ВЕРТЛЮГ ДЛЯ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ
SWIVEL FOR DRILLING RIG

Техническое решение относится к вертлюгам для буровых установок и может быть использовано в малогабаритных устройствах для бурения в грунте с промывкой скважин, предназначенных для забора и подъема грунтовых вод с водоносных горизонтов, а также скважин для прокладки в них инженерных коммуникаций.
Из описания к полезной модели «Вертлюг буровой установки» (RU 18360 U1, МПК E21B 3/02 (2006.01), E21B 21/02 (2006.01), опубликовано 02.10.2018) известен вертлюг буровой установки, принятый в качестве ближайшего аналога для заявляемого технического решения. Известный  вертлюг буровой установки содержит патрубок-переходник для рукава, корпус, вращающуюся камеру (вал) с отверстиями, полость, образованную между внутренней стенкой корпуса и внешней стенкой камеры, с торцов ограниченную манжетами. Камера (вал) имеет на одном конце резьбу для непосредственного соединения с буровой штангой, а хвостовая часть камеры (вала) выполнена в виде конусообразного хвостовика, соединяющего вращающуюся камеру (вал) с приводным устройством. В корпусе вертлюга выполнены сквозные отверстия для фиксации соединения корпуса с приводным устройством. Подшипники, обеспечивающие осевое вращение камеры (вала), установлены внутри корпуса, по обе стороны от уплотнительных манжет. Конструкция известного вертлюга позволяет соединять вертлюг посредством конусообразного хвостовика с малогабаритным приводом, например, с электродрелью. Однако известный вертлюг имеет следующие недостатки. Промывочная жидкость, поступающая из рукава в полость между уплотнительными манжетами, внутренней стенкой корпуса и внешней стенкой камеры (вала), постоянно контактирует с этими поверхностями и с уплотнительными манжетами. При этом абразивные частицы, которые содержатся в промывочной жидкости, также неизбежно попадают в места трения уплотнительных манжет с поверхностью камеры (вала). В результате этого уплотнительные манжеты быстро изнашиваются, а на поверхности камеры (вала) образуются канавки, через которые промывочная жидкость проходит к подшипникам. В результате контакта с промывочной жидкостью подшипники быстро выходят из строя и требуют их замены. То есть, быстрый износ подшипников сокращает промежутки времени от начала или от возобновления эксплуатации вертлюга до наступления его предельного рабочего состояния, то есть, сокращает рабочий ресурс вертлюга. Кроме этого, при работе вертлюга уплотнительные манжеты испытывают большие нагрузки на истирание, что также приводит к очень быстрому их изнашиванию. Все эти обстоятельства требуют частого проведения ревизии и замены уплотнительных манжет, подшипников и других деталей и узлов, для чего необходимо выполнить к ним доступ, что в известном техническом решении вертлюга вызывает затруднения. Так, доступ к уплотнительным манжетам и подшипникам, установленным со стороны хвостовой части камеры (вала) вертлюга, возможно осуществить только со стороны соответствующего торца корпуса. Соответственно, для этого потребуется вертлюг отсоединить от приводного устройства. Однако, поскольку приводное устройство насажено в натяг на конусообразный хвостовик, то для его снятия потребуется применить силу и дополнительные инструменты. В результате этого корпус и камера (вал) с большой вероятностью могут деформироваться, а значит, вертлюг будет не пригоден к работе. Таким образом, известный вертлюг, ближайший аналог, имеет малый рабочий ресурс и низкую ремонтопригодность, что обуславливает ему низкие эксплуатационно-технические показатели.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в повышении технико-эксплуатационных показателей вертлюга для буровой установки.
