RU2183245C2

RU2183245C2 - Spindle of rammer motor

Info

Publication number: RU2183245C2
Application number: RU99127404A
Authority: RU
Inventors: Ф.Н. Набиев; Р.А. Юсупов; Ю.Н. Никитенко; И.Ф. Максютов; Г.Д. Ахметшин
Original assignee: Набиев Фатих Нигматуллович
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2002-06-10

Abstract

FIELD: drilling equipment, rotation drilling drives placed in hole. SUBSTANCE: springy member located inside body of device is installed between radial support and comes in the form of two groups of spring rings. Each group includes inner ring fixed on shaft and outer ring anchored in body. Rings are arranged with clearance. Axial support is placed between two groups of spring rings and has ring-shaped passages securing transfer of lubricating liquid between two groups of spring rings. EFFECT: reduced dynamic load on spindle, significant suppression f vibration and, as result, prolonged service life of spindle. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для бурения, а именно к приводам для вращательного бурения, размещаемым в скважине. The invention relates to equipment for drilling, and in particular to actuators for rotary drilling, placed in the well.

В процессе работы шпиндель испытывает значительные динамические нагрузки из-за неровностей поверхности стенок скважины, пульсации промывочной жидкости, неравномерной скорости подачи бурильного инструмента и т.п. Для уменьшения динамических нагрузок на шпиндель используются амортизирующие устройства. During operation, the spindle experiences significant dynamic loads due to irregularities in the surface of the borehole walls, pulsation of flushing fluid, uneven feed rate of the drilling tool, etc. To reduce the dynamic loads on the spindle, shock absorbing devices are used.

Известно устройство для предотвращения торцевого износа деталей забойного двигателя, выполненное в виде установленных в корпусе и на валу турбобура втулки и фиксатора, при этом втулки имеют радиальные пазы, смещенные относительно друг друга по высоте на величину допускаемого люфта отработанного турбобура, а фиксатор выполнен в виде подпружиненного шарика, размещенного в радиальном пазу одной из втулок (а.с. СССР 933923, Е 21 В 4/02, 07.06.82 г. ). A device is known for preventing end wear of downhole engine parts made in the form of bushings and a retainer installed in the housing and on the shaft of the turbodrill, the bushings having radial grooves displaced relative to each other in height by the amount of permissible play of the spent turbodrill, and the retainer is made in the form of a spring-loaded a ball placed in the radial groove of one of the bushings (AS USSR 933923, E 21 B 4/02, 07/07/82).

Недостатком данного устройства является интенсивный износ пазов и поверхностей, взаимодействующих с шариками, что значительно сокращает срок службы шпинделя. The disadvantage of this device is the intense wear of the grooves and surfaces interacting with the balls, which significantly reduces the life of the spindle.

Известен амортизатор шпинделя турбобура, содержащий корпус с внутренней винтовой поверхностью, вал с наружной винтовой поверхностью и размещенный между ними упругий элемент. Последний выполнен в виде замкнутых эластичных оболочек винтообразной формы. Полости оболочек заполнены вязкой жидкостью и сообщаются между собой при помощи дроссельного узла, размещенного в корпусе. На валу и в корпусе имеются заглушки, ограничивающие осевые смещения упругого элемента (а.с. СССР 1659619, Е 21 В 4/00, 30.06.1991 г.). A known shock absorber of a spindle of a turbo-drill, comprising a housing with an internal helical surface, a shaft with an external helical surface and an elastic element located between them. The latter is made in the form of closed elastic shells of a helical shape. The cavity cavities are filled with a viscous fluid and communicate with each other using a throttle assembly located in the housing. On the shaft and in the housing there are plugs that limit the axial displacement of the elastic element (AS USSR 1659619, E 21 B 4/00, 06/30/1991).

Это устройство имеет значительную длину, что увеличивает продольные размеры шпинделя и ограничивает область применения. Кроме того, наличие полостей в упругом элементе обуславливает низкую эксплутационную надежность, т. к. при имеющихся размерах ствола скважин невозможно обеспечить достаточную толщину и прочность стенок упругого элемента. This device has a considerable length, which increases the longitudinal dimensions of the spindle and limits the scope. In addition, the presence of cavities in the elastic element leads to low operational reliability, because with the available dimensions of the wellbore it is not possible to ensure sufficient thickness and strength of the walls of the elastic element.

