ИНТЕГРИРОВАННАЯ ПОДШИПНИКОВАЯ СЕКЦИЯ И СПОСОБ
INTEGRATED BEARING SECTION AND METHOD

[01] В бурении нефтяных и газовых скважин забойные буровые двигатели можно соединять с бурильной колонной для вращения и управления по направлению бурового долота. Обычные буровые двигатели, как правило, содержат верхний переводник, силовой блок, трансмиссионный узел и подшипниковый узел. Вращение обеспечивает силовой блок. Трансмиссионный узел передает крутящий момент и скорость с силового блока на буровое долото, расположенное на нижнем конце бурового двигателя. Подшипниковый узел воспринимает аксиальные и радиальные нагрузки, передаваемые на бурильную колонну и буровое долото во время бурения.
[02] Обычные подшипниковые узлы содержат шпиндель, установленный проходящим через верхний радиальный подшипник, упорный подшипник и нижний радиальный подшипник. Устройство упорного подшипника, помещенного между двумя радиальными подшипниками, является классической композицией подшипниковой секции, известной в области машиностроения. Нижний конец шпинделя выполнен с возможностью сцепления с буровым долотом. Верхний и нижний радиальные подшипники каждый включает в себя наружный скользящий элемент и внутренний скользящий элемент, имеющие противоположные поверхности плоского профиля. Противоположные плоские профили скользят один по другому, когда наружный и внутренний скользящие элементы вращаются относительно друг друга. Радиальные подшипники скольжения изнашиваются под действием сил трения, обуславливающих абразивный износ на контактных поверхностях. Упорный подшипник включает в себя множество шарикоподшипников, расположенных в канавках, образованных многочисленными наружными упорными элементами и многочисленными внутренними упорными элементами. Диаметры шариковых элементов упорного подшипника уменьшаются при износе, что обуславливает относительное осевое перемещение между наружными и внутренними упорными элементами.
[03] В других обычных подшипниковых узлах радиальные подшипники выполняют в виде шариковых или роликовых подшипников для уменьшения абразивного износа, связанного с трением. Внутренние и наружные элементы радиальных шарикоподшипников каждый содержит канавку, и каждый шарикоподшипник расположен в канавке внутреннего элемента и канавке наружного элемента. Когда шарикоподшипники упорного подшипника изнашиваются и их диаметры уменьшаются, относительное осевое перемещение между наружными упорными элементами и внутренними упорными элементами прикладывает неравномерную нагрузку на внутренние элементы и наружные элементы радиального подшипника. Вследствие устройства радиального подшипника с шарикоподшипниками, расположенными в канавках в наружных элементах и внутренних элементах, относительное осевое перемещение между наружными элементами и внутренними элементами не обеспечивается. Соответственно, данное устройство радиального подшипника выходит из строя при износе упорного подшипника.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[04] На фиг. 1 показано сечение интегрированной подшипниковой секции, содержащей шпиндель с канавками.
[05] На фиг. 2 показано сечение альтернативного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей шпиндель с канавками.
[06] На фиг. 3 показано сечение интегрированной подшипниковой секции фиг. 2 с более крупными сферическими элементами в канавках шпинделя.
[07] На фиг. 4 показано сечение альтернативного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей муфту шпинделя с канавками.
[08] На фиг. 5 показано сечение другого альтернативного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей муфту шпинделя с канавками.
[09] На фиг. 6 показано сечение дополнительного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей муфту шпинделя с канавками и наружный интегральный подшипник.
[10] На фиг. 7 показано сечение альтернативного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей отдельные шпиндельные муфты с канавками.
[11] На фиг. 8 показано сечение альтернативного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей шпиндель с канавками и корпус с канавками.
[12] На фиг. 9 показано сечение альтернативного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей шпиндель с канавками и корпус с канавками.
[13] На фиг. 10 показано сечение альтернативного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей шпиндель с канавками и корпус с канавками.
[14] На фиг. 11 показано сечение альтернативного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей корпус с канавками.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[15] Интегрированная подшипниковая секция содержит шпиндель, по меньшей мере частично расположенный во внутреннем канале корпуса. Подшипниковая секция содержит множество сферических элементов, расположенных между наружной поверхностью шпинделя и внутренней поверхностью корпуса. По меньшей мере один участок с радиальным подшипником подшипниковой секции образован одним или несколькими сферические элементами, расположенными частично в канавках в наружной поверхности шпинделя, наружной поверхности муфты шпинделя, расположенной вокруг шпинделя, или внутренней поверхности корпуса. Один или несколько сферических элементов участка с радиальным подшипником напрямую взаимодействуют с поверхностью плоского профиля противоположной канавкам, такой как поверхность плоского профиля на внутренней поверхности наружного радиального подшипника, поверхность плоского профиля на внутренней поверхности корпуса, поверхность плоского профиля на наружной поверхности шпинделя или поверхность плоского профиля на наружной поверхности муфты шпинделя, расположенной вокруг шпинделя. По меньшей мере один участок с упорным подшипником подшипниковой секции образован одним или несколькими сферическими элементами, расположенными частично в канавках в наружной поверхности шпинделя или наружной поверхности муфты шпинделя, которая расположена вокруг шпинделя, и в канавках во внутренней поверхности корпуса или внутренней поверхности наружного упорного подшипника.
[16] В одном варианте осуществления наружная поверхность шпинделя содержит множество кольцевых канавок. Каждый из множества сферических элементов частично расположен в одной из кольцевых канавок в наружной поверхности шпинделя. Интегрированная подшипниковая секция также содержит наружный радиальный подшипник и наружный упорный подшипник, каждый расположенный вокруг шпинделя и во внутреннем канале корпуса. Наружный радиальный подшипник имеет внутреннюю поверхность плоского профиля, а наружный упорный подшипник имеет внутреннюю поверхность, содержащую кольцевую канавку. По меньшей мере один из сферических элементов взаимодействует с внутренней поверхностью плоского профиля наружного радиального подшипника, и по меньшей мере один из сферических элементов находится в зацеплении с кольцевой канавкой наружного упорного подшипника. Каждому сферическому элементу, взаимодействующему с внутренней поверхностью наружного радиального подшипника, обеспечено качение вдоль плоского профиля, при этом обеспечено относительное осевое перемещение между наружным радиальным подшипником и шпинделем без восприятия радиальным подшипником какой- либо осевой нагрузки.
[17] В дополнительном варианте осуществления множество кольцевых канавок может быть расположен на наружной поверхности муфты шпинделя, расположенной вокруг шпинделя. Каждый из множества сферических элементов частично расположен в одной из кольцевых канавок в наружной поверхности муфты шпинделя. Муфта шпинделя может быть выполнена в виде одной интегрированной муфты или двух или больше отдельных муфтовых участков.
