RU2407877C1 - Downhole motor two-hinge propeller shaft - Google Patents
Downhole motor two-hinge propeller shaft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2407877C1 RU2407877C1 RU2009117743/03A RU2009117743A RU2407877C1 RU 2407877 C1 RU2407877 C1 RU 2407877C1 RU 2009117743/03 A RU2009117743/03 A RU 2009117743/03A RU 2009117743 A RU2009117743 A RU 2009117743A RU 2407877 C1 RU2407877 C1 RU 2407877C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bearing
- shaft
- thrust
- additional
- sphere
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к комплектующим узлам забойных двигателей для бурения глубоких скважин, а именно карданным валам.The invention relates to component parts of downhole motors for drilling deep wells, namely cardan shafts.
Известен двухшарнирный карданный вал, соединяющий несоосные между собой ведомый и ведущий валы винтового насоса (см. "Винтовые насосы в угольной промышленности", К.С.Осипов, Я.С.Хейфец, Углеиздат, 1957, стр.42, рис.31), включающий ведомый и ведущий шарниры (муфты), каждый из которых содержит корпус и полувал (цилиндрический стержень) с шаровой головкой на конце, упирающейся в сферическую поверхность полости корпуса шарнира (муфты). Крутящий момент в каждом шарнире передается посредством двух шариков, расположенных в лунках (гнездах) шаровых головок и пазах корпуса шарнира. Полувалы (цилиндрические стержни) ведомого и ведущего шарниров соединены (жестко скреплены) между собой резьбовой муфтой. Для сохранения смазки, находящейся внутри шарниров (муфт), и защиты от грязи и воды полости шарнирных сочленений закрыты резиновыми чехлами. Недостатком данного кардана является то, что каждый его шарнир имеет осевой люфт из-за отсутствия элементов конструкции, регламентирующих положение полувала относительно корпуса шарнира.Known double-jointed driveshaft connecting the misaligned driven and driving shafts of a screw pump (see "Screw pumps in the coal industry", K.S. Osipov, Ya.S. Kheifets, Ugleizdat, 1957, p. 42, Fig. 31) including the driven and driving hinges (couplings), each of which contains a body and a half shaft (cylindrical rod) with a ball head at the end abutting against the spherical surface of the cavity of the hinge body (couplings). The torque in each hinge is transmitted through two balls located in the holes (sockets) of the ball heads and the grooves of the hinge body. The semi-shafts (cylindrical rods) of the driven and driving hinges are connected (rigidly fastened) to each other by a threaded sleeve. To preserve the grease inside the hinges (couplings) and to protect against dirt and water, the cavities of the articulated joints are closed with rubber covers. The disadvantage of this cardan is that each of its hinges has axial play due to the lack of structural elements regulating the position of the half shaft relative to the hinge body.
Такой же недостаток имеют карданные валы по патенту США №4,772,246 от 20.09.1988, в шарнирах которых необходимы осевые зазоры между передающими момент элементами, корпусом и полувалом, что приводит к их быстрому выходу из строя при работе, особенно при наличии вибраций.The cardan shafts according to US patent No. 4,772,246 of 09/20/1988 have the same drawback, in the hinges of which axial clearances between the moment-transmitting elements, the housing and the half shaft are necessary, which leads to their rapid failure during operation, especially in the presence of vibrations.
Известен также патент США №4,904,228 от 27.02.1990, стр.18, фиг.7, согласно которому в шарнирах карданного вала выполнен дополнительный упорный подшипник. Недостатком данного карданного вала является низкая стойкость дополнительного упорного подшипника из-за недостаточной площади его опорной рабочей поверхности, недостаточной прочности полувала и узла передачи момента, обусловленных малым размером сферических поверхностей скольжения дополнительного кольцевого упорного подшипника скольжения (прототип).Also known is US patent No. 4,904,228 of 02.27.1990, p. 18, Fig. 7, according to which an additional thrust bearing is made in the joints of the driveshaft. The disadvantage of this driveshaft is the low resistance of the additional thrust bearing due to the insufficient area of its supporting working surface, insufficient strength of the shaft and torque transmission unit, due to the small size of the spherical sliding surfaces of the additional annular thrust bearing (prototype).
Изобретение направленно на устранение указанных недостатков и повышение стойкости карданного вала.The invention is aimed at eliminating these disadvantages and increasing the resistance of the driveshaft.
