Шпиндель забойного двигателя

(5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВМИЯЗМ 6с 1)гфЦффф.ФЮт;,щц ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОМУ СВИ ЬСТВ АВТ(54) ШПИНДЕЛЬ ЗАБОЙН (57) Изобретение относитс тяных и газовых скважин и сить надежность шп уменьшения износа упло шпинделя. Уплотнительны установлен между корпус размещенным в нем на оп выполнен в виде неподви ного 7 в осевом направле 21(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 1093778, кл. Е 21 В 4/00, 1980. ОГО ДВИГАТЕЛЯ я к бурению нефпозволяет повыинделя путем тнительного узла й узел шпинделя ом 1 шпинделя и орах 3 валом 2 и жного 8 и подвижнии уплотнитель1629451 10 15 20 25 30 35 40 ных элементов (УЗ). Уплотняющие поверхности 14 УЭ 7 и 8 выполнены из материала с повышенной эрозионной стойкостью. Опорные винтовые поверхности УЗ 7 и 8 выполнены с износостойкими покрытиями. При этом опорная винтовая поверхность подвижного УЭ 7 расположена с той же стороны, что и уплотняющая торцовая поверхность 14 УЭ 7, Винтовая поверхность подвижного УЗ 7 расположена с воэможностью взаимодействия с соответствующими опорными поверхностями УЭ 15 вала 2 или корпуса 1. При работе шпинделя устанавливается стационарный режим плавания, при Изобретение относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к конструкциям шпинделей забойных двигателей, используемых преимущественно при бурении долотами с высоким перепадом давления промывочной жидкости.Целью изобретения является повышение надежности шпинделя путем уменьшения износа уплотнительного узла,На фиг,1 показан шпиндель забойного двигателя; фиг,2-то же, другое исполнение; на фиг.З - узел на фиг.1; на фиг,4 - сечение А-А на фиг.З; на фиг.5 - сечение Б - Б на фиг,З; на фиг,6- многоступенчатое уплотнение с подвижными элементами в корпусе; на фиг.7 - то же, с подвижными элементами на валу.Шпиндель состоит из корпуса 1; вала 2 и осевой опоры 3, размещенной на валу 2 и в корпусе 1. На валу 2 или в корпусе 1 имеются дренажные отверстия 4 и 5. Осевая опора 3 может быть оснащена защитными узлами 6 от проникновения в нее абразивной жидкости.Уплотиительный узел шпинделя состоит из подвижного в осевом направлении, сочлененного с корпусом 1, уплотнительного элемента 7 с жестко закрепленным на валу неподвижным уплотнительным элементом 8 или подвижно сочлененного с валом элемента 9 с жестко закрепленным в корпусе 1 элементом 10. Подвижное сочленение элемента 7 с корпусом осуществляется с помощью узла 11, или подвижное сочленение элемента 9 с валом осуществляется с помощью узла 12.Узлы 11 или 12 представляют собой шлицевое, зубчатое или любое другое зацепление, обеспечивающее разложение окружной силы иа опорных поверхностях с возникновением ее осевой составляющей,котором величина осевого зазора в контакте уплотняющих торцовых поверхностей сводится к минимуму, гидравлическое сопротивление в контакте остается достаточно высоким. Механическое трение контактных поверхностей уплотнения сводится к минимуму. При осевых перемещениях вала 2 относительно корпуса 1 в процессе износа осевой опоры и появления осевого люфта вала 2 шпинделя полностью отсутствует опасность перегрузки или поломки винтового сочленения, Это достигается тем, что уплотияющие и опорные поверхности УЗ. 7 обращены в одну сторону, 2 з.п,ф-лы, 7 ил,т,е. соединение, выполненное по винтовой линии. При этом опорные поверхности 13 винтового сочленения подвижных элементов 7 или 9 с корпусом или валом направлены в ту же сторону, что и уплотняющие торцовые поверхности 14 этих элементов. Указанное условие выполняется путем выполнения правой или левой нарезки для элементов 7 или 9. Подвижно сочлененные с корпусом или валом элементы 7 или 9 оснащены вторичными уплотнительными элементами 15 и 16.Шпиндель работает следующим образом.