Радиальные подшипники шпинделя

Характеристика радиальных подшипников шпинделя

Радиальные подшипники шпинделя в большинстве случаев представляют собой пары трения скольжения. Конструкция подшипника изображена на рис. 3.35.

Рис. 3.35. Опора радиальная шпинделя ВЗД.

Он состоит из неподвижного резинометаллического элемента с профильными канавками и подвижного, выполненного из металла с упрочнением рабочей поверхности для лучшего сопротивления износу.

В двигателях для наклонно направленного и горизонтального бурения подшипники выполняются в виде пары «металл — металл» для повышения их стойкости в условиях повышенных радиальных нагрузок, возникающих за счет действия отклоняющих сил на долоте.

Размер зазора в радиальных опорах определяется возможной точностью изготовления деталей и требуемой утечкой жидкости для ее охлаждения в процессе эксплуатации.

Технические характеристики радиальных подшипников ВЗД

Основные параметры и размеры подшипников скольжения приведены в табл.3.24.

Таблица 3.24. Технические характеристики радиальных подшипников ВЗД

*Радиальные опоры типа ОН изготавливаются по ГОСТ 4671—76, остальные — по индивидуальным проектам.

Источник

Радиальная нагрузка на подшипник

В современных механизмах используется множество видов подшипников, рассчитанных на разную частоту вращения, условия эксплуатации и виды нагрузок. Осевые и радиальные силы – это факторы, действие которых рассматривают в первую очередь. От того, насколько эффективно деталь сопротивляется этим воздействиям, зависит надежность и функциональность узла вращения механизма. Мы рассмотрим, что такое радиальная нагрузка и как она действует на опоры вала.

Как действует радиальная нагрузка на опору?

Радиальной нагрузкой называют совокупность сил, действующих на подшипник перпендикулярно его осевой линии. Как определить радиальную нагрузку на опорную деталь с максимальной точностью? От того, насколько качественно рассчитан подшипник, зависит очень многое, в том числе срок службы механизма и безопасность его эксплуатации. В связи с этим выбор опорного узла считается ответственной задачей, которую должен выполнять квалифицированный специалист.

Расчет радиальной нагрузки учитывает несколько ее составляющих, среди которых наиболее значимыми являются:

• Масса вала;
• Масса оснастки на валу, например крыльчатки, стяжных гаек, обойм, фланцев и других элементов;
• Сила, связанная с действием на вал рабочей нагрузки, например жидкости, давящей на крыльчатку.

Также часто расчет учитывает и менее значимые факторы, например центробежные силы, воздействующие на опору из-за неполной статической уравновешенности оснастки. В зависимости от того, какой подшипник используется, радиальную нагрузку воспринимают разные элементы. В подшипнике качения восприятие происходит через шарики или ролики, передающие нагрузку на наружное кольцо и далее на опору, а в деталях скольжения – на вкладыши, изготовленные из специальных антифрикционных материалов. Большую роль в восприятии сил играет смазка, образующая тонкую и прочную пленку на поверхностях трения изделия.

Если рассматривать стойкость разных видов опор к радиальной нагрузке, то, вне всякого сомнения, лидирует подшипник роликовый. Если радиальная нагрузка шарикового подшипника передается на дорожки точечно, в месте соприкосновения шарика с поверхностью, по которой происходит его качение, то в роликовых опорах контакт происходит вдоль линии. Еще больший коэффициент нагрузки способны выдерживать игольчатые подшипники. Их ролики имеют значительную длину при небольшом диаметре и при достаточном количестве смазки в узле не вращаются под действием радиальных сил, а в совокупности образуют двигающийся вместе с валом элемент, эквивалентный вкладышу. Трение в таких подшипниках жидкостное, что снижает износ элементов и делает такие детали идеальным решением для максимально высоких радиальных нагрузок. Но собираясь использовать деталь с иглами, нужно не забывать, что как упорный элемент он абсолютно не подходит, так как не выдерживает осевых нагрузок.

Особенности использования опор для радиальных нагрузок

Выбирая между шариковыми и роликовыми моделями, нужно учесть, что шариковый подшипник всегда будет более скоростным, чем изделие с роликами. При этом в случаях, когда частота вращения особенно велика и нагрузки несут динамический характер, иногда лучше установить не роликовый узел и не шарикоподшипник, а опору скольжения. При правильном расчете и достаточном количестве смазки радиальная нагрузка на подшипник скольжения воспринимается не его частями, а слоем масла, который при достаточно больших скоростях вращения имеет отличную несущую способность.

