NO822560L - Borkrone. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en rotasjons-borkrone, og mer bestemt en.borkrone med rullelagerelementer innesluttet i en halvstiv, gjennomtrengelig, porøs plast méd smøremiddel i porene som beskrevet i søkerens US søknader nr. 114 919 og nr.

I de to ovennevnte fremstillinger er beskrevet en rotasjons-rullemeisel-borkrone med rullelagerelementer anordnet mellom innbyrdes motstående ringformede baner på akselpartiet til borkronens hoveddel og den på denne opplagrede rullemeisel.

Lagerelementene er innkapslet eller innesluttet i en halvstiv, gjennomtrengelig, porøs plast med smøremiddel i porene som skaper in situ-smøring til lagerelementene under bruk og i det minste innledningsvis danner en ringformet tetning for lagerhulrommet for å hindre inntrengning av fremmedlegemer i hulrommet.

Ved at materialet ble utsatt for en lagerkondisjonerende trykkfluid (som f.eks. trykkluft) førte de samlede virkninger

av belastningen på materialet, volumtapet etterhvert som smøre-midlet ble trukket ut, og fremmedpartiklenes slipevirkning, tilslutt til gradvis utpressing av materialet fra lagerhulrom-mét, med den følge at lagerhulrommet tilslutt ble åpent for gjennomstrømning av den lagerkondisjonerende fluid, slik at

denne kunne avkjøle og smøre lageret og hindre fremmedlegemer fra å trenge inn i hulrommet.

Selv om ovennevnte konstruksjon i. vesentlig grad forlenget den effektive levetid til lageret i en slik borkrone, var levetiden fremdeles begrenset idet der temmelig ofte oppsto lager-brudd før skjærekonstruksjonen var blitt sløv. Det er også tidligere kjent, og særlig ved rotasjons-borkroner for boring av olje- og gassbrønner der sirkuleringsfluidet er en "slam",

å anvende et smøremiddelreservoar som bringer smøremiddel frem til lagrene, samt en ringformet elastomertetning ved åpningen av rullemeiselboringen for avtetning av lagerhulrommet fra dennes materiale og forsegling av smøremidlet. På grunn av tretthetsbrudd i tetningen som følge av de pulserende, meka-niske pumpekrefter som ble overført til tetningen fra den relative bevegelse mellom lager.tappen og rullemeiselen, er imidlertid tetningen en levetidbegrensende faktor og tetningens effek-tivitet hadde tidvis vært ganske kort hvilket førte til for

tidlig lagersvikt på grunn av tap av smøremiddel og inntrengning av fremmedlegemer.

Denne oppfinnelse tilveiebringer en rotasjons-rullemeisel-borkrone av ovennevnte art med rullelagerelementer opptatt i et hulrom mellom en aksel og det på denne opplagrede meiselelement med lagerelementene innesluttet eller innkapslet i et gjennomtrengelig, porøst plastmateriale med smøremiddel i porene for in situ-smøring av lagerelementene under borkronens drift.. Et smøremiddelreservoar i borkronens hoveddel står i smøremiddelkommunikasjon med materialet for tilførsel av smøre-middel til et sted nær materialet for etterfylling ved hjelp av en veke- eller osmosevirkning, av smøremiddel som er tapt fra materialet. Etterfylling av smøremidlet minsker i vesentlig grad materialets krympning og forsinker dets utpressing fra hulrommet for derved å forlenge perioden med oljesmøring og ytterligere fortrenge lagerets levetid.

Dessuten tillater etterfylling av oljen til materialet fra reservoaret plast/olje-materialet å bestå av mindre olje og mer konstruksjonsplast i begynnelsen, slik at materialet kan ha større opprinnelig styrke som i mindre grad erroderes av fremmedlegemer fra utsiden som det kommer i berøring med og er bedre egnet til å motstå tretthets- og skjærspenningene det utsettes for uten å brytes ned, for derved å minske tapet av materialet fra hulrommet og ytterligere, forlenge levetiden hvorunder lageret smøres med olje.

