Буровое шарошечное долото с циркуляционной системой смазки опоры


 


Владельцы патента RU 2453675:

Минобрнауки России Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный горный университет" (RU)

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровым шарошечных долот. Позволяет повысить стойкость путем реализации постоянной циркуляции смазки с производительностью, пропорциональной частоте вращения долота. Винтовой насос выполнен в цапфе с приводом от шарошки через компенсирующую муфту, цилиндр насоса и емкость для смазочной жидкости имеют медное покрытие. Циркуляционная система смазки обеспечивает эффективную смазку подшипников, их охлаждение и возникновение эффекта безызносности. Благодаря этому увеличивается работоспособность долота в целом, что улучшает технико-экономические показатели буровых работ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к конструкции опоры буровых шарошечных долот.

Триботехнические характеристики элементов опор шарошечных долот всегда являлись основными критериями, определяющими их долговечность. Основной причиной отказа шарошечных долот (до 80%) является износ подшипников опор. Если износ вооружения долота приводит к снижению механической скорости бурения и, в худшем случае, к остановке процесса углубления скважины, то преждевременный износ опоры часто вызывает аварийную ситуацию - оставление шарошек на забое.

Многолетний опыт показывает [Избирательный перенос в тяжелонагруженных узлах трения / Под общей ред. Д.Н.Гаркунова. М.: Машиностроение, 1982. 207 с.], что высоких результатов по повышению эффективности работы опор можно достичь путем реализации «эффекта безызносности» различными конструктивно-технологическими решениями.

Эффект безызносности (избирательный перенос, безызносное трение) - вид трения, который обусловлен самопроизвольным образованием в зоне контакта тонкой неокисляющейся металлической пленки с низким сопротивлением сдвигу и не способной накапливать при деформации дислокации. На пленке, образуя с ней химическую связь, может происходить образование координационных соединений из продуктов механической деструкции углеводородов смазки, создавая дополнительный антифрикционный слой [Симисинов Д.И., Боярских Г.А., Дмитриев В. Т. Самоорганизующаяся трибосистема как средство повышения эффективности работы опор шарошечных долот. Горное оборудование и электромеханика. - 2006. - №8. С.25-28].

Поскольку при эффекте безызносности трение сопровождается эволюционными процессами - образованием металлической пленки на трущихся поверхностях, то главным в этом случае становится самоорганизующийся характер трения, который обусловлен обменом трущейся пары с внешней средой энергией и веществом, а также коллективным поведением ионов металла, из которых формируется металлическая пленка. Она представляет собой металл в особом состоянии, имеющем место только в процессе трения. Трение не может уничтожить пленку, так как оно ее воспроизводит.

Наиболее распространенным механизмом, в котором реализуется эффект безызносного трения, является компрессор бытового холодильника. Узлы трения компрессора, изготовленные из стали (коленчатый вал, подшипники скольжения, поршень и цилиндры), работают в режиме безызносного трения в течение многих лет (более 30 и 40) практически без износа.

В процессе работы поверхности трения деталей компрессора бытового холодильника самопроизвольно покрываются тонкой медной пленкой толщиной 1…2 мкм, которая предохраняет поверхности от непосредственного контакта. Пленка формируется из ионов меди, образующихся в результате избирательного растворения медных трубок охладителя маслофреоновой смесью (5% масла и 50% фреона). В зону контакта трущихся деталей ионы меди доставляются циркулируемым смазочным материалом.

Современная мировая практика применения шарошечных долот показывает, что дальнейшее увеличение их производительности и надежности следует связывать с совершенствованием герметизированных опор (ГНУ, ГАУ), в настоящее время работающих при ограниченной частоте вращения.

Опора состоит из нескольких радиальных и осевых подшипников, образованных поверхностью цапфы, сопряженной с поверхностью шарошки, или разделенных металлическим кольцом.

Нагруженную поверхность цапфы большинство производителей долот наплавляет твердым сплавом, сопряженная поверхность шарошки или промежуточной втулки отличается как конструкцией, так и материалом.

