RU2415312C1

RU2415312C1 - Flexible shaft

Info

Publication number: RU2415312C1
Application number: RU2007145332/11K
Authority: RU
Inventors: Юрий Александрович Кривоносов (RU); Юрий Александрович Кривоносов; Валерий Витальевич Пепеляев (RU); Валерий Витальевич Пепеляев
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2011-03-27
Also published as: RU2364759C1

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: flexible shaft can be used in devices for cased well perforation when torque moment and axial force are transferred from hydraulic downhole motor (driving link) to cutter head (16) (driven link). Torque moment is transferred via end elements (2, 3) and flexible part (1). Axial force is transferred via cylindrical rings (4, 5, 6) mounted on the flexible part (1) between end elements (2, 3). Cylindrical rings (4, 5, 6) create rigid connection of end elements (2, 3) and provide axial force transfer to cutting head (16) bypassing flexible part (1), thereof flexible shaft gets increased axial rigidity.

EFFECT: providing axial force transfer to cutting head (16) bypassing flexible part thereby increasing axial rigidity to flexible shaft.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к общему машиностроению, точнее к конструкциям гибких валов, используемых в механизмах для передачи крутящего момента и осевого усилия от ведущего звена механизма ведомому при несоосности указанных звеньев.The invention relates to general mechanical engineering, and more specifically to the construction of flexible shafts used in mechanisms for transmitting torque and axial force from the leading link of the mechanism to the driven when the indicated links are misaligned.

Известны гибкие валы (Политехнический словарь. - М.: Советская Энциклопедия, 1980, с.113; SU 1028912 А, 15.07.1983; RU 2181448 C2, 20.04.2002; RU 2239733 C2, 2004.11.10; SU 1811733 A3, 2005.04.10; RU 2297558 C1, 2007.04.20), содержащие гибкую часть с концевыми элементами, предназначенными для соединения с ведущим и ведомым звеньями механизма. Гибкие валы, известные из указанных выше источников информации, отличаются друг от друга, в основном, конструкцией гибкой части: гибкая часть гибкого вала, описанного в Политехническом словаре, свита из нескольких слоев проволоки; гибкая часть гибкого вала по SU 1028912 А и RU 2181448 C2 выполнена из винтовых пружин; гибкая часть гибкого вала по RU 2239733 C2 выполнена в виде цепи звеньев, шарнирно соединенных друг с другом посредством соединительных элементов; гибкая часть гибкого вала по RU 2297558 C1 выполнена в виде цепи коротких цилиндрических втулок с центральным отверстием, соединенных друг с другом своими концевыми частями.Flexible shafts are known (Polytechnical Dictionary. - M .: Soviet Encyclopedia, 1980, p.113; SU 1028912 A, 07.15.1983; RU 2181448 C2, 04.20.2002; RU 2239733 C2, 2004.11.10; SU 1811733 A3, 2005.04. 10; RU 2297558 C1, 2007.04.20), containing a flexible part with end elements intended for connection with the leading and driven links of the mechanism. Flexible shafts known from the above sources of information differ from each other mainly in the design of the flexible part: the flexible part of the flexible shaft described in the Polytechnic Dictionary, a retinue of several layers of wire; the flexible part of the flexible shaft according to SU 1028912 A and RU 2181448 C2 is made of coil springs; the flexible part of the flexible shaft according to RU 2239733 C2 is made in the form of a chain of links articulated to each other by means of connecting elements; the flexible part of the flexible shaft according to RU 2297558 C1 is made in the form of a chain of short cylindrical bushings with a central hole connected to each other by their end parts.