Это достигается тем, что двухшарнирный карданный вал забойного двигателя для соединения несоосных между собой ротора и шпиндельного вала двигателя включает скрепленные между собой ведущий и ведомый шарниры, каждый из которых содержит корпус и полувал, фиксированные от взаимного проворота с возможностью перекоса их осей телами качения, расположенными в пазах корпуса и лунках полувала, основной упорный подшипник скольжения, содержащий закрепленный в углублении корпуса подпятник и скрепленный с полувалом упор, контактирующие поверхности скольжения которых выполнены как фрагменты сферы, центр которой расположен в плоскости центров тел качения, дополнительный упорный подшипник скольжения, содержащий закрепленный в корпусе кольцевой подпятник и скрепленный с полувалом кольцевой упор, контактирующие рабочие поверхности скольжения которых также выполнены как фрагменты сферы, гибкий чехол, отграничивающий совместно с гайкой корпуса маслонаполненную полость шарнира, резьбы для присоединения к ротору и шпиндельному валу двигателя, при этом контактирующие поверхности кольцевых подпятника и упора дополнительного упорного подшипника выполнены как фрагменты сферы, концентричной упомянутой сфере основного подшипника, причем радиус сферы дополнительного подшипника больше радиуса сферы основного подшипника.This is achieved by the fact that the double-hinged cardan shaft of the downhole motor for connecting the rotor and the spindle shaft of the motor that are misaligned to each other includes drive and driven joints hinged to each other, each of which contains a housing and a half shaft, fixed from mutual rotation with the possibility of their axes being skewed by rolling elements located in the grooves of the housing and the holes of the half shaft, the main thrust sliding bearing, comprising a thrust bearing fixed in the recess of the housing and a stop fixed to the half shaft, contacting the surface and the slides of which are made as fragments of a sphere, the center of which is located in the plane of the centers of the rolling bodies, an additional thrust sliding bearing, comprising an annular thrust bearing and an annular stop fastened to the half shaft, the contact sliding surfaces of which are also made as fragments of a sphere, a flexible case delimiting together with the nut of the housing, an oil-filled cavity of the hinge, threads for connection to the rotor and spindle shaft of the engine, while the contacting surfaces ltsevyh additional thrust bearing and the abutment of the thrust bearing are made as fragments of spheres, sphere concentric with said main bearing, the radius of the sphere additional bearing greater than the radius sphere main bearing.
Кроме того, на контактирующих поверхностях дополнительного упорного подшипника скольжения выполнено уплотнение, а маслонаполненная полость шарнира между основным упорным и дополнительным упорным подшипниками скольжения снабжена разделительным подвижным элементом, например мембраной или поршневой парой, выравнивающим гидравлическое давление в этой полости и давление снаружи нее.In addition, a seal is made on the contacting surfaces of the additional thrust sliding bearing, and the oil-filled hinge cavity between the main thrust and additional thrust sliding bearings is equipped with a movable separation element, for example, a membrane or piston pair, equalizing the hydraulic pressure in this cavity and the pressure outside it.
На фиг.1 показан продольный разрез варианта предлагаемого карданного вала согласно изобретению.Figure 1 shows a longitudinal section of a variant of the proposed propeller shaft according to the invention.
На фиг.2 изображен шарнир карданного вала, в котором на контактирующих поверхностях дополнительного упорного подшипника скольжения выполнено уплотнение, а в теле корпуса выполнен элемент, выравнивающий гидравлическое давление в полости шарнира и давление снаружи нее.Figure 2 shows the hinge of the driveshaft, in which a seal is made on the contacting surfaces of the additional thrust sliding bearing, and an element is made in the body of the housing that equalizes the hydraulic pressure in the joint cavity and the pressure outside it.
Карданный вал содержит ведущий шарнир 1 (фиг.1) и ведомый шарнир 2, каждый из которых содержит корпус и полувал, а именно корпус 3а и полувал 4а ведущего шарнира 1, корпус 3б и полувал 4б ведомого шарнира 2.The driveshaft comprises a driving hinge 1 (Fig. 1) and a driven hinge 2, each of which contains a housing and a half shaft, namely, housing 3a and half shaft 4a of the driving joint 1, housing 3b and half shaft 4b of the driven joint 2.
На корпусе 3a ведущего шарнира 1 выполнена резьба 19 для соосного присоединения к ротору двигателя или к промежуточному элементу трансмиссии (не показаны). На корпусе ведомого шарнира 3б выполнена резьба 28 для соосного присоединения к валу шпинделя. Полувалы 4а и 4б ведущего 1 и ведомого 2 шарниров скреплены между собой, например, посредством конусно-шлицевого соединения 38 или, как вариант, могут быть выполнены как одна деталь.A thread 19 is made on the housing 3a of the drive joint 1 for coaxial connection to an engine rotor or to an intermediate transmission element (not shown). A thread 28 is made on the housing of the driven hinge 3b for coaxial connection to the spindle shaft. The half-shafts 4a and 4b of the driving 1 and driven 2 hinges are fastened together, for example, by means of a tapered spline connection 38 or, as an option, can be made as one part.