За прототип принят шпиндель, включающий корпус, размещенные внутри корпуса вал, осевую и радиальные опоры, упругий элемент. Верхняя радиальная опора состоит из втулки, закрепленной на валу, и втулки, закрепленной в корпусе. Между втулками размещен упругий цилиндрический элемент из износостойкого материала с низким коэффициентом трения. В упругом элементе завулканизирована пружина сжатия. Упругий элемент в верхней части опирается на диск, закрепленный в корпусе, а в нижней части - на диск, закрепленный на валу. Аналогичный упругий элемент расположен в нижней радиальной опоре, причем в верхней части упругий элемент опирается на диск, закрепленный на валу, а в нижней части - на диск, закрепленный в корпусе (патент РФ 2011776, Е 21 В 4/00, 30.03.1994 г.). For the prototype adopted spindle, comprising a housing located inside the housing shaft, axial and radial bearings, an elastic element. The upper radial support consists of a sleeve fixed to the shaft and a sleeve fixed in the housing. Between the bushings there is an elastic cylindrical element made of a wear-resistant material with a low coefficient of friction. A compression spring is vulcanized in the elastic member. The elastic element in the upper part rests on a disk fixed in the housing, and in the lower part - on a disk mounted on a shaft. A similar elastic element is located in the lower radial support, and in the upper part the elastic element rests on a disk mounted on the shaft, and in the lower part on a disk fixed in the housing (RF patent 2011776, E 21 B 4/00, 03/30/1994 .).

Недостаток прототипа заключается в том, что воспринимающий осевые усилия упругий элемент, выполненный в виде цилиндра, размещенного между двух втулок и опирающегося по концам на диски, лишен возможности изменяться в своих геометрических размерах во время упругой деформации в процессе гашения ударных нагрузок, т.к. технология сборки шпинделей не допускает оставления люфтов между деталями радиальной опоры, как это предусмотрено между деталями осевой опоры. Упругий элемент, представляющий собой металлическую пружину в резине, сокращаясь в длине в некоторой степени получит изменения в диаметрах, что может привести к заклиниванию радиальной опоры или же аварийному износу резиновой части ее в результате выдавливания резины через кольцевые зазоры между опорными дисками и корпусом, и валом. The disadvantage of the prototype is that the axial force-absorbing elastic element, made in the form of a cylinder placed between two bushings and resting on the ends at the disks, is deprived of the ability to change in its geometric dimensions during elastic deformation during the process of damping shock loads, because the spindle assembly technology does not allow any play between the parts of the radial support, as provided between the parts of the axial support. The elastic element, which is a metal spring in the rubber, will decrease to some extent and will receive changes in diameters, which can lead to jamming of the radial support or emergency wear of the rubber part as a result of extrusion of rubber through the annular gaps between the support disks and the housing and the shaft .

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является увеличение срока службы шпинделя. The problem to which the claimed invention is directed, is to increase the service life of the spindle.

Технический результат от использования изобретения - значительное подавление вибраций и, следовательно, снижение динамических нагрузок на шпиндель. The technical result from the use of the invention is a significant suppression of vibration and, consequently, a decrease in dynamic loads on the spindle.

Технический результат достигается за счет того, что в шпинделе забойного двигателя, который содержит корпус, вал, осевую и радиальные опоры и установленный между ними упругий элемент, последний выполнен в виде двух групп пружинных колец, каждая из которых содержит внутреннее кольцо, закрепленное на валу, и наружное кольцо, закрепленное в корпусе, а осевая опора расположена между этими группами. Внутренние и наружные пружинные кольца упругого элемента выполнены одинаковой жесткости. В осевой опоре выполнены кольцевые каналы, соединяющие между собой обе группы колец упругого элемента. Длины корпуса и вала шпинделя выполнены с учетом предварительной осадки пружин упругих элементов на 55-60% от полной осадки во время сборки шпинделя. The technical result is achieved due to the fact that in the spindle of the downhole motor, which contains a housing, a shaft, axial and radial bearings and an elastic element installed between them, the latter is made in the form of two groups of spring rings, each of which contains an inner ring fixed to the shaft, and an outer ring fixed in the housing, and an axial support is located between these groups. The inner and outer spring rings of the elastic element are made of the same stiffness. In the axial support, annular channels are made connecting each other between the two groups of rings of the elastic element. The lengths of the housing and spindle shaft are made taking into account the preliminary draft of the springs of elastic elements by 55-60% of the total draft during assembly of the spindle.

На чертеже представлен общий вид предлагаемого шпинделя в разрезе. The drawing shows a General view of the proposed spindle in the context.

Шпиндель содержит корпус 1, полый вал 2, верхнюю 3 и нижнюю 4 радиальные опоры, расположенный между ними упругий элемент, состоящий из двух групп пружинных колец, внутренние кольца 5 установлены на валу 2, а наружные кольца 6 - в корпусе 1. Между ними размещена многорядная шариковая осевая опора 7, в которой выполнены кольцевые каналы 8, соединяющие между собой обе группы колец упругого элемента. Наружный диаметр колец 5 меньше внутреннего диаметра колец 6 с образованием между ними гарантированного зазора, причем пружинные кольца выполнены одинаковой жесткости. В корпусе 1 выполнены каналы 9 и 10 для закачки смазывающей жидкости. Кроме того, шпиндель снабжен узлами уплотнения 11 и 12, которые состоят из двух уплотнительных и грязесъемного резинометаллических элементов, причем уплотняющие элементы обращены в разные стороны и разделены кольцом, предотвращающим "заворачивание" их юбок. The spindle comprises a housing 1, a hollow shaft 2, an upper 3 and a lower 4 radial bearings, an elastic element located between them, consisting of two groups of spring rings, the inner rings 5 are mounted on the shaft 2, and the outer rings 6 are located in the housing 1. Between them multi-row ball axial support 7, in which annular channels 8 are made connecting each other both groups of rings of the elastic element. The outer diameter of the rings 5 is less than the inner diameter of the rings 6 with the formation of a guaranteed gap between them, and the spring rings are made of the same stiffness. In the housing 1, channels 9 and 10 are made for injecting a lubricating fluid. In addition, the spindle is equipped with seal assemblies 11 and 12, which consist of two sealing and wiper rubber-metal elements, the sealing elements facing in different directions and separated by a ring, preventing the "wrapping" of their skirts.

