Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК ДЛЯ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК ДЛЯ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК ДЛЯ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: изготовление оборудования для бурения скважин. Сущность изобретения: подшипник содержит опорные кольца с рабочими поверхностями и промежуточные тела, установленные между кольцами. Рабочие поверхности колец выполнены коническими, образующими угол, вершина которого направлена от центра подшипника по радиусу. Величина угла больше величины угла трения между рабочими поверхностями колец и промежуточными телами. По внутреннему диаметру подшипника с промежуточными телами взаимодействует упругое плавающее кольцо в виде гибкой оболочки. Промежуточные тела могут быть выполнены в виде кольцевых секторов с рабочими поверхностями, образующими угол, равный углу рабочих поверхностей колец, или роликов с рабочей поверхностью, описанной выпуклой кривой линией с центром, расположенным вне ролика. 4 з. п. ф-лы, 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2011777
Класс(ы) патента: E21B4/00
Номер заявки: 4821651/03
Дата подачи заявки: 20.03.1990
Дата публикации: 30.04.1994
Заявитель(и): Пермский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института буровой техники
Автор(ы): Щелконогов Г.А.
Патентообладатель(и): Пермский филиал Всероссийского научно-исследовательского института буровой техники
Описание изобретения: Изобретение относится к устройствам для буровой техники и предназначено для восприятия осевой ударной забойной нагрузки при бурении скважин.
Известен упорный подшипник для забойных двигателей, содержащий опорные кольца, установленные поочередно на валу и в корпусе двигателя, с рабочими поверхностями, выполненными в виде набора стержней, оснащенных твердым сплавом (патент США N 4620601, кл. Е 21 В 4/02, 1986).
Недостатком этого подшипника является то, что ударная забойная нагрузка передается рабочими поверхностями опорных колец жестко, без смягчения. Из-за этого оснащенные твердым сплавом стержни при ударах выкрашиваются, раскалываются и преждевременно приходят в негодность, приводя в негодность весь подшипник. Кроме того, в условиях передачи ударных забойных нагрузок и вибраций в результате перекосов опорных колец самопроизвольно исключается из работы часть, а иногда и большая часть установленных на опорных кольцах стержней. Из-за этого другая их часть несет повышенную нагрузку, часто превышающую предельно допустимую. Это приводит к возникновению перенапряжений, неминуемому разрушению отдельных стержней и преждевременному выходу упорного подшипника из строя.
Таким образом, известный упорный подшипник характеризуется недостаточной надежностью и долговечностью в условиях передачи ударных забойных нагрузок и вибраций из-за неравномерного распределения нагрузки на каждый стержень и жесткого соударения взаимодействующих стержней.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и получаемому эффекту является упорный подшипник, содержащий опорные кольца с рабочими поверхностями и установленные между ними промежуточные тела (патент США N 4613002, кл. Е 21 В 4/02, 1986 - прототип).
Недостатком этого подшипника является необходимость высокой точности изготовления и монтажа подшипника. Осевая нагрузка не распределяется равномерно на каждое промежуточное тело (на каждый ролик), так как при малейшей неточности изготовления деталей из работы исключается часть или большинство промежуточных тел. В результате отдельные промежуточные тела неминуемо перегружены, быстрее изнашиваются и упорный подшипник досрочно выходит из строя. Пагубное состояние перегруженных промежуточных тел еще более усугубляется в условиях передачи ударных забойных нагрузок и вибраций, вызывающих изгибы и перекосы валов, корпусов шпинделей, в которых упорные подшипники устанавливаются.
Другим недостатком упорного подшипника является то, что нагрузка через промежуточные тела (ролики) передается жестко, ничем не смягчается и не гасится. От этого промежуточного тела, изготовленные обычно из твердой закаленной стали, раскалываются, осколки задирают рабочие поверхности (беговые дорожки) опорных колец и преждевременно приводят упорный подшипник в негодность.
Кроме того, взаимодействующие с промежуточными телами рабочие поверхности опорных колец выполнены в виде конических поверхностей, образующих между собой угол, вершина которого направлена к центру подшипника. Это снижает возможную площадь контакта каждого промежуточного тела и опорного кольца, повышает в них напряжение и способствует более интенсивному износу деталей.
Эти и другие недостатки известного упорного подшипника не позволяют достичь требуемой надежности и долговечности подшипника в условиях передачи ударных забойных нагрузок и вибраций и снижают эксплуатационные качества, надежность и долговечность забойных двигателей, в которых они устанавливаются.
