САМОУСТАНАВЛИВАЮЩАЯСЯ ОПОРА ВАЛА Российский патент 1999 года по МПК F16C3/02 F16J15/56 F16L27/47 

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию опорной сборки, которая может быть использована в сочетании с устройством уплотнения для осуществления опоры элемента, который движется относительно основания.

Один из примеров применения изобретения касается опорной сборки, которая может быть использована для поддержки главной тяги насосного блока, который через уплотнение соединен с главной тягой. В качестве другого примера можно указать на поддержку вращающегося вала с уплотнением.

Трудности, встречающиеся при создании опоры для узлов, которые перемещаются относительно основания, таких как вращающиеся валы или совершающие возвратно-поступательное движение главные тяги, включают в себя трудность обеспечения удовлетворительного уплотнения в том случае, когда вращающийся или совершающий возвратно-поступательное движение узел производит относительный боковой или угловой сдвиг относительно кожуха в той области, где установлено уплотнение (сальник). Подобное обстоятельство может иметь место в связи с вращающимся валом в том случае, когда вал смещен или изогнут, что приводит к "орбитальному движению" одного из участков вала вокруг центральной оси в течение цикла вращения. В случае применения главной тяги насоса трудности возникают в том случае, когда средства привода, вызывающие возвратно-поступательное движение главной тяги, не совмещены с центральной осью головки насоса, или в том случае, когда по самой природе средств привода они могут прогибаться и нарушать совмещение во время каждого своего такта работы.

Уже были предложены самые различные построения опор, приспособленных к осуществлению боковых или угловых сдвигов вращающихся узлов относительно кожуха, однако такие построения оказались неудовлетворительными в том случае, когда вращающиеся узлы подвержены тяжелым растягивающим нагрузкам, как, например, в случае главной тяги насоса или высоких дифференциальных (разностных) давлений жидкости, которая воздействует на опорную сборку или уплотнение.

Пример построения опоры раскрыт в заявке на патент Австралии 625322, в которой предлагается направляющая для вращающегося вала, которая позволяет главной тяге насоса осуществлять боковое и угловое смещение относительно кожуха. Однако было обнаружено, что, несмотря на то, что во многих случаях такое построение обеспечивает удовлетворительный результат, даже тогда, когда эта опорная сборка испытывает большие нагрузки в результате давления жидкости в пределах устья скважины, тем не менее, высокие уровни нагрузок создаются между подшипником и кольцами подшипника сборки, что ограничивает свободу движения между узлом подшипника и кожухом.

Одной из задач настоящего изобретения является создание направляющей для поддержки подвижного узда относительно основания, которая позволяет совершать как относительное боковое, так и угловое смещение (сдвиг) подвижного узла относительно основания в условиях высокого давления.

В соответствии с одной из форм изобретения в нем предлагается направляющая для поддержки первого узла в кожухе, причем указанный первый узел способен совершать вращательное и возвратно-поступательное относительно кожуха, в то время как указанный первый узел может также создавать боковой или угловой сдвиг относительно кожуха; указанная направляющая содержит корпус подшипника, имеющий первую и вторую осевые стороны, главным образом смотрящие в противоположных направлениях друг относительно друга, причем указанных корпус подшипника осуществляет поддержку направляющей, при этом указанная направляющая содержит центральное звено, имеющее образованный в ней осевой проход, который позволяет вводить в него с уплотнением первый узел для осуществления возможности создания указанного вращательного и возвратно-поступательного движения, причем указанная направляющая дополнительно содержит главным образом кольцевой фланец, который установлен в корпусе подшипника между его первой и второй осевыми сторонами, при этом указанная направляющая поддерживается с первой и второй осевых сторон двумя кольцевыми подшипниками, причем один из подшипников расположен между одной осевой стороной фланца и первой осевой стороной корпуса подшипника, а второй подшипник расположен между другой осевой стороной фланца и второй осевой стороной корпуса подшипника, при этом противоположные стороны подшипников главным образом параллельны друг другу и содержат установленный между ними со скольжением фланец, позволяющий осуществлять боковое движение между направляющей и корпусом подшипника, причем осевые стороны корпуса подшипника и опорная (прилегающая) сторона соответствующего подшипника имеют главным образом сферическую конфигурацию, что позволяет подшипникам осуществлять угловой сдвиг относительно корпуса подшипника.