Шпиндель работает следующим образом. При сборке его создают поджатие упругого элемента, на 10-15% превышающее осевую нагрузку на шпиндель. При этом осадка пружинных колец 5 и 6 составляет 55-60% от полной. Кольцевую полость между валом и корпусом через каналы 9 и 10 заполняют смазывающей жидкостью. В процессе бурения с вала 2 на корпус 1 через радиальные опоры 3 и 4, внутренние 5 и наружные 6 кольца упругого элемента и осевую опору 7 передаются значительные динамические нагрузки. Наличие зазоров между пружинными кольцами 5 и 6 упругого элемента и кольцевых каналов в осевой опоре 7 обеспечивает торможение смазывающей жидкости при перетекании ее между двумя группами колец упругого элемента, что позволяет дополнительно демпфировать вибрации от бурового инструмента. The spindle operates as follows. When assembling it, a preload of the elastic element is created, 10-15% higher than the axial load on the spindle. In this case, the draft of the spring rings 5 and 6 is 55-60% of the total. The annular cavity between the shaft and the housing through the channels 9 and 10 is filled with lubricating fluid. In the process of drilling from the shaft 2 to the housing 1 through the radial bearings 3 and 4, the inner 5 and outer 6 rings of the elastic element and the axial support 7 significant dynamic loads are transmitted. The presence of gaps between the spring rings 5 and 6 of the elastic element and the annular channels in the axial support 7 provides braking of the lubricating fluid when it flows between two groups of rings of the elastic element, which additionally dampens vibrations from the drilling tool.

Технический эффект от использования предлагаемого шпинделя достигается за счет выполнения упругого элемента составным, в результате чего узлы подшипников осевой опоры подпружиниваются с обеих сторон с одинаковым усилием, что обуславливает значительное подавление вибраций, возникающих при обкатывании зубцов долота по забою, от неровностей стенок скважины, неравномерности скорости подачи бурового инструмента и пульсации промывочной жидкости, воздействующих на шпиндель. The technical effect of using the proposed spindle is achieved by making the elastic element compound, as a result of which the axle bearing bearings are springed on both sides with the same force, which leads to significant suppression of vibrations that occur when the teeth of the bit are run in the bottom, from irregularities of the borehole walls, uneven speed supply of drilling tools and pulsation of flushing fluid acting on the spindle.

Предварительное поджатие упругих элементов обеспечивает равномерное распределение нагрузки по всем рядам осевой опоры. The preliminary compression of the elastic elements provides a uniform load distribution across all rows of axial bearings.

Осадка пружинных колец упругого элемента устраняет разъединение элементов осевой опоры при ударах об уступы на стенках во время спуска забойного двигателя в скважину. The draft of the spring rings of the elastic element eliminates the separation of the axial support elements during impacts on the ledges on the walls during the descent of the downhole motor into the well.

Таким образом, преимущества заявленного изобретения заключаются в эффективном гашении виброударов, подавлении возможных автоколебаний, передающихся бурильным трубам. Кроме того, преимущества заявленного изобретения заключаются в эффективном гашении виброударов, подавлении возможных автоколебаний, передающихся бурильным трубам. Кроме того, появляется возможность уменьшения длины шпинделя за счет сокращения количества рядов подшипника двигателя. Thus, the advantages of the claimed invention lie in the effective suppression of vibration impacts, suppression of possible self-oscillations transmitted to the drill pipes. In addition, the advantages of the claimed invention lie in the effective suppression of vibration impacts, suppression of possible self-oscillations transmitted to the drill pipes. In addition, it becomes possible to reduce the spindle length by reducing the number of rows of the motor bearing.

Указанные преимущества обуславливают увеличение срока службы шпинделя и повышение скорости бурения. These advantages lead to an increase in spindle service life and an increase in drilling speed.

Claims

1. The spindle of the downhole motor, comprising a housing, a shaft located inside the housing, axial and radial bearings, an elastic element, characterized in that the elastic element is installed between the radial bearings and is made in the form of two groups of spring rings, each of which contains an inner ring fixed to the shaft, and the outer ring fixed in the housing, while the rings are located with a gap between them, and the axial support is located between two groups of spring rings and is made with annular channels that provide overflow lubricating fluid between the two groups of spring rings.

2. The spindle according to claim 1, characterized in that the inner and outer rings of the elastic element have the same stiffness and are configured to be pressed with a force 10-15% higher than the axial load on the spindle.