RU2774342C2

RU2774342C2 - Integrated bearing section and method

Info

Publication number: RU2774342C2
Application number: RU2020138278A
Authority: RU
Inventors: Гунтер ХХ ФОН ГИНЦ-РЕКОВСКИ; Марк Аллен РИВЗ; Уилльям Кристиан ХЕРБЕН
Original assignee: РАЙВЛ ДАУНХОУЛ ТУЛС ЭлСи
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2022-06-17

Abstract

FIELD: drilling.

SUBSTANCE: invention relates to drilling equipment. Integrated bearing section comprises a spindle partially located in a body. The bearing section comprises spherical elements located between the outer surface of the spindle and the inner surface of the body. A section with a radial bearing is formed by the spherical elements located partially in grooves and interacting with the opposite surface of the flat profile. The grooves can be located in the outer surface of the spindle, the outer surface of the coupling of the spindle, the inner surface of the body, or the inner surface of the outer radial bearing. The opposite surface of the flat profile can be located on the inner surface of the outer radial bearing, the inner surface of the body, the outer surface of the spindle, or the outer surface of the coupling of the spindle. The section with a thrust bearing is made of spherical elements located partially in grooves on two opposite surfaces, such as the outer surface of the spindle or the outer surface of the coupling of the spindle, as well as the inner surface of the body or the inner surface of the outer thrust bearing.

EFFECT: increased reliability of drilling machinery.

31 cl, 11 dwg

Description

[01] В бурении нефтяных и газовых скважин забойные буровые двигатели можно соединять с бурильной колонной для вращения и управления по направлению бурового долота. Обычные буровые двигатели, как правило, содержат верхний переводник, силовой блок, трансмиссионный узел и подшипниковый узел. Вращение обеспечивает силовой блок. Трансмиссионный узел передает крутящий момент и скорость с силового блока на буровое долото, расположенное на нижнем конце бурового двигателя. Подшипниковый узел воспринимает аксиальные и радиальные нагрузки, передаваемые на бурильную колонну и буровое долото во время бурения. [01] In oil and gas well drilling, downhole drilling motors may be coupled to a drill string to rotate and steer in the direction of the drill bit. Conventional drilling motors typically include a top sub, a power block, a transmission assembly, and a bearing assembly. Rotation provides a power block. The transmission assembly transmits torque and speed from the power unit to the drill bit located at the lower end of the drilling motor. The bearing assembly perceives axial and radial loads transmitted to the drill string and drill bit during drilling.

[02] Обычные подшипниковые узлы содержат шпиндель, установленный проходящим через верхний радиальный подшипник, упорный подшипник и нижний радиальный подшипник. Устройство упорного подшипника, помещенного между двумя радиальными подшипниками, является классической композицией подшипниковой секции, известной в области машиностроения. Нижний конец шпинделя выполнен с возможностью сцепления с буровым долотом. Верхний и нижний радиальные подшипники каждый включает в себя наружный скользящий элемент и внутренний скользящий элемент, имеющие противоположные поверхности плоского профиля. Противоположные плоские профили скользят один по другому, когда наружный и внутренний скользящие элементы вращаются относительно друг друга. Радиальные подшипники скольжения изнашиваются под действием сил трения, обуславливающих абразивный износ на контактных поверхностях. Упорный подшипник включает в себя множество шарикоподшипников, расположенных в канавках, образованных многочисленными наружными упорными элементами и многочисленными внутренними упорными элементами. Диаметры шариковых элементов упорного подшипника уменьшаются при износе, что обуславливает относительное осевое перемещение между наружными и внутренними упорными элементами. [02] Conventional bearing assemblies include a spindle mounted through an upper radial bearing, a thrust bearing, and a lower radial bearing. The thrust bearing arrangement placed between two radial bearings is a classic bearing section composition known in the mechanical engineering field. The lower end of the spindle is designed to engage with the drill bit. The upper and lower radial bearings each include an outer sliding element and an inner sliding element having opposite flat profile surfaces. The opposing flat profiles slide over each other as the outer and inner sliders rotate relative to each other. Radial plain bearings wear under the action of frictional forces causing abrasive wear on the contact surfaces. The thrust bearing includes a plurality of ball bearings arranged in grooves formed by multiple outer thrust members and multiple inner thrust members. The diameters of the thrust bearing ball elements decrease with wear, which causes a relative axial movement between the outer and inner thrust elements.

[03] В других обычных подшипниковых узлах радиальные подшипники выполняют в виде шариковых или роликовых подшипников для уменьшения абразивного износа, связанного с трением. Внутренние и наружные элементы радиальных шарикоподшипников каждый содержит канавку, и каждый шарикоподшипник расположен в канавке внутреннего элемента и канавке наружного элемента. Когда шарикоподшипники упорного подшипника изнашиваются и их диаметры уменьшаются, относительное осевое перемещение между наружными упорными элементами и внутренними упорными элементами прикладывает неравномерную нагрузку на внутренние элементы и наружные элементы радиального подшипника. Вследствие устройства радиального подшипника с шарикоподшипниками, расположенными в канавках в наружных элементах и внутренних элементах, относительное осевое перемещение между наружными элементами и внутренними элементами не обеспечивается. Соответственно, данное устройство радиального подшипника выходит из строя при износе упорного подшипника.[03] In other conventional bearing assemblies, radial bearings are designed as ball or roller bearings to reduce abrasive wear associated with friction. The inner and outer elements of deep groove ball bearings each contain a groove, and each ball bearing is located in the groove of the inner element and the groove of the outer element. As the thrust bearing ball bearings wear and their diameters decrease, the relative axial movement between the outer thrust members and the inner thrust members applies an uneven load to the inner members and outer members of the radial bearing. Due to the arrangement of the radial bearing with ball bearings located in grooves in the outer members and the inner members, no relative axial movement between the outer members and the inner members is ensured. Accordingly, this radial bearing arrangement fails when the thrust bearing is worn.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[04] На фиг. 1 показано сечение интегрированной подшипниковой секции, содержащей шпиндель с канавками.[04] FIG. 1 shows a cross section of an integrated bearing section containing a grooved spindle.

[05] На фиг. 2 показано сечение альтернативного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей шпиндель с канавками.[05] FIG. 2 shows a cross section of an alternative embodiment of an integrated bearing section comprising a grooved spindle.

[06] На фиг. 3 показано сечение интегрированной подшипниковой секции фиг. 2 с более крупными сферическими элементами в канавках шпинделя.[06] FIG. 3 is a sectional view of the integrated bearing section of FIG. 2 with larger spherical elements in the spindle grooves.

[07] На фиг. 4 показано сечение альтернативного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей муфту шпинделя с канавками.[07] FIG. 4 shows a cross section of an alternative embodiment of an integrated bearing section comprising a grooved spindle sleeve.

[08] На фиг. 5 показано сечение другого альтернативного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей муфту шпинделя с канавками.[08] FIG. 5 is a sectional view of another alternative embodiment of an integrated bearing section comprising a grooved spindle sleeve.

[09] На фиг. 6 показано сечение дополнительного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей муфту шпинделя с канавками и наружный интегральный подшипник.[09] FIG. 6 is a sectional view of a further embodiment of an integrated bearing section comprising a grooved spindle sleeve and an external integral bearing.

[10] На фиг. 7 показано сечение альтернативного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей отдельные шпиндельные муфты с канавками.[10] FIG. 7 shows a cross section of an alternative embodiment of an integrated bearing section containing separate grooved spindle couplings.

[11] На фиг. 8 показано сечение альтернативного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей шпиндель с канавками и корпус с канавками.[11] FIG. 8 shows a cross section of an alternative embodiment of an integrated bearing section comprising a grooved spindle and a grooved housing.

[12] На фиг. 9 показано сечение альтернативного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей шпиндель с канавками и корпус с канавками.[12] FIG. 9 shows a cross section of an alternative embodiment of an integrated bearing section comprising a grooved spindle and a grooved housing.

[13] На фиг. 10 показано сечение альтернативного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей шпиндель с канавками и корпус с канавками.[13] FIG. 10 shows a cross section of an alternative embodiment of an integrated bearing section comprising a grooved spindle and a grooved housing.

[14] На фиг. 11 показано сечение альтернативного варианта осуществления интегрированной подшипниковой секции, содержащей корпус с канавками.[14] FIG. 11 is a sectional view of an alternative embodiment of an integrated bearing section comprising a grooved housing.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

[15] Интегрированная подшипниковая секция содержит шпиндель, по меньшей мере частично расположенный во внутреннем канале корпуса. Подшипниковая секция содержит множество сферических элементов, расположенных между наружной поверхностью шпинделя и внутренней поверхностью корпуса. По меньшей мере один участок с радиальным подшипником подшипниковой секции образован одним или несколькими сферические элементами, расположенными частично в канавках в наружной поверхности шпинделя, наружной поверхности муфты шпинделя, расположенной вокруг шпинделя, или внутренней поверхности корпуса. Один или несколько сферических элементов участка с радиальным подшипником напрямую взаимодействуют с поверхностью плоского профиля противоположной канавкам, такой как поверхность плоского профиля на внутренней поверхности наружного радиального подшипника, поверхность плоского профиля на внутренней поверхности корпуса, поверхность плоского профиля на наружной поверхности шпинделя или поверхность плоского профиля на наружной поверхности муфты шпинделя, расположенной вокруг шпинделя. По меньшей мере один участок с упорным подшипником подшипниковой секции образован одним или несколькими сферическими элементами, расположенными частично в канавках в наружной поверхности шпинделя или наружной поверхности муфты шпинделя, которая расположена вокруг шпинделя, и в канавках во внутренней поверхности корпуса или внутренней поверхности наружного упорного подшипника.[15] The integrated bearing section includes a spindle at least partially located in the internal channel of the housing. The bearing section contains a plurality of spherical elements located between the outer surface of the spindle and the inner surface of the housing. At least one radial bearing section of the bearing section is formed by one or more spherical elements located partially in grooves in the outer surface of the spindle, the outer surface of the spindle coupling located around the spindle, or the inner surface of the housing. One or more spherical elements of the radial bearing section directly interact with a flat profile surface opposite the grooves, such as a flat profile surface on the inner surface of the outer radial bearing, a flat profile surface on the inner surface of the housing, a flat profile surface on the outer surface of the spindle, or a flat profile surface on the outer surface of the spindle sleeve located around the spindle. At least one section with a thrust bearing of the bearing section is formed by one or more spherical elements located partially in grooves in the outer surface of the spindle or the outer surface of the spindle coupling, which is located around the spindle, and in the grooves in the inner surface of the housing or the inner surface of the outer thrust bearing.

[16] В одном варианте осуществления наружная поверхность шпинделя содержит множество кольцевых канавок. Каждый из множества сферических элементов частично расположен в одной из кольцевых канавок в наружной поверхности шпинделя. Интегрированная подшипниковая секция также содержит наружный радиальный подшипник и наружный упорный подшипник, каждый расположенный вокруг шпинделя и во внутреннем канале корпуса. Наружный радиальный подшипник имеет внутреннюю поверхность плоского профиля, а наружный упорный подшипник имеет внутреннюю поверхность, содержащую кольцевую канавку. По меньшей мере один из сферических элементов взаимодействует с внутренней поверхностью плоского профиля наружного радиального подшипника, и по меньшей мере один из сферических элементов находится в зацеплении с кольцевой канавкой наружного упорного подшипника. Каждому сферическому элементу, взаимодействующему с внутренней поверхностью наружного радиального подшипника, обеспечено качение вдоль плоского профиля, при этом обеспечено относительное осевое перемещение между наружным радиальным подшипником и шпинделем без восприятия радиальным подшипником какой- либо осевой нагрузки.[16] In one embodiment, the outer surface of the spindle contains a plurality of annular grooves. Each of the plurality of spherical elements is partially located in one of the annular grooves in the outer surface of the spindle. The integrated bearing section also includes an outboard radial bearing and an outboard thrust bearing, each located around the spindle and in an internal housing bore. The outer radial bearing has an inner surface of a flat profile, and the outer thrust bearing has an inner surface containing an annular groove. At least one of the spherical elements interacts with the inner surface of the flat profile of the outer radial bearing, and at least one of the spherical elements is engaged with the annular groove of the outer thrust bearing. Each spherical element interacting with the inner surface of the outer radial bearing is provided with rolling along a flat profile, while providing relative axial movement between the outer radial bearing and the spindle without the radial bearing receiving any axial load.

[17] В дополнительном варианте осуществления множество кольцевых канавок может быть расположен на наружной поверхности муфты шпинделя, расположенной вокруг шпинделя. Каждый из множества сферических элементов частично расположен в одной из кольцевых канавок в наружной поверхности муфты шпинделя. Муфта шпинделя может быть выполнена в виде одной интегрированной муфты или двух или больше отдельных муфтовых участков.[17] In a further embodiment, a plurality of annular grooves may be located on the outer surface of the spindle sleeve located around the spindle. Each of the plurality of spherical elements is partially located in one of the annular grooves in the outer surface of the spindle sleeve. The spindle sleeve can be made as one integrated sleeve or two or more separate sleeve sections.

[18] В другом варианте осуществления наружная поверхность шпинделя содержит по меньшей мере одну кольцевую канавку и часть плоского профиля. Внутренняя поверхность корпуса содержит по меньшей мере одну кольцевую канавку. Участок с радиальным подшипником образован одним или несколькими сферическими элементами, расположенными частично в кольцевой канавке (канавках) во внутренней поверхности корпуса, и взаимодействующими с частично наружной поверхностью плоского профиля шпинделя. Данным сферическим элементам обеспечено качение по части плоского профиля шпинделя, при этом обеспечено относительное осевое перемещение между корпусом и шпинделем. Участок с упорным подшипником образован одним или несколькими сферическими элементами, расположенными частично в кольцевой канавке (канавках) в наружной поверхности шпинделя, и взаимодействующими с кольцевой канавкой во внутренней поверхности наружного упорного подшипника, который расположен вокруг шпинделя и во внутреннем канале корпуса.[18] In another embodiment, the outer surface of the spindle includes at least one annular groove and a flat profile portion. The inner surface of the housing contains at least one annular groove. The section with a radial bearing is formed by one or more spherical elements located partially in the annular groove (grooves) in the inner surface of the housing, and interacting with the partially outer surface of the flat profile of the spindle. These spherical elements are provided with rolling along a part of the flat profile of the spindle, while providing a relative axial movement between the body and the spindle. The area with the thrust bearing is formed by one or more spherical elements located partially in the annular groove (grooves) in the outer surface of the spindle, and interacting with the annular groove in the inner surface of the outer thrust bearing, which is located around the spindle and in the inner channel of the body.

