опора бурового шарошечного долота

Формула изобретения

1. Опора бурового шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, выполненной с осевым и радиальными каналами для подачи смазки, шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника и плавающего подшипника скольжения с пазами на наружной и внутренней поверхностях, сообщенными между собой радиальными каналами, и втулку с уплотнительным элементом, жестко соединенную с шарошкой и расположенную у основания цапфы, отличающаяся тем, что уплотнительный элемент выполнен полым и размещен в кольцевой канавке, образованной оппозитно расположенными расточкой на шарошке и проточкой на цапфе, причем уплотнительный элемент в поперечном сечении имеет форму незамкнутой трапеции со стороны большего основания, обращенного в сторону цапфы, а полость уплотнительного элемента сообщена посредством радиальных каналов с осевым каналом цапфы.

2. Опора бурового шарошечного долота по п.1, отличающаяся тем, что пазы на внутренней и наружной поверхностях плавающего подшипника имеют в поперечном сечении клинообразную форму.

3. Опора бурового шарошечного долота по п.1, отличающаяся тем, что пазы на наружной и внутренней поверхностях подшипника скольжения выполнены продольными и расположены в шахматном порядке.

Описание изобретения к патенту

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 решением к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора бурового шарошечного долота, содержащая лапу с наклонной цапфой, выполненной с осевым и радиальными каналами для подачи смазки, шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника и плавающего подшипника скольжения с пазами на наружной и внутренней поверхностях, сообщенными между собой радиальными каналами, и втулку с уплотнительным элементом, жестко соединенную с шарошкой и расположенную у основания цапфы (см. патент РФ № 2068069, кл. Е21В 10/22, 1996 г.).

В данном долоте, благодаря использованию системы смазки и плавающего подшипника, 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, а также недостаточная надежность герметизации. Это ведет к снижению эффективности работы опоры и долота в целом.

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

Поставленная техническая задача решается тем, что в опоре бурового шарошечного долота, содержащей лапу с наклонной цапфой, выполненной с осевым и радиальными каналами для подачи смазки, шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника и плавающего подшипника скольжения с пазами на наружной и внутренней поверхностях, сообщенными между собой радиальными каналами, и втулку с уплотнительным элементом, жестко соединенную с шарошкой и расположенную у основания цапфы, согласно изобретению уплотнительный элемент выполнен полым и размещен в кольцевой канавке, образованной оппозитно расположенными расточкой на шарошке и проточкой на цапфе, причем уплотнительный элемент в поперечном сечении имеет форму незамкнутой трапеции со стороны большего основания, обращенного в сторону цапфы, а полость уплотнительного элемента сообщена посредством радиальных каналов с осевым каналом цапфы.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:

- пазы на внутренней и наружной поверхностях плавающего подшипника имеют в поперечном сечении клинообразную форму;

- пазы на наружной и внутренней поверхностях подшипника скольжения выполнены продольными и расположены в шахматном порядке.

Такое выполнение опоры долота позволяет повысить стойкость опоры и долота в целом благодаря обеспечению надежной герметизации, снижению коэффициента трения между подшипником скольжения и цапфой и уменьшению ударных нагрузок на замковый подшипник.

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

Опора бурового шарошечного долота включает лапу 1, цапфу 2, узел уплотнения, шарошку 3, установленную на цапфе 2 посредством замкового подшипника 4, плавающего подшипника скольжения 5 и втулки 6. Лапа 1 и цапфа 2 выполнены соответственно с каналами 7 и 8 для подачи смазки из маслонаполненной емкости (не показана). Шарошка 3 закреплена на цапфе 2 посредством замкового шарикового подшипника 4. Подшипник скольжения 5 выполнен со сквозными каналами 9 и продольными сквозными пазами 10 и 11 соответственно на ее внутренней и наружной поверхности. Пазы 10 и 11 соединены между собой сквозными каналами 7. Внутренние и наружные пазы 10 и 11 имеют в поперечном сечении клинообразную форму и расположены с угловым смещением относительно друг друга, т.е. в шахматном порядке, что гарантирует равнопрочность подшипника скольжения 5 по всему периметру. Втулка 6 жестко соединена с шарошкой 3, например, посредством резьбы 12 или сваркой. Втулка 6 расположена со стороны основания цапфы 2 и выполнена с кольцевой расточкой 13 на внутренней поверхности, расположенной оппозитно относительно кольцевой проточки 14 на цапфе 2. Расточка 13 и проточка 14 совместно образуют кольцевую канавку под полый уплотнительный элемент 15 из армированного эластичного материала, например маслостойкой резины, тефлона и т.д., перекрывающего зазор между втулкой 6 и цапфой 2. Уплотнительный элемент 15 в поперечном сечении имеет форму трапеции, открытой со стороны большего основания. Полость уплотнительного элемента 15 сообщена посредством радиальных каналов 16 с осевым каналом 8 цапфы 2. Радиальные каналы 16 выполнены также и в области расположения подшипника скольжения 5 для подачи смазки в полость внутренних пазов 10 подшипника 5. Необходимость радиальных каналов 16 в зоне подшипника скольжения 5 связана с возможностью перекрытия зазоров между контактирующими торцами цапфы 2 и шарошки 3. В таких случаях радиальные каналы 16 обеспечивают бесперебойную подачу смазки в полость подшипника скольжения 5.

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 благодаря выполнению уплотнительного элемента 15 в поперечном сечении в форме трапеции, полость которого постоянно сообщена с каналами 7 и 8 для подачи смазки, гарантируется постоянное поджатие боковых стенок уплотнительного элемента 15 к стенкам кольцевой канавки, образованной расточкой 13 на внутренней поверхности втулки 5 и проточкой 14 на цапфе 2. А это обеспечивает надежную герметизацию всей опоры долота. Использование же подшипников скольжения 5 со сквозными каналами 9 и продольными пазами 10 и 11 соответственно на его внутренней и наружной поверхности гарантирует постоянную циркуляцию смазки из полости между цапфой 2 и шарошкой 3 через радиальные каналы 16, сообщая полости между шарошкой 3 и подшипником скольжения 5. Выполнение же пазов 10 и 11 с поперечным сечением клинообразной формы позволяет создать масляный клин между шарошкой 3 и цапфой 2 при вращении подшипника скольжения 5 относительно цапфы 1. Это значительно снижает ударные нагрузки на опору долота и в первую очередь на замковый подшипник 4, являющийся слабым звеном опоры, т.к. замковый подшипник 4 наряду с радиальными нагрузками воспринимает также и осевые нагрузки. При совмещении нагруженной части цапфы 2 с выступающими частями подшипника скольжения 5 благодаря указанной форме выполнения пазов 10 на его внутренней поверхности происходит рост давления смазки в полости подшипника скольжения 5 с образованием масляного клина. Это обеспечивает бесконтактное вращение шарошки 3 совместно с подшипником скольжения 5 относительно цапфы 2, т.к. нарастающее гидродинамическое давление удерживает подшипник скольжения 5, а вместе с ним и шарошку 3, на «масляном клине». Выполнение уплотнительного элемента 15 в поперечном сечении в форме трапеции, полость которого постоянно сообщена с каналами для подачи смазки, гарантирует постоянное поджатие боковых стенок уплотнительного элемента 15 к стенкам кольцевой канавки и тем самым надежную герметизацию всей опоры.

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