система маслозащиты забойного двигателя

Формула изобретения

1. Система маслозащиты забойного двигателя, содержащая маслонаполненную камеру, один или более вращающихся валов с уплотнениями, включающими корпус, кольца с уплотняющими торцами, одно из которых зафиксировано в корпусе, а другое вращается с валом, отличающаяся тем, что уплотнения снабжены двумя или более радиальными подшипниками, на которых установлены вращающиеся кольца с уплотняющими торцами, при этом валы снабжены радиальными выступами, а вращающиеся кольца снабжены торцевыми выступами, входящими в зацепление с радиальными выступами валов.

2. Система маслозащиты забойного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что уплотняющие торцы вращающихся колец перпендикулярны оси их вращения.

3. Система маслозащиты забойного двигателя по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в зацеплении торцевых выступов вращающихся колец с радиальными выступами валов выполнены зазоры 0,5-1,0 мм.

4. Система маслозащиты забойного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что между вращающимися кольцами и валами установлены эластичные уплотнительные элементы, допускающие относительное радиальное смещение вращающихся колец и валов.

5. Система маслозащиты забойного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что уплотняющие торцы колец снабжены износостойким покрытием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровой технике, а именно к системам маслозащиты узлов (подшипников шпинделей, редукторов и др.) забойных двигателей, применяемых для бурения наклонно-направленных скважин.

Известны уплотнения вращающихся валов (Контактные уплотнения вращающихся валов / Г.А.Голубев, Г.М.Кукин, Г.Е.Лазарев и др. М.: «Машиностроение», 1976. С.195-196, рис.108), содержащие невращающееся кольцо, вращающееся кольцо и дополнительную опору вращающегося кольца, в виде шарикового подшипника. Дополнительная опора вращающегося кольца ограничивает влияние биения или вибрации валов на герметичность уплотнений.

Недостаток известного устройства заключается в том, что при попытках использования такого уплотнения в маслозащите забойного двигателя, работающего при бурении скважин в режиме больших динамических нагрузок и сильных вибраций, оно не обеспечивало надежной герметизации системы маслозащиты. Под влиянием сильных вибраций буровой раствор проникал в герметизируемый механизм (редуктор турбобура с подшипниками), за счет чего ускорялся износ редуктора и подшипников, снижался ресурс забойного двигателя. Испытания системы маслозащиты забойного двигателя с такими уплотнениями показали, что при одном подшипнике в дополнительной опоре вращающегося кольца возможны перекосы оси вращения кольца и потеря герметичности маслозащиты.

Известна система маслозащиты забойного двигателя (Фоменко Ф.Н. Бурение скважин электробуром. М.: «Недра», 1974, С.82-83). Она включает торцовые подвижные кольца, установленные на втулке, смонтированной на двух специальных подшипниках. Втулка сопряжена с валом с помощью шпонки и уплотнительного узла, состоящего из втулки и резиновых уплотнительных колец, установленных на втулках уплотнения и вала. Втулка уплотнения сцентрирована и зафиксирована в осевом направлении подшипниками, расположенными в невращающемся корпусе шпинделя электробура. Таким образом, значительно облегчаются условия работы торцового уплотнения. Вал относительно втулки может иметь значительные осевые перемещения, которые в конечном итоге определяют осевое скольжение втулки по резиновым кольцам.

Применялись конструкции с одной торцовой парой, но они не давали необходимой надежности. Двухпарные конструкции были более надежны, но сложны в сборке и эксплуатации.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является система маслозащиты забойного двигателя (Патент РФ № 977668, Редукторная вставка забойного двигателя, авт. Вадецкий Ю.В., Деркач Н.Д., Крутик Э.Н., Чудаков Г.Ф., Строителев Н.П.), содержащая корпус, редуктор, размещенный в маслонаполненной камере с уплотнениями, ведущий и ведомый валы, каждый из которых установлен на двух опорах. Одни опоры валов выполнены сферическими, а другие опоры связаны с корпусом через упругие элементы, причем уплотнения валов размещены между опорами ближе к сферическим опорам. Упругие элементы выполнены в виде радиальных резинометаллических подшипников скольжения. Так как уплотнения валов размещены ближе к сферическим опорам и удалены от упругих опор, то влияние биения или вибрации валов на герметичность уплотнений ограничивается. Достигается улучшение герметичности уплотнений и повышение надежности системы маслозащиты редуктора.