[19] В дополнительном варианте осуществления внутренняя поверхность корпуса содержит по меньшей мере одну кольцевую канавку. Участок с радиальным подшипником образован одним или несколькими сферическими элементами, расположенными частично в кольцевой канавке во внутренней поверхности корпуса и взаимодействующими с наружной поверхностью плоского профиля муфты шпинделя, которая расположена вокруг шпинделя. Данным сферическим элементам обеспечено качение между корпусом и шпиндельной муфтой, при этом обеспечено относительное осевое перемещение между корпусом и шпинделем.[19] In a further embodiment, the inner surface of the housing includes at least one annular groove. The section with a radial bearing is formed by one or more spherical elements located partially in the annular groove in the inner surface of the housing and interacting with the outer surface of the flat profile of the spindle coupling, which is located around the spindle. These spherical elements are provided with rolling between the body and the spindle coupling, while providing a relative axial movement between the body and the spindle.

[20] Наружный упорный подшипник в каждом варианте осуществления можно выполнить из двух полуцилиндрических элементов (или “половин продольно разрезанной трубы”) образующих непрерывный подшипниковый элемент, или множеством колец. В дополнительном варианте осуществления наружный радиальный подшипник и наружный упорный подшипник можно выполнить за одно целое из двух полуцилиндрических элементов (или “половин продольно разрезанной трубы”), образующих наружный интегральный подшипник. Интегральная подшипниковая секция может включать в себя больше одного участка с радиальным подшипником и/или больше одного участка с упорным подшипником, где каждый из участков содержит любую комбинацию описанных элементов.[20] The outer thrust bearing in each embodiment can be made of two semi-cylindrical elements (or "longitudinally cut tube halves") forming a continuous bearing element, or a plurality of rings. In a further embodiment, the outer radial bearing and the outer thrust bearing may be formed in one piece from two semi-cylindrical elements (or "slitted tube halves") forming an outer integral bearing. An integral bearing section may include more than one radial bearing portion and/or more than one thrust bearing portion, where each portion comprises any combination of the elements described.

[21] Как показано на фиг. 1, интегрированная подшипниковая секция 10 для смазываемого промывочным раствором бурового двигателя может включать в себя шпиндель 12 и корпус 14. Шпиндель 12 можно расположить частично во внутреннем канале 16 корпуса 14. Шпиндель 12 можно выполнить в виде в общем цилиндрического элемента, содержащего нижний конец 18 с увеличенным диаметром, выполненный с возможностью сцепления с буровым долотом и передачи крутящего момента на него. Верхний конец 20 шпинделя 12 может быть выполнен с возможностью сцепления с трансмиссионным узлом бурового двигателя и приема крутящего момента с него. Наружная поверхность шпинделя содержит множество кольцевых канавок. Например, шпиндель 12 содержит кольцевые канавки 22 на отрезке длины наружной поверхности 24. Каждая кольцевая канавка 22 может проходить по окружности шпинделя 12, и иметь в общем полукольцевой профиль как показано на фиг. 1.[21] As shown in FIG. 1, an integrated bearing section 10 for a mud-lubricated drilling motor may include a spindle 12 and a housing 14. The spindle 12 may be positioned partially within an internal bore 16 of the housing 14. The spindle 12 may be configured as a generally cylindrical member containing a lower end 18 with increased diameter, made with the possibility of engaging with the drill bit and transmitting torque to it. The upper end 20 of the spindle 12 may be configured to engage with and receive torque from the drilling motor transmission assembly. The outer surface of the spindle contains a plurality of annular grooves. For example, spindle 12 includes annular grooves 22 over a length of outer surface 24. Each annular groove 22 may extend around the circumference of spindle 12, and have a generally semi-annular profile as shown in FIG. one.

[22] Интегрированная подшипниковая секция 10 может содержать множество сферических элементов 26 (или шарикоподшипников), каждый из которых частично расположен в одной из кольцевых канавок 22. Каждый сферический элемент 26 может иметь радиус не больше радиуса кольцевой канавки 22 в которой сферический элемент 26 расположен. Например, каждый сферический элемент 26 может иметь радиус приблизительно равный или немного меньше радиуса на продольном сечении соответствующей кольцевой канавки 22. Каждый сферический элемент 26 можно выполнить из стали, керамики или любых других твердых металлов.[22] The integrated bearing section 10 may comprise a plurality of spherical elements 26 (or ball bearings) each partially located in one of the annular grooves 22. Each spherical element 26 may have a radius no greater than the radius of the annular groove 22 in which the spherical element 26 is located. For example, each spherical element 26 may have a radius approximately equal to or slightly less than the radius in the longitudinal section of the corresponding annular groove 22. Each spherical element 26 may be made of steel, ceramic, or any other hard metal.

[23] Интегрированная подшипниковая секция 10 может дополнительно содержать один или несколько наружных радиальных подшипников и один или несколько наружных упорных подшипников, расположенных вокруг шпинделя 12 и во внутреннем канале 16 корпуса. Например, наружные радиальные подшипники 28, 30 и наружный упорный подшипник 32 могут каждый быть расположен вокруг шпинделя 12 и во внутреннем канале 16 корпуса. В данном варианте осуществления наружный упорный подшипник 32 расположен между наружным радиальным подшипником 28 и наружным радиальным подшипником 30, но интегрированная подшипниковая секция может содержать любое число, комбинацию и конфигурацию наружных радиальных подшипников и наружных упорных подшипников.[23] The integrated bearing section 10 may further comprise one or more outer radial bearings and one or more outer thrust bearings located around the spindle 12 and in the inner bore 16 of the housing. For example, outer radial bearings 28, 30 and outer thrust bearing 32 may each be located around the spindle 12 and in the inner bore 16 of the housing. In this embodiment, an outboard thrust bearing 32 is positioned between outboard radial bearing 28 and outboard radial bearing 30, but the integrated bearing section may include any number, combination, and configuration of outboard radial bearings and outboard thrust bearings.

[24] Наружные радиальные подшипники 28 и 30 можно каждый выполнить в виде цилиндрический муфты, имеющей внутренние поверхности 34 и 36 плоского профиля, соответственно. По меньшей мере один из сферических элементов 26 взаимодействует с каждой из внутренних поверхностей 34, 36 плоского профиля наружных радиальных подшипников 28, 30, соответственно. Таким образом сферические элементы 26 расположены в пространстве между шпинделем 12 и наружными радиальными подшипниками 28 и 30, соответственно. Любое число сферических элементов 26 можно установить между шпинделем 12 и наружными радиальными подшипниками 28, 30 (например, от двух до сотни каждого). Когда шпиндель 12 вращается относительно наружных радиальных подшипников 28, 30, каждый из данных сферических элементов 26 может вращаться в кольцевых канавках 22 шпинделя 12 и может свободно перемещаться в осевом направлении на внутренних поверхностях 34, 36 плоского профиля. Таким образом интегрированная подшипниковая секция 10 обеспечивает относительное осевое перемещение между шпинделем 12 и наружными радиальными подшипниками 28, 30 без восприятия наружными радиальными подшипниками 28, 30 какой-либо осевой нагрузки. Внутренняя поверхность 34 наружного радиального подшипника 28 может содержать уступ 37 для ограничения величины относительного осевого перемещения между наружным радиальным подшипником 28 и шпинделем 12. Внутреннюю поверхность 34 и 36 наружного радиального подшипника 28 и 30 можно выполнить в виде слоя металла повышенной твердости (например, слоя металла с поверхностью, твердость которой повышена термической обработкой) или износостойкого поверхностного слоя, созданного из металла или керамики.[24] The outer radial bearings 28 and 30 may each be made in the form of a cylindrical sleeve having an inner surface 34 and 36 of a flat profile, respectively. At least one of the spherical elements 26 interacts with each of the inner surfaces 34, 36 of the flat profile of the outer radial bearings 28, 30, respectively. Thus, the spherical elements 26 are located in the space between the spindle 12 and the outer radial bearings 28 and 30, respectively. Any number of spherical elements 26 can be installed between the spindle 12 and the outer radial bearings 28, 30 (for example, from two to hundreds of each). As the spindle 12 rotates about the outer radial bearings 28, 30, each of these spherical members 26 can rotate in the annular grooves 22 of the spindle 12 and can move freely in the axial direction on the inner surfaces 34, 36 of the flat profile. Thus, the integrated bearing section 10 allows relative axial movement between the spindle 12 and the outer radial bearings 28, 30 without the outer radial bearings 28, 30 receiving any axial load. The inner surface 34 of the outer radial bearing 28 may contain a step 37 to limit the amount of relative axial movement between the outer radial bearing 28 and the spindle 12. The inner surface 34 and 36 of the outer radial bearing 28 and 30 can be made in the form of a metal layer of increased hardness (for example, a metal layer with a surface hardened by heat treatment) or a wear-resistant surface layer made of metal or ceramic.

[25] Внутренняя поверхность 38 наружного упорного подшипника 32 содержит по меньшей мере одну кольцевую канавку 40. Каждая кольцевая канавка 40 может проходить по окружности внутренней поверхности 38, и иметь в общем полукруглый профиль, как показано на фиг. 1. По меньшей мере один из сферических элементов 26 находится в зацеплении с каждой из кольцевых канавок 40 в наружном упорном подшипнике 32. Таким образом, по меньшей мере один сферический элемент 26 расположен частично в одной из кольцевых канавок 22 в шпинделе 12 и частично в одной из кольцевых канавок 40 наружного упорного подшипника 32. Наружный упорный подшипник 32 воспринимает осевую нагрузку, действующую на шпиндель 12 или корпус 14, через сферический элемент 26 и кольцевые канавки 22 и 40. В варианте осуществления фиг. 1 наружный упорный подшипник 32 выполнен из двух полуцилиндрических элементов (или “половин разрезанной вдоль трубы”) для обеспечения сборки интегрированной подшипниковой секции 10.[25] The inner surface 38 of the outer thrust bearing 32 includes at least one annular groove 40. Each annular groove 40 may extend around the circumference of the inner surface 38, and have a generally semi-circular profile as shown in FIG. 1. At least one of the spherical elements 26 is in engagement with each of the annular grooves 40 in the outer thrust bearing 32. Thus, at least one spherical element 26 is located partly in one of the annular grooves 22 in the spindle 12 and partly in one from the annular grooves 40 of the outer thrust bearing 32. The outer thrust bearing 32 receives the axial load acting on the spindle 12 or housing 14 through the spherical member 26 and the annular grooves 22 and 40. In the embodiment of FIG. 1 Outer Thrust Bearing 32 is made up of two semi-cylindrical members (or “half cut lengthways”) to allow assembly of an integrated bearing section 10.

[26] Как также показано на фиг. 1, интегрированная подшипниковая секция 10 может дополнительно содержать резьбовой элемент 42, расположенный вокруг шпинделя 12 и ниже корпуса 14. Резьбовой элемент 42 можно выполнить в виде в общем цилиндрического элемента с резьбовым верхним концом. Конкретно, верхний конец 44 резьбового элемента 42 можно свинчивать с нижним концом 46 корпуса 14. Резьбовой элемент 42 и корпус 14 могут вместе образовывать корпус в сборе. Резьбовой элемент 42 может содержать внутреннюю поверхность 48 плоского профиля, с которой может взаимодействовать по меньшей мере один сферический элемент 26. Таким образом, резьбовой элемент 42 функционирует, как радиальный подшипник в интегрированной подшипниковой секции 10. Удерживающее кольцо 50 может располагаться вокруг шпинделя 12 и во внутреннем канале 16 корпуса, и может упираться в верхний конец 44 резьбового элемента 42 для удержания шпинделя 12 во внутреннем канале 16 корпуса 14. Наружный радиальный подшипник 30 может упираться в удерживающее кольцо 50, при этом удерживающее кольцо 50 несет и удерживает наружный радиальный подшипник 30, наружный упорный подшипник 32 и наружный радиальный подшипник 28 во внутреннем канале 16 корпуса.[26] As also shown in FIG. 1, the integrated bearing section 10 may further comprise a threaded element 42 located around the spindle 12 and below the housing 14. The threaded element 42 may be in the form of a generally cylindrical element with a threaded top end. Specifically, the upper end 44 of the threaded member 42 may be screwed to the lower end 46 of the body 14. The threaded member 42 and the body 14 may together form a body assembly. The threaded element 42 may include an inner surface 48 of a flat profile with which at least one spherical element 26 can interact. Thus, the threaded element 42 functions as a radial bearing in the integrated bearing section 10. inner channel 16 of the housing, and may abut against the upper end 44 of the threaded member 42 to retain the spindle 12 in the inner channel 16 of the housing 14. The outer radial bearing 30 may abut against the retaining ring 50, while the retaining ring 50 carries and holds the outer radial bearing 30, an outer thrust bearing 32 and an outer radial bearing 28 in the inner bore 16 of the housing.

