СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ УПЛОТНИТЕЛЬНОГО УЗЛА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА

Полезная модель относится к области оборудования для испытаний бурового инструмента, а именно к стендам для исследования эффективности и надежности уплотнительных узлов шарошечных долот.
Известен стенд для испытания уплотнительных узлов, который состоит из электродвигателя, системы передачи вращения к обойме, самой вращающейся обоймы, имитирующей шарошку, и неподвижной цапфы, между цапфой и обоймой устанавливается испытуемое уплотнение (патент СССР №662838, Е21В 9/08, опубл. 15.05.1979, БИ №18).
Недостатком данной конструкции является ее значительное отличие от опоры шарошечного долота. В качестве опоры обоймы используется шариковый подшипник, а полость содержит большое количество смазочного материала, что приводит к тому, что условия работы уплотнительного узла значительно более щадящие, нежели реальные условия эксплуатации. Из-за использования шарикоподшипника нарушаются процессы возникновения тепла в опоре, а большие зазоры обеспечивают чрезмерную циркуляцию смазочного материала, что в свою очередь обеспечивает значительный отвод тепла. Из-за этого теряется достоверность данных о ресурсе узла, так как разные материалы и конструкции уплотнений по-разному реагируют на наличие температурного фактора.
Известен стенд для испытания уплотнительных узлов, снабженный вакуумным насосом, подключенным через измерительную емкость и осевой канал шпинделя к полости опоры шарошки, при этом резервуар охватывает часть цапфы с уплотнением, опора может быть снабжена дополнительным уплотнением, ступица и опора могут быть снабжены кольцевыми вкладышами, между которыми установлено уплотнение, ступица шарошки может быть установлена эксцентрично относительно цапфы (патент СССР №903557, Е21В 10/08, опубл. 07.02.1982, БИ №5).
Недостатком конструкции стенда является использование шарошки в качестве вращающейся детали. Это приводит к необходимости установки второго уплотнительного контура, работающего в абразивной среде, что может привести к прерыванию эксперимента для замены внешнего уплотнительного контура, замене бурового раствора и нарушению чистоты эксперимента. Другим недостатком вращения шарошки является высокая сложность подвода каналов связи для контроля таких параметров работы уплотнительного узла как температура, давление смазки, крутящий момент.
Цель полезной модели заключается в создании испытательного стенда, обеспечивающего условия работы герметизирующего узла, максимально приближенные к реальным, и непрерывность и чистоту эксперимента, а также позволяющего контролировать все необходимые параметры испытания.
Указанная цель достигается тем, что стенд для испытания уплотнительного узла шарошечного долота включает вертикальный сверлильный станок, патрон, приводной вал, емкость с крышкой, имитатор шарошки, имитатор цапфы, согласно полезной модели, стенд установлен на столе сверлильного станка, приводной вал закреплен в патроне, емкость установлена на проставках и закреплена на столе болтовыми соединениями, емкость выполнена с крышкой и с возможностью заполнения абразивным буровым раствором, в нижней части емкости неподвижно закреплен имитатор шарошки с выполненной внутри расточкой опоры шарошечного долота, при этом указанное неподвижное закрепление включает болтовое соединение с поджимными шайбами и неподвижным уплотнительным кольцом, в имитаторе шарошки установлен имитатор цапфы, осевое перемещение которого ограничено шариковым замком, между имитатором шарошки и имитатором цапфы установлен уплотнительный узел, герметизирующий зазор между ними, имитатор цапфы с помощью фланцевого соединения присоединен к приводному валу, при этом болты фланцевого соединения выполнены с возможностью перемешивания бурового раствора в зоне работы уплотнительного узла, полость подшипника между имитатором шарошки и имитатором цапфы заполнена смазочным материалом и сообщена через патрубок со смазочным узлом, стенд выполнен с возможностью измерения давления смазки в смазочном узле датчиком давления смазки, с возможностью измерения температуры в рабочей зоне уплотнительного узла датчиком температуры, с возможностью измерения крутящего момента приводного вала датчиком крутящего момента, а также с возможностью передачи сигналов от датчиков к многоканальному измерителю, преобразователю и персональному компьютеру.