Использование такой системы маслозащиты забойного двигателя, работающего при бурении скважин в режиме больших динамических нагрузок и сильных вибраций, давало неплохие результаты повышения ее надежности.

Однако требовалось повышение долговечности. При износе сферических опор герметичность уплотнений утрачивалась. Под влиянием сильных вибраций буровой раствор проникал в герметизируемый механизм (редуктор турбобура с подшипниками), за счет чего ускорялся износ редуктора и подшипников, снижался ресурс забойного двигателя.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и долговечности известных систем маслозащиты с торцовыми уплотнениями вращающихся валов забойных двигателей, улучшение условий смазки герметизируемых механизмов и повышение срока службы забойных двигателей за счет уменьшения влияния биения или вибрации валов на герметичность уплотнений.

Поставленная задача решается за счет того, что в известной системе маслозащиты забойного двигателя, содержащей маслонаполненную камеру, один или более вращающихся валов с уплотнениями, включающими корпус, кольца с уплотняющими торцами, одно из которых зафиксировано в корпусе, а другое вращается с валом, согласно изобретению уплотнения снабжены двумя или более радиальными подшипниками, на которых установлены вращающиеся кольца с уплотняющими торцами, при этом валы снабжены радиальными выступами, а вращающиеся кольца снабжены торцовыми выступами, входящими в зацепление с радиальными выступами валов.

Кроме того, согласно изобретению, торцы вращающихся колец расположены перпендикулярно оси их вращения.

Кроме того, в системе маслозащиты забойного двигателя, согласно изобретению, в зацеплении торцовых выступов с радиальными выступами валов выполнены зазоры 0,5-1,0 мм.

Кроме того, в системе маслозащиты забойного двигателя, согласно изобретению, между вращающимися кольцами и валами установлены эластичные уплотнительные элементы, допускающие относительное радиальное смещение колец и валов.

Кроме того, в системе маслозащиты забойного двигателя, согласно изобретению, торцы уплотнительных колец снабжены износостойким покрытием.

Установка вращающихся колец на двух или более радиальных подшипниках обеспечивает жесткость относительного положения уплотнительных колец, что сводит к минимуму влияние биения или вибрации валов на герметичность уплотнений. Выполнение на уплотняемых валах радиальных выступов, а на вращающихся кольцах торцовых выступов, входящих в зацепление с радиальными выступами валов, позволяет максимально эффективно использовать радиальное пространство для размещения усиленных подшипников вращающихся колец, что повышает их износостойкость и долговечность.

Выполнение торцов вращающихся колец перпендикулярно оси их вращения устраняет биение уплотняющих торцов, что повышает герметичность и износостойкость уплотнений.

Выполнение зазоров 0,5-1,0 мм в зацеплении торцовых выступов вращающихся колец с радиальными выступами валов обеспечивает предохранение радиальных подшипников вращающихся колец от перегрузки при биении или вибрации уплотняемых валов.

Эластичные уплотнительные элементы, установленные между вращающимися кольцами и валами, допускают относительное смещение вращающихся колец и валов без потери герметичности уплотнения.

Износостойкое покрытие торцовых уплотнений повышает их долговечность и надежность герметизации на протяжении работы забойного двигателя, улучшает работу системы маслозащиты.

Выполнение системы маслозащиты забойного двигателя с указанными отличительными признаками, в совокупности с известными, позволит значительно повысить ее надежность, предохраняет защищаемые механизмы от воздействия бурового раствора, улучшает условия смазки герметизируемых механизмов и увеличивает долговечность забойного двигателя в целом.

На чертеже показан пример конкретного исполнения системы маслозащиты забойного двигателя согласно изобретению.

Система маслозащиты содержит маслонаполненную камеру 1, вращающиеся валы 2 и 3, вращающееся 4 и невращающееся 5 кольца с уплотняющими торцами 6, подшипники 7, установленные в корпус 8 уплотнения. Корпус 8 уплотнения установлен неподвижно в корпус 9 забойного двигателя. Между валом 2 и вращающимся уплотнительным кольцом 4 установлено кольцо 10 из эластомера, например из резины. Кольца 4 и 5 на уплотняющих торцах 6 имеют износостойкое покрытие. Уплотняющие торцы 6 прижимаются пружинками 11. Подшипники 7 зафиксированы в корпусе 8 пружинным кольцом 12. Вращающееся кольцо 4 имеет торцовые выступы 13. На втулке 14 вала 2 выполнены радиальные выступы 15, которые входят в зацепление с торцовыми выступами 13 втулки 14 вала 2. Втулка 14 неподвижно закреплена на валу 2 и при вращении вала составляет с ним одно целое. Кольцо 3 имеет шлицы 16, входящие в зацепление со шлицами корпуса 8 уплотнения. Валы 2 и 3 в приведенном примере исполнения опираются на сферические подшипники качения 18 и резинометаллические подшипники скольжения 19. Могут применяться и другие типы подшипников. Валы 2 и 3 соединены между собой муфтой или редуктором (на чертеже не показано).

Неподвижные соединения деталей системы маслозащиты уплотнены резиновыми кольцами 17. Кольца 4 и 5 с уплотняющими торцами 6 отделяют масло, которым заполнена камера 1 системы маслозащиты, от бурового раствора. Подача бурового раствора на забой скважины (на чертеже не показано) производится между корпусом 9 забойного двигателя и корпусом 8 уплотнения системы маслозащиты. Направление движения бурового раствора показано стрелкой А. Шлицы 16 кольца 5, входящие в зацепление со шлицами корпуса 8 уплотнения, удерживают кольцо 5 от вращения, предохраняя от износа резиновое кольцо 17. На валу 3 уплотнение с корпусом 8, вращающимся 4 и невращающимся 5 кольцами с подшипниками 7, установлено аналогичным образом.

Система маслозащиты работает следующим образом. В процессе бурения валы 2 и 3 забойного двигателя вращаются, передавая мощность привода на долото (на чертеже не показаны). Валы 2 и 3 находятся под воздействием высоких динамических нагрузок, возникающих при разрушении разбуриваемых пород. При этом они деформируются и испытывают продольные и радиальные вибрации. В результате исполнения уплотнений в соответствии с заявляемым техническим решением уплотнительные торцы 6 колец 4 и 5 защищены от воздействия как продольных, так и радиальных вибраций. Установка вращающегося кольца 4 на двух (или более) радиальных подшипниках 7 обеспечивает жесткую фиксацию оси вращения кольца 4, а следовательно, фиксацию относительного положения уплотнительных торцов 6 колец 4 и 5. Т.к. радиальные люфты в контактах тел качения радиальных подшипников минимальны (не более 0,01-0,02 мм), то перекосы подвижного и неподвижного колец подшипника также сводятся к минимуму, поскольку ось вращения кольца 4 жестко зафиксирована. Испытания показывают, что такое исполнение устраняет вероятность раскрытия торцов 6 колец 4 и 5 и потерю герметичности системы маслозащиты в целом.

Выполнение торцов 6 вращающегося кольца 4 перпендикулярно оси вращения устраняет биение уплотняющих торцов 6, что повышает герметичность и износостойкость уплотнений.

Выполнение на вращающемся кольце 4 торцовых выступов 13, входящих в зацепление с радиальными выступами 15 втулок 14, установленных неподвижно на валах 2 и 3, позволяет использовать радиальное пространство для размещения усиленных подшипников 7, что повышает их грузоподъемность и долговечность.

Выполнение зазоров 0,5-1,0 мм в зацеплении торцовых выступов 13 с радиальными выступами 15 предохраняет радиальные подшипники 7 от перегрузки при биении или вибрации валов 2 и 3 забойного двигателя, возникающих в процессе бурения.

Установка эластичного уплотнительного элемента 10 между вращающимся кольцом 4 и втулкой 14, допускающего относительное радиальное смещение вращающихся колец 4 и втулок 14 валов 2 и 3, позволяет сохранять герметичность уплотнений при вибрациях валов 2 и 3, возникающих в процессе бурения.

Износостойкое покрытие 6 торцовых колец 4 и 5 повышает надежность герметизации системы маслозащиты на протяжении всей работы забойного двигателя, улучшает работу системы маслозащиты, что предохраняет защищаемые механизмы (на чертеже не показано) от воздействия бурового раствора и увеличивает долговечность забойного двигателя в целом.

Выполнение системы маслозащиты забойного двигателя с указанными отличительными признаками, в совокупности с известными, позволяет значительно повысить ее долговечность, предохраняет защищаемые механизмы от воздействия бурового раствора, улучшает условия смазки герметизируемых механизмов и увеличивает долговечность забойного двигателя в целом.