ОПОРА БУРОВОГО ШАРОШЕЧНОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2008 года по МПК E21B10/22 

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано в буровых долотах, расширителях и калибраторах с герметизированной маслонаполненной опорой.

Известна опора бурового долота, содержащая цапфу и закрепленную на ней посредством замкового подшипника шарошку, армированную породоразрушающими зубками (см. Шарошечные долота. Международная инженерная энциклопедия, М., 2000 г., с.11-13).

К недостаткам такого долота следует отнести быстрый выход из строя его опоры, что связано с возможностью попадания шлама в полость шарошки. Особенно это сильно сказывается при бурении по абразивным породам.

Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является опора бурового шарошечного инструмента, содержащая цапфу с каналами для подачи смазки, уплотнительным элементом и шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника (см. патент США №4588309, кл. Е21В 10/08, 1986 г.).

Как известно, большое значение для работоспособности породоразрушающего инструмента любого типа имеет герметизация опор со стороны торца шарошки, предотвращающая попадание в нее абразивного шлама, способного кратно снизить стойкость и долговечность подшипников и всей опоры в целом. С этой точки зрения наличие узла герметизации в данном инструменте безусловно положительно влияет на ресурс работы его опоры. Однако надежность работы такого узла герметизации весьма мала. К недостаткам прототипа следует отнести малый срок службы используемого уплотнительного элемента и как следствие этого сравнительно быстрый выход из строя опоры и породоразрушающего инструмента в целом в связи с отсутствием возможности плавного регулирования натяга уплотнительного кольца, а также надежной и длительной компенсации износа.

В связи с этим техническим результатом изобретения является повышение работоспособности опоры породоразрушающего инструмента.

Для достижения указанного технического результата в опоре бурового шарошечного инструмента, включающей цапфу, закрепленную на ней посредством замкового подшипника шарошку и установленный между шарошкой и цапфой уплотнительный элемент, согласно изобретению уплотнительный элемент выполнен с поперечным сечением в форме полукольца, ориентированного открытой частью в сторону торца цапфы, при этом в полости уплотнительного элемента установлены два пружинных разрезных кольца разного диаметра, взаимодействующих с его стенками, причем наружный диаметр большого разрезного кольца - D_К и внутренний диаметр меньшего разрезного кольца - d_К в свободном состоянии определяются соответственно по формуле:

D_К≥D_УЭ-δ,

где: D_УЭ - наружный диаметр уплотнительного элемента;

δ - толщина стенки полого уплотнительного элемента

d_К≤d_УЭ+δ,

где: d_УЭ - внутренний диаметр уплотнительного элемента.

Достижению указанного технического результата по обоим вариантам способствует также и то, что:

- торцы пружинных разрезных колец имеют форму гребенки, зубья одного торца которой входят во впадины другого ее торца.

- наружная поверхность большого пружинного разрезного кольца и внутренняя поверхность меньшего пружинного разрезного кольца имеют выпуклую или плоскую форму, конгруэнтную контактирующей поверхности уплотнительного элемента.

На фиг.1 показан разрез секции бурового долота с герметизированной маслонаполненной опорой; на фиг.2 - уплотнительный элемент, на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2 и на фиг.4 концевой участок разрезного кольца.

Опора бурового шарошечного инструмента содержит лапу 1 с узлом смазки 2, шарошку 3 с зубками 4, установленную на цапфе 5 посредством подшипников 7 и 8, и уплотнительный элемент 6. Уплотнительный элемент 6 выполнен с поперечным сечением в форме полукольца (см. фиг.2), ориентированного открытой частью в сторону торца цапфы 5, при этом в полости уплотнительного элемента 6 установлены два пружинных разрезных кольца 9 и 10 разного диаметра, взаимодействующих с его стенками, причем наружный диаметр - D_K большого разрезного кольца 9 и внутренний диаметр - d_K меньшего разрезного кольца 10 в свободном состоянии определяются соответственно по формуле:

D_К>D_УЭ-δ,

где: D_УЭ - наружный диаметр уплотнительного элемента;

δ - толщина стенки полого уплотнительного элемента

d_К<d_УЭ+δ,

где: d_УЭ - внутренний диаметр уплотнительного элемента;

Наружная поверхность большого пружинного разрезного кольца 9 и внутренняя поверхность меньшего пружинного разрезного кольца 10 имеют выпуклую или плоскую форму, конгруэнтную контактирующей поверхности уплотнительного элемента 6.