[18] В другом варианте осуществления наружная поверхность шпинделя содержит по меньшей мере одну кольцевую канавку и часть плоского профиля. Внутренняя поверхность корпуса содержит по меньшей мере одну кольцевую канавку. Участок с радиальным подшипником образован одним или несколькими сферическими элементами, расположенными частично в кольцевой канавке (канавках) во внутренней поверхности корпуса, и взаимодействующими с частично наружной поверхностью плоского профиля шпинделя. Данным сферическим элементам обеспечено качение по части плоского профиля шпинделя, при этом обеспечено относительное осевое перемещение между корпусом и шпинделем. Участок с упорным подшипником образован одним или несколькими сферическими элементами, расположенными частично в кольцевой канавке (канавках) в наружной поверхности шпинделя, и взаимодействующими с кольцевой канавкой во внутренней поверхности наружного упорного подшипника, который расположен вокруг шпинделя и во внутреннем канале корпуса.
[19] В дополнительном варианте осуществления внутренняя поверхность корпуса содержит по меньшей мере одну кольцевую канавку. Участок с радиальным подшипником образован одним или несколькими сферическими элементами, расположенными частично в кольцевой канавке во внутренней поверхности корпуса и взаимодействующими с наружной поверхностью плоского профиля муфты шпинделя, которая расположена вокруг шпинделя. Данным сферическим элементам обеспечено качение между корпусом и шпиндельной муфтой, при этом обеспечено относительное осевое перемещение между корпусом и шпинделем.
[20] Наружный упорный подшипник в каждом варианте осуществления можно выполнить из двух полуцилиндрических элементов (или “половин продольно разрезанной трубы”) образующих непрерывный подшипниковый элемент, или множеством колец. В дополнительном варианте осуществления наружный радиальный подшипник и наружный упорный подшипник можно выполнить за одно целое из двух полуцилиндрических элементов (или “половин продольно разрезанной трубы”), образующих наружный интегральный подшипник. Интегральная подшипниковая секция может включать в себя больше одного участка с радиальным подшипником и/или больше одного участка с упорным подшипником, где каждый из участков содержит любую комбинацию описанных элементов.
[21] Как показано на фиг. 1, интегрированная подшипниковая секция 10 для смазываемого промывочным раствором бурового двигателя может включать в себя шпиндель 12 и корпус 14. Шпиндель 12 можно расположить частично во внутреннем канале 16 корпуса 14. Шпиндель 12 можно выполнить в виде в общем цилиндрического элемента, содержащего нижний конец 18 с увеличенным диаметром, выполненный с возможностью сцепления с буровым долотом и передачи крутящего момента на него. Верхний конец 20 шпинделя 12 может быть выполнен с возможностью сцепления с трансмиссионным узлом бурового двигателя и приема крутящего момента с него. Наружная поверхность шпинделя содержит множество кольцевых канавок. Например, шпиндель 12 содержит кольцевые канавки 22 на отрезке длины наружной поверхности 24. Каждая кольцевая канавка 22 может проходить по окружности шпинделя 12, и иметь в общем полукольцевой профиль как показано на фиг. 1.
[22] Интегрированная подшипниковая секция 10 может содержать множество сферических элементов 26 (или шарикоподшипников), каждый из которых частично расположен в одной из кольцевых канавок 22. Каждый сферический элемент 26 может иметь радиус не больше радиуса кольцевой канавки 22 в которой сферический элемент 26 расположен. Например, каждый сферический элемент 26 может иметь радиус приблизительно равный или немного меньше радиуса на продольном сечении соответствующей кольцевой канавки 22. Каждый сферический элемент 26 можно выполнить из стали, керамики или любых других твердых металлов.
[23] Интегрированная подшипниковая секция 10 может дополнительно содержать один или несколько наружных радиальных подшипников и один или несколько наружных упорных подшипников, расположенных вокруг шпинделя 12 и во внутреннем канале 16 корпуса. Например, наружные радиальные подшипники 28, 30 и наружный упорный подшипник 32 могут каждый быть расположен вокруг шпинделя 12 и во внутреннем канале 16 корпуса. В данном варианте осуществления наружный упорный подшипник 32 расположен между наружным радиальным подшипником 28 и наружным радиальным подшипником 30, но интегрированная подшипниковая секция может содержать любое число, комбинацию и конфигурацию наружных радиальных подшипников и наружных упорных подшипников.
[24] Наружные радиальные подшипники 28 и 30 можно каждый выполнить в виде цилиндрический муфты, имеющей внутренние поверхности 34 и 36 плоского профиля, соответственно. По меньшей мере один из сферических элементов 26 взаимодействует с каждой из внутренних поверхностей 34, 36 плоского профиля наружных радиальных подшипников 28, 30, соответственно. Таким образом сферические элементы 26 расположены в пространстве между шпинделем 12 и наружными радиальными подшипниками 28 и 30, соответственно. Любое число сферических элементов 26 можно установить между шпинделем 12 и наружными радиальными подшипниками 28, 30 (например, от двух до сотни каждого). Когда шпиндель 12 вращается относительно наружных радиальных подшипников 28, 30, каждый из данных сферических элементов 26 может вращаться в кольцевых канавках 22 шпинделя 12 и может свободно перемещаться в осевом направлении на внутренних поверхностях 34, 36 плоского профиля. Таким образом интегрированная подшипниковая секция 10 обеспечивает относительное осевое перемещение между шпинделем 12 и наружными радиальными подшипниками 28, 30 без восприятия наружными радиальными подшипниками 28, 30 какой-либо осевой нагрузки. Внутренняя поверхность 34 наружного радиального подшипника 28 может содержать уступ 37 для ограничения величины относительного осевого перемещения между наружным радиальным подшипником 28 и шпинделем 12. Внутреннюю поверхность 34 и 36 наружного радиального подшипника 28 и 30 можно выполнить в виде слоя металла повышенной твердости (например, слоя металла с поверхностью, твердость которой повышена термической обработкой) или износостойкого поверхностного слоя, созданного из металла или керамики.
[25] Внутренняя поверхность 38 наружного упорного подшипника 32 содержит по меньшей мере одну кольцевую канавку 40. Каждая кольцевая канавка 40 может проходить по окружности внутренней поверхности 38, и иметь в общем полукруглый профиль, как показано на фиг. 1. По меньшей мере один из сферических элементов 26 находится в зацеплении с каждой из кольцевых канавок 40 в наружном упорном подшипнике 32. Таким образом, по меньшей мере один сферический элемент 26 расположен частично в одной из кольцевых канавок 22 в шпинделе 12 и частично в одной из кольцевых канавок 40 наружного упорного подшипника 32. Наружный упорный подшипник 32 воспринимает осевую нагрузку, действующую на шпиндель 12 или корпус 14, через сферический элемент 26 и кольцевые канавки 22 и 40. В варианте осуществления фиг. 1 наружный упорный подшипник 32 выполнен из двух полуцилиндрических элементов (или “половин разрезанной вдоль трубы”) для обеспечения сборки интегрированной подшипниковой секции 10.
