JP3096842U - Rotary cutter lock bit device with pressure balance device - Google Patents

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JP3096842U
JP3096842U JP2003001767U JP2003001767U JP3096842U JP 3096842 U JP3096842 U JP 3096842U JP 2003001767 U JP2003001767 U JP 2003001767U JP 2003001767 U JP2003001767 U JP 2003001767U JP 3096842 U JP3096842 U JP 3096842U
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annular seal
rotary cutter
pressure
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lock bit
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JP2003001767U
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Japanese (ja)
Inventor
横見 正宏
三井田 勝久
Original Assignee
株式会社ティクス
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Abstract

【課題】軸受シャフトとカッターとの間に二重シール構造を設けることにより、外部から内部に向って泥水の浸入をより十分に防止することができるようにした圧力バランス装置付き回転カッターロックビット装置を提供する。
【解決手段】複数の軸受シャフト、該軸受シャフトに回転可能に取り付けられたカッター、軸受シャフトとカッターとの間を外部から遮蔽する環状シールを設けると共に、軸受シャフトとカッターとの間の内部圧力と外部圧力とを平衡させるための圧力バランス装置を備えた回転カッターロックビット装置において、圧力バランス装置がゴム製の内側環状シールと外側環状シールとを有し、外側環状シールが金属製の剛性リングを含み、この剛性リングによってメタルシールを行う。
【選択図】   図2
A rotary cutter lock bit device with a pressure balance device that is capable of more sufficiently preventing infiltration of mud from the outside to the inside by providing a double seal structure between a bearing shaft and a cutter. I will provide a.
A plurality of bearing shafts, a cutter rotatably mounted on the bearing shaft, an annular seal for shielding the bearing shaft and the cutter from the outside, and an internal pressure between the bearing shaft and the cutter are provided. In a rotary cutter lock bit device provided with a pressure balance device for balancing external pressure, the pressure balance device has a rubber inner annular seal and an outer annular seal, and the outer annular seal includes a metal rigid ring. Including, the metal ring is performed by this rigid ring.
[Selection] Fig. 2

Description

【0001】
【考案の属する技術分野】
本考案は、石油井、ガス井、地熱井、温泉井、水井戸等の坑井掘削に使用される圧力バランス装置付き回転カッターロックビット装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、坑井掘削に一般的に使用される圧力バランス装置付き回転カッターロックビットには、3個の軸受シャフトが設けられ、この軸受シャフトのそれぞれにカッターが回転可能な状態で取り付けられている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照。)。その軸受シャフトにはカッターが滑らかに回転できるようにグリースが充填され、軸受シャフトの磨耗防止が図られている。その軸受シャフトとカッターとの隙間には、軸受内部から外部に向かってグリースが流出するのを防止すると共に、坑井内を循環している掘削泥水が外部から軸受内に侵入するのを防止するため、その環状隙間に、一般的にはゴム製環状シールが嵌合されている。
【0003】
また、ロックビット装置に加わる坑井の流体圧力とロックビット装置の内部圧力とを平衡させるため、ダイアフラムを有する圧力バランス装置が設けられている。この圧力バランス装置は、ビット装置の内部のグリース中に不可避的に残留する圧縮性空気が外圧により圧縮されることによりシールリングが内部側に押し込まれるのを防止するとともに、ロックビット使用中の軸受部加熱によるグリース膨張、分解ガス発生によりシールリングが外側に押し出されるのを防止する。(特許文献1および2参照。)
