JP2014503728A5 - 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装置 - Google Patents

Description

潤滑剤は、第１円筒摩擦軸受１６の面４０と４２との間、第２円筒摩擦軸受２２の面６０と６２との間、第１ラジアル摩擦軸受２４の面６４と面６６との間、及び第２ラジアル摩擦軸受２６の面６８と面７０との間に画定される空隙内に供給される。密封グランド５２に位置決めされたＯリングタイプの密封部材５０を有する密封システム３２は、潤滑剤を潤滑システム、とりわけ、軸受システムにおいて対向する径方向及び周方向の面の間に封入するように機能する。

ビットが作動している間、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。この動作は、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作である。ヘッドに対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、第１円筒摩擦軸受１６の面４０と面４２との間、第２円筒摩擦軸受２２の面６０と面６２との間、第１ラジアル摩擦軸受２４の面６４と面６６との間、及び第２ラジアル摩擦軸受２６の面６８と面７０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円筒面とラジアル面と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。空隙の変化と潤滑剤の圧迫は、潤滑剤圧力パルスを生成する原因となる。きわめて短時間に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を経由して、軸受システムと圧力補償器３０との間の第１経路に沿って流れる。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、軸受システム及び密封システム３２の対向する円筒面とラジアル面との間に、圧力パルスに応答し得るグリス流通用の他の経路が存在することにより、圧力補償器３０の有無と作動とに拘わらず、この圧力パルスは、密封システム３２によって感応され得るのである。

ここで、図４を参照する。同図は、非支承ゾーンに焦点を当てた軸受シャフト１２の側面図を示す。周方向に位置決めされた溝９０は、開口９２をもって、軸受システム用第１摩擦軸受１６の外面４０のところに潤滑剤システム２８を終えている。溝９０の軸方向幅９４は、完全ではないが、軸受システムの第１摩擦軸受１６用面４０の軸方向幅９６にほとんど亘っている。例えば、軸方向幅９４は、典型的には、軸方向幅９６から定数を差し引いたものに等しい（１インチの端数の二倍など。たとえば、２＊１／３２インチ、２＊３／６４インチ。このように、軸方向幅９４は、典型的には、軸方向幅９６の８０％〜９０％よりも大きくなる。溝９０は、典型的には、面４０に対して中央に位置づけられ、二つの等しく大きさが設定された減衰ゾーン１００を設けている。相対的な幅９４と幅９６のために、減衰ゾーン１００は、溝９０に対し軸方向に近接して配置された第１摩擦軸受１６用外面４０の最小量で存在し、且つ矢印９８で示された経路に沿って存在する。この外面４０の最小量は、軸受システム（面６０、６４、及び６８のところ）と密封システム（面５４のところ）との間における、経路９８に沿うグリスの流れや、圧力パルスの通過を規制するのには不十分である。より詳細には、矢印９８の経路に沿う面４０の最小量は、圧力パルスの軸方向の通過の結果、矢印９８の経路に沿うグリスの流れを減衰する一助となっているのかも知れない、二つの比較的（軸方向において）短い減衰ゾーン１００だけを提供する。この構成において、圧力パルスは、圧力補償器３０によって緩衝される前に、面４０に沿って伝わり、密封システム３２（の面５４のところ）に到達する。上述したように、この圧力パルスは、密封システム３２、とりわけ密封部材５０にダメージを与える効果を有する場合がある。したがって、本技術分野において、密封システム３２に生じるコーンポンピング動作による圧力脈動を低減ないし消去する必要がある。

潤滑剤は、コーン１１４とシャフト１１２との間において、（上述したように）環状の軌道１２０とそれ以外に対向する円筒軸受面及びラジアル軸受面との間内と同様に、円筒摩擦軸受１１６の面１４０と面１４２との間の空隙内に供給される。潤滑剤は、密封システム１３２によって軸受システム内に封入される。密封システム１３２は、基本的な構成において、潤滑剤を封入し、かつ外部の堀屑を排除するために、切削コーン１１４と軸受シャフト１１２の間の密封グランド１５２内に位置決めされたＯリングタイプの密封部材１５０を具備している。円筒面密封ボス１５４は、軸受シャフト１１２の基部に設けられている。図示の構成において、この密封ボス１５４の面は、第１摩擦軸受１１６の外筒面１４０から（例えば、ブッシュ１４４の厚さだけ）径方向において外方にオフセットしている。もしも要請があるならば、密封ボスがメインジャーナル軸受１１６の面１４０に対し、面一に呈し得ることが理解されるであろう。環状の密封グランド１５２は、コーン１１４の基部に形成されている。切削コーン１１４が回転自在に軸受シャフト１１２に位置決めされているとき、グランド１５２と密封ボス１５４とは、互いに位置合わせされている。Ｏリング密封部材１５０は、グランド１５２の面と密封ボス１５４との間で圧縮され、潤滑剤を軸受システム内に保持するように機能する。この密封部材１５０は、抗井の穴内の物質（掘削泥や堀屑）が軸受システムに侵入することをも防止する。

【図２】

【図５】

Claims (1)

1. 請求項１２のドリルツールにおいて、軸方向にオフセットされた前記第１溝は、前記第１エッジと前記第１溝との間に軸方向に延びる前記軸受シャフトの前記外軸受面に沿って第１減衰ゾーンを画定するとともに、前記第１溝と前記第２エッジとの間に軸方向に延びる前記軸受シャフトの前記外軸受面に沿って第２減衰ゾーンを画定するドリルツール。