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《西南石油学院》 2004年
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牙轮钻头浮动套轴承工作机理研究

王国荣  
【摘要】:如何提高现有牙轮钻头轴承的工作性能,延长其在高转速下的使用寿命,是目前钻井工程领域迫切需要解决的问题之一。本文通过对牙轮钻头轴承主要失效形式和原因的分析,找到了延长牙轮钻头轴承使用寿命的理论依据。以流变学、摩擦学及流体动力润滑理论为基础,将理论研究与单元实验相结合,开展了牙轮钻头浮动套轴承工作机理研究。在一定假设的基础上,推导了适用于牙轮钻头滑动轴承工况条件的Reynolds方程,并首次将粗糙表面的润滑理论应用到牙轮钻头轴承的研究中,建立了动载荷下牙轮钻头浮动套轴承热流体动力润滑分析的数学模型,完成了牙轮钻头浮动套轴承工作性能仿真软件的研制,并通过实验对数学模型和仿真软件进行了验证。为开展高速牙轮钻头轴承系统工作机理的研究,改进现有牙轮钻头轴承的结构,进一步提高我国牙轮钻头的综合性能提供了新的理论和方法。本文的主要研究成果如下: (1)对现场失效牙轮钻头轴承的表面进行了金相分析和硬度测试,发现钻头在工作过程中温度的升高使得轴承表面金相组织发生改变,导致抗磨性能减弱,使轴承磨损速度加快,找到了牙轮钻头轴承在高转速下快速失效的根本原因; (2)在不同温度和不同剪切速率条件下,完成了牙轮钻头专用润滑脂的流变性实验。并以此为基础建立了该润滑脂的流变模型,得到了其名义粘度随温度和剪切速率的变化规律,找到了该润滑脂适用的最佳工况,为牙轮钻头轴承润滑参数的计算提供了实验依据; (3)系统分析了稳定载荷下浮动套轴承结构参数与其内外偏心率、转速比、摩擦系数和承载能力等参数之间的变化关系。发现在轴承半径和长度一定时,浮动套内外间隙值是直接影响其工作性能的关键因素,并找到了各参数之间相互影响的变化规律,为牙轮钻头浮动套轴承单元实验试件的设计和实验方案的拟订提供了理论依据; (4)在一定假设条件下,推导了适用于牙轮钻头轴承润滑工况的Reynolds方程。并将粗糙表面的润滑理论应用到牙轮钻头轴承的研究中,以基于平均流量模型的粗糙表面部分润滑状态Reynolds方程和能量方程为基础,建立了动载荷下粗糙表面牙轮钻头浮动套轴承热流体动力润滑的数学模型,并进行了求解,为开展牙轮钻头浮动套轴承工作机理研究奠定了理论基础; (5)完成了牙轮钻头浮动套轴承工作性能仿真软件的研制,并在不同工况条件下,对8 1/2”牙轮钻头不同结构参数的浮动套轴承工作性能进行了仿真研究。得到了在一定间隙配合下,牙轮钻头浮动套轴承润滑膜压力、扭矩、温度及摩擦系数随牙轮转速和径向载荷的变化规律,为给定工况下牙轮钻头浮动套轴承的设计与优化提供了 摘要 理论依据和技术手段; (6)完成了81/2’,牙轮钻头浮动套轴承的单元实验研究。得到了不同工况以及 不同间隙配合下牙轮钻头浮动套轴承的扭矩、温度、浮动套转速以及磨损量和磨损速 度等数据,实验结果进一步验证了所建立数学模型和仿真软件的正确性。实验中发现, 浮动套可以取代原牙轮钻头轴承中合金槽的作用,进一步简化了牙轮钻头的设计和加 工工艺,降低了牙轮钻头的制造成本。 总之,本文的研究工作为推广高速钻井等现代钻井技术提供了技术支持,将进一 步推动我国钻井新技术的发展,降低钻井成本,增强我国牙轮钻头在国际市场上的竞 争力,为国家创造更大的经济效益。因此,本文的研究工作不仅具有重要的理论意义 和学术价值,而且具有广泛的应用前景。 关键词:牙轮钻头,浮动套轴承,机理研究,模型建立,软件开发,实验研究
【学位授予单位】:西南石油学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TH133.3

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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2 何畏;孙宇;邱亚玲;王向涛;汤海平;刘杰;;新型牙轮钻头球面浮动套轴承设计与分析[J];润滑与密封;2012年09期
3 韩传军;张杰;蒋光强;林发权;;牙轮钻头空心滚滑复合轴承的设计[J];天然气工业;2013年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 杨斌;牙轮钻头浮动套轴承接触应力分析研究[D];西南石油学院;2005年
2 王龙龙;基于金刚石和硬质合金复合焊的钢齿钻头齿面强化技术研究[D];西南石油大学;2006年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前5条
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2 杨金福;王永军;陈策;董春伟;;浮环轴承非线性耦合动力润滑特性研究[A];第八届全国摩擦学大会论文集[C];2007年