Общим недостатком известных гибких валов является то, что они не обладают большой осевой жесткостью при передаче осевого усилия в механизмах, ведомое звено которых воспринимает значительную осевую нагрузку. Такими механизмами являются, например, устройства для перфорации скважин, ведомым звеном которых является режущая головка, смонтированная на конце гибкого вала. Низкая осевая жесткость известных гибких валов объясняется тем, что эти гибкие валы передают и крутящий момент и осевое усилие через гибкую часть, которая не может обладать большой осевой жесткостью именно потому, что должна быть гибкой.A common disadvantage of the known flexible shafts is that they do not have a large axial stiffness when transmitting axial force in mechanisms whose driven link takes up a significant axial load. Such mechanisms are, for example, devices for perforating wells, the driven link of which is a cutting head mounted on the end of a flexible shaft. The low axial stiffness of the known flexible shafts is explained by the fact that these flexible shafts transmit both torque and axial force through the flexible part, which cannot have high axial stiffness precisely because it must be flexible.

Задачей настоящего изобретения является создание гибкого вала, имеющего повышенную осевую жесткость.An object of the present invention is to provide a flexible shaft having increased axial stiffness.

Поставленная задача решается тем, что гибкий вал, содержащий гибкую часть с концевыми элементами, предназначенными для соединения с ведущим и ведомым звеньями того или иного механизма, например, устройства для перфорации обсаженных скважин, снабжен установленными на гибкой части между концевыми элементами цилиндрическими кольцами, крайние из которых имеют опорные поверхности для взаимодействия с соответствующими опорными поверхностями, выполненными на концевых элементах, при этом размеры цилиндрических колец и их количество определены из условия сохранения контакта смежных цилиндрических колец при изгибах гибкой части.The problem is solved in that the flexible shaft containing a flexible part with end elements intended for connection with the driving and driven links of a particular mechanism, for example, a device for perforating cased wells, is equipped with cylindrical rings mounted on the flexible part between the end elements, which have supporting surfaces for interaction with corresponding supporting surfaces made on the end elements, while the dimensions of the cylindrical rings and their number are determined They are obtained from the condition of maintaining contact of adjacent cylindrical rings during bending of the flexible part.

Крайние кольца могут быть выполнены из антифрикционного материала или покрыты им.The extreme rings can be made of antifriction material or coated with it.

Снабжение гибкого вала установленными на гибкой части между концевыми элементами цилиндрическими кольцами, крайние из которых имеют опорные поверхности для взаимодействия с соответствующими опорными поверхностями, выполненными на концевых элементах, и выполнение условия сохранения контакта смежных цилиндрических колец при изгибах гибкой части (путем соответствующего подбора размеров цилиндрических колец и их количества) позволяют осуществлять передачу крутящего момента через гибкую часть, а передачу осевого усилия - через набор цилиндрических колец, что позволяет повысить осевую жесткость гибкого вала.The supply of the flexible shaft mounted on the flexible part between the end elements of the cylindrical rings, the extreme of which have supporting surfaces for interaction with the corresponding supporting surfaces made on the end elements, and the condition for maintaining contact of adjacent cylindrical rings during bending of the flexible part (by appropriate selection of sizes of the cylindrical rings and their quantities) allow the transmission of torque through the flexible part, and the transmission of axial force through a set of of cylindrical rings, which improves the axial stiffness of the flexible shaft.

Покрытие опорных поверхностей крайних колец антифрикционным материалом или выполнение крайних колец из такого материала улучшает условия работы гибкого вала.Coating the supporting surfaces of the extreme rings with antifriction material or the implementation of the extreme rings of such material improves the working conditions of the flexible shaft.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид гибкого вала; на фиг.2 - гибкий вал, используемый в устройстве для перфорации обсаженной скважины.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of a flexible shaft; figure 2 - flexible shaft used in the device for perforation of a cased well.