В соответствии с преимущественной характеристикой изобретения, радиусы сферической поверхности подшипников одинаковы. Дополнительно, предпочтительным является такое построение, при котором центральные оси сферических поверхностей расположены на центральной оси центрального звена. Более того, центральные оси сферических поверхностей каждого подшипника могут быть смещены друг относительно друга вдоль указанной центральной оси.

В соответствии с дополнительной преимущественной характеристикой настоящего изобретения, предусмотрены средства уплотнения между направляющей и подшипниками, для обеспечения прохода жидкости с одной стороны опорной сборки на другую. Средства уплотнения преимущественно содержат сальники, предусмотренные на опорных сторонах фланцев и подшипников, а также на осевых сторонах корпуса подшипника и соответствующего подшипника. В соответствии с предпочтительной характеристикой, может быть предусмотрен сальник только между одним подшипником и соответствующей стороной фланца и осевой стороной корпуса подшипника. В таком случае другой подшипник может быть модифицирован, чтобы позволить жидкости протекать через подшипник в корпус подшипника.

Изобретение может быть лучше понято из последующего описания одного из конкретных видов его осуществления. Это описание будет сделано со ссылкой на сопроводительный чертеж, на котором показано схематическое сечение в виде спереди опорной сборки в соответствии с этим видом осуществления изобретения.

Данный вариант осуществления изобретения направлен на создание опорной сборки для поддержки главной тяги насоса 11 в кожухе 10. Такое построение может найти частное применение в том случае, когда главная тяга 11 в ходе своей работы может смещаться относительно центральной оси буровой скважины для осуществления относительного бокового или углового сдвига главной тяги относительно кожуха 12 опоры. Ранее было обнаружено, что силы, которые создаются за счет смещения главной тяги 11, могут быть особенно разрушительными для средства уплотнения, предусмотренного на кожухе 12.

В предлагаемом устройстве имеется корпус подшипника, который ограничивает камеру подшипников 13. Корпус подшипника содержит основание 14, которое является главным образом трубчатой конструкцией, и крышку 15, которая навинчена (по резьбе) на основание 14, причем камера подшипников 13 создана между самым дальним от центра концом основания 14 и внутренней поверхностью крышки 15. Сальник 35 в виде уплотнительного кольца, установленного в верхней части основания 14, удерживается шайбой 36, которая герметично устанавливается в крышку 15 при ее навинчивании на основание. Сальник 35 служит для обеспечения герметичности камеры подшипников 13. Основание 14 поддерживается в его самой внутренней относительно корпуса 12 части. Крышка 15 имеет центральное отверстие 16, которое в основном соответствует диаметру проточки основания 14. Следует отметить, что диаметр отверстия 16 и проточки основания 14 превосходит диаметр главной тяги 11, при этом между ними создается достаточный зазор для осуществления бокового смещения главной тяги 11 относительно центральной оси 17 буровой скважины. Опорная сборка дополнительно включает в себя направляющую 18, которая содержит центральное звено 19, имеющее трубчатую конфигурацию с проточкой 20, диаметр которой в основном соответствует диаметру главной тяги 11. Проточка имеет центральную ось 17. Центральное звено 19 направляющей 18 простирается в проточку основания 14 и имеет на своем самом близком к центру (внутреннем) конце первую втулку 21, которая поддерживает главную тягу 11 с возможностью скольжения (со скользящей посадкой), а также сальник 22, Внешний конец центрального звена 19 содержит вторую втулку 23 и сальник или набивочную камеру сальника 24, которые могут иметь любую форму, которая желательна для размещения главной тяги 11 с уплотнением и возможностью скольжения.