Эффективность работы подшипника с радиальными силами, зависит не только от правильного выбора детали по типу и характеристикам, но и от соблюдения технологии монтажа. Не следует забывать, что радиальная нагрузка, действуя на опору, уменьшает натяг, существующий между рабочим валом и внутренним кольцом изделия или наружным кольцом и посадочным местом корпуса. Постепенно эта проблема усугубляется и со временем приводит к образованию зазора. Это чревато тем, что поверхность вала будет проскальзывать по внутреннему кольцу, вызывая повышение температуры и износ, называемый в таких случаях вывальцовыванием. Чтобы этого не произошло, необходимо учитывать при установке опоры то, что чем выше радиальная нагрузка и частота вращения, тем плотнее нужно выполнять посадку колец. Со стороны корпуса механизма некачественный монтаж также способен стать причиной перемещения наружного кольца в процессе работы и, как следствие, повреждение опорной части корпуса, вплоть до его полного разрушения.

Важнейшим условием эффективной и длительной работы любого подшипника, рассчитанного на радиальную нагрузку, является его качество. Известные производители подшипников, такие как SKF, NSK и FAG максимально серьезно подходят к своей работе и используют при производстве своих продуктов специальные стойкие к износу сплавы с минимальным коэффициентом температурного расширения и особые конструктивные решения.

Наша компания предлагает подшипники качения и скольжения разного типа и размера от самых авторитетных компаний, продукция которых высоко ценится на мировом рынке. В каталоге на нашем сайте вы можете быстро и точно подобрать опору для оборудования любого направления и, если нужно, сравнить ее параметры с аналогами от других известных брендов. Выбор подшипника для радиальных нагрузок – это ответственная и сложная задача, поэтому ее лучше доверить специалисту. Квалифицированные сотрудники нашего интернет-магазина готовы оказать помощь при выборе детали, в соответствии с вашими требованиями и бюджетом покупки.

Мы работаем на территории всей России и организуем доставку любых по объему партий подшипников в любой регион страны в максимально сжатые сроки. Все подшипники из нашего ассортимента – это оригинальная продукция с официальной гарантией от производителя, строго соответствующая международным стандартам и требованиям качества. Заказать подшипники на Prom-pod очень просто, так как наш сайт имеет дружелюбный интерфейс, а система оформления покупки максимально упрощена.

Источник

Радиальная опора забойного двигателя (варианты)

Владельцы патента RU 2263194:

Настоящее изобретение относится к буровой технике, в частности к конструкциям опор забойных двигателей, работающих в абразивной среде. Радиальная опора забойного двигателя, включающего корпус и вал, содержит упорные кольца, закрепленные в корпусе, и подпружиненные обоймы, размещенные между валом и корпусом, причем между обоймами и валом установлены взаимодействующие с валом вкладыши с коническими наружными поверхностями, взаимодействующие с внутренними поверхностями обойм, при этом характерной особенностью радиальной опоры является то, что она выполнена в виде двух оппозитно расположенных блоков, между которыми установлена пружина сжатия и при этом каждый блок содержит закрепленное в корпусе стопорное устройство, выполненное в виде шлицевой втулки, в которой с возможностью радиального перемещения размещены вкладыши, а упорные кольца выполнены с коническими поверхностями, взаимодействующими с наружными поверхностями вкладышей. В радиальной опоре углы при вершинах конусов (α) взаимодействующих между собой конических поверхностей вкладышей, упорных колец и обойм находятся в следующем соотношении с коэффициентами трения (μ) взаимодействующих поверхностей трения: tg(α/2)≈μ; поверхности вкладышей, взаимодействующие с поверхностью вала, могут быть выполнены с покрытием из эластомерного или твердосплавного материала; взаимодействующие поверхности вкладышей, упорных колец и обойм могут быть выполнены с наклонными к продольной оси вала под углом (α/2) плоскими контактными участками (второй вариант). Изобретение обеспечивает повышение надежности работы опоры. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к буровой технике, в частности к конструкциям опор забойных двигателей, работающих в абразивной среде.

Основным недостатком всех известных и широко используемых радиальных опор забойных двигателей наряду с недостаточной долговечностью является то, что при появлении радиального зазора в опоре в процессе ее износа управление траекторией ствола скважины особенно в наклонно-направленном и тем более при горизонтальном бурении становится сложным, а зачастую и невозможным.