【0004】
【特許文献1】
米国特許第3,075,781号明細書
【特許文献2】
米国特許第3,370,895号明細書
【特許文献1】
米国特許第4,722,404号明細書
【0005】
【考案が解決しようとする課題】
この種のロックビット装置では、地上からドリルストリングを通して送られる掘削泥水が、ロックビット装置に取り付けられているノズルから坑底に向けて噴射され、このジェット流が坑底で発生した掘り屑とともにカッター間、さらにはドリルストリングと坑璧間を通って地上に運ばれる。掘り屑を含んだ掘削泥水は激しいジェット流による攪拌の結果、軸受シャフトとカッター間の隙間を通って環状シールの配置箇所に侵入し、環状シールを磨耗させ、加えて、環状シールに埋め込まれた掘り屑が軸受シャフトを磨耗させるという問題がある。
【0006】
即ち、ゴム製環状シール及び軸受シャフトの磨耗が進行すると、シール締代が低減し、その結果掘削に伴うカッター揺動によりグリースが外部に流出するとともに、外部から内部に向って掘削泥水が浸入し、これによって軸受シャフトが急速に磨耗し、ロックビット装置の交換が必要になる。
従って、軸受シャフトの寿命を実質的に延長させるように環状シールの長寿命化を図る改善が望まれている。
【0007】
本考案は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、軸受シャフトとカッターとの間に二重シール構造を設けることにより、外部から内部に向って泥水の浸入をより十分に防止することができるようにした圧力バランス装置付き回転カッターロックビット装置を提供することを目的とするものである。
【0008】
さらに、本考案の他の目的は、ニ重シール構造のうちの外側環状シールをメタルシールにして、その接触圧を2段階の加圧によって得ることにより、より高い密封性を得ることができるようにした圧力バランス装置付き回転カッター装置を提供すことである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記第1の目的を達成するために、本考案による圧力バランス装置付き回転カッターロックビット装置においては、複数の軸受シャフト、該軸受シャフトに回転可能に取り付けられたカッター、軸受シャフトとカッターとの間を外部から遮蔽する環状シールを設けると共に、軸受シャフトとカッターとの間の内部圧力と外部圧力とを平衡させるための圧力バランス装置を備えた回転カッターロックビット装置において、圧力バランス装置がゴム製の内側環状シールと外側環状シールとを有し、外側環状シールが金属製の剛性リングからなり、この剛性リングによってメタルシールを行うことを特徴とするものである。
【0010】
さらに、上記第2の目的を達成するために、本考案による圧力バランス装置を備えた回転カッターロックビット装置においては、外側環状シールのメタルシールの接触圧を得るために、弾性材による加圧が行われていることを特徴とする。
【0011】
また、上記圧力バランス装置付き回転カッターロックビット装置においては、剛性リングがゴム材と金属スプリングとの組合せにより加圧されることを特徴とする。
【0012】
さらに、この圧力バランス装置付き回転カッターロックビット装置においては、ゴム材がフッ素系ゴム材またはニトリルゴム材であり、金属スプリングが皿バネまたは波状皿バネからなることを特徴とする。
【0013】
【考案の効果】
上記構成によって、本考案による圧力バランス装置付き回転カッターロックビット装置は、従来のゴム製環状シールの外側(外部の泥水側)に、さらに別の剛性リングからなる外側環状シールを設けたので、二重シール構造にされて、外側から内部に向って泥水が浸入することを防止することができる。
【0014】
また、二重シール構造をなす外側環状シールは、金属製の剛性リングを有し、軸受シャフトと回転カッターとの間にメタルシールを行い、その接触圧をゴム製および金属等のスプリングからなる弾性材による加圧により高めているので、ビット装置の制限される軸受空間においては、シール配置スペースを最小にすることが重要であり、このスペースが小さいほど問題となるカッター軸方向の遊びによる揺動に対するメタルシール面の追従性は、メタルシール加圧力がゴム製と金属スプリングの加圧力により行われるので、単独での加圧によるシールよりも大幅に改善される。
【0015】
また、高温に曝される地熱井ビットに使用されると、圧縮永久変形によるゴム材の弾性力低減が金属スプリングで補強され、シールの寿命を延ばすことができるという効果を奏する。
【0016】
【考案の実施の形態】
上記課題を解決する手段においては、外側環状シールがゴム製環状シールの外側において、軸受シャフト付根と回転カッター間に形成された隙間に配置されている。この外側環状シールは、内径嵌合部、金属スプリング、バックアップゴムより成る加圧部、および剛性リングからなっている。
【0017】
外側環状シールの内径嵌合部は、ボディージャーナル軸付根部に、圧入、接着等の手段により嵌合される部分で、通常、ジャーナル軸と相対的に回転、あるいは摺動させない固定機能と、坑井内流体を通さない流体シール機能を有したものである。
【0018】
外側環状シールの剛性リングと、この剛性リングと対向するカッターシール摺動面間の軸方向接触圧は、ゴム、金属スプリング等の弾性材による加圧で維持される。
【0019】
加圧のための弾性材は、フッ素系ゴム、例えば、AFLASが最も望ましいと考えられるが、NBR、H−NBR等のニトリルゴム材を用いても良い。また、加圧のための金属スプリングは、従来の皿バネ(Belleville Spring Seal)、または、波状皿バネ(CorrugatedSpring Seal)等が含まれる。
