НАДДОЛОТНЫЙ ЛУБРИКАТОР Российский патент 1996 года по МПК E21B10/24 

Изобретение относится к шарошечному породоразрушающему инструменту для бурения скважин, а именно к устройствам для смазки опор шарошек долота.

Известен наддолотный лубрикатор (см. патент США N 3029881, кл. 175-228, 1962 г. ), включающий корпус с осевым каналом и резервуаром для смазочного материала, причем резервуар выполнен в виде эластичного рукава, надетого на перфорированный патрубок. Концы рукава зажаты герметично между патрубком и корпусом, при этом стенкой эластичного рукава и стенкой проточки в корпусе лубрикатора образованы герметичная полость резервуара для смазочного материала, заправочный узел, смазкоподающие каналы к опорам шарошечного долота.

Известное техническое решение не обеспечивает сохранение чистоты смазочного материала при повреждении эластичной стенки, так как она работает на растяжение, при этом загрязненная абразивным материалом смазка попадает в систему смазкоподающих каналов и далее к опорам долота, что приводит к выводу из строя системы смазки всего лубрикатора.

Наиболее близким (прототипом) техническим решением к заявляемому является наддолотный лубрикатор, содержащий корпус и установленные в нем резервуар, заполненный под давлением смазочным материалом, дифференциальный клапан-отсекатель с подвижным штоком и запорным элементом, смазкоподводящие каналы для передачи смазки в опоры шарошки, при этом дифференциальный клапан-отсекатель выполнен с подпружиненной диафрагмой, установленной перпендикулярно оси клапана, и регулировочным упором пружины, а подвижный шток клапана-отсекателя выполнен с перфорированной поверхностью, взаимодействующей с шаровым запорным элементом, и жестко закреплен на подпружиненной диафрагме клапана-отсекателя (а.с. N 1460179, кл. Е 21В 10/24, от 20.01.86, опубл. в БИ N 7, 1989 г.).

Недостатком данного устройства является то, что с полостью над подвижным поршнем взаимодействует промывочная жидкость, приводящая к быстрому выходу из строя уплотняющих элементов и зеркала цилиндра емкости смазочного материала.

Целью изобретения является повышение надежности лубрикатора и увеличение долговечности работы опор шарошечного долота.

В заявляемом наддолотном лубрикаторе, содержащем корпус с осевым каналом, резервуаром для смазочного материала, соединенным штуцером с заправочным приспособлением и смазкоподающими каналами, дифференциально-дозирующим устройством с полостью и регулировочным упором с осью, согласно изобретению на оси закреплена эксцентриковая шайба, а в теле корпуса дифференциально-дозирующего устройства установлены в виде подвижных стержней два клапана с проточками на их боковых поверхностях, основной клапан снабжен выступом на его поверхности, а на конце вспомогательного клапана установлена подпружиненная эксцентриковая скоба, соединенная с эксцентриковой шайбой, в полости дозирующего устройства размещен ступенчатый полый поршень с кольцевой проточкой по наружной его поверхности под выступ основного клапана, в полости поршня между его дном и регулировочным упором установлена пружина, резервуар для смазочного материала снабжен клапаном-вентилем, установленным в его полости и в полости штуцера соосно ему, при этом резервуар выполнен в виде эластичного однополостного или многополостного резервуара-камеры.

В полости эластичного резервуара-камеры клапан-вентиль закреплен на эластичной подвижной трубной стенке резервуара, прилегающей к перфорированному патрубку лубрикатора.

Резервуар-камера содержит перегородку, которой образована дополнительная вторая вспомогательная воздушная полость, при этом клапан-вентиль размещен на перегородке и снабжен осевым каналом с ниппелем и подпружинен в штуцере, кроме того, в воздушной полости может быть установлен датчик наличия смазки в полости резервуара-камеры.

Дополнительное снабжение лубрикатора клапаном-вентилем, установленным в полости для смазки и соосно в штуцере, обеспечивает регулирование равномерной подачи смазки в смазкоподающую систему и перекрытие штуцера в случае повреждения резервуара, тем самым исключает возможность попасть в смазкоподающую систему загрязненной смазки. Выполнение резервуара в виде эластичного однополостного резервуара-камеры обеспечивает изоляцию смазки от корпуса лубрикатора.