[27] Интегрированные подшипниковые секции 10 можно собирать, вначале надвигая резьбовой элемент 42 на верхний конец 20 шпинделя 12 и на отрезок длины шпинделя 12. Сферические элементы 26 можно установить в самых нижних кольцевых канавках 22 шпинделя 12 до надвигания резьбового элемента 42 на данные кольцевые канавки 22. Таким образом сферические элементы 26 закрепляют в самых нижних кольцевых канавках 22. Удерживающее кольцо 50 можно затем установить вокруг шпинделя 12. Сферические элементы 26 можно установить в кольцевых канавках 22 в шпинделе 12 до надвигания наружных радиальных подшипников 30 и 28 на шпиндель 12 от его верхнего конца 20, при этом закрепляя сферические элементы 26 в кольцевых канавках 22 и в наружных радиальных подшипниках 30 и 28. Сферические элементы 26 можно установить в кольцевые канавки 22 до установки двух полуцилиндрических элементов наружного упорного подшипника 32 вокруг шпинделя 12 на данные кольцевые канавки 22. Когда все данные компоненты находятся на месте, пользователь может надвинуть корпус 14 на верхний конец 20 шпинделя 12, наружный радиальный подшипник 28, наружный упорный подшипник 32 и наружный радиальный подшипник 30 до достижения нижним концом 46 корпуса 14 верхнего конца 44 резьбового элемента 42. Нижний конец 46 корпуса 14 затем свинчивают с верхним концом 44 резьбового элемента 42 для скрепления всех компонентов с шпинделем 12.[27] The integrated bearing sections 10 can be assembled by first sliding the threaded element 42 over the upper end 20 of the spindle 12 and over a length of the spindle 12. The spherical elements 26 can be installed in the lowest annular grooves 22 of the spindle 12 before sliding the threaded element 42 over these annular grooves 22. In this way, the spherical members 26 are secured in the lowest annular grooves 22. The retaining ring 50 can then be installed around the spindle 12. The spherical members 26 can be mounted in the annular grooves 22 in the spindle 12 before pushing the outer radial bearings 30 and 28 onto the spindle 12 from it. of the upper end 20, while fixing the spherical elements 26 in the annular grooves 22 and in the outer radial bearings 30 and 28. The spherical elements 26 can be installed in the annular grooves 22 before installing two semi-cylindrical elements of the outer thrust bearing 32 around the spindle 12 on these annular grooves 22. When all these components are in place that is, the user can slide the housing 14 onto the upper end 20 of the spindle 12, the outer radial bearing 28, the outer thrust bearing 32 and the outer radial bearing 30 until the lower end 46 of the housing 14 reaches the upper end 44 of the threaded element 42. The lower end 46 of the housing 14 is then screwed with the upper end 44 of the threaded element 42 for fastening all components to the spindle 12.

[28] Во время работы шпиндель 12 вращается относительно наружных радиальных подшипников 28, 30 и наружного упорного подшипника 32. Когда сферические элементы вращаются в кольцевых канавках 22 шпинделя 12, сферические элементы 26 могут изнашиваться вследствие присутствия добавок и выбуренной породы в буровом растворе, проходящем через подшипниковую секцию, и нормального абразивного износа между сферическими элементами 26 и наружным упорным подшипником 32. Износ на сферических элементах 26 может уменьшать диаметр каждого сферического элемента 26. Дополнительно, поверхности кольцевых канавок 22 шпинделя 12 и/или кольцевых канавок 40 наружного упорного подшипника 32 могут также изнашиваться, приводя к увеличению размера данных кольцевых канавок. Износ обоих типов обуславливает несовпадение кольцевых канавок 22 шпинделя 12 с кольцевыми канавками 40 наружного упорного подшипника 32, результатом является относительное осевое перемещение между шпинделем 12 и наружным упорным подшипником 32, а также наружными радиальными подшипниками 28, 30. В результате сферические элементы 26 могут свободно перемещаться по внутренним поверхностям 34 и 36 плоского профиля наружных радиальных подшипников 28 и 30 обеспечивать относительное осевое перемещение между шпинделем 12 и наружными радиальными подшипниками 28, 30 без сферических элементов 26, которые взаимодействуют с внутренними поверхностями 34 и 36 плоского профиля наружных радиальных подшипников 28 и 30, воспринимая любую осевую нагрузку. Данное устройство делает интегрированную подшипниковую секцию 10 более износостойкой, чем обычные шарикоподшипниковые секции, поскольку приводит к менее частому отказу сферических элементов 26, которые взаимодействуют с наружными радиальными подшипниками 28, 30.[28] During operation, the spindle 12 rotates relative to the outer radial bearings 28, 30 and the outer thrust bearing 32. As the spherical members rotate in the annular grooves 22 of the spindle 12, the spherical members 26 may wear due to the presence of additives and cuttings in the drilling fluid passing through the bearing section, and normal abrasion between the spherical members 26 and the outer thrust bearing 32. Wear on the spherical members 26 may reduce the diameter of each spherical member 26. Additionally, the surfaces of the annular grooves 22 of the spindle 12 and/or the annular grooves 40 of the outer thrust bearing 32 may also wear out, leading to an increase in the size of these annular grooves. Both types of wear cause the annular grooves 22 of the spindle 12 to misalign with the annular grooves 40 of the outer thrust bearing 32, resulting in relative axial movement between the spindle 12 and the outer thrust bearing 32 and the outer radial bearings 28, 30. As a result, the spherical members 26 can move freely. on the inner surfaces 34 and 36 of the flat profile of the outer radial bearings 28 and 30 to provide relative axial movement between the spindle 12 and the outer radial bearings 28, 30 without spherical elements 26 that interact with the inner surfaces 34 and 36 of the flat profile of the outer radial bearings 28 and 30, accepting any axial load. This arrangement makes the integrated bearing section 10 more wear resistant than conventional ball bearing sections, as it results in less frequent failure of the spherical members 26 that interact with the outer radial bearings 28, 30.

[29] На фиг. 2 показана интегрированная подшипниковая секция 60, альтернативный вариант осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 60 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанной выше интегрированной подшипниковой секцией 10, при этом одинаковые ссылочные позиции указывают конструкции и функции одинаковые с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 60 содержит наружный упорный подшипник 62, содержащий множество колец 64. Внутренние поверхности 66 колец 64 могут каждая содержать одну или несколько составляющих 68 канавок, которые взаимодействуют с составляющими 68 канавок смежных колец 64 для образования кольцевых канавок 70, когда кольца 64 уложены стопкой. Таким образом, внутренняя поверхность наружного упорного подшипника 62 содержит по меньшей мере одну кольцевую канавку 70 с по меньшей мере одним из сферических элементов 26, частично расположенным в каждой кольцевой канавке 70. Каждая кольцевая канавка 70 может иметь в общем полукруглый профиль. Осевое сечение каждой кольцевой канавки 70 может иметь радиус приблизительно равный или немного больше радиуса каждого из сферических элементов 26, расположенных в ней. Число кольцевых канавок 70 наружного упорного подшипника 62 может быть на одну меньше числа колец 64 в наружном упорном подшипнике 62. Множество колец 64 вместе образует наружный упорный подшипник 62, который воспринимает осевую нагрузку, действующую на шпиндель 12 и корпус 14 через сферические элементы 26 и кольцевые канавки 22 и 70.[29] FIG. 2 shows an integrated bearing section 60, an alternative embodiment of the integrated bearing section of the present invention. Unless otherwise noted, the integrated bearing section 60 contains the same features and functions in the same way as the integrated bearing section 10 described above, with the same reference numerals indicating the same constructions and functions as described above. The integrated bearing section 60 includes an outer thrust bearing 62 containing a plurality of rings 64. The inner surfaces 66 of the rings 64 may each contain one or more groove components 68 that interact with the groove components 68 of adjacent rings 64 to form annular grooves 70 when the rings 64 are stacked. . Thus, the inner surface of the outer thrust bearing 62 comprises at least one annular groove 70 with at least one of the spherical members 26 partially located in each annular groove 70. Each annular groove 70 may have a generally semi-circular profile. The axial section of each annular groove 70 may have a radius approximately equal to or slightly greater than the radius of each of the spherical elements 26 located therein. The number of annular grooves 70 of the outer thrust bearing 62 may be one less than the number of rings 64 in the outer thrust bearing 62. The plurality of rings 64 together form an outer thrust bearing 62 which receives the axial load acting on the spindle 12 and housing 14 through the spherical members 26 and annular grooves 22 and 70.

[30] Интегрированную подшипниковую секцию 60 можно собирать способом одинаковым с описанным выше для интегрированной подшипниковой секции 10 за исключением компонентов узла наружного упорного подшипника. Для интегрированной подшипниковой секции 60 резьбовой элемент 42 и наружный радиальный подшипник 30 можно вначале установить на сферические элементы 26 и на шпиндель 12. Затем пользователь может надвинуть первое кольцо 64 наружного упорного подшипника 62 на шпиндель 12 и установить сферические элементы 26 в кольцевых канавках 22 шпинделя 12 и составляющих 68 канавок первого кольца 64 перед надвиганием следующего кольца 64 на шпиндель 12 до упора в первое кольцо 64. Наружная поверхность шпинделя 12 может содержать конический или суженный профиль, смежный с каждой кольцевой канавкой 22 для содействия в установке каждого сферического элемента 26 в кольцевой канавке 22. Данный процесс повторяют для каждого кольца 64 наружного упорного подшипника 62. Таким образом сферические элементы 26 закрепляют в кольцевых канавках 70 наружного упорного подшипника 62. Затем сферические элементы 26 располагают в верхних кольцевых канавках 22 в шпинделе 12 до надвигания наружного радиального подшипника 28 на данную часть шпинделя 12. Наконец, пользователь может надвинуть корпус 14 на верхний конец 20 шпинделя 12, наружный радиальный подшипник 28, наружный упорный подшипник 62 и наружный радиальный подшипник 30 до достижения нижним концом 46 корпуса 14 верхнего конца 44 резьбового элемента 42. Нижний конец 46 корпуса 14 затем свинчивают с верхним концом 44 резьбового элемента 42 для скрепления всех компонентов с шпинделем 12.[30] The integrated bearing section 60 can be assembled in the same manner as described above for the integrated bearing section 10 except for the outer thrust bearing assembly components. For an integrated bearing section 60, the threaded member 42 and the outer radial bearing 30 may first be mounted on the spherical members 26 and on the spindle 12. The user may then slide the first ring 64 of the outer thrust bearing 62 onto the spindle 12 and install the spherical members 26 in the annular grooves 22 of the spindle 12 and constituting 68 grooves of the first ring 64 before sliding the next ring 64 onto the spindle 12 against the stop in the first ring 64. The outer surface of the spindle 12 may include a tapered or tapered profile adjacent to each annular groove 22 to assist in the installation of each spherical element 26 in the annular groove 22. This process is repeated for each ring 64 of the outer thrust bearing 62. Thus, the spherical elements 26 are fixed in the annular grooves 70 of the outer thrust bearing 62. Then the spherical elements 26 are placed in the upper annular grooves 22 in the spindle 12 until the outer radial bearing 28 is pushed on on this part of the spindle 12. Finally, the user can slide the body 14 onto the top end 20 of the spindle 12, the outer radial bearing 28, the outer thrust bearing 62 and the outer radial bearing 30 until the lower end 46 of the body 14 reaches the upper end 44 of the threaded element 42. The lower end 46 of the housing 14 is then screwed to the upper end 44 of the threaded member 42 to secure all components to the spindle 12.

[31] Как показано на фиг. 2, нижний конец 18 шпинделя 12 может содержать первый индикационный поясок 72 для указания применения сферических элементов 26 первого размера. Первый индикационный поясок 72 может быть образован выемкой в нижнем конце 18 шпинделя 12. Когда шпиндель 12 вращается относительно наружных радиальных подшипников 28, 30 и наружного упорного подшипника 62, поверхности кольцевых канавок 22 шпинделя 12 и/или кольцевых канавок 70 наружного упорного подшипника 62 могут изнашиваться вместе с износом на сферических элементах 26. Как описано выше для интегрированной подшипниковой секции 10, износ обоих типов обуславливает относительное осевое перемещение между шпинделем 12 и наружными радиальными подшипниками 28, 30, а также наружным упорным подшипником 62. Когда относительное осевое перемещение достигает пороговой величины, интегрированную подшипниковую секцию 60 можно вывести из эксплуатации для техобслуживания. Техобслуживание может содержать разборку интегрированной подшипниковой секции 60, при которой следуют описанным этапам сборки в обратном порядке.[31] As shown in FIG. 2, the lower end 18 of the spindle 12 may include a first indicator band 72 to indicate the use of first size spherical elements 26. The first indication band 72 may be formed by a recess in the lower end 18 of the spindle 12. As the spindle 12 rotates about the outer radial bearings 28, 30 and the outer thrust bearing 62, the surfaces of the annular grooves 22 of the spindle 12 and/or the annular grooves 70 of the outer thrust bearing 62 may wear. along with wear on the spherical members 26. As described above for the integrated bearing section 10, both types of wear result in relative axial movement between the spindle 12 and the outboard radial bearings 28, 30 as well as the outboard thrust bearing 62. When the relative axial movement reaches a threshold value, the integrated bearing section 60 can be taken out of service for maintenance. Maintenance may include disassembling the integrated bearing section 60 by following the described assembly steps in reverse order.