【0020】
また、バックアップゴムは、ボデーシャーツテール背面と外側メタルシールの相対運動を防止するとともに、坑井内流体をシールする役目を果たす。
【0021】
さらに、内側環状シールと外側環状シールとの間の空隙内圧力を、坑井内圧力、あるいはビット軸受内圧力と平衡させるための装置が取り付けられることが望ましい。
【0022】
【実施例】
以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明する。
図1は、本考案に係る圧力バランス装置付き回転カッターロックビット装置10を示す部分断面斜視図であり、3個の回転カッター22の内2個が示されている。
【0023】
この回転カッターロックビット装置10の軸受シャフト20は、図示しないドリルパイプのストリングにねじ込むことにより取り付けられるドリル本体12の端部に、中心に向って斜め下方に延びるように一体に設けられている。この軸受シャフト20に回転支持される回転カッター22は、図2の断面図に示されるように、外面が略円錐状に形成され、多数の切削歯18が埋め込むことにより固定して取り付けられ、回転シャフト20に形成されたボール保持溝24と回転カッター22側の対応する保持溝28との間に嵌め込まれた保持ボール26を介するとともに、滑り軸受70を介して回転シャフト20に取り付けられている。
【0024】
回転カッター22は、回転シャフト20への取り付け孔内壁におけるドリル本体12側には、坑井内流体である掘削用の泥水、削り屑、回転カッター22と回転シャフト20との間に充填された潤滑剤の出入を遮断するようにシールが設けられている。このシールは、図2の円内に示すように設けられ、詳細には図3に示されるように、ゴム製の内側環状シール30とこれよりもビット本体12側の外部近くに設けられた外側環状シール32とからなっている。
【0025】
これらの内側環状シール30と外側環状シール32との間の空間34とビット外部との間には、そこでの圧力平衡を図るために、空間34とビット外部との間に、図2の線VII−VIIに沿った断面図である図7に示すような圧力バランス装置42が通路40を介して設けられている。この圧力バランス装置42は、高精度に加工されたシリンダ44内をゴムボール46が移動することにより空間34とビット外部との圧力差に対応するようにしたものである。このような内側弾性シール30は、ビット組立時に軸受内に潤滑剤を満たすために、真空吸引、グリース加圧充填、減圧が行われるが、その際、内側環状シール32が軸受シャフト20の軸線方向への移動に応じて、変形した後、正常な位置に戻ることができる。
【0026】
このような二重シール構造は、図3(図2の円内の部分)に示されているが、内側環状シール30が、図2、図3に示すように、回転カッター22の開口部の内周璧に形成された環状溝内に収容されたゴム製シール体であるO−リングを回転シャフト20の外周面に対してシール効果を与えるように圧縮状態で設けることにより提供される。この内側環状シール30は、O−リングを採用しているが、断面形状は円形に限定されるものではなく、種々の断面形状を有するものが採用されてもよい。また、内側環状シール30は、外側環状シール32を通って両シール間に侵入する掘削泥水が軸受内に浸入するのを実質的に完全に阻止するために、大きなカッター揺動に耐えられるように比較的大きな締代で嵌合されているものである。
【0027】
また、この二重シール構造における外側環状シール32は、図3およびそのさらに一部分を示した図4に示されるように、回転カッター22の端面において軸受シャフト20のシャーツテール背面68と回転カッター22の摺動面62とによって形成される空間32において、メタルシールを与えるために剛性リング60が摺動面62の半径方向に位置して設けられるとともに、この剛性リング60の加圧部56として、金属スプリング52が内径嵌合部50に収納されて加圧の一部を成し、同時にシャーツテール背面68に接触してバックアップゴム54が位置されて剛性リング60のもう一つの加圧部をなすように設けられている。
【0028】
この剛性リング60は、平滑に加工された径方向の面62を有し、回転カッター22の開口部に加工されている径方向の面64とシーリング接触するように向合って設けられている。ビット10の作動中には、回転カッター22の回転とともに掘り屑を含む掘削泥水中において回転シールを伴って摺動する際に発生する磨耗を低減するように、剛性リング60の摺動面62は、超硬合金、ステライト、あるいは分散炭化物を含有する焼入れ鋼のような、耐磨耗硬質金属で作られるか、硬質材料でコーティングされることが好ましく、また、剛性リング60と回転シールしなから摺動する回転カッター22の開口部の径方向の面64も平滑に加工された面であって、耐磨耗性を向上させるために、浸炭等の熱処理、あるいはコーティング等の表面処理が行われることが望ましい。
【0029】
また、加圧部52には、金属スプリング52として波形皿バネ52(図6に詳細を示す)が図4に示すように埋め込まれ一体成形されていて、剛性リング60をさらに加圧することができる。バックアップゴム54は、図では加圧部56として他の部分と材質が区別されるように示されていないが、他の種類の弾性材料を使用してもよく、その場合、内径嵌合部50とバックアップゴム54とが分離した状態にあってもよい。その際には、剛性リング60とバックアップゴム54は、接触境界面のシール性を保持し、相対回転を防止するように接着剤等で接合することが望ましいが、必ずしも必要なものではない。
【0030】