Целью изобретения является повышение надежности и долговечности упорного подшипника для забойных двигателей в условиях передачи ударных забойных нагрузок и вибраций за счет равномерного распределения нагрузки на каждое промежуточное тело и их частичного радиального проскальзывания при ударах.
Указанная цель достигается тем, что упорный подшипник для забойных двигателей, содержащий опорные кольца с рабочими поверхностями, установленные поочередно на валу и в корпусе двигателя, и промежуточные тела, размещенные между кольцами, снабжен упругими плавающими кольцами, взаимодействующими с промежуточными телами по внутреннему диаметру подшипника, при этом рабочие поверхности опорных колец выполнены в виде конических поверхностей, образующих между собой угол, вершина которого направлена от центра подшипника по радиусу, величина угла больше величины угла трения между рабочими поверхностями опорных колец и промежуточными телами.
Каждое упругое плавающее кольцо выполнено в виде гибкой оболочки.
Промежуточные тела могут быть выполнены в виде роликов с рабочей поверхностью, описанной выпуклой кривой линией с центром, расположенным вне ролика, при этом ролики установлены большим основанием к центру подшипника.
Промежуточные тела могут быть выполнены в виде кольцевых секторов, рабочие поверхности которых образуют угол, равный углу рабочих поверхностей опорных колец.
Промежуточные тела могут быть выполнены в виде чередующихся роликов (или шариков) и кольцевых секторов.
В результате взаимодействия промежуточных тел с коническими рабочими поверхностями опорных колец, образующими между собой угол, вершина которого направлена от центра подшипника по радиусу, а величина угла больше величины угла трения между ними, и с упругими плавающими кольцами по внутреннему диаметру предлагаемого подшипника при работе в условиях передачи ударных забойных нагрузок и вибраций достигается равномерное распределение осевой нагрузки на каждое промежуточное тело и связанное с этим снижение контактных напряжений, обеспечивается частичное радиальное проскальзывание промежуточных тел по коническим рабочим поверхностям опорных колец при ударах и исключается их жесткое соударение. Вследствие этого выход из строя упорного подшипника по причине преждевременного разрушения отдельного промежуточного тела и его заклинивания исключается.
Благодаря выполнению каждого упругого плавающего кольца в виде гибкой оболочки достигается возможность автономного управления нагружением каждого промежуточного тела осевой нагрузки и обеспечивается высокая чувствительность к перераспределению нагрузки на каждое промежуточное тело при ударах, вибрациях, колебаниях, перекосах и любых других изменениях условий работы упорного подшипника.
В связи с выполнением промежуточных тел упорного подшипника в виде роликов с рабочей поверхностью, описанной выпуклой кривой линией с центром, расположенным вне ролика, и установкой роликов большим основанием к центру подшипника в виде кольцевых секторов, рабочие поверхности которых образуют угол, равный углу рабочих поверхностей опорных колец, или в виде чередующихся роликов (шариков) и кольцевых секторов при работе в условиях передачи ударных забойных нагрузок и вибраций достигается возможность увеличения площади контакта взаимодействующих деталей и снижения напряжений в местах контакта, повышения несущей способности упорного подшипника для забойных двигателей, снижения пагубного воздействия ударных нагрузок.
Все это в результате приводит к повышению надежности и долговечности подшипника в условиях передачи ударных забойных нагрузок и вибраций.
На чертеже показан предлагаемый упорный подшипник для забойных двигателей, разрез.
Упорный подшипник для забойных двигателей содержит опорное кольцо 1, установленное в корпусе двигателя (показано тонкими штрихпунктирными линиями), и опорные кольца 2, установленные на валу (показан тонкими штрихпунктирными линиями), с рабочими поверхностями 3. Между опорными кольцами 1 и 2 размещены промежуточные тела 4 и упругие плавающие кольца 5, взаимодействующие с промежуточными телами 4 по внутреннему диаметру подшипника. При этом рабочие поверхности 3 опорных колец 1 и 2 выполнены в виде конических поверхностей, образующих между собой угол α , вершина которого направлена от центра подшипника по радиусу. Величина угла α больше величины угла трения между рабочими поверхностями 3 соответственно опорных колец 1 и 2 и промежуточными телами 4.
В упорном подшипнике для забойных двигателей каждое упругое плавающее кольцо 5 выполнено в виде гибкой оболочки, промежуточные тела 4 выполнены в виде роликов с рабочей поверхностью, описанной выпуклой кривой линией с центром, расположенным вне ролика, при этом ролики установлены большим основанием к центру подшипника.