[32] Как показано на фиг. 3, каждую из кольцевых канавок 22 в шпинделе 12 можно подвергнуть станочной обработке для получения второго радиуса для размещения более крупных сферических элементов 74. Второй радиус на продольном сечении кольцевых канавок 22 может быть приблизительно равным или немного больше радиуса каждого из более крупных сферических элементов 74. Дополнительно, каждую из составляющих 68 канавок колец 64 наружного упорного подшипника 62 можно подвергнуть станочной обработке для получения второго радиуса, приблизительно равного или немного большего радиуса каждого из более крупных сферических элементов 74. Второй индикационный поясок 76 можно добавить на нижнем конце 18 шпинделя 12 для указания присутствия более крупных кольцевых канавок 22 и применения более крупных сферических элементов 74. Второй индикационный поясок 76 можно выполнить в виде выемки в нижнем конце 18 шпинделя 12. Интегрированную подшипниковую секцию 60 можно затем собрать с более крупными сферическими элементами 74, применяя способ, описанный выше и показанный на фиг. 2. Данный способ коррекции размера кольцевых канавок и использования более крупных сферических элементов можно применять в любом варианте осуществления интегрированной подшипниковой секции, раскрытом в данном документе. Таким образом эксплуатацию интегрированной подшипниковой секции можно продлить для уменьшения расходов, связанных с заменой оборудования подшипниковой секции.[32] As shown in FIG. 3, each of the annular grooves 22 in the spindle 12 may be machined to a second radius to accommodate the larger spherical elements 74. The second radius in the longitudinal section of the annular grooves 22 may be approximately equal to or slightly greater than the radius of each of the larger spherical elements 74. Additionally, each of the grooves 68 of the rings 64 of the outer thrust bearing 62 can be machined to a second radius approximately equal to or slightly larger than the radius of each of the larger spherical elements 74. A second indicator band 76 can be added to the lower end 18 of the spindle 12 to indicate the presence of larger annular grooves 22 and the use of larger spherical elements 74. The second indicator belt 76 can be made in the form of a recess in the lower end 18 of the spindle 12. The integrated bearing section 60 can then be assembled with larger spherical elements 74 using sp the person described above and shown in FIG. 2. This method of correcting the size of the annular grooves and using larger spherical elements can be applied to any embodiment of the integrated bearing section disclosed herein. In this way, the life of the integrated bearing section can be extended to reduce the costs associated with replacing bearing section equipment.

[33] Интегрированные подшипниковые секции 10 и 60, показанные на фиг. 1-3, каждая содержит кольцевые канавки шпинделя 12. Поскольку интегрированная подшипниковая секция в данных вариантах осуществления не требует внутреннего элемента радиального подшипника или внутреннего элемента упорного подшипника, шпиндель может иметь толщину больше, чем в обычных подшипниковых секциях, что обеспечивает более прочный шпиндель с функциональными возможностями передачи большего крутящего момента на буровое долото, прикрепленное к нижнему концу шпинделя.[33] The integrated bearing sections 10 and 60 shown in FIG. 1-3 each contains annular grooves of the spindle 12. Because the integrated bearing section in these embodiments does not require an inner radial bearing member or a thrust bearing inner member, the spindle can be thicker than conventional bearing sections, providing a stronger spindle with functional the ability to transfer more torque to the drill bit attached to the lower end of the spindle.

[34] Как показано на фиг. 4, интегрированная подшипниковая секция 80 является другим альтернативным вариантом осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 80 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанным выше интегрированными подшипниковыми секциями 10 и 60, причем одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструкции и функции с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 80 фиг. 4 содержит шпиндель 84 и муфту 86 шпинделя. Шпиндель 84 может иметь одинаковую форму и элементы с шпинделем 12 фиг. 1-3, за исключением того, что шпиндель 84 содержит часть 88 уменьшенного диаметра, расположенную во внутреннем канале 16 корпуса. Муфта 86 шпинделя расположена вокруг части 88 уменьшенного диаметра шпинделя 84 и во внутреннем канале 16 корпуса, в наружных радиальных подшипниках 28, 30 и наружном упорном подшипнике 62. Наружная поверхность 90 муфты 86 шпинделя содержит множество кольцевых канавок 92, проходящих по окружности муфты 86 шпинделя и имеющих в общем полукруглый профиль, как показано. Таким образом наружная поверхность муфты 86 шпинделя содержит множество кольцевых канавок 92. Каждый из сферические элементов 26 расположен в одной из кольцевых канавок 92 муфты 86 шпинделя. Муфта 86 шпинделя и шпиндель 84 вместе вращаются относительно наружных радиальных подшипников 28, 30 и наружного упорного подшипника 62. Наружный упорный подшипник 62 воспринимает осевую нагрузку, действующую на шпиндель 84, через муфту 86 шпинделя, сферические элементы 26 и кольцевые канавки 70. Муфта 86 шпинделя в интегрированной подшипниковой секции 80 выполнена из двух полуцилиндрических элементов (или “половин продольно разрезанной трубы”), причем каждый элемент проходит по всей длине части 88 уменьшенного диаметра шпинделя 84. Муфта 86 шпинделя в интегрированной подшипниковой секции 80 может быть неподвижно прикреплена к шпинделю 84 с помощью зажима, болтового соединения, или сваркой для предотвращения относительного вращательного перемещения между муфтой 86 шпинделя и шпинделем 84.[34] As shown in FIG. 4, the integrated bearing section 80 is another alternative embodiment of the integrated bearing section of the present invention. Unless otherwise indicated, the integrated bearing section 80 contains the same features and functions in the same way as the integrated bearing sections 10 and 60 described above, with the same reference numerals indicating the same structures and functions as described above. The integrated bearing section 80 of FIG. 4 includes a spindle 84 and a spindle sleeve 86. The spindle 84 may have the same shape and elements with the spindle 12 of FIG. 1-3, except that the spindle 84 includes a reduced diameter portion 88 located in the inner bore 16 of the body. The spindle sleeve 86 is located around the reduced diameter part 88 of the spindle 84 and in the inner channel 16 of the housing, in the outer radial bearings 28, 30 and the outer thrust bearing 62. The outer surface 90 of the spindle sleeve 86 contains a plurality of annular grooves 92 passing around the circumference of the spindle sleeve 86 having a generally semi-circular profile as shown. Thus, the outer surface of the spindle sleeve 86 contains a plurality of annular grooves 92. Each of the spherical members 26 is located in one of the annular grooves 92 of the spindle sleeve 86. The spindle clutch 86 and spindle 84 rotate together relative to the outer radial bearings 28, 30 and the outer thrust bearing 62. The outer thrust bearing 62 receives the axial load acting on the spindle 84 through the spindle clutch 86, the spherical elements 26 and the annular grooves 70. The spindle clutch 86 in the integrated bearing section 80 is made up of two semi-cylindrical elements (or “longitudinally cut tube halves”), with each element extending the entire length of the reduced diameter portion 88 of the spindle 84. The spindle sleeve 86 in the integrated bearing section 80 can be fixedly attached to the spindle 84 with by clamping, bolting, or welding to prevent relative rotational movement between the spindle sleeve 86 and spindle 84.

[35] Сборка интегрированной подшипниковой секции 80 может вначале содержать сборку шпинделя 84 и муфты 86 шпинделя. Конкретно, два полуцилиндрических элемента муфты 86 шпинделя устанавливают вокруг части 88 уменьшенного диаметра шпинделя 84. Затем интегрированную подшипниковую секцию 80 можно собирать одинаково с описанным выше для интегрированной подшипниковой секции 60 с установкой сферических элементов 26 в кольцевых канавках 92 муфты 86 шпинделя.[35] The assembly of the integrated bearing section 80 may initially comprise an assembly of the spindle 84 and the spindle sleeve 86. Specifically, two semi-cylindrical elements of the spindle sleeve 86 are mounted around the reduced diameter portion 88 of the spindle 84. The integrated bearing section 80 can then be assembled in the same manner as described above for the integrated bearing section 60, with the spherical elements 26 mounted in the annular grooves 92 of the spindle sleeve 86.

[36] На фиг. 5 показана интегрированная подшипниковая секция 100, альтернативный вариант осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 100 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанным выше интегрированными подшипниковыми секциями 10, 60 и 80, причем одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструкции и функции с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 100 содержит шпиндель 104 с частично 106 уменьшенного диаметра и муфту 108 шпинделя, расположенную вокруг части 106 уменьшенного диаметра шпинделя 104. Шпиндель 104 можно выполнить в виде в общем цилиндрического элемента, содержащего нижний конец 110 с увеличенным диаметром, выполненный с возможностью сцепления с буровым долотом и передачи крутящего момента на него. Верхний конец 112 шпинделя 104 может быть выполнен с возможностью сцепления с трансмиссионным узлом бурового двигателя и приема крутящего момента с него. Муфту 108 шпинделя в данном варианте осуществления можно выполнить в виде одной цилиндрической муфты, надвигаемой на верхний конец 112 шпинделя 104 для сборки. Муфта 108 шпинделя и участок шпинделя 104 расположены во внутреннем канале 114 корпуса 116. Корпус 116 содержит нижний уступ 117, выполненный с возможностью удержания различных компонентов во внутреннем канале 114 корпуса.[36] FIG. 5 shows an integrated bearing section 100, an alternative embodiment of the integrated bearing section of the present invention. Unless otherwise noted, the integrated bearing section 100 contains the same features and functions in the same way as the integrated bearing sections 10, 60, and 80 described above, with the same reference numerals indicating the same structures and functions as described above. The integrated bearing section 100 includes a spindle 104 with a partially reduced diameter 106 and a spindle sleeve 108 located around the reduced diameter portion 106 of the spindle 104. drill bit and transfer torque to it. The upper end 112 of the spindle 104 may be configured to engage with and receive torque from the drilling motor transmission assembly. The spindle sleeve 108 in this embodiment may be made as a single cylindrical sleeve slipped over the upper end 112 of the spindle 104 for assembly. The sleeve 108 of the spindle and the section of the spindle 104 are located in the inner channel 114 of the housing 116. The housing 116 includes a lower ledge 117, configured to hold various components in the inner channel 114 of the housing.

[37] Наружная поверхность 118 муфты 108 шпинделя может содержать множество кольцевых канавок 120, проходящих по окружности муфты 108 шпинделя и имеющих в общем полукруглый профиль как показано. Каждый из сферических элементов 26 расположен в одной из кольцевых канавок 120 муфта 108 шпинделя. Каждая кольцевая канавка 120 в муфте 108 шпинделя может иметь радиус на продольном сечении приблизительно равный или немного больше радиуса сферических элементов 26.[37] The outer surface 118 of the spindle sleeve 108 may include a plurality of annular grooves 120 extending around the circumference of the spindle sleeve 108 and having a generally semi-circular profile as shown. Each of the spherical elements 26 is located in one of the annular grooves 120 of the sleeve 108 of the spindle. Each annular groove 120 in the spindle sleeve 108 may have a radius in longitudinal section approximately equal to or slightly greater than the radius of the spherical elements 26.

[38] Как также показано на фиг. 5, интегрированная подшипниковая секция 100 также содержит наружный радиальный подшипник 28, наружный упорный подшипник 32 и наружный радиальный подшипник 122, каждый из которых расположен вокруг муфты 108 шпинделя и во внутреннем канале 114 корпуса. Наружный радиальный подшипник 122 можно выполнить в виде цилиндрический муфты, имеющей внутреннюю поверхность 124 плоского профиля и уступ 126 на своем нижнем конце. По меньшей мере один сферический элемент 26 взаимодействует с внутренними поверхностями 34 и 124 плоского профиля наружных радиальных подшипников 28 и 122, соответственно. Таким образом сферические элементы 26 установлены в пространстве между муфтой 108 шпинделя и наружными радиальными подшипниками 28 и 122. Когда муфта 108 шпинделя и шпиндель 104 вместе вращаются относительно наружных радиальных подшипников 28 и 122, каждый из данных сферических элементов 26 может вращаться в кольцевых канавках 120 муфты 108 шпинделя и может свободно перемещаться в осевом направлении на внутренних поверхностях 34 и 124 плоского профиля наружных радиальных подшипников 28 и 122. Таким образом интегрированная подшипниковая секция 100 обеспечивает относительное осевое перемещение между шпинделем 104 и наружными радиальными подшипниками 28 и 122 без восприятия наружными радиальными подшипниками 28 и 122 какой-либо осевой нагрузки. Уступы 37 и 126 ограничивают величину относительного осевого перемещения между наружными радиальными подшипниками 28 и 122, соответственно, и шпинделем 104 и муфтой 108 шпинделя.[38] As also shown in FIG. 5, the integrated bearing section 100 also includes an outboard radial bearing 28, an outboard thrust bearing 32, and an outboard radial bearing 122, each located around the spindle sleeve 108 and in the internal bore 114 of the housing. The outer radial bearing 122 can be made in the form of a cylindrical sleeve having an inner surface 124 of a flat profile and a ledge 126 at its lower end. At least one spherical element 26 interacts with the inner surfaces 34 and 124 of the flat profile of the outer radial bearings 28 and 122, respectively. Thus, the spherical members 26 are positioned in the space between the spindle sleeve 108 and the outer radial bearings 28 and 122. When the spindle sleeve 108 and the spindle 104 rotate together relative to the outer radial bearings 28 and 122, each of these spherical members 26 can rotate in the annular grooves 120 of the sleeve. 108 of the spindle and can move freely in the axial direction on the inner surfaces 34 and 124 of the flat profile of the outer radial bearings 28 and 122. In this way, the integrated bearing section 100 provides a relative axial movement between the spindle 104 and the outer radial bearings 28 and 122 without being taken up by the outer radial bearings 28 and 122 any axial load. The steps 37 and 126 limit the amount of relative axial movement between the outer radial bearings 28 and 122, respectively, and the spindle 104 and the spindle sleeve 108.

[39] Интегрированная подшипниковая секция 100 может дополнительно содержать резьбовой элемент 128, выполненный с возможностью прикрепления свинчиванием к верхнему концу 112 шпинделя 104. Резьбовой элемент 128 может упираться в верхний конец муфты 108 шпинделя для скрепления муфты 108 шпинделя на нужном месте на шпинделе 104. Переходник 130 можно свинчивать с верхним концом корпуса 116. Нижний конец переходника 130 может упираться в наружный радиальный подшипник 28. Соответственно, наружный радиальный подшипник 28, наружный упорный подшипник 32 и наружный радиальный подшипник 122 можно закреплять вокруг муфты 108 шпинделя и во внутреннем канале 114 корпуса, между нижним уступом 117 корпуса 116 и переходником 130. Наружный упорный подшипник 32 воспринимает осевую нагрузку, действующую на шпиндель 104, через резьбовой элемент 128, муфту 108 шпинделя, сферические элементы 26 и кольцевую канавку 40.[39] The integrated bearing section 100 may further comprise a threaded member 128 configured to be screw-attached to the upper end 112 of the spindle 104. The threaded member 128 may abut the upper end of the spindle sleeve 108 to secure the spindle sleeve 108 in place on the spindle 104. 130 can be screwed to the upper end of the housing 116. The lower end of the adapter 130 can abut against the outer radial bearing 28. Accordingly, the outer radial bearing 28, the outer thrust bearing 32 and the outer radial bearing 122 can be secured around the spindle sleeve 108 and in the inner bore 114 of the housing, between the lower ledge 117 of the housing 116 and the adapter 130. The outer thrust bearing 32 perceives the axial load acting on the spindle 104 through the threaded element 128, the spindle sleeve 108, the spherical elements 26 and the annular groove 40.