Гибкий вал содержит гибкую часть 1 (фиг.1), концевой элемент 2, концевой элемент 3 и цилиндрические кольца 4, 5, 6. В варианте исполнения гибкого вала, разработанного для использования в устройствах перфорации скважин, гибкая часть 1 выполнена из цепи одинаковых коротких цилиндрических втулок 7, шарнирно соединенных друг с другом посредством ступенчатых полуосей 8 (в других вариантах исполнения гибкого вала конструкция гибкой части может быть выполнена идентичной конструкциям гибких частей, описанным в источниках информации, приведенных выше, при описании уровня техники) Один конец каждой цилиндрической втулки 7 выполнен в виде вилки, а другой конец - в виде хвостовика. Контактные поверхности вилки и хвостовика каждой втулки 7 взаимно перпендикулярны. Центральные отверстия цилиндрических втулок 7 образуют канал, в котором установлены защитная спираль 9 и полая гибкая труба 10 для подачи жидкости, необходимой для промывания режущей головки и удаления стружки и частиц грунта из зоны перфорации. Крайнее кольцо 4 имеет опорную поверхность 11, а крайнее кольцо 6 - опорную поверхность 12, предназначенные для взаимодействия с соответствующими опорными поверхностями 13 и 14, выполненными на концевых элементах 2 и 3. Размеры крайних колец 4, 6, а также размеры и количество колец 5 подобраны из условия сохранения контакта всех смежных цилиндрических колец 5 при изгибах гибкой части. Подгонка размеров осуществляется с использованием технологического стенда, обеспечивающего заданный изгиб гибкой части. Опорные поверхности 11 и 12 крайних колец 4, 6 покрыты антифрикционным материалом.The flexible shaft contains a flexible part 1 (Fig. 1), an end element 2, an end element 3, and cylindrical rings 4, 5, 6. In an embodiment of a flexible shaft designed for use in well punching devices, the flexible part 1 is made of the same short chain cylindrical bushings 7, pivotally connected to each other by means of stepped semiaxes 8 (in other versions of the flexible shaft, the design of the flexible part can be identical to the design of the flexible parts described in the information sources above when describing the prior art) One end of each cylindrical sleeve 7 is made in the form of a fork, and the other end is in the form of a shank. The contact surfaces of the forks and shanks of each sleeve 7 are mutually perpendicular. The Central holes of the cylindrical bushings 7 form a channel in which a protective spiral 9 and a hollow flexible pipe 10 are installed to supply the fluid necessary for washing the cutting head and removing chips and soil particles from the perforation zone. The extreme ring 4 has a supporting surface 11, and the extreme ring 6 has a supporting surface 12, designed to interact with the respective supporting surfaces 13 and 14, made on the end elements 2 and 3. The dimensions of the outer rings 4, 6, as well as the size and number of rings 5 selected from the condition of maintaining contact of all adjacent cylindrical rings 5 when bending the flexible part. Sizing is carried out using a technological stand that provides a given bend of the flexible part. The supporting surfaces 11 and 12 of the outer rings 4, 6 are coated with antifriction material.

Концевой элемент 2 гибкого вала, используемого в устройстве для перфорации скважины, соединен с ведущим звеном - приводом 15 (фиг.2) вращения и осевого перемещения (в качестве привода использован гидравлический забойный двигатель), а концевой элемент 3 соединен с ведомым звеном - режущей головкой 16.The end element 2 of the flexible shaft used in the device for perforation of the well is connected to the leading link - the drive 15 (figure 2) of rotation and axial movement (the hydraulic downhole motor is used as the drive), and the end element 3 is connected to the driven link - the cutting head 16.

Поз. 17 на фиг.2 обозначен корпус устройства для перфорации обсаженной скважины; поз.18 - труба обсаженной скважины, поз. 19 - перфорационный канал. S - величина зазора между опорными поверхностями 11 и 13, необходимая и достаточная с одной стороны - для изгиба гибкого вала на заданный угол, а с другой стороны - для передачи осевого усилия от ведущего звена ведомому, минуя гибкую часть 1.Pos. 17 in figure 2 the casing of the device for perforation of a cased well is indicated; pos.18 - cased hole pipe, pos. 19 - perforation channel. S is the gap between the supporting surfaces 11 and 13, necessary and sufficient on the one hand to bend the flexible shaft to a predetermined angle, and on the other hand, to transmit axial force from the driving link to the follower, bypassing the flexible part 1.