[26] Как также показано на фиг. 1, интегрированная подшипниковая секция 10 может дополнительно содержать резьбовой элемент 42, расположенный вокруг шпинделя 12 и ниже корпуса 14. Резьбовой элемент 42 можно выполнить в виде в общем цилиндрического элемента с резьбовым верхним концом. Конкретно, верхний конец 44 резьбового элемента 42 можно свинчивать с нижним концом 46 корпуса 14. Резьбовой элемент 42 и корпус 14 могут вместе образовывать корпус в сборе. Резьбовой элемент 42 может содержать внутреннюю поверхность 48 плоского профиля, с которой может взаимодействовать по меньшей мере один сферический элемент 26. Таким образом, резьбовой элемент 42 функционирует, как радиальный подшипник в интегрированной подшипниковой секции 10. Удерживающее кольцо 50 может располагаться вокруг шпинделя 12 и во внутреннем канале 16 корпуса, и может упираться в верхний конец 44 резьбового элемента 42 для удержания шпинделя 12 во внутреннем канале 16 корпуса 14. Наружный радиальный подшипник 30 может упираться в удерживающее кольцо 50, при этом удерживающее кольцо 50 несет и удерживает наружный радиальный подшипник 30, наружный упорный подшипник 32 и наружный радиальный подшипник 28 во внутреннем канале 16 корпуса.
[27] Интегрированные подшипниковые секции 10 можно собирать, вначале надвигая резьбовой элемент 42 на верхний конец 20 шпинделя 12 и на отрезок длины шпинделя 12. Сферические элементы 26 можно установить в самых нижних кольцевых канавках 22 шпинделя 12 до надвигания резьбового элемента 42 на данные кольцевые канавки 22. Таким образом сферические элементы 26 закрепляют в самых нижних кольцевых канавках 22. Удерживающее кольцо 50 можно затем установить вокруг шпинделя 12. Сферические элементы 26 можно установить в кольцевых канавках 22 в шпинделе 12 до надвигания наружных радиальных подшипников 30 и 28 на шпиндель 12 от его верхнего конца 20, при этом закрепляя сферические элементы 26 в кольцевых канавках 22 и в наружных радиальных подшипниках 30 и 28. Сферические элементы 26 можно установить в кольцевые канавки 22 до установки двух полуцилиндрических элементов наружного упорного подшипника 32 вокруг шпинделя 12 на данные кольцевые канавки 22. Когда все данные компоненты находятся на месте, пользователь может надвинуть корпус 14 на верхний конец 20 шпинделя 12, наружный радиальный подшипник 28, наружный упорный подшипник 32 и наружный радиальный подшипник 30 до достижения нижним концом 46 корпуса 14 верхнего конца 44 резьбового элемента 42. Нижний конец 46 корпуса 14 затем свинчивают с верхним концом 44 резьбового элемента 42 для скрепления всех компонентов с шпинделем 12.
[28] Во время работы шпиндель 12 вращается относительно наружных радиальных подшипников 28, 30 и наружного упорного подшипника 32. Когда сферические элементы вращаются в кольцевых канавках 22 шпинделя 12, сферические элементы 26 могут изнашиваться вследствие присутствия добавок и выбуренной породы в буровом растворе, проходящем через подшипниковую секцию, и нормального абразивного износа между сферическими элементами 26 и наружным упорным подшипником 32. Износ на сферических элементах 26 может уменьшать диаметр каждого сферического элемента 26. Дополнительно, поверхности кольцевых канавок 22 шпинделя 12 и/или кольцевых канавок 40 наружного упорного подшипника 32 могут также изнашиваться, приводя к увеличению размера данных кольцевых канавок. Износ обоих типов обуславливает несовпадение кольцевых канавок 22 шпинделя 12 с кольцевыми канавками 40 наружного упорного подшипника 32, результатом является относительное осевое перемещение между шпинделем 12 и наружным упорным подшипником 32, а также наружными радиальными подшипниками 28, 30. В результате сферические элементы 26 могут свободно перемещаться по внутренним поверхностям 34 и 36 плоского профиля наружных радиальных подшипников 28 и 30 обеспечивать относительное осевое перемещение между шпинделем 12 и наружными радиальными подшипниками 28, 30 без сферических элементов 26, которые взаимодействуют с внутренними поверхностями 34 и 36 плоского профиля наружных радиальных подшипников 28 и 30, воспринимая любую осевую нагрузку. Данное устройство делает интегрированную подшипниковую секцию 10 более износостойкой, чем обычные шарикоподшипниковые секции, поскольку приводит к менее частому отказу сферических элементов 26, которые взаимодействуют с наружными радиальными подшипниками 28, 30.
[29] На фиг. 2 показана интегрированная подшипниковая секция 60, альтернативный вариант осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 60 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанной выше интегрированной подшипниковой секцией 10, при этом одинаковые ссылочные позиции указывают конструкции и функции одинаковые с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 60 содержит наружный упорный подшипник 62, содержащий множество колец 64. Внутренние поверхности 66 колец 64 могут каждая содержать одну или несколько составляющих 68 канавок, которые взаимодействуют с составляющими 68 канавок смежных колец 64 для образования кольцевых канавок 70, когда кольца 64 уложены стопкой. Таким образом, внутренняя поверхность наружного упорного подшипника 62 содержит по меньшей мере одну кольцевую канавку 70 с по меньшей мере одним из сферических элементов 26, частично расположенным в каждой кольцевой канавке 70. Каждая кольцевая канавка 70 может иметь в общем полукруглый профиль. Осевое сечение каждой кольцевой канавки 70 может иметь радиус приблизительно равный или немного больше радиуса каждого из сферических элементов 26, расположенных в ней. Число кольцевых канавок 70 наружного упорного подшипника 62 может быть на одну меньше числа колец 64 в наружном упорном подшипнике 62. Множество колец 64 вместе образует наружный упорный подшипник 62, который воспринимает осевую нагрузку, действующую на шпиндель 12 и корпус 14 через сферические элементы 26 и кольцевые канавки 22 и 70.