加圧部56における内径嵌合部50は、上述したように軸受シャフト20に嵌め込まれる部分であるが、ビットの作動時に軸受シャフト20と相対回転しないように、ゴム等から形成されて軸受シャフト20に締り嵌めにより固定されている。
【0031】
また、加圧部56における波形皿バネ52は、図3から図5に示すように、シール接触する回転カッター22の径方向面64と剛性リング60の径方向面62との間において、バックアップゴム54と協働してシール接触圧を加えるものであり、図6に示すような波形皿バネ52が設けられている。波形皿バネ52は、回転カッター22の径方向のクリアランスに比較して、コントロールし難い軸方向のクリアランスに対処するため、荷重−撓み曲線に比較的フラットな部分を設計することが可能である。回転カッター22が軸方向に揺動し、バネの撓みが大きく変化しても、スプリング圧、即ち、シール接触面圧の変化を小さくすることができる。
【0032】
さらに、加圧部52のバックアップゴム54は、図3に示すように、剛性リング60の径方向の面62と回転カッター22の開口部における径方向の面64との間において、シール接触圧の分布を調整するものであり、一般に内径グリース側より外径掘削泥水側の面圧を大きくするように形状が定められている。そして、バックアップゴム54は、剛性リング60とシャーツテール背面68との間で圧縮されることにより、シール接触圧を加えるとともに、バックアップゴム54とシャーツテール背面68との間の摩擦により、外側環状シール32と軸受シャフト20との間の相対運動を防ぐのを助ける役割をする。
【0033】
なお、図5に示された外側環状シール32における加圧部56は、剛性リング60と回転シャフト20とに対して位置される前の状態であり、切断された一部分がしめされている。この状態では、剛性リング20と加圧部56が別部品として示されているが、一体成形されたものとすることもできる。
【0034】
また、加圧部56の内径嵌合部50に一体に埋め込まれている金属スプリングの波形皿バネ52は、図5に一体にされた状態と、実際に設置箇所の空間34に配置された状態を部分的に示したものである。
【0035】
以上述べたように、本考案による圧力バランス装置付き回転カッターロックビット装置の構成を一例として説明したが、この構成に限定されるものではなく、請求の範囲から離脱することなく種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案に係る圧力バランス装置付き回転カッターロックビット装置の部分断面斜視図である。
【図2】本考案の一実施の形態による圧力バランス装置付き回転カッターロックビット装置の垂直方向断面図である。
【図3】図2の装置の二重シール構造を示す円形部分の拡大断面図である。
【図4】図3に示す外側環状シールにおける剛性リングの加圧部の部分断面図である。
【図5】図2の外側環状シールの要部斜視図である。
【図6】図5に示す剛性リングの加圧部における皿バネを示し、(A)はその断面図、(B)はその斜視図である。
【図7】本考案の一実施の形態による回転カッターロックビット装置における圧力バランス装置の図2の線VII−VIIに沿った断面図である。
【符号の説明】
10 回転カッターロックビット装置
20 軸受シャフト
22 カッター
30 内側環状シール
32 外側環状シール
34 空間
40 通路
42 圧力バランス装置
44 シリンダ
46 ゴムボール
50 内径嵌合部
52 金属スプリング(波形皿バネ)
54 バックアップゴム
56 加圧部
60 剛性リング
62 径方向の面
64 径方向の面
68 シャーツテール背面
70 滑り軸受
[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a rotary cutter lock bit device with a pressure balance device used for drilling a well such as an oil well, a gas well, a geothermal well, a hot spring well, and a water well.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a rotary cutter lock bit with a pressure balance device generally used for well drilling is provided with three bearing shafts, and a cutter is rotatably mounted on each of the bearing shafts ( For example, see Patent Literature 1, Patent Literature 2, and Patent Literature 3.) The bearing shaft is filled with grease so that the cutter can rotate smoothly, and wear of the bearing shaft is prevented. In the gap between the bearing shaft and the cutter, grease is prevented from flowing out from inside the bearing to the outside, and drilling mud circulating in the well is prevented from entering the bearing from outside. Generally, a rubber annular seal is fitted in the annular gap.