Каждый шарнир 1 и 2 имеет замкнутую маслонаполненную полость 15, защищенную от потока бурового раствора уплотнением, например, гибким чехлом 16, закрепленным в корпусе гайкой корпуса 17, и на полувалу - хомутом 18. Возможно применение других конструкций известных уплотнений.Each hinge 1 and 2 has a closed oil-filled
Корпуса и полувалы шарниров 1 и 2 фиксированы от взаимного проворота с возможностью перекоса их осей телами качения 5, расположенными в пазах 6 и лунках 7 соответственно корпусов 3a, 3б и полувалов 4а, 4б. Телами качения могут быть шары, цилиндрические и конические ролики.The hulls and half-shafts of the hinges 1 and 2 are fixed from mutual rotation with the possibility of their axes being skewed by the rolling bodies 5 located in the grooves 6 and holes 7 of the bodies 3a, 3b and the half-shafts 4a, 4b, respectively. Rolling bodies can be balls, cylindrical and conical rollers.
В ведущем шарнире 1 и ведомом шарнире 2 выполнены основные упорные подшипники скольжения, содержащие закрепленные в углублении корпусов 3a и 3б подпятники 8 и кинематически жестко скрепленные с полувалами 4а и 4б упоры 9 (Под обобщенным признаком «кинематически жестко скрепленные» понимается, что упоры 9 жестко закреплены, например, на посадке с натягом на полувалах 4а и 4б посредством стержней 12 или выполнены заодно с ними).The main hinge 1 and the driven hinge 2 are made of the main thrust bearings, containing thrust bearings 8 fixed in the recess of the housings 3a and 3b and the stops 9 kinematically rigidly fastened to the half-shafts 4a and 4b (By the generalized sign “kinematically rigidly fastened” it is understood that the stops 9 are rigidly fixed, for example, on an interference fit on the shafts 4a and 4b by means of rods 12 or are made integral with them).
В шарнирах 1 и 2 выполнены дополнительные упорные подшипники скольжения, содержащие подпятники 30, закрепленные в корпусах 3a и 3б, и упоры 31, кинематически жестко скрепленные с полувалами 4а и 4б.In the hinges 1 and 2, additional thrust sliding bearings are made, containing thrust bearings 30 fixed in the housings 3a and 3b, and stops 31 kinematically rigidly fastened to the half-shafts 4a and 4b.
Рабочие поверхности скольжения 10 и 32 подпятников 8 и 30 и рабочие поверхности скольжения 11 и 33 упоров 9 и 31, контактирующие между собой, в обоих шарнирах - 1 и 2 выполнены как фрагменты сфер, а именно как сферическая лунка на подпятнике и шаровой сегмент на упоре.The sliding working surfaces 10 and 32 of the thrust bearings 8 and 30 and the sliding working surfaces 11 and 33 of the stops 9 and 31 in contact with each other, in both hinges - 1 and 2, are made as fragments of spheres, namely, as a spherical hole on the thrust bearing and a spherical segment on the stop .
Отличительной особенностью кардана является то, что рабочие поверхности скольжения 10, 11 основного подшипника и рабочие поверхности скольжения 32, 33 дополнительного подшипника принадлежат разным сферам, радиус R2 сферы 34 дополнительного упорного подшипника больше радиуса R1 сферы 35 основного упорного подшипника, при этом центры сфер 34 и 35 совпадают и находятся в плоскости 13 центров 14 тел качения 5.A distinctive feature of the cardan is that the sliding surfaces 10, 11 of the main bearing and the sliding surfaces 32, 33 of the additional bearing belong to different spheres, the radius R 2 of the sphere 34 of the additional thrust bearing is greater than the radius R 1 of the sphere 35 of the main thrust bearing, while the centers of the spheres 34 and 35 coincide and are in the plane of 13 centers 14 of the rolling elements 5.