[30] Интегрированную подшипниковую секцию 60 можно собирать способом одинаковым с описанным выше для интегрированной подшипниковой секции 10 за исключением компонентов узла наружного упорного подшипника. Для интегрированной подшипниковой секции 60 резьбовой элемент 42 и наружный радиальный подшипник 30 можно вначале установить на сферические элементы 26 и на шпиндель 12. Затем пользователь может надвинуть первое кольцо 64 наружного упорного подшипника 62 на шпиндель 12 и установить сферические элементы 26 в кольцевых канавках 22 шпинделя 12 и составляющих 68 канавок первого кольца 64 перед надвиганием следующего кольца 64 на шпиндель 12 до упора в первое кольцо 64. Наружная поверхность шпинделя 12 может содержать конический или суженный профиль, смежный с каждой кольцевой канавкой 22 для содействия в установке каждого сферического элемента 26 в кольцевой канавке 22. Данный процесс повторяют для каждого кольца 64 наружного упорного подшипника 62. Таким образом сферические элементы 26 закрепляют в кольцевых канавках 70 наружного упорного подшипника 62. Затем сферические элементы 26 располагают в верхних кольцевых канавках 22 в шпинделе 12 до надвигания наружного радиального подшипника 28 на данную часть шпинделя 12. Наконец, пользователь может надвинуть корпус 14 на верхний конец 20 шпинделя 12, наружный радиальный подшипник 28, наружный упорный подшипник 62 и наружный радиальный подшипник 30 до достижения нижним концом 46 корпуса 14 верхнего конца 44 резьбового элемента 42. Нижний конец 46 корпуса 14 затем свинчивают с верхним концом 44 резьбового элемента 42 для скрепления всех компонентов с шпинделем 12.
[31] Как показано на фиг. 2, нижний конец 18 шпинделя 12 может содержать первый индикационный поясок 72 для указания применения сферических элементов 26 первого размера. Первый индикационный поясок 72 может быть образован выемкой в нижнем конце 18 шпинделя 12. Когда шпиндель 12 вращается относительно наружных радиальных подшипников 28, 30 и наружного упорного подшипника 62, поверхности кольцевых канавок 22 шпинделя 12 и/или кольцевых канавок 70 наружного упорного подшипника 62 могут изнашиваться вместе с износом на сферических элементах 26. Как описано выше для интегрированной подшипниковой секции 10, износ обоих типов обуславливает относительное осевое перемещение между шпинделем 12 и наружными радиальными подшипниками 28, 30, а также наружным упорным подшипником 62. Когда относительное осевое перемещение достигает пороговой величины, интегрированную подшипниковую секцию 60 можно вывести из эксплуатации для техобслуживания. Техобслуживание может содержать разборку интегрированной подшипниковой секции 60, при которой следуют описанным этапам сборки в обратном порядке.
[32] Как показано на фиг. 3, каждую из кольцевых канавок 22 в шпинделе 12 можно подвергнуть станочной обработке для получения второго радиуса для размещения более крупных сферических элементов 74. Второй радиус на продольном сечении кольцевых канавок 22 может быть приблизительно равным или немного больше радиуса каждого из более крупных сферических элементов 74. Дополнительно, каждую из составляющих 68 канавок колец 64 наружного упорного подшипника 62 можно подвергнуть станочной обработке для получения второго радиуса, приблизительно равного или немного большего радиуса каждого из более крупных сферических элементов 74. Второй индикационный поясок 76 можно добавить на нижнем конце 18 шпинделя 12 для указания присутствия более крупных кольцевых канавок 22 и применения более крупных сферических элементов 74. Второй индикационный поясок 76 можно выполнить в виде выемки в нижнем конце 18 шпинделя 12. Интегрированную подшипниковую секцию 60 можно затем собрать с более крупными сферическими элементами 74, применяя способ, описанный выше и показанный на фиг. 2. Данный способ коррекции размера кольцевых канавок и использования более крупных сферических элементов можно применять в любом варианте осуществления интегрированной подшипниковой секции, раскрытом в данном документе. Таким образом эксплуатацию интегрированной подшипниковой секции можно продлить для уменьшения расходов, связанных с заменой оборудования подшипниковой секции.
[33] Интегрированные подшипниковые секции 10 и 60, показанные на фиг. 1-3, каждая содержит кольцевые канавки шпинделя 12. Поскольку интегрированная подшипниковая секция в данных вариантах осуществления не требует внутреннего элемента радиального подшипника или внутреннего элемента упорного подшипника, шпиндель может иметь толщину больше, чем в обычных подшипниковых секциях, что обеспечивает более прочный шпиндель с функциональными возможностями передачи большего крутящего момента на буровое долото, прикрепленное к нижнему концу шпинделя.
[34] Как показано на фиг. 4, интегрированная подшипниковая секция 80 является другим альтернативным вариантом осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 80 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанным выше интегрированными подшипниковыми секциями 10 и 60, причем одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструкции и функции с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 80 фиг. 4 содержит шпиндель 84 и муфту 86 шпинделя. Шпиндель 84 может иметь одинаковую форму и элементы с шпинделем 12 фиг. 1-3, за исключением того, что шпиндель 84 содержит часть 88 уменьшенного диаметра, расположенную во внутреннем канале 16 корпуса. Муфта 86 шпинделя расположена вокруг части 88 уменьшенного диаметра шпинделя 84 и во внутреннем канале 16 корпуса, в наружных радиальных подшипниках 28, 30 и наружном упорном подшипнике 62. Наружная поверхность 90 муфты 86 шпинделя содержит множество кольцевых канавок 92, проходящих по окружности муфты 86 шпинделя и имеющих в общем полукруглый профиль, как показано. Таким образом наружная поверхность муфты 86 шпинделя содержит множество кольцевых канавок 92. Каждый из сферические элементов 26 расположен в одной из кольцевых канавок 92 муфты 86 шпинделя. Муфта 86 шпинделя и шпиндель 84 вместе вращаются относительно наружных радиальных подшипников 28, 30 и наружного упорного подшипника 62. Наружный упорный подшипник 62 воспринимает осевую нагрузку, действующую на шпиндель 84, через муфту 86 шпинделя, сферические элементы 26 и кольцевые канавки 70. Муфта 86 шпинделя в интегрированной подшипниковой секции 80 выполнена из двух полуцилиндрических элементов (или “половин продольно разрезанной трубы”), причем каждый элемент проходит по всей длине части 88 уменьшенного диаметра шпинделя 84. Муфта 86 шпинделя в интегрированной подшипниковой секции 80 может быть неподвижно прикреплена к шпинделю 84 с помощью зажима, болтового соединения, или сваркой для предотвращения относительного вращательного перемещения между муфтой 86 шпинделя и шпинделем 84.
[35] Сборка интегрированной подшипниковой секции 80 может вначале содержать сборку шпинделя 84 и муфты 86 шпинделя. Конкретно, два полуцилиндрических элемента муфты 86 шпинделя устанавливают вокруг части 88 уменьшенного диаметра шпинделя 84. Затем интегрированную подшипниковую секцию 80 можно собирать одинаково с описанным выше для интегрированной подшипниковой секции 60 с установкой сферических элементов 26 в кольцевых канавках 92 муфты 86 шпинделя.