Указанная техническая проблема решается тем, что в вертлюге для буровой установки, содержащем корпус, который выполнен с внутренней полостью и снабжен боковым отверстием с патрубком для подвода промывочной жидкости, вал с первым и вторым концами, а также уплотнительные манжеты и подшипники качения, причем вал выполнен с пересекающимися друг с другом радиальным и осевым отверстиями, причем осевое отверстие выполнено глухим со стороны первого конца вала, при этом вал установлен во внутренней полости корпуса с возможностью осевого вращения посредством подшипников качения, а уплотнительные манжеты установлены в зазоре между валом и корпусом так, что ограничивают собой пространство во внутренней полости корпуса, в котором находятся входы в радиальное отверстие вала и в отверстие с патрубком, причем упомянутый вертлюг выполнен с возможностью соединения первого конца вала с приводным устройством, а второго конца вала - с буровой штангой, предлагается упомянутый вертлюг выполнить содержащим две посадочные втулки с крышками, причем посадочные втулки расположены вне корпуса, примыкают к его противоположным торцам и скреплены между собой жестким разъемным соединением, а подшипники размещены внутри посадочных втулок и прижаты в них крышками.
В предлагаемом техническом решении вертлюга подшипники размещены и зафиксированы внутри посадочных втулок, которые расположены вне корпуса и примыкают к его противоположным торцам. За счет этого исключается попадание в подшипниковые узлы промывочной жидкости в случае её просачивания через уплотнительные манжеты что, соответственно, уменьшает негативные влияния, оказываемые на подшипники во время работы вертлюга. Таким образом, повышается ресурс работы подшипников и, соответственно, повышается рабочий ресурс вертлюга в целом. Вместе с этим, в предлагаемом техническом решении вертлюга подшипники внутри посадочных втулок прижаты крышками, а посадочные втулки скреплены между собой жестким разъемным соединением. Такое решение позволяет быстро и без особых усилий отделить корпус вертлюга от посадочных втулок с размещенными в них подшипниками и от вала и, таким образом, выполнить доступ к уплотнительным манжетам для их ревизии и замены. При этом не возникает необходимость в отсоединении вертлюга от приводного устройства, а, значит, узлы и детали вертлюга при его разборке не подвергаются негативному механическому воздействию. Также такое решение вертлюга позволяет быстро и без особых усилий выполнить доступ к подшипникам для их ревизии, так как для этого необходимо только снять крышки посадочных втулок. То есть, такое техническое решение вертлюга повышает его ремонтопригодность, а, поскольку узлы и детали вертлюга при его разборке не подвергаются негативному механическому воздействию, то такое техническое решение также повышает рабочий ресурс вертлюга в целом. Таким образом, технические результаты, обеспечиваемые заявляемым техническим решением вертлюга для буровой установки, заключаются в повышении ремонтопригодности и рабочего ресурса заявляемого вертлюга для буровой установки. За счет указанных технических результатов улучшаются эксплуатационно-технические показатели заявляемого вертлюга для буровой установки в сравнении с техническим решением вертлюга, ближайшего аналога, то есть, решается техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое техническое решение.
В предлагаемом вертлюге для того, чтобы обеспечить жесткое разъемное соединение посадочных втулок друг с другом, посадочные втулки могут быть выполнены, например, со сквозными, ответными друг другу, отверстиями по их периферии. При этом вертлюг должен содержать, в количестве, соответствующем количеству пар ответных отверстий, крепежные элементы, например, шпильки или болты с гайками, или скобы с соответствующими крепежами.
При этом, подшипники качения, размещенные внутри посадочных втулок, могут быть прижаты крышками за счет крепления крышек к посадочным втулкам как отдельными средствами крепежа, так и посредством жесткого разъемного соединения, которым посадочные втулки скреплены между собой.
Предлагаемый вертлюг может дополнительно содержать Г-образные элементы со сквозными отверстиями для фиксированного размещения между ними приводного устройства, причем, упомянутые Г-образные элементы соединены жестким разъемным соединением с посадочной втулкой, примыкающей к торцу корпуса со стороны первого конца вала. Такое решение повышает надежность и устойчивость конструкции при вращения вала и, следовательно, дополнительно повышает рабочий ресурс заявляемого вертлюга.
