JP2014503727A5 - ロータリコーンロックビット内の潤滑剤圧力脈動を低減するためのドリルツール - Google Patents

Description

ビットを操作する間、回転しているコーン１４は、ヘッドに沿って、少なくとも軸方向に振動する。この動きは、当該技術分野において、通常「コーンポンプ」と呼称される。コーンポンピングは、掘削過程の間、岩石によってコーンに作用する外力に起因する生来的な動きである。ヘッドに関するコーンポンピング動作の振動周期は、ビットの回転速度に関連する。コーンポンピング動作の振動の大きさは、軸受システムに設けられた製造クリアランスに関連する（より詳細には、面４０と第１ローラ軸受１６の軌道４４との間、面６０と第２ローラ軸受２２の軌道６４との間、面６６と第１ラジアル摩擦軸受２４の面６８との間、及び面７０と第２ラジアル摩擦軸受２６の面７２との間に画定される製造クリアランス）。上記大きさは、コーン用保持システム（例えば、ボールレース）に連関する幾何と耐性とによってさらに影響される。コーンポンピング動作が生じるとき、軸受システムの上述したシリンダ状面、ラジアル面の間に画定される空隙が変化する。この体積変化は、空隙に供された潤滑剤を圧迫する。

コーンポンピングは、シリンダ状摩擦軸受１６’を用いるビットにも関わる。再び、（一般にラジアルスラスト軸受に対し又はその近傍に生じる）この圧力パルスに応答して、グリスは、一連の潤滑チャネル２８（図１も参照）を経由し、軸受システム（例えば、スラスト軸受面）と圧力補償器３０との間の第１経路７４に沿って流れる。圧力補償器３０は、そのエラストマー膜で体積変化を補償することによって、圧力パルスを低減し、又は緩衝するように設計されている。しかしながら、本技術分野において以下のことが知られている。すなわち、圧力パルスは、圧力補償器３０の有無と作動とに拘わらず、密封システム３２によって感応され得る。グリス流通用の他の経路が存在することのためである。例えば、グリスは、軌道２０を経由して第２経路７６に沿って流れ、さらには軸受システムと密封システム３２との間の面４０’に沿って流れることがある。加えて、グリスは、軌道２０、一連の潤滑チャネル２８、及び面４０’を経由して、軸受システムと密封システム３２との間の第３経路７８に沿って流れることがある。

図５Ｇは、圧力抑制器システム２００の環状グランド２０２内に図５Ｃの抑制部材２０４を装着したところを示している。この抑制部材２０４は、（図５Ｅ、５Ｆと比べ）流体流通通路２０６を欠如しているので、抑制部材は、面１４０に沿って、圧力抑制器システム２００の一方の側から圧力抑制器システム２００の他方の側への抑制された潤滑剤の流通が許容された状態で、環状グランド２０２内に装着されるように構成されている。かかる構成は、例えば、抑制部材２０４が非密封圧縮するように、面１４０に対するグランド２０２の幾何学的関係を設定することにより、達成することができる。抑制部材２４０は、非密封圧縮において、又は、おそらくは、非圧縮状態において、シールを構成するように機能せず、従って、抑制部材２０４回りに（例えば、面１４０沿って流れ、あるいはグランド２０２の内面）に沿って、抑制された潤滑剤の流れを許容するであろう。抑制部材２０４に作用する圧縮量は、所望の圧力（又は流れ）の抑制を達成するように選択される。

再び、図４を参照する。前述したように、コーンポンピングがコーン１１４とシャフト１１２との間の空隙を変化させ、潤滑グリスを圧迫する結果、ラジアルスラスト軸受又はその近傍に生成される潤滑剤圧力パルスが発生する。この圧力パルスに応答して、グリスは、一連の潤滑剤チャネル２８（図１参照）（及び１２８）を経由し、軸受システムと圧力補償器３０との間の第１経路７４に沿って流れる。圧力補償器３０は、そのエラストマー膜で体積変化を補償することによって、圧力パルスを低減し、又は緩衝するように設計されている。しかしながら、この圧力パルスに応答し得るグリス流通用の他の経路があり、しかも、その１又は複数の経路は、密封システム１３２に接続されている。例えば、グリスは、軌道１２０を経由して第２経路７６に沿って流れ、さらに、面１４０に沿って密封システム１３２に向かって流れる場合がある。加えて、グリスは、軌道１２０、一連の潤滑剤チャネル１２８及び面１４０を経由して第３経路７８に沿って、密封システム１３２に向かって流れる場合がある。さらにまた、グリスは、軌道１４４、潤滑剤チャネル１２８、及び面１４０を経由して、第４経路８０に沿って、密封システム１３２に向かって流れる場合がある。