[36] На фиг. 5 показана интегрированная подшипниковая секция 100, альтернативный вариант осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 100 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанным выше интегрированными подшипниковыми секциями 10, 60 и 80, причем одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструкции и функции с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 100 содержит шпиндель 104 с частично 106 уменьшенного диаметра и муфту 108 шпинделя, расположенную вокруг части 106 уменьшенного диаметра шпинделя 104. Шпиндель 104 можно выполнить в виде в общем цилиндрического элемента, содержащего нижний конец 110 с увеличенным диаметром, выполненный с возможностью сцепления с буровым долотом и передачи крутящего момента на него. Верхний конец 112 шпинделя 104 может быть выполнен с возможностью сцепления с трансмиссионным узлом бурового двигателя и приема крутящего момента с него. Муфту 108 шпинделя в данном варианте осуществления можно выполнить в виде одной цилиндрической муфты, надвигаемой на верхний конец 112 шпинделя 104 для сборки. Муфта 108 шпинделя и участок шпинделя 104 расположены во внутреннем канале 114 корпуса 116. Корпус 116 содержит нижний уступ 117, выполненный с возможностью удержания различных компонентов во внутреннем канале 114 корпуса.
[37] Наружная поверхность 118 муфты 108 шпинделя может содержать множество кольцевых канавок 120, проходящих по окружности муфты 108 шпинделя и имеющих в общем полукруглый профиль как показано. Каждый из сферических элементов 26 расположен в одной из кольцевых канавок 120 муфта 108 шпинделя. Каждая кольцевая канавка 120 в муфте 108 шпинделя может иметь радиус на продольном сечении приблизительно равный или немного больше радиуса сферических элементов 26.
[38] Как также показано на фиг. 5, интегрированная подшипниковая секция 100 также содержит наружный радиальный подшипник 28, наружный упорный подшипник 32 и наружный радиальный подшипник 122, каждый из которых расположен вокруг муфты 108 шпинделя и во внутреннем канале 114 корпуса. Наружный радиальный подшипник 122 можно выполнить в виде цилиндрический муфты, имеющей внутреннюю поверхность 124 плоского профиля и уступ 126 на своем нижнем конце. По меньшей мере один сферический элемент 26 взаимодействует с внутренними поверхностями 34 и 124 плоского профиля наружных радиальных подшипников 28 и 122, соответственно. Таким образом сферические элементы 26 установлены в пространстве между муфтой 108 шпинделя и наружными радиальными подшипниками 28 и 122. Когда муфта 108 шпинделя и шпиндель 104 вместе вращаются относительно наружных радиальных подшипников 28 и 122, каждый из данных сферических элементов 26 может вращаться в кольцевых канавках 120 муфты 108 шпинделя и может свободно перемещаться в осевом направлении на внутренних поверхностях 34 и 124 плоского профиля наружных радиальных подшипников 28 и 122. Таким образом интегрированная подшипниковая секция 100 обеспечивает относительное осевое перемещение между шпинделем 104 и наружными радиальными подшипниками 28 и 122 без восприятия наружными радиальными подшипниками 28 и 122 какой-либо осевой нагрузки. Уступы 37 и 126 ограничивают величину относительного осевого перемещения между наружными радиальными подшипниками 28 и 122, соответственно, и шпинделем 104 и муфтой 108 шпинделя.
[39] Интегрированная подшипниковая секция 100 может дополнительно содержать резьбовой элемент 128, выполненный с возможностью прикрепления свинчиванием к верхнему концу 112 шпинделя 104. Резьбовой элемент 128 может упираться в верхний конец муфты 108 шпинделя для скрепления муфты 108 шпинделя на нужном месте на шпинделе 104. Переходник 130 можно свинчивать с верхним концом корпуса 116. Нижний конец переходника 130 может упираться в наружный радиальный подшипник 28. Соответственно, наружный радиальный подшипник 28, наружный упорный подшипник 32 и наружный радиальный подшипник 122 можно закреплять вокруг муфты 108 шпинделя и во внутреннем канале 114 корпуса, между нижним уступом 117 корпуса 116 и переходником 130. Наружный упорный подшипник 32 воспринимает осевую нагрузку, действующую на шпиндель 104, через резьбовой элемент 128, муфту 108 шпинделя, сферические элементы 26 и кольцевую канавку 40.
[40] Сборка интегрированной подшипниковой секции 100 может содержать вначале сборку вставного блока, содержащего муфту 108 шпинделя и наружные радиальные подшипники 28, 122, а также наружный упорный подшипник 32. Вставной блок можно собирать, установив сферические элементы 26 в кольцевых канавках 120 вблизи нижнего конца и верхнего конца муфты 108 шпинделя и надвинув наружный радиальный подшипника 122 и 28 на нижний конец и верхний конец, соответственно, муфты 108 шпинделя для закрепления сферических элементов 26 в данных кольцевых канавках 120. Затем сферический элемент 26 можно установить в кольцевых канавках 120 в средней части муфты 108 шпинделя, и две части наружного упорного подшипника 32 (или “половины продольно разрезанной трубы”) можно закрепить вокруг муфты 108 шпинделя для закрепления сферических элементов 26 в данных кольцевых канавках 120. Вставной блок можно хранить в собранном виде. Пользователь может вдвинуть вставной блок (содержащий муфту 108 шпинделя, наружные радиальные подшипники 28, 122, наружный упорный подшипник 32 и сферические элементы 26) во внутренний канал 114 корпуса 14 и вокруг шпинделя 104. Резьбовой элемент 128 можно затем свинтить с верхним концом 112 шпинделя 104 для закрепления муфты 108 шпинделя вокруг шпинделя 104. Наконец, переходник 130 можно свинтить с верхним концом корпуса 116. Таким образом наружные радиальные подшипники 28, 122 и наружный упорный подшипник 32 закрепляют во внутреннем канале 114 корпуса между нижним уступом 117 и переходником 130.
[41] На фиг. 6 показана интегрированная подшипниковая секция 140, альтернативный вариант осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 140 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанным выше интегрированными подшипниковыми секциями 100, причем одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструкции и функции с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 140 содержит наружный интегральный подшипник 142, расположенный вокруг муфты 108 шпинделя и во внутреннем канале 114 корпуса. Наружный интегральный подшипник 142 содержит части 144 и 146 с наружными радиальными подшипниками и часть 148 с наружным упорным подшипником. Части 144, 146 с наружными радиальными подшипниками содержат внутренние поверхности 150, 152 плоского профиля и уступы 154, 156, соответственно. Часть 148 с наружным упорным подшипником содержит внутреннюю поверхность 158, имеющую по меньшей мере одну кольцевую канавку 159. Кольцевые канавки 159 могут каждая проходить по окружности внутренней поверхности 158 и могут иметь в общем полукольцевую форму с радиусом на продольном сечении приблизительно равным или немного больше радиуса сферических элементов 26. Таким образом, наружный радиальный подшипник и наружный упорный подшипник интегрированной подшипниковой секции 140 выполнены за одно целое. Наружный интегральный подшипник 142 можно выполнить в виде двух полуцилиндрических элементов (или “половин продольно разрезанной трубы”).