[40] Сборка интегрированной подшипниковой секции 100 может содержать вначале сборку вставного блока, содержащего муфту 108 шпинделя и наружные радиальные подшипники 28, 122, а также наружный упорный подшипник 32. Вставной блок можно собирать, установив сферические элементы 26 в кольцевых канавках 120 вблизи нижнего конца и верхнего конца муфты 108 шпинделя и надвинув наружный радиальный подшипника 122 и 28 на нижний конец и верхний конец, соответственно, муфты 108 шпинделя для закрепления сферических элементов 26 в данных кольцевых канавках 120. Затем сферический элемент 26 можно установить в кольцевых канавках 120 в средней части муфты 108 шпинделя, и две части наружного упорного подшипника 32 (или “половины продольно разрезанной трубы”) можно закрепить вокруг муфты 108 шпинделя для закрепления сферических элементов 26 в данных кольцевых канавках 120. Вставной блок можно хранить в собранном виде. Пользователь может вдвинуть вставной блок (содержащий муфту 108 шпинделя, наружные радиальные подшипники 28, 122, наружный упорный подшипник 32 и сферические элементы 26) во внутренний канал 114 корпуса 14 и вокруг шпинделя 104. Резьбовой элемент 128 можно затем свинтить с верхним концом 112 шпинделя 104 для закрепления муфты 108 шпинделя вокруг шпинделя 104. Наконец, переходник 130 можно свинтить с верхним концом корпуса 116. Таким образом наружные радиальные подшипники 28, 122 и наружный упорный подшипник 32 закрепляют во внутреннем канале 114 корпуса между нижним уступом 117 и переходником 130.[40] The assembly of the integrated bearing section 100 may initially comprise assembling an insert block comprising a spindle sleeve 108 and outboard radial bearings 28, 122, as well as an outboard thrust bearing 32. The insert block may be assembled by placing spherical members 26 in annular grooves 120 near the lower end. and the upper end of the spindle sleeve 108 and sliding the outer radial bearing 122 and 28 onto the lower end and the upper end, respectively, of the spindle sleeve 108 to secure the spherical elements 26 in these annular grooves 120. The spherical element 26 can then be installed in the annular grooves 120 in the middle part spindle sleeve 108, and two pieces of an outer thrust bearing 32 (or "longitudinally cut pipe halves") can be secured around the spindle sleeve 108 to secure the spherical elements 26 in these annular grooves 120. The insert block can be stored assembled. The user can slide the insert block (comprising the spindle sleeve 108, outer radial bearings 28, 122, outer thrust bearing 32, and spherical elements 26) into the inner bore 114 of the housing 14 and around the spindle 104. The threaded member 128 may then be screwed into the upper end 112 of the spindle 104 to secure the spindle sleeve 108 around the spindle 104. Finally, the adapter 130 can be screwed to the upper end of the housing 116. Thus, the outer radial bearings 28, 122 and the outer thrust bearing 32 are fixed in the inner bore 114 of the housing between the lower shoulder 117 and the adapter 130.

[41] На фиг. 6 показана интегрированная подшипниковая секция 140, альтернативный вариант осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 140 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанным выше интегрированными подшипниковыми секциями 100, причем одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструкции и функции с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 140 содержит наружный интегральный подшипник 142, расположенный вокруг муфты 108 шпинделя и во внутреннем канале 114 корпуса. Наружный интегральный подшипник 142 содержит части 144 и 146 с наружными радиальными подшипниками и часть 148 с наружным упорным подшипником. Части 144, 146 с наружными радиальными подшипниками содержат внутренние поверхности 150, 152 плоского профиля и уступы 154, 156, соответственно. Часть 148 с наружным упорным подшипником содержит внутреннюю поверхность 158, имеющую по меньшей мере одну кольцевую канавку 159. Кольцевые канавки 159 могут каждая проходить по окружности внутренней поверхности 158 и могут иметь в общем полукольцевую форму с радиусом на продольном сечении приблизительно равным или немного больше радиуса сферических элементов 26. Таким образом, наружный радиальный подшипник и наружный упорный подшипник интегрированной подшипниковой секции 140 выполнены за одно целое. Наружный интегральный подшипник 142 можно выполнить в виде двух полуцилиндрических элементов (или “половин продольно разрезанной трубы”).[41] FIG. 6 shows an integrated bearing section 140, an alternative embodiment of the integrated bearing section of the present invention. Unless otherwise noted, the integrated bearing section 140 contains the same features and functions in the same way as the integrated bearing sections 100 described above, with the same reference numbers indicating the same structures and functions as described above. The integrated bearing section 140 includes an outer integral bearing 142 located around the spindle sleeve 108 and in the inner bore 114 of the housing. The outer integral bearing 142 includes outer radial bearing portions 144 and 146 and an outer thrust bearing portion 148. Outer radial bearing portions 144, 146 comprise inner flat profile surfaces 150, 152 and steps 154, 156, respectively. The outer thrust bearing portion 148 includes an inner surface 158 having at least one annular groove 159. The annular grooves 159 may each extend around the circumference of the inner surface 158 and may have a generally semi-annular shape with a radius in longitudinal section approximately equal to or slightly greater than the radius of the spherical elements 26. Thus, the outer radial bearing and the outer thrust bearing of the integrated bearing section 140 are made in one piece. The outer integral bearing 142 can be made in the form of two semi-cylindrical elements (or "slitted pipe halves").

[42] По меньшей мере один сферический элемент 26 взаимодействует с каждой из внутренних поверхностей 150, 152 плоского профиля частей 144 и 146 с наружными радиальными подшипниками и кольцевой канавкой 159 в наружной упорной подшипниковой секции 148. Таким образом сферические элементы 26 расположены в пространстве между муфтой 108 шпинделя и наружным интегральным подшипником 142. Когда шпиндель 104 и муфта 108 шпинделя вместе вращаются относительно наружного интегрального подшипника 142, каждый из сферических элементов 26, взаимодействующих с внутренними поверхностями 150, 152 плоского профиля, может вращаться в кольцевых канавках 120 муфты 108 шпинделя и может свободно перемещаться в осевом направлении на внутренних поверхностях 150, 152 плоского профиля. Таким образом интегрированная подшипниковая секция 140 обеспечивает относительное осевое перемещение между шпинделем 104 и наружным интегральным подшипником 142 (когда поверхность кольцевых канавок и сферические элементы изнашиваются). Часть 148 с наружным упорным подшипником наружного интегрального подшипника 142 воспринимает осевую нагрузку, действующую на шпиндель 104 через муфту 108 шпинделя, сферические элементы 26 и кольцевые канавки 159.[42] At least one spherical element 26 interacts with each of the inner surfaces 150, 152 of the flat profile parts 144 and 146 with outer radial bearings and an annular groove 159 in the outer thrust bearing section 148. Thus, the spherical elements 26 are located in the space between the clutch 108 of the spindle and the outer integral bearing 142. When the spindle 104 and the spindle sleeve 108 rotate together relative to the outer integral bearing 142, each of the spherical members 26 interacting with the inner surfaces 150, 152 of the flat profile can rotate in the annular grooves 120 of the spindle sleeve 108 and can move freely in the axial direction on the inner surfaces 150, 152 of the flat profile. Thus, the integrated bearing section 140 provides relative axial movement between the spindle 104 and the outer integral bearing 142 (as the surface of the annular grooves and the spherical members wear). The outer thrust bearing part 148 of the outer integral bearing 142 receives the axial load acting on the spindle 104 through the spindle sleeve 108, the spherical elements 26 and the annular grooves 159.

[43] Сборка интегрированной подшипниковой секции 140 может содержать вначале сборку вставного блока, содержащего муфту 108 шпинделя, наружный интегральный подшипник 142 и сферические элементы 26. Вставной блок можно собирать, устанавливая сферические элементы 26 в каждой из кольцевых канавок 120 в муфте 108 шпинделя, и закрепляя две части наружного интегрального подшипника 142 (или “половины продольно разрезанной трубы”) вокруг муфты 108 шпинделя для закрепления сферического элемента 26 в кольцевых канавках 120 муфты 108 шпинделя с по меньшей мере одним сферическим элементом 26 в кольцевой канавке 159. Вставной блок можно хранить в собранном виде. Вставной блок, можно вставлять во внутренний канал 114 корпуса 116 и вокруг шпинделя 104 способом одинаковым с описанным выше для интегрированной подшипниковой секции 100. Данную сборку можно выполнить, вначале вставляя или вдвигая вставной блок во внутренний канал 114 корпуса 116, затем вставляя или вдвигая шпиндель 104 в или через центральный участок муфты 108 шпинделя вставного блока. Альтернативно, данную сборку можно выполнить вначале, вставляя или надвигая вставной блок на шпиндель 104, затем надвигая корпус 116 на вставной блок для установки вставного блока, во внутреннем канале 114 корпуса.[43] The assembly of the integrated bearing section 140 may first comprise assembling an insert block comprising a spindle sleeve 108, an outer integral bearing 142, and spherical elements 26. The insert block may be assembled by installing spherical elements 26 in each of the annular grooves 120 in the spindle sleeve 108, and attaching two pieces of an outer integral bearing 142 (or “longitudinally cut pipe halves”) around the spindle sleeve 108 to secure the spherical element 26 in the annular grooves 120 of the spindle sleeve 108 with at least one spherical element 26 in the annular groove 159. The plug-in block can be stored in assembled form. The insert block may be inserted into the inner channel 114 of the housing 116 and around the spindle 104 in the same way as described above for the integrated bearing section 100. This assembly can be performed by first inserting or sliding the insert block into the inner channel 114 of the housing 116, then inserting or sliding the spindle 104 into or through the central section of the sleeve 108 of the plug-in block spindle. Alternatively, this assembly can be done first by inserting or sliding the insert block onto the spindle 104, then sliding the housing 116 over the insert block to mount the insert block, in the internal bore 114 of the housing.

[44] Вставные блоки интегрированной подшипниковой секции 100 и интегрированной подшипниковой секция 140 могут уменьшают затраты, благодаря уменьшению времени, требуемого для ремонта или техобслуживания на подшипниковой секции. Вставные блоки можно строить, собирать и хранить, как блоки в сборе, для быстрой замены существующего вставного блока в интегрированной подшипниковой секции. Таким образом вставные блоки обеспечивают запасные части для подшипниковых секций.[44] Insert blocks of the integrated bearing section 100 and the integrated bearing section 140 can reduce costs by reducing the time required for repair or maintenance on the bearing section. Insert blocks can be built, assembled and stored as complete units to quickly replace an existing insert block in an integrated bearing section. In this way, plug-in blocks provide spare parts for bearing sections.

[45] На фиг. 7 показана интегрированная подшипниковая секция 160, альтернативный вариант осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 160 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанным выше интегрированными подшипниковыми секциями 100, причем одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструкции и функции с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 160 содержит шпиндель 104 и муфты 162 шпинделя. Каждую муфту 162 шпинделя можно выполнить в виде цилиндрический муфты, надвигаемой на верхний конец 112 шпинделя 104 для установки вокруг части 106 уменьшенного диаметра шпинделя 104. Наружная поверхность 164 каждой муфты 162 шпинделя может содержать множество кольцевых канавок 166, проходящих по окружности соответствующей муфты 162 шпинделя и имеющих в общем полукруглый профиль как показано. Каждый из сферических элементов 26 расположен в одной из кольцевых канавок 166 одной из муфт 162 шпинделя. Каждая кольцевая канавка 166 в муфты 162 шпинделя может содержать радиус на продольном сечении приблизительно равный или немного больше радиуса сферических элементов 26.[45] FIG. 7 shows an integrated bearing section 160, an alternative embodiment of the integrated bearing section of the present invention. Unless otherwise indicated, the integrated bearing section 160 contains the same features and functions in the same way as the integrated bearing sections 100 described above, with the same reference numerals indicating the same structures and functions as described above. The integrated bearing section 160 includes a spindle 104 and spindle sleeves 162. Each spindle sleeve 162 can be configured as a cylindrical sleeve that slides over the upper end 112 of the spindle 104 to fit around the reduced diameter portion 106 of the spindle 104. The outer surface 164 of each spindle sleeve 162 may include a plurality of annular grooves 166 extending around the circumference of the respective spindle sleeve 162 and having a generally semi-circular profile as shown. Each of the spherical elements 26 is located in one of the annular grooves 166 of one of the sleeves 162 of the spindle. Each annular groove 166 in the spindle sleeves 162 may contain a radius in longitudinal section approximately equal to or slightly greater than the radius of the spherical elements 26.

