Гибкий вал Российский патент 2019 года по МПК E21B43/11 F16C1/02 F16C1/08 

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования, преимущественно, в устройствах для перфорации обсаженных скважин для передачи вращательного и поступательного движения режущему инструменту. Изобретение также может быть использовано в механизмах и машинах для передачи крутящих моментов от привода до исполнительного органа, расположенного на значительном удалении с большими углами несоосности.

Известен гибкий вал по патенту на изобретение №2297558 (опубликовано: 20.04.2007, бюл. №11), содержащий оболочку в виде отдельных звеньев с центральным отверстием, контактирующих концевыми частями друг с другом посредством соединительного элемента, выполненного на одной из концевых частей звена, и гнезда, выполненного на другой его концевой части, с возможностью ограниченного пространственного перемещения при этом звеньев друг относительно друга, и размещенный в отверстиях звеньев сердечник, причем каждое звено оболочки выполнено в виде цилиндрической втулки, на одной из концевых частей которой в качестве соединительного элемента выполнено два выступа таврового профиля, расположенных в диаметральной плоскости оппозитно друг другу, внешние поверхности стенок которых выполнены заодно с внешней кольцевой поверхностью цилиндрической втулки, и с расстоянием между внутренними поверхностями стенок, приблизительно равным диаметру центрального отверстия звена, при этом на другой концевой части втулки перпендикулярно диаметральной плоскости расположения упомянутых выступов в качестве гнезда выполнен поперечный сквозной паз таврового профиля, ориентированный вырезом полки таврового профиля внутрь цилиндрической втулки, а вырезом стенки таврового профиля - к торцу указанной втулки, причем размерные параметры и профиль упомянутого паза выполнены из условия размещения в нем указанных выступов для обеспечения шарнирного соединения звеньев с возможностью их ограниченного пространственного перемещения друг относительно друга, при этом поверх оболочки вала дополнительно размещена навивка в виде спирали.

Недостатком указанного известного гибкого вала является сложность конструкции, неудобство сборки, а значит и недостаточная надежность в работе, ввиду того, что гибкий вал патенту на изобретение №2297558 не позволяет обеспечить повышенную осевую жесткость и значительный крутящий момент особенно при перфорации скважин, пробуренных в твердых породах.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по назначению и совокупности признаков является гибкий вал перфоратора, описанный в заявке на изобретение RU 2006121052 (опубликовано: 27.12.2007), включающий концевые элементы, соединенные гибкой частью, выполненной в виде последовательно расположенных промежуточных наружных цилиндрических втулок, в которых выполнены сквозные отверстия, и вкладышей, вставленных в сквозные отверстия наружных втулок с зазором, каждый из которых также выполнен со сквозным отверстием и вставлен одновременно в две соседние наружные втулки, причем в сквозных отверстиях наружных втулок и вкладышей размещен трос, а наружные втулки и вкладыши соединены друг с другом с возможностью ограниченного пространственного перемещения друг относительно друга в любой плоскости, посредством шлицевого соединения с использованием шлицев - выступов и впадин, при этом шлицы в отверстии наружной втулки выполнены прямозубыми, а сопрягаемые с ними шлицы вкладышей выполнены со скругленными поверхностями, причем в сквозные отверстия наружных втулок и вкладышей дополнительно пропущен гибкий рукав.

Недостатком указанного известного гибкого вала является наличие гибкого троса, который устанавливается внутрь гибкого вала в полую трубку - напорный рукав, посредством которого на режущий инструмент подается рабочая жидкость и тем самым наличие троса в напорном рукаве уменьшает напор и количество жидкости, которое подается на режущий инструмент, что приводит к недостатку промывочной жидкости для выноса породы из канала и уменьшению скорости проходки, также к недостаткам относится конструктивная сложность гибкого вала и недолговечность конструкции ввиду наличия навивки в виде спирали.