3 岑少起;于卫东;李瑞珍;;超高速燃气轮机动静压浮环轴承特性研究[A];第八届全国摩擦学大会论文集[C];2007年
4 董春伟;杨金福;付忠广;陈策;赵洪亮;邓转志;;浮环厚度变化对浮环轴承稳定性影响的实验研究[A];第八届全国摩擦学大会论文集[C];2007年
5 杨金福;陈策;张文琴;董春伟;王永军;袁平;;浮环厚度对轴承环速比及稳定性影响的机理研究[A];2009年全国青年摩擦学学术会议论文集[C];2009年
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1 马金奎;滑动轴承非线性轴心轨迹的瞬态与周期特性研究[D];山东大学;2010年
2 杨玉芬;基于模糊数学的机械零件表面结构几何特征研究[D];太原理工大学;2011年
3 郭红;内外膜独立供油径推联合浮环轴承性能分析与实验研究[D];上海交通大学;2009年
4 崔大朋;一种球形气浮气动陀螺仪的研制及其相关技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 张昆鹏;转子系统的降维及非线性动力学研究[D];天津大学;2011年
6 周鹏;碳纤维复合材料工件切削表面粗糙度测量与评定方法研究[D];大连理工大学;2011年
7 尹自强;超精密直线度测量及表面微观形貌分析研究[D];国防科学技术大学;2003年
8 洪跃;液体粘性调速离合器工作机理研究与模糊控制器试制[D];上海大学;2005年
9 高创宽;渐开线齿轮传动的混合弹流润滑研究[D];太原理工大学;2005年
10 王凤琴;乳状液在多孔介质中渗流规律研究[D];西北大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王丹丹;独立供油径推浮环轴承性能优化分析与软件包开发[D];郑州大学;2010年
2 姚震;层流、紊流共存时动静压轴承静特性研究[D];郑州大学;2010年
3 刘宇;高分子材料水润滑尾轴承数值计算及试验研究[D];武汉理工大学;2010年
4 蒋秀龙;可倾瓦推力滑动轴承弹流润滑研究[D];浙江大学;2011年
5 汤中连;齿面粗糙度对齿轮传动接触疲劳应力的影响[D];太原理工大学;2011年
6 梁秋立;涡旋压缩机微间隙泄漏及平衡重功率损耗的数值分析[D];兰州理工大学;2011年
7 郭新利;纳米尺度下碳氢化合物润滑机理和流体行为的分子动力学模拟[D];山东大学;2011年
8 林玮炜;超疏水表面制备及其抗凝血性能研究[D];浙江工业大学;2010年
9 宋战波;三维表面粗糙度测量的关键技术研究[D];河南科技大学;2010年
10 罗健;模具材料单点金刚石车削中表面粗糙度的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马家驹;滚子凸度设计[J];轴承;1992年01期
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6 伍开松,马德坤;牙轮钻头滑动轴承材料的力学性能试验[J];机械工程材料;2003年11期
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10 卢金斌,徐九华,徐鸿钧,傅玉灿,肖冰,姜澄宇;Ni-Cr合金真空钎焊金刚石界面微结构分析[J];机械科学与技术;2004年07期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王适;金刚石热稳定性及其刀具受热损伤的研究[D];大连理工大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 杨斌;牙轮钻头浮动套轴承接触应力分析研究[D];西南石油学院;2005年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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3 韩传军;张杰;蒋光强;林发权;;牙轮钻头空心滚滑复合轴承的设计[J];天然气工业;2013年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 常杰;氩弧熔覆—注射金刚石复合涂层研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 李晓东;碳化钨颗粒/高锰钢基复合堆焊层组织及性能的研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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1 张永宇;径-推联合浮环动静压轴承设计及试验装置研究[D];郑州大学;2002年
【相似文献】