При этом благодаря концентричности сфер 34 и 35 вогнутые сферические рабочие поверхности 10, 32 подпятников 9, 31 и контактирующие с ними выпуклые сферические рабочие поверхности 11, 33 упоров 9, 31 образуют своеобразный ступенчатый шарнир (кинематически идентичный обычному шаровому шарниру) с возможностью осуществления необходимого перекоса осей полувалов 4а, 4б и корпусов 3a, 3б шарниров 1 и 2.Due to the concentricity of the spheres 34 and 35, the concave spherical working surfaces 10, 32 of the thrust bearings 9, 31 and the convex spherical working surfaces 11, 33 of the stops 9, 31 in contact with them form a kind of stepped hinge (kinematically identical to a conventional ball joint) with the possibility of making the necessary skew the axles of the semi-shafts 4a, 4b and the hulls 3a, 3b of the hinges 1 and 2.
Благодаря тому что радиус R2 сферы 34 дополнительного упорного подшипника больше радиуса R1 сферы 35 основного упорного подшипника, рабочая поверхность дополнительного упорного подшипника может быть конструктивно увеличена по сравнению с прототипом. При этом появляется возможность оптимизировать ширину и площадь контакта рабочих сферических поверхностей 32, 33 дополнительного подшипника и их угол наклона.Due to the fact that the radius R 2 of the sphere 34 of the additional thrust bearing is larger than the radius R 1 of the sphere 35 of the main thrust bearing, the working surface of the additional thrust bearing can be structurally increased in comparison with the prototype. In this case, it becomes possible to optimize the width and contact area of the working spherical surfaces 32, 33 of the additional bearing and their angle of inclination.
Кроме того, увеличенный радиус R2 позволяет увеличить внутренний диаметр кольцеобразного подпятника 30 и выполнить полувал большего диаметра, при этом использовать тела качения 5 большего размера.In addition, the increased radius R 2 allows you to increase the inner diameter of the annular thrust bearing 30 and to perform a half shaft of larger diameter, while using larger rolling bodies 5.
Кроме того, увеличение кольцевой рабочей поверхности 33 упоров 31 обеспечивает возможность размещения на ней уплотнения 23 (см. фиг.2).In addition, the increase in the annular working surface 33 of the lugs 31 makes it possible to place
На фиг.2 изображен шарнир кардана, в котором на контактирующих поверхностях дополнительного упорного подшипника скольжения выполнено уплотнение 23, например, в виде резинового кольца 3б, расположенного в канавке, выполненной в упоре 22. Маслонаполненная полость 15 шарнира между основным и дополнительным упорными подшипниками скольжения снабжена разделительным подвижным элементом, например поршневой парой 37, выравнивающим гидравлическое давление в этой полости с давлением снаружи нее.Figure 2 shows the hinge of the cardan, in which on the contact surfaces of the additional thrust sliding bearing, a
Работает двухшарнирный карданный вал следующим образом. С ротора двигателя карданный вал передает вращение и момент силы на несоосный с ним вал шпинделя и далее на долото. Несоосность ротора и вала шпинделя как линейная, вызванная движением оси ротора одновинтового двигателя по окружности, так и угловая, обусловленная, например, возможным наличием между двигателем и шпинделем кривого переводника (не показаны) компенсируется перекосом осей корпусов 3a, 3б и полувалов 4а, 4б ведущего 1 и ведомого 2 шарниров. Наличие в шарнирах 1 и 2 дополнительных подшипников скольжения, включающих подпятники 30 и упоры 31, предотвращает нежелательное излишнее проскальзывание (осевое перемещение) тел качения 5 в пазах 6 и соответствующий дополнительный их износ.A two-joint cardan shaft operates as follows. From the engine rotor, the driveshaft transmits the rotation and the moment of force to the spindle shaft which is not aligned with it and then to the bit. The misalignment of the rotor and the spindle shaft is both linear, caused by the movement of the rotor axis of the single-rotor motor in a circle, and angular, due, for example, to the possible presence of a curve adapter (not shown) between the motor and the spindle (not shown), which is compensated by the misalignment of the axes of the housings 3a, 3b and the drive axle shafts 4a, 4b 1 and follower 2 hinges. The presence in the hinges 1 and 2 of additional sliding bearings, including thrust bearings 30 and stops 31, prevents unwanted excessive slipping (axial movement) of the rolling elements 5 in the grooves 6 and their corresponding additional wear.
При этом, в отличие от прототипа, рабочие поверхности 10, 11 и 32, 33 основного и дополнительного подшипников скольжения расположены на разных сферах 35 и 34, однако, благодаря их концентричности, эти поверхности образуют оригинальный ступенчатый шарнир, кинематически идентичный обычному шаровому шарниру, за счет чего осуществляется перекос осей полувалов 4а, 4б и корпусов 3a, 3б и компенсация несоосности ротора двигателя и вала шпинделя.In this case, unlike the prototype, the working surfaces 10, 11 and 32, 33 of the main and additional sliding bearings are located on different spheres 35 and 34, however, due to their concentricity, these surfaces form an original step joint, kinematically identical to a conventional ball joint, for due to which the axes of the half-shafts 4a, 4b and the housings 3a, 3b are skewed and the misalignment of the motor rotor and the spindle shaft is compensated.
