ВЕРТЛЮГ БУРОВОЙ

Полезная модель относится к оборудованию для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин.
Известен вертлюг для буровых работ, СОСТОЯЩИЙ из корпуса со стойкой и штропом, полого ствола на подшипниках, подвода, верхнего напорного уплотнения с патрубком, стаканом и буксами с манжетами (патент на полезную модель RU №81990 U1 МПК Е21В 21/02 от 28.10.2008 г.).
Этот вертлюг имеет следующие недостатки:
1) манжеты верхнего напорного уплотнения испытывают нагрузку от давления прокачиваемой жидкости через канал ствола (бурового раствора), которая создает большие удельные давления и, как следствие, быстрый их износ;
2) внутренний патрубок напорного уплотнения в процессе эксплуатации настолько адгезирует к сопрягаемым деталям, что его крайне затруднительно демонтировать, не повредив при замене манжет;
3) войлочное разделительное уплотнение не удерживает утечку разогретой консистентной смазки из полости верхнего подшипника в корпус, что приводит к ухудшению условий смазки. Известен вертлюг, СОСТОЯЩИЙ также из корпуса со стойкой и штропом, полого ствола на подшипниках, подвода, верхнего напорного уплотнения и гидропривода для подачи масла между манжетами напорного уплотнения (а.с. СССР (SU) №1735568, Е21В 21/02 от 17.03.1987 г.).
В этом вертлюге манжеты напорного уплотнения изнашиваются гораздо меньше, так как давление от бурового раствора, прокачиваемого через вертлюг, уравновешивается давлением масла из гидропривода, подаваемого с обратной стороны, что повышает надежность и долговечность вертлюга. К недостаткам этого вертлюга следует отнести невозможность регулирования давления масла под манжетами, а коаксиальное расположение гидропривода на напорном уплотнении усложняет конструкцию, затрудняет его техобслуживание, в частности смену манжет по аналогии с предыдущим вертлюгом и заправку гидропривода маслом.
Целью полезной модели является упрощение конструкции, улучшение условий технического обслуживания, повышение надежности.
Поставленная цель достигается тем, что в вертлюге буровом, СОСТОЯЩИМ из корпуса со стойкой и штропом, полого ствола на подшипниках, подвода, верхнего напорного уплотнения с патрубком, стаканом, буксами с манжетами и накидными гайками, и гидропривода подачи масла трубопроводом в верхнее напорное уплотнение разделительным поршнем, сообщающимся с циркуляционной системой (ЦС) нагнетания промывочной жидкости и разделительного уплотнения между полостью с консистентной смазкой и жидким маслом в корпусе, гидропривод подачи масла выполнен отдельно от подвода дифференциально с соотношением площадей дифференциальных поршня и плунжера D>d, где D - диаметр поршня со стороны подачи масла в уплотнение,
d - диаметр плунжера со стороны нагнетания рабочей жидкости,
при этом полость под поршнем гидропривода соединена трубопроводом через двухпозиционный распределитель с масляным насосом и реле давления, а трубопровод от гидропривода подачи масла соединен через второй двухпозиционный распределитель с верхним напорным уплотнением и через обратный клапан и первый распределитель с масляным насосом и сливом, патрубок верхнего напорного уплотнения закреплен с возможностью вращения накидной гайкой на стволе, а стакан с буксами и манжетами закреплен неподвижно на подводе накидной гайкой и промежуточным кольцом коаксиально, а разделительное уплотнение оснащено упругой армированной манжетой одностороннего действия рабочей кромкой вверх.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг 1 изображен общий вид вертлюга, на фиг 2 - выносной элемент А в увеличенном масштабе, на фиг 3 - выносной элемент Б в увеличенном масштабе и на фиг 4 - схема гидропривода.
Вертлюг (фиг 1) состоит из неподвижной части, включающей корпус со стойкой 1, штроп 2, подвод 3 и верхнее напорное уплотнение 4, и подвижной, включающей полый ствол 5 на подшипниках и патрубок 6, взаимодействующий коаксиально с уплотнением 4.
Уплотнение 4 (фиг 2) состоит из нескольких уплотняющих манжет 7 (а, б и т.д.) из эластичного материала, например резины или полиуретана, и разъединительных букс 8 и 9, размещенных в закрепленном на подводе 3 стакане 10, через который в буксу 9 подведен трубопровод 11 от гидропривода подачи масла 12.