[42] По меньшей мере один сферический элемент 26 взаимодействует с каждой из внутренних поверхностей 150, 152 плоского профиля частей 144 и 146 с наружными радиальными подшипниками и кольцевой канавкой 159 в наружной упорной подшипниковой секции 148. Таким образом сферические элементы 26 расположены в пространстве между муфтой 108 шпинделя и наружным интегральным подшипником 142. Когда шпиндель 104 и муфта 108 шпинделя вместе вращаются относительно наружного интегрального подшипника 142, каждый из сферических элементов 26, взаимодействующих с внутренними поверхностями 150, 152 плоского профиля, может вращаться в кольцевых канавках 120 муфты 108 шпинделя и может свободно перемещаться в осевом направлении на внутренних поверхностях 150, 152 плоского профиля. Таким образом интегрированная подшипниковая секция 140 обеспечивает относительное осевое перемещение между шпинделем 104 и наружным интегральным подшипником 142 (когда поверхность кольцевых канавок и сферические элементы изнашиваются). Часть 148 с наружным упорным подшипником наружного интегрального подшипника 142 воспринимает осевую нагрузку, действующую на шпиндель 104 через муфту 108 шпинделя, сферические элементы 26 и кольцевые канавки 159.
[43] Сборка интегрированной подшипниковой секции 140 может содержать вначале сборку вставного блока, содержащего муфту 108 шпинделя, наружный интегральный подшипник 142 и сферические элементы 26. Вставной блок можно собирать, устанавливая сферические элементы 26 в каждой из кольцевых канавок 120 в муфте 108 шпинделя, и закрепляя две части наружного интегрального подшипника 142 (или “половины продольно разрезанной трубы”) вокруг муфты 108 шпинделя для закрепления сферического элемента 26 в кольцевых канавках 120 муфты 108 шпинделя с по меньшей мере одним сферическим элементом 26 в кольцевой канавке 159. Вставной блок можно хранить в собранном виде. Вставной блок, можно вставлять во внутренний канал 114 корпуса 116 и вокруг шпинделя 104 способом одинаковым с описанным выше для интегрированной подшипниковой секции 100. Данную сборку можно выполнить, вначале вставляя или вдвигая вставной блок во внутренний канал 114 корпуса 116, затем вставляя или вдвигая шпиндель 104 в или через центральный участок муфты 108 шпинделя вставного блока. Альтернативно, данную сборку можно выполнить вначале, вставляя или надвигая вставной блок на шпиндель 104, затем надвигая корпус 116 на вставной блок для установки вставного блока, во внутреннем канале 114 корпуса.
[44] Вставные блоки интегрированной подшипниковой секции 100 и интегрированной подшипниковой секция 140 могут уменьшают затраты, благодаря уменьшению времени, требуемого для ремонта или техобслуживания на подшипниковой секции. Вставные блоки можно строить, собирать и хранить, как блоки в сборе, для быстрой замены существующего вставного блока в интегрированной подшипниковой секции. Таким образом вставные блоки обеспечивают запасные части для подшипниковых секций.
[45] На фиг. 7 показана интегрированная подшипниковая секция 160, альтернативный вариант осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 160 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанным выше интегрированными подшипниковыми секциями 100, причем одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструкции и функции с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 160 содержит шпиндель 104 и муфты 162 шпинделя. Каждую муфту 162 шпинделя можно выполнить в виде цилиндрический муфты, надвигаемой на верхний конец 112 шпинделя 104 для установки вокруг части 106 уменьшенного диаметра шпинделя 104. Наружная поверхность 164 каждой муфты 162 шпинделя может содержать множество кольцевых канавок 166, проходящих по окружности соответствующей муфты 162 шпинделя и имеющих в общем полукруглый профиль как показано. Каждый из сферических элементов 26 расположен в одной из кольцевых канавок 166 одной из муфт 162 шпинделя. Каждая кольцевая канавка 166 в муфты 162 шпинделя может содержать радиус на продольном сечении приблизительно равный или немного больше радиуса сферических элементов 26.
[46] Муфты 162 шпинделя и участок шпинделя 104 расположены во внутреннем канале 168 корпуса 170. Корпус 170 содержит нижний участок 172, имеющий внутреннюю поверхность 174 плоского профиля, проходящую от уступа 176 до нижнего конца 178 корпуса 170. Наружный радиальный подшипник 28 и наружный упорный подшипник 32 расположены вокруг муфт 162 шпинделя и во внутреннем канале 168 корпуса выше уступа 176. Уступ 176 упирается в наружный упорный подшипник 32 для удержания наружного упорного подшипника 32 и наружного радиального подшипника 28 во внутреннем канале 168 корпуса. Верхний участок с радиальным подшипником интегрированной подшипниковой секции 160 образован одним или несколькими сферическими элементами 26, расположенными частично в кольцевых канавках 166 муфты 162 шпинделя и взаимодействующими с внутренней поверхностью плоского профиля наружного радиального подшипника 28. Нижний участок с радиальным подшипником интегрированной подшипниковой секции 160 образован одним или несколькими сферическими элементами 26, расположенными частично в кольцевых канавках 166 другой муфты 162 шпинделя и взаимодействующими с внутренней поверхностью 174 плоского профиля нижнего участка 172 корпуса. Когда муфты 162 шпинделя и шпиндель 104 вращаются вместе относительно наружного радиального подшипника 28 и нижнего участка 172 корпуса, каждый из данных сферических элементов 26 может вращаться в кольцевых канавках 166 соответствующих муфт 162 шпинделя и может свободно перемещаться в осевом направлении вдоль внутренней поверхности плоского профиля наружного радиального подшипника 28 и внутренней поверхности 174 плоского профиля нижнего участка 172 корпуса. Таким образом интегрированная подшипниковая секция 160 обеспечивает относительное осевое перемещение между шпинделем 104 и наружным радиальным подшипником 28 и между шпинделем 104 и корпусом 170 без восприятия наружным радиальным подшипником 28 или корпусом 170 какой-либо осевой нагрузки.
[47] Сборка интегрированной подшипниковой секции 160 может содержать вначале сборку двух вставных блоков. Один вставной блок можно собрать, установив сферические элементы 26 в кольцевых канавках 166 муфты 162 шпинделя и надвинув наружный радиальный подшипник 28 на верхний конец муфты 162 шпинделя для закрепления сферических элементов 26 в данных кольцевых канавках 166. Второй вставной блок, можно собрать, установив сферические элементы 26 в кольцевых канавках 166 другой муфты 162 шпинделя и закрепив две части наружного упорного подшипника 32 (или “половины продольно разрезанной трубы”) вокруг муфты 162 шпинделя для закрепления сферических элементов 26 в данных кольцевых канавках 166. Оба вставных блока можно хранить собранными. Пользователь может надвинуть третью муфту 162 шпинделя на верхний конец 112 шпинделя 104, и установить сферические элементы 26 в кольцевых канавках 166 данной муфты 162 шпинделя. Пользователь может вдвинуть второй вставной блок, и первый вставной блок, во внутренний канал 168 корпуса, и затем вдвинуть корпус 170 с вторым и первым блоком в верхний конец 112 шпинделя, вдвинув шпиндель 104 во внутренний канал 168 корпуса для закрепления сферических элементов 26 в данных кольцевых канавках 166 и в нижнем участке 172 корпуса. Резьбовой элемент 128 можно затем свинтить с верхним концом 112 шпинделя 104 для закрепления всех муфт 162 шпинделя вокруг шпинделя 104. Наконец, переходник 130 можно свинтить с верхним концом корпуса 170. Таким образом наружный радиальный подшипник 28 и наружный упорный подшипник 32 закрепляют во внутреннем канале 168 корпуса между уступом 176 и переходником 130.