[46] Муфты 162 шпинделя и участок шпинделя 104 расположены во внутреннем канале 168 корпуса 170. Корпус 170 содержит нижний участок 172, имеющий внутреннюю поверхность 174 плоского профиля, проходящую от уступа 176 до нижнего конца 178 корпуса 170. Наружный радиальный подшипник 28 и наружный упорный подшипник 32 расположены вокруг муфт 162 шпинделя и во внутреннем канале 168 корпуса выше уступа 176. Уступ 176 упирается в наружный упорный подшипник 32 для удержания наружного упорного подшипника 32 и наружного радиального подшипника 28 во внутреннем канале 168 корпуса. Верхний участок с радиальным подшипником интегрированной подшипниковой секции 160 образован одним или несколькими сферическими элементами 26, расположенными частично в кольцевых канавках 166 муфты 162 шпинделя и взаимодействующими с внутренней поверхностью плоского профиля наружного радиального подшипника 28. Нижний участок с радиальным подшипником интегрированной подшипниковой секции 160 образован одним или несколькими сферическими элементами 26, расположенными частично в кольцевых канавках 166 другой муфты 162 шпинделя и взаимодействующими с внутренней поверхностью 174 плоского профиля нижнего участка 172 корпуса. Когда муфты 162 шпинделя и шпиндель 104 вращаются вместе относительно наружного радиального подшипника 28 и нижнего участка 172 корпуса, каждый из данных сферических элементов 26 может вращаться в кольцевых канавках 166 соответствующих муфт 162 шпинделя и может свободно перемещаться в осевом направлении вдоль внутренней поверхности плоского профиля наружного радиального подшипника 28 и внутренней поверхности 174 плоского профиля нижнего участка 172 корпуса. Таким образом интегрированная подшипниковая секция 160 обеспечивает относительное осевое перемещение между шпинделем 104 и наружным радиальным подшипником 28 и между шпинделем 104 и корпусом 170 без восприятия наружным радиальным подшипником 28 или корпусом 170 какой-либо осевой нагрузки.[46] The spindle couplings 162 and the spindle section 104 are located in the inner channel 168 of the housing 170. The housing 170 includes a lower section 172 having an inner surface 174 of a flat profile extending from the ledge 176 to the lower end 178 of the housing 170. An outer radial bearing 28 and an outer thrust the bearing 32 is located around the spindle sleeves 162 and in the inner bore 168 of the housing above the shoulder 176. The shoulder 176 abuts the outer thrust bearing 32 to hold the outer thrust bearing 32 and the outer radial bearing 28 in the inner bore 168 of the housing. The upper section with a radial bearing of the integrated bearing section 160 is formed by one or more spherical elements 26 located partially in the annular grooves 166 of the coupling 162 of the spindle and interacting with the inner surface of the flat profile of the outer radial bearing 28. The lower section with a radial bearing of the integrated bearing section 160 is formed by one or several spherical elements 26 located partially in the annular grooves 166 of the other sleeve 162 of the spindle and interacting with the inner surface 174 of the flat profile of the lower section 172 of the housing. When the spindle sleeves 162 and the spindle 104 rotate together about the outer radial bearing 28 and the lower housing portion 172, each of these spherical members 26 can rotate in the annular grooves 166 of the respective spindle sleeves 162 and can freely move axially along the inner surface of the outer radial flat profile. bearing 28 and the inner surface 174 of the flat profile of the lower section 172 of the housing. Thus, the integrated bearing section 160 allows relative axial movement between the spindle 104 and the outer radial bearing 28 and between the spindle 104 and the housing 170 without the outer radial bearing 28 or the housing 170 receiving any axial load.

[47] Сборка интегрированной подшипниковой секции 160 может содержать вначале сборку двух вставных блоков. Один вставной блок можно собрать, установив сферические элементы 26 в кольцевых канавках 166 муфты 162 шпинделя и надвинув наружный радиальный подшипник 28 на верхний конец муфты 162 шпинделя для закрепления сферических элементов 26 в данных кольцевых канавках 166. Второй вставной блок, можно собрать, установив сферические элементы 26 в кольцевых канавках 166 другой муфты 162 шпинделя и закрепив две части наружного упорного подшипника 32 (или “половины продольно разрезанной трубы”) вокруг муфты 162 шпинделя для закрепления сферических элементов 26 в данных кольцевых канавках 166. Оба вставных блока можно хранить собранными. Пользователь может надвинуть третью муфту 162 шпинделя на верхний конец 112 шпинделя 104, и установить сферические элементы 26 в кольцевых канавках 166 данной муфты 162 шпинделя. Пользователь может вдвинуть второй вставной блок, и первый вставной блок, во внутренний канал 168 корпуса, и затем вдвинуть корпус 170 с вторым и первым блоком в верхний конец 112 шпинделя, вдвинув шпиндель 104 во внутренний канал 168 корпуса для закрепления сферических элементов 26 в данных кольцевых канавках 166 и в нижнем участке 172 корпуса. Резьбовой элемент 128 можно затем свинтить с верхним концом 112 шпинделя 104 для закрепления всех муфт 162 шпинделя вокруг шпинделя 104. Наконец, переходник 130 можно свинтить с верхним концом корпуса 170. Таким образом наружный радиальный подшипник 28 и наружный упорный подшипник 32 закрепляют во внутреннем канале 168 корпуса между уступом 176 и переходником 130.[47] The assembly of the integrated bearing section 160 may initially comprise the assembly of two insert blocks. One insert block can be assembled by placing the spherical elements 26 in the annular grooves 166 of the spindle sleeve 162 and sliding the outer radial bearing 28 onto the upper end of the spindle sleeve 162 to secure the spherical elements 26 in these annular grooves 166. The second insert block can be assembled by installing the spherical elements 26 in the annular grooves 166 of the other spindle sleeve 162 and attaching two pieces of an outer thrust bearing 32 (or “longitudinally cut pipe halves”) around the spindle sleeve 162 to secure the spherical members 26 in these annular grooves 166. Both insert blocks can be stored assembled. The user can slide the third spindle sleeve 162 onto the upper end 112 of the spindle 104, and install the spherical elements 26 in the annular grooves 166 of this spindle sleeve 162. The user can slide the second insert block, and the first insert block, into the inner channel 168 of the body, and then slide the body 170 with the second and first block into the upper end 112 of the spindle, sliding the spindle 104 into the inner channel 168 of the body to secure the spherical elements 26 in these annular grooves 166 and in the lower section 172 of the housing. The threaded member 128 may then be screwed onto the upper end 112 of the spindle 104 to secure all of the spindle sleeves 162 around the spindle 104. Finally, the adapter 130 may be screwed onto the upper end of the housing 170. Thus, the outer radial bearing 28 and the outer thrust bearing 32 are secured in the inner bore 168 body between ledge 176 and adapter 130.

[48] Как показано на фиг. 8, интегрированная подшипниковая секция 180 является альтернативным вариантом осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 180 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанным выше интегрированными подшипниковыми секциями 10, 60, и 80, причем одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструкции и функции с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 180 содержит шпиндель 182 и корпус 184. Корпус 184 содержит верхний корпус 186 и нижний корпус 188, которые можно свинчивать для соединения. Нижний корпус 188 может функционировать одинаково с резьбовым элементом 42 фиг. 1. Внутренний канал корпуса 190 может проходить через верхний корпус 186 и через нижний корпус 188. Верхний корпус 186 может содержать кольцевые канавки 192 на своей внутренней поверхности в первой части. Вторая часть верхнего корпуса 186 может содержать внутреннюю поверхность плоского профиля. Нижний корпус 188 может также содержать кольцевые канавки 194 на своей внутренней поверхности[48] As shown in FIG. 8, the integrated bearing section 180 is an alternative embodiment of the integrated bearing section of the present invention. Unless otherwise noted, the integrated bearing section 180 contains the same features and functions in the same way as the integrated bearing sections 10, 60, and 80 described above, with the same reference numerals indicating the same structures and functions as described above. The integrated bearing section 180 includes a spindle 182 and a housing 184. The housing 184 includes an upper housing 186 and a lower housing 188 that can be screwed together for connection. The lower housing 188 may function in the same way as the threaded member 42 of FIG. 1. The inner passage of the housing 190 may extend through the upper housing 186 and through the lower housing 188. The upper housing 186 may include annular grooves 192 on its inner surface in the first portion. The second part of the upper housing 186 may contain the inner surface of a flat profile. The bottom housing 188 may also include annular grooves 194 on its inner surface.

[49] Шпиндель 182 может быть расположен частично во внутреннем канале корпуса 190, проходящим через верхний и нижний корпуса 186 и 188. Шпиндель 182 можно выполнить в виде в общем цилиндрического элемента, содержащего нижний конец 196 с увеличенным диаметром, выполненный с возможностью сцепления с буровым долотом и передачи крутящего момента на него. Верхний конец шпинделя 182 можно выполнить с возможностью сцепления с трансмиссионным узлом бурового двигателя и приема крутящего момента с него. Первая часть 198 шпинделя 182 содержит наружную поверхность 200 плоского профиля. Вторая часть 202 шпинделя 182 содержит множество кольцевых канавок 204 в своей наружной поверхности. Каждая кольцевая канавка 204 может проходить по окружности шпинделя 182 и имеет в общем полукруглый профиль, как показано. Третья часть 206 шпинделя 182 содержит наружную поверхность 208 плоского профиля.[49] The spindle 182 may be located partially in the internal channel of the housing 190, passing through the upper and lower housings 186 and 188. The spindle 182 can be made in the form of a generally cylindrical element containing a lower end 196 with an increased diameter, made with the possibility of engagement with the drilling bit and transfer torque to it. The upper end of the spindle 182 may be configured to engage with and receive torque from the drilling motor transmission assembly. The first part 198 of the spindle 182 contains the outer surface 200 of a flat profile. The second part 202 of the spindle 182 contains a plurality of annular grooves 204 in its outer surface. Each annular groove 204 may extend around the circumference of the spindle 182 and has a generally semi-circular profile as shown. The third part 206 of the spindle 182 contains the outer surface 208 of a flat profile.

[50] Интегрированная подшипниковая секция 180 может также содержать наружный упорный подшипник 62, содержащий множество колец 64 и множество сферических элементов 210, установленных в кольцевом пространстве между шпинделем 182 и корпусом 184. Наружный упорный подшипник 62 расположен вокруг второй части 202 шпинделя 182 во внутреннем канале корпуса 190. Кольцо 212 можно установить между верхним концом наружного упорного подшипника 62 и уступом 214 верхнего корпуса 186. Один или несколько сферических элементов 210 можно каждый частично расположить в одной из кольцевых канавок 192 верхнего корпуса 186 и взаимодействующими с наружной поверхностью 200 плоского профиля первой части 198 шпинделя 182. Один или несколько сферических элементов 210 можно каждый частично расположить в одной из кольцевых канавок 194 нижнего корпуса 188 и взаимодействующими с наружной поверхностью 208 плоского профиля третьей части 206 шпинделя 182. Когда шпиндель 182 вращается относительно корпуса 184, каждый из данных сферических элементов 210 может вращаться в кольцевых канавках 192 и 194 верхнего и нижнего корпусов 186 и 188 и может свободно перемещаться в осевом направлении на наружных поверхностях 200 и 208 плоского профиля, соответственно. Таким образом интегрированная подшипниковая секция 180 обеспечивает относительное осевое перемещение между шпинделем 182 и корпусом 184 без восприятия корпусом 184 какой-либо осевой нагрузки. Один или несколько сферических элементов 210 можно каждый частично расположить в одной из кольцевых канавок 70 наружного упорного подшипника 62 и частично расположить в одной из кольцевых канавок 204 второй части 202 шпинделя 182. Наружный упорный подшипник 62 воспринимает осевую нагрузку, действующую на шпиндель 182 или корпус 184 через сферические элементы 210 и кольцевые канавки 204 и 70.[50] The integrated bearing section 180 may also include an outer thrust bearing 62 comprising a plurality of rings 64 and a plurality of spherical members 210 mounted in the annulus between the spindle 182 and the housing 184. The outer thrust bearing 62 is located around the second portion 202 of the spindle 182 in an inner channel housing 190. The ring 212 may be positioned between the upper end of the outer thrust bearing 62 and the shoulder 214 of the upper housing 186. One or more spherical elements 210 may each be partially located in one of the annular grooves 192 of the upper housing 186 and cooperating with the outer surface 200 of the flat profile of the first part 198 spindle 182. One or more spherical elements 210 can each be partially located in one of the annular grooves 194 of the lower housing 188 and interacting with the outer surface 208 of the flat profile of the third part 206 of the spindle 182. When the spindle 182 rotates relative to the housing 184, each of yes These spherical elements 210 can rotate in the annular grooves 192 and 194 of the upper and lower housings 186 and 188 and can freely move in the axial direction on the outer surfaces 200 and 208 of the flat profile, respectively. Thus, the integrated bearing section 180 allows relative axial movement between the spindle 182 and the housing 184 without the housing 184 receiving any axial load. One or more spherical elements 210 can each be partially located in one of the annular grooves 70 of the outer thrust bearing 62 and partially located in one of the annular grooves 204 of the second part 202 of the spindle 182. The outer thrust bearing 62 receives an axial load acting on the spindle 182 or housing 184 through spherical elements 210 and annular grooves 204 and 70.

[51] Интегрированную подшипниковую секцию 180 можно собрать, установив сферические элементы 210 в кольцевых канавках 194 при надвигании нижнего корпуса 188 на верхний конец шпинделя 182 и по длине шпинделя 182 для установки нижнего корпуса 188 на третьей части 206 шпинделя 182. Таким образом сферические элементы 210 закрепляют в кольцевых канавках 194. Сферические элементы 210 можно затем установить в каждой кольцевой канавке 204 во второй части 202 шпинделя 182, при этом за ними следует кольцо 64 наружного упорного подшипника 62. Затем сферические элементы 210 можно установить в кольцевые канавки 192 в верхнем корпусе 186. Верхний корпус 186 надвигается на верхний конец шпинделя 182 для установки верхнего корпуса 186 вокруг наружного упорного подшипника 62 и установки сферических элементов 210 в верхнем корпусе 186 на первой части 198 шпинделя 182. Нижний конец верхнего корпуса 186 свинчивают с верхним концом нижнего корпуса 188 для скрепления всех компонентов с шпинделем 182. Во время работы шпиндель 182 вращается относительно наружного упорного подшипника 62 и верхнего и нижнего корпусов 186 и 188.[51] The integrated bearing section 180 can be assembled by placing the spherical elements 210 in the annular grooves 194 while pushing the lower housing 188 over the upper end of the spindle 182 and along the length of the spindle 182 to install the lower housing 188 on the third part 206 of the spindle 182. Thus, the spherical elements 210 secured in the annular grooves 194. The spherical elements 210 can then be installed in each annular groove 204 in the second part 202 of the spindle 182, while they are followed by the ring 64 of the outer thrust bearing 62. The spherical elements 210 can then be installed in the annular grooves 192 in the upper housing 186 The upper housing 186 slides over the upper end of the spindle 182 to install the upper housing 186 around the outer thrust bearing 62 and install the spherical elements 210 in the upper housing 186 on the first part 198 of the spindle 182. The lower end of the upper housing 186 is screwed to the upper end of the lower housing 188 for fastening all components with spindle 182. During I work spindle 182 rotates relative to the outer thrust bearing 62 and the upper and lower housings 186 and 188.