Известна конструкция радиальной опоры забойного двигателя, принимаемая за прототип, в которой эта проблема частично решается благодаря тому, что в ней содержатся упорные кольца и обоймы, размещенные между валом и корпусом, упорные кольца выполнены с пазами, а обоймы подпружиненными, при этом между обоймами и валом установлены вкладыши с коническими наружными поверхностями, входящие торцовыми частями в пазы упорных колец и взаимодействующие с внутренними поверхностями обойм (см. авт. свид. СССР №832015, кл. Е 21 В 3/12, 20.07.77 г.).

При том, что в названной опоре выполняется функция компенсации радиального износа, она имеет ряд недостатков: 1) каждый из блоков опоры, состоящий из упорного кольца, вкладышей и подпружиненной обоймы, выполняя функцию компенсации износа, тем не менее не исключает возможности перекоса вала вместе с вкладышем, поскольку длина контактной поверхности вкладыша и обоймы ограничена; 2) при значительных величинах радиального износа контактных поверхностей вала и вкладыша осевое смещение обоймы по контактной конической поверхности вкладыша не обеспечивает плотности прилегания этих поверхностей, что усугубляет возможность перекосов вала и «заедания» контактных поверхностей; 3) наконец, в данной системе компенсирующей опоры при недостаточной базовой длине опоры центрирование вала может нарушаться.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее предполагаемое изобретение, является устранение указанных выше недостатков и создание такой радиальной опоры забойного двигателя, конструкция которой при работе в абразивной среде обеспечивала бы исключение перекосов вала вместе с вкладышами, плотность прилегания поверхностей вкладыша и обоймы и исключение возможности нарушения центрирования вала при обеспечении функции компенсации радиального износа взаимодействующих между собой поверхностей вкладышей и вала.

Аналогичное решение достигается в варианте радиальной опоры забойного двигателя, включающего корпус и вал, выполненной в виде двух оппозитно расположенных блоков, между которыми установлена пружина, каждый из блоков содержит закрепленное в корпусе упорное кольцо, размещенные между валом и корпусом обойму с возможностью осевого перемещения и вкладыш, установленный между обоймой и валом с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью обоймы, при том, что каждый блок содержит закрепленное в корпусе и выполненное в виде шлицевой втулки стопорное устройство, в котором с возможностью радиального перемещения размещен вкладыш, а упорные кольца установлены с возможностью взаимодействия внутренней поверхностью с наружной поверхностью вкладышей. В варианте радиальной опоры взаимодействующие поверхности вкладышей, упорных колец и обоймы выполнены с наклонными к продольной оси вала под углом α/2 плоскими контактными участками; взаимодействующая с валом поверхность вкладышей выполнена с покрытием из эластомерного или твердосплавного материала.

В дальнейшем заявляемое настоящее предлагаемое изобретение поясняется примером его выполнения, схематически изображенного на прилагаемых фигурах, на которых:

В варианте исполнения опоры (фиг.3) взаимодействующие поверхности вкладышей 7, упорных колец 3 и обойм 6 выполнены неконическими, а с наклонными к продольной оси плоскими контактными участками 16. Углы (α/2) наклона этих поверхностей к оси также выбираются из соотношения: tg(α/2)≈μ.

Оппозитно расположенные блоки в обоих вариантах опоры, состоящие из вышеперечисленных элементов, разделены проставочной (дистанционной) втулкой 17, включенной в общую систему зажимаемых по оси в корпусе 1 деталей 3, 4 и 5 радиальной опоры.

Радиальная опора забойного двигателя работает следующим образом.

При перемещении вкладышей 7 по коническим поверхностям упорных колец 3 и обойм 6 по коническим поверхностям вкладышей 7 полное прилегание контактирующих конических поверхностей имеет место лишь в начальный момент, а затем контакт осуществляется по концевым кромкам, однако это практически не влияет на эффект компенсации радиального люфта, так как при возникновении повышенных удельных нагрузок на концевых кромках они прирабатываются и прилегание по коническим поверхностям восстанавливается.

В варианте выполнения поверхностей, по которым взаимодействуют вкладыши 7 с упорными кольцами 3 и обоймами 6, с плоскими контактными участками, наклоненными к оси под углом (α/2), смещение обойм 6 и вкладышей 7 в осевом направлении не приводит к размыканию контакта этих поверхностей, что позволяет повысить твердость и, следовательно, износостойкость этих поверхностей.

Расположение наружных конических (или плоских наклонных) поверхностей вкладыша 7 по обоим его концам при взаимодействии с сопряженными поверхностями упорных колец 3 и обойм 6 обеспечивает надежное центрирование, исключение перекоса вкладышей и их равномерное радиальное перемещение для компенсации радиального износа поверхностей трения радиальной опоры.