Эта особенность конструкции и работы кардана согласно предлагаемому изобретению позволяет повысить стойкость кардана за счет увеличения площади рабочих сферических поверхностей 32, 33 дополнительного упорного подшипника и, как следствие, уменьшения контактных напряжений в нем, применения полувала большего диаметра и тел качения большего размера повышенной прочности.This feature of the design and operation of the cardan according to the invention allows to increase the resistance of the cardan by increasing the area of the working spherical surfaces 32, 33 of an additional thrust bearing and, as a result, reducing contact stresses in it, using a half-shaft of larger diameter and larger rolling elements of increased strength.
Кроме того, увеличению стойкости двухшарнирного карданного вала способствует возможность размещения на рабочей поверхности дополнительного упорного подшипника уплотнения, предотвращающего потерю смазки в случае выхода из строя гибкого чехла 16.In addition, an increase in the durability of the double-jointed driveshaft is facilitated by the possibility of placing an additional thrust seal bearing on the working surface, which prevents the loss of lubricant in the event of failure of the flexible cover 16.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009117743/03A RU2407877C1 (en) | 2009-05-13 | 2009-05-13 | Downhole motor two-hinge propeller shaft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009117743/03A RU2407877C1 (en) | 2009-05-13 | 2009-05-13 | Downhole motor two-hinge propeller shaft |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009117743A RU2009117743A (en) | 2010-11-20 |
RU2407877C1 true RU2407877C1 (en) | 2010-12-27 |
Family
ID=44055816
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009117743/03A RU2407877C1 (en) | 2009-05-13 | 2009-05-13 | Downhole motor two-hinge propeller shaft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2407877C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2648412C2 (en) * | 2013-03-05 | 2018-03-26 | Нэшнл Ойлвэл Варко, Л.П. | Adjustable bend assembly for a downhole motor |
-
2009
- 2009-05-13 RU RU2009117743/03A patent/RU2407877C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2648412C2 (en) * | 2013-03-05 | 2018-03-26 | Нэшнл Ойлвэл Варко, Л.П. | Adjustable bend assembly for a downhole motor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009117743A (en) | 2010-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8033920B1 (en) | High torque, flexible, dual, constant velocity, ball joint assembly for mud motor used in directional well drilling | |
US20190162242A1 (en) | Universal joint | |
US20160108970A1 (en) | Articulated Drive Shaft | |
WO2012039700A1 (en) | High torque, flexible, dual, constant velocity, ball joint assembly for mud motor used in directional well drilling | |
US20240159277A1 (en) | Transmission assembly for transmitting torque across an angular connection between a torsional drive component and a torsionally driven component | |
ATE383917T1 (en) | DRIVE SPINDLE FOR THE MAIN DRIVE OF A ROLLING STAND | |
US4976655A (en) | Connecting rod assembly for downhole drilling | |
RU2407877C1 (en) | Downhole motor two-hinge propeller shaft | |
NO154404B (en) | ARTICLE CLUTCH. | |
US9714682B2 (en) | Joint yoke for a universal joint and universal joint | |
US20220325584A1 (en) | Drive Shaft Assembly for Downhole Drilling and Method for Using Same | |
US11092199B2 (en) | Down-hole motor universal joint assembly | |
US20160290411A1 (en) | Full contact constant velocity transmission assembly | |
US6569020B1 (en) | Motor coupler | |
CN201475187U (en) | Sealed universal shaft | |
RU2411335C1 (en) | Two-joint drive shaft of bottomhole motor | |
WO2014107813A1 (en) | System, method and apparatus for a flexible joint for a downhole drilling motor | |
CN106949138B (en) | Telescopic transmission shaft | |
CN219755158U (en) | Drum-shaped pin type coupling | |
RU153645U1 (en) | SCREW SHAFT SCREW GEROTOR HYDRAULIC MACHINE | |
KR20180040847A (en) | Drive shaft for vehicle | |
US11708724B2 (en) | Apparatus for capturing axial force on an inner drive member | |
RU87742U1 (en) | BOTH MOTOR SHAFT | |
JP6899663B2 (en) | Sliding constant velocity universal joint and its manufacturing method | |
US20210033153A1 (en) | Constant velocity joint |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120514 |