Для перфорации обсаженной скважины корпус 17 устройства для перфорации опускают в скважину на расчетную глубину, на которой необходимо произвести перфорацию скважины, и закрепляют в ней. Затем опускают гибкий вал с режущей головкой 16 в криволинейный канал корпуса 17 и осуществляют его перемещение до стенки трубы 18. При входе колец 5 на криволинейный участок они расходятся веером, полностью выбирая зазор S при этом разрыва контакта между смежными кольцами 5 не происходит (из такого условия подобраны размеры и количество цилиндрических колец 4, 5, 6). После включения привода 15 крутящий момент от этого привода передается на режущую головку 16 через гибкую часть 1. Благодаря тому, что поверхности 11 и 12 крайних колец 4 и 6 покрыты антифрикционным материалом, передачи крутящего момента на кольца 5 не происходит, и при вращении гибкой части 1 кольца 5 не вращаются. Передача осевого усилия на режущую головку 16 от привода 15 происходит через контактирующие опорные поверхности 13 и 11, контактирующие кольца 4, 5, 6, контактирующие опорные поверхности 12, 14. Гибкая часть 1 в передаче осевого усилия от привода 15 на режущую головку 16 не участвует. При вращении и осевом перемещении гибкого вала режущая головка 16 сначала высверливает отверстие в трубе 18 скважины, а затем образует в грунте перфорационный канал 19. Кольца 5 в перфорационном канале 19 образуют трубу, передающую осевое усилие режущей головке 16 и не позволяют ей отклоняться от прямолинейного перемещения при бурении перфорационного канала.For perforation of a cased well, the housing 17 of the perforating device is lowered into the well at the design depth at which the well must be perforated and fixed in it. Then the flexible shaft with the cutting head 16 is lowered into the curvilinear channel of the housing 17 and it is moved to the pipe wall 18. When the rings 5 enter the curvilinear section, they diverge as a fan, completely choosing the gap S, while breaking the contact between adjacent rings 5 does not occur (from this conditions, the sizes and the number of cylindrical rings 4, 5, 6) are selected. After turning on the drive 15, the torque from this drive is transmitted to the cutting head 16 through the flexible part 1. Due to the fact that the surfaces 11 and 12 of the extreme rings 4 and 6 are coated with antifriction material, torque is not transmitted to the rings 5, and when the flexible part is rotated 1 rings 5 do not rotate. The axial force is transmitted to the cutting head 16 from the drive 15 through the contacting supporting surfaces 13 and 11, the contacting rings 4, 5, 6, the contacting supporting surfaces 12, 14. The flexible part 1 does not participate in the transmission of the axial force from the drive 15 to the cutting head 16 . During rotation and axial movement of the flexible shaft, the cutting head 16 first drills a hole in the well pipe 18, and then forms a perforation channel 19 in the soil. The rings 5 in the perforation channel 19 form a pipe transmitting axial force to the cutting head 16 and do not allow it to deviate from linear movement when drilling a perforation channel.

Таким образом, за счет того, что осевое усилие от ведущего звена ведомому передается не через гибкую часть, а через жесткую - набор цилиндрических колец, заявляемый гибкий вал, в сравнении с известными гибкими валами, имеет повышенную осевую жесткость, что в устройствах для перфорации скважин позволяет обеспечить необходимую прямолинейность перфорационных каналовThus, due to the fact that the axial force from the leading link to the follower is transmitted not through the flexible part, but through the rigid part — a set of cylindrical rings, the inventive flexible shaft, in comparison with the known flexible shafts, has increased axial stiffness, which is in devices for perforating wells allows to provide the necessary straightness of perforation channels

Claims

1. A flexible shaft containing a flexible part with end elements designed to be connected to the driving and driven links of one or another mechanism, for example, a device for perforating cased wells, characterized in that it is provided with cylindrical rings mounted on the flexible part between the end elements, of which have supporting surfaces for interaction with corresponding supporting surfaces made on the end elements, while the dimensions of the cylindrical rings and their number are determined from the conditions To maintain contact of adjacent cylindrical rings during bending of the flexible part.

2. The flexible shaft according to claim 1, characterized in that the extreme cylindrical rings are made of antifriction material or coated with it.