Выбор осевой длины дистанционной втулки 17 принципиально ничем не ограничивается, поэтому база радиальной опоры может быть задана исходя из конструктивных требований надежного центрирования его вала.

Описанная выше радиальная опора забойного двигателя применима в узлах конструкций турбобуров, винтовых забойных двигателей и других машинах аналогичного назначения, в которых возникновение радиального зазора в результате износа радиальных опор снижает не только работоспособность двигателя, но и приводит к существенному отклонению от технологических требований проводки ствола скважины, особенно в условиях направленного бурения (наклонно-направленных и горизонтальных скважин).

Предложенная опора применима и в других отраслях техники, где имеются сходные требования.

1. Радиальная опора забойного двигателя, включающего корпус и вал, выполненная в виде двух оппозитно расположенных блоков, между которыми установлена пружина, каждый из блоков содержит закрепленное в корпусе упорное кольцо, размещенные между валом и корпусом обойму с возможностью осевого перемещения и вкладыш с конической наружной поверхностью, установленный между обоймой и валом с возможностью взаимодействия с внутренней конической поверхностью обоймы, отличающаяся тем, что каждый блок содержит закрепленное в корпусе, выполненное в виде шлицевой втулки стопорное устройство, в котором с возможностью радиального перемещения размещен вкладыш, а упорные кольца выполнены с внутренними коническими поверхностями для взаимодействия с наружными коническими поверхностями вкладышей.

2. Радиальная опора по п.1, отличающаяся тем, что углы α при вершинах конусов конических поверхностей упорных колец, вкладышей и обойм находятся в следующем соотношении с коэффициентом трения μ материалов пар трения: упорные кольца-вкладыши, обоймы-вкладыши: tgα/2≈μ

3. Радиальная опора по п.1, отличающаяся тем, что взаимодействующая с валом поверхность вкладышей выполнена с покрытием из эластомерного или твердосплавного материала.

4. Радиальная опора забойного двигателя, включающего корпус и вал, выполненная в виде двух оппозитно расположенных блоков, между которыми установлена пружина, каждый блок содержит закрепленное в корпусе упорное кольцо, размещенные между валом и корпусом обойму с возможностью осевого перемещения и вкладыш, установленный между обоймой и валом с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью обоймы, отличающаяся тем, что каждый блок содержит закрепленное в корпусе, выполненное в виде шлицевой втулки стопорное устройство, в котором с возможностью радиального перемещения размещен вкладыш, а упорные кольца установлены с возможностью взаимодействия внутренней поверхностью с наружной поверхностью вкладышей.

5. Радиальная опора по п.4, отличающаяся тем, что взаимодействующие поверхности вкладышей, упорных колец и обойм выполнены с наклонными к продольной оси вала под углом α/2 плоскими контактными участками.

6. Радиальная опора по п.4, отличающаяся тем, что взаимодействующая с валом поверхность вкладышей выполнена с покрытием из эластомерного или твердосплавного материала.

Источник

Радиальная опора забойного двигателя (варианты)

Кроме того, расстояние f между твердосплавными пластинами и буртами втулок равно или меньше длины промежутка c между пластинами. Кроме того, наружная втулка может быть снабжена наружным буртом, который выполнен с резьбой. Кроме того, пропитка порошка износостойкого материала и металла-связки могут быть выполнены в виде самофлюсующейся композиции. Предлагаемые варианты радиальной опоры винтового двигателя позволяют повысить прочность и надежность твердосплавных радиальных опор забойного двигателя, повысить ресурс работы, исключить аварийность, предотвратить выкрашивание и разрушение части рабочей поверхности опоры при действии максимальных нагрузок, обеспечить экономическое преимущество по сравнению с прототипом, уменьшить эксплуатационные затраты на твердосплавные радиальные опоры.

Полезная модель относится к буровой технике, в частности к конструкциям опорных устройств для гидравлических забойных двигателей, работающих в абразивной среде бурового раствора в скважине.