Благодаря тому, что вращение передается на цапфу, а не на шарошку, возможно подвести все необходимые каналы связи и не использовать дополнительный контур уплотнений.
На прилагаемой фигуре 1 представлена конструкция испытательного стенда.
Испытательный стенд смонтирован на столе 1 сверлильного станка 2. Он состоит из емкости 3, установленной на проставках 4 и закрепленной на столе болтовыми соединениями 5. Емкость 3 заполнена абразивным буровым раствором 6 и закрыта крышкой 7. В нижней части емкости 3 неподвижно крепится имитатор шарошки 8 с выполненной внутри расточкой опоры шарошечного долота. Крепление производится с помощью поджимной шайбы 9 и болтовых соединений 10. Герметичность соединения обеспечивается неподвижным уплотнительным кольцом 13. В имитаторе шарошки 8 устанавливается имитатор цапфы 11, осевое перемещение которого ограничивается шариковым замком 12. Изготовление специальных образцов, имитирующих шарошку и лапу, обеспечивает непрерывность и чистоту эксперимента в условиях работы уплотнительного узла, максимально приближенных к реальным. Шарошка 8 центрируется относительно шпинделя сверлильного станка 13 с помощью центрирующего соединения 14. При необходимости соединение может быть выполнено с заданным эксцентриситетом. Цапфа 11 с помощью фланцевого соединения 17 присоединена к приводному валу 15, который крепится в патроне станка 16. Болты фланцевого соединения 17 также выполняют функцию крыльчатки, перемешивая буровой раствор 6 в зоне работы уплотнительного узла 18. Испытуемый уплотнительный узел 18 герметизирует зазор между неподвижной шарошкой 8 и вращающейся цапфой 11. Полость подшипника между шарошкой 8 и цапфой 11 заполнена смазочным материалом и сообщена через гибкие патрубки 19 и 20 со смазочным узлом 21 и смазочным шприцом 22, который обеспечивает поддавливание смазки, если в этом есть необходимость. Смазочный узел 21 укомплектован диафрагмой 23, которая позволяет гасить пульсации давления при использовании смазочного шприца 22. В смазочный узел 21 установлен датчик давления смазки 24, информация с которого по одному из каналов связи 25 передается к многоканальному измерителю 26. К этому же измерителю 26 поступают сигналы от датчика температуры 27, измеряющего температуру в рабочей зоне и датчика крутящего момента 28. Электрический сигнал от измерителя 26, проходя через преобразователь 29, поступает на персональный компьютер 30, на котором происходит запись и обработка полученных данных.
Работа устройства заключается в следующем.
Уплотнительный узел 18, который необходимо подвергнуть исследованию, устанавливается в имитатор шарошки 8, которая соединяется с имитатором цапфы 11. Получившийся узел устанавливается в емкость 3 и присоединяется к шпинделю сверлильного станка 2. Далее монтируется узел смазки 21 и датчики давления 24, температуры 27 и крутящего момента 28. Емкость 3 заполняется абразивным буровым раствором 6, имеющим требующиеся свойства. Сверлильный станок 2 включается и вращает цапфу 11 с необходимой скоростью. Во время работы персональный компьютер 30 записывает информацию с датчиков давления 24, температуры 27 и крутящего момента 28. Во время эксперимента абразивные частицы из бурового раствора 6 изнашивают уплотнительный узел 18 и это соответствующим образом влияет на показания датчиков давления 24, температуры 27 и крутящего момента 28, по которым определяется состояние уплотнительного кольца 18, и делаются выводы о его свойствах.
Полезная модель отличается от существующих конструкций тем, что вращение передается на цапфу, а не на шарошку, что позволяет подвести все необходимые каналы связи и не использовать дополнительный контур уплотнений.