ОПОРА ШАРОШЕЧНОГО ДОЛОТА Российский патент 2007 года по МПК E21B10/22 

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

Известна опора шарошечного долота, содержащая цапфу, на которой посредством подшипников скольжения и качения, один из которых замковый, установлена шарошка с рабочими элементами, при этом тела качения второго подшипника размещены в отверстиях плавающей втулки (см. авт.св. СССР №941534, кл. Е21В 10/22, 1982 г).

К недостаткам данной опоры следует отнести быстрый выход ее из строя, связанный со значительной осевой нагрузкой на замковый подшипник. Особо это сильно сказывается при использовании долот для разбуривания твердых и крепких пород, эффективность работы которых определяется величиной осевой нагрузки.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является опора шарошечного долота, содержащая полую цапфу, шарошку, закрепленную на цапфе шариковым подшипником с сепаратором в виде сообщенных с полостью и расположенных по периметру цапфы радиальных отверстий и перегородок между отверстиями, и установленный в полости цапфы с возможностью взаимодействия с шариками подшипника цилиндрический запорный элемент (см. авт.св. СССР №1677232, кл. Е21В 10/22, 1991 г.).

Данная опора имеет при одинаковом диаметре замкового шарикового подшипника более прочную цапфу благодаря увеличению ее поперечного сечения. Этому способствует и установка шариков опоры без промежуточного элемента, что увеличивает поверхность контакта шариков с шарошкой и цапфой.

Недостатком опоры является значительные удельные нагрузки, действующие на опорные элементы и, как следствие этого, быстрый износ беговой дорожки и шаров подшипников. Особенно это сильно сказывается на нагруженной части опоры, чему способствует и неоптимальная схема расположения шаров подшипника 4. Все это снижает работоспособность опоры, а следовательно, и долота в целом.

В соответствии с изложенным технической задачей изобретения является повышение стойкости опоры путем снижения износа шариковой беговой дорожки и опор качения.

Поставленная техническая задача решается тем, что опора шарошечного долота, содержащая полую цапфу, шарошку, закрепленную на цапфе шариковым подшипником с сепаратором в виде сообщенных с полостью и расположенных по периметру цапфы радиальных отверстий и перегородок между отверстиями, и установленный в полости цапфы с возможностью взаимодействия с шариками подшипника цилиндрический запорный элемент, согласно изобретению шары замкового подшипника расположены по периметру сепаратора с разным шагом, причем в нагруженной части опоры шаг между шарами меньше, чем в ненагруженной части.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:

- полость, по меньшей мере, между двумя соседними шарами подшипника в верхней части беговой дорожки заполнена смазкой из твердого материала.

- в средней части смазки из твердого материала размещен упругий элемент.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид опоры долота в разрезе; фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Опора бурового шарошечного долота включает цапфу 1 с полостью 2 и закрепленную на цапфе 1 шарошку 3. Между цапфой 1 шарошкой 3 расположен шариковый подшипник 4 с сепаратором, выполненным в цапфе 1 в виде сообщенных с полостью 2 и расположенных по периметру цапфы 1 радиальных отверстий 5 и перегородок 6 между ними. В полости 2 цапфы 1 расположен запорный элемент 7 в виде цилиндра с возможностью взаимодействия с шариками подшипника 4 своей наружной поверхностью. Запорный элемент 7 крепится в полости 2 любым известным способом, например сваркой, посадкой натягом и т.д. В предложенной опоре шаг между шарами замкового подшипника 4 выполнен с разным шагом по периметру сепаратора, причем в нагруженной (нижней) части опоры шаг - t₁ - между шарами меньше, чем шаг - t₂ - в ненагруженной, т.е. в верхней части опоры. Расчет шага между шарами должен производиться в первую очередь с учетом режима бурения.

Полость беговой дорожки 10 в шарошке 3, по меньшей мере, между двумя шарами подшипника 4, в ненагруженной части опоры (в верхней части), заполнена смазкой 8 из твердого материала, например графита. В средней части твердой смазки 8 размещен упругий элемент 9, обеспечивающий смазку шаров подшипника 4.

Монтаж опоры осуществляется при открытой полости 2 цапфы 1 путем совмещения радиальных отверстий 5 в цапфе 1 с беговой дорожкой 8. После этого через радиальные отверстия 5 закатываются шары подшипника 4 и твердая смазка 8 с упругим элементом 9. После установки последнего шара радиальные отверстия 5 запираются запорным элементом 7, а затем фиксируется сам запорный элемент 7 любым известным способом, например сваркой.

Опора долота работает следующим образом. В процессе работы шарошечного долота на забое скважины шарики подшипника 4, располагаясь соответственно в отверстиях 5 цапфы 1 и между шарами подшипника 4, будут вращаться вокруг своей оси, способствуя вращению шарошки 3 и удержанию ее от осевого перемещения относительно цапфы 1. Благодаря установке шаров шарикоподшипника 4 с разным шагом обеспечивается более равномерная загрузка элементов опоры. На нижней части цапфы 1, где усилие со стороны забоя имеет максимальное значение, количество шаров увеличено. Это пропорционально увеличивает контактную поверхность между телами качения и стенками беговой дорожки 10 и соответственно снижает удельное давление на цапфу 1 и тем самым уменьшает износ всех элементов опоры, а следовательно, и увеличивает срок их службы. Этому же способствует и наличие смазки 8 из твердого материала (графита), которая постоянно поджимается к телам качения подшипника 4. В процессе вращения шарошки происходит постоянный износ графита. В результате этого образуется порошок из графита, который смазывает и все остальные шары подшипника 4. Все это позволяет повысить стойкость опоры и долота в целом.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к опорам буровым шарошечных долот, и позволяет повысить стойкость опоры путем уменьшения контактных напряжений в наиболее нагруженной части опоры и постоянной смазке шаров подшипника. Опора содержит полую цапфу, шарошку, закрепленную на цапфе шариковым подшипником с сепаратором в виде сообщенных с полостью и расположенных по периметру цапфы радиальных отверстий и перегородок между отверстиями, и установленный в полости цапфы с возможностью взаимодействия с шариками подшипника цилиндрический запорный элемент. Шары замкового подшипника расположены по периметру сепаратора с разным шагом, причем в нагруженной части опоры шаг между шарами меньше, чем в ненагруженной. В полости беговой дорожки шарошки размещена твердая смазка, которая поджимается к шарам подшипника упругим элементом. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Опора шарошечного долота, содержащая полую цапфу, шарошку, закрепленную на цапфе шариковым подшипником с сепаратором в виде сообщенных с полостью и расположенных по периметру цапфы радиальных отверстий и перегородок между отверстиями, и установленный в полости цапфы с возможностью взаимодействия с шариками подшипника цилиндрический запорный элемент, отличающаяся тем, что шары замкового подшипника расположены по периметру сепаратора с разным шагом, причем в нагруженной части опоры шаг между шарами меньше, чем в ненагруженной.2. Опора шарошечного долота по п.1, отличающаяся тем, что полость, по меньшей мере, между двумя соседними шарами подшипника в верхней части беговой дорожки заполнена смазкой из твердого материала.3. Опора шарошечного долота по п.2, отличающаяся тем, что в средней части смазки из твердого материала размещен упругий элемент.