Опора бурового шарошечного инструмента

Изобретение относится к буровому инструменту, а именно к уплотнительным элементам, и может быть использовано в буровых долотах, расширителях и калибраторах. Техническим результатом является повышение работоспособности опоры и породоразрушающего инструмента в целом. Предложена опора шарошечного долота, включающая лапу с узлом смазки, цапфу, шарошку, закрепленную на цапфе посредством замкового подшипника, и установленный между шарошкой и цапфой уплотнительный элемент. Особенностью предложенной опоры является выполнение уплотнительного элемента с поперечным сечением в форме полукольца, ориентированного открытой частью в сторону торца цапфы. В полости уплотнительного элемента установлено пружинное кольцо, выполненное с поперечным сечением в форме незамкнутого кольца, наружный радиус которого в свободном состоянии больше внутреннего радиуса поперечного сечения уплотнительного элемента, причем стенки пружинного кольца, расположенные вдоль оси цапфы, выполнены с прорезями. Пружинное кольцо может быть выполнено разрезным, при этом торцы пружинного разрезного кольца установлены с перекрытием одного относительно другого. 1 з.п. ф-лы, 5 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 шарошечного породоразрушающего инструмента, включающей цапфу с каналами для подачи смазки, уплотнительным элементом и шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника, согласно изобретению уплотнительный элемент выполнен с поперечным сечением в форме полукольца, ориентированного открытой частью в сторону торца цапфы, при этом в полости уплотнительного элемента установлено пружинное кольцо, выполненное с поперечным сечением в форме незамкнутого кольца, наружный радиус которого в свободном состоянии больше внутреннего радиуса поперечного сечения уплотнительного элемента, причем стенки пружинного кольца, расположенные вдоль оси цапфы, выполнены с прорезями.

Достижению указанного технического результата по обоим вариантам способствует также и то, что пружинное кольцо выполнено разрезным, при этом торцы пружинного разрезного кольца установлены с перекрытием одного относительно другого.

На фиг.1 показан разрез секции бурового долота с герметизированной маслонаполненной опорой, на фиг.2 - уплотнительный элемент в сборе, на фиг.3 и 4 - пружинное и уплотнительное кольца соответственно в свободном состоянии, на фиг.5 - схема выполнения и установки концевых участков пружинного кольца.

Опора шарошечного породоразрушающего инструмента включает лапу 1 с узлом смазки 2, содержащим резервуар со смазкой и канал для его подачи, шарошку 3 с зубками 4, установленную на цапфе 5 посредством подшипников скольжения 7, 8 и шарикового замкового подшипника 9, и размещенный у основания цапфы 2 уплотнительный элемент 6. Уплотнительный элемент 6 выполнен с поперечным сечением в форме полукольца (см. фиг.2 и 4), ориентированного открытой частью в сторону торца цапфы 5. При этом в полости уплотнительного элемента 6 установлено пружинное кольцо 10, наружный радиус R_к поперечного сечения которого в свободном состоянии больше внутреннего радиуса R_У поперечного сечения уплотнительного элемента 6, а стенки пружинного кольца 10, расположенные вдоль оси цапфы, выполнены с прорезями 11.

Пружинное кольцо 10 имеет форму, конгруэнтную контактирующей поверхности уплотнительного элемента 6 и в рабочем положении постоянно взаимодействует с внутренней поверхностью уплотнительного элемента 6. Возможен вариант выполнения пружинного кольца 10 со сквозной радиальной прорезью 13 в плоскости большого диаметра. В этом случае наружный диаметр D_к разрезного кольца 10 в свободном состоянии также должен быть больше внутреннего диаметра D_у уплотнительного элемента 6, а внутренний диаметр d_к кольца 10 должен быть меньше внутреннего диаметра d_у уплотнительного элемента 6. Это обеспечивает дополнительное прижатие уплотнительного элемента 6 к цапфе 5 и к внутренней поверхности шарошки 3. Причем в этом случае концевые участки 12 пружинного кольца 9 должны быть установлены с перекрытием одного относительно другого, образуя сплошное кольцо по всей длине окружности. Такое выполнение торцевых участков 12 пружинного кольца 10, с одной стороны, исключает их смещения одного относительно другого, а с другой стороны, обеспечивает контакт пружинного кольца 10 с уплотнительным элементом 6 по всей длине окружности, что положительно влияет на надежность герметизации опоры долота.

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 размещено пружинное разрезное кольцо 10. При этом пружинное кольцо 10 оказывает на стенки уплотнительного элемента 6 постоянно действующее распирающее усилие, что удерживает уплотнительный элемент 6 в напряженном состоянии в процессе всего времени работы долота. 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 техническое решение 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 просто в изготовлении и надежно в работе.

1.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 установлено пружинное кольцо, выполненное с поперечным сечением, форма которого конгруэнтна контактирующей поверхности уплотнительного элемента, наружный радиус которого в свободном состоянии больше внутреннего радиуса поперечного сечения уплотнительного элемента, причем стенки пружинного кольца, расположенные вдоль оси цапфы, выполнены с прорезями.

2. Опора бурового шарошечного инструмента по п.1, отличающаяся тем, что пружинное кольцо выполнено разрезным, при этом торцы пружинного разрезного кольца установлены с перекрытием одного относительно другого.