NL8700644A - Legerhuls. - Google Patents

Description

P & c W 4514-16 Ned.M/EvF x > * —...... - - -1-

Korte aanduiding: Legerhuls.

De uitvinding heeft betrekking op een legerhuls voor het ondersteunen van roterende ringvormige elementen of roterende assen.

Op het gebied van het boren zijn er vele omstandigheden, waarin het gewenst is dat er elektrisch vermogen wordt opgewekt beneden in de boorput 5 door een turbogenerator aangedreven door de boorsuspensiestroom, of waarbij het gewenst is mechanische energie, vereist voor een bewegend onderdeel omlaag in de boorput rechtstreeks op te wekken door een door de boorsuspensiestroom aangedreven waaier. De Britse octrooischriften nrs.

2.082.653A en 2.087.95IA van Aanvraagster openbaren inrichtingen, waarin IQ een door een boorsuspensie aangedreven annulaire waaier een langwerpig huis omgeeft en een elektrische generator binnen het huis aandrijft, alsmede een smoorelement om drukpulsen op te wekken in de boorsuspensiestroom met het doel meetgegevens naar het oppervlak te zenden. Voorts in overeenstemming met de Britse octrooiaanvrage nr. 8523453 van Aanvraagster 15 wordt een van schoepen voorziene stator onmiddellijk bovenstrooms van de waaier opgesteld om in te werken op de boorsuspensiestroom alvorens deze de waaier bereikt, waarbij de schoepen van de stator gekanteld worden om te maken dat de boorsuspensiestroom de schoepen van de waaier onder een zodanige hoek treffen, dat daaruit slechts een kleine druk op de legers van 20 de waaier resulteert.

De uitvinding beoogt het verschaffen van een legerhuls, die in staat is de waaier in een dergelijke opstelling te ondersteunen en die in staat is daaraan een lange levensduur in bedrijf onder de vijandige omstandigheden van de boorsuspensiestroom te verlenen.

25 Dienovereenkomstig verschaft de uitvinding een legerhuls bevattende een relatief star ringvormige schaal en een voering van elastomeer materiaal aan de binnenwand van de schaal, met het kenmerk, dat de voering zich axiaal uitstrekt voorbij ëén of elk einde van de schaal ter vorming van een axiaal druklegeroppervlak, dat uitsteekt van het ene of elk einde van de schaal.

30 De uitvinding verschaft eveneens een legerhuls gekenmerkt doordat aan het ene of elk einde van de huls een aantal gelijkelijk angulair verspreide dammen aanwezig is, die axiale druklegeroppervlakken vormen, gescheiden door zich radiaal uitstrekkende groeven, waarbij elk legeroppervlak een inlaat- en een uitlaatzijde heeft, beschouwd met betrekking tot de 35 richting, waaruit langs de omtrek vloeiend smeermiddelfluïdum stroomt over het in gebruik zijnde legeroppervlak, en het legeroppervlak smaller is aan zijn inlaatzijde dan aan zijn uitlaatzijde.

8700644 ϊ -ΐ ί -2-

De uitvinding zal hieronder aan de hand van in de figuren der bijgaande tekeningen weergegeven voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding nader worden toegelicht»

Fig. 1 is een zijaanzicht van een omlaag in de boorput aanwezige 5 signaalzender, die gebruik maakt van twee van dergelijke legers, waarbij het bovendeel van de figuur in axiale doorsnede wordt weergegeven; fig. 2 is een aanzicht van het leger vanaf het ene einde; fig. 3 is een axiale doorsnede genomen over de lijn III-III in fig» 2; 10 fig. 4 is een detail van fig. 3, waarbij het kroonprofiel getoond wordt; fig. 5A en 5B tonen een aanzicht vanaf het ene einde en een doorsnede over de lijn B-B in fig. 5A van een legerdam van een gewijzigde uitvoe-ringvorm; en 15 fig. 6A en 6B tonen respectievelijk een aanzicht vananf het ene einde en een doorsnede over de lijn B-B in fig. 6A van een legerdam volgens een verdere gewijzigde uitvoeringsvorm.

Alvorens de legerhuls. in detail te beschrijven, zal een korte beschrijving worden gegeven onder verwijzing naar fig. 1 van een signaalzender, 20 waarin twee van dergelijke legers zijn ingebouwd, opdat de beoogde functie van het leger kan worden begrepen. De signaalzender, die beoogd is om te worden geïnstalleerd binnen een boorkraag opgesteld aan het einde van een boorserie binnen een boorgat tijdens het boren, dient om meetgegevens naar het oppervlak te zenden in de vorm van drukpulsen, door de druk van de 25 boorsuspensie te moduleren, die door de boorserie in benedenwaartse richting stroomt. De zender omvat, binnen een huis 10, een smoorelement, dat axiaal ten opzichte van een smooropening verplaatsbaar is teneinde de doorstroomdoorsnede van de opening te variëren en daardoor drukpulsen in de boorsuspensiestroom, die door deze opening loopt, te produceren.