Известна твердосплавная опора скольжения, предназначенная для шпинделей гидравлических забойных двигателей, которая выполнена в виде внутренней и наружной втулок с закрепленными в каждой из них пластинами, например, из твердого сплава карбид вольфрама-кобальт, пластины выполнены в форме параллелепипеда, стороной основания расположены вдоль образующей на расстоянии друг от друга, а также скреплены с каждой из втулок и между собой пропиткой порошка износостойкого материала, например, измельченного литого карбида вольфрама с расплавленным металлом-связкой (патент RU 2310017, МПК С23С 24/10, F16C 33/24, опубл. 10.11.2007). Недостатком известной опоры скольжения с пластинами из твердого сплава является ограниченность ресурса и надежности, что объясняется недостаточной ударной прочностью, расшатыванием и отслаиванием пластин при действии максимальных нагрузок, действующих на радиальные опоры скольжения в изогнутой колонне бурильных труб, в условиях возникновения вибраций.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является конструкция твердосплавных радиальных опор скольжения для гидравлического забойного двигателя, выполненная в виде внутренней и наружной втулок, с закрепленными в каждой из них элементами из твердого сплава, например, из карбида вольфрама, а элементы из твердого сплава скреплены с каждой из втулок пропиткой порошка износостойкого материала, например, измельченного литого карбида вольфрама с металлом-связкой с добавкой никеля и серебра, наружные втулки закреплены в корпусе шпинделя, внутренние втулки скреплены с валом шпинделя, а часть бурового раствора проходит через зазор радиальной опоры скольжения шпинделя, вал шпинделя соединен муфтой с приводным валом двигателя, (патент US 4560014, МПК Е21В 4/02, опубл. 24.12.1985). Недостатком известной опоры скольжения с элементами из твердого сплава является ограниченность ресурса и надежности в прокачиваемых буровым раствором радиальных опорах скольжения шпинделя, что объясняется недостаточной ударной прочностью, расшатыванием и отрывом пластин от втулок при действии максимальных нагрузок в изогнутой колонне бурильных труб, при знакопеременных нагрузках, действующих на радиальные опоры скольжения, в условиях возникновения вибраций. Это приводит к преждевременному износу радиальных опор скольжения и разрушению пластин из твердого сплава в опоре скольжения.

Недостатки известной конструкции опор с металлокомпозитнми элементами из твердого сплава объясняются чувствительностью к ударным нагрузкам, концентрацией напряжений по краям пластин и отрывом пластин от втулок при действии максимальных нагрузок.

Недостатки известной конструкции объясняются также большими значениями напряжений радиальной опоры скольжения в корпусе шпинделя, а также большой вероятность расшатывания и отрыва пластин при действии максимальных нагрузок в изогнутой колонне бурильных труб в условиях высоких вибраций, действующих на радиальные опоры скольжения, при использовании двигателя в управляемых компоновках низа бурильной колонны, на участках изменения кривизны наклонной скважины.

Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении ресурса работы и надежности твердосплавных радиальных опор забойного двигателя, исключении аварийности, предотвращении образования на рабочей поверхности сетки трещин, расшатывания и отрыва износостойких элементов, разрушения части рабочей поверхности радиальных опор при действии максимальных нагрузок, что обеспечивает уменьшение эксплуатационных затрат на твердосплавные радиальные опоры и в целом на забойный двигатель.

Технический результат достигается за счет того, что радиальная опора забойного двигателя, содержащая внутреннюю и наружную втулки, с нанесенными на наружной и внутренней поверхностях втулок износостойкими элементами из твердого сплава, например карбида вольфрама-кобальта, скрепленные с каждой из втулок пропиткой порошка износостойкого материала с металлом-связкой, согласно полезной модели, по первому варианту, новым является то, что износостойкие элементы выполнены в виде сфер равного диаметра, образующих при равномерной укладке слой, при этом диаметр сфер уложенных в слой на одной из втулок меньше, чем диаметр сфер уложенных в слой на другой втулке; по второму варианту новым является то, что износостойкие элементы выполнены в виде сфер разных диаметров, образующих при равномерной укладке износостойкий слой; по третьему варианту новым является то, что износостойкие элементы выполнены в виде пластин, расположенных рядами, образующих при укладке износостойкий слой, центры пластин каждого ряда расположены напротив промежутков между пластинами соседнего ряда, а длина с промежутка между пластинами, измеренная вдоль оси вращения опоры и длина d пластины связаны соотношением с=(0,15-0,3)d, а расстояние е между пластинами соседних рядов и ширина h пластины связаны соотношением е=(0,3-0,6)h.

Кроме того, износостойкие элементы могут быть выполнены в виде пластин разных форм и размеров.

Кроме того, расстояние f между твердосплавными пластинами и буртами втулок равно или меньше длины промежутка с между пластинами.

Кроме того, наружная втулка может быть снабжена наружным буртом, который выполнен с резьбой.

Кроме того, пропитка порошка износостойкого материала и металла-связки могут быть выполнены в виде самофлюсующейся композиции.