Ved bruk av et slikt gjennomtrengélig, porøst plastmateriale som innkapsler og smører lagrene kan dessuten en ringformet elastomertetning benyttes nær munningen av åpningen i meisel-. kjeglen. Dette skyldes at tetningen ikke utsettes for indre hydrodynamiske krefter på grunn av lokal oppbygging av trykk fra den relative bevegelse mellom meiselkjeglen og akselen ved at smøremidlet generelt utporsjoneres til plastmaterialet ved osmose og tetningen ser ingen lokale "dammer" av ukomprimerbar væske som bidrar til tetningstretthet. Selv om tetningen fremdeles kan svikte ved at den angripes av slipende fremmedmate-riale, vil eliminering av indre spenninger forlenge dens levetid. Ved at elastomertetningens levetid således forlenges, be-skyttes selve plastmaterialet fra å-angripes av fremmedmateri-ale fra utsiden over en lengre periode hvilket ytterligere for lenger den tid plastmaterialet er tilstede i hulrommet og følgelig lagerets levetid.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere i

tilknytning til tegningen, hvor:

Figur 1 er et perspektivriss av en trerulls rotasjons-rullemeisel-borkrone, Figur 2 er et snitt langs aksen og en arm av borkronen på figur 1, som viser et smøremiddelreservoar og fordelingskana-ler for tilføring av smøremiddel til plastinnkapslede lågere ifølge foreliggende oppfinnelse, Figur 3 er et riss i større målestokk, av et parti av

figur 2,

Figur 4 er et riss lik figur 2, som viser et innvendig avtettet smøremiddelsystem ifølge oppfinnelsen, og Figur 5 er et skjematisk riss som viser smøremiddelforde-lingen fra et reservoar til en flate på det porøse plastmaterialet som innkapsler lagerelementene ifølge oppfinnelsen. Figur 1 viser en typisk trerulls rotasjons-rullemeisel-krone 10 som har en hoveddel 12 med en øvre gjengetapp 14 for gjengeforbindelse med borerør (ikke vist) og tre nedadragende armer 16 (bare to vist). På hver arm er dreibart opplagret en rullemeisel 18 med en ringformet rad av skjæreelementer eller innsatser 20 fordelt rundt overflaten. En fluidutløpsdyse 22 er opptatt i hoveddelen mellom tilgrensende armer for å lede fluid fra hoveddelens hule indre til borehullet for å spyle borekutt fra hullet. Når det dreier seg om sprenghull-borkroner er dette fluid hovedsakelig trykkluft og når det dreier seg om borkroner for olje- eller gassbrønner, er fluidet en blan-ding av vann og kjemikalier som betegnes "slam". Det skal for-ståes at uansett om man bruker det ene eller annet fluid er de ytre forhold nede i borehullet slik at der opptrer en ekstremt høy slitasje- eller slipepåkjenning.. Figur 2 og 3 viser hoveddelen og en arm av en typisk sprenghull-borkrone som avgrenser en trykkluftkanal 24 for levering av luft gjennom dysen til borehullet for derved å fluidisere borekuttet. Som det fremgår av figurene ender, armen 16 i et nedad- og innadragende akselparti 26. I rullemeiselen 18 er utformet et innvendig hulrom 28 som er innrettet til med en innbyrdes avstand å oppta akselpartiet slik at der dannes et ringformet mellomrom som avgrenses av et antall samvirkende indre og'ytre- baner for separate ringformede rader av rullelagerelementer.. Således er der mellom banene nær meiselhul-rommets åpning 29 anordnet et antall rullelagere 30, en annen ringformet rad med rullelagere 32 er anordnet mellom banene nær akselpartiets frie ende, og en ringformet rad kulelagere 34 er anordnet mellom banene som ligger stort sett .mellom de to førnevnte baner. Rullelagerelementene 30, 32 er innkapslet i et halvstivt, gjennomtrengelig, porøst plastmateriale hvis porer er fylt med et smøremiddel for in situ-smøring av lagrene og lagerbanene, f.eks. et materiale som vist og beskrevet i US patent' nr. 3 541 011 og 3 547 819.

Som i søkerens førnevnte patentsøknader danner materialet en ringformet holder 36, 38 for de forskjellige lagerelementer, som i samvirke med lagerelementene stort sett fyller det ringformede rom mellom hulrommet 29 og akselpartiet 26 langs de respektive baners aksielle utstrekning. Méd sikte på håndtering kan dessuten hver lagerrad og holder av plastmateriale være frembrakt ved injisering av plastmaterialet i lagerhulrommet straks lagrene er plassert i dette, eller de kan være pre-fabrikert, f.eks. støpt, sammen for derved å danne en ring av lågere'og materiale som enten innsettes i meiselhulrommet eller anordnes over akselpartiet før rullemeiselen monteres på akselen.