В предлагаемом вертлюге первый конец вала может быть выполнен в виде посадочной втулки с отверстиями для фиксации приводного устройства. Это позволяет без особых усилий отсоединить вертлюг от приводного устройства, что дополнительно повышает ремонтопригодность заявляемого вертлюга.
В предлагаемом вертлюге второй конец вала может быть выполнен с резьбой для соединения с буровой штангой.
В предлагаемом вертлюге второй конец вала может выступать над поверхностью крышки соответствующей посадочной втулки. Это также повышает удобство при отсоединении вертлюга от буровой штанги, тем самым, дополнительно повышает ремонтопригодность заявляемого вертлюга.
В предлагаемом вертлюге уплотнительные манжеты могут быть установлены в канавках на валу. Такое решение дополнительно повышает ремонтопригодность и рабочий ресурс предлагаемого вертлюга, так как в данном случае установка вала и уплотнительных манжет во внутреннюю полость корпуса возможно осуществить за один прием, в отличие от решения ближайшего аналога, в котором камеру (вал), во время его установки, необходимо протащить через предварительно установленные в корпусе уплотнительные манжеты. При этом также более легко проконтролировать правильность установки уплотнительных манжет и с большей вероятностью возможно избежать возникновения загиба манжет или их повреждения во время установки внутрь корпуса. Также такое решение предлагаемого вертлюга упрощает изготовление корпуса вертлюга, поскольку исключает выполнение на его внутренней поверхности дополнительных опорных выступов.
На фигуре изображен вертлюг для буровой установки в одном из вариантов его выполнения. Вертлюг для буровой установки содержит корпус 1, вал 2 с первым 3 концом и вторым 4 концом, а также уплотнительные манжеты 5, две посадочные втулки 6 с крышками 7, подшипники качения 8, Г-образные элементы 9. Подшипники качения 8 размещены внутри посадочных втулок 6 и прижаты в них крышками 7. Корпус 1 выполнен с внутренней полостью (на фигуре не показано) и снабжен боковым отверстием 10 с патрубком 11 для подвода промывочной жидкости. Вал 2 выполнен с радиальным 12 и осевым 13 отверстиями, которые пересекаются друг с другом. Осевое 13 отверстие выполнено глухим со стороны первого 3 конца вала 2. Вал 2 установлен во внутренней полости корпуса 1 с возможностью осевого вращения посредством подшипников качения 8. Уплотнительные манжеты 5 установлены в зазоре между валом 2 и корпусом 1 так, что ограничивают собой пространство 14 во внутренней полости корпуса 1, в котором находятся входы в радиальное 12 отверстие вала 2 и отверстие 10 с патрубком 11. Вертлюг для буровой установки выполнен с возможностью соединения первого 3 конца вала 2 с приводным устройством (на фигуре не показано), а второго 4 конца вала 2 - с буровой штангой (на фигуре не показано). Посадочные втулки 6 расположены вне корпуса 1, примыкают к его противоположным торцам (на фигуре не показано) и скреплены между собой жестким разъемным соединением. Жесткое разъемное соединение выполнено в виде шпилек 15 с гайками 16, закрепленных в ответных сквозных отверстиях (на фигуре не показано), выполненных на посадочных втулках 6 по их периферии. Первый 3 конец вала 2 выполнен в виде втулки 17 с отверстиями 18 для фиксации приводного устройства. Г-образные элементы 9 предназначены для фиксированного размещения между ними приводного устройства, выполнены со сквозными отверстиями 19 и соединены жестким разъемным соединением (на фигуре не показано) с посадочной втулкой 6, примыкающей к торцу корпуса со стороны первого 3 конца вала 2. Второй 4 конец вала 2 выполнен с резьбой 20 для соединения с буровой штангой и выступает над поверхностью крышки 7. Уплотнительные манжеты 5 установлены в канавках (на фигуре не показано) на валу 2.
