ЦЕНТРАТОР

Область техники
Полезная модель относится к оснащению буровых установок и может быть использовано при бурении шпуров и установке трубчатых анкеров.
Предшествующий уровень техники
Известен трубчатый центратор для буровых штанг, содержащий корпус с установленным в нем центрирующим устройством выполненном в виде втулок, установленных и закрепленных фиксаторами в отверстиях кронштейнов корпуса, кронштейны корпуса соединены между собой кронштейном, на кронштейне крепится внешний приводной цилиндр, на штоке которого установлен ключ, введенный в корпус (см. положительное решение по заявке на изобретение РФ №2012119148, Е21В 17/10).
Недостатком известного решения является сложность конструкции, обусловленная наличием нескольких кронштейнов и приводным цилиндром, шток которого взаимодействует с корпусом, что требует повышенной точности изготовления крепления цилиндра. Кроме того, для замены изношенных втулок требуются значительные затраты времени.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является центратор для центрирования буровых труб и штанг в стволе скважины и включающий упругую внутреннею втулку, составленную из трех и более фрагментов и составной внешний кожух (см. патент WO 2014082183, Е21В 17/10). Все фрагменты имеют радиальные выступы, а составной кожух соответствующие выступам пазы. Фиксация частей составного кожуха выполняется упругими кольцами.
Особенностью известного решения является сложность конструкции и повышенный износ фрагментов упругой втулки. Значительное число втулок с радиальными выступами требуют повышенной точности изготовления. В противном случае не удастся выполнить сборку центратора с требуемой внутренней цилиндрической поверхностью. Наличие отклонений размеров в пределах допусков приводит к тому, что втулки имеют зазор по поверхностям сопряжения с составным кожухом. Возвратные движения буровой штанги приведут к возникновению относительного движения фрагментов по кожуху и повышенному их износу по поверхностям сопряжения.
Раскрытие полезной модели
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в упрощении конструкции.
Техническая задача решается тем, что в известном центраторе для буровых штанг и трубчатых анкеров, содержащем корпус с установленной в нем центрирующей втулкой с цилиндрическим отверстием, корпус выполнен разъемным по диаметральной плоскости. Втулка выполняется цельной, при этом сопряжение частей корпуса может выполняться по плоским или по профильным поверхностям, а сопряжение центрирующей втулки с разъемным корпусом может выполняться по одному из вариантов:
- по поверхности вращения с диаметром в центральной части втулки меньшим, чем в периферийной;
- по поверхности вращения с диаметром в центральной части втулки большим, чем в периферийной;
- по цилиндрической поверхности и торцевым поверхностям втулки;
- по цилиндрической поверхности и торцевым поверхностям корпуса.
Краткое описание фигур чертежей
Полезная модель поясняется изображениями.
На фиг. 1 представлен вид центратора со стороны торцевой поверхности. На фиг. 2 - сечение центратора А-А (на фиг. 1), отражающее реализацию пункта 1, 4. На фиг. 3 - фронтальный вид центратора с разрезом, отражающий вариант выполнения пункта 3. На фиг. 4 - фронтальный вид центратора с разрезом, отражающий осуществление пункта 5. На фиг. 5 - фронтальный вид центратора с разрезом, представляющий выполнение пункт 6. На фиг. 6 - фронтальный вид центратора с разрезом, отражающий осуществление пункта 7.
Варианты осуществления полезной модели
Центратор для буровых штанг и трубчатых анкеров содержит корпус 1 и центрирующую втулку 2 (фиг. 1). Втулка 2 выполнена цельной, а корпус 1 - разъемным. Корпус 1 состоит из двух частей: 3 и 4. Две части сопрягаются по плоскости разъема 5, 6 которые являются диаметральными, т.е проходят по диаметру 7, центрирующей втулки 2. Поверхности разъема 5 и 6 выполнены плоскими. Возможным вариантом является выполнение их профильными (фиг. 3). При этом на одной части корпуса, например 3, профиль выполняется выдающийся 8, а на другой (часть корпуса 4) обратным, с совпадающим профилем 9. Части корпуса 3 и 4 соединяются между собой посредством резьбовых крепежных элементов 10.
