ОПОРА БУРОВОГО ШАРОШЕЧНОГО ИНСТРУМЕНТА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК E21B10/25 

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, узел уплотнения и шарошку, установленную на цапфе посредством замкового подшипника (см. Каталог буровых долот, ОАО ВОЛГАБУРМАШ, 2003 г., с.13, рис.1 и 2).

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 его износа.

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

Для достижения указанного технического результата по первому варианту в опоре шарошечного породоразрушающего инструмента, включающей цапфу с каналами для подачи смазки, шарошку, закрепленную на цапфе посредством замкового подшипника, и установленный на цапфе узел уплотнения, согласно изобретению узел уплотнения выполнен в виде двух концентрично установленных цилиндров, наружный из которых на внутренней поверхности, а внутренний - на наружной поверхности выполнены соответственно с кольцевыми расточками и проточками под пружинные разрезные кольца, при этом в уплотнительном элементе используется по меньшей мере три разрезных пружинных кольца, два из которых имеют в свободном состоянии наружный диаметр, больший диаметра соответствующих кольцевых расточек наружного цилиндра, и установлены на его концевых участках, а размещенное между ними на наружной поверхности меньшего цилиндра пружинное разрезное кольцо имеет в свободном состоянии внутренний диаметр меньше наружного диаметра соответствующей кольцевой расточки внутреннего цилиндра.

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

- внутренний цилиндр узла уплотнения выполнен из эластичного материала, а наружный - из гидропласта;

- торцы пружинных разрезных колец имеют Z-образную форму, верхняя и нижняя полки которых установлены с перекрытием одной полки другой;

По второму варианту указанный технический результат достигается тем, что в опоре бурового шарошечного инструмента, содержащей цапфу с каналами для подачи смазки, шарошку, закрепленную на цапфе посредством замкового подшипника, и установленный на внутренней поверхности шарошки узел уплотнения, согласно изобретению узел уплотнения выполнен в виде двух концентрично установленных цилиндров, наружный из которых на внутренней поверхности, а внутренний - на наружной поверхности выполнены соответственно с кольцевыми расточками и проточками под пружинные разрезные кольца, при этом в каждом узле уплотнения используется по меньшей мере три разрезных пружинных кольца, два из которых имеют в свободном состоянии внутренний диаметр меньше диаметра соответствующих кольцевых проточек внутреннего цилиндра, и установлены на его концевых участках, а размещенное между ними на внутренней поверхности наружного цилиндра пружинное разрезное кольцо имеет в свободном состоянии наружный диаметр больше диаметра соответствующей кольцевой расточки наружного цилиндра.

Достижению указанного результата способствует также и то, что:

- наружный и внутренний цилиндры узла уплотнения выполнены из гидропласта;

- торцы пружинных разрезных колец имеют Z-образную форму, верхняя и нижняя полки которых установлены с перекрытием одной полки другой;

На фиг.1 показан разрез секции бурового долота с герметизированной маслонаполненной опорой; на фиг.2 и 4 - разные варианты выполнения узла уплотнения, на фиг.3 и 5 - сечение А -А и Б - Б на фиг.2 и 4.

Шарошечный породоразрушающий инструмент содержит лапу 1 с узлом смазки 2, шарошку 3 с зубьями 4, установленную на цапфе 5 посредством подшипников 7 и 8, и узел уплотнения 6, выполненный в виде двух концентрично установленных цилиндров 9 и 10. Наружный 9 цилиндр на внутренней поверхности, а внутренний цилиндр 10 - на наружной поверхности выполнены соответственно с кольцевыми расточками 11 и проточками 12 под пружинные разрезные кольца 13. При этом в каждом узле уплотнения 6 используют по меньшей мере три разрезных пружинных кольца 13.

По первому варианту выполнения опоры два кольца 13 установлены на концевых участках наружного цилиндра 9 и имеют в свободном состоянии наружный диаметр больше диаметра соответствующих кольцевых расточек 11. Третье кольцо 13, размещенное между кольцами наружного цилиндра 9 с возможностью плотного контакта между ними и закрепленное на наружной поверхности внутреннего цилиндра 10, имеет в свободном состоянии внутренний диаметр меньше наружного диаметра соответствующей кольцевой проточки 12 внутреннего цилиндра 10. Для обеспечения кругового контакта пружинных разрезных колец 13 с цилиндрами 9 и 10 торцы пружинных разрезных колец выполнены Z-образной формы, причем верхняя 14 и нижняя 15 полки Z-образных торцов в рабочем положении установлены с перекрытием одной полки другой. При этом внутренний цилиндр 10 узла уплотнения 6 выполнен из эластичного материала, наружный цилиндр 9 - из гидропласта. Выполнение внутреннего цилиндра 10 из эластичного материала обеспечивает удобство монтажа узла уплотнения 6 при установке его в кольцевой проточке у основания цапфы 5. Выполнение же наружного цилиндра 9 из гидропласта, характеризующегося высокой износостойкостью, повышает работоспособность узла уплотнения 6 в зоне контакта с вращающейся шарошкой 3.