[52] Показанная на фиг. 9, интегрированная подшипниковая секция 220 является альтернативным вариантом осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 220 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанным выше интегрированными подшипниковыми секциями 180, причем одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструкции и функции с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 220 содержит наружный упорный подшипник 32, расположенный вокруг второй части 202 шпинделя 182 и во внутреннем канале корпуса 190 верхнего корпуса 186. Наружный упорный подшипник 32 выполнен из двух полуцилиндрический элементов (или “половин продольно разрезанной трубы”) с кольцевыми канавками 40 во внутренней поверхности каждого (как описано выше для фиг. 1). Сферические элементы 210 частично установлены в кольцевые канавки 204 шпинделя 182 и частично расположены в кольцевых канавках 40 наружного упорного подшипника 32.[52] Shown in FIG. 9, the integrated bearing section 220 is an alternative embodiment of the integrated bearing section of the present invention. Unless otherwise indicated, the integrated bearing section 220 contains the same features and functions in the same way as the integrated bearing sections 180 described above, with the same reference numbers indicating the same structures and functions as described above. The integrated bearing section 220 includes an outer thrust bearing 32 located around the second part 202 of the spindle 182 and in the inner channel of the housing 190 of the upper housing 186. The outer thrust bearing 32 is made of two semi-cylindrical elements (or "halves of a longitudinally cut pipe") with annular grooves 40 in the inner surface of each (as described above for Fig. 1). The spherical elements 210 are partially installed in the annular grooves 204 of the spindle 182 and partially located in the annular grooves 40 of the outer thrust bearing 32.

[53] На фиг. 10 показана интегрированная подшипниковая секция 230, являющаяся другим альтернативным вариантом осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 230 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанным выше интегрированными подшипниковыми секциями 220, причем одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструкции и функции с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 230 не содержит кольца 212. Вместо этого, верхний конец наружного упорного подшипника 32 напрямую находится в зацеплении с уступом 214 верхнего корпуса 186.[53] FIG. 10 shows an integrated bearing section 230, which is another alternative embodiment of the integrated bearing section of the present invention. Unless otherwise indicated, the integrated bearing section 230 contains the same features and functions in the same way as the integrated bearing sections 220 described above, with the same reference numbers indicating the same structures and functions as described above. The integrated bearing section 230 does not include a ring 212. Instead, the upper end of the outer thrust bearing 32 directly engages the shoulder 214 of the upper housing 186.

[54] Как показано на фиг. 11, интегрированная подшипниковая секция 240 является альтернативным вариантом осуществления интегрированной подшипниковой секции настоящего изобретения. Если не указано иначе, интегрированная подшипниковая секция 240 содержит одинаковые элементы и функционирует одинаково с описанными выше интегрированными подшипниковыми секциями 160, причем одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые конструкции и функции с описанными выше. Интегрированная подшипниковая секция 240 содержит шпиндель 242 и муфты 244 и 246 шпинделя. Шпиндель 242 можно выполнить в виде в общем цилиндрического элемента, содержащего нижний конец с увеличенным диаметром 247, выполненный с возможностью сцепления с буровым долотом и передачи крутящего момента на него. Каждую муфту 244 и 246 шпинделя можно выполнить в виде цилиндрический муфты, надвигаемой на верхний конец 248 шпинделя 242 для установки вокруг части 250 уменьшенного диаметра шпинделя 242. Муфты 244 шпинделя каждая содержит наружную поверхность 252 плоского профиля. Наружная поверхность 254 муфты 246 шпинделя может содержать кольцевые канавки 256, проходящие по окружности муфты 246 шпинделя и имеющие в общем полукруглый профиль, как показано. Сферические элементы 258 можно каждый частично расположить в одной из кольцевых канавок 256. Наружный радиальный подшипник 260 и наружный упорный подшипник 32 можно расположить вокруг муфты 244 шпинделя и муфты 246 шпинделя, соответственно. Наружный радиальный подшипник 260 можно выполнить в виде цилиндрический муфты, имеющей кольцевые канавки 262, проходящие по окружности внутренней поверхности 264. Сферические элементы 258 можно частично расположить в кольцевых канавках 262 в наружном радиальном подшипнике 260 и элементы могут взаимодействовать с наружной поверхностью 252 плоского профиля муфты 244 шпинделя. Когда шпиндель 242 и муфта 244 шпинделя вращаются вместе относительно наружного радиального подшипника 260, каждый из данных сферических элементов 258 может вращаться в кольцевых канавках 262 наружного радиального подшипника 260 и может свободно перемещаться в осевом направлении вдоль наружной поверхности 252 плоского профиля муфты 244 шпинделя. Таким образом интегрированная подшипниковая секция 240 обеспечивает относительное осевое перемещение между шпинделем 242 и наружным радиальным подшипником 260. Сферические элементы 258 частично расположены в кольцевых канавках 40 наружного упорного подшипника 32 и частично расположены в кольцевых канавках 256 муфты 246 шпинделя.[54] As shown in FIG. 11, the integrated bearing section 240 is an alternative embodiment of the integrated bearing section of the present invention. Unless otherwise indicated, the integrated bearing section 240 contains the same features and functions in the same way as the integrated bearing sections 160 described above, with the same reference numerals indicating the same structures and functions as described above. The integrated bearing section 240 includes a spindle 242 and spindle couplings 244 and 246. The spindle 242 can be made in the form of a generally cylindrical element containing the lower end with an increased diameter 247, made with the possibility of engaging with the drill bit and transmitting torque to it. Each spindle sleeve 244 and 246 can be configured as a cylindrical sleeve that slides over the upper end 248 of the spindle 242 to fit around the reduced diameter portion 250 of the spindle 242. The spindle sleeves 244 each comprise a flat profile outer surface 252. The outer surface 254 of the spindle sleeve 246 may include annular grooves 256 extending around the circumference of the spindle sleeve 246 and having a generally semi-circular profile as shown. The spherical members 258 may each be partially positioned in one of the annular grooves 256. The outer radial bearing 260 and the outer thrust bearing 32 may be positioned around the spindle sleeve 244 and the spindle sleeve 246, respectively. The outer radial bearing 260 can be made in the form of a cylindrical sleeve having annular grooves 262 passing around the circumference of the inner surface 264. The spherical elements 258 can be partially located in the annular grooves 262 in the outer radial bearing 260 and the elements can interact with the outer surface 252 of the flat profile of the coupling 244 spindle. When the spindle 242 and the spindle sleeve 244 rotate together with respect to the outer radial bearing 260, each of these spherical members 258 can rotate in the annular grooves 262 of the outer radial bearing 260 and can freely move axially along the outer surface 252 of the flat profile of the spindle sleeve 244. The thus integrated bearing section 240 provides relative axial movement between the spindle 242 and the outer radial bearing 260. The spherical members 258 are partly located in the annular grooves 40 of the outer thrust bearing 32 and are partly located in the annular grooves 256 of the spindle coupling 246.

[55] Интегрированная подшипниковая секция 240 также содержит корпус 266 с внутренним каналом 267 корпуса. Участок шпинделя 242, муфты 244, 246 шпинделя, наружный радиальный подшипник 260, и наружный упорный подшипник 32 расположены во внутреннем канале 267 корпуса. Корпус 266 содержит нижнюю часть 268, имеющую внутреннюю поверхность 270 с кольцевыми канавками 272. Нижняя часть 268 расположена вокруг одной из муфт 244 шпинделя. Сферические элементы 258 частично расположены в кольцевых канавках 272 корпуса 266 и взаимодействуют с наружной поверхностью 252 плоского профиля муфты 244 шпинделя. Когда шпиндель 242 и муфта 244 шпинделя вращаются вместе относительно корпуса 266, каждый из данных сферических элементов 258 может вращаться в кольцевых канавках 272 корпуса 266 и может свободно перемещаться в осевом направлении вдоль наружной поверхности 252 плоского профиля муфты 244 шпинделя. Таким образом интегрированная подшипниковая секция 240 обеспечивает относительное осевое перемещение между шпинделем 242 и корпусом 266. Корпус 266 может содержать уступ 274 выше нижней части 268. Уступ 274 может удерживать наружный упорный подшипник 32 и наружный радиальный подшипник 260 во внутреннем канале 267 корпуса. Например, нижний конец наружного упорного подшипника 32 может зацепляться за уступ 274, и нижний конец наружного радиального подшипника 260 может взаимодействовать с верхним концом наружного упорного подшипника 32.[55] The integrated bearing section 240 also includes a housing 266 with an internal bore 267 of the housing. The spindle section 242, spindle couplings 244, 246, outer radial bearing 260, and outer thrust bearing 32 are located in the inner bore 267 of the housing. The body 266 includes a bottom 268 having an inner surface 270 with annular grooves 272. The bottom 268 is located around one of the spindle sleeves 244. Spherical elements 258 are partially located in the annular grooves 272 of the housing 266 and interact with the outer surface 252 of the flat profile of the coupling 244 of the spindle. When the spindle 242 and the spindle sleeve 244 rotate together relative to the housing 266, each of these spherical members 258 can rotate in the annular grooves 272 of the housing 266 and can freely move axially along the outer surface 252 of the flat profile of the spindle sleeve 244. Thus, the integrated bearing section 240 provides relative axial movement between the spindle 242 and the housing 266. The housing 266 may include a shoulder 274 above the bottom 268. The shoulder 274 may hold the outer thrust bearing 32 and the outer radial bearing 260 in the inner bore 267 of the housing. For example, the lower end of the outer thrust bearing 32 may engage with the shoulder 274, and the lower end of the outer radial bearing 260 may engage with the upper end of the outer thrust bearing 32.

[56] Сборка интегрированной подшипниковой секции 240 может содержать вначале сборку двух вставных блоков. Один вставной блок можно смонтировать, установив сферические элементы 258 в кольцевых канавках 262 наружного радиального подшипника 260 и надвинув муфту 244 шпинделя через центральное отверстие наружного радиального подшипника 260 для закрепления сферических элементов 258 в кольцевых канавках 262 наружного радиального подшипника 260. Второй вставной блок, можно собирать, установив сферические элементы 258 в кольцевых канавках 256 муфты 246 шпинделя и закрепив две части наружного упорного подшипника 32 (или “половины продольно разрезанной трубы”) вокруг муфты 246 шпинделя для закрепления сферических элементов 258 в кольцевых канавках 256 муфты 246 шпинделя и в кольцевых канавках 40 наружного упорного подшипника 32. Оба вставных блока можно хранить собранными. Пользователь может надвинуть другую муфту 244 шпинделя на верхний конец 248 шпинделя 242, установить сферические элементы 258 в кольцевых канавках 272 в нижний части 268 корпуса 266, и надвинуть корпус 266 на шпиндель 242 и данную муфту 244 шпинделя для закрепления сферических элементов 258 между нижней частично 268 корпуса 266 и муфтой 244 шпинделя. Пользователь может затем вдвинуть второй вставной блок и первый вставной блок вокруг верхнего конца 242 шпинделя 242 и во внутренний канал 267 корпуса. Резьбовой элемент 128 можно затем свинтить с верхним концом 248 шпинделя 242 для скрепления муфт 244 и 246 шпинделя вокруг части 250 уменьшенного диаметра шпинделя 242. Наконец, переходник 130 можно свинтить с верхним концом корпуса 266. Таким образом наружный радиальный подшипник 260 и наружный упорный подшипник 32 закрепляют во внутреннем канале 267 корпуса между уступом 274 и переходником 130.[56] The assembly of the integrated bearing section 240 may first comprise the assembly of two insert blocks. One insert block can be mounted by placing the spherical elements 258 in the annular grooves 262 of the outer radial bearing 260 and sliding the spindle sleeve 244 through the center hole of the outer radial bearing 260 to secure the spherical elements 258 in the annular grooves 262 of the outer radial bearing 260. The second insert block can be assembled by placing the spherical elements 258 in the annular grooves 256 of the spindle sleeve 246 and fixing the two pieces of the outer thrust bearing 32 (or “longitudinally cut pipe halves”) around the spindle sleeve 246 to secure the spherical elements 258 in the annular grooves 256 of the spindle sleeve 246 and in the annular grooves 40 outer thrust bearing 32. Both insert blocks can be stored assembled. The user can slide the other spindle sleeve 244 onto the upper end 248 of the spindle 242, install the spherical elements 258 in the annular grooves 272 in the lower part 268 of the body 266, and slide the body 266 onto the spindle 242 and this spindle sleeve 244 to secure the spherical elements 258 between the lower part 268 body 266 and clutch 244 spindle. The user may then slide the second insert block and the first insert block around the upper end 242 of the spindle 242 and into the internal bore 267 of the body. The threaded member 128 may then be screwed onto the upper end 248 of the spindle 242 to secure the spindle sleeves 244 and 246 around the reduced diameter portion 250 of the spindle 242. fixed in the inner channel 267 of the body between the ledge 274 and the adapter 130.

[57] В некоторых обычных подшипниковых секциях применяют меньшие шарикоподшипники в радиальных подшипниках и более крупные шарикоподшипники применяют в упорных подшипниках для одной подшипниковой секции. В процессе сборки данных обычных подшипниковых секций операторы или пользователи в некоторых случаях путают шарикоподшипники, применяемые для каждой из них. В каждом варианте осуществления интегрированной подшипниковой секции, раскрытом в данном документе, сферические элементы одинакового размера или радиуса можно применять в радиальном подшипниковом участке и упорном подшипниковом участке. Данное конструктивное решение минимизирует ошибки при сборке.[57] In some conventional bearing sections, smaller ball bearings are used in radial bearings and larger ball bearings are used in thrust bearings for one bearing section. In the process of assembling these conventional bearing sections, operators or users in some cases confuse the ball bearings used for each of them. In each embodiment of an integrated bearing section disclosed herein, spherical elements of the same size or radius may be used in the radial bearing portion and the thrust bearing portion. This design solution minimizes assembly errors.