30 Een ringvormige waaier 30 omgeeft het huis 10 en is roteerbaar in de boorsuspensiestroom. De waaier of rotor 30 is magnetisch gekoppeld met een aandrijfelement binnen het huis 10 teneinde het aandrijfelement aan te drijven, dat op zijn beurt zowel een pomp als een elektrische generator aandrijft voor het leveren van elektrisch vermogen beneden in de boorput.

35 De pomp is aangebracht om het smoorelement lineair te verplaatsen, waarbij de verplaatsingsrichting bepaald wordt door een bekrachtigingsrelais onder besturing van een elektrisch ingangssignaal. Het zal duidelijk zijn dat een aantal van de hierboven genoemde componenten niet zichtbaar is in fig. 1. De gedetailleerde structuur en werking van een dergelijke signaal- 8700644 i' % -3- l zender kan echter worden vastgesteld door verwijzing naar het Britse octrooi nr. 2.123.458A van Aanvraagster.

Een ringvormige stator 32 omgeeft eveneens het huis 10 bovenstrooms van de waaier 30 en is bevestigd aan het huis 10. De stator 32 bezit 5 schoepen 34, die gekanteld zijn in de ene zin ten opzichte van de richting van de boorsuspensiestroom, terwijl de waaier 30 bladen 36 bezit, die evenwijdig zijn aan de richting van de boorsuspensiestroom. De waaier 30 is roteerbaar gemonteerd ten opzichte van het huis 10 door middel van bovenste en onderste legerhulzen 56, 58. Elk leger 56 of 58 omringt een 10 ringvormig legerelement 60 of 62, die axiale en radiale legeroppervlakken 64, 65 of 66, 67 definiëren. De legers 56 en 58 zijn bevestigd aan de waaier 30, en de legerelementen 60 en 62 zijn bevestigd aan het huis 10. Voorts worden de legers 56 en 58 gesmeerd door de boorsuspensiestroom en worden zo gevormd dat zij zowel axiale als radiale druk opnemen op een 15 wijze, die hieronder uitvoeriger zal worden beschreven.

Onder verwijzing naar fig. 2 en 3 bevat het leger 56 of 58 een buiten-schaal 70 van 'marine' messing en een binnenvoering 72 gebonden aan het binnenoppervlak van de schaal 70 en gemaakt uit nitrilrubber met een hardheid van 65-80 Shore A. Zoals meer in het bijzonder uit fig. 3 blijkt, 20 strekt de binnenvoering 72 zich axiaal uit voorbij het ene einde van de schaal 70 onder vorming van een ringvormig gedeelte 74, dat uitsteekt van het einde van de schaal 70 en omgedraaid is over het einde van de schaal 70. Voorts is de voering 72 gevormd met acht gelijkelijk angulair verspreide axiale groeven 76, die de stroom van smerende boorsuspensie 25 mogelijk maken vanaf het ene einde van het leger naar het andere. Acht gelijkelijk angulair verspreide axiale dammen 78 worden gevormd tussen deze groeven en dienen als radiale legeroppervlakken voor legering tegen het radiale legeroppervlak 65 of 67 van het ringvormige legerelement 60 of 62 geplaatst binnen het leger 56 of 58 in de opstelling van fig. 1.

30 Daarnaast worden acht gelijkelijk angulair verspreide radiale uitsparingen 80 gevormd in het axiale legergedeelte 74 uitstekend aan het ene einde van de schaal 70, waarbij de radiale plaatsing van deze uitsparingen corresponderen met de radiale positionering van de axiale groeven 76. Acht gelijkelijk angulair verspreide radiale dammen 82 zijn 35 aangebracht tussen de radiale uitsparingen 80, in radiale posities corresponderende met de radiale posities van de axiale dammen 78, en definiëren axiale legeroppervlakken voor het samenwerken met het axiale legeroppervlak 64 of 66 van het legerelement 60 of 62 geplaatst binnen het leger 56 of 58 in de opstelling van fig. 1.

8700644 -4- * -*

Teneinde de legereigenschappen van de axiale legeroppervlakken van de legers 56 of 58, die roteren ten opzichte van het legerelement 60 of 62 te optimaliseren, is het van belang dat de radiale dammen 82 een kritisch profiel dienen te hebben, hetgeen het beste te zien is in fig. 4.

