ШПИНДЕЛЬ ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1994 года по МПК E21B4/00 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к забойным двигателям, используемым для бурения нефтяных и газовых скважин.

Известен шпиндель забойного двигателя, включающий корпус, вал, многорядные упорные подшипники качения, обоймы которых опираются на упругие элементы, установленные с натягом в осевом направлении [1] .

Упругие элементы, сжимаясь, образуют опорные поверхности на всех подшипниках осевой опоры, повышая ее нагрузочную способность, за счет равномерного распределения нагрузки между рядами.

Основным недостатком шпинделя является сложностью конструкции. Наличие упругих элементов удлиняет шпиндель забойного двигателя, что усложняет бурение, особенно наклонно направленных скважин.

Прототипом является шпиндель, включающий корпус, вал, многорядные осевые резинометаллические опоры, радиальные резинометаллические опоры [2] .

Основным недостатком шпинделя является низкая надежность, обусловленная высокой стойкостью осевых опор. При бурении скважин шарошечными долотами значительные динамические нагрузки приводят к биению вала относительно корпуса в пределах люфта, при этом разрушаются резиновые элементы подпятника, ломаются диски.

Цель изобретения - повышение надежности шпинделя за счет обеспечения постоянного поджатия рабочих поверхностей дисков и подпятников, осевых опор при сохранении линейных размеров.

Указанная цель достигается тем, что верхняя радиальная опора шпинделя выполнена в виде двух втулок и двух дисков и упругого цилиндрического элемента, выполненного из износостойкого материала с низким коэффициентом трения с завулканизированной внутри пружиной сжатия, при этом одна втулка и диск закреплены на валу, а другая втулка и диск - в корпусе, упругий элемент свободно размещен между втулками, причем упругий элемент в верхней части опирается на диск, закрепленный в корпусе, а в нижней части опирается.

Упругий элемент может быть установлен в нижней радиальной опоре, причем в верхней части упругий элемент опирается на диск, закрепленный на валу, а в нижней части - на диск, закрепленный в корпусе.

Анализ заявляемого объекта по отношению к прототипу показывает наличие существенных отличительных признаков:
верхняя радиальная опора выполнена в виде двух втулок и двух дисков и упругого цилиндрического элемента;
упругий цилиндрический элемент выполнен из износостойкого материала с низким коэффициентом трения с завулканизированной внутри пружиной сжатия;
одна втулка и диск закреплены на валу, а другая втулка и диск - в корпусе;
упругий элемент в верхней части опирается на диск, закрепленный в корпусе, а в нижней части - на диск, закрепленный на валу;
упругий элемент установлен в нижней радиальной опоре, причем в верхней части опирается на диск, закрепленный на валу, а в нижней части - на диск, закрепленный в корпусе.

Таким образом заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Положительный эффект заключается в следующем:
исключение биения вала относительно корпуса в пределах люфта осевой опоры;
повышение износостойкости пар трения диск-подпятник;
исключение поломок дисков.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен шпиндель забойного двигателя, в котором упругий элемент размещен в верхней радиальной опоре; на фиг. 2 - то же, упругий элемент размещен в нижней радиальной опоре.

Шпиндель забойного двигателя состоит из корпуса 1, вала 2, многоступенчатой осевой опоры, включающей диски 3, подпятники 4, радиальные опоры - нижняя 5, а верхняя состоит из втулки 6, закрепленной на валу 2, и втулки 7, закрепленной в корпусе, между которыми свободно размещен упругий цилиндрический элемент 8 из износостойкого материала с низким коэффициентом трения (например, из резины). В элементе 8 завулканизирована пружина 9 сжатия. В верхней части элемент 8 опирается на диск 10, закрепленный на валу 2. На валу детали крепятся осевым усилием затяжки полумуфт 11, а в корпусе переводниками 12.

Шпиндель забойного двигателя (фиг. 2) состоит из корпуса 1, вала 2, многоступенчатой опоры, включающий диски 3 и подпятники 4, радиальные опоры - верхняя 5, а нижняя состоит из втулки, закрепленной в корпусе 1, втулки 7, закрепленной на валу 2, между которыми свободно размещен упругий элемент 8, в котором завулканизирована пружина 9 сжатия. В верхней части упругий элемент опирается на диск 3, закрепленный на валу 2, а в нижней части - на диск 10, закрепленный в корпусе 1.

В процессе бурения шарошечными долотами через опоры шпинделя передаются значительные динамические нагрузки. Наличие упругого элемента в одной из радиальных опор обеспечивает постоянное одностороннее поджатие рабочих поверхностей дисков 3 и подпятников 4, предотвращает осевое биение вала 2 относительно корпуса 1 в пределах люфта осевой опоры. Для бурения в условиях Западной Сибири, где наблюдается преобладающий износ дисков 3 снизу, а подпятников 4 сверху, рекомендуется устанавливать упругий элемент 8 в верхней радиальной опоре (фиг. 1). Для Урало-Поволжского района, Азербайджана с преобладающим износом дисков 3 сверху, а подпятников 4 снизу упругий элемент 8 устанавливается в нижней радиальной опоре (фиг. 2).

Установление в радиальной опоре упругого элемента, обеспечивающего одностороннее постоянное поджатие рабочих поверхностей дисков и подпятников, позволит повысить надежность осевой резинометаллической опоры за счет исключения осевого биения вала в пределах люфта, не изменяя габаритных размеров шпинделя забойного двигателя.

Использование: забойные двигатели для бурения нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретения: шпиндель содержит корпус, вал, резинометаллическую осевую опору из дисков и подпятников, радиальные опоры. Верхняя радиальная опора состоит из втулки, закрепленной на валу, и втулки, закрепленной в корпусе. Между втулками размещен упругий цилиндрический элемент из износостойкого материала с низким коэффициентом трения. В упругом элементе завулканизирована пружина сжатия. В верхней части упругий элемент опирается на диск, закрепленный в корпусе, а в нижней части упругий элемент опирается на диск, закрепленный на валу. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ШПИНДЕЛЬ ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ, включающий корпус, размещенные внутри корпуса вал, резинометаллические осевые и радиальные опоры, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности шпинделя за счет обеспечения постоянного поджатия рабочих поверхностей дисков и подпятников осевых опор при сохранении линейных размеров, верхняя радиальная опора шпинделя выполнена в виде двух втулок и двух дисков, и упругого цилиндрического элемента, выполненного из износостойкого материала с низким коэффициентом трения с завулканизированной внутри пружиной сжатия, при этом одна втулка и диск закреплены на валу, и другая втулка и диск закреплены в корпусе, а упругий элемент свободно размещен между втулками, причем упругий элемент в верхней части опирается на диск, закрепленный в корпусе, а в нижней части опирается на диск, закрепленный на валу. 2. Шпиндель по п. 1, отличающийся тем, что упругий элемент установлен в нижней радиальной опоре, причем в верхней части упругий элемент опирается на диск, закрепленный на валу, а в нижней части на диск, закрепленный в корпусе.