[48] Как показано на фиг. 8, интегрированная подшипниковая секция 180 является альтернативным вариантом осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 180 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанным выше интегрированными подшипниковыми секциями 10, 60, и 80, причем одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструкции и функции с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 180 содержит шпиндель 182 и корпус 184. Корпус 184 содержит верхний корпус 186 и нижний корпус 188, которые можно свинчивать для соединения. Нижний корпус 188 может функционировать одинаково с резьбовым элементом 42 фиг. 1. Внутренний канал корпуса 190 может проходить через верхний корпус 186 и через нижний корпус 188. Верхний корпус 186 может содержать кольцевые канавки 192 на своей внутренней поверхности в первой части. Вторая часть верхнего корпуса 186 может содержать внутреннюю поверхность плоского профиля. Нижний корпус 188 может также содержать кольцевые канавки 194 на своей внутренней поверхности
[49] Шпиндель 182 может быть расположен частично во внутреннем канале корпуса 190, проходящим через верхний и нижний корпуса 186 и 188. Шпиндель 182 можно выполнить в виде в общем цилиндрического элемента, содержащего нижний конец 196 с увеличенным диаметром, выполненный с возможностью сцепления с буровым долотом и передачи крутящего момента на него. Верхний конец шпинделя 182 можно выполнить с возможностью сцепления с трансмиссионным узлом бурового двигателя и приема крутящего момента с него. Первая часть 198 шпинделя 182 содержит наружную поверхность 200 плоского профиля. Вторая часть 202 шпинделя 182 содержит множество кольцевых канавок 204 в своей наружной поверхности. Каждая кольцевая канавка 204 может проходить по окружности шпинделя 182 и имеет в общем полукруглый профиль, как показано. Третья часть 206 шпинделя 182 содержит наружную поверхность 208 плоского профиля.
[50] Интегрированная подшипниковая секция 180 может также содержать наружный упорный подшипник 62, содержащий множество колец 64 и множество сферических элементов 210, установленных в кольцевом пространстве между шпинделем 182 и корпусом 184. Наружный упорный подшипник 62 расположен вокруг второй части 202 шпинделя 182 во внутреннем канале корпуса 190. Кольцо 212 можно установить между верхним концом наружного упорного подшипника 62 и уступом 214 верхнего корпуса 186. Один или несколько сферических элементов 210 можно каждый частично расположить в одной из кольцевых канавок 192 верхнего корпуса 186 и взаимодействующими с наружной поверхностью 200 плоского профиля первой части 198 шпинделя 182. Один или несколько сферических элементов 210 можно каждый частично расположить в одной из кольцевых канавок 194 нижнего корпуса 188 и взаимодействующими с наружной поверхностью 208 плоского профиля третьей части 206 шпинделя 182. Когда шпиндель 182 вращается относительно корпуса 184, каждый из данных сферических элементов 210 может вращаться в кольцевых канавках 192 и 194 верхнего и нижнего корпусов 186 и 188 и может свободно перемещаться в осевом направлении на наружных поверхностях 200 и 208 плоского профиля, соответственно. Таким образом интегрированная подшипниковая секция 180 обеспечивает относительное осевое перемещение между шпинделем 182 и корпусом 184 без восприятия корпусом 184 какой-либо осевой нагрузки. Один или несколько сферических элементов 210 можно каждый частично расположить в одной из кольцевых канавок 70 наружного упорного подшипника 62 и частично расположить в одной из кольцевых канавок 204 второй части 202 шпинделя 182. Наружный упорный подшипник 62 воспринимает осевую нагрузку, действующую на шпиндель 182 или корпус 184 через сферические элементы 210 и кольцевые канавки 204 и 70.
[51] Интегрированную подшипниковую секцию 180 можно собрать, установив сферические элементы 210 в кольцевых канавках 194 при надвигании нижнего корпуса 188 на верхний конец шпинделя 182 и по длине шпинделя 182 для установки нижнего корпуса 188 на третьей части 206 шпинделя 182. Таким образом сферические элементы 210 закрепляют в кольцевых канавках 194. Сферические элементы 210 можно затем установить в каждой кольцевой канавке 204 во второй части 202 шпинделя 182, при этом за ними следует кольцо 64 наружного упорного подшипника 62. Затем сферические элементы 210 можно установить в кольцевые канавки 192 в верхнем корпусе 186. Верхний корпус 186 надвигается на верхний конец шпинделя 182 для установки верхнего корпуса 186 вокруг наружного упорного подшипника 62 и установки сферических элементов 210 в верхнем корпусе 186 на первой части 198 шпинделя 182. Нижний конец верхнего корпуса 186 свинчивают с верхним концом нижнего корпуса 188 для скрепления всех компонентов с шпинделем 182. Во время работы шпиндель 182 вращается относительно наружного упорного подшипника 62 и верхнего и нижнего корпусов 186 и 188.
[52] Показанная на фиг. 9, интегрированная подшипниковая секция 220 является альтернативным вариантом осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 220 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанным выше интегрированными подшипниковыми секциями 180, причем одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструкции и функции с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 220 содержит наружный упорный подшипник 32, расположенный вокруг второй части 202 шпинделя 182 и во внутреннем канале корпуса 190 верхнего корпуса 186. Наружный упорный подшипник 32 выполнен из двух полуцилиндрический элементов (или “половин продольно разрезанной трубы”) с кольцевыми канавками 40 во внутренней поверхности каждого (как описано выше для фиг. 1). Сферические элементы 210 частично установлены в кольцевые канавки 204 шпинделя 182 и частично расположены в кольцевых канавках 40 наружного упорного подшипника 32.
[53] На фиг. 10 показана интегрированная подшипниковая секция 230, являющаяся другим альтернативным вариантом осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 230 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанным выше интегрированными подшипниковыми секциями 220, причем одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструкции и функции с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 230 не содержит кольца 212. Вместо этого, верхний конец наружного упорного подшипника 32 напрямую находится в зацеплении с уступом 214 верхнего корпуса 186.