В предлагаемом упорном подшипнике для забойных двигателей промежуточные тела 4 могут быть выполнены в виде кольцевых секторов, рабочие поверхности которых образуют угол α , равный углу рабочих поверхностей 3 опорных колец 1 и 2.
В предлагаемом упорном подшипнике для забойных двигателей промежуточные тела 4 могут быть выполнены в виде чередующихся роликов (или шариков) и кольцевых секторов.
Упорный подшипник работает следующим образом.
Передача ударной забойной нагрузки с нижнего опорного кольца 2 на кольцо 1 через промежуточные тела 4, наклоненные под углом α друг к другу рабочие поверхности 3 сближающихся друг с другом опорных колец 1 и 2 понуждает каждое промежуточное тело 4 соскальзывать в сторону центра со своей орбиты и, местно прогибая упругое плавающее кольцо 5, искажают его форму.
Силы упругости от местного прогиба упругого плавающего кольца 5 прижимают каждое промежуточное тело 4 к опорным кольцам 1 и 2 примерно с равным усилием. В результате осевая составляющая, передаваемая с нижнего опорного кольца 2 на опорное кольцо 1 каждым промежуточным телом 4, также будет примерно равна.
Любые даже незначительные изменения (увеличения или уменьшения) передаваемого усилия одним из промежуточных тел 4 приводят к его радиальному смещению, изменению местного прогиба упругого плавающего кольца 5 и соответствующему перераспределению и выравниванию нагрузки на каждое промежуточное тело 4.
При вращении опорного кольца 2 относительно опорного кольца 1, вибрациях и ударах чувствительность упорного подшипника для забойных двигателей к равномерному распределению осевой нагрузки на каждое промежуточное тело 4 значительно повышается. При передаче гидравлической нагрузки верхнее опорное кольцо 2 вращается и, опускаясь, передает осевую нагрузку на неподвижное опорное кольцо 1 через верхние промежуточные тела 4. Механизм передачи и распределения осевой нагрузки на каждое промежуточное тело 4 аналогичен описанному.
В варианте выполнения упорного подшипника для забойных двигателей, в котором промежуточные тела 4 выполнены в виде кольцевых секторов или в виде чередующихся роликов (или шариков) и кольцевых секторов, малую и среднюю осевую нагрузку передают тела качения, кольцевые сектора при этом воспринимают основную ее часть и удары.
Упорный подшипник для забойных двигателей имеет следующие преимущества:
1. Исключены условия, вызывающие жесткие соударения опорных колец и промежуточных тел, являющиеся источником преждевременных поломок, интенсивного износа и аварийного заклинивания упорного подшипника;
2. Достигнута возможность равномерного распределения осевой нагрузки на каждое промежуточное тело и ликвидированы условия интенсивного износа и преждевременного разрушения отдельных промежуточных тел, значительно повышена несущая способность упорного подшипника для забойных двигателей;
3. Не требуется высокой точности изготовления деталей упорного подшипника. В результате реализации преимуществ достигается устойчивая надежная длительная работа упорного подшипника для забойных двигателей в условиях передачи ударных забойных нагрузок и вибраций.
Формула изобретения: 1. УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК ДЛЯ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, содержащий опорные кольца с рабочими поверхностями, установленные поочередно на валу и в корпусе двигателя, и промежуточные тела, установленные между кольцами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности подшипника в условиях передачи ударных забойных нагрузок и вибраций за счет равномерного распределения нагрузки на каждое промежуточное тело и их частичного проскальзывания при ударах, он снабжен упругими плавающими кольцами, взаимодействующими с промежуточными телами по внутреннему диаметру подшипника, при этом рабочие поверхности опорных колец выполнены в виде конических поверхностей, образующих между собой угол, вершина которого направлена от центра подшипника по радиусу, а величина угла больше величины угла трения между рабочими поверхностями опорных колец и промежуточными телами.
2. Подшипник по п. 1, отличающийся тем, что каждое упругое плавающее кольцо выполнено в виде гибкой оболочки.
3. Подшипник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что промежуточные тела выполнены в виде роликов с рабочей поверхностью, описанной выпуклой кривой линией с центром, расположенным вне ролика, при этом ролики установлены большим основанием к центру подшипника.
4. Подшипник по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что промежуточные тела выполнены в виде кольцевых секторов, рабочие поверхности которых образуют угол, равный углу рабочих поверхностей опорных колец.
5. Подшипник по пп. 3 и 4, отличающийся тем, что промежуточные тела выполнены в виде чередующихся роликов (или шариков) и кольцевых секторов.