В предлагаемой полезной модели по первому варианту, в отличие от прототипа, износостойкие элементы выполнены в виде сфер равного диаметра, образующих при равномерной укладке слой, скрепленный с каждой из втулок пропиткой порошка износостойкого материала с металлом-связкой, что предотвращает выкрашивание рабочей поверхности опор при действии максимальных нагрузок. Сферические твердосплавные элементы обладают высокими механическими свойствами, повышенную устойчивость к ударным нагрузкам, не имеют режущих граней.

В предлагаемой полезной модели, в отличие от прототипа, диаметр сфер, уложенных в слой на одной из втулок меньше, чем диаметр сфер, уложенных в слой на другой втулке, что обеспечивает уменьшение взаимопроникновения сферических зерен трущихся слоев опоры скольжения, и снижает эффект взаимного шлифования втулок, и, следовательно, обеспечивает уменьшение износа при действии нагрузок.

По второму варианту предлагаемой полезной модели, в отличие от прототипа, износостойкие элементы выполнены в виде сфер разных диаметров, образующих при равномерной укладке слой, что обеспечивает равномерное распределение сферических элементов, обеспечивает максимально плотную укладку износостойких элементов, при которой можно получить до 83% содержания слоя карбида вольфрама-кобальта. Заполнение меж зерновых пор металлом-связкой предотвращает образование на рабочей поверхности сетки трещин, повышает прочность и надежность твердосплавных радиальных опор. Во втором варианте предложенной полезной модели сферические твердосплавные элементы выполнены в виде сфер двух диаметров, которые обладают высокими механическими свойствами. Коэффициент трения меньше, хорошая устойчивость от удара, нет выкрашивания и отрыва части поверхности при действии максимальных нагрузок, нет режущих граней, небольшие абразивные способности, что позволяет обеспечить минимальный износ и уменьшение взаимного шлифования втулок.

По третьему варианту предлагаемой полезной модели, в отличие от прототипа, износостойкие элементы выполнены в виде пластин, расположенных рядами, согласно полезной модели, центры пластин каждого ряда расположены напротив промежутков между пластинами соседнего ряда, а длина с промежутка между пластинами, измеренная вдоль оси вращения опоры и длина d пластины связаны соотношением с=(0,15-0,3)d, а расстояние е между пластинами соседних рядов и ширина h пластины связаны соотношением е=(0,3-0,6)h.

Соотношение длины с промежутка между пластинами, измеренной вдоль оси вращения опоры и длины d пластины c=(0,15-0,3)d обеспечивает максимальную площадь взаимного перекрытия боковых поверхностей пластин и, следовательно, прочность их взаимосвязи через связующий материал, предохраняя пластины от раскачивания и отрыва с места крепления. Заданные пределы длины с промежутка между пластинами от 0,15 до 0,3 от длины d пластины обеспечивает оптимальное перекрытие рабочих поверхностей опоры скольжения для их износостойкости, а также прочности крепления пластин. При длине с промежутка между пластинами, измеренной вдоль оси вращения опоры, менее 0,15 от длины d пластины ухудшается процесс пропитки связующим материалом. При длине с промежутка между пластинами, измеренной вдоль оси вращения опоры, более 0,3 от длины d пластины снижается суммарная рабочая поверхность пластин, что ведет к снижению износостойкости радиальной опоры.

Исполнение радиальной опоры по третьему варианту, когда центры пластин каждого ряда расположены напротив промежутков между пластинами соседнего ряда пластин, обеспечивает уменьшение нагрузки на концы пластин, при повышении прочности крепления концов пластин одного ряда за счет улучшения связки с серединами пластин соседних рядов. При вращении опоры под нагрузкой концы пластин каждого ряда перекрываются серединами пластин соседнего ряда, при этом сводится к минимуму возможность расшатывания и вырывания каждой пластины с места ее крепления. Повышается надежность и нагрузочная способность радиальной опоры в целом.

Оптимальная длина с промежутка между пластинами, измеренная вдоль оси вращения опоры, составляет от 0,15 до 0,3 от длины d пластины, а расстояние между пластинами е соседних рядов составляет от 0,3 до 0,6 от ширины h пластины. При этом соотношении расстояния между соседними пластинами обеспечивается перекрытие износостойких поверхностей и равномерность распределения нагрузки между пластинами при работе опоры под нагрузкой. В тоже время обеспечивается заполнение промежутков (зазоров) между пластинами связующим материалом.

Кроме того, расстояние f между твердосплавными пластинами и буртами втулок равно или меньше длины промежутка с между пластинами. При таком выборе величины расстояния f прочность крепления пластин с краю износостойкого слоя сопоставима с прочностью крепления пластин между собой и с втулкой.