По второму варианту выполнения опоры, когда узел уплотнения 6 размещен в кольцевой расточке на внутренней поверхности шарошки 3, наружный 9 и внутренний 10 цилиндры выполняют из гидропласта. При этом наружный цилиндр 9 фиксируют в кольцевой расточке шарошки 3 неподвижной посадкой, обеспечивающей высокую герметичность соединения. Герметичность же между внутренним цилиндром 10 и цапфой 5 обеспечивается постоянным прижатием цилиндра 10 к цапфе 5 двумя пружинными кольцами 13, внутренний диаметр которых в свободном состоянии меньше диаметра соответствующих кольцевых проточек 12. В этом варианте выполнения опоры третье кольцо 13, размещенное между кольцами 13 внутреннего цилиндра 10, также как и в первом варианте, с возможностью плотного контакта между ними и закрепленное на внутренней поверхности наружного цилиндра 9, имеет в свободном состоянии наружный диаметр больше диаметра соответствующей кольцевой расточки 11 наружного цилиндра 9. Это исключает прохождение жидкости между кольцом 13 и наружным цилиндром 9. Торцы пружинных разрезных колец 13 выполнены как и в первом варианте.

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 в предложенной опоре предлагается использовать специальный узел уплотнения 6. Этот узел уплотнения 6 выполнен из двух концентрично установленных цилиндров 9 и 10 и размещенных между ними пружинных разрезных колец 13, обеспечивающих постоянное прижатие цилиндров 9 и 10 по всей их цилиндрической поверхности к опорным поверхностям цапфы 5 и шарошки 3. При этом кольца 13, взаимодействующие с наружным цилиндром оказывает на его стенки постоянно действующее распирающее усилие, а кольца 13, взаимодействующие с внутренним цилиндром 10 - постоянно действующее сжимающее усилие, что постоянно удерживает цилиндры 9 и 10 в напряженном состоянии.

Данное предлагаемое 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 области бурения скважин и может быть использовано в различных типах породоразрушающего инструмента с герметизированной маслонаполненной опорой: в буровых долотах, расширителях и калибраторах. Технический результат - повышение работоспособности породоразрушающего инструмента. Опора шарошечного породоразрушающего инструмента включает цапфу, закрепленную на ней посредством замкового подшипника шарошку, и установленный между шарошкой и цапфой узел уплотнения, причем по одному варианту узел уплотнения установлен в кольцевой проточке цапфы, а по другому варианту - в кольцевой расточке на внутренней поверхности шарошки. Особенностью предложенной опоры по первому варианту является выполнение узла уплотнения в виде двух концентрично установленных цилиндров, наружный из которых на внутренней поверхности, а внутренний - на наружной поверхности выполнены соответственно с кольцевыми расточками и проточкой под пружинные разрезные кольца, при этом в каждом узле уплотнения используется, по меньшей мере, три разрезных пружинных кольца, два из которых имеют в свободном состоянии наружный диаметр, больший диаметра соответствующих кольцевых расточек наружного цилиндра, и установлены на его концевых участках, а размещенное между ними на наружной поверхности меньшего цилиндра третье пружинное разрезное кольцо имеет в свободном состоянии внутренний диаметр меньше наружного диаметра соответствующей кольцевой расточки внутреннего цилиндра. Во втором варианте схема установки разрезных колец противоположна первому варианту. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Опора бурового шарошечного инструмента, содержащая цапфу с каналами для подачи смазки, шарошку, закрепленную на цапфе посредством замкового подшипника, и установленный на цапфе узел уплотнения, отличающаяся тем, что узел уплотнения выполнен в виде двух концентрично установленных цилиндров, наружный из которых на внутренней поверхности, а внутренний на наружной поверхности выполнены с кольцевыми расточками под пружинные разрезные кольца, при этом в уплотнительном элементе используется по меньшей мере три разрезных пружинных кольца, два из которых имеют в свободном состоянии наружный диаметр, больший диаметра соответствующих кольцевых расточек наружного цилиндра, и установлены на его концевых участках, а размещенное между ними на наружной поверхности меньшего цилиндра пружинное разрезное кольцо имеет в свободном состоянии внутренний диаметр меньше наружного диаметра соответствующей кольцевой проточки внутреннего цилиндра.

2. Опора бурового шарошечного инструмента по п.1, отличающаяся тем, что внутренний цилиндр узла уплотнения выполнен из эластичного материала, а наружный - из гидропласта.

3. Опора бурового шарошечного инструмента по п.1, отличающаяся тем, что торцы пружинных разрезных колец имеют Z-образную форму, верхняя и нижняя полки которых установлены с перекрытием одной полки другой.

4. Опора бурового шарошечного инструмента, содержащая цапфу с каналами для подачи смазки, шарошку, закрепленную на цапфе посредством замкового подшипника, и установленный на внутренней поверхности шарошки узел уплотнения, отличающаяся тем, что узел уплотнения выполнен в виде двух концентрично установленных цилиндров, наружный из которых на внутренней поверхности, а внутренний на наружной поверхности выполнены соответственно с кольцевыми расточками и проточками под пружинные разрезные кольца, при этом в каждом узле уплотнения используется по меньшей мере три разрезных пружинных кольца, два из которых имеют в свободном состоянии внутренний диаметр, меньше диаметра соответствующих кольцевых расточек внутреннего цилиндра, и установлены на его концевых участках, а размещенное между ними на внутренней поверхности наружного цилиндра пружинное разрезное кольцо имеет в свободном состоянии наружный диаметр, больше диаметра соответствующей кольцевой расточки наружного цилиндра.

5. Опора бурового шарошечного инструмента по п.4, отличающаяся тем, что наружный и внутренний цилиндры узла уплотнения выполнены из гидропласта.

6. Опора бурового шарошечного инструмента по п.4, отличающаяся тем, что торцы пружинных разрезных колец имеют Z-образную форму, верхняя и нижняя полки которых образуют в рабочем положении замкнутую фигуру.