Предлагаемым изобретением решается задача увеличения подачи рабочей жидкости направленной на режущий инструмент, упрощении сборки гибкого вала, удобство в эксплуатации и долговечности гибкого вала, а также получения минимального радиуса изгиба вала.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в расширении эксплуатационных возможностей за счет увеличения количества и качества подачи жидкости на рабочий инструмент, повышения надежности работы за счет обеспечения надежного соединения звеньев друг с другом, обеспечения различного, в том числе и малого радиуса изгиба, с созданием при перфорации прямолинейных перфорационных каналов.

Для достижения указанного технического результата в гибком вале содержащем оболочку в виде отдельных звеньев контактирующих друг с другом концевыми частями с возможностью ограниченного пространственного перемещения, звенья выполнены с центральным отверстием, в котором размещен в сердечник, причем звенья выполнены двух видов: в виде цилиндрической втулки и вкладыша, которые соединены друг с другом посредством штифта крепежного с возможностью ограниченного пространственного перемещения друг относительно друга в любой плоскости, при этом на обеих концевых частях цилиндрической втулки выполнено четыре прорези, образующие при этом четыре зубца, размещенные под углом 90° друг к другу, причем в центральной части двух противоположно расположенных зубцов с одной стороны цилиндрической втулки выполнены сквозные отверстия, и в центральной части соседних зубцов, но с другого конца цилиндрической втулки также выполнены сквозные отверстия, а звенья, выполненные в виде вкладыша представляют собой втулку с четырьмя выступами, выполненными в виде прямоугольного параллелепипеда и размещенными в средней части вкладыша вдоль внешней поверхности попарно друг против друга, образовывая при этом на вкладыше две концевые части, на которых попарно с одного конца между двумя противоположно расположенными выступами с одной стороны и с другого конца между двумя соседними выступами выполнены сквозные пазы овальной формы, а внутренний диаметр цилиндрической втулки выполнен с обоих концов втулки ступенчатым, образуя, при этом посадочное место для концевой части вкладыша.

Отличительными признаками предлагаемого гибкого вала, от наиболее близкого, указанного выше является то, что звенья выполнены двух видов: в виде цилиндрической втулки и вкладыша, которые соединены друг с другом посредством штифта крепежного с возможностью ограниченного пространственного перемещения друг относительно друга в любой плоскости, при этом на обеих концевых частях цилиндрической втулки выполнено четыре прорези, образующие при этом четыре зубца, размещенные под углом 90° друг к другу, причем в центральной части двух противоположно расположенных зубцов с одной стороны цилиндрической втулки выполнены сквозные отверстия, и в центральной части соседних зубцов, но с другого конца цилиндрической втулки также выполнены сквозные отверстия, при этом звенья, выполненные в виде вкладыша представляют собой втулку с четырьмя выступами выполненными в виде прямоугольного параллелепипеда и размещенными в средней части вкладыша вдоль внешней поверхности попарно друг против друга, образовывая при этом на вкладыше две концевые части, на которых попарно с одного конца между двумя противоположно расположенными выступами с одной стороны и с другого конца между двумя соседними выступами выполнены сквозные пазы овальной формы, а внутренний диаметр цилиндрической втулки выполнен с обоих концов втулки ступенчатым, образуя, при этом посадочное место для концевой части вкладыша.

Благодаря выполнению цепи звеньев в виде чередующихся цилиндрической втулки и вкладыша, соединенных друг с другом посредством штифта крепежного с возможностью ограниченного пространственного перемещения друг относительно друга в любой плоскости, отпадает необходимость установки внутри цепи звеньев гибкого троса, что приводит к качественной и количественной подаче жидкости на рабочий инструмент, что позволяет расширить эксплуатационные возможности заявляемого гибкого вала и использовать его при различных условиях эксплуатации, в том числе при перфорации пород различной твердости.

Кроме того, гибкий вал, составленный из звеньев, заявляемой конструкции, позволяет также получать малый радиус изгиба и обеспечивает при перфорационных работах прямолинейность перфорационных каналов.

Благодаря наличию этих признаков в предлагаемой конструкции повышается долговечность гибкого вала, снижается материалоемкость конструкции, упрощается, ускоряется и удешевляется монтаж конструкции, повышается удобство сборки и эксплуатации гибкого вала.

Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3

На фиг. 1 показан продольный разрез гибкого вала На фиг.2 показано звено оболочки в виде цилиндрической втулки На фиг. 3 показано звено оболочки в виде вкладыша Заявляемый гибкий вал представляет собой цепь звеньев, соединенных друг с другом концевыми частями (фиг.1). Цепь звеньев выполнена в виде чередующихся цилиндрической втулки 1 и вкладыша 2, На обеих концевых частях цилиндрической втулки 1 (фиг. 1) выполнены четыре прорези, образующие при этом четыре зубца 3 (фиг. 2), размещенные попарно друг напротив друга под углом 90°, причем в центральной части двух противоположно расположенных зубцов с одной стороны цилиндрической втулки выполнены сквозные отверстия 4, и в центральной части соседних зубцов 3, но с другого конца цилиндрической втулки также выполнены сквозные отверстия 4. Внешние поверхности стенок зубцов 3 выполнены с фаской. Внутренний диаметр цилиндрической втулки 1 выполнен ступенчатым (фиг. 2), образуя при этом с обоих концов цилиндрической втулки 1 посадочное место - посадочную часть цилиндрической втулки предназначенную для концевой части вкладыша 2. Звенья, выполненные в виде вкладыша 2 (фиг. 3), представляют собой втулку с четырьмя выступами 5 выполненными в виде прямоугольного параллелепипеда и размещенными в средней части вкладыша вдоль внешней поверхности попарно друг против друга, образовывая при этом на вкладыше две концевые части. Выступы вкладыша выполнены в виде прямоугольного параллелепипеда с двумя скошенными внешними углами. Поверхность вкладыша между выступами 5 уплощена. На концевых частях вкладышей 2 выполнены сквозные пазы 6 овальной формы. Два паза 6 размещены друг против друга на одной концевой уплощенной части вкладыша 2, а еще два паза размещены с противоположного конца вкладыша 2 друг против друга. Гибкий вал собирается в цепь звеньев, включающую цилиндрические втулки 1 и вкладыши 2, соединенные концевыми частями, причем соединены звенья друг с другом посредством штифта крепежного 7, проходящего через отверстие 4 цилиндрической втулки и сквозной паз 6 вкладыша. Цилиндрические втулки 1 и вкладыши 2 соединенные посредством штифта крепежного 7 выполнены с возможностью ограниченного пространственного перемещения друг относительно друга в любой плоскости. При этом размерные параметры сквозного паза 6 (длина, ширина) и диаметр отверстия 3, выполнены из условия размещения в упомянутом сквозном пазу 6 штифта крепежного 7 для обеспечения шарнирного соединения одного звена с другим (с возможностью при этом ограниченного частичного пространственного перемещения звеньев относительно друг друга, преимущественно, по оси и по дуге окружности).

Кроме того, в случае необходимости получения гибкого вала с большой степенью свободы изгиба, следует выполнять ниже приведенные соотношения: глубина посадочной части цилиндрической втулки должна быть больше чем длина концевой части вкладыша; внешняя цилиндрическая поверхность зубцов втулки должна быть выполнена с фаской; на концевых частях вкладыша должна быть выполнена фаска; размер ширины пазов цилиндрической втулки должен быть выполнен больше чем ширина выступа вкладыша выполненного в форме прямоугольного параллелепипеда; боковые стороны трапецеидальных выступов вкладыша должны быть выполнены с фасками.

Собранный гибкий вал одним концом присоединяют к приводному механизму, а другим концом - к режущему инструменту с обеспечением сообщения проточного канала полой трубки с промывочным каналом режущего инструмента. При работе привода производится передача крутящего момента и продольной нагрузки по всей длине гибкого вала от звена к звену посредством взаимодействия поверхностей гнезда и выступов, причем указанный эффект будет происходить при различных изгибах гибкого вала, в том числе при малом радиусе изгиба.