.I dette øyemed er en kanal 4 0 anordnet fra armens 16 ytter-side gjennom akselpartiet til utløp ved de tilhørende lagerbaner mellom rullemeiselen 18 og akselpartiet 26 for innføring av. kulelagerelementene i dette rom etter at rullemeiselen er montert på akselen. Et pluggelement 42 med et innsnevret parti 43 er innført og fastsveiset for å holde kulelagerelementene på

plass idet. disse i sin tur fastholder rullemeiselen på akselpartiet.

Kanalen 40 står i fluidstrømningsforbindelse med en kanal 44 som strekker seg oppad gjennom armen 16. Et standrør 46 er

tettende fastholdt i kanalen 24 og står i direkte strømningsfor-bindelse med kanalen 44: Ved en tidligere kjent sprenghull-borkrone som f.eks. vist i søkerens US patent nr. 4 154 313,. dannet en slik konstruksjon en luftstrømbane for levering av

trykkluft til lagerhulrommet mellom meiselen og akselpartiet gjennom luftfordelingskanaler 48, 50 i akselpartiet, som så strømmer ut i meiselhulrommet for å holde lagrene avkjølt og hindre fremmedlegemer i å trenge inn i lagerhulrommet.

Ifølge.foreliggende oppfinnelse er imidlertid standrøret 46, kanalene 40, 48 og 50 fylt med et smøremiddel 53 som f.eks. et akselfett som danner et smøremiddelreservoar.

Det skal bemerkes at fordelingskanalene 48, 50 her ender nær rullelagerets innerste aksialflate og porøse plastholder-enheter hhv. 30 - 36 og 32 - 38.

Det skal også bemerkes at standrøfets 46 øvre parti inneholder, en tilbakeslagsventil 52 som er forspent i lukket stil-ling for å hindre fettet fra å strømme ut dersom borkronen 10 skulle bli snudd opp ned, men som imidlertid åpner under på- . virkning av lufttrykk slik at fettet i kanalene settes under trykk.

Idet lageret 30 og den porøse plastholderenhet 36 generelt avtetter rullemeiselhulrommet ved åpningen 29 hindres således smøremiddel i å strømme fra reservoaret, men etterhvert som •smøremidlet i plastmaterialet trenger ut av dette under bruk, på grunn av de forskjellige belastninger og spenninger som virker på holdermaterialet, vil nærværet av tilgrensende smøre-middel- under trykk mot en side av holderen, bevirke at smøre-middel fra reservoaret osmotisk absorberes i plastmaterialet for derved å erstatte det smøremiddel som har trengt ut og forlenge levetiden til det porøse plastholdermaterialet.

Figur 4 viser stort sett det samme prinsipp for fremskaf-fing av en rullemeisel-borkrone med et smøremiddelreservoar med smøremiddelfordelingskanaler frem til en aksiell oppstrøms-side på et lager og en gjennomtrengelig, porøs plastholderenhet. I dette tilfelle er imidlertid smøremiddelreservoaret avtettet og borkronen har en ringformet elastomertetning som bidrar til å hindre inntrengning av slitasjefremmende materiale i lagerhulrommet.

Idet like konstruksjonsdeler er angitt med samme henvis-ningstall fremgår det at borkrone-hoveddelen 12 har en gjennomgående boring 54 som inneholder et avtet.tét smøremiddelreser-voar.56 lik det reservoar som er beskrevet i søkerens US patent nr. 4 274 498. Reservoaret er lukket i den ene ende ved hjelp av en fleksibel membran 58 som gjennom en åpning 60 utsettes for fluidtrykket i borehullet og reservoaret er fyllt med et smøremiddel 64.. Utløpet 62 fra reservoaret 56 står i strøm-ningsforbindelse med kanalen 44 som igjen reservoar kunne like-ledes levere trykk-smøremiddel til lagerhulrommene for alle meisler.)

En ringformet elastomer-tetningsring 66 omgir akselpartiet 26 idet den fastholdes i et spor 68 i dette, for tettende anlegg mot den tilgrensende rundtløpende flens 70 nær rullemeiselhulrommet. Selv om således den porøse plastholder og lagerenheten 30 - 36 i det vesentlige fyller og avtetter lagerhulrommet nær munningen 29, beskytter tetningen 66 holdermaterialet mot direkte å utsettes for det slitasjebevirkende materiale på utsiden og forlenger derved dets effektive levetid.

Det avtettede smøremiddelreservoar 56 tillater bruk av et mindre viskøst smøremiddelmateriale i reservoaret uten fare for tap under håndtering og følgelig kan et smøremiddel lik det originale smøremiddel som ble brukt ved tildanning av holdermaterialet anvendes i denne utforming. Slikt smøremiddel blir lettere absorbert i porene etterhvert som det originale smøre-middel trekkes ut av disse.