Ряд выпускаемых предприятиями долот имеют размещенный в корпусе резервуар для смазки (лубрикатор) с компенсатором давления в процессе бурения. С этой целью в спинке лапы каждой секции долота высверливают карман, служащий резервуаром-лубрикатором, перекрываемый крышкой после заполнения его смазкой и установки в него эластичного компенсатора. Под давлением бурового раствора, проникающего в компенсатор через отверстие в крышке, смазка проталкивается по смазочному каналу к подшипникам опоры. Утечке смазки из полости шарошки препятствует сальниковое уплотнение, которое перекрывает зазор между шарошкой и цапфой.

Однако применяемые конструкции маслонаполненных опор с лубрикаторами не обеспечивают циркуляцию смазки в опоре долота, необходимую для отвода тепла от контактных поверхностей подшипников, и не обеспечивают условия для реализации эффекта безызносности.

Известно долото с размещенным в корпусе лубрикатором [Патент на изобретение №2363830, E21B 10/24]. Из смазочного резервуара в корпусе смазка подается в каналы между шарошкой и цапфой. При этом первый канал ведет от смазочного резервуара к канавке, выполненной на ненагруженной стороне цапфы. Второй канал ведет от смазочного резервуара к канавке, выполненной на поверхности цапфы в пределах от 185° до 225°, если смотреть со стороны внутреннего конца цапфы, где находится область расхождения кольцевого зазора между цапфой и шарошкой, преимущественно в области быстрого снижения давления с нагруженной стороны цапфы.

Принцип работы насоса на основе гидродинамического эффекта, возникающего в серповидном зазоре, не позволяет обеспечить высокую производительность насоса, которая зависит от свойств смазки, величины зазора и износа подшипников опоры.

Известен наддолотный лубрикатор для смазки опор шарошечных долот в процессе бурения [Патент на изобретение №2304690, E21B 10/24]. Лубрикатор содержит корпус с центральным каналом, резервуар для смазочного материала, устройство для подачи смазочного материала в полости опор шарошек, каналы для циркуляции смазочного материала из резервуара в полости опор шарошек. Устройство для подачи смазочного материала выполнено в виде винтового насоса, размещенного параллельно оси центрального канала в резервуаре и изолированного от попадания промывочной жидкости уплотнениями движущихся частей, винт которого приводится во вращение за счет фрикционной передачи от свободно размещенной втулки, снабженной жестко расположенной в ее осевом канале турбиной.

Недостатком этого решения является сложное и ненадежное устройство привода насоса, а также размещение устройства не в долоте, а отдельном изделии, что усложняет эксплуатацию долота, предъявляет к конструкции долота специальные требования по наличию каналов для циркуляции смазочного материала.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение стойкости долота путем реализации постоянной циркуляции смазки с производительностью, пропорциональной частоте вращения долота, обеспечивающей эффективную смазку подшипников, их охлаждение и возникновение эффекта безызносности. Благодаря этому увеличивается работоспособность долота в целом, что улучшает технико-экономические показатели буровых работ.

Буровое шарошечное долото с циркуляционной системой смазки опоры имеет корпус, по меньшей мере, одну лапу с цапфой, шарошку, вращающуюся на подшипниках опоры и закрепленную замковым устройством. С целью повышения долговечности работы опора оснащена циркуляционной системой смазки, которая включает в себя осевой винтовой насос и систему резервуаров и каналов для подачи смазки к трущимся поверхностям подшипников опоры при работе долота.

На фиг.1 показан разрез бурового шарошечного долота с циркуляционной системой смазки опоры,

Буровое шарошечное долото с циркуляционной системой смазки подшипниковой опоры, имеющее, по меньшей мере, одну лапу 1 с цапфой 2, шарошку 3, закрепленную на цапфе 2 и вращающуюся на подшипниках 4, резервуар 5 для смазочной жидкости и осевой винтовой насос для перекачки смазочной жидкости, состоящий из винта 6 и цилиндра 7, при этом шарошка 3 снабжена полумуфтой 8, закрепленной на шарошке 3 по оси ее вращения, а циркуляционная система смазки выполнена в цапфе 2 с приводом осевого винтового насоса от шарошки 3 через компенсирующую муфту, допускающую относительное смещение между полумуфтой 8 и винтом насоса 6 при наличии радиальных, угловых и осевых смещений в опоре, возникающих при работе, а также в результате изнашивания подшипников 4, при этом цилиндр насоса 7 и резервуар 5 для смазочной жидкости имеют медное покрытие.