Благодаря указанным качествам предлагаемый гибкий вал обеспечивает надежную работу перфорационного устройства в целом и расширяет его эксплуатационные возможности.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования, преимущественно, в устройствах для перфорации обсаженных скважин для передачи вращательного и поступательного движения режущему инструменту. Гибкий вал содержит оболочку в виде отдельных звеньев, контактирующих друг с другом концевыми частями с возможностью ограниченного пространственного перемещения. Звенья выполнены с центральным отверстием, в котором размещен сердечник. Звенья выполнены двух видов: в виде цилиндрической втулки и вкладыша, которые соединены друг с другом посредством штифта крепежного с возможностью ограниченного пространственного перемещения друг относительно друга в любой плоскости. На обеих концевых частях цилиндрической втулки выполнено четыре прорези, образующие при этом четыре зубца, размещенные попарно друг напротив друга под углом 90°. В центральной части двух противоположно расположенных зубцов с одной стороны цилиндрической втулки выполнены сквозные отверстия. В центральной части соседних зубцов, но с другого конца цилиндрической втулки, также выполнены сквозные отверстия. Звенья, выполненные в виде вкладыша, представляют собой втулку с четырьмя выступами, выполненными в виде прямоугольного параллелепипеда и размещенными в средней части вкладыша вдоль внешней поверхности попарно друг против друга под углом 90°, образуя при этом на вкладыше две концевые части, на которых попарно с одного конца между двумя противоположно расположенными выступами и с другого конца между двумя соседними выступами выполнены сквозные пазы овальной формы. Внутренний диаметр цилиндрической втулки выполнен с обоих концов втулки ступенчатым, образуя посадочное место для концевой части вкладыша. Обеспечивается повышение надежности работы за счет надежного соединения звеньев друг с другом, расширение эксплуатационных возможностей за счет качественной подачи жидкости на рабочий инструмент. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Гибкий вал, содержащий оболочку в виде отдельных звеньев, контактирующих друг с другом концевыми частями с возможностью ограниченного пространственного перемещения, звенья выполнены с центральным отверстием, в котором размещен сердечник, отличающийся тем, что звенья выполнены двух видов: в виде цилиндрической втулки и вкладыша, которые соединены друг с другом посредством штифта крепежного с возможностью ограниченного пространственного перемещения друг относительно друга в любой плоскости, при этом на обеих концевых частях цилиндрической втулки выполнено четыре прорези, образующие при этом четыре зубца, размещенные попарно друг напротив друга под углом 90°, причем в центральной части двух противоположно расположенных зубцов с одной стороны цилиндрической втулки выполнены сквозные отверстия, и в центральной части соседних зубцов, но с другого конца цилиндрической втулки, также выполнены сквозные отверстия, а звенья, выполненные в виде вкладыша, представляют собой втулку с четырьмя выступами, выполненными в виде прямоугольного параллелепипеда и размещенными в средней части вкладыша вдоль внешней поверхности попарно друг против друга под углом 90°, образуя при этом на вкладыше две концевые части, на которых попарно с одного конца между двумя противоположно расположенными выступами и с другого конца между двумя соседними выступами выполнены сквозные пазы овальной формы, а внутренний диаметр цилиндрической втулки выполнен с обоих концов втулки ступенчатым, образуя при этом посадочное место для концевой части вкладыша.

2. Гибкий вал по п. 1, отличающийся тем, что глубина посадочного места цилиндрической втулки больше, чем длина концевой части вкладыша.

3. Гибкий вал по п. 1, отличающийся тем, что внешняя цилиндрическая поверхность зубцов цилиндрической втулки выполнена с фаской.

4. Гибкий вал по п. 1, отличающийся тем, что размер ширины пазов цилиндрической втулки выполнен больше, чем ширина выступа вкладыша, выполненного в форме прямоугольного параллелепипеда.

5. Гибкий вал по п. 1, отличающийся тем, что боковые стороны пазов цилиндрической втулки выполнены с фасками.

6. Гибкий вал по п. 1, отличающийся тем, что на концевой части вкладыша выполнена фаска.