Опора шарошечного долота

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровым шарошечных долот. Техническим результатом является уменьшение ударных нагрузок на замковый подшипник и увеличение срока его службы, следовательно, и опоры в целом. Устройство содержит лапу с цапфой, выполненную с каналами для подачи смазки, и шарошку, закрепленную на цапфе посредством подшипников скольжения и замкового подшипника качения. Опорная поверхность шарошки, образующая подшипник скольжения, выполнена с продольными пазами. Пазы имеют в поперечном сечении клиновидную форму и сообщены между собой канавками. Канавки выполнены на внутренней поверхности выступов, образованных между клиновидными пазами и выполненными на внутренней поверхности выступов с переменным сечением, увеличивающимся в сторону вращения шарошки. Опора снабжена втулкой, жестко соединенной с шарошкой и расположенной у основания цапфы. На внутренней поверхности втулки выполнена кольцевая расточка под уплотнительный элемент. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к маслонаполненным опорам буровых шарошечных долот.

Известна опора шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой посредством подшипников скольжения и качения, один из которых - замковый, установлена шарошка с рабочими элементами (см. справочник «Буровые долота». Палий П.А. и Корнеев К.Е. Москва, Недра, 1971 г., с.175, рис.V1.29).

К недостаткам данной опоры долота следует отнести быстрый выход ее из строя из-за отсутствия смазки подшипников, что особо сильно сказывается при бурении на форсированных режимах.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, выполненной с осевым и радиальными каналами для подачи смазки, шарошку, установленную на цапфе посредством подшипников скольжения и замкового подшипника качения, и уплотнительный элемент (см. Каталог буровых долот, ВОЛГАБУРМАШ, 2003, с.13, рис.2).

В данном долоте благодаря использованию системы смазки повышается работоспособность опоры. К недостаткам данной конструкции опоры бурового долота следует отнести то, что в ней не исключаются ударные нагрузки, действующие на замковый подшипник и выводящие его из строя.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является улучшение эффективности работы опоры и долота в целом путем исключения ударных нагрузок, действующих на замковый подшипник.

Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре шарошечного долота, содержащей лапу с наклонной цапфой, выполненной с осевым и радиальными каналами для подачи смазки, шарошку, установленную на цапфе посредством подшипников скольжения и замкового подшипника качения, и уплотнительный элемент, согласно изобретению опорная поверхность шарошки, образующая подшипник скольжения, выполнена с продольными пазами, имеющими в поперечном сечении клиновидную форму, при этом продольные пазы сообщены между собой канавками, выполненными на внутренней поверхности выступов, образованных между клиновидной формы пазами.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:

- канавки на внутренней поверхности выступов выполнены с переменным сечением, увеличивающимся в направлении вращения шарошки;

- опора снабжена втулкой, жестко соединенной с шарошкой и расположенной у основания цапфы, при этом на внутренней поверхности втулки выполнена кольцевая расточка под уплотнительный элемент.

Такое выполнение опоры долота позволяет уменьшить ударные нагрузки на замковый подшипник и тем самым повысить стойкость опоры и долота в целом.

Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг.1 изображен общий вид опоры долота в разрезе; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 и на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2.

Опора бурового шарошечного долота включает лапу 1 с цапфой 2 и шарошку 3 с замковым подшипником 4, подшипник скольжения 5 и уплотнительный элемент 6. Лапа 1 и цапфа 2 выполнены с каналами 7 для подачи смазки из маслонаполненной емкости (не показана). Шарошка 3 закреплена на цапфе 2 посредством замкового подшипника 4, устанавливаемой любым известным способом, например через канал в корпусе шарошки 3 или через канал в цапфе 2 (каналы не показаны). Опорная поверхность шарошки 3, образующая подшипник скольжения 5, выполнена с продольными пазами 8, имеющими в поперечном сечении клиновидную форму и соединенными с каналом 7 для подачи смазки радиальными каналами 9. Опора снабжена втулкой 10, жестко соединенной с шарошкой 3, например, посредством резьбы 12 и расположенной у основания цапфы 2. На внутренней поверхности втулки 10 выполнена кольцевая расточка под уплотнительный элемент 6. Продольные пазы 8 сообщены между собой канавками 13, выполненными на внутренней поверхности выступов 11, образованных между клиновидными пазами 8. При этом канавки 13 на внутренней поверхности выступов 11 выполнены с переменным сечением, увеличивающимся в направлении вращения шарошки 3.

Принцип работы опоры долота заключается в следующем. Под действием осевой нагрузки и крутящего момента, передаваемого с поверхности через колонну бурильных труб, породоразрушающие элементы шарошки 3 внедряются в породу и разрушают ее. Разрушенная порода удаляется с забоя скважины промывочной жидкостью, подаваемой через промывочную систему долота. В процессе бурения осевая нагрузка воспринимается замковым подшипником 4 и подшипником скольжения 5. При этом при вращении шарошек 3 благодаря использованию подшипников скольжения 5 с продольными пазами 8, полость которых сообщена радиальными каналами 9 с маслонаполненной емкостью, смазка из полости между цапфой 2 и шарошкой 3 постоянно циркулирует через радиальные каналы 9. Выполнение же пазов 8 с поперечным сечением клиновидной формы создает масляный клин между шарошкой 3 и цапфой 2. Это значительно снижает ударные нагрузки на опору долота и, в первую очередь, на замковый подшипник 4, являющийся слабым звеном опоры, т.к. замковый подшипник наряду с радиальными нагрузками воспринимает также и осевые нагрузки. При совмещении опорной части цапфы 2 с выступающими частями 11 шарошки 3, образующими подшипник скольжения 5, происходит рост давления смазки в полости между нагруженной частью цапфы 2 и контактирующей с ней зоной шарошки 3. Это обеспечивает бесконтактное вращение шарошки 3 относительно цапфы 2. Этому также способствует и наличие канавок 13 на внутренней поверхности выступов 11, выполненных с переменным сечением, увеличивающимся в направлении вращения шарошки 3. Количество канавок между соседними продольными пазами 8 выбирается в зависимости от типоразмера долота. Расположение втулки 10 у основания цапфы 2 обеспечивает смазку всей опорной поверхности цапфы 2 и надежную герметизацию опоры при одновременном упрощении монтажа и демонтажа узла уплотнения. Кроме того, это позволяет в широких пределах использовать различные варианты уплотнения опоры без изменения самой конструкции шарошки.

Все это позволяет повысить технико-экономические показатели буровых работ, в первую очередь, за счет повышения срока службы опоры, особенно при применении форсированных режимов бурения.

1. Опора шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, выполненной с осевым и радиальными каналами для подачи смазки, шарошку, установленную на цапфе посредством подшипников скольжения и замкового подшипника качения, и уплотнительный элемент, отличающаяся тем, что опорная поверхность шарошки, образующая подшипник скольжения, выполнена с продольными пазами, имеющими в поперечном сечении клиновидную форму, при этом продольные пазы сообщены между собой канавками, выполненными на внутренней поверхности выступов, образованных между клиновидной формы пазами.

2. Опора шарошечного долота по п.1, отличающаяся тем, что канавки на внутренней поверхности выступов выполнены переменного сечения, увеличивающимся в сторону вращения шарошки.

3. Опора шарошечного долота по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена втулкой, жестко соединенной с шарошкой и расположенной у основания цапфы, при этом на внутренней поверхности втулки выполнена кольцевая расточка под уплотнительный элемент.