5 Dit profiel is ontworpen om een voorkeurscontactdrukverdeling te produceren die het leger in staat stelt een belasting te dragen, die typisch een grootte orde groter is dan verkrijgbaar is met een profiel, dat past bij het passende legeroppervlak van het bijbehorende legerelement 60 of 62, d.w.z. een vlak oppervlak in het geval van een axiaal legeroppervlak. Een derge-10 lijk profiel verzekert daarnaast dat slijtage van het oppervlak van de dam 82 niet op ongepaste wijze het legergedrag aantast. Het vertoont een grotere slijtagetolerantie dan een soortgelijk leger van conventioneel (geometrische aanpassing) profiel,, waarvoor het gedrag afhangt van het handhaven van de hoekstraal aan de inlaatzijde van het profiel zoals ge-15 zien in de rotatierichting.

Zoals men zal inzien uit fig- 4, bevat het voorkeursprofiel een centraal naar buiten toe gekromd gedeelte 84 van relatief grote kromtestraal, die langs de omtrek aan de beide einden ervan overgaat in de naar , buiten gekromde gedeelten 86 en 88 van betrekkelijk kleine kromtestraal, 20 die op hun beurt overgaan in naar binnen gekromde gedeelten 90 en 92, eveneens met een betrekkelijk kleine kromtestraal. Voor optimaal gedrag heeft elk profielgedeelte niet noodzakelijkerwijze de vorm van een nauwkeurig cirkelvormige boog, en is het profiel als geheel niet noodzakelijkerwijze exact symmetrisch ten opzichte van de as 94. In het geval dat het huls-25 leger een uitwendige diameter van ca. 65 mm heeft, een inwendige diameter van ca. 45 mm en een totale axiale lengte van ca. 35 mm, kunnen de gedeelten 84 een kromtestraal hebben van 22,2 mm, kunnen de gedeelten 86 en 88 een kromtestraal van 2,4 mm en de gedeelten 90 en 92 een kromtestraal van 3,0 mm hebben. In het profiel van fig. 4 zijn de afstanden D en d 30 ten opzichte van het einde van de schaal 70 ca. 4,7 mm resp. 1,0 mm.

Het ontwerp van het profiel is zo gekozen, dat de gemiddelde druk van de contactzone voor een gegeven maximale druk maximaal is, en de druk-gradiënt aan de inlaatzijde van het legeroppervlak, zoals bekeken in de rotatierichting, zo klein mogelijk is.

35 In het algemene geval bezit het gedeelte 84 bij voorkeur een kromte straal in het bereik van 0,5 tot 1,5 maal de gemiddelde straal van de huls (d.w.z. het gemiddelde van de binnen- en buitenstralen van de huls) en bezit bij voorkeur een straal, die bij benadering gelijk is aan de gemiddelde straal van de huls. Voorts hebben de gedeelten 86 en 88 bij 8700644

"V

-5- voorkeur een kromtestraal ia het bereik van 0,1 tot 0,5, en met meer voorkeur in het bereik van 0,2 tot 0,3, van de gemiddelde hulsstraal, en is de afstand D (de zogenaamde lipdikte) bij voorkeur in het bereik van 0,05 tot 0,4, en met grote voorkeur in het bereik van 0,1 tot 0,25 maal de 5 gemiddelde straal van de huls.

In een wijziging van het bovenbeschreven leger is het binnenoppervlak van de schaal 70 ook voorzien van axiale groeven, die corresponderen in positie met de axiale groeven 76 in de voering 72, teneinde de binding tussen de schaal 70 en de voering 72 te verbeteren. Dit zal een radiaal 10 onderbroken ringvormig oppervlak verschaffen aan het einde van de schaal 90 voor het ondersteunen van het axiale legergedeelte 74. Anderzijds kan een flens gevormd worden aan het einde van de schaal 70, die zich in radiale richting uitstrekt naar binnen toe ter ondersteuning van het axiale legergedeelte 74.

15 In een verdere gewijzigde uitvoeringsvorm is de buitenhoek van elke radiale dam 82 afgeschuind op een wijze weergegeven bij 95 in fig. 5A en 5B teneinde het legeroppervlak 96 van de dam 82 smaller te maken bij zijn inlaatzijde dan aan zijn uitlaatzijde zoals beschouwd met betrekking tot de richting 99, waaruit een smerende boorsuspensie tussen het legeropper-20 vlak 96 en het legeroppervlak van het bijbehorende legerelement 60 of 62 stroomt. Dit creëert een fluïdumwigwerking en verschaft positieve hydro-dynamische werking aan de buitenste omtrek van het leger teneinde zij-lekkage van de smerende booremulsie en centrifugale verliezen buitenwaarts van de huls te bestrijden. Het zal duidelijk zijn, dat de mate van af-25 schuining zal afnemen vanaf de inlaatzijde naar de uitlaatzijde, en dat fig. 5B de gemiddelde graad van afschuining weergeeft.