Гидропривод 12 (фиг 4) состоит из дифференциального напорного гидроцилиндра 13, регулируемого гидронасоса 14 с приводом, например электромотором, емкости для масла 15, распределителей 16 и 17, манометра 18 и манометра с реле давления 19 и трубопроводов 20…23.
Гидроцилиндр 13 состоит из маслонапорного поршня 24 диаметром D и жестко соединенного с ним силового плунжера 25 диаметром d при соотношении D>d, при этом полость над поршнем 24 соединена через распределитель 16 и трубопровод 11 с уплотнением 4, полость под плунжером 25 - трубопроводом 26 с напорным рукавом 27 циркуляционной системы, а полость под поршнем 24 через распределитель 17 и трубопроводы 20 и 21 - с гидронасосом 14. Распределитель 17 сливным каналом соединен трубопроводом 23 через обратный клапан 28 со сливным каналом 29 распределителя 16.
Гидронасос 14 всасывающим каналом 30, а распределитель 17 сливным трубопроводом 22 соединены с емкостью 15.
Стакан 10 закреплен на подводе 3 при помощи накидной гайки 31 и промежуточного кольца 32 коаксиально.
Под верхним подшипником ствола 5 установлена упругая армированная манжета одностороннего действия 33 (фиг 3), разделяя полость подшипника с консистентной смазкой от жидкого масла в корпусе 1.
Вертлюг работает следующим образом.
Емкость 15 заполняется жидким маслом, распределители 16 и 17 переводятся в крайнее левое положение, при этом напорный канал 21 насоса 14 соединяется трубопроводом 23 с полостью над поршнем 24, куда включением гидронасоса 14 закачивается масло из емкости 15 до перемещения в крайнее нижнее положение блока поршень 24 - плунжер 25. После заполнения гидроцилиндра 13 маслом давление возрастает и при достижении заранее установленного срабатывает реле давления манометра 19 и гидронасос 14 останавливается (выключается).
цс
Затем распределитель 16 переводится в крайнее правое положение и запускаются ЦС нагнетания и вращение ствола 5, в результате чего давление Р ЦС воздействуя на раструбы манжет 7, прижимает их кромки к патрубку 6, и одновременно воздействуя через плунжер 25 - поршень 24, подает масло с обратной (нижней) стороны манжет 7 уплотнения 4 давлением , так как D>d.
ц.с
у
цс
Первоначально, когда манжеты 7 не изношены, давление Р в уплотнение 4 воздействует на первую (верхнюю) манжету 7а, а последующие манжеты под воздействием давления Р пропускают масло к ней, от чего эксплуатационные нагрузки на герметизирующую кромку манжеты 7а значительно уменьшаются, следовательно, уменьшается и износ. Последующие же манжеты, вращаясь в хорошей смазке, не подвержены интенсивному износу до наступления воздействия Р, наступающее при полном износе предыдущей манжеты.
у
д
у
цс
у
цс
При необходимости регулирования давления Р распределитель 17 переводится в крайнее правое положение, при этом напорный канал 21 насоса 14 соединяется с трубопроводом 20 с полостью под поршнем 22, куда включением гидронасоса 14 закачивается масло под давлением Р, что вызывает увеличение давления в уплотнении 4 на величины . При достижении давления масла в уплотнении Р+Δр>Р, превышающим давление в ЦС (Р+Δр>Р), масло просачивается по периметру сопряжения патрубка 4 с манжетами 7 и очищает их кромки от абразивных частиц, что увеличивает долговечность манжет.
Для снятия уплотнения 4 при смене манжет 7 сначала отворачиваются гайки 31, затем отворачиванием кольца 32 осаждается стакан 10 с буксами 8 и 9 и манжетами 7 вниз до упора, кольцо 32 наворачивается обратно на подвод 3, после чего уплотнение 4 свободно извлекается.
Во время работы вертлюга смазка разогревается по обе стороны манжеты 33, при этом сверху разжиженная консистентная смазка не вытекает в корпус, так как от давления сверху рабочая кромка прижимается к стволу 5, в то же время некоторое повышение давления в корпусе 1 сапунируется через отжимаемую рабочую кромку манжеты 33.
Таким образом, предлагаемый вертлюг позволяет значительно увеличить период между заменами манжет 7, при этом гидропривод 12 можно располагать на буровой в любом удобном месте, а управление осуществлять с пульта оператора на полу буровой.
Кроме этого снижается расход смазочных материалов и повышается оперативность при техобслуживании, а также устраняется риск повреждения верхнего уплотнения 4 при снятии, так как отпадает необходимость в использовании монтировок и прочего слесарного инструмента.