Кроме того, конструкция эластичного резервуара-камеры при ее работе (расходе смазки) обеспечивает сжатие его нормально растянутых стенок и тем самым при их повреждении, проколе, предотвращает попадание абразивной жидкости из трубного пространства лубрикатора в полость резервуара-камеры и, как следствие, исключает загрязнение смазки.

Закрепление клапана-вентиля в его полости для смазки на эластичной трубной, подвижной стенке, прилегающей к перфорированному патрубку, обеспечивает подвижность клапана-вентиля в процессе работы лубрикатора за счет создаваемого на стенку давления промывочной жидкости или воздуха в трубном пространстве и регулирует подачу смазки и прекращение поступления смазки в систему лубрикатора. Кроме того, клапан-вентиль предназначен для заполнения полости резервуара-камеры смазочным материалом. Снабжение эластичного резервуара-камеры эластичной перегородкой и образование второй вспомогательной воздушной полости, установление клапана-вентиля, имеющего осевой канал и ниппель на эластичной перегородке и подпружиненного в штуцере, расширяют технические возможности лубрикатора за счет обеспечения подачи смазки в систему при отсутствии давления жидкости или воздуха в осевом канале, например, при работе (бурении) в трещиноватых породах, когда жидкость промывочная или пеновоздушная смесь свободно уходит в трещины.

Выполнение клапана подпружиненным предотвращает искажение объема полости для смазки до полного расходования смазочного материала.

На фигуре 1 изображен общий вид наддолотного лубрикатора с однополостным эластичным резервуаром-камерой. На фигуре 2 изображена двухполостная эластичная камера с подпружиненным клапаном. На фигуре 3 изображена двухполостная эластичная камера в аксонометрии.

Наддолотный лубрикатор состоит из корпуса 1 (фиг.1) с осевым каналом 2, резьбовым кольцом 3 для крепления перфорированного патрубка 4, резервуаром-камерой 5, имеющей одну или две полости, закрепленной буртиками 6 в корпусе 1 лубрикатора.

Резервуар-камера 5 имеет полость 7 для смазочного материала, образованную герметизирующей наружной эластичной стенкой 8, примыкающей к стенке корпуса 1, и трубной стенкой 9, прилегающей к перфорированному патрубку 4.

Наддолотный лубрикатор содержит корпус 1, осевой канал 2, резьбовое кольцо 3, перфорированный патрубок 4, полый однополостной или двухполостной эластичный резервуар-камеру 5, буртики 6 для крепления эластичного резервуара-камеры, полость 7 для смазочного материала, наружную неподвижную стенку 8 камеры, трубную подвижную стенку 9 камеры, клапан-вентиль 10, штуцер 11, крепежный элемент (в сборе) 12 эластичного резервуара-камеры, заправочную полость 13, эластичную перегородку 14 двухполостной камеры (фиг.2), воздушную полость 15, канал 16, ниппель 17, пружину 18, смазкоподающий канал 19, впускной клапан 20, дозирующую полость (цилиндрическую) 21, выпускной клапан 22, смазкоподающий канал 23, подшипниковый узел 24 шарошки, датчик 25 содержания смазочного материала (фиг.3), преобразователь 26 частоты, гайку 27, заправочное приспособление 28.

На стенке 9 в полости 7 установлен клапан-вентиль 10 соосно со штуцером 11 и закреплен на нем (на штуцере 11) крепежным элементом 12 в заправочной полости 13.

При выполнении резервуара-камеры 5 двухполостным (фиг.2) его полость разделена подвижной перегородкой 14 на две полости с образованием дополнительной воздушной полости 15, сообщенной каналом 16, выполненным в клапане 10, с заправочной полостью 13.

На клапане-вентиле 10 установлены ниппель 17 и пружина 18. Заправочная полость 13 соединена смазкоподающим каналом 19, кольцевой проточкой впускного клапана 20, дозирующей цилиндрической полостью 21, дозирующим каналом выпускного клапана 22, смазкоподающим каналом 25 с подшипниковым узлом шарошки 24 долота.