Пружинное кольцо 9 в свободном состоянии имеет наружный диаметр по всей линии контакта больше внутреннего диаметра уплотнительного элемента 6 по той же линии контакта. А пружинное кольцо 10 имеет внутренний диаметр по всей линии контакта, меньше внутреннего диаметра уплотнительного элемента 6 по той же линии контакта. При этом концевые участки пружинных колец 9 и 10 выполнены в виде гребенок, зубья 11 одного торца которого входят во впадины 12 другого торца. Такое выполнение торцевых участков пружинных колец 9 и 10 исключает их смещения относительно друг друга.

Принцип работы предложенной опоры заключается в следующем. В процессе работы уплотнительный элемент 6 постоянно подвергается пульсирующим сжимающим и разжимающим нагрузкам, способствующим уменьшению его эластичности и нарушению герметичности опоры. Кроме того, этому способствует также и то, что опорные поверхности шарошки 3 и цапфы 5 подвергаются постоянному износу. В результате этого происходит увеличение зазора между шарошкой 3 и цапфой 5, а следовательно, и увеличение сжимающих и разжимающих нагрузок, действующих на уплотнительный элемент 6 и способствующих его износу. Для компенсации износа опорных поверхностей шарошки 3, цапфы 5 и уплотнительного элемента 6 в предложенной опоре предлагается использовать уплотнительный элемент 6 с поперечным сечением в форме полукольца, в полости которого размещают два пружинных разрезных кольца 9 и 10. При этом кольцо 9 большего диаметра оказывает на стенки уплотнительного элемента 6 постоянно действующее распирающее усилие, а кольцо 10 меньшего диаметра - постоянно действующее сжимающее действие, что постоянно удерживает уплотнительный элемент 6 в напряженном состоянии. В результате этого открытые концевые участки уплотнительного элемента 6 постоянно прижаты с одной стороны к шарошке 3, а с другой стороны - к цапфе 5 и тем самым препятствуют утечке смазки как между уплотнительным элементом 6 и шарошкой 3, так и между уплотнительным элементом 6 и цапфой 5.

Данное изобретение позволяет достигнуть требуемого технического результата и может быть применено в любых буровых долотах, расширителях и калибраторах с герметизированной опорой для глубокого, сверхглубокого и взрывного бурения. Оно достаточно легко воспроизводится и надежно в работе.

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к уплотнительным элементам, и может быть использовано в буровых долотах, расширителях и калибраторах. Техническим результатом является повышение работоспособности породоразрушающего инструмента в целом. Опора шарошечного породоразрушающего инструмента включает цапфу, закрепленную на ней посредством замкового подшипника шарошку и установленный между шарошкой и цапфой уплотнительный элемент. При этом уплотнительный элемент имеет поперечное сечение в форме полукольца, ориентированного открытой частью в сторону торца цапфы. В полости уплотнительного элемента установлены два пружинных разрезных кольца разного диаметра. Причем наружный диаметр большого разрезного кольца - D_К и внутренний диаметр меньшего разрезного кольца - d_К в свободном состоянии определяются по формулам: D_K>D_УЭ-δ, где: D_УЭ - наружный диаметр уплотнительного элемента; δ - толщина стенки полого уплотнительного элемента d_K<d_УЭ+δ, где: d_УЭ - внутренний диаметр уплотнительного элемента. Концевые участки пружинных колец выполнены в виде гребенок, зубья одной из которых входят в пазы другого. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Опора бурового шарошечного инструмента, содержащая цапфу с каналами для подачи смазки, уплотнительным элементом и шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника, отличающаяся тем, что уплотнительный элемент выполнен с поперечным сечением в форме полукольца, ориентированного открытой частью в сторону торца цапфы, при этом в полости уплотнительного элемента установлены два пружинных разрезных кольца разного диаметра, взаимодействующих с его стенками, причем наружный диаметр D_K большого разрезного кольца и внутренний диаметр d_K меньшего разрезного кольца в свободном состоянии определяются соответственно по формуле

D_K>D_УЭ-δ,

где D_УЭ - наружный диаметр уплотнительного элемента;

δ - толщина стенки полого уплотнительного элемента;

d_K<d_УЭ+δ,

где d_УЭ - внутренний диаметр уплотнительного элемента.