Опора бурового шарошечного инструмента

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к уплотнительным элементам, и может быть использовано в буровых долотах, расширителях и калибраторах. Техническим результатом является повышение работоспособности породоразрушающего инструмента в целом. Опора шарошечного породоразрушающего инструмента включает цапфу, закрепленную на ней посредством замкового подшипника шарошку и установленный между шарошкой и цапфой уплотнительный элемент. При этом уплотнительный элемент имеет поперечное сечение в форме полукольца, ориентированного открытой частью в сторону торца цапфы. В полости уплотнительного элемента установлены два пружинных разрезных кольца разного диаметра. Причем наружный диаметр большого разрезного кольца - D_К и внутренний диаметр меньшего разрезного кольца - d_К в свободном состоянии определяются по формулам: D_K>D_УЭ-δ, где: D_УЭ - наружный диаметр уплотнительного элемента; δ - толщина стенки полого уплотнительного элемента d_K<d_УЭ+δ, где: d_УЭ - внутренний диаметр уплотнительного элемента. Концевые участки пружинных колец выполнены в виде гребенок, зубья одной из которых входят в пазы другого. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано в буровых долотах, расширителях и калибраторах с герметизированной маслонаполненной опорой.

Известна опора бурового долота, содержащая цапфу и закрепленную на ней посредством замкового подшипника шарошку, армированную породоразрушающими зубками (см. Шарошечные долота. Международная инженерная энциклопедия, М., 2000 г., с.11-13).

К недостаткам такого долота следует отнести быстрый выход из строя его опоры, что связано с возможностью попадания шлама в полость шарошки. Особенно это сильно сказывается при бурении по абразивным породам.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора бурового шарошечного инструмента, содержащая цапфу с каналами для подачи смазки, уплотнительным элементом и шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника (см. патент США №4588309, кл. Е21В 10/08, 1986 г.).

Как известно, большое значение для работоспособности породоразрушающего инструмента любого типа имеет герметизация опор со стороны торца шарошки, предотвращающая попадание в нее абразивного шлама, способного кратно снизить стойкость и долговечность подшипников и всей опоры в целом. С этой точки зрения наличие узла герметизации в данном инструменте безусловно положительно влияет на ресурс работы его опоры. Однако надежность работы такого узла герметизации весьма мала. К недостаткам прототипа следует отнести малый срок службы используемого уплотнительного элемента и как следствие этого сравнительно быстрый выход из строя опоры и породоразрушающего инструмента в целом в связи с отсутствием возможности плавного регулирования натяга уплотнительного кольца, а также надежной и длительной компенсации износа.

В связи с этим техническим результатом изобретения является повышение работоспособности опоры породоразрушающего инструмента.

Для достижения указанного технического результата в опоре бурового шарошечного инструмента, включающей цапфу, закрепленную на ней посредством замкового подшипника шарошку и установленный между шарошкой и цапфой уплотнительный элемент, согласно изобретению уплотнительный элемент выполнен с поперечным сечением в форме полукольца, ориентированного открытой частью в сторону торца цапфы, при этом в полости уплотнительного элемента установлены два пружинных разрезных кольца разного диаметра, взаимодействующих с его стенками, причем наружный диаметр большого разрезного кольца - D_К и внутренний диаметр меньшего разрезного кольца - d_К в свободном состоянии определяются соответственно по формуле:

D_К≥D_УЭ-δ,

где: D_УЭ - наружный диаметр уплотнительного элемента;

δ - толщина стенки полого уплотнительного элемента

d_К≤d_УЭ+δ,

где: d_УЭ - внутренний диаметр уплотнительного элемента.

Достижению указанного технического результата по обоим вариантам способствует также и то, что:

- торцы пружинных разрезных колец имеют форму гребенки, зубья одного торца которой входят во впадины другого ее торца.

- наружная поверхность большого пружинного разрезного кольца и внутренняя поверхность меньшего пружинного разрезного кольца имеют выпуклую или плоскую форму, конгруэнтную контактирующей поверхности уплотнительного элемента.

На фиг.1 показан разрез секции бурового долота с герметизированной маслонаполненной опорой; на фиг.2 - уплотнительный элемент, на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2 и на фиг.4 концевой участок разрезного кольца.