図１１は、軸受システムに生じる潤滑剤圧力脈動に言及するために本発明の実施形態に着目したローラコーンロックビットの断面図を示す。図１１は、圧力抑制器システム２００の配置に関して、図８に示した実施形態と異なっている。図１１は、図８と同様に、環状ローラ軌道１４４に近接し、且つ環状ローラ軌道１４４から延びてコーン１１４に形成されたさらなる環状グランド２０２を含む圧力抑制器システム２００を具備している。しかしながら、図１１において、さらなる環状グランド２０２は、ボール軌道１２０に近接した側の軌道１４４の対向側のエッジに位置決めされている。従って、グランド２０２内に位置決めされた圧力抑制部材２０４は、環状ローラ軌道１４４内に設けられた一組のローラ軸受１４２に近接している。図１２は、環状ローラ軌道１４４とグランド２０２内における、ローラ軸受１４２と圧力抑制部材２０４とのそれぞれの関係を示す部分断面図である。

図１１において、圧力抑制器システム２００は、環状ボール軌道１２０と環状ローラ軌道１４４との間に位置決めされた場合、（ラジアル潤滑剤チャネル１２８を経由してローラ軸受システムに向かって流れる）経路７８及び８０に関し、圧力パルスやグリスの流れを、それらに応答して制止したり抑制したりすることができない、ということが着目されるであろう。コーン１１４の内面近傍にある、シャフト１１２の外面間の減衰ゾーン２０８は、経路７８及び８０からの圧力パルスやグリスの流れを、それらに応答して、制止したり抑制したりすることを支援するであろう。さらなる支援は、ラジアル潤滑剤チャネル１２８の参照符号１２９のところをより小さく作ることによって提供される。このより小さなチャネル１２８（参照符号１２９）は、経路７８及び８０に沿うグリスの流れを制限する。それとは別に、あるいは、それに加えて、面１４０や密封システム１３２に向かって経路７８及び８０に沿うグリスの流れを抑制するため、圧力抑制器１３１がラジアル潤滑剤チャネル１２８に挿入されていてもよい。

ラジアル潤滑剤チャネル１２８（参照符号１２９）は、シャフト１１２の面１４０’のところの、摩擦ジャーナル軸受に近接する面１４０’に形成された溝１４１のところで終わっている。図７では、正確に図示していないが、当業者であれば、図７のシャフト１１２の外面１４０’が、ラジアル潤滑剤チャネル１２８の終端のところに溝１４１を同様に含み得るであろうことを認識する。

Claims (16)