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1 高长胜,杨恩信;大口径嵌岩桩孔牙轮钻头与滚刀钻头使用效果对比[J];探矿工程(岩土钻掘工程);1994年06期
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6 陈敏;朱伟鑫;;基于有限元的镶齿牙轮钻头压齿力计算[J];机械设计与制造;2010年03期
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10 郭忠志;定向喷射钻头的研究和应用[J];湖北工业大学学报;2004年04期
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2 朱才朝;;牙轮钻头纵向横向扭转振动动力学仿真研究[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(下册)[C];2001年
3 韩传军;张茂;杨斌;;基于Pro/E的牙轮钻头牙齿参数化造型设计[A];《制造业自动化与网络化制造》学术交流会论文集[C];2004年
4 甘行平;;PZ系列组合牙轮钻头及其嵌岩技术的研究[A];中国地质科学院“九五”科技成果汇编[C];2001年
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6 吴泽兵;杨闻达;;螺杆钻具下三牙轮钻头的计算机仿真[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年
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10 杨启明;许明;黄志强;;高速牙轮钻头轴承密封副结构分析[A];第七届全国摩擦学大会会议论文集(一)[C];2002年
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1 孙海涛;不断发展牙轮钻头核心技术[N];中国石化报;2007年
2 通讯员 张芳;江钻公司牙轮钻头产品标准达到国际先进水平[N];中国石油报;2003年
3 孙海涛;产品延伸两极 江钻一“大”一“小”优势凸现[N];中国工业报;2008年
4 孙海涛;井架竖到哪里服务就延伸到哪里[N];中国石化报;2006年
5 通讯员 孙海涛本报记者 王刚毅;江钻制造:要做一条“快鱼”[N];中国石化报;2008年
6 本报记者 胡新桥本报见习记者 余飞;女高工跳槽引发泄密大案[N];法制日报;2008年
7 孙海涛;中国钻头“钻进”西伯利亚[N];中国石化报;2007年
8 张芳;抢占制高点“钻”出新天地[N];中国石化报;2002年
9 大庆 李青茹;永远的铁人精神[N];中国文物报;2010年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王国荣;牙轮钻头浮动套轴承工作机理研究[D];西南石油学院;2004年
2 刘丰良;屈螺酮中间体的合成新方法及其机理研究[D];中南大学;2005年
3 赖琛;反胶团—热液法合成羟基磷灰石纳米线及其机理研究[D];湖南大学;2006年
4 李爽;锶、铯、铀在绵阳某地紫色土中的吸附性能及机理研究[D];成都理工大学;2007年
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6 金迅;旋转控制头工作机理研究及结构设计[D];西南石油学院;2004年
7 阿里哈桑;真空堆载联合预压软土地基加固机理研究[D];河海大学;2005年
8 卢焱群;高新技术产业增长极机理研究[D];武汉理工大学;2005年
9 林俊波;证券市场信息传导机制与信息披露制度研究[D];浙江大学;2005年
10 马卫国;癃必消胶囊对前列腺增生间质细胞作用机理的实验研究与临床观察[D];中国中医科学院;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马淑华;高速牙轮钻头密封研究[D];四川大学;2003年
2 陈灿辉;牙轮钻头变曲率修形滑动轴承分析研究[D];西南石油学院;2002年
3 杜婕妤;基于侵入理论的牙轮钻头钻速方程研究[D];东北石油大学;2012年
4 杨眉;钢齿牙轮钻头齿面强化材料及强化工艺研究[D];西南石油学院;2003年
5 宁克岩;钻井系统动力学特性仿真研究[D];西南石油学院;2002年
6 肖天鹏;深孔回转钻进功率传递机理研究[D];中国地质大学(北京);2007年
7 杨斌;牙轮钻头浮动套轴承接触应力分析研究[D];西南石油学院;2005年
8 段韬;深基坑土钉、土锚联合支护模型试验及机理研究[D];武汉大学;2005年
9 肖敏敏;废胶粉改性沥青性能及机理研究[D];南京航空航天大学;2005年
10 吴小王;硼酸镁晶须制备工艺及其形成机理研究[D];成都理工大学;2006年
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