In een andere gewijzigde uitvoeringsvorm wordt zowel de buitenhoek als de binneuhoek van elke radiale dam 82 afgeschuind zoals weergegeven bij 95 en 97 in fig. 6A en 6B. Een soortgelijk effect wordt verkregen 30 als bij de opstelling van fig. 5A en 5B met uitzondering dat in dit geval hydronamische werking eveneens verschaft wordt aan de binnenomtrek van het leger teneinde zijlekkage binnenwaarts van de huls te bestrijden. In elk geval zal het effect van het afschuinen het vergroten van de filmdikte van de smerende booremulsie zijn tussen het legeroppervlak 96 en het 35 legeroppervlak van het bijbehorende legerelement 60 of 62 ter verschaffing van een meer efficiënte smering van het leger. Het legeroppervlak 96 zoals weergegeven in fig. 6A kan worden beschouwd de vorm te hebben van een trapezium, dat vervormd Is zodat de hartlijn ervan langs een kromme 98 ligt en de hellende zijden ervan resp. de binnenste en buitenste omtrek vormen 8700644

, I

V

-6- van het legeroppervlak 96. De zijden van het trapezium zijn bij voorkeur hellend onder een hoek in het bereik van 3° tot 15°, en met grotere voorkeur van ca. 5°, met de hartlijn van het trapezium.

Ofschoon de hierboven beschreven legers beschreven worden bij op-5 stellingen, waarbij de legerhuls roteerbaar is op een stationaire ondersteuning, zal het duidelijk zijn, dat dergelijke legers eveneens gebruikt zouden kunnen worden bij opstellingen, waarin de legerhuls stationair is en een roteerbare as zich uitstrekt door de huls. Voorts ofschoon de beschreven legers waaierlegers zijn, zouden soortgelijke legers kunnen 10 worden gebruikt bij omlaag in het boorgat werkende motoren.

8700844

Claims (10)

1. Legerhuls bevattende een relatief star ringvormige schaal en een voering van elastomeer materiaal aan de binnenwand van de schaal, met het kenmerk, dat de voering (72) zich axiaal uitstrekt voorbij ëën of elk einde van de schaal (70) ter vorming van een axiaal druklegeroppervlak 5 (82), dat uitsteekt van het ene of elk einde van de schaal.

2. Legerhuls volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gedeelten (74) van de voering (72), die zich uitstrekt voorbij het ene of elk einde van de schaal (70) worden gekeerd over het einde van de schaal om te worden ondersteund door het einde van de schaal.

3. Legerhuls volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het gedeelte (74) van de voering (72) dat zich uitstrekt tot voorbij het ene of elk einde van de schaal (70) een aantal gelijkelijk angulair verspreide dammen (82) bevat, gescheiden door zich radiaal uitstrekkende groeven (80).

4. Legerhuls volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat elke dam (82) 15 een profiel bezit, dat in de omtreksrichting een naar buiten gekromd axiaal druklegeroppervlak vormt.

5. Legerhuls volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het axiale druklegeroppervlak (82) een kromtestraal bezit in het bereik van 0,5 tot 1,5 maal de gemiddelde straal van de huls.

6. Legerhuls volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat het profiel van elke dam (82) een centraal, naar buiten gekromd gedeelte (84) bevat, dat een betrekkelijk grote kromtestraal bezit en een axiaal druklegeroppervlak vormt, alsmede een betreffend verder naar buiten gekromd gedeelte (86, 88), dat een relatief kleine kromtestraal bezit aan elk einde 25 van het centrale gedeelte (84).

7. Legerhuls volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat elk verder naar buiten gekromd gedeelte (86, 88) een kromtestraal bezit in het bereik van 0,1 tot 0,5 maal de gemiddelde straal van de huls.

8. Legerhuls volgens ëën der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, 30 dat de binnenwand van de voering (72) een aantal gelijkelijk angulair verspreide, radiale druklegerdammen (78) bevat, gescheiden door zich axiaal uitstrekkende groeven (76).

9. Legerhuls volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat axiale groeven gevormd zijn in de binnenwand van de schaal (70) op de plaatsen van de 35 axiale groeven (76) in de binnenwand van de voering (72).

10. Legerhuls gekenmerkt doordat aan het ene of elk einde van de huls een aantal gelijkelijk angulair verspreide dammen (82) aanwezig is, die axiale druklegeroppervlakken vormen, gescheiden door zich radiaal uit- 8700644 -8- n * strekkende groeven (80), waarbij elk legeroppervlak een inlaat- en een uitlaatzijde heeft, beschouwd met betrekking tot de richting (99), waaruit langs de omtrek vloeiend smeermiddelfluïdum stroomt over het in gebruik zijnde legeroppervlak, en het legeroppervlak smaller is aan zijn inlaat-5 zijde dan aan zijn uitlaatzijde. 8700644