1. ビット本体と、
   前記ビット本体から延びる少なくとも１つの軸受シャフトと、
   前記軸受シャフトに回転するように装着されるコーンと、
   コーンポンピング圧力脈動が生成されるラジアルスラスト軸受と、
   環状密封グランド、及びこの環状密封グランド内に保持された密封リングを備えた潤滑剤密封システムと、
   前記環状密封グランドから離れた環状グランド及び前記環状グランド内に保持された圧力抑制リングを備えた潤滑剤コーンポンピング圧力抑制器システムと
   を備え、
   前記潤滑剤コーンポンピング圧力抑制器システムは、前記ラジアル軸受システムと前記潤滑剤密封システムとの間に位置決めされ、前記環状密封グランド内に保持された前記密封リングでの作用から生じるコーンポンピング潤滑剤圧力脈動を減衰するようになっている
   ドリルツール。
2. 請求項１記載のドリルツールにおいて、ボール軸受を構成するように、ボール軌道、及び前記ボール軌道内に保持される一組のボールをさらに備え、前記潤滑剤コーンポンピング圧力抑制器システムは、前記潤滑剤密封システムと前記ボール軸受との間に位置決めされ、前記ラジアルスラスト軸受から生じるコーンポンピング潤滑剤圧力脈動を減衰するようになっているドリルツール。
3. 請求項２記載のドリルツールにおいて、ローラ軸受を構成するように、ローラ軌道及び前記ローラ軌道内に保持される一組のローラをさらに備え、前記潤滑剤コーンポンピング圧力抑制器システムは、前記ボール軸受と前記ローラ軸受との間に位置決めされ、前記ラジアルスラスト軸受から生じるコーンポンピング潤滑剤圧力脈動を減衰するようになっているドリルツール。
4. 請求項２記載のドリルツールにおいて、摩擦ジャーナル軸受をさらに備え、前記潤滑剤コーンポンピング圧力抑制器システムは、前記ボール軸受と前記摩擦ジャーナル軸受との間に位置決めされ、前記ラジアルスラスト軸受から生じるコーンポンピング潤滑剤圧力脈動を減衰するようになっているドリルツール。
5. 請求項２記載のドリルツールであって、ローラ軸受を構成するように、ローラ軌道及び前記ローラ軌道に保持される一組のローラをさらに備え、前記潤滑剤コーンポンピング圧力抑制器システムは、前記潤滑剤密封システムと前記ローラ軸受との間に位置決めされ、前記ラジアルスラスト軸受から生じるコーンポンピング潤滑剤圧力脈動を減衰するようになっているドリルツール。
6. 請求項２記載のドリルツールであって、摩擦ジャーナル軸受をさらに備え、前記潤滑剤コーンポンピング圧力抑制器システムは、前記潤滑剤密封システムと前記摩擦ジャーナル軸受との間に位置決めされ、前記ラジアルスラスト軸受から生じるコーンポンピング潤滑剤圧力脈動を減衰するようになっているドリルツール。
7. 請求項２記載のドリルツールであって、前記潤滑剤コーンポンピング圧力抑制器システムは、ラジアルスラスト軸受とボール軸受との間に位置決めされ、前記ラジアルスラスト軸受から生じるコーンポンピング潤滑剤圧力脈動を減衰するようになっているドリルツール。
8. 請求項２から７の何れか１項に記載のドリルツールであって、前記潤滑剤コーンポンピング圧力抑制器システムの環状 グランドは、前記コーンの内面に形成されているドリルツール。
9. 請求項２から７の何れか１項に記載のドリルツールであって、前記環状グランド内に保持された前記圧力抑制リングは、前記潤滑剤密封システムと前記ボール軸受との間の潤滑剤の流れに関して、シールを提供するものではないドリルツール。
10. 請求項９に記載のドリルツールにおいて、圧力抑制リングは、潤滑剤の制限された流通を許容するスロット開口を含むものであるドリルツール。
11. 請求項９に記載のドリルツールにおいて、圧力抑制リングは、潤滑剤の制限された流通を許容する前記リングを経由して延びる流路を含むドリルツール。
12. 請求項３に記載のドリルツールにおいて、前記潤滑剤密封システムの環状グランドは、前記ローラ軸受用ローラ軌道を拡張したものであるドリルツール。
13. 請求項１２に記載のドリルツールにおいて、前記環状グランド内に保持された圧力抑制リングは、前記ローラ軌道内に保持された一組のローラと近接して接触するように位置決めされているドリルツール。
14. 請求項５記載のドリルツールにおいて、前記潤滑剤密封システムの環状グランドは、前記ローラ軸受用のローラ軌道を拡張したところにあるドリルツール。
15. 請求項１４に記載のドリルツールにおいて、前記環状グランド内に保持された前記圧力抑制リングは、前記ローラ軌道内に保持された一組のローラと近接して接触するように位置決めされているドリルツール。
16. 請求項１に記載のドリルツールにおいて、軸受面と内部中央潤滑チャネルとの間に配置された空隙ラジアル潤滑剤チャネルと、前記空隙ラジアル潤滑剤チャンネル内に挿入された圧力抑制器とをさらに備えているドリルツール。

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