Videre skal det forstås at selv om det avtettede smøre-middelreservoar 56 på figur 4 er vist i sammenheng med elastomer-tetningsringen 66, er tetningsringen ikke nødvendig som en del av oppfinnelsen, og alternativt kan det åpne reservoar 46

på figur 1 anvendes i en borkrone med en ringformet tetningsring såsom 70 ved hulrommets munning 29.

Det skal påpekes at i begge tilfeller vil nærværet av den porøse, gjennomtrengelige plastholder og lagerenhetene 30 - 36 fylle og avtette munningen 29 i lagerhulrommet og i sammenheng med holderen og lagerenheten 32 - 38 skaffe smøremiddel til lagrene uten å stenge smøremiddellommer som, på grunn av borkronens slingring på akselpartiet under bruk, søker å innføre hydrodynamiske spenninger i den ringformede tetning 66. Følge-lig minskes spenningene i denne tetning på grunn av at plastholdermaterialet frembringer et smøremiddel og en tetning mot ansamling av innvendige "dammer" av smøremiddel nær ringtetnin-gen 66.

Figur 5 er en skjematisk illustrasjon av leveringen eller fordelingen av et smøremiddel 64 fra et trykkreservoar 56 til en aksiell flate på lageret og lagerenhetene 30 - 36 og 32 - 38

■ for vekeinnføring i det gjennomtrengelige, porøse plastholdermaterialet for etterfylling av det smøremiddel som er tapt fra porene i dette, slik at materialet bibeholder sitt opprinne-lige tetningsvolum og sin evne til å smøre lagrene i holderne og tilstøtende lagerbaner uten for tidlig å trekkes ut fra lagerhulrommet på grunn av trykket som virker på smøremidlet, for derved å forlenege'smørevirkningen uten tap. av den effektive- tetning mot inntrengning av materiale fra utsiden. Dette forlenger i sin tur den effektive levetid av lageret i rulle-meiselkronen.

Claims (5)

1. Roterende rullemeisel-borkrone, karakterisert ved at den omfatter en hoveddel som danner en gjennomgående trykkfluid-strømningsbane og har minst én arm som ved sin frie ende avsluttes i et akselparti, et roterbart meiselelement med et indre åpent hulrom innrettet til å oppta akselpartiet med en innbyrdes radiell avstand for å danne et ringformet lagerhulrom, en ringformet lager- og holderenhet som ér anordnet i det ringformede hulrom og omfatter: minst én ringformet rad lastbærende lagerelementer innesluttet i et gjennomtrengelig, porøst plastmateriale som har et smøremiddel i sine porer og danner en smørende holder for lagerelementene, idet den ringformede rad lagerelementer og plastholdermaterialet i det vesentlige fyller det ringformede lagerhulrom nær inngangspartiet til det åpne meiselhulrom, og et smøremiddelreservoar i hoveddelen og smøremiddelkanaler som strekker seg fra dette til lagerhulrommet og ender nær holderen, smøremiddel i reservoaret og kanalene og organer for å sette smøremidlet under trykk for å tvinge smøremiddel fra reservoaret til nær holdermaterialet for osmotisk etterfylling av smøremiddel som er tapt fra porene i materialet under bruk.

2. Borkrone ifølge krav 1 , karakterisert ved at reservoaret er generelt åpent for trykkfluid-strømningsbanen.

3. Borkrone ifølge krav 1, karakterisert ved at reservoaret er lukket av et bøyelig membranelement med en flate som. ligger åpen for trykkfluidet for overføring av fluidtrykket til smøremidlet i reservoaret.

4. Konstruksjon ifølge krav 2.eller 3, karakterisert ved at den ringformede lager- og holderenhet videre omfatter minst en annen ringformet rad av lastbærende lagerelementer innesluttet i et gjennomtrengelig, porøst plastmateriale med smøremiddel i porene og at smøremiddelkanalene innbefat-ter en første kanal som ender nær en ringformet rad av lagerelementer og en annen kanal ender.nær den andre ringformede rad av lagerelementer.

5. Konstruksjon ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved en ringformet elastomer-tetningsring for tettende inngrep mellom de roterbare meisler og armen for avtetting av lagerhulrommet nedstrøms av den ene ringformede rad av lastbærende lagerelementer innesluttet i plastmaterialet for å beskytte materialet fra utvendig slipende materialer.