[58] Каждый узел, описанный в данном раскрытии, может содержать любую комбинацию описанных компонентов, элементов и/или функций каждого из индивидуальных вариантов осуществления узла. Каждый способ, описанный в данном раскрытии, может содержать любую комбинацию описанных этапов в любом порядке, в том числе, с отсутствием некоторых описанных этапов и комбинаций этапов, примененных в отдельных вариантах осуществления. Любой диапазон цифровых величин, раскрытый в данном документе, содержит любой их поддиапазон. Множество означает два или больше.[58] Each node described in this disclosure may contain any combination of the described components, elements and/or functions of each of the individual embodiments of the node. Each method described in this disclosure may contain any combination of the described steps in any order, including the absence of some of the described steps and combinations of steps used in certain embodiments. Any range of digital values disclosed herein includes any subrange thereof. Many means two or more.

[59] Хотя описаны предпочтительные варианты осуществления, понятно, что варианты являются чисто иллюстративными и что объем изобретения определяет только прилагаемая формула изобретения с различными эквивалентами, многими вариациями и модификациями, очевидными для специалиста в данной области техники из описания.[59] While the preferred embodiments are described, it is to be understood that the embodiments are purely illustrative and that the scope of the invention is only defined by the appended claims, with various equivalents, many variations, and modifications apparent to those skilled in the art from the description.

Claims

1. An integrated bearing section for a mud-lubricated drilling motor, comprising:

housing with an internal channel;

a spindle at least partially located in the inner channel of the housing, and the spindle contains an outer surface having a plurality of annular grooves;

a plurality of spherical elements, each of the spherical elements located partially in one of the annular grooves of the spindle;

an outer radial bearing located around the spindle and in the inner channel of the housing, wherein the outer radial bearing contains an inner surface of a flat profile, while at least one of the spherical elements interacts with the inner surface of a flat profile of the outer radial bearing to provide relative axial movement between the spindle and the outer radial bearing; and

an outer thrust bearing located around the spindle and in the inner bore of the body, the outer thrust bearing comprising an inner surface having an annular groove, wherein at least one of the spherical elements is engaged with the annular groove of the outer thrust bearing.

2. The integrated bearing section of claim. 1, in which the inner surface of the outer radial bearing contains a step configured to limit the relative axial movement between the outer radial bearing and the spindle.

3. Integrated bearing section according to claim 1, in which the outer thrust bearing is made of two semi-cylindrical elements.

4. The integrated bearing section of claim 1 wherein the outer thrust bearing is made up of a plurality of rings.

5. Integrated bearing section according to claim 1, further comprising a second outer radial bearing located around the spindle and in the inner channel of the housing, and the second outer radial bearing contains an inner surface of a flat profile, while at least one of the spherical elements interacts with the inner surface a flat profile of the second outer radial bearing to provide relative axial movement between the spindle and the second outer radial bearing, and the outer thrust bearing is located between the outer radial bearing and the second outer radial bearing.

6. An integrated bearing section according to claim 5, further comprising a threaded element located around the spindle and screwed to the end of the housing, while the threaded element contains the inner surface of a flat profile, and at the same time at least one of the spherical elements interacts with the inner surface of a flat profile threaded element to provide relative axial movement between the spindle and the threaded element.

7. Integrated bearing section according to claim 1, in which all spherical elements have the same radius.

8. An integrated bearing section for a mud-lubricated drilling motor, comprising:

housing with an internal channel;

a spindle, at least partially located in the internal channel of the housing, and the spindle contains a part of the reduced diameter;

a spindle sleeve located around the reduced diameter portion of the spindle and in the inner bore of the housing, the spindle sleeve comprising an outer surface having a plurality of annular grooves;

a plurality of spherical elements, with each of the spherical elements located partially in one of the annular grooves of the spindle sleeve;

an outer radial bearing located around the spindle coupling and in the inner channel of the housing, wherein the outer radial bearing contains an inner surface of a flat profile, while at least one of the spherical elements interacts with the inner surface of a flat profile of the outer radial bearing to provide relative axial movement between the spindle clutch and outer radial bearing; and

an outer thrust bearing located around the spindle sleeve and in the inner bore of the housing, the outer thrust bearing comprising an inner surface having an annular groove, wherein at least one of the spherical elements is engaged with the annular groove of the outer thrust bearing.

9. Integrated bearing section according to claim 8, in which the spindle clutch is made of two semi-cylindrical elements.

10. An integrated bearing section according to claim 8, in which the spindle clutch is made in the form of a single cylindrical clutch.

11. An integrated bearing section according to claim 8, wherein the spindle sleeve is made up of two or more cylindrical sleeves located axially adjacent to each other around the spindle.

12. Integrated bearing section according to claim 11, in which the spindle clutch forms the first spindle clutch located in the outer radial bearing, the second spindle clutch located in the outer thrust bearing, and the third spindle clutch located in the lower part of the housing; while the lower part of the housing contains the inner surface of a flat profile; and at least one of the spherical elements is partially located in one of the annular grooves in the third spindle sleeve and interacts with the inner surface of the flat profile of the lower part of the housing to provide relative axial movement between the third spindle sleeve and the housing.

13. The integrated bearing section of claim 8, wherein the outer radial bearing and the outer thrust bearing are integral.

14. Integrated bearing section according to claim 8, in which all spherical elements have the same radius.

15. The integrated bearing section of claim 8, wherein the inner surface of the outer radial bearing includes a step configured to limit relative axial movement between the outer radial bearing and the spindle sleeve.

16. Integrated bearing section according to claim 8, in which the outer thrust bearing is made of two semi-cylindrical elements.

17. The integrated bearing section of claim 8, wherein the outer thrust bearing is made up of a plurality of rings.

18. The integrated bearing section according to claim 8, further comprising a second outer radial bearing located around the spindle coupling and in the inner channel of the housing, and the second outer radial bearing contains an inner surface of a flat profile, while at least one of the spherical elements interacts with the inner the surface of the flat profile of the second outer radial bearing to provide relative axial movement between the spindle sleeve and the second outer radial bearing, and the outer thrust bearing is located between the outer radial bearing and the second outer radial bearing.

19. The integrated bearing section of claim 18, wherein the outer radial bearing, the second radial bearing, and the outer thrust bearing are integrally formed.

20. An integrated bearing section according to claim 8, further comprising a threaded element located around the spindle and screwed to the lower end of the housing, while the threaded element contains the inner surface of a flat profile, and at the same time at least one of the spherical elements interacts with the inner surface of the flat profile of the threaded element to provide relative axial movement between the spindle sleeve and the threaded element.

21. An integrated bearing section for a mud-lubricated drilling motor, comprising:

a housing with an internal channel, wherein the inner surface of the internal channel of the housing contains an annular groove;

a spindle at least partially located in the internal channel of the housing, wherein the spindle comprises a first spindle part and a second spindle part, wherein the first spindle part contains an outer surface of a flat profile, and the second spindle part contains an outer surface having an annular groove, while the annular groove in the inner surface of the inner channel of the housing is axially aligned with the outer surface of the flat profile of the first part of the spindle;

an outer thrust bearing disposed around the second spindle portion and in the inner bore of the housing, the outer thrust bearing comprising an inner surface having an annular groove axially aligned with the annular groove in the outer surface of the second spindle portion; and

a plurality of spherical elements, wherein at least one of the spherical elements is located partially in the annular groove of the second part of the spindle and is located partially in the annular groove of the outer thrust bearing, and at least one of the spherical elements is located partially in the annular groove of the inner channel of the housing and interacts with the flat profile of the outer surface of the first part of the spindle to provide relative axial movement between the spindle and the body.

22. The integrated bearing section of claim 21, further comprising:

a lower housing screwed to the lower end of the housing, the lower housing comprising an inner channel of the lower housing with an inner surface containing an annular groove;

wherein the spindle additionally comprises a third part of the spindle located in the inner channel of the lower housing, while the third part of the spindle contains the outer surface of the flat profile, while the annular groove in the inner surface of the inner channel of the lower housing is axially aligned with the outer surface of the flat profile of the third part of the spindle; and

wherein at least one of the spherical elements is located partially in the annular groove of the inner channel of the lower housing and interacts with the flat profile of the outer surface of the third part of the spindle to provide relative axial movement between the spindle and the lower housing.

23. Integrated bearing section according to claim 21, in which the outer thrust bearing is made of two semi-cylindrical elements.

24. The integrated bearing section of claim 21, wherein the outer thrust bearing is made up of a plurality of rings.

25. An integrated bearing section for a mud-lubricated drilling motor, comprising:

the first spindle clutch and the second spindle clutch located around a part of the reduced diameter of the spindle and in the inner channel of the housing, while the first spindle clutch contains the outer surface of a flat profile, while the annular groove in the inner surface of the inner channel of the housing is aligned axially with the outer surface of the flat profile of the first a spindle sleeve, the second spindle sleeve comprising an outer surface having an annular groove;

an outer thrust bearing located around the second spindle clutch and in the inner channel of the housing, and the outer thrust bearing includes an inner surface having an annular groove axially aligned with the annular groove in the outer surface of the second spindle clutch;

a plurality of spherical elements, wherein at least one of the spherical elements is located partially in the annular groove of the second spindle coupling and is located partially in the annular groove of the outer thrust bearing, and at the same time at least one of the spherical elements is located partially in the annular groove of the inner channel of the body and interacts with a flat profile of the outer surface of the first spindle clutch to provide relative axial movement between the first spindle clutch and the housing.

26. The integrated bearing section of claim 25, further comprising:

a third spindle sleeve positioned around a reduced diameter portion of the spindle, the third spindle sleeve comprising an outer surface of a flat profile;

an outer radial bearing located around the third spindle clutch and in the inner channel of the housing, and the outer radial bearing contains an inner surface having an annular groove axially aligned with the outer surface of the flat profile of the third spindle clutch;

wherein at least one of the spherical elements is located partially in the annular groove of the outer radial bearing and interacts with the flat profile of the outer surface of the third spindle clutch to provide relative axial movement between the outer radial bearing and the third spindle clutch.

27. An integrated bearing section according to claim 25, in which the outer thrust bearing is made of two semi-cylindrical elements.

28. A method for absorbing radial load and axial load in a mud-lubricated drilling motor, comprising the steps of:

a) provide an integrated bearing section for a drilling motor comprising: a housing with an internal bore; a spindle at least partially located in the inner channel of the housing, and the spindle contains an outer surface having a plurality of annular grooves; a plurality of spherical elements, each of the spherical elements located partially in one of the annular grooves of the spindle; an outer radial bearing located around the spindle and in the inner channel of the housing, wherein the outer radial bearing contains an inner surface of a flat profile, while at least one of the spherical elements interacts with the inner surface of a flat profile of the outer radial bearing to provide relative axial movement between the spindle and the outer radial bearing; and an outer thrust bearing located around the spindle and in the inner channel of the housing, and the outer thrust bearing includes an inner surface having an annular groove, while at least one of the spherical elements is in engagement with the annular groove of the outer thrust bearing;

b) transmitting torque to the spindle to rotate the spindle relative to the housing, the outer radial bearing, and the outer thrust bearing;

c) take a radial load with an outboard radial bearing and take an axial load with an outboard thrust bearing; and

d) provide relative axial movement between the outer radial bearing and the spindle when the spherical members or annular grooves wear.

29. The method of claim 28, further comprising the steps of:

e) disassemble the integrated bearing section;

f) increase the radius on the longitudinal section of each of the plurality of annular grooves in the spindle and increase the radius of the annular groove in the outer thrust bearing; and

g) assembling an integrated bearing section with a plurality of larger spherical elements, each of the larger spherical elements located partially in one of the annular grooves of the spindle, while at least one of the larger spherical elements is engaged with the annular groove in the outer thrust bearing, with the size of the larger spherical elements approximately equal to or slightly less than the radius in the longitudinal section of the plurality of annular grooves in the spindle.

30. A method for absorbing radial load and axial load in a mud-lubricated drilling motor, comprising the steps of:

a) provide an integrated bearing section for a drilling motor comprising: a housing with an internal channel, while the inner surface of the internal channel of the housing contains an annular groove; a spindle at least partially located in the internal channel of the housing, wherein the spindle comprises a first spindle part and a second spindle part, wherein the first spindle part contains an outer surface of a flat profile, and the second spindle part contains an outer surface having an annular groove, while the annular groove in the inner surface of the inner channel of the housing is axially aligned with the outer surface of the flat profile of the first part of the spindle; an outer thrust bearing disposed around the second spindle portion and in the inner bore of the housing, the outer thrust bearing comprising an inner surface having an annular groove axially aligned with the annular groove in the outer surface of the second spindle portion; and a plurality of spherical elements, wherein at least one of the spherical elements is located partially in the annular groove of the second part of the spindle and is located partially in the annular groove of the outer thrust bearing, and at the same time at least one of the spherical elements is located partially in the annular groove of the inner channel of the housing and interacts with a flat profile of the outer surface of the first part of the spindle to provide relative axial movement between the spindle and the housing;

b) transmitting torque to the spindle to rotate the spindle relative to the housing and the outer thrust bearing;

c) bear the radial load by the housing and bear the axial load by the outer thrust bearing; and

d) provide relative axial movement between the body and the spindle when the spherical members or annular grooves wear.

31. The method of claim 30, further comprising the steps of:

e) disassemble the integrated bearing section;

f) increase the radius on the longitudinal section of the annular groove in the second part of the spindle, increase the radius of the annular groove in the outer thrust bearing, and increase the radius of the annular groove in the housing; and

g) assembling an integrated bearing section with a plurality of larger spherical elements, wherein at least one of the larger spherical elements is located partially in the annular groove of the second part of the spindle and is located partially in the annular groove of the outer thrust bearing, and at least one of larger spherical elements is located partially in the annular groove of the internal channel of the housing.