Направляющая 18 дополнительно содержит кольцевой фланец 25, который входит в камеру подшипников 13 между одним концом основания 14 и крышкой 15, при этом конец основания 14 образует первую осевую сторону 26, а внутренняя осевая сторона крышки 15 образует вторую осевую сторону 27. Осевые стороны фланца 25 в основном параллельны друг другу и перпендикулярны к центральной оси 17 центрального звена 19. Фланец 25 направляющей 18 поддерживается в камере подшипников 13 при помощи первого и второго подшипников 28 и 29, причем первый подшипник 28 установлен под первой осевой стороной фланца 25. Второй подшипник 29 установлен между второй осевой стороной 27 камеры подшипников 13 и противоположной осевой стороной фланца 25. Противоположные осевые стороны подшипников 28 и 29 главным образом параллельны и смещены друг относительно друга для установки между ними со скольжением фланца 25, чтобы позволить фланцу 25 осуществлять движение перпендикулярно центральной оси 17 центрального звена 19.

Самые дальние от центра осевые стороны 30 и 31 каждого из подшипников, которые упираются в соответствующие первую и вторую осевые стороны 26 и 27 камеры подшипников 23, имеют сферическую конфигурацию, а соответствующие первая и вторая осевые стороны камеры подшипников имеют дополняющую конфигурацию. Радиусы внешней осевой стороны каждого подшипника главным образом равны друг другу и центр кривизны каждого из них расположен на центральной оси 17 центрального звена 19, на которой центры кривизны каждой из сферических поверхностей смещены друг относительно друга по центральной оси 17. В результате наличия сферических конфигураций внешних осевых сторон 30 и 31 подшипника и дополняющих конфигураций соответствующих осевых сторон 26 и 27 камеры подшипников 13, подшипники обладают возможностью вращения (поворота) относительно их центров кривизны, чтобы позволить осуществить угловое смещение (сдвиг) направляющей относительно камеры подшипников. Для облегчения смазки поверхностей подшипников опорной сборки, пространство между фланцем и подшипниками и между каждым из подшипников и осевыми сторонами камеры подшипников может быть заполнено смазочным материалом, при этом соответствующие сальники могут быть предусмотрены на противоположных сторонах подшипников и фланцев и на подшипниках и соответствующих осевых сторонах камеры подшипников 13.

В случае показанного на чертеже варианта осуществления настоящего изобретения предусмотрено облегчение (улучшение) смазки поверхностей подшипников, с использованием смазочного материала, который нагнетается из буровой скважины. Такая смазочная жидкость может присутствовать в пространстве, ограниченном между проточкой основания 14 и главной тягой 11. Для облегчения прохождения такой жидкости в камеру 13 подшипников предусмотрен подшипник 28 с соответствующими каналами 32, которые идут радиально через подшипник и позволяют организовать связь внутреннего пространства камеры подшипников 13 с пространством, ограниченным внутренней проточкой основания 14 и главной тягой 11. Такие каналы 32 организованы при помощи радиальных канавок, образованных на стороне подшипника, которая контактирует с фланцем 25. Альтернативно, каналы 32 могут быть образованы радиальными проходами, созданными в теле подшипника 28. В результате наличия каналов 32 жидкость, которая транспортируется вверх из буровой скважины, имеет возможность прохода в камеру подшипников 13 для улучшения смазки прилегающих поверхностей. Однако при таком решении должны быть предусмотрены соответствующие сальники 33 и 34 между самым дальним от центра кольцом 29 и фланцем 25 и второй осевой стороной 27 камеры подшипников 13 для предотвращения утечки жидкости из камеры подшипников 13.

Дополнительно к осуществлению смазки направляющей, присутствие жидкости в камере подшипников 13 также создает повышенное давление в камере подшипников 13 и уменьшает дифференциальное давление, которое в противном случае существовало бы между противоположными осевыми сторонами самого внутреннего подшипника 26, и в результате уменьшает нагрузки трения, которые в противном случае могли бы создаваться между подшипниками и фланцем.

Если есть такое желание, то пространство, ограниченное в камере подшипников по внешней радиальной стороне фланца и подшипника, может иметь повышенное давление для противодействия давлению внутри буровой скважины. Такое повышенное давление может быть создано за счет жидкости, нагнетаемой из скважины, или при помощи соответствующей гидравлической жидкости или газообразной среды.

В соответствии с настоящим изобретением предусматривается создание средства опоры совершающей возвратно-поступательное движение главной тяги, которое подвержено воздействию циклических сдвигов главной тяги 11 в боковом и угловом направлениях в результате смещения главной тяги из буровой скважины и относительно центральной оси буровой скважины, и которое служит для уменьшения нагрузок, которые в противном случае могли бы воздействовать и на саму главную тягу в результате такого смещения.