Датчик 25 содержания смазочного материала в камере 7 установлен в камере и состоит из вибрационно-индукционного генератора и преобразователя частоты 26, что обеспечивает через колонну труб (свечу) подачу высокочастотных сигналов на регистрирующие приборы пульта управления.

Наддолотный лубрикатор с однополостной эластичной камерой 5 работает следующим образом. Перед спуском лубрикатора в скважину заправляют смазочным материалом эластичный резервуар-камеру 5, для чего снимают гайку 27 и через заправочное приспособление 28 подают в заправочную полость 13 смазочный материал и далее через отверстие штуцера 11 в полость 7 (фиг.1, 2).

Под действием смазочного материала трубная подвижная стенка 9 перемещается в сторону перфорированного патрубка 4 до упора с ним при полном заполнении полости 7.

Одновременно со стенкой 9 перемещается и клапан 10 (фиг.2), но при этом частично он, фиксируя свое положение, остается в штуцере 11. Гайкой герметизируют заправочное приспособление и готовый к работе лубрикатор опускают в скважину. Во время работы лубрикатора промывочная жидкость или воздух (в зависимости от технологии очистки забоя скважины), взаимодействуя с эластичной трубкой подвижной стенкой 9, через перфорированный патрубок 4 вытесняет смазочный материал из полости 7 в полость 13, смазкоподающий канал 19, впускной клапан 20 и дозирующую полость 21. При вращении лубрикатора выпускной клапан 22 открывается и смазочный материал поступает по смазкоподающему каналу 23 к подшипниковому узлу 24 шарошки.

В случае прокола эластичной камеры во время работы смазочный материал будет поступать чистым в смазкоподающую систему, т.к. она работает на сжатие, а не на растяжение, при этом подвижная трубная стенка 9 займет крайнее правое положение (фигура 1), а клапан 10 плотно перекроет штуцер 11, предотвратив попадание шлама, абразивных частиц в смазочный материал и смазкоподающие каналы лубрикатора.

Обнаружить прокол эластичной однополостной камеры можно визуально и инструментально при очередной заправке, т.к. в этом случае смазочный материал (за счет избыточного давления смазочного материала) будет поступать в осевой канал 2 лубрикатора, увеличивая неоправданные потери смазки.

Однополостная эластичная камера обеспечивает подачу смазочного материала к опорам шарошек долота только в том случае, если имеется избыточное давление воздуха или промывочной жидкости в осевом канале 2 лубрикатора (фигура 1).

Двухполостная эластичная камера (фигура 2) обеспечивает подачу смазочного материала к опорам шарошек независимо от наличия избыточного давления в осевом канале 2 (фигура 2), т.к. в эластичной полости 15 создано избыточное давление воздуха.

Лубрикатор с двухполостной эластичной камерой работает следующим образом. Предварительно в воздушной полости 15 создают избыточное воздушное давление (0,1 МПа) через канал 16 и ниппель 17, при этом клапан 10, подпружиненный пружиной 18, перемещается вправо и прижимается к стенкам штуцера 11, а ниппель 17 предотвращает выход воздуха из камеры 15. Затем так же, как и при заправке однополостной камеры в полость 7, через заправочную полость 13 подают смазочный материал под давлением более 0,15 МПа, заполняя полностью полость 7, при этом воздушная полость 15 уменьшается в объеме, а давление воздуха в ней становится равным давлению смазочного материала в заправочной полости 7, после этого заправочное приспособление закрывается герметично гайкой, лубрикатор готов к работе. По мере расходования смазочного материала давление воздуха в полости 15 будет снижаться до значения первоначального давления в ней (0,1 МПа) за счет того, что эластичная перегородка 14 с подпружиненным клапаном 10 будет перемещаться в сторону штуцера 11, вытесняя смазочный материал в полость 13 и в смазкоподающий канал 19, впускной клапан 20. При этом дозирующая полость 21 заполняется смазочным материалом, а впускной клапан 20 закрывается. При вращении лубрикатора выпускной дозирующий клапан 22 открывается и смазка подается по смазкоподающему каналу 23 к подшипниковому узлу шарошки 24 долота.