Опора бурового шарошечного инструмента содержит лапу 1 с узлом смазки 2, шарошку 3 с зубками 4, установленную на цапфе 5 посредством подшипников 7 и 8, и уплотнительный элемент 6. Уплотнительный элемент 6 выполнен с поперечным сечением в форме полукольца (см. фиг.2), ориентированного открытой частью в сторону торца цапфы 5, при этом в полости уплотнительного элемента 6 установлены два пружинных разрезных кольца 9 и 10 разного диаметра, взаимодействующих с его стенками, причем наружный диаметр - D_K большого разрезного кольца 9 и внутренний диаметр - d_K меньшего разрезного кольца 10 в свободном состоянии определяются соответственно по формуле:

D_К>D_УЭ-δ,

где: D_УЭ - наружный диаметр уплотнительного элемента;

δ - толщина стенки полого уплотнительного элемента

d_К<d_УЭ+δ,

где: d_УЭ - внутренний диаметр уплотнительного элемента;

Наружная поверхность большого пружинного разрезного кольца 9 и внутренняя поверхность меньшего пружинного разрезного кольца 10 имеют выпуклую или плоскую форму, конгруэнтную контактирующей поверхности уплотнительного элемента 6.

Пружинное кольцо 9 в свободном состоянии имеет наружный диаметр по всей линии контакта больше внутреннего диаметра уплотнительного элемента 6 по той же линии контакта. А пружинное кольцо 10 имеет внутренний диаметр по всей линии контакта, меньше внутреннего диаметра уплотнительного элемента 6 по той же линии контакта. При этом концевые участки пружинных колец 9 и 10 выполнены в виде гребенок, зубья 11 одного торца которого входят во впадины 12 другого торца. Такое выполнение торцевых участков пружинных колец 9 и 10 исключает их смещения относительно друг друга.

Принцип работы предложенной опоры заключается в следующем. В процессе работы уплотнительный элемент 6 постоянно подвергается пульсирующим сжимающим и разжимающим нагрузкам, способствующим уменьшению его эластичности и нарушению герметичности опоры. Кроме того, этому способствует также и то, что опорные поверхности шарошки 3 и цапфы 5 подвергаются постоянному износу. В результате этого происходит увеличение зазора между шарошкой 3 и цапфой 5, а следовательно, и увеличение сжимающих и разжимающих нагрузок, действующих на уплотнительный элемент 6 и способствующих его износу. Для компенсации износа опорных поверхностей шарошки 3, цапфы 5 и уплотнительного элемента 6 в предложенной опоре предлагается использовать уплотнительный элемент 6 с поперечным сечением в форме полукольца, в полости которого размещают два пружинных разрезных кольца 9 и 10. При этом кольцо 9 большего диаметра оказывает на стенки уплотнительного элемента 6 постоянно действующее распирающее усилие, а кольцо 10 меньшего диаметра - постоянно действующее сжимающее действие, что постоянно удерживает уплотнительный элемент 6 в напряженном состоянии. В результате этого открытые концевые участки уплотнительного элемента 6 постоянно прижаты с одной стороны к шарошке 3, а с другой стороны - к цапфе 5 и тем самым препятствуют утечке смазки как между уплотнительным элементом 6 и шарошкой 3, так и между уплотнительным элементом 6 и цапфой 5.

Данное изобретение позволяет достигнуть требуемого технического результата и может быть применено в любых буровых долотах, расширителях и калибраторах с герметизированной опорой для глубокого, сверхглубокого и взрывного бурения. Оно достаточно легко воспроизводится и надежно в работе.

Опора бурового шарошечного инструмента, содержащая цапфу с каналами для подачи смазки, уплотнительным элементом и шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника, отличающаяся тем, что уплотнительный элемент выполнен с поперечным сечением в форме полукольца, ориентированного открытой частью в сторону торца цапфы, при этом в полости уплотнительного элемента установлены два пружинных разрезных кольца разного диаметра, взаимодействующих с его стенками, причем наружный диаметр D_K большого разрезного кольца и внутренний диаметр d_K меньшего разрезного кольца в свободном состоянии определяются соответственно по формуле

D_K>D_УЭ-δ,

где D_УЭ - наружный диаметр уплотнительного элемента;

δ - толщина стенки полого уплотнительного элемента;

d_K<d_УЭ+δ,

где d_УЭ - внутренний диаметр уплотнительного элемента.

2. Опора бурового шарошечного инструмента по п.1, отличающаяся тем, что наружная поверхность большого пружинного разрезного кольца и внутренняя поверхность меньшего пружинного разрезного кольца имеют форму, конгруэнтную контактирующей поверхности уплотнительного элемента.

3. Опора бурового шарошечного инструмента по п.1, отличающаяся тем, что торцы пружинных разрезных колец имеют форму гребенки, зубья одного торца которой входят во впадины другого ее торца.