[0003]
Further, a pressure balance device having a diaphragm is provided in order to balance the fluid pressure of the well applied to the lock bit device with the internal pressure of the lock bit device. This pressure balance device prevents the seal ring from being pushed into the interior by compressing the compressible air inevitably remaining in the grease inside the bit device by an external pressure, and at the same time the bearing while the lock bit is used. Prevents the seal ring from being pushed outward due to grease expansion and decomposition gas generation due to partial heating. (See Patent Documents 1 and 2.)
[0004]
[Patent Document 1]
US Patent No. 3,075,781 [Patent Document 2]
US Patent No. 3,370,895 [Patent Document 1]
US Patent No. 4,722,404
[Problems to be solved by the invention]
In this type of rock bit device, drilling mud sent from a ground through a drill string is jetted from a nozzle attached to the rock bit device toward the downhole, and this jet flow is cut together with the cuttings generated at the bottom by a cutter. Between the drill string and the pit wall. As a result of violent jet flow, the drilling mud containing cuttings penetrates into the annular seal placement through the gap between the bearing shaft and the cutter, causing the annular seal to wear and, in addition, being embedded in the annular seal There is a problem that the cutting wastes wear the bearing shaft.
[0006]
That is, as the wear of the rubber annular seal and the bearing shaft progresses, the seal interference decreases, and as a result, the grease flows out to the outside due to the swinging of the cutter accompanying the excavation, and the drilling mud enters from the outside toward the inside. This rapidly wears the bearing shaft, necessitating replacement of the lock bit device.
Accordingly, there is a need for an improvement that extends the life of the annular seal so as to substantially extend the life of the bearing shaft.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and by providing a double seal structure between a bearing shaft and a cutter, it is possible to more sufficiently prevent infiltration of muddy water from the outside to the inside. It is an object of the present invention to provide a rotary cutter lock bit device with a pressure balance device that can be used.
[0008]
Further, another object of the present invention is to provide a metal seal for the outer annular seal of the double seal structure, and obtain a higher sealing performance by obtaining the contact pressure by two-stage pressurization. To provide a rotary cutter device with a pressure balance device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, in a rotary cutter lock bit device with a pressure balance device according to the present invention, a plurality of bearing shafts, a cutter rotatably mounted on the bearing shaft, and a space between the bearing shaft and the cutter are provided. A rotary cutter lock bit device provided with an annular seal for shielding the outside from the outside and a pressure balance device for balancing the internal pressure between the bearing shaft and the cutter with the external pressure, wherein the pressure balance device is made of rubber. It has an inner annular seal and an outer annular seal, and the outer annular seal is made of a metal rigid ring, and the metal seal is performed by the rigid ring.
[0010]
Further, in order to achieve the second object, in the rotary cutter lock bit device provided with the pressure balance device according to the present invention, in order to obtain the contact pressure of the metal seal of the outer annular seal, pressurization by an elastic material is performed. It is characterized by being performed.
[0011]
In the rotary cutter lock bit device with a pressure balance device, the rigid ring is pressurized by a combination of a rubber material and a metal spring.
[0012]
Further, in this rotary cutter lock bit device with a pressure balance device, the rubber material is a fluorine-based rubber material or a nitrile rubber material, and the metal spring is a disc spring or a wavy disc spring.
[0013]
[Effect of the invention]
With the above configuration, the rotary cutter lock bit device with the pressure balance device according to the present invention is provided with an outer annular seal formed of another rigid ring outside the conventional rubber annular seal (outside of the muddy water). Due to the heavy sealing structure, it is possible to prevent muddy water from entering from the outside to the inside.
