ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА Российский патент 1994 года по МПК E21B10/22 

Изобретение относится к буровой технике, а именно - к конструкциям буровых шарошечных долот с продувкой забоя сжатым газообразным агентом.

Известна конструкция опоры шарошечных долот, включающая цапфу лапы, шарошку, подвижно смонтированную на цапфе при помощи подшипников качения. Такие долота обычно выпускаются с открытыми опорами по схеме: "ролик - шарик - ролик", в лапе и цапфе лапы предусмотрены каналы для прохождения части циркулирующего агента, подаваемого к забою, с целью охлаждения полости опоры и ее защиты от попадания шлама [1].

Недостатком этой конструкции является то, что она слабо защищена от попадания шлама и относительно быстро изнашивается.

Это связано с тем, что площади кольцевых пространств между цапфой лапы и шарошкой увеличиваются в различных зонах - от концевого, малого роликового подшипника к периферийному, большому. Такое увеличение площадей кольцевых пространств приводит к изменению давления в указанных зонах, снижению скорости прохождения сжатого агента, ухудшению экранирования, ускорению абразивного износа тел качения и цапфы с нагруженной стороны.

Наиболее близким решением по защите опоры от шлама является шарошечное долото [2].

В этом долоте у основания цапфы и торца шарошки установлено шламозащитное кольцо из упругого материала с разрезами на периферийной части окружности, образующими отдельные лепестки, отгибающиеся от поверхности кольца под воздействием продувочного агента. При прекращении подачи воздуха, под действием обратного давления, лепестки занимают исходное положение, предотвращая попадание выбуренной породы в опору.

Недостатком такого долота является отсутствие прочного металлического каркаса, без которого вся периферийная часть эластичного кольца, включая и лепестки, и перемычки между ними, полностью раскрываются, образуя сплошной кольцевой зазор как и у долот с открытой опорой.

Занимая значительный объем опоры за счет габаритов тел качения, эластичное кольцо с лепестками мало способствует повышению стойкости опоры.

Целью изобретения является повышение долговечности опоры за счет создания одинакового избыточного давления в пространстве всех зон опоры, более высокого, чем в затрубном пространстве, повышение скорости выхода продувочного агента из полости опоры, что позволит исключить попадание абразива со стороны торца шарошки.

Указанная цель достигается тем, что со стороны торца шарошки установлена манжета с металлическим пружинным каркасом и эластичной контактной поверхностью. На указанной контактной поверхности предусмотрены пазы или отверстия в конической части манжеты (включая металлический каркас) или и пазы и отверстия, предусмотренные для выхода из опоры сжатого газообразного агента. Причем общая площадь пазов или отверстий (или пазов и отверстий) меньше площади свободного пространства в зоне наименьшего подшипника, что позволяет обеспечить одинаковое избыточное давление во всех зонах опоры.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемая опора шарошечного долота отличается тем, что в опоре у торца шарошки установлена манжета с металлическим пружинным каркасом и эластичной контактной поверхностью с пазами на последней или отверстиями в конической части манжеты. Возможен также вариант и с пазами, и с отверстиями. Общая площадь пазов, отверстий или тех и других должна быть меньше площади свободного пространства в зоне наименьшего подшипника. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ других известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в предлагаемой опоре шарошечного долота, и признать предлагаемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показана опора шарошечного долота; на фиг. 2 - выноска А в увеличенном масштабе места расположения манжеты с металлическим пружинным каркасом; на фиг. 3 - манжета с металлическим пружинным каркасом, имеющим пазы на эластичной контактной поверхности. Форма сечения пазов может быть различной, например, как показано на фиг. 4; на фиг. 5 - узел варианта исполнения, где на конусной части манжеты с металлическим пружинным каркасом выполнены отверстия; на фиг. 6 - сама манжета с отверстиями; на фиг. 7 - узел другого варианта исполнения, где манжета с металлическим пружинным каркасом имеет пазы и отверстия на конической поверхности; на фиг. 8 - сама манжета с металлическим пружинным каркасом, пазами на эластичной контактной поверхности и отверстиями на конической поверхности.

Опора шарошечного долота содержит лапу с цапфой 1 (фиг.1, 2), на которой смонтирована шарошка 2 посредством подшипников 3, 4 и 5. Опора герметизирована шламозащитной манжетой 6 (равно как и поз.10, 12 фиг. 5, 6 и 7, 8) с металлическим каркасом, имеющим пазы 7 на эластичной контактной поверхности 8 (фиг. 3, 4). Форма сечения пазов 7 может быть различной, например, как показано на фиг. 4 поз. 9. Суммарная площадь сечения пазов 7 меньше площади свободного пространства в зоне наименьшего подшипника 3 для прохода агента. Вместо пазов 7 могут быть выполнены на конической поверхности манжеты 10 (фиг. 5, 6) с металлическим пружинным каркасом, отверстия 11 с той же суммарной площадью сечения. Кроме того, манжета 12 (фиг. 7, 8) с металлическим каркасом может иметь и пазы 7 и отверстия 11 на конической поверхности с той же суммарной площадью сечения.

Устройство работает следующим образом.

При работе долота на забое шарошка 2 вращается на цапфе 1. По центральному каналу цапфы 1 подается сжатый циркулирующий газообразный агент в опору. При прохождении сжатого циркулирующего газообразного агента через зоны свободного пространства подшипника 3 в более широкие зоны свободного пространства шарикового 5 и роликового подшипника 4, давление и скорость при постоянном расходе агента должны были бы падать. Однако наличие у основания цапфы 1 и торца шарошки 2 манжеты 6 с металлическим пружинным каркасом и пазами 7 на эластичной контактной поверхности 8 уравнивает давление во всей полости опоры, экранируя от попадания абразива, обеспечивая при этом охлаждение эластичной контактной поверхности 8 и снижение износа манжеты.

Использование: в буровой технике, а именно - в конструкциях буровых шарошечных долот с продувкой забоя сжатым газообразным агентом. Сущность изобретения: опора шарошечного долота содержит лапу с цапфой, на которой с помощью подшипников смонтирована шарошка, шламозащитное кольцо - эластичную манжету с упругим металлическим каркасом. Эластичная манжета имеет пазы на контактной поверхности или отверстия на конической поверхности манжеты. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА, содержащая лапу с цапфой и продувочными каналами, опорные подшипники шарошки и шламозащитную манжету с металлическим пружинным каркасом, расположенную у торца шарошки, отличающаяся тем, что, с целью повышения стойкости опоры за счет создания одинакового во всех зонах опоры избыточного давления, превышающего давление в затрубном пространстве, эластичная поверхность контакта манжеты с шарошкой имеет пазы или отверстия, суммарная площадь сечения которых меньше площади свободного пространства для прохода агента в зоне наименьшего подшипника. 2. Опора по п.1, отличающаяся тем, что на конической поверхности манжеты выполнены отверстия с суммарной площадью сечения, меньшей площади свободного пространства для прохода агента в зоне наименьшего подшипника.