Цилиндр 7 винтового насоса закреплен во внутренней полости цапфы 2 долота резьбовым соединением 9. Винт 6 одним концом установлен в цилиндр 7 и закреплен от осевого перемещения стопорной шайбой 10 с установленной промежуточной подшипниковой шайбой 11, другой конец винта 6 установлен в паз полумуфты 8, закрепленной на шарошке 3 по оси ее вращения посредством гайки 12.

Устройство для циркуляционной системы смазки работает следующим образом. Винту 6 через полумуфту 8 передается вращение от шарошки 3, смазка из резервуара 5, расположенного над винтом 6, поступает в насос через каналы а и подается через торцевой зазор между цапфой 2 и шарошкой 3 в подшипники 4, далее через каналы с и b возвращается в резервуар 5.

На стальных поверхностях подшипника 10 формируется пленка из ионов меди, образующихся в результате избирательного растворения медной поверхности резервуара маслом (например, ЦИАТИМ - 201). В зону контакта трущихся деталей ионы меди доставляются циркулируемым смазочным материалом. Для повышения эффективности возможно применение составов масел с металлоплакирующими присадками.

Таким образом, реализуется постоянная циркуляция смазки с производительностью, пропорциональной частоте вращения долота, обеспечивающая эффективную смазку подшипников, их охлаждение и возникновение эффекта безызносности.

1. Буровое шарошечное долото с циркуляционной системой смазки подшипниковой опоры, имеющее, по меньшей мере, одну лапу с цапфой, шарошку, закрепленную на цапфе и вращающуюся на подшипниках, резервуар для смазочной жидкости и осевой винтовой насос для перекачки смазочной жидкости, отличающееся тем, что шарошка снабжена полумуфтой, закрепленной на оси ее вращения, а циркуляционная система смазки выполнена в цапфе с приводом осевого винтового насоса от шарошки через компенсирующую муфту, допускающую относительное смещение между полумуфтой и винтом насоса при наличии радиальных, угловых и осевых смещений в опоре, возникающих при работе, а также в результате изнашивания подшипников.

2. Буровое шарошечное долото по п.1, отличающееся тем, что цилиндр насоса и емкость для смазочной жидкости имеют медное покрытие.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровых шарошечных долот, содержащих лапу с цапфой, выполненных с каналами для подачи смазки, шарошку, закрепленную на цапфе посредством замкового подшипника, и размещенное в выточке уплотнительное эластичное кольцо.

Изобретение относится к буровой технике, к конструкции шарошечного долота для бурения скважин, подшипниковым узлам, воспринимающим большие односторонние осевые и радиальные нагрузки.

Изобретение относится к шарошечным долотам для бурения скважин с очисткой забоя скважин газообразным агентом. .

Изобретение относится к области буровой техники и может использоваться при производстве буровых шарошечных долот, предназначенных для бурения глубоких скважин с целью добычи нефти и газа.

Изобретение относится к шарошечному породоразрушающему инструменту, а именно к системам смазки опоры долота. .

Изобретение относится к буровой технике, а именно к наддолотным лубрикаторам для смазки опор шарошечных долот в процессе бурения. .

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к шарошечным долотам и бурильным головкам для бурения скважин. .

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к шарошечным долотам и бурильным головкам для бурения скважин. .

Изобретение относится к бурению скважин в горной промышленности шарошечными долотами с очисткой забоя воздушно-водяной смесью. .

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

Изобретение относится к области буровой техники, а именно к буровым долотам с продувкой забоя воздухом

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано при изготовлении шарошечных буровых долот

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано при изготовлении шарошечных буровых долот