[0014]
In addition, the outer annular seal that forms a double seal structure has a metal rigid ring, performs a metal seal between the bearing shaft and the rotary cutter, and reduces the contact pressure by a rubber or metal spring. In the bearing space where the bit device is limited, it is important to minimize the seal arrangement space, and the smaller this space is, the more the swing due to play in the cutter axial direction becomes more problematic. The followability of the metal seal surface against the pressure is greatly improved compared to the seal by pressurization alone since the metal seal pressing force is performed by the pressing force of the rubber and the metal spring.
[0015]
Further, when used for a geothermal well bit exposed to high temperatures, the reduction of the elastic force of the rubber material due to compression permanent deformation is reinforced by a metal spring, and the effect of extending the life of the seal can be obtained.
[0016]
[Embodiment of the invention]
In the means for solving the above-mentioned problem, the outer annular seal is disposed outside the rubber annular seal in a gap formed between the root of the bearing shaft and the rotary cutter. The outer annular seal includes an inner diameter fitting portion, a metal spring, a pressing portion made of backup rubber, and a rigid ring.
[0017]
The inner diameter fitting portion of the outer annular seal is a portion which is fitted to the root portion of the body journal shaft by means of press-fitting, bonding, or the like, and usually has a fixing function that does not rotate or slide relative to the journal shaft, and It has a fluid sealing function that does not allow the in-well fluid to pass.
[0018]
The axial contact pressure between the rigid ring of the outer annular seal and the sliding surface of the cutter seal facing the rigid ring is maintained by pressurization by an elastic material such as rubber or a metal spring.
[0019]
The elastic material for pressurization is considered to be most preferably a fluoro rubber, for example, AFLAS, but a nitrile rubber material such as NBR or H-NBR may be used. The metal spring for pressurization includes a conventional disc spring (Belleville Spring Seal) or a corrugated disc spring (Corrugated Spring Seal).
[0020]
In addition, the backup rubber prevents the relative movement between the back of the body-shart tail and the outer metal seal, and also serves to seal downhole fluid.
[0021]
Furthermore, it is desirable to provide a device for balancing the pressure in the gap between the inner annular seal and the outer annular seal with the downhole pressure or the bit bearing pressure.
[0022]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view showing a rotary cutter lock bit device 10 with a pressure balance device according to the present invention, and two of three rotary cutters 22 are shown.
[0023]
The bearing shaft 20 of the rotary cutter lock bit device 10 is integrally provided at an end of a drill body 12 which is attached by screwing into a string of a drill pipe (not shown) so as to extend obliquely downward toward the center. As shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the rotary cutter 22 which is rotatably supported by the bearing shaft 20 has an outer surface formed in a substantially conical shape, and is fixedly attached by embedding a large number of cutting teeth 18 therein. It is mounted on the rotating shaft 20 via a sliding ball 70 and via a holding ball 26 fitted between a ball holding groove 24 formed on the shaft 20 and a corresponding holding groove 28 on the rotary cutter 22 side.
[0024]
The rotary cutter 22 is provided with drilling mud and shavings, which are fluids in a downhole, and a lubricant filled between the rotary cutter 22 and the rotary shaft 20 on the inner wall of the drill hole on the inner wall of the mounting hole to the rotary shaft 20. A seal is provided so as to block the ingress and egress. This seal is provided as shown in the circle of FIG. 2, and more specifically, as shown in FIG. 3, an inner annular seal 30 made of rubber and an outer seal provided closer to the outside of the bit body 12 than this. An annular seal 32 is provided.
[0025]
The space 34 between the inner annular seal 30 and the outer annular seal 32 and the outside of the bit are provided between the space 34 and the outside of the bit in order to balance the pressure there. A pressure balancing device 42 is provided via a passage 40 as shown in FIG. The pressure balance device 42 is adapted to cope with a pressure difference between the space 34 and the outside of the bit by moving a rubber ball 46 in a cylinder 44 machined with high precision. Such an inner elastic seal 30 is subjected to vacuum suction, grease pressurization, and decompression in order to fill the lubricant into the bearing at the time of assembling the bit. At this time, the inner annular seal 32 is moved in the axial direction of the bearing shaft 20. After being deformed according to the movement to, it can return to a normal position.
[0026]
Such a double seal structure is shown in FIG. 3 (the portion within the circle in FIG. 2), in which the inner annular seal 30 is provided at the opening of the rotary cutter 22 as shown in FIGS. This is provided by providing an O-ring, which is a rubber seal, housed in an annular groove formed in the inner peripheral wall in a compressed state so as to provide a sealing effect to the outer peripheral surface of the rotating shaft 20. The inner annular seal 30 employs an O-ring, but the cross-sectional shape is not limited to a circle, and may have various cross-sectional shapes. Also, the inner annular seal 30 is designed to withstand large cutter swings to substantially completely prevent drilling mud entering the bearings through the outer annular seal 32 from entering between the seals. They are fitted with a relatively large interference.
[0027]
As shown in FIG. 3 and FIG. 4 showing a further portion thereof, the outer annular seal 32 in the double seal structure has a shears tail rear surface 68 of the bearing shaft 20 and a rotary cutter 22 at the end face of the rotary cutter 22. In the space 32 formed by the sliding surface 62, a rigid ring 60 is provided in a radial direction of the sliding surface 62 to provide a metal seal. A spring 52 is housed in the inner diameter mating portion 50 to form part of the pressurization while at the same time contacting the back end 68 of the shears tail so that the backup rubber 54 is positioned to form another pressurizing portion of the rigid ring 60. It is provided in.
[0028]
The rigid ring 60 has a radially processed surface 62 in a radial direction, and is provided so as to be in sealing contact with a radially directed surface 64 formed in the opening of the rotary cutter 22. During the operation of the bit 10, the sliding surface 62 of the rigid ring 60 is used to reduce the abrasion that occurs when the rotary cutter 22 rotates and slides with a rotary seal in drilling mud containing cuttings. It is preferably made of a wear resistant hard metal or coated with a hard material, such as cemented carbide, stellite, or hardened steel containing dispersed carbides, and should not be rotationally sealed with the rigid ring 60. The radial surface 64 of the opening of the sliding rotary cutter 22 is also a smoothed surface, and a heat treatment such as carburization or a surface treatment such as coating is performed to improve abrasion resistance. It is desirable.
[0029]
In addition, a corrugated disc spring 52 (detailed in FIG. 6) is embedded in the pressing portion 52 as a metal spring 52 as shown in FIG. 4 and is integrally formed, so that the rigid ring 60 can be further pressed. . The backup rubber 54 is not shown in the drawing so as to be distinguished from the material of the other parts as the pressurizing part 56, but another kind of elastic material may be used. And the backup rubber 54 may be separated. In this case, it is desirable that the rigid ring 60 and the backup rubber 54 be joined with an adhesive or the like so as to maintain the sealing property of the contact boundary surface and prevent relative rotation, but it is not always necessary.
[0030]
The inner diameter fitting portion 50 of the pressurizing portion 56 is a portion fitted into the bearing shaft 20 as described above, but is formed of rubber or the like so as not to rotate relative to the bearing shaft 20 when the bit is operated. Is fixed by interference fit.
[0031]
Further, as shown in FIGS. 3 to 5, the corrugated disc spring 52 in the pressurizing portion 56 is provided between the radial surface 64 of the rotary cutter 22 and the radial surface 62 of the rigid ring 60 in a sealing contact. A corrugated disc spring 52 is provided as shown in FIG. The corrugated disc spring 52 can be designed to have a relatively flat portion in the load-deflection curve in order to cope with the axial clearance which is difficult to control as compared with the radial clearance of the rotary cutter 22. Even when the rotary cutter 22 swings in the axial direction and the deflection of the spring changes greatly, the change in the spring pressure, that is, the change in the seal contact surface pressure can be reduced.
[0032]
Further, as shown in FIG. 3, the backup rubber 54 of the pressurizing portion 52 reduces the seal contact pressure between the radial surface 62 of the rigid ring 60 and the radial surface 64 at the opening of the rotary cutter 22. The distribution is adjusted, and the shape is generally determined so that the surface pressure on the outer diameter drilling mud side is larger than that on the inner diameter grease side. Then, the backup rubber 54 is compressed between the rigid ring 60 and the back of the seats tail 68 to apply a sealing contact pressure, and the friction between the backup rubber 54 and the back of the shears tail 68 causes an outer annular seal. It serves to prevent relative movement between the shaft 32 and the bearing shaft 20.
[0033]
The pressing portion 56 of the outer annular seal 32 shown in FIG. 5 is in a state before being positioned with respect to the rigid ring 60 and the rotating shaft 20, and a part of the cut portion is shown. In this state, the rigid ring 20 and the pressurizing portion 56 are shown as separate parts, but they may be integrally formed.
[0034]
Further, the corrugated disc spring 52 of the metal spring integrally embedded in the inner diameter fitting portion 50 of the pressurizing portion 56 is in a state of being integrated in FIG. 5 and in a state of being actually disposed in the space 34 of the installation location. Is partially shown.
[0035]
As described above, the configuration of the rotary cutter lock bit device with the pressure balance device according to the present invention has been described as an example, but the present invention is not limited to this configuration, and various changes can be made without departing from the scope of the claims. Needless to say,
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial sectional perspective view of a rotary cutter lock bit device with a pressure balance device according to the present invention.
FIG. 2 is a vertical sectional view of a rotary cutter lock bit device with a pressure balancing device according to an embodiment of the present invention;
FIG. 3 is an enlarged sectional view of a circular portion showing a double seal structure of the apparatus of FIG. 2;
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a pressing portion of a rigid ring in the outer annular seal shown in FIG.
FIG. 5 is a perspective view of a main part of the outer annular seal of FIG. 2;
6A and 6B show a disc spring in a pressing portion of the rigid ring shown in FIG. 5, wherein FIG. 6A is a cross-sectional view and FIG. 6B is a perspective view thereof.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the pressure balance device of the rotary cutter lock bit device according to the embodiment of the present invention, taken along line VII-VII of FIG. 2;
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 rotary cutter lock bit device 20 bearing shaft 22 cutter 30 inner annular seal 32 outer annular seal 34 space 40 passage 42 pressure balance device 44 cylinder 46 rubber ball 50 inner diameter fitting portion 52 metal spring (corrugated disc spring)
54 Back-up rubber 56 Pressurizing part 60 Rigid ring 62 Radial surface 64 Radial surface 68 Shears tail back 70 Sliding bearing

Claims (4)

複数の軸受シャフト、該軸受シャフトに回転可能に取り付けられたカッター、および前記軸受シャフトと前記カッターとの間を外部から遮蔽する環状シールを備えるとともに、前記軸受シャフトと前記カッターとの間の内部圧力と外部圧力とを平衡させる圧力バランス装置を備えた回転カッターロックビット装置において、
前記環状シールがゴム製の内側環状シールと外側環状シールとを含み、
前記外側環状シールが金属製の剛性リングからなり、該剛性リングによって前記回転カッターに対してメタルシールを行うことを特徴とする圧力バランス装置付き回転カッターロックビット装置。
A plurality of bearing shafts, a cutter rotatably mounted on the bearing shaft, and an annular seal for shielding between the bearing shaft and the cutter from the outside, and an internal pressure between the bearing shaft and the cutter. In a rotary cutter lock bit device equipped with a pressure balance device for balancing the pressure and the external pressure,
The annular seal includes a rubber inner annular seal and an outer annular seal,
A rotary cutter lock bit device with a pressure balance device, wherein the outer annular seal is formed of a rigid metal ring, and the rigid ring performs metal sealing on the rotary cutter.
前記外側環状シールにおけるメタルシールの接触圧を得るために、弾性材により加圧されていることを特徴とする請求項1に記載された圧力バランス装置付き回転カッターロックビット装置。2. The rotary cutter lock bit device with a pressure balance device according to claim 1, wherein a pressure is applied by an elastic material to obtain a contact pressure of the metal seal in the outer annular seal. 前記剛性リングがゴム材による加圧と金属スプリングによる加圧との組合せにより加圧されていることを特徴とする請求項2に記載された圧力バランス装置付き回転カッターロックビット装置。The rotary cutter lock bit device with a pressure balance device according to claim 2, wherein the rigid ring is pressed by a combination of pressing by a rubber material and pressing by a metal spring. 前記ゴム材がフッ素系ゴム材またはニトリルゴム材であり、前記金属スプリングが皿バネまたは波形皿バネからなることを特徴とする請求項3に記載された圧力バランス装置付き回転カッターロックビット装置。The rotary cutter lock bit device with a pressure balance device according to claim 3, wherein the rubber material is a fluorine rubber material or a nitrile rubber material, and the metal spring is formed of a disc spring or a corrugated disc spring.
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