При работе шпинделя на забое промывочная жидкость, поступающая к долоту, создает давление над уплотнительным узлом, которое прижимает подвижные элементы 7 или 9 к жестко закрепленному на валу элементу 8 или в корпусе элементу 10, Торцовые пары 7 и 8 или 9 и 10 контактируют своими уплотняющими кольцевыми торцовыми поверхностями, препятствуя утечкам жидкости. При прижатии гидравлической силой Рг на торцовых уплотняющих поверхностях при вращении вала 2 шпинделя возникает окружное усилие Рокр, которое раскладывается в винтовом сочленении 11 или 12 на опорных поверхностях подвижных элементов 7 или 9, и ответных корпуса или вала, что приводит к возникновению подьемной осевой силы Рос, противодействующей силы Рг и размыкающей контакт торцовых уплотняющих поверхностей, Это, в свою очередь, приводит к снижению момента трения в контакте уплотняющих торцовых поверхностей, их размыканию и снижению силы Р окр. Сила прижатия Р вновь возвращает подвижный элемент до смыкания контакта торцовых уплотняющих поверхностей, что вновь вызывает рост силы Рокр и подьемной силы Рос В результатеустанавливается стационарный режим плавания, при котором величина осевого зазора в контакте уплотняющих торцовых поверхностей сводится к минимуму, гидравлическое сопротивление в контакте остается достаточно высоким, а механическое трение контактных поверхностей уплотнения сводится к минимуму,В многоступенчатом уплотнении фиг.6 и 7) происходит автоматическое выравнивание перепада давления по ступеням за счет исключения плотного контакта в какой-либо из последовательно расположенных ступеней,При осевых перемещениях вала относительно корпуса в процессе износа осевой опоры и появления осевого люфта вала шпинделя опасность перегрузки или поломки винтового сочленения полностью отсутствует, так как уплотняющие поверхности подвижного элемента и опорная поверхность его винтового сочленения с валом или корпусом обращены в одну сторону. Благодаря этому, при встречном движении контактирующих элементов вала и корпуса размыкаются винтовое сочленение, при их расхождении - размыкается контакт уплотняющих торцовых поверхностей.В процессе работы в стационарном режиме осевых вибраций и перемещений вала относительно корпуса устанавливается также и стационарный режим работы уплотнения, при котором осевые зазоры в уплотнительном торцовом контакте и между опорными поверхностями винтового сочленения стабилизируются в оптимальных величинах, обеспечивая минимум утечек и минимум износа рабочих поверхностей.Рабочие поверхности уплотнительного узла шпинделя могут быть дополнительно упрочнены или обработаны; торцовые уплотняющие поверхности - в основном дляповышения из эрозионной стойкости при .гидроабразивном воздействии; опорные поверхности винтового сочленения - в основном для снижения величины трения вконтакте.Выполнение уплотняющих поверхностей 14 подвижного 7 и 9 и неподвижного 85 и 9 уплотнительных элементов из материалас повышенной зрозионной стойкостью (напоимер, композиционная минералокерамика, твердосплавная металлокерамика),повышает их эрозион ную стойкость и ри гид 10 роабразивном воздействии, а выполнениеопорных винтовых поверхностей 13 этихэлементов с износостойким покрытием снижает силу трения в контакте опорных поверхностей 13.15 Формула изобретения1, Шпиндель забойного двигателя, содержащий корпус, расположенный в корпусе на опорах вал и размещенный междукорпусом и валом уплотнительный узел в20 виде неподвижного и подвижного в осевомнаправлении уплотнительных элементов,опорные винтовые поверхности подвижного уплотнительного элемента, расположенные с возможностью взаимодействия с25 соответствующими опорными поверхностями вала или корпуса, и уплотняющие торцовые поверхности подвижного инеподвижного уплотнительных элементов,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью30 повышения надежности шпинделя путемуменьшения износа уплотнительного узла,опорная винтовая поверхность подвижногоуплотнительного элемента расположена стой же стороны, что и уплотняющая торцо 35 вая поверхность этого же элемента.2, Шпиндель по п.1, отл ича ю щийс я тем, что уплотнительный узел выполненмногоступенчатым,3. Шпиндель по п.1, отл и ч а ю щи й 40 с я тем, что уплогняющие поверхности подвижного и неподвижного уплотнительныхэлементов выполнены из материала с повышенной эрозионной стойкостью, а опорныевинтовые поверхности этих элементов вы45 полнены с износостойкими покрытиями..Рогулич аказ 416 8 НИИПИ Госуда Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 Тираж 355 венного комитета 113035, Москва, Ж 16 Д 12 Подписноеизобретениям и открытиям при ГКНТ СССР, .Раушская наб 4/5