Кроме того, выполнение наружной втулки с наружным буртом, который выполнен с резьбой, позволяет крепить ее к ниппельной гайке без осевого сжатия, т.е. позволяет разгрузить ее от дополнительных напряжений. При снижении напряжений износостойкость опоры увеличивается.

Кроме того, пропитка порошка износостойкого материала и металла-связки выполнена в виде самофлюсующейся композиции, что позволяет менять свойства компонентов в соответствии с требуемой твердостью, пластичностью.

Достигаемый технический результат трех вариантов выполнения радиальной опоры забойного двигателя, описанных выше, одинаков. Предлагаемые варианты радиальной опоры винтового двигателя позволяют повысить прочность и надежность твердосплавных радиальных опор забойного двигателя, повысить ресурс работы, исключить аварийность, предотвратить образование на рабочей поверхности сетки трещин, выкрашивание и разрушение части рабочей поверхности опоры при действии максимальных нагрузок, уменьшить эксплуатационные затраты на твердосплавные радиальные опоры.

Предлагаемые варианты радиальной опоры винтового двигателя поясняются чертежами Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4, Фиг.5, Фиг.6.

На Фиг.1 изображена радиальная опора забойного двигателя (продольный разрез) по первому варианту.

Радиальная опора забойного двигателя содержит внутреннюю 1 и наружную 2 втулки, закрепленные соответственно с наружной и внутренней поверхности втулок износостойкие элементы из твердого сплава в виде сфер 3, 4, которые образуют при равномерной укладке слой. Износостойкие элементы в виде сфер 3, 4 скреплены соответственно с каждой из втулок пропиткой порошка износостойкого материала с металлом-связкой 5. Диаметр сфер 3, уложенных в слой, на внутренней 1 втулке меньший, чем диаметр сфер 4, уложенных в слой, на наружной 2 втулке. Внутренняя 1 и наружная 2 втулки со стороны нанесенных износостойких элементов выполнены с буртами, изнутри наружной втулки бурты 6 и снаружи внутренней втулки бурты 7.

На Фиг.2 изображена радиальная опора забойного двигателя (продольный разрез) по второму варианту.

Износостойкие элементы выполнены в виде сфер 3, 4 разных диаметров, образующих при равномерной укладке износостойкий слой. Диаметр сфер 3 меньший, чем диаметр сфер 4.

На Фиг.3 изображена радиальная опора забойного двигателя (продольный разрез) по третьему варианту.

Износостойкие элементы выполнены в виде пластин 8, расположенных рядами. Центры пластин каждого ряда расположены напротив промежутков b между пластинами соседнего ряда. Длина с промежутка b между пластинами, измеренная вдоль оси вращения опоры и длина d пластины связаны соотношением c=(0,15-0,3)d. Расстояние е между пластинами соседних рядов и ширина h пластины связаны соотношением e=(0,3-0,6)h. Расстояние f между твердосплавными пластинами 8 и буртами 6, 7 внутренней 1 и наружной 2 втулок равно или меньше расстояния с между пластинами.

На фиг.4 показано исполнение втулки 1 с буртом, с высотой износостойкого слоя k и с высотой m бурта 7.

На фиг.5 показан возможный вариант расположения пластин других форм и размеров, например ромбической формы.

На фиг.6. показан возможный вариант выполнения радиальной опоры забойного двигателя (продольный разрез) с наружным буртом на наружной 2 втулке, на котором имеется резьба 11 для крепления наружной 2 втулки к ниппельной гайке 10. Показаны наружный бурт с резьбой 11, вал 9, внутренняя втулка 1.

Заявляемая радиальная опора забойного двигателя работает следующим образом. При подаче бурового раствора забойный двигатель вращается, вращая при этом подвижную внутреннюю 1 втулку радиальной опоры (Фиг.1). Часть бурового раствора прокачивается в зазоре между подвижной внутренней 1 и стационарной наружной 2 втулками опоры, обеспечивая смазку поверхностей трения и их охлаждение. Износостойкие элементы сферы 3, 4, пластины 8 (Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3) и пропитка порошка износостойкого материала с металлом-связкой 5 в контакте друг с другом создают полезные силы, удерживающие вращающуюся внутреннюю 1 втулку и опирающийся на нее вал 9 (Фиг.6) в необходимом для бурения положении. Под воздействием нагрузок от бурильной колонны и долота (не показаны) износостойкие элементы сферы 3, 4, пластины 8 трутся между собой, подвергаясь износу, но обеспечивая необходимую для бурения по заданной траектории радиальную силу на долоте.