Двухполостная эластичная камера с воздушной полостью 15 обеспечивает работоспособность лубрикатора (подачу смазочного материала) и без внешнего избыточного давления воздуха или промывочной жидкости в осевом канале 2, т. к. в камере 9 создано постоянное избыточное давление. В случае прекращения подачи промывочной жидкости или воздуха по техническим причинам или при бурении пород с интенсивной трещиноватостью за счет избыточного давления, созданного в воздушной полости 15, смазочный материал будет поступать по смазкоподающим 19, впускному клапану 20 в дозирующую полость 21. После заполнения полости 21 впускной клапан 20 закрывается, а смазка вытесняется поршнем через выпускной дозирующий клапан 22 к подшипниковым узлам шарошек только при работающем лубрикаторе ввиду того, что выпускной клапан 22 открывается за счет вибрационно-инерционных сил, возникающих при вращении лубрикатора.

Цилиндрическая дозирующая полость 21 многократно по мере расхода смазки пополняется смазочным материалом из полости 7 для смазочного материала за счет избыточного давления в воздушной полости 15 или давления промывочной жидкости, воздуха в осевом канале 2.

При полном расходовании смазочного материала эластичная перегородка 14 в двухполостной камере перемещается вправо в сторону штуцера 11, при этом контакты (на фигуре не указаны) преобразователя частоты 26 замыкаются и сигнал от датчика 25 поступает на пульт управления о необходимости заправки эластичного резервуара-камеры смазочным материалом.

Предлагаемый лубрикатор позволяет повысить надежность работы буровых долот, уменьшить спуско-подъемные операции бурового става по замене долот и заправке лубрикатора смазочным материалом и тем самым повысить производительность труда при бурении скважин.

Использование: шарошечный породоразрушающий инструмент для бурения скважин, в частности устройства для смазки опор шарошек долота. Сущность: в наддолотном лубрикаторе дифференциально-дозирующее устройство снабжено дополнительным клапаном и эксцентриковой шайбой. Клапаны выполнены в виде подвижных стержней с проточками на боковой поверхности. Дополнительный клапан имеет эксцентриковую подпружиненную скобу. Шток выполнен в виде полого ступенчатого поршня с кольцевой проточкой под выступ клапана. Пружина установлена в полости между ее дном и упором. Шайба установлена на оси упора. Клапан может быть расположен в штуцере на стенке. Резервуар может содержать перегородку для образования полости. Клапан -вентиль размещен на перегородке, подпружинен в штуцер и имеет осевой канал и клапан. На перегородке, образующей воздушную полость, установлен датчик наличия смазки. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Наддолотный лубрикатор, содержащий корпус с осевым каналом, резервуаром для смазочного материала и штуцером, заправочный узел, дифференциально-дозирующее устройство с регулировочным упором с осью и пружиной, дозирующей полостью, подвижным штоком, установленным в дозирующей полости и взаимодействующим с клапаном, и смазкоподающими каналами, сообщенными с резервуаром и опорами долота, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным клапаном, размещенным в дозирующей полости, и эксцентриковой шайбой, при этом основной и дополнительный клапаны выполнены в виде подвижных стержней с проточками на боковых поверхностях, а резервуар выполнен с эластичными стенками и перфорированным патрубком, размещенным внутри резервуара, причем основной клапан снабжен выступом на наружной поверхности, а дополнительный эксцентриковой подпружиненной скобой на конце, шток выполнен в виде полого ступенчатого поршня с кольцевой проточкой под выступ основного клапана, при этом пружина установлена в полости поршня между ее дном и регулировочным упором, эксцентриковая шайба на оси регулировочного упора с возможностью взаимодействия с подпружиненной скобой. 2. Лубрикатор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен клапаном-вентилем, закрепленным одним концом на стенке резервуара, прилегающей к перфорированному патрубку, а другим расположенным в штуцере. 3. Лубрикатор по п. 1, отличающийся тем, что резервуар для смазочного материала содержит эластичную перегородку, которой образована дополнительная воздушная полость, при этом клапан-вентиль размещен на перегородке, подпружинен в штуцере и снабжен осевым каналом и ниппелем. 4. Лубрикатор по п.1, отличающийся тем, что на перегородке, образующей воздушную полость, установлен датчик наличия смазки в полости для смазочного материала.