Работу вертлюга для буровой установки осуществляют следующим образом. На приводном устройстве (на фигуре не показано) предварительно выполняют резьбовые отверстия, ответные отверстиям 18 на втулке 17 и отверстиям 19 на Г-образных элементах 9. К первому 3 концу вала 2 присоединяют приводное устройство (на фигуре не показано) и фиксируют его, устанавливая винты в ответных парах отверстий на втулке 17, Г-образных элементах 9 и на приводном устройстве. Ко второму 4 концу вала 2 посредством резьбы 20 присоединяют буровую штангу (на фигуре не показано). К патрубку 11 присоединяют рукав (на фигуре не показано) для подвода промывочной жидкости. Включают приводное устройство и через рукав и отверстие 10 с патрубком 11 во внутреннюю полость корпуса 1 подают промывочную жидкость под давлением, например, посредством гидрокомпрессора или мотопомпы. Поступая внутрь корпуса 1, промывочная жидкость удерживается уплотнительными манжетами 5 в ограниченном ими пространстве в зазоре между валом 2 и корпусом 1. Из внутренней полости корпуса 1 промывочная жидкость одновременно также поступает через радиальное 12 отверстие вала 2 в его осевое 13 отверстие и продвигается в буровую штангу и, далее, к буру. По мере разрушения грунта буром промывочная жидкость вытесняет его на поверхность и транспортирует в сборник буровой мелочи, где выбранный грунт оседает, а очищенную промывочную жидкость вновь подают во внутреннюю полость корпуса 1 вертлюга. Таким образом, промывочная жидкость, находясь под давлением, непрерывно циркулирует и проходит через ограниченный уплотнительными манжетами 5 пространство в зазоре между валом 2 и корпусом 1. При этом промывочная жидкость неизбежно содержит в своей массе оставшиеся частицы грунта, которые разрушают поверхности уплотнительных манжет и контактирующих с ними поверхностей корпуса 1 и вала 2. Поэтому не исключено просачивание промывочной жидкости через зазоры между уплотнительными манжетами 5 и контактирующими с ними поверхностями корпуса 1 и вала 2 в направлении к концам 3 и 4 вала 2 и, соответственно, к подшипникам качения 8. Однако данное обстоятельство не оказывает негативного влияния на подшипники качения 8, поскольку они помещены в размещенные вне корпуса 1 посадочные втулки 6 и, тем самым, изолированы от промывочной жидкости, находящейся во внутренней полости корпуса 1. Поскольку уплотнительные манжеты 5, подшипниковые узлы и другие узлы вертлюга испытывают большие нагрузки, вызванные давлением промывочной жидкости, вращением вала 2, а также подвергаются разрушающему воздействию со стороны промывочной жидкости, то в процессе выполнения бурильных работ регулярно проводят профилактический осмотр узлов вертлюга и, при необходимости, выполняют ремонтные работы, в том числе с заменой уплотнительных манжет 5 и/или подшипников качения 8. При этом для доступа к подшипникам качения 8 снимают крышки 7 посадочных втулок 6. А для доступа к уплотнительным манжетам 5 разбирают жесткое разъемное соединение, которым скреплены между собой посадочные втулки 6, после чего корпус 1, вал 2 и посадочные втулки 6 отделяют друг от друга. При этом в случае, если подшипники качения 8, размещенные внутри посадочных втулок 6, прижаты крышками 7 за счет крепления крышек 7 к посадочным втулкам 6 посредством жесткого разъемного соединения, которым посадочные втулки 6 скреплены между собой, то разбор только жесткого разъемного соединения, которым скреплены посадочные втулки 6, обеспечивает одновременный доступ и к уплотнительным манжетам 5, и к подшипникам качения 8, расположенным со стороны второго 4 конца вала 2. Причем, профилактические и/или ремонтные работы возможно выполнить без отсоединения приводного устройства от вертлюга.
Таким образом, заявляемое техническое решение вертлюга для буровых работ обеспечивает, в сравнении с ближайшим аналогом, повышение его ремонтопригодности и рабочего ресурса, тем самым, улучшает эксплуатационно-технические показатели заявляемого вертлюга для буровой установки.