[54] Как показано на фиг. 11, интегрированная подшипниковая секция 240 является альтернативным вариантом осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 240 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанными выше интегрированными подшипниковыми секциями 160, причем одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструкции и функции с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 240 содержит шпиндель 242 и муфты 244 и 246 шпинделя. Шпиндель 242 можно выполнить в виде в общем цилиндрического элемента, содержащего нижний конец с увеличенным диаметром 247, выполненный с возможностью сцепления с буровым долотом и передачи крутящего момента на него. Каждую муфту 244 и 246 шпинделя можно выполнить в виде цилиндрический муфты, надвигаемой на верхний конец 248 шпинделя 242 для установки вокруг части 250 уменьшенного диаметра шпинделя 242. Муфты 244 шпинделя каждая содержит наружную поверхность 252 плоского профиля. Наружная поверхность 254 муфты 246 шпинделя может содержать кольцевые канавки 256, проходящие по окружности муфты 246 шпинделя и имеющие в общем полукруглый профиль, как показано. Сферические элементы 258 можно каждый частично расположить в одной из кольцевых канавок 256. Наружный радиальный подшипник 260 и наружный упорный подшипник 32 можно расположить вокруг муфты 244 шпинделя и муфты 246 шпинделя, соответственно. Наружный радиальный подшипник 260 можно выполнить в виде цилиндрический муфты, имеющей кольцевые канавки 262, проходящие по окружности внутренней поверхности 264. Сферические элементы 258 можно частично расположить в кольцевых канавках 262 в наружном радиальном подшипнике 260 и элементы могут взаимодействовать с наружной поверхностью 252 плоского профиля муфты 244 шпинделя. Когда шпиндель 242 и муфта 244 шпинделя вращаются вместе относительно наружного радиального подшипника 260, каждый из данных сферических элементов 258 может вращаться в кольцевых канавках 262 наружного радиального подшипника 260 и может свободно перемещаться в осевом направлении вдоль наружной поверхности 252 плоского профиля муфты 244 шпинделя. Таким образом интегрированная подшипниковая секция 240 обеспечивает относительное осевое перемещение между шпинделем 242 и наружным радиальным подшипником 260. Сферические элементы 258 частично расположены в кольцевых канавках 40 наружного упорного подшипника 32 и частично расположены в кольцевых канавках 256 муфты 246 шпинделя.
[55] Интегрированная подшипниковая секция 240 также содержит корпус 266 с внутренним каналом 267 корпуса. Участок шпинделя 242, муфты 244, 246 шпинделя, наружный радиальный подшипник 260, и наружный упорный подшипник 32 расположены во внутреннем канале 267 корпуса. Корпус 266 содержит нижнюю часть 268, имеющую внутреннюю поверхность 270 с кольцевыми канавками 272. Нижняя часть 268 расположена вокруг одной из муфт 244 шпинделя. Сферические элементы 258 частично расположены в кольцевых канавках 272 корпуса 266 и взаимодействуют с наружной поверхностью 252 плоского профиля муфты 244 шпинделя. Когда шпиндель 242 и муфта 244 шпинделя вращаются вместе относительно корпуса 266, каждый из данных сферических элементов 258 может вращаться в кольцевых канавках 272 корпуса 266 и может свободно перемещаться в осевом направлении вдоль наружной поверхности 252 плоского профиля муфты 244 шпинделя. Таким образом интегрированная подшипниковая секция 240 обеспечивает относительное осевое перемещение между шпинделем 242 и корпусом 266. Корпус 266 может содержать уступ 274 выше нижней части 268. Уступ 274 может удерживать наружный упорный подшипник 32 и наружный радиальный подшипник 260 во внутреннем канале 267 корпуса. Например, нижний конец наружного упорного подшипника 32 может зацепляться за уступ 274, и нижний конец наружного радиального подшипника 260 может взаимодействовать с верхним концом наружного упорного подшипника 32.
[56] Сборка интегрированной подшипниковой секции 240 может содержать вначале сборку двух вставных блоков. Один вставной блок можно смонтировать, установив сферические элементы 258 в кольцевых канавках 262 наружного радиального подшипника 260 и надвинув муфту 244 шпинделя через центральное отверстие наружного радиального подшипника 260 для закрепления сферических элементов 258 в кольцевых канавках 262 наружного радиального подшипника 260. Второй вставной блок, можно собирать, установив сферические элементы 258 в кольцевых канавках 256 муфты 246 шпинделя и закрепив две части наружного упорного подшипника 32 (или “половины продольно разрезанной трубы”) вокруг муфты 246 шпинделя для закрепления сферических элементов 258 в кольцевых канавках 256 муфты 246 шпинделя и в кольцевых канавках 40 наружного упорного подшипника 32. Оба вставных блока можно хранить собранными. Пользователь может надвинуть другую муфту 244 шпинделя на верхний конец 248 шпинделя 242, установить сферические элементы 258 в кольцевых канавках 272 в нижний части 268 корпуса 266, и надвинуть корпус 266 на шпиндель 242 и данную муфту 244 шпинделя для закрепления сферических элементов 258 между нижней частично 268 корпуса 266 и муфтой 244 шпинделя. Пользователь может затем вдвинуть второй вставной блок и первый вставной блок вокруг верхнего конца 242 шпинделя 242 и во внутренний канал 267 корпуса. Резьбовой элемент 128 можно затем свинтить с верхним концом 248 шпинделя 242 для скрепления муфт 244 и 246 шпинделя вокруг части 250 уменьшенного диаметра шпинделя 242. Наконец, переходник 130 можно свинтить с верхним концом корпуса 266. Таким образом наружный радиальный подшипник 260 и наружный упорный подшипник 32 закрепляют во внутреннем канале 267 корпуса между уступом 274 и переходником 130.
[57] В некоторых обычных подшипниковых секциях применяют меньшие шарикоподшипники в радиальных подшипниках и более крупные шарикоподшипники применяют в упорных подшипниках для одной подшипниковой секции. В процессе сборки данных обычных подшипниковых секций операторы или пользователи в некоторых случаях путают шарикоподшипники, применяемые для каждой из них. В каждом варианте осуществления интегрированной подшипниковой секции, раскрытом в данном документе, сферические элементы одинакового размера или радиуса можно применять в радиальном подшипниковом участке и упорном подшипниковом участке. Данное конструктивное решение минимизирует ошибки при сборке.
[58] Каждый узел, описанный в данном раскрытии, может содержать любую комбинацию описанных компонентов, элементов и/или функций каждого из индивидуальных вариантов осуществления узла. Каждый способ, описанный в данном раскрытии, может содержать любую комбинацию описанных этапов в любом порядке, в том числе, с отсутствием некоторых описанных этапов и комбинаций этапов, примененных в отдельных вариантах осуществления. Любой диапазон цифровых величин, раскрытый в данном документе, содержит любой их поддиапазон. Множество означает два или больше.
[59] Хотя описаны предпочтительные варианты осуществления, понятно, что варианты являются чисто иллюстративными и что объем изобретения определяет только прилагаемая формула изобретения с различными эквивалентами, многими вариациями и модификациями, очевидными для специалиста в данной области техники из описания.