Выполнение корпуса 1 из двух частей 3 и 4 соединяемых по поверхности разъема 5 и 6, по диаметральной плоскости, упрощает процедуру замены втулки 2 в случае ее износа. И может выполняться без снятия центратора с бурового оборудования. Наличие профилей 8, 9 на поверхности разъема позволяет надежно зафиксировать части корпуса 3 и 4 друг относительно друга. При этом исключается вероятность смещения втулки 2 относительно частей корпуса 1.
Выполнение центрирующей втулки цельной упрощает конструкцию и повышает надежность центрирования буровой штанги или анкера, т.к. исключается вероятность потери формы цилиндрической поверхности.
Внешняя поверхность втулки 2, сопряженная с частями корпуса 3 и 4 выполняется в виде поверхности вращения 11 (фиг. 2). Сопряжение втулки 2 и частей корпуса 3, 4 по поверхности вращения 11 обеспечивает упрощение формы деталей, возможность получения их с высокой точностью на рядовом оборудовании.
При этом, возможны варианты реализации поверхности 11.
1
2
В первом варианте (пункт 4 формулы полезной модели) диаметр в центральной части 12 - d меньше чем диаметр d в периферийной 13 (фиг. 2).
3
4
Во втором варианте диаметр в центральной части 12 - d больше, чем диаметр d в периферийной 13 (фиг. 4).
Выполнение диаметров в центральной 12 и периферийной 13 частях втулки 2, различающимися по величине, обеспечивает ее фиксацию в осевом направлении относительно частей 3 и 4 корпуса 1, без дополнительных элементов, что обеспечивает упрощение конструкции.
Возможным вариантом является выполнение поверхности контакта втулки 2 с частями корпуса 1 по цилиндрической поверхности 14 (фиг. 5, 6).
При этом, дополнительно втулка 2 может сопрягается с частями корпуса по ее торцевым поверхностям 15, 16 (фиг. 5) или по торцевым поверхностям частей корпуса 17, 18 (фиг. 6).
Одновременное сопряжение по цилиндрической 14 и торцевым поверхности 15, 16 или 17, 18 обеспечивает большую жесткость соединения втулки 2 и частей корпуса 3 и 4. При этом цилиндрическая поверхность 14 обеспечивает фиксацию втулки 2 в радиальном направлении, а торцевые поверхности 15-18 в осевом.
Разборка центратора осуществляется в следующей последовательности.
Центратор закреплен на буровом оборудовании (крепление условно не показано, т.к. может варьироваться для различного типа оборудования). Выворачиваются крепежные элементы 10. Освобождается и снимается часть 4, свободно извлекается втулка 2. Выполнение разъема 5 и 6 по диаметральной плоскости исключает необходимость выполнения дополнительных действий.
Сборка центратора.
В часть 3 вкладывается втулка 2. При этом обеспечивается ее геометрическое замыкание на части 3 без использования дополнительных элементов. За счет выполнения поверхности сопряжения в виде поверхности вращения, площадь контакта втулка 2 - корпус 1 превышает площадь контакта втулка 3 - буровая штанга или трубчатый анкер. Это в свою очередь обеспечивает снижение удельного давления на сопряженной поверхности и повышает надежность фиксации втулки 2.
Устанавливается часть 4, корпуса 1, на втулку 2. Части 3 и 4 фиксируются крепежными элементами 10.
Цельная конструкция центрирующей втулки 2 обеспечивает сохранение исходной (полученной при изготовлении) формы рабочей поверхности и исключает неравномерное нагружение со стороны буровой штанги.
Выполнение диаметров сопряжения втулки 2 и частей 3, 4 по поверхности вращения обеспечивает ее фиксацию в радиальном направлении без дополнительных элементов, что позволяет упростить конструкцию. Осевая фиксация втулки 2 так же реализуется без дополнительных элементов в любом из вариантов реализации. В любом варианте реализации вся конструкция представляет собой четыре детали: втулку 2, части корпуса 3, 4 и крепежные элементы 10. При этом их изготовление не требует повышенной точности.
Таким образом, предлагаемые технические решения обеспечивают упрощение конструкции центратора.