Дополнительно, предложенное в настоящем изобретении решение может найти применение в обстоятельствах, когда необходимо осуществлять с уплотнением поддержку вала, который имеет возможность совершать вращение относительно его центральной оси.

Следует отметить, что объем патентных притязаний настоящего изобретения не ограничивается описанным выше вариантом его осуществления.

Опора предназначена для использования в сочетании с устройством уплотнения для осуществления опоры элемента, который движется относительно основания. Направляющая (18) осуществляет контроль вращения и возвратно-поступательного движения вала (11) относительно кожуха (12). К направляющей (18) присоединен фланец (25), причем первый подшипник (28) установлен между фланцем (25) и первой осевой поверхностью (26) кожуха (12), а второй подшипник (29) установлен между фланцем (25) и второй осевой поверхностью (27) кожуха (12). Указанные компоненты взаимодействуют для обеспечения возможности вращательного и возвратно-поступательного движения вала (11), а также позволяют валу (11) совершать угловое перемещение относительно кожуха (12) в условиях высокого давления. 15 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Самоустанавливающаяся опора вала, отличающаяся тем, что она включает в себя кожух с проходящей через его внутреннее пространство осью, имеющий первую и вторую осевые стороны в пределах внутреннего пространства указанного кожуха; направляющую, расположенную в пределах указанного кожуха и имеющую осевой проход для контроля вала в направлении, главным образом параллельном оси указанного кожуха, причем указанная направляющая позволяет валу совершать возвратно-поступательное и вращательное движения в пределах осевого прохода через указанную направляющую; фланец, подсоединенный к указанной направляющей в плоскости, главным образом перпендикулярной осевому проходу через указанную направляющую, и подшипник, контактирующий с указанным фланцем и первой и второй осевыми сторонами указанного кожуха, причем указанный подшипник позволяет указанному фланцу перемещаться внутри указанного кожуха в направлении, главным образом поперечном относительно оси указанного кожуха, при этом указанный подшипник дополнительно позволяет указанной направляющей перемещаться в указанном кожухе в угловом направлении относительно оси указанного кожуха. 2. Опора по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно включает в себя сальник, установленный между валом и осевым проходом указанной направляющей. 3. Опора по п.2, отличающаяся тем, что вал содержит главную тягу, а указанный сальник содержит набивочную камеру. 4. Опора по п.1, отличающаяся тем, что указанный фланец контактирует с двумя осевыми поверхностями указанного подшипника. 5. Опора по п.4, отличающаяся тем, что указанные две осевые поверхности указанного подшипника главным образом параллельны друг другу. 6. Опора по п.1, отличающаяся тем, что указанный подшипник включает в себя первый подшипник, который находится в контакте с первой осевой стороной указанного кожуха, и дополнительно содержит второй подшипник, который находится в контакте с второй осевой стороной указанного кожуха. 7. Опора по п.6, отличающаяся тем, что указанные первый и второй подшипники имеют главным образом параллельные осевые поверхности, находящиеся в контакте с указанным фланцем. 8. Опора по п.6, отличающаяся тем, что первая и вторая осевые стороны указанного кожуха являются сферическими, чтобы позволить указанной направляющей совершать угловое перемещение относительно оси указанного кожуха. 9. Опора по п.8, отличающаяся тем, что все сферические радиусы первой и второй осевых сторон указанного кожуха главным образом равны друг другу. 10. Опора по п.1, отличающаяся тем, что указанный фланец выполнен в виде кругового кольца относительно указанной направляющей. 11. Опора по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит по меньшей мере одну втулку, установленную между валом и указанной направляющей для центровки вала в осевом проходе указанной направляющей. 12. Опора по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит по меньшей мере один канал в указанном подшипнике для выравнивания давления в указанном кожухе. 13. Опора по п.6, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит по меньшей мере один канал в указанном первом подшипнике для выравнивания давления в указанном кожухе. 14. Опора по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит сальник, установленный между указанными фланцем и подшипником. 15. Опора по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит сальник, установленный между указанными подшипником и кожухом. 16. Опора по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит сальник, установленный между указанным первым подшипником и первой осевой стороной указанного кожуха.