴轴线延伸；并且其中，所述平坦容座表面平行于所述壳体轴线延伸。3.根据权利要求2所述的传动轴组件，其中，每个扭矩传递键均构造成：绕垂直于所述壳体轴线的相应轴线枢转；并且与相应的所述凹部的所述平坦接合表面以可滑动方式接合。4.根据权利要求1所述的传动轴组件，其中，所述转接器包括：连接构件；和多个臂，所述多个臂连接至所述连接构件并从所述连接构件延伸；其中，所述凹转接器表面中的每一个均是凹圆柱形转接器表面；其中，所述多个凹圆柱形转接器表面中的一个沿所述多个臂中的每个臂布置；并且其中，所述多个平坦转接器表面中的一个沿所述多个臂中的每个臂布置。5.根据权利要求4所述的传动轴组件，其中，所述传动轴包括从所述传动轴的所述第一端沿所述轴轴线轴向延伸的腔体；其中，所述腔体包括第一凹球形表面；其中，所述转接器的所述连接构件包括孔；并且其中，所述传动轴组件还包括：轴承插入件，所述轴承插入件包括第二凹球形表面，所述轴承插入件布置在所述第一端壳体的所述容座内，并延伸穿过所述连接构件中的所述孔而到达所述传动轴的所述腔体内；和推力球，所述推力球布置在所述腔体内，并且接合所述腔体的所述第一凹球形表面和所述轴承插入件的所述第二凹球形表面中的每一个。6.根据权利要求5所述的传动轴组件，其中，所述传动轴被构造成相对于所述第一端壳体绕第一枢转轴线和第二枢转轴线枢转，其中，所述第一枢转轴线正交于所述第二枢转轴线；其中，所述第一枢转轴线和所述第二枢转轴线均正交于所述轴轴线；并且其中，所述第一枢转轴线和所述第二枢转轴线均在中心点处与所述轴轴线交叉。7.根据权利要求6所述的传动轴组件，其中，所述推力球具有中心，并且其中，所述中心点布置在所述推力球的所述中心处。8.根据权利要求6所述的传动轴，其中，所述凸键表面中的每一个均是具有相应的曲率轴线的凸圆柱形键表面；其中，所述凹圆柱形转接器表面中的每一个均具有相应的曲率轴线；并且其中，所述凸圆柱形键表面中的至少一个凸圆柱形键表面的曲率轴线及所述凹圆柱形转接器表面中的至少一个凹圆柱形转接器表面的曲率轴线与所述第一枢转轴线对齐。9.根据权利要求8所述的传动轴组件，其中，所述多个凹部包括：第一凹部；绕所述轴轴线与所述第一凹部在圆周方向上间隔90°的第二凹部；绕所述轴轴线与所述第二凹部在圆周方向上间隔90°的第三凹部；和绕所述轴轴线与所述第三凹部和所述第一凹部二者中的每一个均在圆周方向上间隔90°的第四凹部。10.根据权利要求9所述的传动轴组件，其中，所述转接器的所述多个臂包括：第一臂绕所述壳体轴线与所述第一臂在圆周方向上间隔90°的第二臂；绕所述壳体轴线与所述第二臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·瑞恩·马钱德，马苏德·卡兰塔里，
申请(专利权)人：国民油井华高有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US