Исполнение опоры по первому варианту, когда диаметр сфер 3 уложенных в слой на одной из втулок меньше (Фиг.1), чем диаметр сфер 4 уложенных в слой на другой втулке, уменьшается вероятность оголения сфер и их взаимопроникновения между сферами в ответную поверхность. Исключается возможность зацепления сфер одной втулки опоры сферами другой втулки опоры. Таким образом, уменьшается эффект взаимного шлифования втулок. Не имея острых краев и прочно удерживаясь в связующем материале износостойкие сферы 3 и 4 обеспечивают максимальную работоспособность и надежность опоры и ее способность выдерживать необходимые для бурения нагрузки.

Исполнение наружной втулки 2 (Фиг.6) с наружным буртом 11, который выполнен с резьбой, позволяет крепить ее за эту резьбу без осевого сжатия с ниппельной гайкой 10, т.е. позволяет разгрузить ее от дополнительных напряжений. При снижении напряжений износостойкость опоры увеличивается. Достигаемый технический результат трех вариантов выполнения радиальной опоры забойного двигателя, описанных выше, одинаков.

Таким образом, предлагаемые варианты радиальной опоры винтового двигателя позволяют повысить прочность и надежность твердосплавных радиальных опор забойного двигателя, повысить ресурс работы, исключить аварийность, предотвратить выкрашивание и разрушение части рабочей поверхности опоры при действии максимальных нагрузок, обеспечить экономическое преимущество по сравнению с прототипом, уменьшить эксплуатационные затраты на твердосплавные радиальные опоры.

1. Радиальная опора забойного двигателя, содержащая внутреннюю и наружную втулки с нанесенными на наружной и внутренней поверхностях втулок износостойкими элементами из твердого сплава, например карбида вольфрама-кобальта, скрепленные с каждой из втулок пропиткой порошка износостойкого материала с металлом-связкой, отличающаяся тем, что износостойкие элементы выполнены в виде сфер равного диаметра, образующих при равномерной укладке износостойкий слой, при этом диаметр сфер, уложенных в слой на одной из втулок, меньше, чем диаметр сфер, уложенных в слой на другой втулке.

3. Радиальная опора забойного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что наружная втулка снабжена наружным буртом, который выполнен с резьбой.

4. Радиальная опора забойного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что пропитка порошка износостойкого материала и металла-связки выполнена в виде самофлюсующейся композиции.

5. Радиальная опора забойного двигателя, содержащая внутреннюю и наружную втулки с нанесенными на наружной и внутренней поверхностях износостойкими элементами из твердого сплава, например карбида вольфрама-кобальта, скрепленные с каждой из втулок пропиткой порошка износостойкого материала с металлом-связкой, отличающаяся тем, что износостойкие элементы выполнены в виде сфер разных диаметров, образующих при равномерной укладке износостойкий слой.

7. Радиальная опора забойного двигателя по п.5, отличающаяся тем, что наружная втулка снабжена наружным буртом, который выполнен с резьбой.

8. Радиальная опора забойного двигателя по п.5, отличающаяся тем, что пропитка порошка износостойкого материала и металла-связки выполнена в виде самофлюсующейся композиции.

9. Радиальная опора забойного двигателя, содержащая внутреннюю и наружную втулки с нанесенными на наружной и внутренней поверхностях износостойкими элементами из твердого сплава, например карбида вольфрама-кобальта, скрепленные с каждой из втулок пропиткой порошка износостойкого материала с металлом-связкой, отличающаяся тем, что износостойкие элементы выполнены в виде пластин, расположенных рядами, образующих при укладке износостойкий слой, центры пластин каждого ряда расположены напротив промежутка между пластинами соседнего ряда, а длина промежутка с между пластинами, измеренная вдоль оси вращения опоры, и длина d пластины связаны соотношением c=(0,15-0,3)d, а расстояние е между пластинами соседних рядов и ширина h пластины связаны соотношением e=(0,3-0,6)h.

10. Радиальная опора забойного двигателя по п.9, отличающаяся тем, что износостойкие элементы выполнены в виде пластин разных форм и размеров.

12. Радиальная опора забойного двигателя по п.9, отличающаяся тем, что расстояние f между твердосплавными пластинами и буртами втулок равно или меньше длины промежутка с между пластинами.

13. Радиальная опора забойного двигателя по п.9, отличающаяся тем, что наружная втулка снабжена наружным буртом, который выполнен с резьбой.

14. Радиальная опора забойного двигателя по п.9, отличающаяся тем, что пропитка порошка износостойкого материала и металла-связки выполнена в виде самофлюсующейся композиции.

Источник