Изобретение относится к шарошечному породоразрушающему инструменту, а именно к системам смазки опоры бурового долота. Обеспечивает повышение долговечности опоры бурового долота, возможность обновления смазочного материала в зоне трения в процессе эксплуатации долота. Система смазки бурового шарошечного долота с герметизированными опорами включает узел компенсации смазки в опоре и систему каналов и полостей, соединяющих узел компенсации смазки с зонами трения в опоре. В замковом пальце имеется две полости, не сообщающиеся друг с другом, одна из которых обеспечивает поступление смазочного материала из масляного резервуара через длинный канал в полость опоры, а другая в совокупности с отверстием по оси цапфы обеспечивает отвод из полости опоры отработавшего смазочного материала. Дополнительно имеются два клапана и постоянный магнит, при этом впускной клапан вмонтирован в отверстие по оси цапфы вблизи упорного торца цапфы, выпускной клапан вмонтирован в замковый палец, вблизи спинки лапы, а постоянный магнит расположен в полости замкового пальца, сообщающейся с отверстием по оси цапфы. Смазочная система заполнена смазочным маслом с антизадирными присадками. 1 ил.

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано при изготовлении шарошечных буровых долот. Обеспечивает повышение надежности и работоспособности долота. Резервуар для смазки опоры бурового шарошечного долота содержит автономный корпус со вставным дном и стопорным устройством, герметично устанавливаемый и жестко закрепляемый в отверстии лапы со стороны затрубного пространства, разделительный элемент между смазкой и промывочной жидкостью, позволяющий регулировать давление на смазку внутри резервуара, коническое резьбовое отверстие с пробкой для заправки смазки, боковую проточку с выходным отверстием на стенке корпуса для соединения с каналом системы смазки в лапе для вакуумирования полости опоры и закачки в нее смазки, а также систему каналов и отверстий для подвода внутрь резервуара промывочной жидкости. Разделительный элемент выполнен подвижным, в виде герметизированного поршня, перемещающегося внутри резервуара в зависимости от разницы давления в затрубном пространстве и внутри полости опоры, при этом на его боковой поверхности выполнена кольцевая проточка, соединенная отверстием с внутренней полостью в поршне со стороны смазки, вершина которой со стороны промывочной жидкости снабжена прорезным лепестковым клапаном, открывающимся при избыточном давлении смазки в опоре для сбрасывания его и закрывающимся при выравнивании давления. 9 ил.

Изобретение относится к области горного дела, а именно к шарошкам буровых долот для бурения скважин большого диаметра под сваи, разработки горных пород. Технический результат заключается в увеличении срока службы шарошки при одновременном снижении трудоемкости изготовления. Шарошка бурового долота содержит корпус, ось, установленную в корпусе на подшипниках, крышку, камеру переменного объема с поршнем, сообщенную с внутренней полостью шарошки. Между крышкой и подшипником, на оси, с возможностью ограниченного осевого перемещения, установлен подпружиненный относительно крышки поршень. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области горного дела, а именно к шарошкам буровых долот для бурения скважин большого диаметра под сваи, разработки горных пород. Технический результат заключается в увеличении срока службы шарошки при одновременном снижении трудоемкости изготовления. Шарошка бурового долота содержит корпус, ось со сквозным осевым каналом, установленную в корпусе на подшипниках, крышку, камеру переменного объема с поршнем, сообщенную с внутренней полостью шарошки. В центральном отверстии оси, оппозитно друг другу, установлены два поршня, соединенные пружиной растяжения, а в средней части оси, с возможностью сообщения центрального отверстия оси с внутренней полостью шарошки, выполнен как минимум один радиальный канал. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к компоновкам шарошки для буровой тоннелепроходческой машины. Технический результат заключается в предотвращении попадания грязи и других посторонних веществ в компоновке шарошек, работающих в условиях высоких гидростатических давлений. Компоновка шарошки с компенсацией давления для буровой тоннелепроходческой машины включает в себя вал, кольцевой резец в сборе, установленный с возможностью вращения на валу, и первый и второй концевые фиксаторы, закрепленные невращающимися на валу. Группы вращающихся уплотнений, погруженные в смазку, создают подвижное уплотнение между вращающимся кольцевым резцом в сборе и концевыми фиксаторами. Перемещающийся поршневой элемент подвергается воздействию внешнего давления и находится в контакте со смазкой, так что увеличение внешнего давления должно увеличивать давление смазки, при этом перепад давления на уплотнении поддерживается незначительным. В одном варианте осуществления поршень является частью плавающего фиксатора. В других вариантах осуществления поршень является кольцевым поршнем либо поршень представляет собой множество поршней, установленных в концевом фиксаторе. 6 н. и 14 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх